潛盾工法為英國所發明，1843年成功地用於泰晤士河底隧道之施工,後由日本工程界發揚光大,戰後日本已發展出機械式、壓氣式、盲式、土壓平衡式、泥水加壓式等潛盾工法，以適合各類地質條件之施工，工法不斷創新，斷面亦逐漸增大。近期由日本施工中之東京灣海底潛盾隧道直徑已達14.14m，居全球之冠。至於潛盾工法在我國之運用始於民國六十五年由王大同營造廠與日本明石工務店合作之衛生下水道B主幹管工程，採壓氣工法施工，但由於壓氣工法不適用於台北盆地軟弱之沈泥質砂層，結果失敗。後由本處接辦，以土壓平衡式潛盾工法完成。民國六十八年本處首次以潛盾法所鑽挖完成之隧道直徑僅4.35m，而目前捷運251標工程採泥水加壓式潛盾法，隧道直徑已達6.24m。但近來基於工程的複雜度增高加之以功能需求變大，致使基本潛盾法已不敷實用，故本文乃針對日本在潛盾技術上之研究發展，將幾種特殊潛盾工法加以介紹，以配合未來台灣的施工環境：

＊合併其他工法強化潛盾功能之反循環潛盾法

＊配合環境限制所發展出之DPLEX法、三環斷面潛盾法

＊發揮一機多用功能之套環式子母盾法、垂直－水平雙功能潛盾法以及分歧式潛盾法等。

＊開發新材料以提昇潛盾施工效率之NOMST法

＊配合特殊地下狀況所研發之削刀式潛盾法

其詳細施工狀況如下：

反循環潛盾工法乃是在短時間內結合沈箱工法、潛盾開挖及反循環鑽掘工法並利用其工法之特性構築深度豎井之工法。

本工法利用NOMST材料構築豎井底部之開挖面，使潛盾機切削器能直接切削井壁，致進行開挖施工時能更安全有效地達到相當深度。

本豎井的構築工程區分為二階段：第一階段以構築一般壓氣沈箱的方式同時利用反循環鑽掘來開挖豎井。第二階段則是將潛盾鑽頭置入沈箱結構中並以底端之沈箱作為盾殼進行反循環鑽掘，同時組裝預鑄襯砌環片，逐步完成豎井結構。（圖一）

利用此二階段施工方式只要能有效控制下沈與抗沈力量即可有效完成大深度豎井施工。

在現今都會區域地下，四處密佈著複雜交錯的管線與地下設施，若須在其間增挖新隧道勢必要小心翼翼穿越其間以免產生破壞。因此，對於以潛盾鑽掘非圓形斷面隧道技術之提昇，無疑是當務之急，本DPLEX盾構即因此而生。該盾構為EPB（Earth Pressure Balance）潛盾機之一種，可因應各種需求鑽挖出不同型態之斷面。經由若干旋轉軸之連結藉以驅動本盾構的切削器可使開挖隧道斷面與切頭形狀完全吻合。（圖二）

此種新型潛盾機首次採用於1995年東京都二條下水道隧道開挖工程，此二座節塊襯砌隧道均為寬4.2m，高3.8m之矩形圓角斷面，每0.6m

為一開挖分隔，隧道總長共810m。其開挖環境為地下3m之砂質土壤，且須橫越一寬約10m且充滿地下管線的街道下方，此外，本二隧道之開挖路線中有一半徑50m之急轉彎....在如此特殊情形下作隧道施工，只有本EPB盾構可以鑽掘出符合要求之方形圓角橫斷面。

此二隧道之順利完工正是為都會型複雜地區之潛盾鑽掘隧道開挖開啟一新紀元。

大阪都會區七號地鐵線上之大阪商業公園（OBP）站位於刻正進行二次開發的OBP商業區，該區日間流動人口約150,000人。本線地鐵估計於1996年通車，至於OBP站設於地下27-35m處，其地面上方為商業大樓，車站本體臨接重要之地下管線設施；當地地下水壓約147kpa。在如此嚴苛的環境下，本站之施工確實無法以一般明挖法進行。

