地工技術，第108期（民國95年6月） 第91-104頁 Sino-Geotechnics, No.108 (JUN., 2006) PP.91-104

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地電阻影像剖面探測法於地下工程之應用 李維峰 張嘉峰 梅興泰 蔡道賜

台灣營建研究院 三合技術工程有限公司

摘 要 大地工程中之地下鑽掘工程，如深開挖、捷運潛盾隧道等，皆是一般認定之高風險作業。地質改

良效果確認於此類工程為極重要之步驟。一般地質改良均利用破壞性的鑽孔取樣或試水試驗來檢驗地

改之成效。但採用鑽孔試水只能代表單點處或是小區域的狀況；並無法清楚明確的得知改良土體的完

整性或分佈狀況的情形。針對此一工程問題本文提出一先進非破壞性地球物理探測方法—地電阻影像

剖面探測，利用地質改良體或改良土體之高電阻率之特性、以及高含水量軟弱土壤之低電阻率特性；

驗證地質改良效果並預測地下工程風險。除說明地電阻影像剖面探測原理與應用外，本文亦提出二個

案例，證明此法已由傳統的之地質水文探測，進步到高精度之地下工程實務問題之解決。

關鍵字：潛盾隧道、地質改良、非破壞性地球物理探測、地電阻影像剖面。

APPLICATION OF ELECTRICAL RESISTIVITY IMAGINE PROFILE METHOD IN UNDERGROUND ENGINEERING

LEE W. F. CHANG C. F. MEI H.T. TSAI D. T. TAIWAN CONSTRUCTION RESEARCH INSTITUTE SANHO TECHNOLOGY & ENGINEERING CO., LTD

ABSTRACT

In geotechnical underground engineering, such as deep excavation, shield tunneling construction, is generally considered as a high risk operation. It is very important stage to identify geology improving among these works. In traditional execution, they use destructive method, boring and water test, to verify the effect of geology improving. But they usually present the regional condition only, can not show the whole underground condition. Because of the improving soil or block have high resistivity characteristic and high water content soft soil have low resistivity. In this paper, we use developed non-destructive geophysical exploration, Electrical Resistivity Imagine Profile (RIP), to identify the quality of geology improving and predict the risk in underground engineering. We will introduce two cases and the results show that the RIP can clearly present the condition of underground anomaly. By doing this, we improve this method from 2D to 3D tomography. The outcome shows the traditional geological survey has been improved to a better accuracy in engineering problem solving.

KEY WORDS：shield tunnel, geology improving, non-destructive geophysical exploration, RIP

一、前 言

在傳統深開挖或潛盾地下工程施工時，若遇

地質不穩定或軟弱土壤時，多利用地質改良來改

良土體之工程性質。但由於改良過後的地下狀況

不明，通常採用選取數點鑽孔取樣和試水試驗來

概估地質狀況和灌漿成效，鑽孔試水除只能針對

特定點位或小區域進行驗證，亦容易對改良土體

造成破壞，往往無法得知地下整體的狀況。尤其

台灣地區沖積平原存在著高敏感性之低塑性高

細料含量之粉質砂土，由於其工程性質特殊且易

受擾動弱化，當地質改良工法選擇不適用、設計

李維峰等：地電阻影像剖面探測法於地下工程之應用 92

不當或施工不慎時，往往造成後續施工中發生嚴

重的工程問題，造成人員財力的耗損。本文將介

紹一先進的地球物理探測技術—地電阻剖面影

像探測，利用地質改良體或改良土體之高電阻率

之特性、以及高含水量軟弱土壤之低電阻率特

性；驗證地質改良效果並預測地下工程施工風

險。且由於RIP探測結果為一剖面影像，更能清楚明白的顯現出改良土體或地下結構物的完整

情形；對大區域的地改狀況更能清楚的掌握，大

大降低後續工程施工中的風險。除說明二維與三維

RIP探測技術之原理與應用之外，本文亦提出二個案例作為此項技術的應用介紹：第一為高雄地區捷

運工程O1車站連續壁施工時，由於地質狀況不佳造成施工品質不良，為檢測問題連續壁之品質以及驗

證後續灌漿成效，擬採用三維跨孔式 (Cross-hole)地電阻影像技術，在CCP灌漿前後施作跨孔式地電阻影像剖面，用來探測連續壁完整性以及驗證

灌漿的品質；第二為高雄捷運CO2區段標工程，因地質狀況不佳而導致地表曾發生坍孔等災

變，事故後為驗證地盤穩定之成效以及災損點之

損壞狀況，先進行地表二維地電阻影像對大區域

範圍灌漿以及孔洞的探測；再利用三維跨孔式地

電阻影像技術探測地下結構物之災損點位置。

二、地電阻探測技術

地 電 阻 法 (Electrical Resistivity Image Profiling, RIP)為傳統地球物理探測技術之一，由於對導電率佳的水有一定的敏感度，且對於地

