國道5號工程

國道5號工程

貫通北宜捷徑 成就偉大工程
 
       國道5號又稱「蔣渭水高速公路」,最廣為熟知的稱呼則是「北宜高速公路」,臺灣用路人更常以「走雪隧」(指雪山隧道)來簡稱經由國道5號往來北宜兩地。通車路段共計55公里,北起臺北市南港區、迄於宜蘭縣蘇澳鎮,以雙向四線道鋪設,目前是臺灣東部唯一的高速公路。
 
       國道5號共設有南港系統、石碇、坪林、頭城、宜蘭、羅東、蘇澳等7座交流道,以及1個頭城收費站;自頭城交流道往南延伸經宜蘭、羅東、至蘇澳止,全長約24公里,橋梁62座,超過500公尺以上的長橋有8座,其中橋梁總長度便有23.5公里;隧道部分有南港隧道(456、431公尺)、石碇隧道(2,698、2,720公尺)、烏塗隧道(215、246公尺)、彭山隧道(3,861、3,806公尺)、雪山隧道(12,871、12,947公尺);並由坪林交控中心辦理頭城段轄區交控、機電防救災管理維護、機房、路側設備及轄區各項事故災害等通報業務。
 
       歷經15年的千辛萬難與艱險挑戰,總建設經費高達906億元的國道5號,終於在民國95年6月16日完工通車,期間共有25名施工人員不幸殉職,這些幕後英雄的大名皆被銘記烙刻在石碇服務區的紀念碑上,在啟用典禮中,由當時的行政院長蘇貞昌、交通部長郭瑤琪以及施工期間殉職人員家屬共同舉行揭碑儀式,以資感念。
 
 
       國道5號籌備初期,原是一個不到10人的「南港宜蘭快速道路籌備處」。民國78年,歐晉德前局長帶領來自榮工處的蔡茂生、李勝宗、朱寶基、王志正與梅繼恆等同仁,擁有營造專業的張文城,以及來自學術界的鄭文隆前局長,現任第一區處副處長陳澤仁更是自一畢業就加入南宜團隊。大家共同的目標,就是要打造臺北宜蘭之間的快速捷徑、克服雪山天險,醞釀一條具有劃時代意義的偉大工程。從南宜籌備處到北宜高速公路完工,包含前期研究規劃以及實際施工的15年,從青春正盛到華髮叢生,對他們來說,國道5號不僅是臺灣重要的交通工程建設,更是代表自己一生奉獻的重要成就。
 
       北宜高速公路建設的關鍵工程,也最困難的部分,便是雪山隧道,它打通東西兩岸,改變了時間與距離的定義,這在臺灣的交通開發史中,占有很特殊的地位。民國73年公路總局規劃的原始選線,是從臺北坪林銜接到宜蘭頭城海邊,基本上是維持貫穿山脈的思維。到了民國76年運研所接辦之後,又研擬出3個路線,其中路線1是沿著台9線;路線2、3則是以一個長隧道貫穿。為了形成一個環島國道網,最後的評估是決定採用路線3。
 
       民國77年,宜蘭縣長陳定南建議闢建「南港-頭城隧道公路」,後由行政院長俞國華宣布興建;民國78年4月17日則交由「南宜快速公路工程籌備處」,推動北宜快速路段研究、規劃及設計事宜,最後定案的路線是從坪林到頭城,共計12.9 公里的距離,以隧道的方式施工穿越。
 
       關於雪山隧道的命名,也是一個很有趣的歷史。由於雪山隧道的地理位置,超過一半以上位處新北市坪林區(昔臺北縣坪林鄉)境內,施工初期便依照慣例而暫名「坪林隧道」,但是命名問題從規劃開始到完工前,一直都處於爭議狀態。鄭文隆前局長表示,最後因為隧道發生許多工程困難,大家認為雪山聽起來很偉大,符合工程艱難的意象,所以改叫「雪山隧道」,這樣大家都能夠接受,也因當地正好屬於雪山山脈支脈的末端,便以雪山隧道之名拍板定案。
 
 
TBM全力推進
       當隧道工程脫離徒手挖鑿的年代,「鑽炸法」是世界各地進行隧道施工的重要工法之一。而TBM則是自19世紀中葉開始發展的一種全斷面隧道挖掘機器,概念類似是一座小型工廠,幾乎和隧道相關工作,都可以在這長度一、兩百米的機械中施展開來。
 
       至於雪山隧道之所以選擇以TBM進行開挖,當年確實有其處境與技術考量。民國78年討論雪山隧道開挖的時候,能夠考慮採用的工法,包括了鑽炸法、TBM 工法,以及Road Header 開挖,第三種方法在北二高木柵隧道、新店隧道使用過,因效果不佳不予列入考慮,最後在鑽炸法與TBM其中進行選擇。
 
