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地層下陷危機,高鐵工程如何因應?

彰化、雲林地區超抽地下水引發的地層下陷,是高鐵自營運以來就備受關注的安全問題。2011年,時任行政院公共工程委員會主委的李鴻源甚至表示如果抽水問題不解決,「高鐵恐怕連十年都撐不到」。其實未必那麼悲觀,在這番驚人之語背後,其實牽涉到工程環境裡裡外外的許多改變,高鐵公司也持續努力化險為夷。而他們在事前規劃和事後工程補強上,又是怎麼處理的呢?

路堤移除前/路堤移除後(圖片來源:高鐵公司)

路堤移除前/路堤移除後(圖片來源:高鐵公司)

雲林地區因為缺乏水庫提供地表水,養殖業者超抽地下水、導致地層下陷與海水倒灌的問題早已不是新聞。高鐵在規劃之初,刻意避開麥寮、台西、口湖、四湖等明顯下陷的沿海外圍鄉鎮,選擇現在的內陸路線。然而監測數據證實,下陷中心已從過去的養殖魚塭重鎮,逐漸蔓延至內陸的土庫、元長等地區。

高鐵公司專門負責地層下陷議題的楊恒偉博士表示,地層下陷主要影響的是「橋梁長期的結構安全」。雖然工程師們當初已經用國際最嚴格的標準考慮包括地震在內的各種狀況,但原本結構設計預留之強度,卻逐漸被長期的地層下陷所消耗。不過就軌道平整度來說,由於地層下陷是區域性問題,局部變化甚小,所以雖然雲林縣土庫鎮路段每年的平均沉陷量約7到8公分,在1992到2013年之間最大累積下陷量超過150公分,但因本段行車時速達到近300公里,乘客幾乎不會感覺到異常,當然也不會發生所謂「雲霄飛車」的場景。

而在高鐵彰雲路段上、跨越台78線快速道路某一處的橋墩基礎,被高約6公尺、重達9.2萬噸的台78線路堤壓住,成為整個路段沉陷量最大的部分。針對路堤載重與超抽地下水造成的複合效應,首先高鐵公司在2011年調整了盤式支承墊來減少差異沉陷,並用碳纖維補強橋墩結構等二階段預防性維護工程。之後為了根本性解決此段的橋墩結構安全問題,交通部於2014年初決定以「鋼橋取代路堤」的方式,著手展開台78線道路的路堤減重方案。新建鋼橋的好處是不會直接沉壓到下方土地,避免繼續加深沉陷量,並舒緩南北兩側的橋墩角變量,才不會進一步影響結構安全。

預防性的維護工程之外,高鐵公司自2003年以來持續從太空、地表、地下三管齊下進行監測工作,以掌握地層下陷的最新發展:GPS接收衛星訊號連續監測高鐵結構與大地的絕對沉陷以發揮預警功能;用地面水準測量來掌握每年的沉陷變化;再以深達300公尺的地層下陷監測井監測各土層的壓縮。如此將得以全面掌握高鐵結構沉陷的時空變化與發生深度。

在北港溪以南的地層下陷「次級戰區」,高鐵也擴大監測範圍,除了每個月有軌道平整度檢測之外,自2003年起每年也委請工研院辦理橋墩高程監測,範圍包括濁水溪以北到嘉義太保站北側,以及台南高雄路段。後者每年地層下陷小於1公分,對高鐵安全影響微乎其微;而彰雲嘉路段近三年來降雨豐沛,從2011年的799毫米、2012年的1666毫米成長到2013年的2262毫米,使土庫地區的地下水位上升了8公分,原本的沉陷問題因而全面趨緩。

民眾也很關心明年即將啟用的雲林虎尾車站,是否會因位於嚴重地層下陷區而有安全上的隱憂?對此高鐵公司表示,首要考慮因素就是「車站」與「主線」兩個結構物之間必須同步下陷,不能有「差異沉陷」;營運時也會保持密切監測,若有需要,將辦理必要的預防性維護工程。然而高鐵公司在工程方面的努力僅是治標,若要徹底解決地層下陷的危機,仍須仰賴公權力來開發地面水資源並處理超抽地下水的問題,才是畢其功於一役的根本解藥。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

關於作者

李杰翰

國立台灣大學地理環境資源學系學士。曾實習於鼎漢國際工程顧問公司。 2014年錄取東京工業大學《YSEP 青年科學家交換計畫》,現於該校「環境與交通工學」領域研究室潛心向學。