一、關鍵挑戰Challenge

1.1 施工階段
由於隧道工程自施工興建開始，每日所產生施工資料包括地質紀錄、監測資料、施工輪進作業耗時及支撐物料用量等，不僅種類繁多且數量龐大，需耗費大量人力在施工資料的整理與管理，因此難以及時傳達施工資訊及岩盤安定狀況，更遑論快速進行施工工率之分析與探討，對於隧道施工安全評估與決策擬定所需之資訊常有緩不濟急之情況；而當隧道進入營運維護階段，數量龐雜的書面施工資料如何應用，亦將是營運單位的一大困擾。因此架構於資料紀錄、儲存、查詢及分析之現場施工資料管理軟體，已為當前隧道工程各施工單位不可或缺之管理工具。
 

1.2 營運階段
近年來，公共工程結構物設施維護管理思維已逐漸從著重於施工進而延伸至營運階段的全生命週期品質及風險控管的觀念。在臺灣已逾百年的隧道工程歷史中所建造超過800座、總長度逾900公里的隧道，其中則有為數眾多的鐵公路隧道使用年數已達二、三十年以上，正逐步邁入中、老年期。而臺灣地區因受到板塊運動影響，強烈且頻繁的地質作用常使得營運中隧道的襯砌混凝土結構除了因年久劣化外，更可能因受到圍岩的岩土壓力長期作用、地下水經年流蝕侵損及強震侵襲等外力作用，造成襯砌變形破裂而降低其使用年限或服務品質。由於隧道多興建於地形險峻或交通要道上，當其無法繼續營運或服務功能大幅降低時，除嚴重影響旅運之外，修復或重建費用往往相當昂貴。因此為考量隧道之永續經營，避免影響營運及維護社會大眾行的權利，對營運中隧道的安全穩定加以檢測、評估，適時予以維護、進而延長壽命已成為營運隧道維護管理重要的課題。

傳統隧道安檢作業，多以目視檢測記錄為主，並輔以非破壞檢測技術。但由於目視手繪紀錄未能數位化，使得既有紀錄之查詢、追蹤比對極為困難，且對於檢測成果展示、襯砌破壞成因研判及後續隧道健全度評估及維修捕強工法之設計規劃等作業亦難以即時提供所需資訊。有鑑於此，中興社與日本京都大學大西有三教授所率領團隊合作開發之「隧道營運維護管理系統」暨國道高速公路局(以下簡稱高公局)委託開發之『國道隧道維護管理系統』，均是基於隧道全生命週期思維，並協助營運中隧道維護管理工作執行與檢監測資料之完整儲存，並作為後續維護策略改善及新技術研究之資料來源，進而提昇隧道維護及檢修效率之理念所開發之工具軟體，有助於管理者瞭解隧道現況及作為隧道健全度評估之參考，以適時提昇隧道營運功能及安全性。

二、隧道工程軟體 Tunnel Engineer Software

2.1 施工階段_隧道施工資料管理系統
中興社研發之隧道施工資料管理系統(見圖1)，是針對隧道施工階段之輪進耗時、支撐物料紀錄、開挖工率分析及岩盤地質記錄、開挖面構造資料與隧道監測資料之紀錄、統計及分析等目的所開發。此系統依據所記錄之施工資料及開發目的，可分為1.隧道輪進資料處理系統； 2.隧道監測資料處理系統；3.隧道地質資料處理系統等三個子系統。各子系統主要功能說明如下：

1. 隧道輪進資料處理系統：本子系統著重於隧道施工開挖工率、支撐耗材之統計分析。功能則包括施工作業耗時紀錄、輪進資料庫建置、開挖工率統計分析、施工物料查詢及施工日誌報表列印等。
2. 隧道地質資料處理系統：本子系統可詳實紀錄與保存隧道開挖出露之地質狀況及支撐等級等資料，結合開挖面地質數位影像、構造擷取與處理功能，記錄開挖面之地質狀況，配合岩盤地質狀況描述及岩體評分表（如RMR、Q、PCCR）等各項地質記錄功能，將隧道全線出露之地質資訊建立為一完整地質資料庫，並可透過地質資料查詢及報表輸出等功能，及時提供隧道整體地質資訊。
3. 隧道監測資料處理系統：本子系統針對目前隧道施工階段常用之監測儀器如三維變形量測(沉陷及收斂)、沉陷釘、收斂尺、伸縮儀、計測岩栓、地錨荷重計、傾斜儀、水壓計及水位計等監測儀器，提供監測資料紀錄、資料庫建置、岩盤變形歷時曲線圖表輸出及隧道安全評估分析與施工建議等功能，以提供工程安全評估分析之參考。 

2.2 營運階段_隧道營運維護管理系統
本系統(見圖2)為適合於隧道安檢工作所需之工具軟體，功能模組包括檢測專案資料庫之建置、既有檢測資料之查詢比對、損傷繪製功能（包括損傷繪製、打音檢查及現地照片之導入等）、監測及非破壞檢測資料之匯入與查詢、目視測繪成果之三維視覺化展示及Excel報表輸出等，近年來則因應營運隧道掃描儀器之引進，新增襯砌影像異狀判釋及分析等功能模組。