       雪山隧道是從坪林延伸到頭城,由於不希望在水源保護區過度開挖,所以是從頭城端向北挖鑿。當時國工局曾做過統計,如果國內所有的鑽炸法承包商都投入,最好的速度是1個月45公尺,總長12,942 公尺的雪山隧道工程,預估要23年才可能打通,但時程恐怕拖延過久,因此必須採用更有效率的工法來突破這個問題。
 
       放眼國際,當時已經有許多採用TBM工法的成功案例,外國專家顧問也認為TBM可有效降低環境衝擊並能減少工期,雪山隧道工程屬於長型隧道,TBM相當符合經濟效益。經過多方考察與評估後,最後決定以鑽炸法輔助鑽鑿兩端洞口的小區段,而以TBM作為主要施工方式。因此,雪山隧道便成為臺灣第1座使用TBM工法的隧道。
 
在成敗間擺盪的雪隧工程
 
       從民國80年7月15日坪林隧道導坑南口(以鑽炸法)開挖算起,這場長達15年,結合國工局同仁體力、意志力與工程技術的漫長戰役,可以大致分為四大階段:
 
       第一個階段,摸索與困頓階段。榮工處經評估後,引進當年最先進的TBM工法,並於81年9月6日坪林隧道導坑進行TBM組裝,一部直徑5公尺,由美國引進;另兩部直徑12公尺,由德國製造。儘管造價昂貴但效率高,最初預估雪山隧道若採用TBM可望縮短工期。
 
       沒想到,這個在英法海底隧道等大型隧道工程中屢創佳績的TBM,來到臺灣不僅水土不服,還遇上旗鼓相當的對手─雪山隧道。一開始的方案非常理想,在西端水源區先開挖了150公尺,東端部分因為TBM需要訂製,小型TBM必須等17個月,大型TBM要等19個月,這段時間導坑先用鑽炸法開挖,接著再用機具進去施工。
 
       82年初至84年底,是屬於摸索階段,工程進展得並不順利,最大的挫折開始於民國82年1月份,TBM才進洞21天、開挖20公尺,就傳來削刀盾頭被四稜砂岩困住的消息。雪山隧道的地質複雜性難以想像,TBM平均每挖100公尺,也就是10-15天便受困一次,每次受困都要花費3個月時間才能脫困。在這2、3年期間,TBM才往前推進1.6公里,進度只有原先規劃的1/13,加上驚人的地下水量不斷湧出,整個工程充滿著無法預測的不確定性。
 
 
       接下來的第二階段最為艱困,這時已經進場2、3年的TBM,已經受困10次,最長的2次受困,都耗費將近10個月才得以解決。在這個時期,國外技術單位紛紛知難而退,如南非廠商Cementation公司,本來認為6個月就能解決問題,依合約應鑽探300 公尺,結果只做了107公尺,便捨棄款項直接離開;法商S.B.也因買不到保險,評估後認為風險太大而撤手;日本技術團隊認為3個月可以解決,但最後仍然放棄。此外,更有許多自薦技術的人,不僅束手無策,也留下很多問題。
 
       這段期間進行得很不順利,例如在迂迴坑崩坍導致TBM卡住時,工程人員必須穿著雨衣,用溜滑梯或手腳並用地爬進去搶救,該導坑的迂迴坑斷面僅有1公尺,而且水流驚人,工程人員在如此艱險的施工環境中,依舊奮力達成使命,敬業精神著實教人欽佩。
 
       伴隨著無數工程人員的青春歲月,雪山隧道群一座一座打通。長期獻身地底的工程歲月,工作危險、不分日夜,又無法顧及家庭,箇中艱辛無法言之。國工局三區處是推動雪山隧道工程的主力部隊,其中頭城工務所更是工程先鋒,即使是農曆新年甚至是颱風天,他們都堅守崗位,只盼早日全線貫通。
 
       民國86年12月15日,雪山隧道發生了最大的災變,西行線挖斷了萬年水脈,大量湧水以每秒300公升的速度湧出,價值10億元的TBM完全被埋住,當時身處隧道內的榮工處3名工作人員,與土石流搏命賽跑,生死就在一瞬之間,幸好無人傷亡。第二天土石抽坍已漸穩定,但湧水量仍然驚人,最大時每秒高達750公升,只要20分鐘就可以灌滿一個標準游泳池。在此同時,東行線的湧水也加大了,當時如果整個坍方形成連鎖反應,這項工程便可能即刻告終。
 