由於以上種種限制，本站施工首度採用三環斷面潛盾法開挖，使用配置有三具直徑相同且交互重疊的旋轉式切削頭之泥漿式潛盾機，開挖出一高7.5m，寬17m的三環隧道斷面，並立即以14塊柔性鑄鋼環片作全斷面襯砌，隧道每向前開挖一公尺便設一臨時柱樁作為支撐，其後每隔四公尺作一永久支柱，並待頂部與底部之鋼骨凝混土樑完成後即拆除原先之臨時支柱。（圖三、四）

相較於舊式開挖法個別鑽挖出兩相鄰之單圓隧道後，再予拆除襯砌進行開挖以連接兩隧道的施工法，本三環斷面潛盾新工法更具安全性且能縮短工期。

技術考量：

本工法在使用前需先就規畫、設計及施工可能發生的技術問題作詳細研究及各種試驗，以確保其適用性。

＊進行全斷面環片載重試驗以確認本工法之力學行為及安全性

＊研發三環潛盾機之特殊機械構造，改良環片組立設備，並發展出使盾尾變位減小之方法

＊為使開挖面上半部之砂土層維持穩定，三獨立切削面之穩定液壓力均分別嚴格控制

＊研究推力千斤頂之布設以便控制潛盾機開挖中之位態（上下、左右及搖擺）

＊布設灌漿孔位，選擇灌漿材料以填補盾尾之空隙，每公尺進行約需灌注7立方

＊為免施工中影響地表結構物，在施工範圍內進行化學灌漿改良地盤。

施工控制與成果

為確實掌握施工效率及提昇工程品質，本工程採用特殊之監測系統，該系統可全盤監控有關襯砌結構之土壓、地下水壓等大量資訊並及時反應周遭土壤在潛盾開挖時之受壓與變形狀況。

大約在潛盾開始進行四個月之後即完成鑽挖工作。根據資料顯示，本工法施工中造成之沈陷極微小，隧道施工中亦無崩塌，臨接建築設施均未受到施工影響而損壞。由此可預測：本工法被廣為運用於深度隧道開挖工程乃指日可待。

有鑑於日本國內都會地區日益嚴重的壅塞與複雜化，造成在此類區域所建造之隧道益多採用潛盾鑽掘方式開挖；此外業界並不遺餘力地開發結構簡化、適用各種不同用途之橫斷面長距離開挖且更經濟之潛盾機具。其中由Teito Rapid Transit Authority所開發成功之套環式子母盾即為其一。

由Azabu站置下之母機可鑽掘出長360m的三軌斷面以達到工作井，在此母機與子機分離，僅由子機進入工作井，至完全達到可施工狀態時子機即繼續鑽掘通往Seishokomae站。

本型潛盾機目前已在生產階段，估計可於1997春開始鑽掘，今後亦會針對本機據知鑽掘能力、分離功能及其他方面作更深入之研究探討。

本垂直－水平雙功能連續潛盾隧道鑽挖工法乃是利用同一潛盾機先後進行豎井及隧道工程施工以抵抗土壓及地下水壓之工法（圖六）。其特殊處在於運用潛盾機切削頭上之球體裝置使在完成豎井施工後即能將切削頭旋轉90度以改變潛盾方向，繼續做水平方向之隧道開挖。因而，即使在狹窄受限的地下環境中仍能不受影響，有效施工。（圖七）

本工法特點：

＊縮短豎井施工時間

＊縮小豎井面積，有利於建築密集區之施工

＊不需做壓縮空氣與土壤改良等輔助工作，故能提高施工安全性

＊即使在地下水壓極高之深度開挖下仍能確實施工

＊在深度開挖時能減低工程成本，故更具經濟效益

日本東京都東北鄰近Saitama縣集合衛生下水道與雨水下水道之Hanahata污水幹管工程－－－該區位於Ayase, Dennu, 與Kenaga三河會流處，因此本工程的施工要點為能在不影響橋樑基樁穩固的前提下使該污水幹管隧道穿越這三條河流下方。由於隧道深度需確實設定於橋樑基樁以下，故以地下33.5-35.8m之深度進行開挖，本區地質在地表至地下40m處為極脆弱之沖積層，而其下為洪積層地帶。出發井之開挖深度為38m並以外徑5,700mm，內徑5,000mm之節塊連結作為內襯砌；中間井與到達井則以壓氣沈箱法施工建造。

