核心觀念

本題考查深開挖工程中地下水滲流所造成的兩類破壞：

1. 砂沸（Boiling）：向上滲流力使土體有效應力降低至零，砂土失去骨架支承，呈現冒水、翻砂、懸浮流動。
2. 管湧（Piping）：滲流水挾帶細砂顆粒，逐漸形成滲流通道，造成土體內部淘刷、掏空與破壞。

兩者共同核心為有效應力原理與滲流力：

$$\sigma'=\sigma-u$$

其中 $\sigma'$ 為有效應力，$\sigma$ 為總應力，$u$ 為孔隙水壓。

滲流力為：

$$f_s=i\gamma_w$$

其中 $i$ 為水力坡降，$\gamma_w$ 為水的單位重。當向上滲流力接近或超過土體的有效自重時，即會發生砂沸或管湧。

---

解題方法

本題宜依「現象判讀 → 力學機制 → 現場成因 → 緊急處置 → 永久改善」的順序作答。先以有效應力及臨界水力坡降解釋破壞，再提出降低水力坡降、維持土體有效應力、阻止細料流失的施工措施。

---

一、管湧與砂沸之力學機制及現場實務成因

（一）砂沸的力學機制

當深開挖區內水位低於開挖區外地下水位時，地下水由外側向開挖底部及開挖面上升滲流。向上滲流會產生反向於土體自重的滲流力，使土體有效應力降低。

土體單位體積的有效浮重為：

$$\gamma'=\gamma_{\text{sat}}-\gamma_w$$

臨界水力坡降 $i_c$ 為：

$$i_c=\frac{\gamma'}{\gamma_w} =\frac{\gamma_{\text{sat}}-\gamma_w}{\gamma_w} =\frac{G_s-1}{1+e}$$

其中 $G_s$ 為土粒比重，$e$ 為孔隙比。

當：

$$i\geq i_c$$

土體有效應力趨近於零：

$$\sigma'\rightarrow 0$$

砂粒間的接觸力消失，砂土呈現流砂、冒水、翻砂、沸騰狀或懸浮流動，稱為砂沸。砂沸主要是土體因有效應力喪失而發生的水力穩定破壞。

（二）管湧的力學機制

管湧係滲流水通過砂土孔隙時，對土粒產生拖曳力，並將細小顆粒帶走。當滲流出口處的水力坡降過大，細砂由土體內部逐步被淘刷，形成局部滲流通道。

其破壞過程通常包括：

1. 滲流出口處細粒開始移動。
2. 土體內部形成局部空洞或滲流集中區。
3. 滲流通道逐漸向上游延伸。
4. 通道擴大，地下水流量增加。
5. 土體局部掏空，最終引發地盤沉陷、壁體變形或開挖面坍塌。

管湧的主要特徵是「細料被水帶走」及「滲流通道逐漸形成」，而砂沸的主要特徵是「向上滲流造成有效應力消失」。實務上兩者經常同時發生：先出現砂沸，後因細砂持續流失而演變成管湧。