下水分佈判釋的狀況又能得到不錯的結果，傳統

上RIP法為二維地表量測並廣泛地應用在隧道工程、尋找地下水、溫泉、地熱測勘等能源開發之

領域。此方法中反算過程與其逆推理論相當複

雜，自1920年Schlumbergerm首先作電阻量測迄今，反算分析隨著計算機的進步更加便利；因

此，在地層判釋方面之發展相當快速。近年來，

由於國內重大公共工程陸續施工與完成，許多需

要高精度的工程鑑識問題由然而生，作者綜合傳

統表面二維與跨孔二維RIP技術，改良研發高精度之三維跨孔式地電阻影像，且應用到未知地下

物探測與處理困難且不易開挖檢測的工程問題

上。 RIP探勘方法主要將直流電藉由插於地表和

探測孔內之一對電極 (電流極 )通入地下，電流流經地層造成人工電場，由地表上和探測孔內之另

一對電極 (電位極 )量測此電場之電位差，此電位差因地層之導電性及兩個探測孔間異常物質之

不同而有異常不均之分佈。其原理為藉由通入地

下之電流強度、量測得之電位差及電流極間之相

對位置，依歐姆定律求出地層之視電阻值及電性

地層之構造，進而推估探測孔間不同導電性物質

之分布狀況，跨孔式地電阻影像剖面法探測電極

排列方式示意圖詳圖一。此為一般跨孔式電阻法

之排列情形。

0 5 10 15 20 25 30 35

-20

-15

-10

-5

I

C2 C1 P1 P2

I

C2 C1 P1 P2

I

C2 C1 P1 P2

V

V

V

遠電極 遠電極

a

a最大電極間距

探查深度

Borehole 1 Borehole 2 圖一 地電阻影像剖面法探測電極排列方式示意圖

2.1 基本原理

利用通入地下電流強度與量測之電位差去

計算介質電阻率分佈狀況。其基本理論主要包括

順推與逆推兩類，分別敘述如后。

2.1.1 順推理論

一般順推理論是以四極法為基礎，如圖二所

示，在地表佈置四根電極，其中兩根稱為電流

極 (A、B)，另外兩根為電位極 (M、N)。在電流極上以低頻（約1Hz~10Hz）的交替直流電通入地層，同時使用電流計量測電流強度，當電流

展距在某一距離時，電流將會通過某一相對的

地層深度，如果在此範圍內地層的導電程度有

地工技術，第108期（民國95年6月） 93

差異情形時，則由電位極量測此時的電位差，

可反映出該導電差異的特性，並以測定地層的

電阻率。電位差除以電流為地層電阻率構造 (或稱地層參數，在一維構造為各層厚度和電阻率 )。

地表量測時，依目標可將電極維持相同的幾

何形狀，只在地面上整組電極做平移，稱為水平

描繪(horizontal mapping)，它是針對地層水平方向變化做探測，屬於定性或是半定量的探測

法；若是將電極由小至大漸次增大以測得由淺至

深的地層訊號，稱為垂直電探 (vertical electric sounding，VES)，可做定量的解釋；若是將VES的點安排在一直線則可做二維電性地層探測，稱

為 地 電 阻 剖 面 影 像 探 測 (resistivity image profiling，簡稱RIP)。而本研究是以地電阻剖面影像為基礎，採用向下鑽孔之跨孔式量測，其對

標的物的檢驗與定位上遠比傳統之地表量測要

精確許多。

V

A

AN BM

M

A

N

B 圖二 四極排列法示意圖

2.1.2 逆推理論

電探法的逆推屬於非線性逆推 (Non-linear inverse)問題，對於這一類的逆推問題並沒有系統化的廣泛理論可以描述；一般常用的策略，大

致上是從一個初始值參數開始，然後推算初始值

受到擾動 (perturbation)後所引起在資料上的擾動，據以修正模型使得預測模型的資料可以逐漸

逼近原始觀測值。 本研究使用之二階馬魁達法 (Second-order

Marquardt Method)，經過多方面理論與實際資料的分析結果，顯示此種逆推法具有穩定且收斂

快速的優點。逆推法主要利用觀測視電阻值計算

分析，並利用最佳化最小平方法與高斯－牛頓等

數值方法減少實側值與理論值之誤差，進行反覆

運算，直到觀測值與理論值間的誤差達到收斂，

逆推結果不再改進為止。

2.2 發展經過與使用限制

地電阻影像剖面法為傳統地球物理探測技

術之一，已發展多年，地電阻法對水的敏感度極

大且對於地下異狀物分佈判釋能得到不錯的結

果，但是如遇大地工程問題如灌漿品質鑑定、斷

樁完整性檢測、隧道位置確認以及地下管線探測

時，必須倚靠精度更高之三維模型來處理；所以

應用在大地工程的領域是一塊新的領域。 地層的電阻率與地層水的含量、鹽度及分佈

狀態有關，也與組成地層的固體顆粒的導電性有

關。一般的地層，其固體顆粒為造岩礦物的組合

體，導電性很低，可視為絕緣體，所以一般地層

的電阻率主要決定於地層中水的含量、鹽度及分

佈狀態。一般而言，水的含量愈高，鹽度愈高，

水的連通性愈佳，其電阻率愈低。地層的粒度愈

細，其可交換離子 (exchangeable ions)愈多，電阻率愈低。因此可以由地層的電阻率來研判地層

的含水程度、粒度及岩性，藉以研判地層的形貌

及構造，表一為各種不同地層材料之地電阻率概

值；但相同岩性在不同的區域所顯現的地電阻值差

異非常大，故表一之數據僅能作一參考依據。一般

說來，地電阻影像剖面只能代表現地地下地電阻的

相對性，通常相對地電阻高者(一般剖面表示顏色為紅色區域)，有可能為孔洞、不透水岩層(一般岩層電阻率均高)或地盤改良固結區；相對低者(一般剖面表示顏色為藍色區域)，可能為含水帶、斷層泥或直接為地下水、海水等。但實際情形，還必須

配合現地地質鑽探資料和地層狀況加以比對。

表一 各種不同地層材料之電阻率概值 地質材料 電阻率 ρ(Ω-m)

