曾文水庫防淤隧道工程

營建工程

曾文水庫防淤隧道位於嘉義縣大埔鄉與台南市楠西區之間,是一座相連於曾文水庫蓄水庫區與下游曾文溪之間,專門用於以水力排除曾文水庫淤沙的導水隧道。該座隧道是當今全台最大的水利地下工程,也是全球首座使用象鼻鋼管工法的排砂導水隧道。

施工期間

2013/03/31-2017/11/28

工程造價

40億9800萬元整

榮獲獎項

104年度榮獲第9屆公共工程金安獎工程類優等獎

104年度榮獲第9屆公共工程金安獎工程類優等獎

106年度榮獲第17屆公共工程金質獎水利類優等獎

106年度榮獲第17屆公共工程金質獎水利類優等獎

106年度榮獲經濟部公共工程優質獎

106年度榮獲經濟部公共工程優質獎

106年度榮獲中華隧道協會優良隧道工程獎

106年度榮獲中華隧道協會優良隧道工程獎

107年度榮獲台灣混凝土學會混凝土工程優良獎

107年度榮獲台灣混凝土學會混凝土工程優良獎

107年度榮獲第20屆國家建築金質獎公共工程類全國首獎

107年度榮獲第20屆國家建築金質獎公共工程類全國首獎

107年度榮獲第20屆國家建築金質獎公共工程類金質獎

107年度榮獲第20屆國家建築金質獎公共工程類金質獎

工程緣起

曾文水庫為台灣南部重要供水關鍵,嘉南地區農業灌溉、民生用水、產業發展及發電、防洪皆賴水庫發揮調豐濟枯。

水庫原設計有效庫容為5.96億立方公尺,莫拉克颱風造成水庫嚴重淤積達9,000萬立方公尺,有效庫容僅餘4.91億立方公尺,壩前淤積高程達EL.176m,影響PRO及電廠進水口正常運轉,水庫營運面臨困難。

本工程於水庫左壩座興建防淤隧道乙座,發揮底部排砂功能,使曾文水庫能適時排放異重流及底層渾水,達到「蓄清排渾」目的,延長水庫壽命,每年預估可有效排除曾文水庫內有104萬立方米的淤沙,將可大大減少人工抽砂與挖沙的人力經費。

工程介紹與特色

(一)創新性、挑戰性

A.首創象鼻引水鋼管工法:鋼管內徑10M,外徑11.66M,全長約62M,安裝於隧道進水口處,延伸至庫底以利排除異重流底層泥砂。

B.消能池超大坑室開挖:消能池最大開挖斷面高約47M,最大開挖寬約29M,鄰近邊坡之山體內超大坑室開挖,施工難度高。

C.引進光達掃描監測:最大開挖寬度約13公尺、開挖深度約53公尺之豎井閘室是未來安裝弧型閘門等水工機械之處,因此不同於典型隧道工程之圓形或拱形開挖支撐,設計上有多處形狀轉折之角隅,至於山體內超大坑室開挖之消能池,開挖深度與垮度均大、鄰近地表邊坡且出水口之中間岩柱能否避免丹垮成功保留,是消能池施作成功之關鍵,因此豎井閘室及消能池為監測之關鍵點,在傳統隧道計測上,難以完全監測掌握,故本工程引進光達技術,以完整監測工程變形情況與保障人員之安全工作環境。

D.抗沖磨工程:水力排砂時,水流速度快(18-31m/s),為保護隧道襯砌、抵抗高速含泥砂水流,故施工抗沖磨作業,為國內罕見大面積抗沖磨工程。

E.配合排砂需求,隧道斷面型式包含圓型斷面、馬蹄型斷面、馬蹄型漸變矩型斷面、矩型斷面、矩型漸變三心拱型斷面、三心拱型斷面、三心拱型漸變馬蹄形斷面漸變、馬蹄型漸變雙孔斷面、雙孔斷面等多種變化斷面之銜接,開挖作業及襯砌施工困難度高。

(二)周延性

A.本工程為統包工程,具邊設計邊施工特性,藉由施工經驗、現地條件以及工程需求等條件滾動式檢討,回饋次一單元之設計,降低施工介面干涉及施工困難度。

B.象鼻引水鋼拖曳安裝前,委由專業團隊建置縮尺比例之模型進行鋼管拖曳及下沉等水中動作模擬及確認,並據以建立拖曳及安裝計畫。

C.水工機械、閘門等經由單機測試、無水測試及有水測試等逐步確認各項設備功能性。

D.本工程採雙閘門設計,除利於控制閘門維修外更多一層安全保障。

E.消能池於山體內大洞室開挖,採用香菇頭工法設計,藉由頂拱襯砌將上方荷重傳遞至側邊深處岩盤,降低洞室內開挖支撐需求,提高安全性。

F.出水口設計由單孔斷面漸變成雙孔斷面,以減少排砂時出水口動能,避免損及對岸及刷深河道。

G.出水口對岸及其下游,利用隧道開挖之碴料新設護岸,除確保右岸河防安全外亦降低土方外運數量,達到土方平衡之目的。

H.出水口下游左岸既有道路加高,降低排砂操作時該道路通行風險,取得當地居民對機關的信賴。

工程概述

工程概述

工程概述

工程概述

首創象鼻引水鋼管工法(I)