（三）本案現場實務成因

1. 細砂層本身容易發生滲流破壞

細砂孔隙小，當地下水流經時，水力坡降容易集中；若土層級配不良、細料含量高，土粒更容易被水流帶走。

2. 連續壁插入深度不足

若連續壁壁趾未穿透高滲透性砂層，或未深入下伏低透水層，地下水可由壁趾下方繞流至開挖區底部，形成集中上升滲流。

3. 壁體接頭或局部缺陷漏水

連續壁接頭止水不良、壁體蜂窩、夾泥、裂縫、鋼筋籠偏位等缺陷，均可能形成局部高流速滲流通道。

4. 開挖內外水位差過大

開挖區內抽水過度，造成內外地下水位差增加，使水力坡降升高。水力坡降越大，滲流力越大，越容易達到臨界狀態。

5. 降水井配置不當

降水井數量不足、井位過於集中、抽水量過大或抽水層位不當，均會造成局部水力梯度急遽增加，並使細砂層中的滲流集中。

6. 開挖底部抗隆起安全度不足

若開挖深度過大，而底部覆土重量不足以抵抗承壓水壓，地下水便可能推動砂層向上，形成底 heave、砂沸或流砂破壞。

7. 承壓水壓未被有效釋放

若下部砂層具有承壓水，且未設置適當的減壓井或壓力釋放措施，開挖底部的上舉水壓會直接降低有效應力。

---

二、緊急應變及後續補強改善對策

（一）立即緊急應變措施

1. 立即停止開挖及減少抽水

應立即停止該區段開挖，並降低或暫停過度抽水，避免開挖區內外水位差繼續增大。

但抽水不得突然完全停止而造成水位急升，應依監測結果採取分級、緩慢調整，避免引發二次坍塌或壁體突湧。

2. 迅速回填或覆蓋開挖底部

以砂袋、級配砂石、黏土性材料或可水下施工之回填材料，迅速覆蓋冒水翻砂區，增加上覆壓力，降低向上滲流造成的有效應力損失。

回填應由穩定區向破壞區進行，避免施工人員直接接近流砂核心。

3. 封閉局部流出口

核心觀念

本題核心在於「模板支撐系統不是臨時堆置物，而是承受模板、鋼筋、混凝土、施工人員、施工設備及澆置動力等荷重的臨時結構」。樓板混凝土澆置時若支撐系統整體倒塌，通常不是單一構件失效，而是設計、材料、組立、檢查、澆置順序及現場管理等多重因素形成連鎖破壞。

本題應掌握下列法規與工程管理觀念：

1. 《職業安全衛生法》所要求之雇主職業災害預防責任。
2. 《職業安全衛生法施行細則》及《營造安全衛生設施標準》對模板支撐、施工架、倒塌危害預防及作業前檢查之要求。
3. 模板支撐應依核定之施工圖說及計算資料施工，並須有足夠強度、剛度及穩定性。
4. 臨時結構設計應考慮靜載重、活載重、施工荷重、混凝土澆置衝擊及偏載等作用。
5. 施工單位負責施工安全及現場執行，監造單位則應依契約及工程管理職責，審查施工計畫、查驗重要工項並確認缺失改善。

以命題當年民國 115 年法規為準；實際作答時，法規條文應依命題年度之最新版本引用。若後續法規修正，仍不影響本題依民國 115 年法規作答之原則。

---

解題方法

本題適合採取「原因分析—作業前控制—作業中控制」三段式作答：

1. 第一部分先從「法規有無落實」及「施工計畫有無落實」分析倒塌原因。
2. 第二部分依時間區分為：

• 澆置前：確認設計、材料、組立、檢查及放行。
• 澆置中：控制澆置順序、速度、集中荷重、變形監測及緊急應變。

3. 每一項均應同時說明施工單位與監造單位之責任，避免只寫一般性口號。

---

（一）職安法規落實與施工計畫管理之缺失及人為肇因

一、職安法規落實面之缺失

1. 未辨識模板支撐倒塌危害

施工單位未將樓板混凝土澆置列為高倒塌風險作業，未進行危害辨識及風險評估，也未針對支撐失穩、地盤沉陷、連接鬆脫及混凝土偏載等情況訂定控制措施。

若未先辨識危害，現場容易將模板支撐視為一般模板工作，而忽略其本質上屬於臨時結構工程。

2. 未依施工圖說及計算資料組立

模板支撐未依核定施工圖說施工，常見情形包括：

• 支柱間距擅自放大。
• 支柱規格、數量或配置不足。
• 水平繫桿、斜撐及剪刀撐缺漏。
• 可調式支柱伸出過長。
• 接頭未鎖固或不同系統材料混用。
• 支撐高度、跨度或樓板厚度與原設計條件不符。

此類變更若未經專業人員重新檢討，將使實際承載能力低於設計需求。

3. 支撐基礎及底部處理不良

支柱若直接設於回填土、鬆軟地盤、積水地面或強度不足之樓板，混凝土澆置後可能因沉陷、滑移或局部壓碎而失去穩定。

常見缺失包括：

• 未整平夯實支撐地盤。
• 未設置足夠尺寸及強度之墊板。
• 墊板未連續支承於堅實面。
• 支柱底座未固定。
• 上下層支撐未對正，荷重無法有效傳遞。
• 未確認下層樓板是否足以承受上層施工荷重。

