金門大橋建設計畫第CJ02-2C 標金門大橋接續工程
主邊橋上部結構替代方案介紹
金門大橋工程橋梁區分為主橋段(P44~P48)、邊橋段(P41~P43、P49~P51及引橋段，主橋橋梁型式考量金烈水道小三通船舶通航跨徑與淨高需求、深槽急流區域施工困難度、塑造金門地區景觀地標並增添觀光資源等因素，設計為脊背橋型式，施工工法考量現場施工性及經濟性等因素，採用場鑄預力箱型梁懸臂工法。
金門大橋建設計畫第CJ02-2C標接續工程契約特訂條款第0123A章規定，承包商可提出本工程主橋、邊橋及引橋替代方案，可替代範圖為引橋(烈嶼端第4~8單元及金門端第12單元)、邊橋(第9及第11單元)及主橋(第11單元)之上構箱型梁，並規定橋梁之平縱面線形、橋面寬度及箱型梁外形尺寸等不允許替代，且替代方案之上部結構傳遞至各橋墩之載重不得大於原設計載重。
本工程承包商東丕營造股份有限公司為縮短工期、提高效率、掌控品質及施工精度以及減少金烈水道天候及海象等因素干擾與降低施工風險等，提報主、邊橋上部結構箱型梁擬採替代方案以預鑄節塊吊裝工法施工。
承包商提報之主邊橋替代方案與原設計方案之比較詳如表1，預鑄節塊吊裝施工示意圖詳如圖1。
| ▼ 表1原設計及替代方案比較表 |
| 項目 | 原設計 | 替代方案 |
| 工法 | 場鑄懸臂節塊 | 預鑄懸臂節塊吊裝 |
| 節塊劃分 | 3-5 公尺長 | 同原設計 |
| 節塊施工 | 懸出於海面上40m 高空現埸 | 陸地上 |
| 混凝土澆置 | 海上拌合吊送至40m 高空現埸 | 陸地上 |
| 材料吊運 | 海運及海面上40m 高空現埸 | 陸地上 |
| 節塊吊裝 | 無 | 海運及海面上40m 高空現場 |
| 混凝土品質 | 不易管控(初凝前易受擾) | 易管控 |
| 工率 | 組模、鋼筋組立、澆置施工周期約7~12天 | 現埸吊裝3~5天(預鑄4天) |
| 天候影響 | 易受天候影響停止作業 | 較不受天候影響 |
| 施工安全 | 高風險 | 部份高風險 |
| 環境衝擊 | 較大 | 較小 |
| 場地設施 | 傳統懸臂工作車 | 需預鑄場地及大型起重機具 |
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| ▲ | 圖1.預鑄節塊吊裝施工示意圖(主橋) |
| 本替代方案各種有利與不利情形及風險經評估分析如下： | |
| 一、有利情形： | |
| (一) | 縮短工時：本預鑄節塊替代方案，每節塊現場作業時間可由7~14天，縮短至3~5天。另預鑄節塊吊裝時程短，可避免施工環境干擾，提高施工作業之安全性，有利輪班趕工作業，縮短要徑期程，有利於縮短工期。 |
| (二) | 工程品質：場鑄懸臂施工在海上施工，工作車及模組受風力影響，施工精度與混凝土品質易受影響、期齡乾縮潛變差異大，預拱度控制變異性大等。本替代方案預鑄節塊於預鑄廠重覆性施工，尺寸可正確掌握、鋼筋保護層易控制、水泥澆置較確實，節塊品質優於場鑄施工，吊裝節塊期齡乾縮潛變差異小。較之埸鑄懸臂工法施工，預鑄替代方案可使工程品質有效提升。 |
| (三) | 結構防蝕：替代方案預鑄節塊混凝土品質包括組立、澆置、養護等均優於場鑄施工，故結構防蝕性較佳。惟於節塊接縫如鋼腱套管如施工不良較易有銹蝕風險，其因應對策包括節塊套管端部加裝HDPE套管、防護膠條及接縫頂板鋪貼防水層等，以期確保鋼腱耐久性。 |
| (四) | 施工安全：埸鑄施工法長期將大量人力置於高風險海空作業環境中施工，預鑄工法將之轉於地面，大幅提升施工安全。 |
| (五) | 物料吊運：原埸鑄方案所有原物料，均需經海運並高空運送至節塊現埸施作，吊運作業頻繁，且亦受潮汐、海浪及強風影響，吊運作業繁複，施工安全風險高。預鑄工法均於地面作業，原物料運送作業簡單安全。 |
