高雄捷運黃線土建設計概述

— 智能事業群 萬鼎 設計工程師 陳葵

捷運是都會區不可或缺的交通方式，而一座地下捷運車站的誕生，更是一項極度精密、跨專業領域的整合工程。中鼎集團深耕捷運工程領域，曾參與台灣大多數捷運路線的興建，實績更拓展至海外新加坡。集團旗下萬鼎公司，於台北、高雄及桃園等捷運土建工程，也都有積極的參與和貢獻。本文將介紹萬鼎如何整合多領域專業，協助高雄捷運黃線土建設計工作，讓本案從空間配置、結構安全到深開挖施工，都能兼顧耐久性與經濟性，協助客戶打造綠色運輸典範城市。

專案介紹

高雄捷運黃線穿越鳥松、鳳山、三民、苓雅、前鎮等行政區，總長約23公里，共設置1座高架車站、22座地下車站與1座機廠。整體土建設計，除需滿足營運、安全與施工需求，更需兼顧地表下自來水、電力、瓦斯等各種管線的運作與遷移等界面整合工作。在本案中，萬鼎主要負責Y8、Y13、Y14、Y15、Y17、Y18六座地下車站的土建設計工作。

建築設計

建築設計是捷運車站的靈魂，決定旅客的使用體驗與安全機能。其核心工作在於空間配置、動線規劃、逃生檢討、藝文風貌及與都市界面的整合。

設施量規劃：
車站空間需依據「目標年尖峰小時旅運量」進行估算。包含穿堂層與月台層的寬度、自動收費機、驗票閘門的數量，以及垂直動線（電梯、電扶梯）的佈設，皆須滿足旅客流量需求。

緊急疏散檢核：
緊急狀況發生時，車站內所有的旅客皆能夠透過車站內的樓梯、電扶梯、走道等路徑在時限內順利逃生。以Y17車站為例，在緊急狀況下，所有月台層旅客能在4分鐘內離開月台，並在6分鐘內到達地面安全區。

車站內部空間配置：
除旅客行經的公共區域外，車站內尚設有站務人員空間及許多設備機房，整體空間配置依捷運系統營運的需求進行規劃，每個空間的尺寸及排列位置皆會相互影響，車站空間有限，設計時需妥善規劃整體空間使用，以滿足營運需求。

建築外觀風貌設計：
捷運車站風貌設計的主題，通常會依據當地的自然或人文環境特性進行規劃，使這一大眾運輸設施融入在地環境。以Y18車站為例，其鄰近衛武營國家藝術文化中心，因此，該站出入口建築裝修即參考衛武營建築，屋頂造型以曲面為主軸進行呼應，維持該區域整體景觀的和諧與美感。

外部界面整合：
以Y17車站為例，其透過地下連通廊道，直接串聯捷運車站與台鐵正義車站，讓旅客在地下完成無縫轉乘，大幅提升轉乘便利性。除一般轉乘以外，黃線Y8、Y15、Y18車站皆會辦理聯開案，出入口將與商辦大樓共構，促進當地產業與經濟發展，亦提升旅客的便利性。車站進行土建設計時，設計階段需與聯開廠商協調，並納入整體建築與結構設計考量。

結構工程設計

地下車站的結構，需考量到土壤與地下水施加的壓力，以及地震的考驗。

結構型式：
高雄捷運黃線車站採板牆式箱形結構，具良好抗土壓、外載重與耐震能力。車站一般採雙牆系統，由連續壁外加永久內牆組成，以提升防水性能，出入口用地受限時，局部採單牆系統，將連續壁納入永久結構，但須強化施工品質及精度控制，以確保防水效果與鋼筋防鏽保護。

耐震考量：
地下結構地震分析，採強制變位法，並考慮土壤與結構之互制效應。設計上透過二維有限元素分析，評估土壤與結構間之變位與受力關係，再以三維分析考量不規則或開孔結構之應力集中行為，以確保整體耐震安全與設計合理性。

防水處理：
防水等級分為三級。A級水密，結構物不得有漏水或濕漬等。B級水密，結構物接頭處表面允許有潮濕痕跡，但不允許可見漏水及水流。C級水密，允許滲水但僅限於施工縫表面之濕漬，及壁體垂直施工縫之垂流。車站頂板採用A級水密、底板及外牆採用B級水密、集水坑採用C級水密，設計上加設止水帶及防水膜以加強防水效果。

