¶ 公路隧道設計規範－第三章 設計考量 C3.1 一般說明
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C-8第三章 設計考量C3.1 一般說明
(1) 本章針對隧道設計所需考量之基本因素，包括地盤特性、斷面形狀、地震、特殊荷重、施工方法與順序、地下水與地表水之影響等因素加以說明，至於洞口設計、特殊地質處理（斷層、
湧水與有害性氣體等）、近接隧道與交叉段等特殊狀況所需考量之因素，則另列第六章及第七章。
(2) 隧道設計應考量線形布置與斷面大小等功能需求，其平面線形與縱坡須符合交通部「公路路線設計規範」要求，斷面大小則應符合行車空間需求。另須符合交通部「公路隧道消防安全設備設置規範」中有關通風、照明、消防、通信、避難設施等規定，並考量維修等附屬設施所需空間。
(3) 隧道設計應考量縱坡對施工排水之影響。
(4) 隧道設計宜針對上述線形與斷面等功能需求，充分考慮工址地質情況與周圍環境條件限制進行之。路線研選方面，需考慮隧道對周圍環境之影響，選擇影響較少之路線，同時將周圍環境條件及所需維護措施反映於隧道設計上；洞口位置與布置應兼顧環境條件且以地形、地質為重點考慮因素，選擇地質較佳之洞口，並考量營運階段行車出洞時陽光直射之影響。
(5) 隧道設計宜依據隧道位置、長度、重要性、地形地質與現地環境條件等因素，考量隧道穩定性暨襯砌之耐久性與維護管理需求，以及其適當之保護措施。
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C-9C3.2 設計原則
(1) 在地盤中開挖隧道後，原呈平衡狀態之地盤應力將重新分布，岩體亦隨之變形，在地質狀況極佳時，有時甚至不用支撐亦可達到穩定，此一現象顯示隧道圍岩具有自立性。此一作用自應充分加以利用，以適量支撐加強圍岩性質，避免於變形中發生漸進破壞。
支撐設計宜充分考量地盤之自立性，以加強圍岩支撐強度並控制其變形為主要目的，而非僅考量以剛性支撐抑制岩盤變形或承擔岩楔脫離導致之全部荷重。
(2) 隧道支撐系統之設計，宜考量隧道周圍岩盤之岩體類別、隧道寬度與覆蓋深度等條件，預留適當之變形寬容量，並採用適當勁度之支撐構件。
(3) 隧道雖與一般結構物同為工程建設，但因以性質複雜多變之地盤為施工對象，故設計時宜保留適當之施工彈性，賦予現地依據實際地質情形或困難情形而彈性變更施工方式之機制，俾及時採取必要措施以避免發生災害。
C3.3 設計考量因素
(1) 地形與地盤特性(a) 隧道路線與地形及地層弱面關係地層弱面與隧道開挖及地盤之穩定性有極密切之關係，因此隧道路線之布置宜考量隧道路線與地層弱面之方向關係，檢討開挖後可能產生之地盤破壞行為，選定較佳隧道路線，俾減少爾後需以工程技術克服之費用支出。
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C-10隧道路線宜盡可能避開或減少於谷地及覆蓋厚度不足處作為進洞地點，以降低因隧道與坡面之距離過短發生偏壓，及地盤風化造成隧道開挖後抽心透空。隧道路線與地形等高線之交角以垂直交叉為佳，或盡可能避免或減少以與地形平行或低交角方式進洞。
(b) 開挖面自立性與地盤行為開挖面自立性影響隧道安全甚鉅，主要取決於地盤強度、不連續面位態、裂隙發達情形及開挖斷面與跨徑大小等因素。
隧道施工時，一般在開挖面進行岩體類別判定，惟隱藏於開挖面及側壁後之地質構造與剪裂帶，無法僅依目視或量化方式評估，故對有前述顧慮而未能掌握地盤行為之情況，基於維持隧道穩定需要，宜設計適當之支撐系統。
(2) 斷面形狀(a) 隧道內空斷面之尺寸，需依其車道數，並配合交通部「公路路線設計規範」、「公路隧道消防安全設備設置規範」
及內政部「市區道路及附屬工程設計規範」等之規定，就各車道所需寬度與高度，以及隧道內所需之維修步道空間、通風、照明、消防、通信、避難設施、標誌及人行道與無障礙設施（視需求）等進行有效布置，並考量隧道穩定性及施工性後決定之。至於開挖斷面之尺寸，則應考量隧道內空斷面及支撐構件所需架設空間，並依隧道周圍岩盤類型預留適當之變形寬容量。
(b) 隧道斷面之幾何形狀影響其結構穩定性，設計時應考量地
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C-11盤條件、開挖工法及支撐等特性，以適應隧道開挖後產生之應力流及變形狀況。基於力學行為及施工性考量，斷面幾何形狀應盡可能平滑化，避免造成應力集中現象。公路隧道一般採多心圓斷面，必要時設置仰拱。仰拱應與側壁圓滑連接。
