隧道工法的取捨
當隧道工程脫離了徒手挖鑿的年代，「鑽炸法」便成了隧道施工的主流工法。即便已邁入施工自動化與機械化的今日，利用炸藥開鑿隧道依然是世界各地進行隧道施工規劃時，不可或缺的選項之一；「TBM」（Tunnel Boring Machine，隧道鑽掘機），則是19世紀中葉才開發出來的全斷面隧道挖掘機器，可說是人類近代在機械製造工藝上的一次極致展現，它彷彿就像一座小型工廠，幾乎所有和隧道相關的工作，都可在這長度不過一、兩百米的機器中施展開來。
【鑽炸法施工】 |
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所謂鑽炸法，顧名思義即包含「鑽」及「炸」兩項主要元素。藉由鑽孔埋設炸藥開炸的方式，將地底的隧道一段一段地往彼端推進。鑽孔之前，需依據地質條件佈設鑽孔位置。鑽孔作業，目前多採用機械化、俗稱「鑽堡」的大型機具進行作業；開炸之前，須先於孔內埋設炸藥及引爆用的雷管，再透過結線的方式連結所有的起爆藥支以進行開炸。完成開炸作業後，配合碴料運棄及必要的支撐作業，即完成1個施工循環。
鑽炸法所使用的炸藥藥支 照片來源╱劉弘祥
雪山隧道所使用的雷管 攝影╱張博翔 |
【TBM施工】 |
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TBM，分為「主機」與「輔助支援系統」兩大部分。前者長度較短（通常不超過20m），乃位居第一線的主要單元，負責旋轉磨掘前方地盤，並提供全機之動力；後者則是所有後勤支援設備的綜合體，其中掌管TBM作動進退的控制中樞亦位於此。TBM的鑽掘原理，乃利用主機前方旋轉的切削頭，配合向前徐徐壓迫的推進力，將地盤切削成破碎的小石塊以完成挖掘工作。挖出的土石利用出碴系統運送至洞外適宜的地點棄置，同時並於已開挖完成的部分施作支撐系統以確保隧道穩定。
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【TBM鑽掘推進過程】
Step1 反力撐座向外頂住岩盤以提供鑽掘時的反力；穩定座向外伸出，以避免鑽掘時擺震幅度過大。若岩盤強度不足時，尚可藉由壓力環向後頂住已組裝的環片，輔助提供反力。
Step2 鑽掘前進（伸縮盾逐漸出露）。
Step3 開挖完成1個衝程。
Step4 反力撐座縮回，並將後盾及輔助支援系統向前拉至定位。
Step5 壓力環收回，空出的空間即可組裝環片。如此即完成1個衝程的施工循環。
註：上述解說以雙盾作業模式為例
【小削刀也有大學問！】
削刀，是TBM賴以切削岩盤的工具。依裝設在切削頭上位置之不同，由內而外大致可分為「中央削刀」、「盤面削刀」與「外緣削刀」3者。其配置數量與間距，需依據隧道斷面及沿線地質綜合考量。 此外，用以貫入岩壁的削刀緣，依其數目與型式的差異而有不同的設計。雪山隧道TBM所採用的即如圖所示的「單緣滾盤式削刀」。
至於削刀的材質，多以高硬度的合金鋼製成；其中削刀緣常施以超硬處理，以增加削刀的耐磨性。
1、削刀緣與岩壁接觸點附近產生局部高應力，迫使岩盤產生裂隙。
2、削刀貫入形成槽溝，透過切削頭旋轉所帶動的扭力使岩盤逐漸破壞，裂隙並隨之發展延伸。
3、裂隙迅速擴展至形成破裂面，使岩盤產生片狀剝落。
由於前述兩種工法各具優劣點，對於整體施工的順暢與否及工程的成敗，常牽一髮而動全身。是故，隧道工法的取捨，有時亦是極為關鍵卻難以抉擇的課題。最後，經過多方考察、評估並綜合各界的意見後，雪山隧道工程選用了TBM工法作為主要的挖掘方式；鑽炸法只輔助鑽鑿兩端洞口的極小區段。於是，雪山隧道便成了臺灣第1座使用TBM開挖的隧道。
儘管事後看來，TBM的應用並不如想像中順利；為求工進，鑽炸法反而反客為主。有部分人也曾質疑當初的決定。但是，這種問題本來就沒有標準答案，雪山隧道工程畢竟是段歷史的印記。幸而有雪山隧道的勇敢嘗試，方才開啟了國內隧道施工的新時代；而從挫折中所累積的經驗，則立下了後續其他隧道成功以TBM貫通的根基。至於雪山隧道本身，終究還是憑藉著鑽炸法和TBM混合並進的方式，成功地達成了貫通的使命！
雪山隧道主坑TBM 攝影╱齊柏林
．切削頭直徑：11.7m
．主機長度：10.9m
．機型：雙盾身之硬岩鑽掘機
．削刀直徑：43.2cm
．削刀總數：80只
．產地：德國
雪山隧道導坑TBM 照片來源╱北宜高速公路興建專輯 技術版
．切削頭直徑：4.8m
．主機長度：11.3m
．機型：雙盾身之硬岩鑽掘機
．削刀直徑：43.2cm
．削刀總數：34只
．產地：美國
雪山隧道兩台主坑TBM 攝影╱齊柏林
TBM雖具有自動化、開挖快且環境衝擊小等優勢；不過施工初期需要大面積的組裝腹地，卻是其主要限制。
通常待機具組件運抵工地後，分階段進行TBM組裝，並將已組裝完畢的部分先行進洞，以利後續組裝工作之進行。