砂岩Sandstone (in general) 100∼8,000 花崗岩Granite、片麻岩Gneiss 7,000∼15,000 輝長岩Gabbro 10,000∼40,000 石英岩Quartzite 5,000∼10,000 粗砂Coarse Sand、礫石Gravel（乾燥） 20,000∼80,000 砂Sand（乾燥） 5,000∼20,000 粉土Silt（乾燥） 400∼2,000 純水Fresh Water 10,000 海水Sea Water 0.2∼1 灌漿材 10000∼20000 粗砂Coarse Sand、礫石Gravel（飽和） 1,000∼5,000 砂Sand（飽和） 200∼1,000 粉土Silt（飽和） 30∼200 黏土Clay（飽和） 15∼30

李維峰等：地電阻影像剖面探測法於地下工程之應用 94

2.3 工法應用

RIP法應用範圍很廣，傳統地質調查包括地層變化、褶皺、斷層、地下水分佈以及地下孔洞

調查等；在工程方面，如隧道前方湧水帶探測、

地下管線、煤坑、路基橋台淘空、鋪面孔洞等；

近年來由於國家大型公共工程接踵而至，在工程

鑑定問題上對於施工前後地質狀況、地下管線、

水帶分佈調查、連續壁品質瑕疵檢核、地下未知

結構物探測檢核、地質改良灌漿成效檢核、基樁

完整性檢核等，均有應用實績。其工法的應用，

可依目標物位置與探測目的不同而規畫不同的

施作方式。一般說來，可分為二維地表量測、二

維跨孔式量測以及三維跨孔式量測 (如圖三所示 )，通常在目標物地下位置不明時，可先行用二維地表量測確認地下物之位置以及其周圍之地

質狀況；一旦確認其位置和周遭情形時，需要對

目標物做更進一步精確的探測時，則必須利用二

維或三維跨孔式地電阻量測而形成三維實體剖

面 (如圖三所示 )。表二中為本研究列出地電阻影像剖面在應用上的演進。二維技術處理時間快但

精確度不高，三維探測雖然精確度高，但處理時

間長且經費較高，使用者可以實際狀況來選用不

同的方法。 無論是三維或二維探測，畢竟得出之剖面只

為地層下相對電阻值，還必須藉助鑽孔取樣資料

來加以校正和判斷剖面的意義，方能達到相輔相

成的功效。圖四顯示斷層開挖之二維地表地電阻

探測結果，利用地層槽溝開挖來加以驗證地電阻

剖面的結果，結果清楚地顯示斷層褶皺的情形。 3-D Cross-Hole RIP

Anomaly2-D Cross-Hole RIP

2-D 地表 RIP

圖三 地電阻剖面影像技術應用種類

表二 地電阻影像剖面技術的演進與成效 研究領域 探測目的 探測規模 展示方式 時間成本

大尺寸 處理時間快

成本較小 地物探測 地球科學 二維

精確度低

地質調查 大地探測

工址調查

二維(多)

三維(少)

都市工程

處理時間慢

公共工程 小尺寸 成本較高 工程問題

鑑定工程

二維(少)

三維(多) 精確度高

圖四 地表二維地電阻量測試挖比對(台灣營建研究

院與日本東京大學合作計畫,2005)

為進一步說明RIP探測方法於地下工程之應

用，以下章節將介紹二個案例，分別為應用地表

二維及三維跨孔式地電阻技術來解決工程問題

的實例。

三、案例一

3.1 案例背景說明

高雄鹽埕地區之地質分佈多為易擾動之低

塑性粉質細砂，又因位於臨海區域，地下水含鹽

量甚高，對於地下工程如深開挖等項目，工程環境

相當惡劣。而位於鹽埕區之高雄捷運O1車站工程，其連續壁工程施工過程由於上述之特殊地質水文狀

況而遭遇許多困難。93年8月9日車站工程進行站體第五層開挖時亦曾發生湧砂事故，造成損鄰事件。

湧砂事故發生後施工單位陸續進行多項之連續壁

補強與地質改良工程，以降低後續施工之風險。 為了瞭解各階段連續壁修補灌漿之成效，作

者針對O1車站第二工區S72~S73連續壁單元附近，進行事故後陸續施作之地質改良成效確認，

並嘗試了解連續壁瑕疵狀況。探測工作首先對連

地工技術，第108期（民國95年6月） 95

續壁內部以及連續壁周圍灌注JSG後，施作一跨孔式地電阻影像探測，以確認站體內外部的連續

壁與JSG地質改良狀況。之後，再於CCP灌漿完成後進行第二次電極探測以及鑽孔取樣，以探測

比較兩次灌漿之效果與連續壁壁體改善狀況。

3.2 JSG與CCP施工簡介

3.2.1 JSG工法

雙重管高壓噴射工法 (JSG)除漿液經高壓噴射產生水劈效果擾動及攪拌土壤外，另藉由空氣

匯流至噴流中心點產生空氣流體動壓穿透砂土

帶動水泥漿液，進而產生脈狀固結體。在連續壁

體外施作，設計直徑為 120cm之 JSG高壓噴射樁 ， 樁 中 心 間 距 為 100cm ， 施 作 深 度 由GL-12.0m~ GL-29m。其材料配比與施工參數見表三所示。

