国立台湾大学土木工程学研究所

國立台灣大學土木工程學研究所民國91年（碩士）學位論文摘要自來水輸水管抽換工程之研究--明挖與現場固化內襯工法之進度比較研究生：馬龍堯指導教授：郭斯傑摘要自來水輸水管抽換更新主要施工方法多採用傳統明挖，但受限於各管線空間重疊阻礙影響工程進度，先進國家為改善此問題，發展現場固化內襯工法以克服施工難題。本研究整理關於輸水管抽換工程進度影響因素，並探討二工法適用範圍，經生產力分析發現輸水管徑在800mm以上建議採行現場固化內襯工法較有利於工程進度。關鍵字：輸水管、抽換工程、現場固化內襯一、導論當輸水管線口徑不足以供應供水區域用水量，漏水機率有增加趨勢時，就必須將該輸水管進行抽換更新工作，目前國內輸水管管線更新主要的施工方法多仍採用明挖工法。受限於都市道路面積不足，造成各後期埋設管線置於舊有管線上方，造成老舊自來水管線達到使用年限，上方管線阻礙影響輸水管抽換工程進度。在一些已開發國家人口密集的都市於發展過程中，也曾面臨上述問題，為降低各種管線間因空間衝突所造成不利因素影響，陸續發展出各種免開挖工法現場固化內襯工法發展至今已超過三十年，在國外已成功修復各種老舊管線。本研究基於前節所述研究動機經深入探討二工法運用現狀後，希望努力可以達成下列幾點目的：一、整理歸納有關自來水輸水管線抽換工程進度之影響因素二、收集明挖工法及現場固化內襯工法案例，探討此二工法之進度比較與適用範圍。二、輸水管明挖與現場固化內襯中華民國地下管道技術協會所出版之免開挖技術指南（1997）［1］，指出現場固化內襯工法基本原則皆以內襯形成管中管，達到整治既設管線的目的。現場固化內襯工法施工步驟基本上較重要施工項目分為舊管清理、管內攝影器檢視、內襯管反轉及加熱固化四個作業大項及其他如工作井設置等作業［2］［3］，本研究將所收集之施工日報加以整理並經實際工地觀察、訪談驗證後，將其施工步驟彙整如圖2.1。圖2.1現場固化內襯工法施工步驟本研究整理三、進度影響因素分析與特性要因圖因為輸水管於地下所處的狀況充滿不確定性，輸水管的埋設大多很難於理想狀況下進行，所以影響輸水管抽換進度的因素是非常多變且複雜的，實有加以歸納分析之必要。本研究實際走訪現地，觀察自來水管線埋設情形，將觀察所得歸納彙整，然後請教專家後，彙整成如圖3.1所示，基本上本研究概略的將影響自來水輸水管抽換工程進度的因素分為以下六大項：（一）管線本身，（二）施工環境，（三）施工機具，（四）工班，（五）施工方法及（六）其他。各施工間段連絡管線試壓更生段與舊管連絡恢復供水工作井道路復舊臨時交維撤離工程竣工有停水必要時須依停水規定事宜辦理申請挖路許可管線探挖改由替代管線供水確定替代管線管線試關水工作井路面切割臨時交維安置開挖至管頂打設鋼版樁道路覆蓋臨時蓋板開挖臨時交維撤離臨時交維設置管線斷管清洗前閉路電視檢視工作井完成管線清洗清後後閉路電視檢視管線封口支撐架設內襯反轉加熱固化固化後閉路電視檢視臨時交維撤離每循環施工進行有停水必要時須依停水規定事宜辦理先期作業現場固化作業復舊作業更生完成NoYes圖3.1自來水輸水管抽換進度影響因素特性要因圖本研究整理四、個案分析本研究分別著手收集此二工法的實際案例，包括八個明挖及四個現場固化內襯實例進行生產力比較分析，八個明挖實際案例如表4.1，實例中輸水管徑範圍由600mm至1000mm，施工範圍分布在台北市區、中永和、三重，研究中透過基本資料及施工紀錄加以整理並計算各案施工成本及施工進度。表4.1輸水管抽換明挖個案綜合整理為求對輸水管抽換明挖進度進行更深入的探討，襄助本研究實例方面分析，並為明挖施工進度探討基準，加以驗證案例中施工進度趨勢正確性，本研究實際訪談並記錄八位長期從事輸水管線施工之專門人員，於假設理想條件下，輸水管抽換工程平均之每日施工之進度。項目A案B案C案Ｄ案Ｅ案Ｆ案Ｇ案Ｈ案工程地點南京東路五段民族東路臺北市北安路中和中正路三重市中山路三重市重陽路臺北市北安路中山北路七段輸水管管徑mm10001000900800700700600600600設計長度m抽換220抽換275抽換206抽換875抽換600抽換700mm-749抽換600mm-568抽換650抽換654施工完成長度m195(日間)20(夜間)263206787516700mm-631600mm-516650588工作內容日探挖3天新設10天（日）新設4天（夜）拆除4天管線連絡2天探挖2天管線新設35天管線新設20天拆除1天管線連絡1天復舊作業1天探挖3天管線新設45天管線連絡2天管線抽換35天管線連絡2天復舊作業2天700mm管線抽換37天管線連絡5天600mm探挖1天管線抽換23天管線連絡3天探挖2天管線抽換37天復舊作業2天探挖1天管線抽換26天管線連絡3天使用天數(日曆天)23其中夜間施工437235039700mm-42600mm-274130施工進度m/天5夜間施工7.18.915.713.2700mm-15600mm-19.115.819.6自來水輸水管抽換進度影響因素管線本身因素管線長度管線口徑管溝回填料管種(管材)管網複雜度開挖深度管件數量環境因素施工時間障礙物地質介面車流量運輸動線材料儲存場施工路段舖面材料施工方法明挖現場固化內襯內襯裂管工法局部修復改良式內套管發電及照明機具施工機具手動機具開挖機具運搬機具夯實機具工班領班技工操作手小工運搬人員交維人員施工管線替代性突發事件其他特殊材料變更設計民眾抗爭天候假設理想條件如下：（一）施工時間為夜間施工(00:00~06:00)，（二）採用標準工班及機具，（三）交通現狀為單向二快一慢車道，（四）採用石墨延性鑄鐵管，（五）施工均為直管無管件，（六）管線埋設未遭遇障礙物及其他因素阻礙。