Page 57 - 捷運工程叢書 精進版 － 8 捷運隧道工程實務

第三章 捷運隧道工程之規劃與設計

( 四 ) 站體端牆及交會站側牆之地震影響

一般站體係以二維斷面模式分析。實際上車站為一有限長結構體，兩頭皆有
勁度甚大之端牆封閉，而端牆上有潛盾隧道開口，因此於地震力作用時，站體之

「轉動」造成端牆承受額外之「扭力」，須以三維模式分析此綜合之影響。
三、潛盾隧道結構耐震設計

因地震而產生的土壤變形，可根據自由場內土壤水平變形計算公式，γ=Vmax/Cs 求出。
於處理有限元素分析時，考慮結構與土壤之互制作用，及上述 Racking 公式後，將土塊與隧
道以有限元素網格模擬，模式內設定隧道斷面左右兩邊界垂直向束制，水平向活動之邊界條

件，並對全體質量施加一相當水平推力，使分析模式之土壤水平變形與自由場內土壤水平變
形一致。此結果即是地震力作用下，隧道結構所產生的受力與變形。

3.2.2.2 液化之考量

在都市中因許多土層可能在地震發生之瞬間產生液化現象，故於隧道設計時應予考量液
化之影響及其防治方法。臺北捷運對於此部分有相當周詳之考量，說明如下。

一、土壤液化對結構物之影響
依據建築技術規則基礎構造設計規範第十章「土壤液化評估」中對液化之說明為：「地

震時飽和土壤產生液化之基本機制為土壤內孔隙水壓因受地盤震動作用而上升，引致土壤剪
力強度減小，當孔隙水壓上升至與土壤之有效應力相等時，即產生土壤液化現象。」
土壤液化發生時，對地下結構將有三種影響：（1）土壤勁度降低，剪力變形（ranking）

增大，承載力下降產生沈陷，（2）側向荷重增加，（3）結構上浮或滑動。依據臺北捷運土
木工程設計手冊（Civil Engineer Design Manual,CEDM）之規定，耐震結構設計要求在一般
設計地震下，結構行為仍然在彈性範圍，使捷運系統仍能保持運作功能。而在最大設計地震

情況下，結構行為允許進入非彈性範圍， 結構應具有足夠韌性來吸收塑性變形，且不喪失
承載靜定載重之能力，確保不發生脆性破壞且不形成破壞機構。依此設計理念，在 ODE 地
震下原則上規定地盤不得液化，以免結構物因液化而產生損壞，影響運作功能。在 MDE 地

震下，則不強制規定地盤不得液化，以免處理費用過高。
以下是土壤液化時可能發生之行為：

( 一 ) 土壤勁度降低：當土壤受到外來之震動，使得土壤顆粒間之水壓快速升高，使得
土壤有效應力降低趨近於零，土壤承載力下降，使上方之結構體發生沈陷。
( 二 ) 側向變位增加：土壤液化時其增加之水壓將使結構體之側向荷重增加，並增加其

變位量，有結構損壞之虞。
( 三 ) 結構上浮或滑動：土壤內水壓上升使結構體承受額外浮力，除上浮外，亦可能產

生側向位移或滑動，可能造成結構損壞。
二、防治方式

針對捷運系統之潛盾隧道、明挖覆蓋隧道尋求可行、經濟且較為一致之土壤液化防治方
式，並獲得以下幾項結論作為本局設計及施工之主要方式：

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