4. 未設置或未確實使用繫桿及斜撐

模板支撐除承受垂直荷重外，亦須抵抗澆置時之水平力、施工碰撞及局部偏心作用。若縱向、橫向繫桿及斜撐不足，局部支柱一旦偏移，可能引發連鎖失穩及整體倒塌。

此項屬於典型的「構件強度尚可，但系統穩定性不足」問題。

5. 作業前檢查流於形式

雇主未依《職業安全衛生法》及《營造安全衛生設施標準》落實施工前檢查，或僅由現場人員口頭確認，未留下檢查紀錄及缺失改善資料。

未檢查項目通常包括：

• 支柱垂直度。
• 支柱間距及標高。
• 水平繫桿與斜撐。
• 接頭及扣件鎖固情形。
• 墊板、底座及頂托。
• 模板接縫及漏漿情形。
• 支撐系統是否遭拆除或碰撞。
• 下層結構是否具有足夠承載力。

6. 未由適當人員負責檢查及指揮

未指定模板支撐組立、檢查及混凝土澆置之責任人員，或由缺乏經驗之工班自行決定支撐方式。現場缺少統一指揮，造成木工、鋼筋工、混凝土工及泵送人員各自作業，無人掌握整體系統安全。

7. 教育訓練及作業標準不足

作業人員未接受模板支撐、混凝土澆置及倒塌危害之安全衛生教育，未了解：

• 不得任意拆除支撐。
• 不得集中堆置混凝土或材料。
• 不得擅自改變澆置順序。
• 發現異常變形、異音或沉陷時，應立即停止作業並撤離。

8. 缺乏異常狀況之停工及撤離機制

雇主未建立「發現異常即停工」的管理規則。即使出現模板下沉、支柱傾斜、扣件滑動、混凝土漏漿、異常聲響或地面沉陷，仍要求工人繼續澆置，導致局部缺陷迅速擴大。

---

二、施工計畫管理面之缺失

1. 未編製完整模板支撐施工計畫

施工計畫僅記載施工流程，未附模板支撐配置圖、剖面圖、材料規格、荷重計算、組立順序、拆除條件及檢查表，導致現場無明確施工依據。

完整計畫至少應包括：

• 支撐平面配置及立面配置。
• 支柱、繫桿、斜撐及接頭詳圖。
• 支撐基礎及荷重傳遞方式。
• 設計荷重與容許承載力。
• 混凝土澆置方向、分區及速度。
• 施工人員及泵管配置。
• 澆置期間之監測與緊急處置。

2. 荷重估算不完整

只計算模板及混凝土自重，未納入鋼筋、施工人員、施工機具、泵管、局部堆料、混凝土落料衝擊及澆置偏載等荷重，造成支撐設計低估實際作用力。

模板支撐之垂直設計荷重可概念性表示為：

$$P_d = \gamma_c t A + W_f + W_s + W_w + W_e + W_i$$

其中：

• $\gamma_c t A$：混凝土自重。
• $W_f$：模板及支撐自重。
• $W_s$：鋼筋及埋設物重量。
• $W_w$：施工人員及施工活載重。
• $W_e$：施工設備、泵管及工具重量。
• $W_i$：澆置衝擊、偏載及其他附加荷重。

實務上還須檢討支柱軸力、梁及水平構件彎矩、接頭承載力、支柱局部挫屈、側向位移及整體穩定性。

3. 未檢討實際條件與原設計之差異

現場常因管線、梁柱位置、樓板高程或施工動線而調整支撐，卻未辦理設計變更或重新計算。若支撐高度增加、支柱間距改變或斜撐遭移除，原設計條件即已失效。

4. 工序安排不當

混凝土未依對稱、分區及分層方式澆置，而是集中於某一處大量堆積，造成局部超載及偏心荷重；或泵管固定方式不當，使泵送振動及反作用力傳至模板支撐。

5. 工種協調不良

鋼筋、模板、水電及混凝土工班為便利作業，任意拆除繫桿、移動支柱或切斷斜撐，施工管理人員未即時復原及確認。這是典型的「作業便利性凌駕結構安全」之人為肇因。

6. 進度壓力導致程序省略

為趕工而未完成支撐檢查即安排澆置，或將夜間、雨天、照明不足等不利條件下的澆置作業照常進行，造成缺失無法被發現或即時處理。

7. 監造查驗及停工權未落實

監造單位未將模板支撐列為重要查驗停留點，未於混凝土澆置前完成查驗及簽認；即使發現支撐不完整，也未要求限期改善、複查或停止澆置。

核心觀念

本題考查新奧工法（NATM）的基本理念：隧道開挖後，利用圍岩本身的承載能力形成「圍岩—初期支撐共同承載系統」，並透過現場監測掌握圍岩變形、支撐受力及地下水變化，採取分級支撐與適時施作二次襯砌。