2.3 營運階段_國道隧道維護管理系統
本系統(見圖3)係參考「雪山隧道維護管理手冊」之維護管理策略內容進行系統開發及資料庫建置，其開發目的主要為協助管理單位維持設施服務水準與操作穩定及方便性，因此除了隧道巡檢工作所需功能外，亦考量管理單位之需求，分別規劃四類分具不同主要功能之子系統（見表1），分別為1. 安檢資料記錄子系統；2. 維護管理資料建置子系統；3. 隧道資料管控子系統及4. 維護管理資料查詢子系統等。各子系統均可獨立運作，同時為提高系統運行效率及資料庫安全性與資料存取功能之一致性，於各子系統及資料庫間架構一共用元件服務平台，本系統整體運行架構如圖4所示。

三、應用案例 Applied Case

3.1 隧道施工資料管理系統_施工階段
目前本系統應用於開挖中隧道施工紀錄里程已超過21公里。工程案例(見表2)包括:基隆河員山子分洪工程、國道六號埔里隧道、東西向快速公路八里新店線觀音山隧道、新竹寶山社區聯外道路工程、曾文越域引水隧道、台電萬松電廠擴充工程、東改局花東線自強隧道工程、台電青山分廠復建計劃及臺9線蘇花公路改善工程之谷風與觀音隧道等。

3.2 隧道營運維護管理系統_營運階段
本系統應用工程案例包括:

   1. 「臺鐵南迴鐵路臺東潮州段電氣化工程建設計畫」(2013)；
   2. 「萬大#3機組發電取水設施改善及引水隧道修復」工作(2013)；
   3. 北市橋涵安檢工作南區多座隧道之安檢工作 (2010~2015)；
   4. 日本大谷第一及第三隧道之既有安檢成果建置。

3.3 國道隧道維護管理系統_營運階段
目前本系統已應用於國道5號之南港、石碇、烏塗、彭山及雪山等隧道之定期巡檢作業。

四、與其他核心技術關連性

隧道隧道維護管理工作除了掌握襯砌表面呈現之異狀分布外，亦需瞭解襯砌內部及圍岩狀況，以整體化分析其受外力及損害狀況，相關介紹請參考非破壞檢測技術。

表1 國道隧道維護管理系統各子系統主要功能規畫

表2 隧道施工資料管理系統應用現況

圖1 隧道施工資料管理系統功能模組

圖2 隧道營運維護管理系統功能模組

圖3 國道隧道維護管理系統功能模組

圖4 國道隧道維護管理系統整體架構與資料運行圖

 

五、重要發表文獻

1. 李國榮、洪世勳、高憲彰、王進成、林賜忠(2014),「國道隧道維護管理系統之開發與應用」,第13屆海峽兩岸隧道與地下工程學術與技術研討會
2. 李國榮、洪世勳、高憲彰、王進成、林賜忠(2014),「國道隧道維護管理系統之規畫與開發」,中興工程季刊124期P3~12。
3. 中興工程顧問社(2013),『國道隧道維護管理系統』期末報告,高速公路局北區工程處。
4. 李國榮(2012),「透地雷達檢測長距離測區之健全度分析」,第十六屆非破壞檢測技術研討會。
5. 李國榮、龍明治、高憲彰(2009),「隧道異狀之繪製及健全性評估方法研究」,第13屆大地工程學術研討會論文集。
6. 李國榮、楊黃政、俞旗文(2008),「隧道施工資料管理系統應用與改進探討」,第12屆大地工程學術研討會論文集。
7. 李國榮、龍明治、高憲彰、中井卓已、冀樹勇、大西有三(2008),「隧道安檢損傷數位化及三維視覺化之研究」,第七屆海峽兩岸隧道與地下工程學術與技術研討會。
8. 李國榮、俞旗文、陳錦清(2006),「隧道開挖工率分析及案例應用」,海峽兩岸隧道與地下工程學術與技術研討會。
9. 楊黃政、俞旗文(2006),「隧道監測資料處理系統之研發與應用」,海峽兩岸隧道與地下工程學術與技術研討會。
10. 楊黃政、蕭富元、俞旗文(2006),「隧道洞口高陡邊坡穩定分析案例探討」,岩盤工程研討會論文集。
11. 李國榮、韓宇光、楊黃政、俞旗文、陳錦清(2005),「隧道地質資料處理系統及應用案例介紹」,第11屆大地工程學術研討會。
12. 楊黃政、蕭富元、韓宇光、俞旗文、陳錦清(2005),「隧道通過煤層及廢煤坑安全研判案例分析」,第11屆大地工程學術研討會。
13. 李國榮、俞旗文、陳錦清(2003),"岩盤隧道施工資料蒐集與處理之自動化 ，水利土木科技資訊。
14. 李國榮、楊黃政、俞旗文、陳錦清(2002),「隧道地質資料蒐集與處理之自動化研究」,岩盤工程研討會。
15. 李國榮、俞旗文、陳錦清(2002),「隧道施工輪進管控資料自動化之研究」,海峽兩岸隧道與地下工程學術與技術研討會。