| (六) | 環境保護：原埸鑄工法所有施工作業均於海面上之40公尺高空，作業物料與生活廢棄物極易受風吹於空中落於海面。預鑄工法均於地面作業，易於管控削減，有利於環境保護。 |
| (七) | 工期管控：預鑄節塊鑄造與現場施工分離，工期易於管控。節塊於地面先行施作，不佔整體工期，預鑄節塊現場吊裝時程短，可避免天候風浪施工環境干擾，提高施工作業之安全性、有利輪班趕工作業，縮短要徑期程，有利於工期管控。另預鑄工法大幅減少高空特殊工種(鋼筋工、模板工)需求量，減少缺工困擾，亦有利於工期管控。 |
| (八) | 品質管控：埸鑄懸臂施工於海上高空施工，工作車與模組受風力影響易晃動，施工精度不易控制。混凝土經由海面吊送至40公尺高柱頂橋面，再轉折至節塊施工現場，施工性大幅降低，混凝土澆置品質不易控制。發生施工缺失時，其改善不易、施工條件差、人員作業安全有疑慮。本替代方案預鑄節塊於預鑄埸製造，混凝土澆置品質較易管控，缺失改善及修飾，施工條件較佳，成果控制容易 |
| (九) | 安全管控：本預鑄節塊替代方案，將場鑄工法每節塊現埸作業時間可由7~14天，大幅縮短至3~5天，使海上高處作業時間大幅減少，對現場作業施工人員、機具設備安全管控更為容易，有利減低工安意外發生。 |
| (十) | 風險成本：預鑄替代方案可降低安全所需之強化設施、作業停頓或事故災害及停工之風險成本，並可因縮短工期，降低作業停頓與事故停工機率等，減少營建管理風險成本、設施維護與逾期罰款之風險成本。 |
| 二、不利情形： | |
| (一) | 場地需求：本替代方案預鑄節塊生產須增加預鑄場地，用地需求面積較大。按特訂條款壹、三(七一)倘廠商規劃橋梁上部結構擬提替代方案以預鑄節塊工法施工，金門后豐港東岸場地面積約6公頃，可為廠商預鑄場用地備選之一。惟經承包商評估該區土層軟弱沉陷量難以掌控，故選定高雄市茄萣區興達港北側為預鑄場場地，面積約9.6公頃，已完成用地租賃事宜及現場整地工作。 |
| (二) | 重型吊運：本替代方案預鑄節塊最重達260噸，由預鑄埸搬運至碼頭，再經海運至海面現場吊裝，需配合重型起重機具與船機，才能進行施工作業，目前承包商已購置2艘大型浮吊船(起重能量為800T及650T)因應。 |
| (三) | 節塊運輸：本替代方案預鑄節塊於高雄興達港區生產，須經海運至金門現埸吊裝，運距260公里，時間約36至48小時，運輸作業易受颱風及東北季風影響，不利施工期程管控。 |
| (四) | 施工成本：本替代方案需增加費用包括預鑄廠設置及用地租用費用、替代方案設計及審查費用、大型船隻及機具租購費用、相關經驗人員人事費用等。惟可減少為現埸施工勞務費用、物料吊運費用等。 |
三、風險評估：
依擬定之替代方案施工計畫及蒐集的資訊，深入了解本工程施工方式、施工環境及施工設施，將各分項工程之施工作業逐項列出，以分析、研討可能潛在之危害，辨識可能的危害狀況及災害類型。
經承包商初步評估，本替代方案涉及風險包括施工延 誤、預鑄節塊接合面不佳鋼鍵腐蝕、施工安全等三大項風險。茲將其可能因素及對策分別說明如下:
| (一) | 施工延誤風險及對策： |
| 針對本替代方案評估影響施工延誤因素計10項，並提出相關因應對策，詳如表2所示： |
| ▼ 表2 施工延誤可能因素及因應對策彙整表 |
| 項次 | 施工延誤可能因素 | 因應對策 |
| 1. | 預鑄埸無法用地取得 | 已洽高雄市政府漁業局同意租用興達港區北側用地，目前已進場整地完成 |
| 2. | 預鑄場規劃不良，節塊生產流程不順暢 | 1.本方案採長線鑄造生產節塊，底模一次定位，有利流程順暢及拱度控制 2.委託專業廠商—巨翰營造有限公司為分包商施工 3.參訪香港港珠澳大橋經驗規劃本工程預鑄場，使節塊生產流程最佳化 |
| 3. | 預鑄埸建置延誤 | 興達港區北側用地完整且地質良好，目前已進場整地完成 |