(3) 地震針對一般山岳隧道而言，因岩體變形模數較一般土壤為高，而地震波於岩盤之體波波長一般以百至千公尺級計，其值遠大於隧道橫斷面尺寸，故地震波對岩盤隧道之影響原則上可以不予考慮。然而，針對洞門段、淺覆蓋段、斷層破碎帶等之一般岩盤隧道襯砌設計，得於必要時視地形、地質及隧道覆蓋深度等條件考量地震之影響。
由國內外之地震災害報告顯示，岩盤隧道雖屬耐震性較佳之結構物，惟若隧道通過第一類活動斷層（依經濟部中央地質調查所公布為準）之影響範圍內，可能發生襯砌受斷層錯動之影響而破壞。有鑑於此，山岳隧道設計應以避開活動斷層為原則，如確實無法避開時，應視需要考量斷層錯動及長期蠕動之因應對策。
(4) 特殊荷重覆蓋較淺之隧道，地層一般風化程度較高，新鮮岩層厚度較薄，不易形成地拱。此類隧道之設計，宜考慮調整開挖順序，或輔以適當之地盤改良及其他輔助工法。若地表有超載可能，設計隧道支撐系統及分析襯砌結構時即應納入超載作用。
此外亦須考量爾後隧道上方可能發生之開發行為，改變或破壞地表地貌，導致滲入之地下水增多，在地層中形成空洞並擴
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C-12展，對隧道產生超出目前之荷重。如無法考量時，則需對開發行為加以設限。
隧道經過膨脹及擠壓地層時可能遭遇異常荷重，此時除標準支撐系統外，宜採適當之輔助工法加以克服，並增大隧道之變形寬容量。
靠近邊坡地表之隧道，地形偏壓使隧道結構體受力不一致，易發生不均勻變形破壞。此時宜藉由回填或坡地保護等對策，以平衡土壓。
(5) 襯砌耐久性隧道襯砌一般裸露於大氣中，應考量其材料耐久性及環境中所含有之腐蝕因子。必要時，適度增加混凝土保護層厚度及混凝土強度，以防止內部鋼筋腐蝕或材料劣化。
(6) 營運及維護需求設計階段應針對隧道及其附屬設施考量其營運及維護需求，以確保隧道營運期間之服務水準及未來維護管理上之需要。
(7) 施工方法與順序隧道施工方法影響隧道工程進度及經費甚鉅，並與隧道支撐設計息息相關，故應於設計前，仔細考量隧道斷面尺寸、工區長度與地質特性，並配合隧道工期及環境條件等加以選定之。其中，隧道工址之地形條件、工區進出便道之可及性與便利性影響大型施工機具運用性甚鉅，需納入設計考量，藉以避免實際施工執行時窒礙難行或偏離原設計需求。
在開挖方式方面，目前可依斷面分割情形概分為下列類別如附圖C3.2，選擇時應考量隧道周圍岩盤拱效應與開挖面自立
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C-13性等地質特性，充分利用其支撐功能；原則上，在不影響隧道穩定性之前提下，宜盡可能採較大斷面之開挖。
(a) 全斷面開挖(b) 上半斷面先進及台階開挖(c) 中壁開挖(d) 側導坑開挖(e) 中導坑開挖(f) 環狀開挖特殊條件之地質（如高壓湧水、斷層破碎帶、含水未膠結或膠結不良地盤、卵礫石地盤等），往往無法僅藉改良施工方法與順序加以解決，此時必須採用輔助工法增強地盤強度或降低地下水位，方能進行開挖並控制變形量。
(8) 地下水與地表水之影響其他可能因隧道施工而改變之現地情況，譬如地下水與地表水變動等，亦須於設計階段預為考量。
(9) 防火、防災及通風需求設計階段應依照交通部「公路隧道消防安全設備設置規範」之規定，預為考量相關設備。
(10) 節能減碳隧道設計應盡可能納入節能減碳理念。
(11) 環境保護設計階段應將水文地質、爆破振動、噪音、生物棲息、工
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C-14程美學等議題納入設計考量。
C3.4 設計項目及流程
(1) 隧道設計之基本項目包括斷面形狀尺寸、開挖方法、初期支撐型式及變形寬容量、襯砌、洞口、交叉段、排水與防水設施、
消防安全設備、通風設備、監測系統及其他特殊情況，此為一般隧道設計所須考慮之主要項目，實務上應不限於所列項目。
(2) 隧道係屬細長之地下結構物，對於長達數公里且位於崇山峻嶺內之隧道，以現有之地質調查技術，仍難於施工前確實掌握沿線所有地質條件，常有一定幅度之變動，故考量隧道工程之經濟性及安全性，施工中宜依實際觀察與監測結果，適當調整設計。隧道設計流程參考附圖C3.1。
C3.5 維護管理為維持隧道營運期間應有之服務水準，確保隧道之使用性、安全性及耐久性，應於隧道之全生命週期各階段（如：規劃、設計、施工及營運），針對隧道及其附屬設施（如：換氣坑、避難坑、斜坑、豎井、機械電氣室與機電營運設施等），考量其維護管理需求，視需要擬定適當之隧道維護管理計畫。擬定該計畫時須充分瞭解襯砌型式與結構，維持隧道淨空斷面，確保其安全性、水密性及防止結構物劣化等功能。