       第三階段是信心回復階段,經過一段時間的經驗累積,已經走出那段施工黑暗期,處理災變的SOP也逐漸形成。留下的團隊成員,可以說是當時國工局意志力最堅強、抗壓性也最高的同仁,配合的承包商也共體時艱、竭盡心力,其中一位榮工處主任甚至到局長辦公室剃了光頭,以示決心。
 
       在工程人員的努力之下,最後找到「近灌遠排」的策略,先排除遠處壓力,近處灌漿完成固結之後,變成一個堅固的石頭,再慢慢切割;而灌漿的方式,也發展出以錐形灌漿的方法進行,至於挖鑿的部分,則因為TBM效果不彰,改採鑽炸法進行施工。隨著國工局的建設成果慢慢出現,加上二高階段性通車的配合,兩個計畫一起運作,終於漸漸建立信心,離貫通完工之日也越來越近。
 
       第四階段,進入全力衝刺期。這時挖鑿工程已經脫離了四稜砂岩層,剩下10公里,可以使用TBM來加速工程推進,但因為閒置太久,TBM已經生銹,運轉後必須經常更換零件,不過總算開始有所進展。TBM在通過四稜砂岩幾個斷層帶後,就像睡醒的巨龍,表現突飛猛進。
 
       在工程期間,由於狀況多變,原始合約無法因應真實情況,頻頻出現意見分歧情形,造成工程的延宕,於是延請行政院協助解決合約的問題。行政院長指示工程會介入主動修約,問題終於解套,工程人員恢復信心,工程也愈加順利。
 
       鄭文隆前局長說,「我們是倒吃甘蔗,在民國80年的時候,實施鑽炸法,1個月是45公尺,TBM單日最佳進度可以達到24.7公尺,單月就有400.8公尺的進度。唯一的缺點是經常性的維修,因為機器已經放了很多年,所以一天到晚要更換零件。」
 
       事實上,團隊在掌握鑽炸法的技術上,也有所成長。西口地底下離洞口幾公里的部分,1個月可以推進123公尺,反觀在北二高施工的時候,1個月只能推進45公尺,這是一個很大的突破。臺灣的隧道工程技術,在雪山隧道的建設中,進步非常大,這些數字都是工程史上的珍貴紀錄。
 
       關於雪山隧道的地質狀況,整個工程最大的困難就是四稜砂岩層。四稜砂岩是一種很硬、很多稜角的石頭,主要是以石灰岩為為主,強度 12002785kg/cm2,裡面的石英含量是82%,莫氏硬度是6-7(鋼筋為5.5)。當時為兼顧施工便利與環保要求,雪山隧道從地質最惡劣的頭城端朝西北進行開挖,將最困難的挑戰放在工程初期,也使得雪山隧道工程在起跑階段,就出乎意料地不順。四稜砂岩層一共有3,671公尺,在地質調查的時候是3,200多公尺,但實際挖鑿的時候,由於銜接面的坡度變緩,所以長度變長。挖鑿工程共耗時3,027天,平均起來,處理四稜砂岩層時,一天大概只有1公尺多的進度,受困停頓時間共占885天。
 
 
       要投入如此龐大的人力、物力,事前當然必須經過縝密的評估。在選線階段時,雪山隧道便投入1億元的地質調查經費,等到施工階段,又編列8,750萬經費進行地質調查。依照國外標準,長隧道的先期地質調查經費,大約應占總工程款的千分之3-5。雖然遠遠不及國際水準,但這樣的經費已算是民國78年到80年間,全國最大的地質調查計畫。
 
       無論是多仔細的調查,事先的地質探測都不可能將長達12.9公里的地底全部翻開來檢視,只能用各種辦法預測、推估可能的地質狀態。鄭文隆前局長表示,這點曾被立法委員質疑,認為國工局做了一個很不恰當的計畫、沒有好好的調查。但事實是,四稜砂岩層的難度,遠高於人力所能事先評估以及事後破壞的程度,這是大自然所展現的力量,更是對工程師專業與智慧的考驗。
 
 
雪隧以外的難題
 
       用地取得方面,也是風波不斷,相對於當時正在興建的二高來說,從南港到頭城的地段,用地取得較為簡單,反而是坪林地區讓工程推動增加了不少困難。坪林是雪隧開鑿計畫一定會經過的地方,坪林屬於山區,只有一塊平地,工程規劃在該處設立交流道,但當地居民擔心唯一的好地段若讓給高速公路建設,坪林可能就會沒落;加上坪林交流道又位在水源保護區,所以拒絕提供這塊土地給國道5號使用。
為了減輕坪林居民的疑慮,國工局在推動工程的整個過程中,殫精竭慮,多方協調,以順利開闢。之後考量避免交通流量增加,造成位於翡翠水庫集水區的坪林區水源污染,國工局並規劃每天由國道5號坪林行控中心專用道進入坪林的4千輛外車的流量管制,坪林區民則每5年更換一次通行證。
 