| 4. | 預鑄節塊製造設備進場延誤 | 1.本預鑄節塊預鑄模床設備國內即能生產 2.節塊吊運規劃門架吊車施工，已與供應商接洽 |
| 5. | 氣候因素影響生產 | 1.設計採用長線鑄造法及使用早強混凝土，減少預鑄節塊生產時間 2.如生產進度落後，將設置活動棚架作業，避免雨天影響作業，或設置鍋爐以蒸汽養生混凝土，縮短混凝土強度成長時間 |
| 6. | 預鑄節塊預拱精度控制 | 1.先期及製造：依設計條件及施工程序，計算各階段預拱生產過程預拱度，加強補強模床基礎，防止沉陷，並適時回饋下一節塊施工 2.吊裝：場鑄柱頭節塊與鄰接第一對節塊定位控制需調校精確後，方可澆鑄濕接縫 3.後續節塊安裝，定位、接合預力緊迫、穿線施預力，及吊索安裝預力等，則依循製造精度，誤差可在規範許可範圈 |
| 7. | 預鑄節塊生產工班不足 | 協力廠商正辦理國內西濱快速公路預鑄節塊工法工程，與本案時程將可銜接，且本工程引進之外勞亦可視需要支援 |
| 8. | 預鑄節塊運輸船機及吊裝進場延誤 | 承包商除自有船機外已再購置2艘大型浮吊船。因應遠距海運及東北季風特性，將配合氣象預報與可用機具設施建置滾動式雙週運輸吊裝管控計畫，以減輕延誤機率 |
| 9. | 海運運過程發生意外 | 1.妥為規劃節塊固定設施 2.依契約規範海上作業天候限制規定下，方進行預鑄節塊海上運輸 |
| (二) | 預鑄節塊接合面鋼腱易受腐蝕： |
| 本工址環境條件有鹽害及水分侵入風險，預鑄節塊接合面如施工不良，鋼腱易受腐蝕。本工程預鑄節塊設計以塗佈EPOXY方式接合，於套管接合位置黏貼泡棉膠條，防止EPOXY擠入套管阻礙鋼腱穿線及灌漿不全，接縫表面擠出之EPOXY應立即刮平，將有助填補接縫孔隙，防止水份由接縫侵入。並於設計方案納入包括節塊套管端部加裝HDPE套管、防護膠條及節塊接合頂板鋪貼防水層等，以確保鋼腱耐久性。 | |
| (三) | 施工安全風險 |
| 金門大橋深槽區主、邊橋施工所需混凝土數量約需11萬立方公尺，上部結構改採替代方案施工，合計金烈水道工區現場可減少約4萬立方公尺場鑄混凝土澆置數量，可有效降低混凝土拌和船(以及配合之拖船、物料運補船)出料船次對小三通航道與附近漁船作業之衝擊，以及現場施工受風浪、海象及潮差等天候因素之影響，可降低施工潛在風險。 金門大橋工程原設計並不開放承包商提報主邊橋上部結構箱型梁替代方案，係考量預鑄節塊接縫及預拱精度等施工要求高，因近年來橋梁工程預鑄節塊工法對於施工精度控制已較以往進步，且已有海事脊背橋梁工程完工經驗[如木曾川橋、揖斐川橋(圖2)、港珠澳大橋(圖3)…]，故經本局綜合評估後，於接續工程契約納入承包商可提出本工程橋梁上部結構之替代方案規定。 依據CJ02-2C標承包商所提替代方案初步設計資料有利及不利之評估結果，並經本局審查符合本工程特訂條款「第0123A章替代方案」相關規定，同意承包商所提替代方案，續進行細部設計資料送審作業，預估全案可於107年第1季審定憑辦後續節塊生產等相關事宜。 |
參考文獻：
1.張荻薇、黃炳勳、吳弘明、陳明谷，「金門大橋規劃與設計介紹」，中華民國第十一屆結構工程研討會暨第一屆地震工程研討會，101年9月
2.東丕營造股份有限公司，金門大橋建設計畫第CJ02-2C標金門大橋接續工程替代方案初步設計計畫書，106年7月
3.陳國隆，「脊背橋理念介紹」，96年1月
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| ▲ | 圖2.日本，揖斐川橋，世界首座複合式脊背橋 |
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| ▲ | 圖3.中國，港珠澳大橋-香港接線高架橋，預鑄節塊吊裝 |
