开辟道路时常需要穿山越岭，开挖山岳隧道是必要工程。台湾地质年轻，且受到欧亚板块与菲律宾板块的挤压，节理错综复杂，断层厚度不一，又有许多破碎带或软弱砂泥层岩体，挖到地质结构不良处，若没妥善处理，很可能造成坍塌。

　　台湾大学土木工程学系教授黄灿辉表示，由于每座山脉的状况不一，开挖的第一步是对山体进行各种“诊断”，以选择适合的开挖方式。一般会先施以非破坏性的检测法，例如震测法、地电阻法、透地雷达等，以便了解地质情况，有时也会直接钻探，取一些地质样本来检验。不过，即使已对疑似断层破碎带、含大量水等地带进行诊断，但由于地质变化复杂，且仪器的精确度尚无法达到100%，因此山岳隧道施工期间还是免不了发生事故，例如雪山隧道开挖过程中，即曾发生过30余起坍塌意外。

　　沿开挖线爆破有方法

　　开挖隧道时，会分成许多小段掘进，每次长度约只有1~2米。最传统、最常用的方式是“钻炸法”(Drill & Blast Method)，即在开挖面钻孔，再埋设炸药引爆，藉由爆炸快速释放的膨胀力以及气压等冲击岩体，使之破裂。

　　黄灿辉表示，为防止隧道壁的岩体因爆炸导致结构不良，或炸出的孔洞严重超出开挖线，施工人员会在开挖面上，巧妙安排放炸药的地方及每个火药剂量，以达到均滑爆破(smooth blasting)。方法是爆破前先布孔，即设计炸药孔的疏密位置，典型的布孔设计分成两部份，一是沿着开挖线边缘钻的“周边孔”，另一部份则是靠近中心的“炸药孔”。

　　一般而言，靠近中心部位是要把整个岩体炸开，较不需考虑爆炸后的美观，因此所布的炸药孔较少、间隔疏、炸药量较多；而周边孔炸出的范围要尽量控制在开挖线上面，每个炸药孔放置的炸药量不宜太多，所以钻孔数相对较多，间隔也较密。引爆时，并非同时炸开，而是由中心逐渐向开挖线一层层炸开。

　　开挖隧道有时会与机器并用，例如全长12.9公里的雪山隧道施工时，便是使用钻炸法搭配“全断面隧道钻掘机”(Tunnel Boring Machine，TBM)开挖。TBM是利用旋转切削头对岩体连续切削，速度比钻炸法快6~8倍，适用于地质均匀地段，若遇上不同岩石硬度，则必须更换不同切削头。如果挖到地质破碎带，切削头可能会卡住，机身也会遭岩石夹困；如果出现大量涌水，机器更会淹水受困，甚至故障，因此TBM虽具有速度快、所需人力少的优点，但却无法完全取代钻炸法。

　　借力使力，岩体本身也可做支撑

　　洞口挖开后，岩体虽然会出现缺口，但因为掘进深度很浅，还不会马上坍塌，此时施工人员会尽速清除碎岩块及壁上的松动岩块，并随即做人工支撑，以免岩体崩落。支撑分两次进行，先做一次支撑，着重隧道结构安全，便于施工人员施工；接着再做永久支撑(衬砌)，进一步加强隧道结构，以及做防水处理、通风口、外观修饰等。

　　黄灿辉表示，一次支撑有传统工法与“新奥工法”(New Austrian Tunnel Method)。传统工法是使用混凝土与重型“钢支保”(即以钢做成的支撑保护构件)等，来支撑系统抵抗岩体由上往下的荷重，由于下方没有横向支撑力量，久了之后，钢支保靠近地面的垂直部份会向洞口方向变形，工程人员才发现应力并非只有原先以为的垂直重力作用，还有侧向力。

　　为了抵抗侧向应力，20世纪60年代，国际间开始推广新奥工法，而台湾在20世纪80年代才采用此法，目前已成为岛内隧道施工主流。新奥工法的主要概念是利用岩体本身来承受岩石应力。开挖后，先架设轻型钢支保及铺设钢线网于四周岩壁上，接着喷射喷凝土(即混凝土用喷的，里头含特殊化学剂，可使混凝土在短时间内变干)，形成一层薄壳状圆拱，以发挥支撑功效，而其中的钢线网则具有抗拉、抗弯的能力。

　　不过，喷凝土及轻型钢支保还无法发挥强大的支撑力量，尚需打入长度够长的岩栓，让层状岩体固定而不致产生滑动，并串结外围的岩块，使其可产生较大的支撑力，其原理就像拱桥一样，是利用岩石本身的承受力量，即让岩石分割成数块，每块岩石的应力可被两边岩拱撑住。

　　以新奥工法进行的一次支撑，施工过程为每前进一小段做一段支撑，等隧道挖通并稳固整个隧道结构后，才会做衬砌。衬砌会用钢模、混凝土加强结构，同时铺上不透水的帆布做防水层，并用会吸水的不织布做成带状的排水带，将地下水导引至排水沟，保持隧道干燥，最后进行外观修饰。如此，一条坚固的隧道便告完工。

　　藏在马路下的都市隧道

　　城市中最常见的隧道是隐身在道路下方的土壤隧道，例如地下道、捷运、地下水管等。土壤隧道的开挖方式与山岳隧道不同，情况较为单纯，原因是城市的地质多为沉积岩，近乎水平，且必须侦测的含水层位置、深度等，离地表近，可以用仪器精确测出。

　　土壤隧道主要有两种开挖方式，一种是“明挖覆盖”，做法如同挖地下室，沿路将隧道上方的土挖出来，四周的隧道壁同时要以钢筋混凝土做类似挡土墙的连续壁，并做梁柱支撑，防止隧道壁垮下来，之后再以水泥板及以碎石头、沙等依比例调配的“级配料”填平路面。早期开挖的台北捷运，例如忠孝东路一带，便是使用此工法，但由于对交通影响甚大，后来开挖的捷运都采用另一种“潜盾工法”。

　　潜盾工法是将隧道分成好几段，每段前后各凿一个井，再将潜盾机深入井内钻洞，有时隧道会从河川底下经过，施工人员还必须辅以其它工法，如于隧道壁灌浆，防止河水渗漏。钻掘时，每完成一段，就用钢筋、水泥等做成一环一环的预铸板支撑，最后各段连接起来就成为隧道。

　　在台湾，土壤隧道大部份都是沿着马路下方开挖，不会穿过房子下方，因此较少影响房屋结构，也较没有土地所有权的问题。若遇到多条运输线交叉在同一处，例如台北市北门附近同时有台铁、捷运、高铁经过，其施工困难度相对提高，一般而言，较晚开挖的隧道会从较早开挖的隧道底下穿过。施工时，尚需在已盖好的建筑物、地面及正在开挖的隧道里，埋入很多仪器，以量测地壳变形、水压变化等，防止上层隧道结构遭破坏。换言之，不论是山岳隧道或是土壤隧道，施工人员都要战战兢兢，在黑暗的洞里努力奋战！

　　(摘编自台湾《科学人》杂志 作者：杨嘉慧)