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規範解說 第五、六章結構與相關工程（1／2）；原PDF第88–100頁。
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¶ 鐵路明挖覆蓋隧道設計規範｜原檔第88頁
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第五章 結構工程
C5.1 一般說明
如本規範未規定事項或使用特殊工法時，須做適當之修正後
使用或另參考相關規範。
C5.2 設計考量
C5.2.1 結構計算之基本原則
明挖覆蓋隧道之結構物與一般的地上結構物不同，結構物為
地盤所束制。由於隧道結構物重量以輕於其挖除土方重量者居
多，一般隧道結構物大多直接設置於開挖底面上。因此，進行結
構計算時，應考慮隧道橫斷及縱斷方向的勁度、隧道結構物與地
盤相對關係以及相連於隧道的地盤特性。
結構計算時，一般依據彈性分析進行斷面力的計算。地震
時，推測可能發生地盤變位的特殊狀態，其安全係數核驗可依據
塑性理論探討。
一般而言，計算超靜定力時，為簡化慣性矩的計算，可不計
鋼筋的影響。但諸如彈性變形的計算且考慮鋼筋的影響時，彈性
模數比n = Es /Ec可取最接近之整數(但不得小於6)。 鋼筋的彈性
模數Es，亦有因鋼筋的種類及製造方法的不同而有所差異，但因
其差異小，故計算時該值可採用 Es .204 10 6 kgf / cm 2 。
混凝土的彈性模數Ec，因抗壓強度不同而有所差異，若假設
為一定值，則計算結果有產生較大誤差之虞，因此，混凝土的彈
性模數Ec會隨著抗壓強度 cf之值而變。
混凝土之柏松比，因抗壓強度及應力等的不同而有所差異。
當柏松比採一般所用之值ν=0.2 時，混凝土的彈性模數與剪力彈
性模數之比為2.4。
C-40¶ 鐵路明挖覆蓋隧道設計規範｜原檔第89頁
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C5.2.2 結構主體之穩定性 1. 由於明挖覆蓋隧道的自重與內部載重輕於其挖土重量，而且 亦小於施工前的預載，因而地盤承載力在設計上成為問題者 較為罕見。在隧道上面設置結構物時，因隧道底面的地盤承 受隧道上方結構物與隧道的載重，所以計算地盤承載力時， 應考慮隧道及其上載結構物的各項條件，並探討該值是否在 容許承載力之內。若超過容許承載力，則須使用樁基礎。 2. 設置於地下水位以下的明挖覆蓋隧道，必須探討整體隧道抵 抗上浮的能力，尤其是地下水位高，而覆蓋量小的情況時， 需特別注意。浮力可以由結構體、回填材料、道碴及鋼軌等 靜重來平衡。 明挖覆蓋段施工完成時之浮力計算，其地下水位應考慮 回升至地表，引道結構物必須檢核洪水期間結構物抵抗上舉 力的安全性。但若現況地下水位較低，且由長期水位觀測結 果亦顯示其為穩定，則可依評估之合理設計水位計算。對有 受壓水層存在之地盤，應另行考量其滲流壓力之影響。 當抗浮安全係數不足時，可於連續壁與主體結構間設計 妥適之抗浮接頭後，考慮連續壁壁體淨重協助抗浮。 若局部區域之抗浮安全係數不足時，可取較大範圍進行 檢核，該局部區域之向上浮力所造成整體結構之應力影響， 應特別加以檢核。 抵抗上浮的其它可行參考對策方法如下： (1) 增加結構物的重量。 (2) 利用樁的抗拉拔力。 (3) 在側壁或下層底板打設地錨。 抗浮之結構物靜載重，可包含任何延伸至結構物底部的 牆，但應確認該牆之強度及該牆與結構物底部之接頭足以抵 C-41
¶ 鐵路明挖覆蓋隧道設計規範｜原檔第90頁