表三 JSG施工參數表 參數項目 單位 操 控 參 數

1.預定改良樁徑 cm 1.2m 2.灌漿壓力 kg/cm2 200(最大不得超過210kg/cm2) 3.壓縮空氣壓力 kg/cm2 7.5 4.灌漿鑽桿上升速度 Sec/5cm 40 5.灌漿鑽桿迴轉速度 rpm 7.5 6.水泥漿液水灰比W/C 1.0 7.灌注流量 /min 100±10 8.地改劑比重 2.92 9.水泥使用量 kg/m 840 10.預定灌注體積 /m 1128

20 GL.-25m以下 11.洗孔鑽桿上升速度 Sec/5cm 5 GL.-21m～-25m 12.空打部分上升速度 Sec/5cm 25 13材料配比（固化材） Kg/m 840 14材料配比（添加劑） L 0 15材料配比（水） L 745

3.2.2 CCP工法

CCP高壓噴射止水樁應採用跳孔方式施作，前端使用裝設噴嘴之鑽桿，鑽入土層內至預

定深度後，一面旋轉鑽桿，一面再利用灌漿幫浦

以適當之壓力 (180~200kg/cm2），將水泥漿液灌注到土層內，使形成一固結樁體。本案例於前述

之 JSG樁外緊鄰配置一排φ 50cm之 CCP止水樁。樁心間距為100cm。改良範圍為GL.-12.0m~ GL.-29.0m。其施工參數見表四說明。

3.3 試驗配置與過程

跨孔式地電阻影像剖面 (Crosshole RIP)探測，先於S72單元兩側佈設六孔測井，每一測井深度40m形成2×3之矩陣配置，各測井位置與連續壁及JSG灌漿施作點相關位置如圖五所示。其中BH-3與BH-6測井特別跨越S72與S73連續壁單元之接頭位置。每一孔位每隔1m深佈設一電極，共設置240個電極，並加設一鑽孔B1取樣做電阻剖面驗證。

表四 CCP施工參數表 參數項目 單位 操控參數

1.改良樁徑 cm 50 2.迴轉速率 RPM 10~15 3.上升速度 秒/4cm 12 4.灌漿壓力 kg/cm2 180~200 5.灌漿流量 L/分 60 6.水灰比 W/C 1.0 7.水泥密度 kg/L 2.92

水泥用量 kg/m3 352 8.A液 添加水量 L/m 380 水玻璃用量 L/m 83 9.B液 添加水量 L/m 417

10.每公尺灌注總漿量 L/m 300 11.每公尺水泥用量 kg/m 106 12.每公尺水泥用量 包/m 2.2

試驗流程如下 (圖六 (a)~(f))︰ (1) 現場探勘：由測線里程與間距，計算測

站座標再量測其高程以供地形效應修正之用。 (2) 鑽孔與測線選定：利用現場探勘水平位

置後，選定區域周圍鑽孔，其鑽孔示意圖如圖五

所示。每一孔位向下每隔1m佈置一電極，X向測線長4m，Y向約4m，孔深約40m，如圖六 (a)。

(3) 套管佈置：將電極放置套管以埋入地下，如圖六(d)。

(4) 資料讀取與收集：最後將各電極接上集電盤，進行資料讀取，如圖六 (f)所示。

(5) 資料反算成影像：輸入施測程序，根據現場狀況調整施測參數，並將資料需於現場轉錄

至電腦並做初步之檢視。

3.4 探測成果

如圖五 (c)所示，施測之BH1~BH6六孔中；若 以 BH4 為 座 標 原 點 ， BH4~BH6 為 X 軸 ；BH4~BH1為Y軸，深度方向為Z軸。利用RES3DINV

李維峰等：地電阻影像剖面探測法於地下工程之應用 96

S72MF

1.8m 2.2m

1m1.8m

1.35m 1.2m 1.4m

1.7m 1.9m 1.95m

1m0.8m 3.793m

BH-1 BH-2 BH-3

BH-4 BH-5 BH-6

S73M

X

Y

B1

JSG

連續壁

Crosshole RIP

JSG

12m

40m

17m

Crosshole R IP

CCP S72

S73

JSG

開挖區

Y

X

0

X=1.0

X=3.0

X=1.5X=2.0

X=2.5

X=3.5

Z

Y=1.0Y=1.5

Y=2.5Y=3.0 Y=2.0Y=3.5

Excavation Zone

(a) S72附近探測孔位佈置(Top view) (b) S72附近探測孔位佈置(Side view) (c) S72附近探測孔位佈置 (3D view) 圖五 各測井位置與連續壁及JSG灌漿施作點相關位置

(a)現場鑽孔 (b)電極線 (c)電極棒

(d)設置電極 (e)電極配置 (f)資料收集

圖六 跨孔式地電阻影像現場配置照片

X

Y

Z

連續壁

連續壁瑕疵

X

Y

Z

連續壁

瑕疵處已填補

連續壁(-11m以下)

先前JSG灌注結果

X

Z

Y

JSG效果不良

連續壁(-11m以下)

JSG

X

Z

Y

CCP已經填補空缺

(a)CCP灌漿前 (b)CCP灌漿後 (c)CCP灌漿前 (d)CCP灌漿後

圖七 S72～73連續壁3-D地電阻影像剖面（CCP灌漿前後比較）

地工技術，第108期（民國95年6月） 97

程式分析測試數據可展示 3D立體柱狀圖以及XY、YZ、XZ平面剖面圖。其中YZ平面主要為判定連續壁之修補效果與連續壁接頭之止水成

效；而XZ平面主要為探測連續壁可能瑕疵狀況之改善成效。

3.4.1 探測結果之3D展示

圖七所示為探測結果之3D展示，成果展示之柱狀體是以六孔井測包圍之矩形區域為平面，從

深度 -11m至 -40m作為展示範圍。探測成果如圖七 (a)所示，連續壁之形狀與狀況可清楚辨識，圖中暖色系如橘、黃色區塊代表電阻率大於10000Ω -m之高電阻材料，綠色區塊則代表電阻率約為10Ω -m之材料，而藍色等偏冷色系區塊，則代表電阻值幾乎為零之高導電材料。經由現地實際鑽

