安 全 監 測 工 程 李 崇 正 國立中央大學 土木系.

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1 安 全 監 測 工 程 李 崇 正 國立中央大學 土木系

2 近年來，社會經濟活動的快速發展，都市生活空間逐漸緊縮，因此各種地下捷運設施、經濟商圈、大樓地下化及高層化，均造成地下工程增多且複雜化。
工程合約書內通常規定地下工程之施作，必需滿足下列必要條件:(1)施工者必需確保第三者之權利，不得危害第三者之生命財產。(2)施工者不得造成環境污染。諸如不得污染地下水、棄方之妥善安置、噪音及空氣污染之防治等。(3)施工人員本身之安全。 成功的地下工程，施工前必須有妥善的地質調查、工址現況、鄰房現狀及周遭環境的調查。 施工時則需注意施工方法的選擇及評估、施工品質管制稽核、施工的安全監測系統等。

3 地下工程的施作，造成地盤應力解放，破壞原有地盤應力平衡狀態，導致周圍土壤變位。
近年來，因深基礎開挖或隧道掘進而造成之工程糾紛及災變，如鄰屋龜裂、鄰近地下埋設管損壞，甚至造成公共危險事故層出不窮。 工安事故，造成施工者財務、工期之損失，亦破壞了政府或企業的形象。 根據研究顯示，台灣地區之工程糾紛，以鄰房損壞之件數最高。損壞原因以新建地下工程施作不當最為常見。

4 地下工程自規劃設計以至於施工，均需考慮開挖擋土之施工過程中，地盤與地下水對工程行為的反應，以及地盤行為對鄰近結構物與其他設施的影響程度。此等考量不夠週全，輕則可能導致工程施工，須變更設計而延誤工期，重則可能導致工程發生災變，甚至危害公共安全。 開挖擋土之安全措施之設計與施工，實為地下工程最重要的一環。然而，地下工程所處之環境狀況、地盤與地下水特性因地而異，且其變異性通常十分顯著，設計的假設條件不太可能完全符合現地狀況。 工程設計不是太保守就是冒風險。基於這些因素，工程界早已引進安全監測系統，及早發現異常狀況，避免災變發生。

5 選擇分析方法及選用適宜之參數(c、φ、Cv、Cc...)
大地工程分析與設計預測之步驟 簡化地層剖面 ↓ 決定分析模式及原理，探討 可能發生之大地工程問題 (諸如壓力、變位、孔隙水壓力、沈陷...等) 利用土樣進行相關試驗 選擇分析方法及選用適宜之參數(c、φ、Cv、Cc...) 調整分析方法或基礎形式 答案(預測)

6 醫生與大地工程師之比較 醫 師 大地工程師 查詢病歷及家庭背景 初步探查及資料收集 瞭解病況 瞭解工程情況
醫　　師　　　　 　　　大地工程師 查詢病歷及家庭背景　　 初步探查及資料收集　 瞭解病況　　　　　　 　瞭解工程情況　　　　 體格檢查及各種檢驗　　 探查、調查及試驗　　 病理學與經驗　　　　　 土壤及岩石力學理論與經驗 診斷　　　　　　　 簡化及分析　　　　　 判斷與處方　　　　　 　判斷及設計　　　　　 觀查與複診　　　　　　 監測及修正（預警）　　　　　

7 為什麼需要監測系統？(I) 大地工程(Geotechnical Engineeing)施工，必須能掌握大地材料之工程性質。但是大地材料非人造材料，通常複雜不易掌握，且無法利用目視，加以全部或大部分之檢核，僅憑數個鑽孔實在無法窺其全貌。 Ah2 instrumented at the bottom of the quay wall mainly measured the translation of the quay wall. Ah4-Ah2 mainly registered the rotational acceleration of the quay wall. P3 and EP5 measured the pore water pressure and the total earth pressure at the middle of the quay wall bottom.