在垂直鑽挖時因使用「垂直鑽掘精密控制系統」中的垂直雷射與傾斜儀，故可做到10mm以內之水平誤差，並使旋轉誤差控制於0.6度以內。此外球體本身旋轉及其與盾體之連結亦無問題。刻正進行該隧道之鑽掘工程中。

分歧式潛盾機係在潛盾主機中設置較小之潛盾副機用以開挖隧道支線。副機置於主機附近，運作時穿過主機壁體後向前掘進（圖八）。為使主機機身便於被切削，該部份之機身係採用新開發之混凝土材料－－－碳纖強化塑材（CFRP），本材質由碳纖與樹脂硬化劑所組成，以取代傳統混凝土中之鋼筋材。

本分歧式潛盾機特性如下：

＊可取代大角度曲線之傳統潛盾施工

＊可併於一台機體作垂直豎井與水平隧道之 開挖

＊開挖水平分支隧道時不須另設工作井

＊可彈性選擇主機與副機之斷面直徑

＊結合傳統工法，結構簡單，施工可靠。

＊主機與副機可共用設備，具經濟性。

基於過去在豎井開挖工程上慣例使用鋼版樁與鋼筋混凝土來做壁面支撐，以致於在潛盾開挖前若未做工作井外隧道開挖面之土壤改良則潛盾機根本無法作有效而直接的鑽掘。近年來，由於利用潛盾開挖的隧道深度有漸深的趨勢，以致需作土壤改良的範圍亦擴大，如此一來，不斷提高的工程成本與逐漸加長的工期遂成為業界的惡夢。

為了突破上述問題，現在經研發成功一種不需大規模改良土壤即能讓潛盾機由井壁直接鑽掘之工法：藉由在隧道開挖面井壁上使用含強化碳纖塑膠束（Carbon Fiber Reinforced Plastic）之混凝土使潛盾鑽頭能直接切削井壁進行開挖。此新工法稱為NOMST（Novel Material Shield-Cuttable Tunnel Wall System）工法（圖九）。其特點為既能確實節省成本與工期，且可加強施工安全性.....

為配合臨東京灣部份東京國際機場之改建工程中京濱高速鐵路（Keihin Electric Express Railway）機場延伸段的建造，刻正進行二座單軌鐵路隧道之開挖工程。該隧道長約1500m，外徑7.0m，以潛盾開挖、節塊襯砌方式施工之。

由於本隧道通過地區地質大部份為軟弱的沖積粘土層，故潛盾機在開挖同時尚需處理曾用於土壤改良之材料（垂直排水帶、袋式排水樁等），施工狀況特殊，因此在多次試驗後開發出一種封閉式泥漿潛盾機，既適用於軟弱土壤又可以切削並處理此類材料，而不影響地面上跑道設施及其正常營運。

本潛盾機之主要特色為：1.切削面上二組削刀式切頭用以切下土中所含特殊土壤改良材料，另在切削面後方設有削刀替換設備 2.使用直線式切削鑽頭使此類物質不至纏繞於切頭上 3.在泥漿回送系統中設有去除此類材料之設備（圖十）。

此外，潛盾掘削時之最佳泥漿壓力，及各項地盤狀況之及時監測資料均可由中央控制室隨時掌控。

有鑑於目前國內各項公共建設方興未艾，而台灣全島地質與地形錯綜複雜，加之以人口密度極高，使得隧道施工益形困難。為克服各種人為與自然的障礙，順利完成施工，施工技術的精進乃成為一重要課題。然「工欲善其事，必先利其器」，惟有先進的機具方能使技術提昇達到事半功倍的效果。因此除本文中所介紹的八種潛盾工法外，日後將陸續針對國外各類技術新知加以介紹，並期國內工程界在研發工作上亦能大放異采。