孔取樣試體測試比對，橘黃色材料為取代效果較

好之改良土體或連續壁混凝土材料，而綠色材料

為部分改良之具黏性土體或黏土，藍色部分則為

地下水含量較高之土體包括粉土與細砂等透水

性材料。如圖七(a)與(c)所示，探測結果顯示S72單元連續壁於30m深度以下有明顯之低電阻區塊；比較圖七 (b)與 (d)之3D柱狀圖，補灌CCP確已發揮成效，明顯改善連續壁完整性。此外，由

圖七顯示之探測結果比較，歷次之地質改良施

作，包括JSG與CCP，對連續壁周圍之土壤均有改善，尤其於CCP補灌完成後，改良土體成形效果與均勻分佈狀況十分良好，顯示周遭地盤之阻

水效能已大幅提昇。

3.4.2 探測結果之2D剖面展示

圖八與圖九分別為探測結果之YZ與XZ剖面圖，圖八為沿X方向每隔0.5m切片之YZ剖面圖，比較二次探測結果，包括連續壁體與周遭地盤於

CCP補充灌漿後，電阻值均大幅提昇，而且補灌材料沿連續壁接頭進入壁體內側開挖區之現象

亦可被觀察到。圖八中各個YZ平面又以x=3.5之剖面代表之S72與S73單元接頭位置為本研究觀察之重點，探測結果顯示補充灌漿前，接頭處仍

顯示為電阻值極低之材料，可能存在滲水路徑與

包泥狀況，而於CCP補灌後，壁體與內外兩側土壤之電阻值均明顯提昇，顯示可能滲水途徑已被

有效縮阻。 圖九所示為沿Y方向每隔0.5m切片之XZ剖

面圖，此部分之觀察重點為y=3.0m之剖面，亦即顯示連續壁狀況之剖面。比較二次探測結果顯示

CCP補充灌漿除了改善周遭土壤之止水性之外，亦對連續壁體，尤其是接頭部分有明顯之補

強效果。探測結果顯示無論YZ或XZ剖面均可有效展示壁體的狀況，以及地質改良之效果，亦證

明跨孔式RIP探測法，3D柱狀與2D剖面展示有其一致性與可信度。

圖十所示為驗證鑽孔位置與鑽探紀錄表。以

YZ 剖 面 (X=1.0m) 影 像 ( 圖 十 (a)) 與 XZ 剖 面(Y=0.5m)影像 (圖十 (b))比對，如圖十 (a)中所示，在深度12~19.3m之間為細砂含礫石夾雜灌漿材料 ， 與 圖 中 橘 色 部 份 ( 高 電 阻 區 ) 吻 合 ； 而19.3m~20.7m無灌漿材有細砂與圖中綠色部分(低電阻區 )吻合；21.5m~25.1m、25.9m~33.4m夾雜灌漿材與圖中高電阻區塊吻合；而33.4m之後鑽探表中顯示已無灌漿材與圖十 (a)中呈現綠色低電阻區完全吻合。綜合上述驗證比對結果，

說明此次地電阻探測結果可性度高。 此外，作者也於S72連續壁開挖過程中進行

比對，如圖十一所示 (XZ平面Y＝2.5m)，顯示壁體在深度 -12m處 (圖中綠色夾雜橘紅色部分 )，確實為灌漿材與與細砂混和之材料；而在 -12m與-20m之間 (圖中橘紅色部分)，已為完整之壁體。比對結果更加顯示出地電阻探測有高度之可信

度，且連續壁灌漿成效良好。

四、案例二

本文第二個案例為RIP探測技術應用於高雄捷運CO2區段標災害損壞狀況探測之介紹，高雄捷運CO2區段標LOU09潛盾隧道於聯絡通道集水井施工時不幸發生湧水意外，造成災變地點附

近地盤坍陷，以及聯絡通道與兩側隧道受損。作

者利用地表2D與立體3D探測技術，希望協助施工單位瞭解災害發生後地層穩定狀況及聯絡通

道與潛盾隧道相關位置。探測作業執行過程與成

果分述如後。

李維峰等：地電阻影像剖面探測法於地下工程之應用 98

YZ平面

YZ平面

S73

S72

開挖區

公母接頭(約在X=3.5m處)

