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捷運技術 第52期 25

一、前言

潛盾工法具有施工期較短、工法單純、造價較低且不影響道路交通及市容等優點，為都
會區捷運系統位於軟弱地層(Soft Ground)之隧道工程最常使用的工法之一。目前國內捷運系
統（包括營運及規劃設計之臺北、高雄、新北、臺中及桃園捷運等）之潛盾隧道多為內徑
5.6m之單圓單線斷面，原則上採用厚度25cm之預鑄混凝土襯砌，並於潛盾機掘進過程組裝
而成。隧道襯砌採六片式環片：由三片A型環片、二片B型環片及一片K型環片，以弧形螺

栓組合而成。另為增加隧道剛度及避免接點共線造成弱面，相鄰環片以交互旋轉36度交錯配
置。環片強度將考量隧道所在位置之地層狀況、土/水壓分布、地面加載等荷重條件進行分
析計算，並依據設計之需求強度配置相對應之鋼筋量。
然而，隨著捷運路網密度增加以及路權限制更加嚴苛等因素，後續路線於地下段遭遇隧
道近接或堆疊施工、穿越建物、轉彎半徑小、疊式聯絡通道開挖等特殊案例之可能性將越來

越高。在此特殊條件下，因施工造成之土壤擾動與解壓效應將使隧道環片承受額外且非對稱
之應力與變形，常用之設計因應對策包括：使用灌漿地盤改良以降低隧道周圍土壤之擾動程
度、或採用環片加厚方式，以提高其強度及抗變形能力。惟在地改效果不佳或土壤擾動超出
預期時，預鑄混凝土環片仍有因施工造成之不均勻變形而開裂之風險。
球狀石墨鑄鐵環片(Spherical Graphite Cast Iron Segments or Ductile Segments)則為上述特
殊案例提供一個可靠的解決方案。顧名思義，該環片係由球狀石墨鑄鐵（又稱延性鑄鐵）一

體鑄造而成，鑄鐵材料中的石墨因呈球狀，故具有更為優異的強度、延展性、抗衝擊性及高
電流阻抗等性能，使球墨鑄鐵環片相較於預鑄混凝土環片具更高強度及良好之抗變形能力，
且在耐久性、抗電蝕性、製造精度等相關性能上亦較鋼環片優異。臺北捷運自松山線CG291
施工標之近接隧道首次採用後，已陸續使用於捷運線之相關案例中。

二、球墨鑄鐵材料特性簡介

(一) 物理與機械性質
球墨鑄鐵(Spherical Graphite Cast Iron)亦稱為延性鑄鐵(Ductile Cast Iron)，此係在鑄鐵水
中加入Ni-Mg、Fe-Si-Mg、Ca-Mg-Si、Si-Mg等合金作為球化劑，使石墨形成球狀而得名。
球墨鑄鐵的顯微鏡組織可分為球狀石墨以及肥粒鐵與波來鐵基體，如圖1所示。球狀石墨周

圍呈白色部份為肥粒鐵，黑色部份為波來鐵，此種組織又稱為牛眼組織。有關球墨鑄鐵與結
構鋼材之物理性質比較詳如表1所示。
鑄鐵中因石墨呈球狀，對基體的破壞作用小，基體強度利用率可達70％至90％，並可通
過熱處理充分發揮基體的性能潛力。此種碳的球狀微觀結構使球墨鑄鐵比一般鑄鐵具有更加
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優異的機械性能，如抗拉強度最高可達1,600 N/mm ，延展率可達25%。此外，球墨鑄鐵亦具
有更佳之延展性和抗衝擊性，使其兼具了鋼材的高強度、高韌性以及鑄鐵本身優異的高電流
阻抗性及耐腐蝕性等特性。針對潛盾隧道環片所使用之球墨鑄鐵，其材質等級將參考日本經
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驗採用CNS FCD500-7規定：極限抗拉強度為500 N/mm 以上、降伏強度為320 N/mm 以上、
伸長率達7%以上、勃氏硬度(Brinell)達150~230 HB及石墨球化率達80%以上等。此外，鑄鐵
在大氣及海水中的腐蝕速率分較鋼鐵及低碳鋼為低。針對埋設在地下的鑄鐵管線而言，其腐

蝕速率極低，約為0.05 mm/yr以下，其抗腐蝕能力遠優於一般鋼鐵材料10倍以上。另由表1中
顯示球墨鑄鐵之電阻約高於結構鋼5倍，即球墨鑄鐵材料本身亦具有優良之抗電蝕能力。