首先將專家訪談之輸水管抽換工程明挖理想進度所紀錄資料加以整理，並分別使用最樂觀進度曲線、最可能進度曲線及最悲觀進度曲線等三條曲線表現施工進度情形，並以最可能進度曲線為施工進度基線（BaseLine），此曲線將用以檢核明挖實際進度是否變異過大。其次，將所收集明挖案例資料加以整理繪成實例之進度曲線，並與施工進度基線相互比較如圖4.2，圖中所示的二條曲線分別代表輸水管抽換理想進度與實際進度的情形，這二條曲線後發現其斜率及曲率大致相近，二者最大之差異為曲線常數，意味實例進度曲線與專家認知大致相同，差異處反映各不同影響進度因素間於輸水管抽換工程進行時相互作用之總合，因為在現實狀況下現場可能充滿各項障礙，因此與理想狀況下會產生相當程度之落差，並顯示出輸水管抽換工程每日實際進度較理想進度折減程度約接近12公尺。圖4.2輸水管明挖施工進度比較由四個現場固化內襯案例加以進行生產力分析並整理如圖4.2所示，當輸水管管徑為600mm時，其每一循環每日平均施工進度為14.98公尺，當管徑為1000mm，其每一循環每日平均施工進度為14.59公尺。圖4.3現場固化工法每循環工期及每日進度輸水管抽換工程明挖施工進度比較y=-0.000036x2+0.035893x+21.107143R2=0.993152y=-0.000043x2+0.038757x+9.706190R2=0.89678205101520253035500600700800900100011001200口徑(mm)每日進度(m)理想明挖進度曲線(基線)明挖實例進度曲線多項式(理想明挖進度曲線(基線))多項式(明挖實例進度曲線)600mm1000mm代號施工長度工期日進度m代號施工長度工期日進度天J案No.1-22151316.54I案No.1-22031118.45J案No.2-390146.43I案No.2-31651511.00J案No.3-41871512.47I案No.3-4144159.60J案No.4-52801815.56I案No.4-52831223.58J案No.5-62801321.54I案No.5-62151415.36J案No.6-72801815.56K案No.1-21971216.42J案No.7-82681616.75K案No.2-31961315.08K案No.3-41571213.08每循環工期日平均值15.29K案No.4-51331310.23L案No.1-22001414.29平均每日施工進度m平均值14.98L案No.2-32071513.80L案No.3-41891314.54L案No.4-52001414.29每循環工期日平均值13.31平均每日施工進度m平均值14.59最後，將輸水管抽換明挖實際進度曲線與現場固化內襯進度曲線，加以探討此二者之關係，其中有關明挖進度曲線方程式為y=-0.000043X2+0.0388X+9.7062，而現場固化內襯進度線方程式為y=-0.0009X+15.54，求解得出X=738.56如圖4.3中所示，此二者在管徑為738mm時有相同的工程進度，因自來水輸水管管徑級距於500mm以上時採用每100mm為單位，換以管線工程通用表示方式，輸水管抽換管徑在700mm或以下者應採用明挖工法，輸水管抽換管徑在800mm或以上者，則建議採用現場固化內襯工法將會得到較滿意之進度。圖4.3輸水管抽換明挖與現場固化內襯進度比較五、結論本研究進行輸水管抽換工程進度生產力影響因素探討，由實例收集與分析探討明挖與現場固化內襯適用範圍，並加以分析驗證後作成以下之結論：1.本研究彙整自來水輸水管線抽換工程進度影響因素主要分為六個大項，分別是管線本身因素、環境因素、施工機具、工班、施工方式及其他。2.輸水管抽換如採傳統明挖施工，於理想條件下進度與實例進度間，二者每日施工平均進度差異約12m，是反映各不同影響進度因素間於工程進行時相互作用之總合，因為在現實狀況下現場充滿各項障礙，與理想狀況下有相當程度落差。3.經由所收集的八個明挖案例及四個現場固化內襯案例，進行生產力分析後發現輸水管抽換工程，輸水管徑於700mm或以下者適宜採用明挖工法，輸水管徑於800mm或以上者建議採行現場固化內襯工法較有利於工程進度。參考文獻1.「免開挖技術指南」，中華民國地下管道技術協會，台北，(2000)2.廖宗盛、籃炳樟、賴意君，「現場固化管（CIPP）應用於自來水壓力管之更新」地下管道，第八期，第59~67頁，(1999)3.Calabro,S.A.,andNorton,M.R.,“TrenchlessTransformation,”CivilEngineering,Vol.70,No.11,pp.48-51(2000)輸水管抽換明挖與現場固化內襯進度比較建議輸水管徑800mm以上(含800mm)抽換工程採用現場固化工法較有進度效益y=-0.0009x+15.54y=-0.000043x2+0.038757x+9.706190R2=0.89678205101520500600700800900100011001200口徑(mm)每日進度(m)固化實例進度明挖實例進度曲線線性(固化實例進度)多項式(明挖實例進度曲線)