       另外一個用地的爭議點是一號豎井,因井口規劃地點剛好位在茶園區,當地居民認為工程的排氣會污染茶園,影響茶樹的生長,因此極力反對在此處興建豎井。尤其茶園區對外只有一條小路通行,所以這條民間的小路加上茶園,便提供了非常好的抗爭素材,只要一部車子停靠在路口,施工人員就無法進入。雖然一開始國工局強調,雪山隧道打通之後,頭城可以聞到坪林的茶香,坪林可以吹到頭城的海風,可是最後還是不斷發生抗爭,不管用多少科學數字說明豎井不會破壞茶葉,還是無法說服當地居民。抗爭持續兩年,動工時程落後許多,最後只好移位2公里,方才解決。
 
 
       這座爭議不斷、風波不絕,讓中興顧問公司提出20幾個方案的1號豎井,是雪山隧道群中最深的豎井。動工時,隧道已經開挖通過豎井的下方,於是採用較為先進的「昇井工法」,亦即先運出渣料,以減輕豎井施工對環境可能造成的影響,在進度方面,曾創下單月開挖93公尺的紀錄,同時豎井鑽設的精確度也足以名列世界級的水準。締造出如此令人驕傲的紀錄,也不枉工作人員冒著危險,每天登上直徑1.2公尺,四周、腳下都是鏤空的吊籠,直抵豎井底部,進入暗不見天光的黑暗世界,鎮日辛苦墾鑿的苦心了。
 
一貫通一典禮的苦心
 
       許多人對於國道5號可能有一個刻板印象,認為國工局似乎一天到晚在辦理貫通典禮,但外界並不知道的是,其實雪山隧道是一個隧道群的統稱,總共由58條隧道所組成,無論是大型隧道貫通或是小型隧道貫通,對於工程人員來說,都是將里程碑往隧道出口方向不斷地推進。多年之後,鄭文隆前局長表示,其實他當時是刻意公開舉辦貫通典禮,一方面激勵士氣,另一方面也藉機向大家報告工程的難題與苦處。
 
       由於貫通典禮必然會邀請長官、民代及媒體參加,而所有的典禮也一定會有工程報告,鄭文隆前局長認為,透過公開的報告,除了分享喜悅,也將施工過程面對的痛苦向媒體及長官報告,讓外界知道雪隧工程遇到多少困難、團隊用什麼工法突破,儘管典禮次數較多,但是如此一來,外界能真正瞭解到施工團隊所盡的努力,提高外界對於國工局的信心,以及工程單位的尊嚴與士氣,而當時同步進行中的國道3號,也比照辦理。
 
       鄭文隆前局長是任職最久的國工局長,也是雪隧工程能夠成功的關鍵人物,在他任內不但讓北二高全線通車,並在國際專家選擇退出雪山隧道時,繼續帶領國工局同仁克服惡劣地質與破碎岩盤的考驗,完成貫通雪山隧道的艱鉅工程。他認為,在工程師的字典裡,永遠沒有「放棄」這兩個字,回想當時的感覺,鄭文隆前局長說,就是孤獨,一種千山獨行的感覺,即使孤立無援,仍然感到慶幸,慶幸自己最終沒有放棄。
 
 
       經歷兩位局長辛苦打下的基礎之後,第三任局長邱琳濱仍必須面對工程進度與安全,還有更多來自各方的角力與施壓,不過他仍接下雪山隧道工程的最後一棒,帶領國工局這個優秀的團隊奔抵終點。交織著工程師與施工人員的血汗,創下臺灣開拓史上首度貫通東西的壯闊傳奇,民國 95年6月雪山隧道通車那一刻,對參與的所有工程人員而言,他們的激動與感動,恐怕一輩子也忘不了。
 

       每一條國道的興建,所代表的意義不僅僅是公路興築開闢,更是一個信念的集聚,方能突破困難、眾志成城。無論是早期的中山高,或是國道3號、國道5號工程,這些國道建設初期無不受到外界質疑甚至反對,但是隨著工程一點一滴的籌備規畫、動工完成、通車與貫通,最後都證明這是一條正確的路,因為國家建設看的不只是現在,而是100年後奔赴繁華榮景的臺灣。

上架日期    :107-02-11
資料維護單位  :工務組
本頁最後更新日期:107-01-22