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109年度曾文水庫導水隧道磨耗檢測分析
計畫年度 109 計畫名稱 109年度曾文水庫導水隧道磨耗檢測分析
主辦人員單位 曾文水庫管理中心 主辦人員姓名 楊振瑞
契約起迄日期 109年04月01日 至 109年12月31日 
決標金額 NT$ 1,885,714 決標紀錄 決標紀錄1 決標紀錄2 (附加檔案!)
計畫緣由 曾文水庫自1973年開始蓄水啟用迄今已營運逾40年,其不僅為台灣庫容最大之水庫,亦為嘉南地區最主要之水源,兼具灌溉、給水、發電及防洪等功能。然而近年來陸續在納莉、海棠、泰利及莫拉克等颱風降下超大豪雨之侵襲下,曾文水庫上游集水區邊坡崩坍嚴重,進而加速水庫淤積惡化之情形,並嚴重影響水庫容量與防洪運轉操作。為使曾文水庫後續相關治理計畫能維持水庫營運功能、保育上游集水區水域環境及穩定水庫供水能力,本局規劃辦理「曾文水庫永久河道放水道(PRO)改建防淤設施工程」,期藉由颱洪期間以水力排砂方式,將底層高濃度泥砂排放至下游,以降低壩前淤積高程,延長水庫使用壽命。
PRO改建防淤設施工程為提升排砂能力,原何本閥已改建為全斷面射流閘門,最大流速近30 m/s 之含砂水流自射流閘門射流(設計流量為177 cms)衝擊至消能工消能後,經1號導水隧道放流至曾文溪,當高流速含砂水流持續沖擊隧道內混凝土構造時,可預期將產生磨耗甚至損毀情形,影響結構體之安全性。因此,為瞭解及掌握PRO射流閘門執行排砂後之隧道各部位磨耗及損傷狀況,有必要在排砂操作後隨即進行隧道內混凝土構造之磨耗檢測,並進一步分析所得資料,其結果除可作為爾後PRO排砂運轉操作之重要參考外,並可據以研定適切之維護或修復計畫,確保導水隧道之營運安全,爰辦理本委託案。
另一方面,曾文水庫防淤隧道工程竣工後,將與1號導水隧道進行水力排砂聯合運轉操作。防淤隧道耐磨層材料為厚度8mm之環氧樹脂砂漿,且需運用於最大流速約30m/s之高濃度含砂水流。而環氧樹脂砂漿之厚度僅能透過施工前預埋鋼片進行量測,作業相當費時。為確保防淤隧道與1號導水隧道聯合操作之安全,以及考量於保固期滿後之維護管理,爰納入防淤隧道環氧樹脂砂漿抗磨層厚度之現場非破壞檢測法之研發與磨耗行為分析。
 
預期效益 1.建置全年度耐磨層混凝土各檢測點磨耗數據資料庫。
2.建立導水隧道內之水流運動模型
3.持續探討導水隧道混凝土耐磨層磨耗機制。
4.持續探討防淤隧道環氧樹脂砂漿耐磨層磨耗機制。
5.建立環氧樹脂砂漿抗磨層厚度之非破壞檢測法。
6.完成年度工作成果報告書20份(含光碟片)。
 
全程項目 1.模擬分析導水隧道內水流運動行為
(1)建立導水隧道之3D模型。
(2)模擬導水隧道在不同操作流量(至少三種)下之水流運動。
(3)分析導水隧道襯砌所承受之水流作用力。
2.1號導水隧道混凝土構造磨耗檢測
(1)1號導水隧道第一尾檻之鋼板厚度量測。
(2)導水隧道排放水後觀察耐磨混凝土層磨耗之情形,以及既有三角錐監測點磨耗深度檢測(圖1)。
3.防淤隧道環氧樹脂砂漿抗磨層目視檢測
以目測檢視環氧樹脂砂漿抗磨層表面是否有龜裂或膨脹等情形。(圖2)
4.耐磨層磨耗檢測數據之分析
(1)1號導水隧道排砂操作相關資料收集彙整。
(2)1號導水隧道內混凝土構造物磨耗檢測數據分析。
(3)根據1號導水隧道水流運動行為與檢測資料分析混凝土構造物磨耗行為。
(4)防淤隧道抗磨層環氧樹脂砂漿厚度檢測結果分析。
5.環氧樹脂砂漿抗磨層厚度非破壞檢測法之研發
(1)研發以非破壞檢測法量測無鋼片基底之環氧樹脂砂漿厚度。
(2)進行實驗室模擬檢測試驗及分析。
(3)防淤隧道現地檢測驗證。
6.廠商執行項目包括但不僅限於下列各項:
(1)期初、期中、期末及不定期工作會報。
(2)報告書之編擬及修訂。
 
