中文名:岩石物理性質與工程地質
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- 資料識別：
- 系統編碼:0b00000181e34029
- 資料類型：
- 紀錄類別:地質學習資源
- 著作者：
- 作者:莊文星
- 主題與關鍵字：
- 主題:地質
- 描述：
- 簡介: 各岩型之相對強度，依隧道開挖之掘進速率與岩石薄片製作之經驗，歸納如下（由大而小）：
- 南澳片麻岩、石英－長石質副片麻岩；石英片岩、矽質片岩；和仁片麻岩；角閃岩；黑色片岩；板岩；變質石灰岩；長石質砂岩、綠泥石片岩。
- 一般而言，南澳片麻岩、石英－長石質副片麻岩、石英片岩、矽質片岩屬硬岩型；和仁片麻岩、角閃岩、黑色片岩、板岩為中等強度者；變質石灰岩、長石質砂岩和綠泥片岩則屬軟岩型。但岩石或岩層之強度，亦受片理、節理與斷層之影響。許多北迴隧道岩石材料之強度與彈性模數皆甚高，但因斷層之存在，大為減弱。例如板岩或石英片岩之強度可達1000kg/cm/cm左右，但其斷層泥之強度僅存1至10kg/cm/cm；岩石材料之彈性模數約2×105kg/cm/cm至6x105kg/cm/cm，但斷層泥者僅為50至100kg/cm/cm。同為變質石灰岩而受不同構造因子之影響，其強度亦有天壤之別。如清水斷崖或天祥燕子口與九曲洞的厚層變質石灰岩與木瓜溪天長斷崖節理發達的結晶石灰岩，無論就自然景觀或工程維護難易程度而言，二者迥然不同。
- 岩石材料的本質、岩體的結構以及地形、氣候、雨量、地下水、及當地應力等週遭環境因素對於影響開鑿隧道的難易上全都扮演重要的角色。今就不同的岩性與構造因子導致北迴沿線工程地質上發生施工困難之問題地段分述如次：
- 永春隧道 永春隧道穿越蘇澳與東澳間之猴椅山與東澳嶺嶺線，此嶺線海拔高約634公尺。其南北兩側，坡度陡峭，局部地區較平緩。此隧道自北而南，穿經廬山層、南蘇澳層、及大南澳片岩，隧道最南段約630公尺穿過東澳北溪河床岩屑堆積層中。隧道內各地層之主要岩類為廬山層之板岩、南蘇澳層之長石質砂岩、變質輝綠岩、千枚岩和板岩、大南澳片岩之黑色片岩、綠泥片岩、變質石灰岩、矽質片岩和角閃岩。板岩與千枚岩呈灰黑色，組織緻密，質地尚堅，唯如劈理與節理發達，則易破碎崩落。新鮮長石質砂岩之強度尚可，唯破碎風化後強度大減。在永春隧道6+133處，屬長石質砂岩夾黑色千枚岩破碎帶。於六十六年二月一日將大約翰全部埋入碎石之中，經採用各種補救辦法，均無法突破，最後仍不得不放棄使用。黑色片岩片理發達，並具節理，其中偶夾石英脈；唯片理與節理均緊密，岩石尚稱堅硬。綠泥片岩與黑色片岩之交互層脆弱易崩坍。綠泥片岩吸水飽和，即黏土化，易生流動現象。角閃岩岩質強韌，不易風化，但凝聚力差，利用炸藥施炸後，使岩石鬆動，宜防落石。
- 永春隧道南口8+815向南部份位於東澳北溪河床岩屑堆積層中。六十七年十月十二日娜拉颱風帶來豪雨，使原本乾枯之東澳北溪水深達十餘公尺，地下水面上升至地面。永春隧道河床段，因地下水壓過鉅，發生災害。後將隧道襯砌加固，並將側墻仰拱連為一體，同時安裝排水管，減低水壓，並在隧道上游做一排水隧道。全部工程於六十八年十月三十一日完成。
- 南澳隧道 南澳隧道位於東澳與南澳之間穿越源頭山嶺線在大南澳片岩內開鑿。所遇岩類為綠色片岩、黑色片岩、矽質片岩、角閃岩、片麻岩、混合岩、變質泥質沉積岩（石英－長石質副片麻岩）。在隧道內之黑色片岩及綠色片岩常有小型褶曲，但未發現顯著之斷層。
- 南澳隧道北口起為岩屑堆積層，黑色片岩寬度約二百餘公尺，另有角閃岩，中段大部份為片麻岩及混合岩，南段屬於石英－長石質副片麻岩及黑色片岩，出口處亦有一段堆積層。片麻岩僅具輕微程度之斷口與換質作用，於施工期間，雖無支撐，尚有足移的支持強度。南澳隧道所經之處地質情況良好，施工期間，偶有小規模之抽心發生，除於距北口2200公尺處之角閃岩與片麻岩之混合帶曾發生抽心災害，湧水每分鐘十餘噸外，對工程進度無大影響，在北迴諸隧道中，尚可稱工程順利者。
- 觀音隧道 觀音隧道位於武塔與鼓音之間，穿越海岸山嶺線東側山麓。此隧道經大南澳片岩區，其岩類為綠色片岩、黑色片岩、矽質片岩、變質石灰岩、絹雲母片岩及偉晶岩，隧道南口處則有薄層岩屑堆積物。岩層片理、節理發達、岩質脆弱，容易破碎剝落，頗不穩定。一般而言，岩層中其有甚多小褶曲及斷層，斷層多沿節理發生，但位移規模不大。本隧道靠近連續海岸斷崖，通過數處山谷下方。於25+756至26+020間，黑色片岩異常破碎，乃採加強措施，以維護結構物安全。於26+004處，遇破碎黑色片岩帶有潛水，積水圍困達四十天之久。另於28+714處，黑色片岩岩質雖堅，但破碎富含石英脈，最大湧水量達40噸／分，致工程發生重大災害。