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抗作用於牆上的所有力量。 本抗浮檢核條文主要用於設計初期之最小構材尺寸概估 或結構系統研擬(如是否連結連續壁等)，以及施工完成後永 久階段之抗浮安全檢核。至於在施工階段，基礎開挖與隧道 構築期間，常採祛水措施以控制開挖底面或結構物底板承受 之水壓，以免發生上舉現象，施工階段在任何狀況下，其抗 浮安全係數在不計連續壁壁體表面摩擦力下皆應大於 1.05。 計算抗浮力檢核計算相關靜重時應以材料之較小重量或 密度來計算，相關數據如下： (1) 鋼軌及栓扣件：150 kgf/m/每股道(此時不考慮內側護軌) 3 (2) 道碴(含軌枕)單位重：1,800 kgf/m 3 (3) 鋼筋混凝土單位重：2,300 kgf/m 3 (4) 無筋混凝土單位重：2,200 kgf/m 3 (5) 結構頂板以上之回填土總單位重：1,850 kgf/m 3. 隧道設置於軟弱地盤之上，且隧道上方有設置其他結構物 時，或隧道上方未來有可能增加填土，其載重高於目前地盤 所承受時，以及地盤沉陷持續進行中時，必須針對地盤下陷 進行探討。 因應地盤沉陷之對策如下： (1) 柔性方法： A. 隧道斷面具備充裕的淨空，且具有吸收沉陷造成隧 道縱向坡度變化的能力。 B. 接合處設置伸縮可撓接縫。 C. 使結構物具有充裕的變形能力。 (2) 剛性方法： A. 施築樁基礎。 B. 施行土壤夯實或灌漿、固結等地盤改良工法。 C. 利用壓密或排水工法，加速壓密沉陷之發生。 C-42
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C5.2.3 結構主體之斷面力計算 明挖覆蓋隧道的結構主體，在橫斷面方向與縱斷面方向均形 成連續。因此，不僅須針對橫斷面方向，必要時亦須針對縱斷面 方向，探討結構主體的斷面力。 (1) 橫斷面方向的結構計算 明挖覆蓋隧道的橫斷面形狀，一般採用箱型剛構架型 式。剛構架的構材斷面力計算，應依據第四章所述各種載重 組合，進行彈性分析。 作用於明挖覆蓋隧道的各種載重，係經由隧道結構主 體，傳遞於主體底面及側面的地盤。因此結構計算首先必須 針對載重求算地盤反力，但該隧道周邊地盤反力的分佈狀 態，會因地盤的狀態、結構主體的構造型式及施工方法等條 件的不同，而有所差異。 一般而言，地盤反力的分佈與結構物的勁度有關。對於 軟弱地盤而言，地盤反力的分佈較為均勻；對於堅硬地盤而 言，地盤反力較為集中分佈於側壁、柱及版等支點附近。 對於以下狀況，需特別考慮地盤反力分佈的差異性： A. 若工址地盤之承載層有突變狀況時，在隧道下宜採用樁 基礎。 B. 因採用地下連續壁或逆築施工而設置樁基礎時，該等樁 或地下連續壁因埋入處的不同，其支承條件與一般底板 直接支承於土壤上的情況不同。 綜合以上所述，地盤土壤反力的計算有下列方法(如表 C5.1 所列)： A. 將隧道視為剛體，並考慮垂直載重、水平載重及傾覆力 矩均由隧道底面的地盤反力承擔的方法。 B. 將隧道各構材及地盤分別視為彈性體，並根據彈性理論 分析，考慮所有載重可能造成的隧道各構材變形，據以 C-43
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計算地盤反力的方法。 C. 在隧道底面加樁及採用地下連續壁時，對於隧道底面亦 屬集中的支承型式，其分析與方法 B.採用相同理論，考 慮隧道各構材的變形，據以計算地盤反力的方法。 C-44
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P
w wr ww
w
w 視結構物為彈性體時
C. 結構物以樁及地下連續壁支承時 hk ：樁及地下連續壁的垂直勁度係數 ：樁及地下連續壁的水平勁度係數
v h sv sh v h ：垂直地盤反力係數 ：水平地盤反力係數 ：側面抗剪地盤反力係數 ：底面抗剪地盤反力係數 K K
P
r w
w w w
w C-45
w 地盤反力的計算方法與分佈形狀 視結構物為彈性體時
B.
hk表C5.1 ：有效垂直地盤反力 ：水平地盤反力 ：底面抗剪力 ：側面抗剪力 ：樁及地下連續壁的垂直反力 ：樁及地下連續壁的水平反力
r
w rP rh rv vP hP
P 結構物僅以地盤支承時
ww
w
wr
w
w 視結構物為剛體時
A.