NATM並非單純依賴厚重支撐抵抗岩壓，而是藉由：

1. 控制開挖尺度與步進長度。
2. 及時施作噴凝土、岩栓、鋼拱架等初期支撐。
3. 量測隧道收斂、拱頂沉陷及圍岩內部變形。
4. 依監測結果調整支撐型式、厚度與施工步驟。

破碎岩層之主要危險在於圍岩自立時間短、塊體鬆脫、變形快速發展及地下水軟化。因此，監測數據須與現地地質及施工紀錄共同判讀，不能只看單一測點或單一數值。

---

解題方法

本題可分為兩部分作答：

• 第一部分以「噴凝土如何形成表面承載殼」及「岩栓如何加固圍岩體」為主軸。
• 第二部分以「量測變形」、「量測圍岩內部行為」、「量測支撐受力與地下水」三類監測項目作答，再說明監測結果如何支援安全警戒及二次襯砌決策。

---

（一）噴凝土與岩栓作為初期支撐之作用原理

1. 噴凝土之作用原理

（1）封閉開挖面，防止鬆動與剝落

隧道開挖後，破碎岩層中的裂隙、節理及小塊岩塊容易因卸載而鬆動。噴凝土可迅速覆蓋開挖面，填補表面凹凸及裂隙，降低岩塊剝落、掉塊與風化劣化。

其主要功能包括：

• 防止圍岩表面鬆散材料掉落。
• 減少岩體與空氣、水分接觸所造成的風化。
• 固定節理裂隙附近的鬆動岩塊。
• 維持開挖輪廓，避免局部掉塊擴大成坍塌。

（2）形成連續的薄殼支撐

噴凝土具有連續性，可將原本不連續的破碎岩塊連結成整體，形成貼附於圍岩表面的支撐殼。此薄殼可承受壓縮、剪力及部分彎曲作用，並將局部集中荷載分散至較大範圍。

隧道圍岩變形時，噴凝土與圍岩共同變形，使支撐反力逐步建立。其作用可概念化為：

$$\text{圍岩變形} \longrightarrow \text{噴凝土變形} \longrightarrow \text{支撐反力}$$

噴凝土越早施作，越能降低圍岩卸載後的自由變形，避免變形發展至無法控制的程度。

（3）提供徑向約束，促進圍岩自承能力

隧道開挖後，圍岩會向洞內變形。噴凝土貼附在洞壁，可對圍岩提供徑向支撐與表面約束，使洞壁附近形成受壓區，促進圍岩應力重新分配及「成拱」作用。

其設計重點不是完全阻止圍岩變形，而是控制變形速度與變形量，使圍岩保持一定的承載能力。若噴凝土施作過晚，圍岩已大量鬆弛，支撐即須承受較大的岩壓；若過早且剛度過大，則可能限制圍岩適度變形，使支撐承受過高荷載。

（4）與岩栓及鋼拱架共同工作

噴凝土本身主要處理洞壁表面及淺部圍岩，其承載效果會受厚度、強度、早期硬化、黏結品質及施工均勻性影響。在破碎岩層中，通常須與岩栓、鋼拱架、鋼纖維及必要的超前支撐共同形成初期支撐系統。

因此，噴凝土不是單獨的表面塗層，而是初期支撐系統中的連續受力構件。

---

2. 岩栓之作用原理

（1）縫結破碎岩體，形成加固圍岩

岩栓穿過節理、裂隙及破碎帶，將鬆散岩塊錨固於較完整的深部岩體。藉由岩栓的拉力、剪力及錨固作用，可提高圍岩整體性，使分離的岩塊共同受力。

岩栓的基本作用可表示為：

$$\text{離散岩塊} \xrightarrow{\text{岩栓縫結}} \text{整體化圍岩}$$

岩栓可降低節理面滑動、岩塊掉落及局部剪切破壞，特別適用於節理發達、層狀、塊狀及破碎岩層。

（2）形成懸吊、夾持及拱效應

岩栓可依地質條件發揮不同作用：

• 懸吊作用：將鬆動岩塊懸吊於較穩定岩層。
• 夾持作用：將裂隙兩側岩體夾緊，增加節理面的摩擦抗力。
• 梁化作用：使薄層岩體透過岩栓連結，形成具有較高彎曲剛度的岩梁。
• 成拱作用：使洞壁周圍岩體整合成具承載能力的圍岩拱。