0 Y

X

Z

連續壁

連續壁長39m

JSG灌漿

開挖區

粘土夾雜海水電阻率甚低

現地土壤

(a) YZ剖面示意圖 (b) YZ剖面解說

X=1.0 X=1.5 X=2.0 X=2.5 X=3.0 X=3.5

(c) 灌漿前

(d) 灌漿後

圖八 YZ平面示意圖說明與CCP灌漿前後YZ平面切片展示圖

地工技術，第108期（民國95年6月） 99

S73

S72

開挖區連續壁

0 Y

X

Z

XZ面

約Y=1.5m之後開始進入連續壁

XZ面 XZ面

X=3.5m處開始進入公母接頭

連續壁

(a) XZ剖面示意圖 (b) XZ剖面解說

Y=1.0 Y=1.5 Y=2.0 Y=2.5 Y=3.0 Y=3.5

(c) 灌漿前

(d) 灌漿後

圖九 XZ平面示意圖說明與CCP灌漿前後XZ平面切片展示圖

李維峰等：地電阻影像剖面探測法於地下工程之應用 100

19.3m

20.7m

25.1m

33.4m

灰色粉質中細砂含貝層與砂礫石偶夾灌漿材料

灰色粉質粗中細砂

灰色粉質細砂灌漿材料

灰色砂質粉土夾粉質細砂及灌漿材料

灰色粉質粘土夾砂質粉土薄層

BH-1鑽孔取樣1m

YZ平面XZ平面

XZ平面，Y=2.5 m

圖十 CCP灌注後地電阻影像與鑽孔取樣資料比對 圖十一 S72連續壁現場開挖驗證比對圖

大

順

路

凱

旋

路路二正中

路福

五和平路

路一中 正

台鐵

凱旋公園

凱旋公園

福

德

路

O7車站 車站事故地點 O8

往高速公路.鳳山往市區

LUO09潛盾隧道

博愛國宅南河游泳池

大

順

路

凱

旋

路路二正中

路福

五和平路

路一中 正

台鐵

凱旋公園

凱旋公園

福

德

路

O7車站 車站事故地點 O8

往高速公路.鳳山往市區

LUO09潛盾隧道

博愛國宅南河游泳池

大

順

路

凱

旋

路路二正中

路福

五和平路

路一中 正

台鐵

凱旋公園

凱旋公園

福

德

路

O7車站 車站事故地點 O8

往高速公路.鳳山往市區

LUO09潛盾隧道

博愛國宅南河游泳池

To downtown To FreewayAccident Sh ield Tunnel

S tation

South

Fast roadway

Chon-Zin roadNorth

Slow roadway

Underground roadway

Connectable Tunnel

Geology approve

Slow roadwayFast roadway

Storage well

(a) (Top view) (b) (Side view)

圖十二 高雄LOU09潛盾隧道相對位置圖

4.1 案例背景說明

CO2區段標LUO09潛盾隧道，起點始於中正二路與和平路口之O7車站東端 (鄰近南和游泳池 )，終點位於中正一路近福德二路口之O8車站西端(鄰近博愛國宅 )，全長約837公尺 (圖十二 )。隧道全線均採平行雙隧道佈置，於里程0K+497設置一連通兩隧道之聯絡通道並附設集水井，在

隧道上方除平面道路外即為中正地下道 (如圖十二 (b))。民國九十四年十二月四日於集水井施工接近完成時發生砂湧現象，引發地盤沈陷，並導

致隧道上方自來水管斷裂，大量自來水灌入地層

造成地表坍塌，捷運構造物如潛盾隧道與聯絡通

道受損。

鄰近聯絡通道所在位置附近之鑽探調查孔

包括BO-27、BO-28、BO-29、BO-30等四孔（如圖十三），其中又以BO-29位處LUO09軌道下行線北側、介於凱旋公園及台鐵軌道間、BO-30位處LUO09軌道上行線南側鄰近凱旋公園處最接近事故發生地點，擇取該鄰近二孔之鑽探資料，

顯示該區地表下20m深度範圍內之土壤為CL及SM兩類，其N值範圍介於3~13之間。

探測工作分兩階段實行：第一階段先在隧道

地表上施做地表面2D地電阻影像，目的在探測地層狀況；第二階段利用跨孔式3D地電阻影像，在隧道南側與聯絡通道之間施作，試驗3DRIP方法對隧道與聯絡通道相關位置解釋探測之可行性。

地工技術，第108期（民國95年6月） 101

BO-30

圖十三 中正地下道鄰近鑽探調查孔位置圖

4.2 試驗配置與過程

現場試驗先於中正地下道上方地質改良區

內，施作地表RIP，共計13條測線，其測線編號與長度見表五所示，其中9條橫跨越中正地下道上方；4條與地下道平行；測線位置如圖十四(a)所示，其中BH-1∼BH-3為鑽孔取樣點，為將來結果比對驗證之用。3D RIP測線配置如圖十四(b)、(c)所示，其試驗配置如同3.3節所述。

表五 地表RIP測線編號與長度表 縱向測線

編號 L1 L2 J I H E B L8 L9 長度(m) 37 64 55 55 82 74 66 44 33

橫向測線 編號 L11 L10 L12 L13

長度(m) 83 92 97 97

而原先計畫測線位置本為佈置在改良區邊

緣 (圖十四 (b)中虛線位置)探測隧道狀況，但由於現場放樣位置與預先計畫位置不合，導致測線平

移至改良區內，造成資料分析判讀困難，卻意外

得出聯絡通道與潛盾隧道相關位置，且結果良

好，證實此技術可更進一步對地質複雜之地下工

程物探測。

4.3 探測成果

4.3.1 探測結果之2D剖面展示

地表地電阻影像剖面施測結果，共計有L1、L2、J、 I、H、E、B、L8、L9、L11、L10、L12、L13十三條測線；橫斷面以槽溝位置為座標基準點，縱斷面以L1測線為原點。施測剖面數

中正地下道

L11(83m)

L10(92m)

L12(97m)

L13(97m)L9(33m)

L8(44m)B(66m)

E(74m)H(82m)

I(55m)J(55m)

L2(64m)

L1(37m)