首創象鼻引水鋼管工法(I)

首創象鼻引水鋼管工法(II)

首創象鼻引水鋼管工法(II)

消能池超大坑室開挖

消能池超大坑室開挖

引進光達掃描監測

引進光達掃描監測

抗沖磨工程

抗沖磨工程

象鼻引水鋼拖曳安裝前,委由專業團隊建置縮尺比例之模型進行鋼管拖曳及下沉等水中動作模擬及確認,並據以建立拖曳及安裝計畫。

象鼻引水鋼拖曳安裝前,委由專業團隊建置縮尺比例之模型進行鋼管拖曳及下沉等水中動作模擬及確認,並據以建立拖曳及安裝計畫。

本工程採雙閘門設計,除利於控制閘門維修外更多一層安全保障。

本工程採雙閘門設計,除利於控制閘門維修外更多一層安全保障。

控制閘門油壓缸大陸工廠檢驗

控制閘門工廠假組立

緊急維護閘門工廠假組立檢驗

控制閘門油壓缸大陸工廠檢驗

大跨度地下坑室頂拱先行襯砌:(1)洞口邊坡培厚保護,垂直入洞開挖(2)先撐後挖、分段開挖,輔以計測(3)上半襯砌先行施作,避免使用支撐架。

鄰近邊坡之超大地下坑室開挖:邊坡陡峭,隧道軸線與邊坡斜交,產生洞口偏壓,不利進洞。

雙孔隧道:基本設計團隊特聘瑞士Amberg工程顧問公司之Heslop顧問指導,將消能池內移並將眼鏡隧道改為雙孔隧道。

雙孔隧道:基本設計團隊特聘瑞士Amberg工程顧問公司之Heslop顧問指導,將消能池內移並將眼鏡隧道改為雙孔隧道。

委託經濟部水利署水利規劃試驗所進行水工試驗,調整佈置消能池及出水工

委託經濟部水利署水利規劃試驗所進行水工試驗,調整佈置消能池及出水工

堆填土方容量約為32萬立方公尺

左右兩岸護岸設置總長度約1.14KM

工程效益

・完工後隧道年排砂量可達約104萬立方公尺,以經濟壽齡50年之年均化清淤單價約1,084元/立方公尺計算,每年可減省抽泥船清淤費用約11.3億元。

・增加排洪能力約995cms。

・提供下游河道砂源,以維持河道沖淤平衡,降低河道橋墩沖刷及海岸退縮問題。

降低河道橋墩沖刷及海岸退縮

預計每年平均排砂量可達104萬立方公尺

建築規模

【主體工程】

1.象鼻引水鋼管段(0K-145.46~0K-089.35/(56.11m));

A.平台管心高程EL.195M,最低管心高程EL.175M。

B.鋼管內徑10M,水路長60M。

2.進水口隧道段(0K-089.35~0K031.15/(58.20M));

A.銜接象鼻引水鋼管及閘門豎井之重要設施。

B.圓形斷面漸變為矩形隧道,仰拱高程EL.190M。

3.隧道段(0K+000.00~0K+860.82/(860.82M));隧道段長約860.82M(含漸變段)

4.消能池出水口隧道段(0K+860.82~1K+120.81/(259.99M));

A.消能池及出水口段約213.11M,出水口邊坡及出水口工程約46.88M。

B.採投潭式消能再與曾文溪銜接。

5.閘門豎井段(0K-0.31.15~0K+000.00/(31.15M));

A.設置緊急 / 維護閘門及操作閘門。

B.上半部為內徑10M擋水豎井,下半部為閘門操控閘室。

【附屬工程】

1.環湖道路隧道:

A.曾文水庫道路改道。

B.隧道約171M,引道約37M。

2.護岸堤防工程:

A.保護出水口下游曾文溪兩岸及公路安全。

B.護岸堤防長度-右岸約622M,左岸約519M。

其他補充

【工程優良事蹟】

施工期間國內外專業單位、學校團體參訪達85次,其中包含美國墾務局、美國陸軍工兵團、美國愛荷華大學水利專家、日本東京都大學等國外專家學者多次參訪觀摩、交流,有助於提升公共工程品質。

(1)106年3月31日蔡總統視察本工程,深獲肯定。

(2)106年6月13日行政院林全院長視察本工程,深獲肯定。

(3)106年4月22日經濟部李部長視察本工程,深獲肯定。

(4)106年1月20日行政院公共工程委員會吳主員視察本工程,深獲肯定。

(5)105年5月3日行政院公共工程委員會許主員視察本工程,深獲肯定。