節理面抗剪強度可用概念式表示為：

$$\tau = c + \sigma_n \tan \phi$$

岩栓施加夾持力後，可提高節理面法向力 $\sigma_n$，進而提高節理面的摩擦抗剪能力。

（3）將淺部鬆動荷載傳遞至深部穩定岩體

岩栓的錨固段應伸入具有足夠強度及穩定性的深部岩體，使淺部鬆動區的荷載透過岩栓傳遞至深部圍岩。岩栓長度、間距、方向、錨固方式及承載力，須依岩性、節理方向、破碎程度及隧道斷面決定。

岩栓方向通常須穿越主要節理面，而不是僅平行於節理面設置，才能有效發揮錨固及抗滑作用。

（4）控制圍岩變形，延緩破壞發展

岩栓可提高圍岩的等效強度與剛度，降低洞壁位移及收斂速度。其主要目標是使圍岩在可控制的變形範圍內發揮自承能力，而非單純將全部岩壓轉由岩栓承擔。

在破碎岩層中，岩栓常與鋼筋網及噴凝土搭配。鋼筋網可控制噴凝土裂縫及局部掉塊，岩栓則深入圍岩內部，三者共同形成「表面封閉—淺部加固—深部錨定」的支撐機制。

---

（二）施工期間之關鍵內部監測項目及其重要性

1. 隧道斷面收斂量與收斂速率

監測內容

在代表性斷面設置收斂測線，量測：

• 拱腰至拱腰之水平收斂。
• 拱頂至仰拱或底板之垂直變形。
• 左右側壁及拱部的相對位移。
• 斷面變形量與變形速率。

收斂量可表示為：

$$\Delta L = L_t - L_0$$

其中，$L_0$為初始測得距離，$L_t$為時間 $t$之後的距離。收斂速率為：

$$v = \frac{\Delta L}{\Delta t}$$

判讀意義

收斂量可反映隧道斷面是否持續縮小，收斂速率則可反映變形是否正在加速。若位移量逐步趨於穩定，表示初期支撐與圍岩已逐漸形成平衡；若位移速率持續增加，表示圍岩鬆動、支撐不足或施工步驟失控，須立即採取加強措施。

---

2. 拱頂沉陷與側壁位移

監測內容

於拱頂設置沉陷測點，於拱腰、側壁及仰拱附近設置位移測點，觀察：

• 拱頂垂直沉陷。
• 側壁向內位移。
• 拱頂與側壁變形的差異。
• 開挖面通過後，變形隨距離及時間的發展情形。

核心觀念

本題考查瀝青混凝土鋪面常見早期破壞，以及瀝青鋪築中界面處理與壓實品質控制。答題應掌握三個判斷主軸：

1. 車轍：屬於車輪反覆荷載下的永久變形，重點在高溫穩定性、材料級配、基層支承與壓實度。
2. 坑洞、剝脫：多由水分侵入、瀝青與粒料黏結失效、材料分離及施工接縫不良所造成。
3. 透層、黏層及滾壓：分別處理粒料基層的封固與瀝青層間黏結，並透過適當溫度及壓實程序建立密實、穩定的鋪面結構。