潛盾隧道

槽溝

排風口

0

10

70

60

50

40

30

20

m

坍塌位置

坍塌位置BH-1

BH-3 BH-2

(a) 地表二維RIP探測側線分佈圖（共計13條）

(b) 潛盾隧道三維RIP測線(Top view)

N10m

ERTUnderground Roadway

Shield Tunnel

Connectable Tunnel

Storage Well

40m

(c) 潛盾隧道三維RIP測線(Side view)

圖十四 3D RIP測線位置及配置

據處理可利用RES2DINV程式分析。其展示示意圖如圖十五所示；為求得較精確的解析，尺寸採

對數分佈，顏色越偏暖色系(如橘紅色)之高電阻率區域，代表灌漿結果、混凝土或為當地岩層；越偏

冷色系(如藍色)之低電阻率區域，則代表地下水包或水夾雜軟弱土壤層。由圖十五可知剖面共可分為

六大區塊，(1)中間橘色偏紅色部分為地下道位置︰電阻率約為4500Ω-m；(2)槽溝︰其下方有帶狀之地下灌漿或水徑流的趨勢(綠色)；(3)地表附近灌漿

李維峰等：地電阻影像剖面探測法於地下工程之應用 102

區域︰沿地下道兩側均有發現地表附近有高電阻區

域，電阻率約為3000~4500Ω-m；(4)地下含水之軟弱土壤層︰為綠色部分電組率約為3~25Ω-m；(5)地下水包或雜夾軟弱土壤層︰為藍色部份，電組率

約為0.01~0.3Ω-m之極低區域；(6)潛盾隧道︰此部份以地表2-D RIP並無明顯看出結果，將來必需利用跨孔式3-D RIP作進一步的確認。施測結果展示分橫斷面與縱斷面方向剖面，其結果如下：

橫斷面結果攫取I、H、E三剖面見圖十六(a)、(b)所示。但卻可從圖十五中看出其地下道下方確實有一低電阻區域即為潛盾隧道事故的區域，研判為

湧水區域。如將隧道相對位置繪置剖面中，由圖十

六(a)、(b)中之I、H測線，均可看出潛盾隧道靠近南側上方均有一電阻率極低的含地下水包之土壤

層，表示其南側破壞較為嚴重，與事實相符。且

各橫斷剖面測線均顯示其地下道與潛盾隧道之

間，其並無灌漿區域，其含水量也較高。 圖十七為縱斷面剖面結果，由圖十七 (a)、(b)

之測線L12、L13可知剖面上方為地下道，圖中可發現，潛盾隧道與地下道之間均為地電阻率極

低之軟弱土壤含水層，且並無灌漿痕跡；此一低

電阻區域似被外圍當地土壤所包附在中間，而此

區域外即為高電阻區域之當地岩層；再從L12測線可清楚看出，聯絡通道上方處有極高的低電阻

率，代表含水量極高，此低電阻區域部分與橫斷

面剖面圖比對為同一位置。 10 20 30 40 50 60 70

E_POPO

-40

-30

-20

-10

0

-1.5785-1.2851-0.9917933-0.6984566-0.40512-0.11178330.18155340.474890.76822671.06161.35491.64821.94162.23492.52822.82163.11493.6549

槽溝

在46m處為槽溝N地下道

潛盾隧道

灌漿區域

含水量高之土壤層

當地土層

圖十五 地下道二維地表RIP探測結果解釋(E測線)

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

I_POPO

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

-1.5785-1.2851-0.9917933-0.6984566-0.40512-0.11178330.18155340.474890.76822671.06161.35491.64821.94162.23492.52822.82163.11493.6549

槽溝

在46m處為槽溝

以E側線為基準座標，以槽溝位置作為剖面位置確認

10 20 30 40 50 60 70 80

H_POPO

-40

-30

-20

-10

0

-3.2511-2.7489-2.2468-1.7447-1.2426-0.7404911-0.2383780.26373510.76584821.2681.77012.27222.77433.27643.77854.28064.78285.2849槽溝

在52m處為槽溝以E側線為基準座標，以槽溝位置作為剖面位置確認

NBH-3

(a ) 地表RIP橫斷面結果(I測線) (b) 地表RIP橫斷面結果(H測線)

圖十六 地表RIP橫斷面結果

10 20 30 40 50 60 70 80 90

L12_POPO

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

-1.5785-1.2851-0.9917933-0.6984566-0.40512-0.11178330.18155340.474890.76822671.06161.35491.64821.94162.23492.52822.82163.11493.6549

地下道

潛盾隧道聯絡通道

10 20 30 40 50 60 70 80 90

L13_POPO

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

-2-1.5785-1.2851-0.9917933-0.6984566-0.40512-0.11178330.18155340.474890.76822671.06161.35491.64821.94162.23492.52822.82163.11493.6549

