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雪山隧道開通前，宜蘭與台北的交通主要有北宜公路（台九線）、濱海公路（台二線）和鐵路（宜蘭線）三條路線，從宜蘭市區經這三條路線至台北市中心行車時間大約2至2.5小時，早在民國58就有民間人士擬私人興建一條貫穿雪山山脈隧道的想法，以便將行車時間縮短至一小時以內，這個想法終於在三十多年後實現了。
連接宜蘭和台北的雪山隧道貫穿雪山山脈，連接頭城與坪林兩地（圖1），全長12.9公里，是全世界第五、東南亞第一大的長隧道，隧道分成兩個主坑與一個導坑，兩主坑橫斷面直徑約11.8公尺，可容兩車並行，因單一孔道雙向行車的安全較低，兩主坑隧道均採單向雙車道行車方式，因應隧道安全，每1,400公尺設兩主坑之車行聯絡道，共計8道，若有一隧道事故發生，隧道內車輛可經由聯絡道轉至另一隧道駛離事故現場。導坑位於兩主坑中間的下方，橫斷面直徑約4.8公尺，原為開挖主坑時，作為先行的地質調查坑道，隧道工程完成後改
為隧道內事故救難備用道，平常不開放，導坑內每350公尺設有一人行聯絡道與兩主坑相連，共計28道。 雪山隧道於民國80年7月15日開始進行導坑工程，至95年6月15日全線完工，共費時約15年，施工期間多次遭逢隧道內大量湧水以及坑內坍塌，不但造成開挖機具浸水損壞、人員受傷，使工程進度受到嚴重阻礙，工程人員的信心也一度極為低落。 隧道內岩層坍塌與大量湧水的原因與岩石的破碎程度有關，工程單位陸續聘請國外專家前來會商，但結論大都傾向「地質條件不佳、施工困難」的說法，先天的地質缺陷形成難以抗拒魔咒，但最後工程人員還是克服了排水與坍塌問題，完成不可能的任務的工作，其艱難之程度超乎我們的想像，雪山隧道工程的完成不但達到原來的目的-縮短宜蘭到台北的時間，也使我國隧道工程的技術邁向另一里程碑。 |
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圖1 雪山隧道位置圖
雪山隧道穿過雪山山脈，連接頭城和坪林，總長度12.9公里
（地形底圖取自google map網站）
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施工方式 雪山隧道的開挖不用傳統的炸藥爆破方式，而改採全斷面隧道鑽掘機（TBM）挖掘（圖2），因傳統的爆破方法在當時的技術每天只能進尺約1-2公尺，如此進度大約要花20年才能打通12.9公里長的隧道，TBM工作進度較快，每日進尺可達5-10公尺，其前端鑽機機身長約20公尺，鑽頭為一旋轉的切削轉盤（cutter head），轉盤上鑲嵌許多削石刀，使用研磨的方式強力將岩層磨碎，開挖出隧道的形狀和尺寸，後端整個作業平台長約100公尺，除可將碎石運出坑內外，並將開挖後的隧道固定混泥土環片、灌漿等，立即做好支撐設施，整個隧道開發工程一貫完成，施工期間無須爆破隧道內的岩層，因此安全性較高、工程成本也較低。 雪山隧道是我國頭一次使用TBM開挖的隧道，當時國內尚無使用TBM經驗，81年12月01日進入導坑開挖後
------------------------------------------------------------------------------ ，沒多久即碰到破碎帶，大量的湧水和坍塌使TBM動彈不得，以致工程進度與當初預估相差很多，諸多可惜。 TBM開挖時由頭城端開始，考慮的原因如下：雪山隧道設計上西高東低，坪林與頭城兩邊差百餘公尺，若從標高較低的頭城端開始，將來隧道內出水時，湧出的水可以順勢流出坑外，若由坪林開始，則隧道內的湧水需使用抽水設備 ，增加成本，萬一抽水設備故障將影響坑內機具和人員的安全。其次由低往高開挖，所出的碎石剛好可以反向沿下坡送出坑道，檢少運送機具之油料損耗，最後考慮環保問題，因西端的坪林位於翡翠水庫集水區，若從西端開挖，TBM產生的大量工程廢水，在處理不當情況下恐會影響水庫的水質。 |
圖2 全斷面隧道鑽掘機（TBM）外觀
（本圖取自http://www.ocrwm.doe.gov/ factsheets/doeymp0001.shtmlZ） |
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沿線地質與施工困境
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圖3 雪山隧道沿線地質剖面圖
隧道西高東低，總共貫穿鶯仔瀨、倒吊子兩個向斜構造以及金盈等6個斷層，其中5個斷層集中在東口附近，地層破碎造成大量湧水 |
圖4 摺皺地層的向斜、背斜構造示意圖
向斜構造區兩側的地層均往中心傾斜，因此地層中的水容易往軸部集中，隧道開挖若經過向斜軸應防範隧道內漏水問題
雪山隧道總共穿越6條斷層以及兩個向斜地層構造（圖3），向斜為地層擠壓產生摺皺時，凹彎朝上、兩側地層均往中間傾斜的構造，向斜軸部通常是地層最低的位置，因此地下水容易集中在該處，故隧道通過向斜軸部時，需特別當心地層出水的問題（圖4）。
雪山隧道穿越的6條斷層中有5條均為在東口附近，形成斷層密集、岩石非常破裂的地質結構，這些斷層雖然都不是活動斷層，沒有再度活動的疑慮，但破碎的地層在隧道開挖過中，時常發生塌陷，總計施工期間導坑和主坑崩塌共64次，TBM被夾埋次數也有26次，這些不穩定的岩層，對隧道施工進度和安全造成很大的困境。
雪山隧道穿越的6條斷層中有5條均為在東口附近，形成斷層密集、岩石非常破裂的地質結構，這些斷層雖然都不是活動斷層，沒有再度活動的疑慮，但破碎的地層在隧道開挖過中，時常發生塌陷，總計施工期間導坑和主坑崩塌共64次，TBM被夾埋次數也有26次，這些不穩定的岩層，對隧道施工進度和安全造成很大的困境。