8 為什麼需要監測系統？(II) 開挖擋土設施、社區 身體檢查。 坡地現況了解。 早期發現病況，早期 監測資料可作為擋土 治療，避免大病之發
設施及坡地穩定性評 估依據，及時提出有 效之改善措施，避免 惡化。 加入自動化記讀及控 制設備，可作為預警 系統。 身體檢查。 早期發現病況，早期 治療，避免大病之發 生。

9 地下開挖引致之地表沈陷之原因 擋土壁體由於勁度不足，造成擋土壁變形。 施工降水，造成周圍地盤之壓密沈陷。 擋土壁施工過程中，造成地盤變位。
擋土壁接縫處，漏水或抽水時夾帶土砂排出，造成空洞。 開挖面地盤之隆起。 鋼板樁或其他舊基礎拔除造成空洞，且回填不實。 土層之潛變變形。 隧道開挖土壤漏失，引致地表沈陷槽。

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11 模型試驗 既存隧道 新挖隧道

12 感測系統

13 監測系統的功能

14 電子量測系統

15 選用適當的儀器種類，進行監測。工址環境惡劣，選用之儀器，儘量選用可信度及耐久性高，並且觀測容易，不會妨害施工者。至於設置位置，乃針對監測目的，以能掌握全盤各參數及施工狀況及狀況之因果關係為原則。
監測儀器進場時機，以能獲取未開挖前之初始值為原則，太早設置可能受到破壞，太晚則無法掌握整個開挖過程的變化，喪失安全觀測之意義。 因此觀測計劃必須與施工計劃緊密配合，變更施工計劃必須隨時通知監測系統人員更改其設置時機或量測時機。

16 為了確保儀器能發揮其應有之功能，儀器於裝設前必須加以檢驗，即所謂允收測試。
檢驗可採抽驗方式或全體檢核。一般而言，如使用儀器數量不是非常多，且係用為控制安全之用時，最好全數檢驗。惟若試驗費由營造商支付，而規範亦未明定時，則常易引起糾紛。一般在國內之檢驗工作常交由較具公信力之公家機構做檢驗，但亦可由業主指定民間試驗室進行之。 經費或時效等因素而無法進行複雜的檢驗工作時，至少應進行簡單的功能測試。例如感應器連接讀數器後，略施以外力（如傾斜、加壓等），藉以檢測讀數器之讀數是否有正常反應等。

17 安全監測系統中所使用之觀測儀器是一種量測及控制的工具，係由機械、電子、材料等方面科技的組合。故不論在儀器的選用、安裝及量測均需要專業的技術，才能發揮整體監測系統的功能。
本課程係針對地下工程中，常見的安全監測方式作系統說明，以使工程人員可在現場參考。

18 安全監測對開挖工程的目的 設計條件之確認； 施工安全之掌握（預警）； 長期行為的追蹤； 責任鑑定之佐證（法律裁量的佐證）； 相關設計之回饋。

19 安全監測設置的場合(I) 經大地工程學理及經驗分析，結果顯示難以確定 開挖所致之影響者。 相臨基地曾因類似規模之開挖及施工方法而發生
災害或糾紛者。 開挖影響範圍內之地層軟弱、或其他相關條件(如 高靈敏度、高水位差、流砂現象等)欠佳者。 開挖影響範圍內有供公眾使用之建築物、古蹟、 或其他重要建築物者。

20 安全監測設置的場合(II) 鄰近結構物及設施等現況條件欠佳或對沉陷敏感者。 於坡地進行大規模開挖時。
將開挖擋土壁作為永久性結構物使用，而於施工期間有殘餘應力過高或變位過大之顧慮者。

21 安全監測計畫考慮的因素 開挖深度； 土層構造及土壤性質； 地下水位、水壓及水流 情形； 施工時間長短； 擋土結構型式； 支撐型式
開挖及支撐步驟； 施工困難度； 開挖區四周環境。

22 安全監測規劃設計要領 (I) 監測參數之選定 1. 地下水位及水壓 2. 土壓力及支撐系統荷重 3. 擋土結構變形及應力變化
4. 開挖區地盤之穩定性 5. 開挖區外圍之地表沉陷 6. 鄰近結構物與地下管線等設施之位移、沉陷量 及傾斜量 7. 鄰近結構物安全鑑定所需之資料(如結構物之 裂縫寬度等)

23 安全監測規劃設計要領 (II) 擬訂量測參數，各參數間應互有因果關係， 可進行相互印證。 各項參數在施工過程之行為預測：
設計單位依據其設計原理與假設之施工條件，預測各項參數之最大可能值，以決定各該項監測參數之量測範圍；同時預測施工各階段各項參數之演變，以為擬訂監測管理值之參考。 擬訂量測參數，各參數間應互有因果關係， 可進行相互印證。