：偏壓 ：上方版的垂直載重 ：壁、柱的載重 ：靜止土壓及水壓 ：水壓
w ' w P w：下方版的有效垂直載重 0P w P
反 力 形 狀 符 號 說 明 諸元¶ 鐵路明挖覆蓋隧道設計規範｜原檔第94頁
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ΣM=0 視結構物為彈性體時
C.
v
h h v ：垂直變位量 h v v h h ：水平變位量 v v結構物以樁及地下連續壁支承時 sv sh h K K
wr Pr hr vr Pv Ph 其中， 以樁或地下連續壁支承的情形
C-46
ΣH=0 視結構物為彈性體時
B.
v
h v ：垂直變位量 h h v ：水平變位量
v
h sh sv
wr Pr hr vr 其中， 相對於地盤，構材勁度較小，且構材變形的 影響不能忽視的情形結構物僅以地盤支承時
ΣV=0 視結構物為剛體時
A. 相對於地盤，構材勁度較大，且對 剛構架底面的地盤支承力遠大於對 側面支承力的情形
適 用 條 件 諸元 平衡 條件¶ 鐵路明挖覆蓋隧道設計規範｜原檔第95頁
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上述方法A 為最簡單的計算方法，係考慮底面地盤為均
勻，適用於隧道斷面的勁度大於地盤者，且隧道底面的地盤
支承力，顯著大於隧道側面的地盤支承力時。通常利用此種
計算方法，針對水平載重或傾覆力矩計算所得隧道斷面力較
大，係屬於較保守的計算方法。若隧道斷面或地盤適合於上
列條件，可利用此種計算方法。
方法B 及C，較能反映土壤與結構互制行為，但計算繁
雜。
若隧道斷面規模較小且為單純的箱形斷面，可視為剛體
結構，以利用方法A 較為方便。若為斷面特別大的結構物(彈
性體結構)、特殊形狀的結構物、隧道高度大於斷面寬度且承
受偏心載重，或以地盤變位為考量重點時，則利用方法B 或
C 進行分析。剛體結構與彈性體結構之判定參考圖C5.1 所示
之規定。
v b 4
4 EI
vk
Ww
Wr
W w / W r
圖C5.1 視結構物為剛體或彈性體的區分
(2) 縱斷面方向的結構計算
一般而言，有下列的情況時，必須探討縱斷面方向的應力:
A. 地面有凹凸，且覆蓋載重因地而異的情況(如圖C5.2
(a))。
B. 橋墩等局部性的結構物載重或土壓作用於隧道的情況。
C-47¶ 鐵路明挖覆蓋隧道設計規範｜原檔第96頁
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C. 地盤條件在縱斷面方向有不同的情況(如圖 C5.2 (b))。 D. 地盤變位而造成局部載重增加的情況。 探討隧道縱斷面方向的應力時，將隧道視為彈性體並以 地盤彈簧支承之。縱斷面方向地盤彈簧發生變化或有局部載 重作用時，可能引起地盤反力的增減，甚而影響橫斷面方向 應力分佈，分析時應仔細考慮該等效應。 圖 C5.2 縱斷面方向之應力 C5.2.4 斷面剛構架之設計 托肩特別大時，將軸線定為折線，以變斷面考量之。變斷面 構材軸線可採用通過以等間距劃分的各相鄰斷面形心所連接之直 線近似之。 剛構架的結構分析，一般僅考慮構材的撓曲變形。若構材深 C-48
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度與長度之比值較高時，則不能忽略剪力變形之效應。
為使剛構架之角隅處應力能夠順利傳遞，可在角隅處內側設
置托肩並加大外側鋼筋的彎曲半徑，使角隅處內側的混凝土壓應
力與角隅處外側的鋼筋拉應力順利傳達。
C5.2.5 版之設計
版的彎矩及剪力等斷面力，原則上可依據薄板理論或下列的
近似方法求算之。若版的形狀複雜，則可利用有限元素法或差分
法等數值分析方法求算斷面力。
(1) 單向版
A. 承受均佈載重的單向版，其彎矩可以用單位寬度的梁求
算。此時的分佈鋼筋量採用主鋼筋量的1/6 以上，並配
置於主鋼筋的垂直方向。
B. 承受集中載重的簡支版，或兩端固定的單向版每單位寬
度的最大彎矩，可將全跨徑的版視為具有以下列計算式
求得的有效寬度的梁求算之。
a. 簡支版的情形(如圖C5.3 所示)。
eb v 2.4 x (1 x / l ) ( c 1.2 x (1 x / l ) 時) (C5-2)
eb c v 1.2 x (1 x / l ) ( c 1.2 x (1 x / l ) 時) (C5-3)
)l
x
(1x )l
)l 1.2 x
x
c (1x