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雪山隧道經過的地層由年代已數百萬至三、四千萬年的砂岩、頁岩所組成，一般頁岩的岩性較軟、砂岩的岩性較硬，各地層中又以漸新世的四稜砂岩最堅硬，四稜砂岩分佈在雪山隧道的東段，水平寬度約3.5公里，岩層中含粗顆粒的石英（圖5），石英硬度高達7，是一般常見礦物中硬度最高者，四稜砂岩在地底下未出露地表
前，歷經較高的溫、壓環境，岩性已呈現輕度的變質作用，顆粒間的膠結變的更緊密，不容易被磨碎，這是TBM面臨的一大挑戰。雪山隧道的東段，岩層質地堅硬，又有許多破裂帶易發生坍塌，是整條隧道施工最艱難的部分，最後結合傳統人工鑽炸施工，才克服這道地質難題。 |
圖5 四稜砂岩
圖中白色為岩層裂縫中地下水充填的石英，硬度為7，四稜砂岩的組成含大量大顆粒的石英，故岩性非常堅硬，不易開挖 |
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隧道開挖對附近地下水的影響 一般隧道開挖到含地下水豐富的地層時，因施工關係，地層中的滲水必須引出隧道，若引出的水量很大，有可能對附近居民使用的地下水產生影響，常見有水井
------------------------------------------------------------------------------ 水位下降、水井枯竭或水質混濁等，雪山隧道在開挖前，已在隧道的地表附近鑽探數十口水位監測井（圖6），以觀測在隧道施工期間水位的變化情形。 |
圖6 雪山隧道開挖時所鑽探的水位監測井位置（紅色實心圓）
PH-25的水位資料能反映TBM在導坑內受困時，隧道內湧水導致水位下降的情形 |
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其中PH-25井位於北宜公路旁、雪山隧道的正上方，標高372公尺，初期的地下水位約15.5公尺，83年11月至85年11月該井的地下水位高程（標高減去地下水位）變化顯示（圖7），在TBM第九次導坑內受困、隧道內大量湧水期間（84年2月至9月）地下水位高程由360公尺降低至約345公尺，很明顯的，隧道內的湧水使上方的地下水位下降，但9月後，導坑灌漿止水施工完畢，地下水位便慢慢升高，因此隧道的開發對附近地下
------------------------------------------------------------------------------ 水有一定的影響，但開發完成並進行灌漿止水後，地下水位可能慢慢回復到原來的高度。 另外，有些人擔心雪山隧道的開發是否會影響翡翠水庫的進水，估計雪山隧道全部的湧水量約佔水庫進水量的2%，且隧道內大部分的湧水都集中在東端，因此大部分的專家都認為影響不大。 |
圖7 PH-25井（位置見於圖6）於TBM受困期間，導坑內出水時之水位變化圖
水位資料顯示在TBM鑽遇破碎帶導致出水時，地表水位受影響而下降約20-30公尺 |
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隧道內的漏水問題 雪山隧道開挖時的湧水問題大都集中在東端3.5公里的區段，該區段主要的地層為乾溝層的硬頁岩、四稜砂岩，這些地層因有數條斷層通過，造成岩層有多處的破裂，在隧道開挖到這些破裂帶時都產生大量的抽坍和湧水，使工程進度延宕。 當隧道完成後，這些破裂帶都完成灌漿、排水等補強措施，然而這些地質脆弱的地帶日後是否會再度漏水並影響行車安全，這是大眾非常關心的議題，雪山隧道在通車不久即發生漏水問題，經有關單位聘請國內外專家勘查後，認為漏水是隧道櫬砌後方的阻水膜施工不佳所致，跟結構體沒有關係，但是台灣位在地震帶上，雪
------------------------------------------------------------------------------ 山隧道通車至今尚未經歷大地震的考驗，結構體是否可承受地震的搖動仍然未知，目前只有持續監測櫬砌(隧道內的水泥壁)，觀察隧道是否會變形，才能減少大眾的疑慮。 雪山隧道工程之艱辛世界罕見，它的完成代表國內的隧道工程技術又更上了一層樓，然而對民眾來說，日後的行車安全才是最重要的，有關單位除了注重隧道內交通安全的宣導外，對隧道主體結構的監測也是保障用路人安全的方法之一，雪山隧道是否安全？只有等待下一個大地震來檢驗了。 |
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參考文獻 陳福將，2006，回首雪山隧道的地質挑戰，地質，25(3)，54-61。 蔡茂生，2007，高施工難度的雪山隧道，科學發展，413，66 -71。 朱寶基，2002，開鑿雪山隧道挑戰工程人，營建知訊，231，16-25。 張森源，2008，大地工程四十載 從石門水庫至雪山隧
------------------------------------------------------------------------------ 道，台北市大地工程技師公會。 Hou, P. C and T. H. Hsiao, 2005, Geological exploration of the Hsuehshan tunnel – review and discussion, World Long Tunnel. 105-112. Chang, C T., P. C. Hou, C. S. Liu and T. H. Hsiao, Geological and geotechnical overview of the Hsuehshan tunnel. 45-59. |