界面處理：
若兩地下結構沉陷量差異較大，或結構系統不同（例如車站結構與出入口結構）導致結構應力差異較大時，原則以設置伸縮縫處理。

大地工程設計

地下車站施工往往伴隨20至30公尺的深開挖，如何確保開挖過程不造成周邊道路塌陷或鄰房受損，是大地工程的核心課題。

開挖擋土支撐系統：
高雄捷運黃線車站及出入口，原則上採鋼筋混凝土連續壁作為擋土與支撐結構，具高勁度特性，可有效抑制側向位移並降低地面沉陷。設計上由連續壁與內部支撐系統共同承擔土壓、水壓及外加載重，施工期間並嚴格控管接頭品質以確保水密性，支撐系統採較密集配置並施加適當預力，以有效控制變形，確保整體擋土系統之穩定與周邊環境安全。

潛盾隧道環片設計：
潛盾隧道襯砌以預製弓型環片於潛盾機盾殼內組立成環，本案潛盾隧道斷面內徑為5.6公尺，混凝土環片同時做為隧道開挖之臨時支撐及永久之隧道支撐襯砌。環片間採用螺栓接合並裝設膨脹性止水材，以防隧道內滲水。設計環片除需考慮地層特性外，尚需考慮土水壓力、地面現有與未來結構荷重及車載、捷運活荷重與施工時之荷重如灌漿壓力、潛盾機之推壓力等。

監測系統：
本案針對臨時與永久結構物、鄰近建物、道路及工地，設計裝設在土層及結構物之監測儀器，監測施工引致之沉陷量、地盤變位、水壓變化、結構物應力及應變狀況，確保車站開挖及潛盾施工期間的安全性。

鄰近建物保護措施：
依據建物結構型式、基礎形式及地層條件，選擇適當剛性之擋土系統與支撐配置，以減少連續壁側向變形及地盤沉陷。當評估沉陷值可能超出建物容許範圍時，則輔以加強措施如：提高支撐預壓力、增設支撐層數或增加水平支撐構件、於連續壁內側採扶壁式地盤改良或化學/高壓噴射灌漿，以提升地盤剛性，減少地層變位。

若建物為古蹟、重要保護建物、或其既有傾角已超過1/300，則將加強其保護措施，例如：將支撐預力提升至最大軸力之特定比例，以降低淺挖階段壁體變形，或設置傾斜計及沉陷計，加強監測頻率及預警控制等。

潛盾隧道施工鄰近建物保護：依據地層特性、荷重等資料，並參考過往施工資料，推估地層沉陷量，如推估結果超過建物容許之變位量則採取保護措施，例如：隧道內二次灌漿，或由地面施作地盤改良灌漿，藉此穩定地盤，減少鄰近建物變位量。

管線遷移工程設計

捷運車站的位置多位於道路下方，而非一般住宅或工商業用地內，因此，工區地表下佈滿自來水、電力、電信、瓦斯及雨污水等管線，如何妥善處理這些管線，使車站開挖作業順利完成，為捷運工程的一大難題。

管線遷移規劃：
在連續壁施工前，必須進行大規模的管線遷移工程。需與各事業的管線單位進行協商，規劃「臨時遷改」與「永久復舊」路徑，部分管線受限於用地範圍或營運需求，必須吊掛於車站開挖區內，開挖擋土支撐系統則需配合吊掛管線的位置及載重進行設計。

管線運作的維持：
施工期間需確保周圍區域建物的電力、自來水、通訊等管線不中斷。必須在極為有限的施工圍籬空間內，妥善規劃各管線的移設位置。

以Y17及Y18車站為例，一直徑達2.2公尺之自來水管穿越車站上方，施工期間吊掛於開挖區內並保持通水，連續壁水平支撐與中間柱的位置及載重考量皆配合該自來水管設計，確保施工期間的民生用水不受影響。

結語

綜上所述，高雄捷運黃線的土建設計，需整合建築、結構與大地工程等多專業領域，萬鼎公司憑藉豐富的捷運土建設計經驗，可協助客戶打造在符合經濟效益的前提下，安全有效率地完成此一高施工難度且高複雜度的工程。