1.2 (1x
c 1.2
)l
x
)l (1x
x
1.2
(1x
1.2
圖C5.3 單向版的有效寬度(簡支承的情形)
b. 兩端固定的情形
C-49¶ 鐵路明挖覆蓋隧道設計規範｜原檔第98頁
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eb x (1 x / l ) (對於跨距中央的正彎矩) (C5-4)
eb 0.5 x (2 x / l ) (對於固定端的負彎矩) (C5-5)
式中， eb ：有效寬度
c ：自集中載重分佈寬度的端點至版自由邊緣
的距離
v ：載重的分佈寬度
x ：自集中載重作用點至最近的支點的距離
l ：版的跨徑
C. 簡支承單向版的分佈鋼筋承受均佈載重時，該分佈鋼筋
應採用每單位版面積中拉力主鋼筋斷面積的1/6 以上。
承受集中載重時，該分佈鋼筋應採用每單位版面積中鋼
筋斷面積的α 倍。此值，可由下列計算式求得：
a. 版中央載重的情形
下側分佈鋼筋 1 0.25 l b (1 0.8 v b ) (C5-6)
當 l/b > 2.5 時，可用l/b = 2.5 時的值。
b. 版緣端附近載重的情形
上側分佈鋼筋 (1 2 v b ) 8 (C5-7)
式中，l：版的跨距
b：版的寬度
v：載重的載重寬度
(2) 雙向版
依據「混凝土結構設計規範」之規定辦理。
(3) 懸臂版
A. 承受均佈載重的懸臂版彎矩，可視為單位寬度的梁求
算。此時分佈鋼筋量採用主鋼筋量的1/6 以上，並配置
於主鋼筋的垂直方向。
B. 承受部分分佈載重的懸臂版，可利用下式求算有效寬
C-50¶ 鐵路明挖覆蓋隧道設計規範｜原檔第99頁
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度，計算每單位寬度的彎矩 (如圖C5.4 所示)。
載重位於中間時， eb v 2 x (C5-8)
載重位於邊端時， eb v x (C5-9)
eb v 2 x eb v x
圖C5.4 懸臂版的有效寬度
若版的形狀為非矩形或有開口存在，則版的應力分佈甚為複
雜，可利用有限元素法或差分法求得彎矩，通常用正向應力的型
式表示，上述狀態，最大彎矩未必與 M x 、 M y 一致。由於最大彎
矩有可能大於 M x 、 M y ，因而必須確認在最大彎矩的發生方向具
備抵抗降伏應力之能力。
設計者應考量各種載重組合引致之撓度，供為施工階段預拱
計算之依據。
C5.2.6 梁之設計
基本上可用混凝土的全斷面，利用線性分析計算出斷面力進
行設計。
C5.2.7 柱之設計
明挖覆蓋隧道之柱構材，若剪力破壞先行於撓曲破壞，結構
物會發生脆性破壞，必須加以注意。
C-51¶ 鐵路明挖覆蓋隧道設計規範｜原檔第100頁
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C5.2.8 牆之設計 牆之設計載重除考量垂直載重之外，也必須考量其它載重， 如側向土壓、地下水壓等之面外載重。 C5.3 利用地下連續壁作為部分主體結構物之設計 C5.3.1 適用範圍 近年來地下車站等的明挖覆蓋隧道或豎井，施行深開挖的案 例增多，由於承受較大的側壓，因而在擋土方面使用具有高勁度 地下連續壁的情形亦增多。原則上，明挖覆蓋隧道應為完整之箱 型結構物，不與地下連續壁共構，以避免滲漏水或連續壁局部施 工不良與接續之問題。惟若受限於特殊條件且無妥適處理方式 時，必要時可將地下連續壁做為永久結構物並作為部分隧道主 體，藉以縮小結構物的寬度，減少開挖土量及節省工程費。對於 地下連續壁與內牆或板之銜接，施工期間構材應力之檢核，均須 特別加以考量。 C5.3.2 設計基本原則 利用地下連續壁作為主體時，於設計上應考量的事項如下： (1) 作為主體結構物的地下連續壁設計應使其在完成後不發生損 壞，並從施工階段開始，不發生過大的應力或變形。 (2) 作用於地下連續壁的載重，在施工階段時與結構物完成後顯 然不同，因此應就各階段分別考量。 (3) 載重條件即使相同，也會因結構型式不同而造成構材應力不 同，因此應針對結構型式選擇適當的分析方法。 C5.3.3 結構型式之選定 C-52
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來源：交通部《鐵路明挖覆蓋隧道設計規範》，106年1月9日。依交通部政府網站資料開放宣告註明出處；本站分章與導覽整理不代表發布機關認可或背書。查核日期：2026年8月31日。