年度項目 1.模擬分析導水隧道內水流運動行為
(1)建立導水隧道之3D模型。
(2)模擬導水隧道在不同操作流量(至少三種)下之水流運動。
(3)分析導水隧道襯砌所承受之水流作用力。
2.1號導水隧道混凝土構造磨耗檢測
(1)1號導水隧道第一尾檻之鋼板厚度量測。
(2)導水隧道排放水後觀察耐磨混凝土層磨耗之情形,以及既有三角錐監測點磨耗深度檢測(圖1)。
3.防淤隧道環氧樹脂砂漿抗磨層目視檢測
以目測檢視環氧樹脂砂漿抗磨層表面是否有龜裂或膨脹等情形。(圖2)
4.耐磨層磨耗檢測數據之分析
(1)1號導水隧道排砂操作相關資料收集彙整。
(2)1號導水隧道內混凝土構造物磨耗檢測數據分析。
(3)根據1號導水隧道水流運動行為與檢測資料分析混凝土構造物磨耗行為。
(4)防淤隧道抗磨層環氧樹脂砂漿厚度檢測結果分析。
5.環氧樹脂砂漿抗磨層厚度非破壞檢測法之研發
(1)研發以非破壞檢測法量測無鋼片基底之環氧樹脂砂漿厚度。
(2)進行實驗室模擬檢測試驗及分析。
(3)防淤隧道現地檢測驗證。
6.廠商執行項目包括但不僅限於下列各項:
(1)期初、期中、期末及不定期工作會報。
(2)報告書之編擬及修訂。
 
受託機構 國立嘉義大學  主持人姓名 劉玉雯 
後續處理建議  
計畫研究成果 導水隧道放水流量高於100 cms時,對於第一尾檻前緣造成極強大的壓力而造成破壞,須審慎思考消能墩區域的水工配置設計或其他改善對策,減緩壓力集中的現象,以避免相同破壞情況持續發生。防淤隧道氧樹脂砂漿層之磨損破壞通常不是單一作用所造成。本年度大部分使用環氧樹脂修補,其黏結力、硬度及耐磨性均優於環氧樹脂砂漿,因此在介面黏結良好之情況下,修補處應可獲得較佳之耐磨性。非破壞檢測法經數值分析及實驗結果顯示,採用雙接收器之試驗配置與Morlet小波轉換技術,可求得因環氧樹脂砂漿層存在而產生之R-wave頻散曲線。頻散曲線上R-wave波速改變轉折點對應波長約為環氧樹脂砂漿層厚度之1.7倍,依此規則可有效找出環氧樹脂砂漿層之厚度;不同敲擊接觸時間(tc)情況之頻散曲線勢均很接近,R-wave波速改變轉折點對應之波長均落在環氧樹脂砂漿層厚度1.7倍之附近: 採用R-wave頻散曲線所測得之環氧樹脂砂漿層厚度誤差大約在 1 mm。 
應用情形及效益 (1)建立曾文水庫1號導水隧道混凝土磨耗檢測技術,有利於權責單位維護管理,並確保設施正常功能發揮;(2)以動畫方式比較不同操作流量下之水流運動型態;(3)分析並圖像化導水隧道底床及構造物所承受之水流作用力;(4)探討水流運動與導水隧道內部作用力關係,探求可能之破壞成因;(5)瞭解檢測點之混凝土磨耗深度與面層變化;(6)完成導水隧道耐磨層磨耗機制之分析;(7)瞭解防淤隧道環氧樹脂砂漿抗磨層磨耗深度與面層變化;(8)研發環氧樹脂砂漿抗磨層厚度之非破壞檢測法,有利於權責單位有效掌握防淤隧道環氧樹脂砂漿耐磨層全面性之變化,以進行相關之維護計畫。