潛盾隧道聯絡通道

(a) 地表RIP縱斷面結果(L12測線) (b) 地表RIP縱斷面結果(L13測線) 圖十七 地表RIP縱斷面結果

地工技術，第108期（民國95年6月） 103

從地表RIP探測結果，可發現在地下道剖面中（圖十五）可以清楚看出地下道之位置且其周

圍存在之高電阻區域（橘紅色反應），推斷為當

初災害發生後，為地表灌漿所致；且由圖中可發

現其下方存在之一低電阻區域，且處於西側，這

與當初聯絡通道災變後之位置不謀而合。 若欲更精確得知隧道與聯絡通道位置必須

利用3D結果做更進一步的確認。

4.3.2 探測結果之3D展示

要精確瞭解地下道下方之潛盾隧道與聯絡

通道災變後之相對位置，必須藉由更精確的三維

地電阻量測，而其由於隧道周圍已在事件發生之

後進行大量灌漿，用傳統三維剖面，只能顯示整

個區塊的情形（土壤包覆灌漿體、灌漿體包覆隧

道的情形，如圖十八 (a)）。所以必須做更進一步的層析，攫取適當的之電阻率，「層層剝開」即

能清楚顯示出潛盾隧道與其聯絡通道的位置，並

以四個方向 (圖十八 (b))展示如圖十八 (c)~(f)。圖中青綠色部分推斷為灌漿體，可看出其灌漿體

「包覆著」隧道口與聯絡通道口；再者，由當初

設計資料可得知潛盾隧道口上方在深度-23m、聯絡通道約為 -23.4m。但從圖十八 (c)、 (d)中可看出潛盾隧道口上方已在約 -26m處、聯絡通道已-24m處，尤其潛盾隧道位移較嚴重，約向下3m左右。

聯絡通道潛盾隧道

6m

10m

4m3D Cross-hole RIP

潛盾隧道

聯絡通道

集水井

N灌漿區域 A

B

C

D

潛盾隧道

聯絡通道

位移

(a) 潛盾隧道3-D實體剖面 (b) 潛盾隧道旋轉方向示意 (c) 潛盾隧道層析剖面（A方向）

聯絡通道口

潛盾隧道（西側）

聯絡通道

潛盾隧道（西側）

(d) 潛盾隧道層析剖面（B方向） (e) 潛盾隧道層析剖面（C方向） (f) 潛盾隧道層析剖面（D方向）

圖十八 探測結果之3D分析

4.4 驗證分析

由於潛盾隧道之聯絡通道災變後，已進行多

項地質改良工程，導致測線範圍內之材料導電性

質極為複雜，為驗證及校正分析結果，進行現地

之鑽孔取樣；從鑽孔比對圖十九可知BH-1約略位於南北向測線E之位置上 (相對位置如圖十九白線所示 )，0~8 m處為卵礫石、混凝土等與地電阻探測結果呈現高電阻值（暖色）相符，8~22 m處以粉土質砂為主與地電阻探測結果呈現中電

阻值（綠色）相符，22~30 m處為改良水泥與地

0-5m 棕灰色回填、卵礫石

夾粗中細砂

6-10m 回填、棕黃色卵礫石夾粗中細砂

混凝土

11-15m 灰色粉土質細砂夾改良水泥

16-20m 灰色粉土質細砂

21-25m 灰色粉土質細砂夾改良水泥

26-30m 灰色改良水泥

31-40m 灰色粉土質細砂

圖十九 地表RIP結果與鑽孔資料比對圖

李維峰等：地電阻影像剖面探測法於地下工程之應用 104

電阻探測結果呈現中高電阻值（暖色）相符，

30~40m處以粉土質細砂為主與地電阻探測結果呈現中電阻值（綠色）相符。

本研究將上述二維及三維結果繪製成二維

2D-3D切片剖面圖，如圖二十所示。由圖中即可清楚得知二維地表量測可看出地下道周圍已經佈滿著

高電阻率的物質(紅色區塊，推斷為灌漿材)，但從二維剖面只能看出地下道下方為一低電阻區域，也

就是說潛盾隧道無法從地表二維分析得出影

樣；此時必須利用三維技術來確認更進一步的資

訊，將圖中層層分離電阻率後，即可看出潛盾隧

道與聯絡通道之位置與情形。

聯絡通道

潛盾隧道

縮小範圍13～40m綠色部分為土加水之物質

看不出隧道口形狀

縮小範圍13～40m青綠色部分推斷為土加灌漿之物質

集中範圍23～33m但還需層層分離電

阻率

集中範圍23～33m分離電阻率後

即可得出隧道口形狀（圖中虛線部分）

上視圖可看出聯絡通道與隧道外壁情況

圖二十 中正地下道與潛盾隧道2D-3D剖面切片圖

五、結論

以往地質改良後的驗證，通常採用選取數點

鑽孔取樣和試水試驗來概估地質狀況和灌漿成

效，鑽孔試水除只能針對特定點位或小區域進行

驗證，亦容易對改良土體造成破壞，往往無法得

知地下整體的狀況，然而RIP探測技術可以對地下大規模區域或是特定小區域進行探測。本文詳

述了此方法之理論背景與於地下工程應用，並透

過實際操作與分析說明，證明用於探測連續壁瑕

疵、地盤穩定灌漿以及地下構造物相關位置研判

有不錯之成效。如探測後可搭配鑽孔取樣減少破

壞程度，並加以佐證其剖面影像結果，必可達到

非破壞檢測之目的與不足之處。 本文利用案例充分說明了地電阻影像剖面

法已由傳統之二維地質探勘技術，進步到高精度

之三維地電阻影像，並驗證此法在地下工程探測

中，具有其使用價值以及開發的潛力。

六、誌謝

試驗期間承蒙高雄捷運股份有限公司以及

達新-清水JV團隊、前田-隆大JV團隊統包商提供詳盡的資料，以及試驗現場全力的配合；並感謝

三合技術工程有限公司周友信、黃富郎先生之專

業指導，在冗長的數據分析計算過程中，給予相

當協助，在此僅誌謝忱。

參考文獻

財團法人台灣營建研究院，台北（2004），「高雄捷運地下結構物抗鹽腐蝕調查研究」。

萬鼎公司，（2001），「高雄捷運紅橘線路網補充地質調查工程地質調查報告書」。