24 安全監測規劃設計要領 (III) 各種儀器設置地點、設置時機之決定； 儀器規格之決定； 儀器裝設施工規範之擬訂；
儀器測讀正確性之檢核方法與程序之制定； 監測頻率最低要求之決定；

25 安全監測規劃設計要領 (V) 監測管理值之研擬：管理值擬訂須考慮下列因素： 提示施工單位施工前辦理之事項：設計者應就其
1. 工程規模與工期 2. 設計參數之不確定性 3. 環境的複雜性 4. 地下管線分佈、鄰房現況及基礎特性 5. 公共關係、鄰房心態及反應 提示施工單位施工前辦理之事項：設計者應就其 設計上之特殊考慮因素及設計上未能充份考量之 事項加以整理，而期望施工單位於施工前辦理之 事宜，如補充地質調查、地下管線調查、鄰房現 況調查或鑑定。

26 安全監測的項目 開挖區四周之土壤側向及垂直位移； 開挖區底部土壤之垂直及側向位移； 鄰近結構物及公共設施之垂直位移、 側向位移及傾斜角等；
開挖影響範圍內之地下水位及水壓； 擋土設施之受力及變位； 支撐系統之受力與變形。

27 開挖監測系統之計劃書內容 裝設地點。 裝設目的。 裝設儀器的型號、規格及儀器特性及限制。
安全監測系統之流程圖，包括儀器設備構成表、各儀器間之安排及資料擷集方式。 裝設於工址之位置、時程（包括與相關工程進度之配合關係）及施工方法。 調整測試之方法及保養維護之方法與頻率（開始運轉監測後）。 各觀測值之觀測頻率。 觀測值異常之判定及建議之處理流程。

28 監測計畫例

29 監測計畫例

30 壁體內(外)傾度管 安裝於基礎開挖之擋土壁內，用以量測 擋土設施或結構體的側向變位及變形撓 曲程度，以變位之方向、速率和最大側
向變位來研判擋土結構的安全程度。 埋設於水庫壩墩或山坡地、擋土璧外側 （土層中）時，主要用於量測土壤滑動、 邊坡滑動及潛移的變位行為，作為邊坡 穩定性的重 要研判依據。

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38 振弦式應變計 在水平支撐型鋼的梁腹左右兩側裝設應變計，當支撐受力時，應變計隨之產生應變，由此應變量可計算支撐之應力，再換算其所受之軸力及偏心彎矩。

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41 建物傾斜計 安裝於基礎開挖周圍建築物的柱上，量測因開 挖、抽水或其它因素等，造成周圍地表沉陷變化 及不均勻沉陷所導致建築物傾斜之程度，藉此研
判建築物之安全性。

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43 水位觀測井 裝設水位觀測井，瞭解工地地 下水位高程，將所測得之水位 變化，綜合其他監測資料回饋 設計，以檢討擋土設施及水平
支撐之安全性，可藉此推測開 挖內、外側所引起之滲流行 為，是否可能造成管湧、上舉 或砂湧等工程災害。

44 電阻式鋼筋計 鋼筋計利用惠斯頓電橋原理，佈設全橋式應變系統（即四個應變計）於鋼筋面，利用資料擷取器量測讀值，再將測得之測值減去初始值，乘以轉換系數即可得到鋼筋的應變，利用鋼筋的彈性模數可得鋼筋之應力。

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46 地表（建物）沉陷觀測 及中間柱隆起點觀測 基礎施工過程，通常 會設置數個沈陷觀測 於鄰近的道路與建物 上，而對於有隆起現象
之虞的工地，會在中 間柱頂端上設置隆起 點。在開挖初始階段， 周圍地表會由於連續壁 的側向變位，造成地表 產生三角形沉陷。

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48 隆起桿

49 土壓計及水壓力計 量測作用於連續壁的 土壓力及水壓力。

50 荷重計 量測作用於錨端的 荷重大小

51 簡易裂縫計

52 安全監測頻率的決定 監測頻率之決定，通常考慮於不同的 施工階段各項監測資料須取得之頻率 ，原則上需配合施工並能取得足夠資料
以供研判分析之用。

53 一般建築開挖工程監測頻率(I) 監測項目 儀器名稱 儀器個數 監測頻率 擋土結構體變形 及傾斜 傾 度 管 處
每逢基地挖土前後，支撐施加預力及拆除前後：平時每週一次，開挖階段每週至少二次，必要時隨時觀測 地下水位及水壓 水壓式水壓計 支 平時每週二次，抽水時每天一次 水位觀測井 平時每週二次，必要時每天二次 開挖面隆起量 隆 起 桿 開挖階段每天至少一次，平時每週二次 支撐應力及應變 振動式應變計 個 每天一次