- 谷風隧道 谷風隧道位於溪谷山東側山麓，介於鼓音與谷風間。原為一座隧道長2484公尺；嗣因位於地層滑動部份，改為明挖（124公尺）後分為兩座隧道，北段401公尺為鼓音隧道，南段1959公尺為谷風隧道。北段岩石以矽質片岩夾黑色片岩為主。南段岩石為綠色片岩、黑色片岩、矽質片岩、偉晶岩、變質石灰岩及絹雲母片岩。在隧道南口有薄層岩屑堆積。本隧道岩層中，有小褶曲及斷層，但為數不多。
- 谷風隧道穿過環形（amphitheater）崩坍地之趾部，此湯匙狀地形本為崩坍地之表徵，於30+571至30+781間約有百餘公尺之崩積層，原設計為明挖回填式隧道。六十五年三月二十日大地震，開挖部份坡面坍塌，明挖部份被埋，乃變更設計，改為傳統式隧道開挖法。六十九年九月二十二日黛納颱風挾豪雨侵襲，距北口四百餘公尺處之百餘公尺崩積層因地下水作用發生潛移，使已完成隧道襯砌開裂，工程遂告停頓。此地層滑動顯與鄰近地形、地質及斷層破裂帶有關，經邀中外地質學家與隧道專家研究，最後決定將該崩積層地段124公尺。開山整坡，改為明挖路塹（張石角，1980）。
- 和平隧道 和平隧道位於和中與和仁之間，穿越飛田盤山嶺線。隧道內岩層為和仁片麻岩，南北口穿過較長的岩屑堆積層。
- 和中至和仁之岩層幾乎全為和仁片麻岩。此類岩石雖岩質均勻堅硬，但在和中附近卻因岩層節理發達，已風化破碎，易生災害。和平隧道於44+757，44+774與45+060處曾發生湧水及坍塌，經作適當之抽水及加固處理後終無大害。
- 和仁隧道 和仁隧道位於和仁與大清水之間，穿越左岸山嶺線。隧道內岩層為和仁片麻岩、變質石灰岩及少數黑色片岩，另有岩屑堆積物在隧道之北口。
- 和仁隧道除於49+915至49+928間，片麻岩因破碎發生大量崩落；又在50+460處變質石灰岩岩磐裂隙湧水，但除南段淹水外，工程尚稱順利。
- 清水隧道 清水隧道位於小清水與清水之間，穿越大清水山東南延伸之嶺線。隧道內之岩層以變質石灰岩及少量之綠泥片岩為主。除北段有幾處破碎帶外，本隧道岩性尚佳。
- 崇德隧道 崇德隧道為北迴鐵路最南之隧道，穿越小清水山東南延伸之嶺線。本隧道內之主要岩層為變質石灰岩，常夾薄層綠色片岩與黑色片岩，岩質堅固；但隧道兩端由岩屑堆積物組成。
- 總言之，岩石材料本身之強度雖左右工程施工及維護之難易，但不若構造因子與外營力等不適當結合所扮演的角色來得突出。岩層節理與各破碎面間之間距、方位與傾斜角度，在影響超挖量（amount of overbreak）上，佔很大的份量。隧道內設置支撐的範圍與型式不僅要看岩石材料本身的性質和破裂面體系，同時也受當地大地應力情況所支配。斷層破碎帶，岩石強度與彈性模數大減，時時困擾工程施工與結構物安全。崩積層與河床堆積層的潛移與地下水之作用，更加深了隧道工程施工與維護的負擔。依北迴興建開挖時之經驗，多數災害以水為禍首。岩石或土壤之工程性質固為最基本因素，但如能將地下水面之水排洩良好，減輕岩層裂縫積聚水壓之機會，誠為維護隧道及預防災害之一大要訣。
- 北迴鐵路沿線隧道部份佔了三分之一強，為了解決突發之隧道工程地質問題，使整個工程進度，遲滯了一年之久，人力、物力、財力所耗不貲。根據慘痛經驗，地質調查在工程規劃初期，誠為一項不可或缺的工作，它能提供選線與工程結構設計之參考；當施工中，幫助尋求問題之癥結。地質學家根據學理與過去的經驗，因勢利導，去克服外在環境所潛存的危機。工程施工前，地質調查可查明地下潛水與伏流，特別是隧道有無湧水區、水量、瓦斯、岩壓、預防岩爆與岩石解壓所造成的工程問題，以及岩屑堆積層範圍與鑽孔井位選擇與斷層、節理等不連續面之構造分佈等。隧道開挖時，除詳細紀錄地質資料外，尚需定期就施工前地質勘查紀錄與實地對照比較修訂，同時可為開挖之指導。
- 出版者：
- 數位化執行單位:國立自然科學博物館（http://www.nmns.edu.tw/）
- 來源：
- 數位化單位:國立自然科學博物館地質學組岩石
- 管理權：
- 典藏單位:國立自然科學博物館
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