本題以命題當年（民國115年）道路工程實務、施工規範及一般瀝青混凝土施工原理為準。

（一）車轍與坑洞（剝脫）的材料及施工成因

1. 車轍

車轍是車輛行駛路線產生縱向凹陷，通常分為瀝青混合料本身的流動型車轍，以及基層、底層或路基變形所形成的結構型車轍。

（1）材料因素

1. 瀝青黏結料高溫黏度不足 使用過軟或高溫性能不足的瀝青，在夏季及重車荷載作用下容易產生剪切流動與永久變形。

2. 瀝青用量過多 瀝青含量過高會降低粒料間的嵌擠作用，使混合料偏向瀝青膠泥支承，抗剪強度下降。

3. 級配不良 粗粒料骨架未形成良好嵌鎖，細料過多、砂當量不足或級配偏離設計範圍，均會使混合料抗變形能力降低。

4. 粒料形狀及強度不佳 使用扁長粒料、表面光滑粒料或耐磨耗、抗碎裂能力不足的粒料，車輛荷載下容易發生粒料重新排列及壓碎。

5. 空隙率不適當 空隙率過低，混合料受熱易產生瀝青上浮及流動；空隙率過高，則容易進水並造成後續剝脫、鬆散及結構性變形。

（2）施工因素

1. 拌和溫度或運輸保溫不當 混合料溫度過高，瀝青老化；溫度過低，則無法充分壓實，均會降低鋪面性能。

2. 壓實不足 現場密度不足、空隙率過高，車輛通行後會產生後壓密，形成輪跡凹陷。

3. 壓實時機錯誤 混合料溫度過高即重複過度碾壓，容易造成推移、波浪及瀝青上浮；溫度過低才開始壓實，則無法達到設計密度。

4. 鋪築厚度不均或分層施工不當 局部厚度過大、薄厚不均、分層間未充分黏結，會使受力及變形不均。

5. 基層或路基承載力不足 粒料基層含水、壓實不足、承載力不均，重車通行後會造成整體結構下陷，表面即呈現車轍。

6. 排水不良 地下水、滲流水或路面積水降低基層及路基強度，造成車轍加速發生。

2. 坑洞與剝脫

剝脫是瀝青膜自粒料表面脫離，坑洞則是剝脫、鬆散及粒料逐步脫落後形成的局部凹坑。其發展通常為：

$$水分侵入 \rightarrow 瀝青與粒料黏結力降低 \rightarrow 粒料鬆散脫落 \rightarrow 形成坑洞$$

（1）材料因素

1. 粒料含水率過高或表面潮濕 水膜會阻礙瀝青與粒料接觸，使黏著力下降。

2. 粒料與瀝青的親和性不佳 親水性較強的粒料容易被水置換瀝青膜，產生水損害及剝脫。

3. 瀝青黏結料品質不合格或老化 瀝青黏度、延展性或黏著性能不足，容易在水、荷載及溫度變化作用下失去黏結。

4. 級配或瀝青用量不適當 細料過多會增加拌和及壓實困難；瀝青過少則粒料包覆不足。空隙率過高時，水分及空氣容易進入混合料內部。

5. 混合料發生離析 粗粒料集中區瀝青膜不足，細粒料集中區則容易造成局部密實度及排水特性異常，均會形成薄弱部位。

（2）施工因素

1. 雨天、路面潮濕或基層積水時施工 潮濕界面會使瀝青無法與下承層充分黏結，並增加水損害。

2. 透層或黏層灑布不足、不均或失效 灑布量不足會造成層間黏結不良；灑布不均會形成局部脫層及剝落。灑布過量則可能造成滑移及瀝青上浮。

3. 未清除灰塵、泥土及鬆散粒料 污染物形成隔離膜，使黏層油不能直接黏結兩層材料。

4. 混合料溫度過低即鋪築或壓實 瀝青黏度過高，粒料無法充分包覆，且壓實不足，容易留下連通空隙。

5. 拌和不均或瀝青包覆不足 局部粒料未被瀝青均勻包覆，通車後在水及輪胎剪力作用下迅速脫落。

6. 施工接縫處理不良 縱向接縫、橫向接縫切面不整齊，接縫未塗黏層油或壓實不足，會成為水分入侵及坑洞發生的起點。

7. 早期開放交通 鋪面尚未冷卻及穩定即開放重車，會造成粒料鬆動、表面剝落及局部凹陷。

（二）透層、黏層灑布及滾壓夯實之施工重點

1. 透層灑布

透層是灑布於級配粒料基層上，使稀釋瀝青或乳化瀝青滲入基層表層，以達到封固表面、降低粉塵、阻隔水分及增加基層與瀝青面層黏結的作用。

施工重點

1. 基層應完成整平、整形及壓實 灑布前應確認基層厚度、坡度、平整度、壓實度及高程符合要求。