54 一般建築開挖工程監測頻率(II) 監測項目 儀器名稱 儀器個數 監測頻率 道路及建築物沉陷量 沉陷觀測釘 個 平時每週一次，必要時隨時觀測
筏式基礎沉陷量 每層澆築混凝土前後，平時每十天一次 擋土壁鋼筋應力 鋼 筋 計 支 基地開挖時每天一次，平時每週二次

55 安全監測系統 量測的工具，由機械、電子、材料及電腦等方面科技的組合。
儀器的選用、安裝及量測，須配合現場狀況，而資料之分析及判讀須專業人員（大地技師）之知識及經驗，才能發揮整體監測系統之功效。 觀測系統須與施工密切配合，始能發揮其應有之功能。 觀測系統既為施工安全控制之用，故綜合利用觀測資料及現場的施工記錄與評估兩者查核資料之相關性，應為施工單位必須掌握之重點。

56 安全管理值之訂定 監測系統，安全管理值為整個工程中最重要之一環。由於安全管理值為施工安全中之管制基準，故必須事先擬定，並提出可行之應變對策，以避免臨時驚慌失措與錯失應變時機。 安全管理值應於工程設計階段依據規範、學理、經驗、配合周圍環境或其他特殊限制規定。 施工期間可由監造工程師視需要召集設計單位、包商、監測機構共同會商修訂。

57 項次 監測項目 管理值 警戒值 容許值 1 連續壁變形 2 連續壁主筋應力，kg/cm2 3 支撐荷重(t) 4 鄰近建物沉陷量及角變量
5 7 8 撓距比 1/500 1/450 1/360 2 連續壁主筋應力，kg/cm2 1680 2230 2520 3 支撐荷重(t) 第一層2H350×350×12×19 180 210 257 第二層2H350×350×12×19 第三層2H400×400×13×21 250 280 353 第四層2H400×400×13×21 第五層2H350×350×12×19 4 鄰近建物沉陷量及角變量 沉陷量，cm 角變量 1/400 道路沉陷量 9

58 表中所列的管理值、警戒值與容許值為三個參考指標，相當於交通號誌的綠燈、黃燈與紅燈。目前在台北捷運工程所採用之觀測管理值則為訂定警戒值(Alert Level)及行動值 (Action Limit)兩個參考指標。 此兩個參考的指標可解釋為：觀測值若少於警戒值為綠燈，介於警戒值與行動值之間為黃燈，達到行動值時即為紅燈。

59 施工監測管理方法 量測 預測值 警戒值 行動值 量 測 值 警戒值 行動值 繼續施工 強化監控與施工管理 依事先之檢討對策進行處理 停止施工
警戒值 行動值 量 測 值 警戒值 行動值 繼續施工 強化監控與施工管理 依事先之檢討對策進行處理 停止施工

60 比較施工監測結果與原先預測結果之差異，研判分析後，可修正原分析公式中之輸入參數或分析模式。
預測今後施工階段之行為變化，如擋土結構應力與變形、開挖面隆起量、支撐荷重、周圍沈陷量和大樓基礎沈陷量等，進而評估爾後施工之安全性。 當觀測值達到警戒值，應立即檢討可能造成的原因，加強觀測頻率，並消除不利的因素，。觀測值已達到行動值，則承商應提出具體改善計劃，加強觀測頻率，避免狀況惡化，甚至發生災變。

61 裝設與觀測時程無法與施工密切配合 來不及安裝，施工照常進行，導致該裝的儀器略而未裝，施工安全體系中出現盲點； 等候儀器安裝，導致工期延誤； 緊急應付，草率安裝，致儀器功能不彰。因此，施工單位在研擬安裝計劃時須能確實掌握預定施工進度。

62 安全監測工作必須公正，客觀，須由有資格之專業大地工程技師進行或委交具監測有經驗之人員辦理。

63 謝 謝 各 位 ！