臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 2 Vol. 32. No.12 June. 2006

臺灣公路工程 第 32 卷第 12 期 民國 95 年 6 月 Taiwan Highway Engineering Vol. 32 No.12 June. 2006. pp2-32

台灣山區道路邊坡災害及搶修處理工法之探討

吳淵洵∗ 周南山∗∗

摘要

近年來台灣山區道路邊坡災害頻傳，其原因固與先天環境因素不良、地形地質條件惡劣有

關，然而山區道路之闢建未針對我國環境與人文本土特性詳予考量亦具有顯著影響。如何防災

避險或提昇災後搶修復建成效實為現階段政府相關主管單位當務之急。本文爰就山區道路災害

成因與特性、破壞類型及一般邊坡災害之搶修處理工法予以討論，以供工程界之參考。 關鍵詞：山區道路、邊坡破壞、災害搶修

一、前言

台灣山區佔地遼闊，國家民生經濟發展與山坡地之開發息息相關，因此山區道路為提昇國

家總體競爭力之必要建設。然而由於道路具有線長面廣之特性，且山區道路之闢建，更屬嚴重

之人為破壞，因此山區道路之興建對其沿線之環境生態平衡極具負面影響。由於台灣環境因素

複雜，地質地形條件惡劣，極易導致水土流失災害之發生，而隨著山區道路建設完成後之大量

區域開發，對於道路沿線之水土失衡更屬雪上加霜。近年來受全球氣候變遷之影響，超豪大雨

頻頻發生而 921 地震亦使原本破碎的山區地質更加脆弱，使得山區道路幾近逢雨成災，坍方落

石不斷，且災情愈益擴大，不僅造成國家嚴重經濟損失，對於當地民生之安定與交通之安全亦

產生極為不良之影響。探討山區道路災害之致災因素並提出改善對策實屬刻不容緩。本文爰就

山區道路災害成因與特性、破壞類型及一般邊坡災害之搶修處理工法予以討論，以供工程界之

參考。

二、山區道路建設致災之基本特性

2.1 致災基本原因 大多數山區道路水土災害之發生均係由於自然因素及人為因素之交互作用，甚少單一原

因，惟自工程觀點而言，主要即為天、地、人三者之力學條件失去平衡。「天」係指環境條件

並以「水」為最主要之影響因素，因其具有流動性、侵蝕性、溶解性及衝擊性，且其存在及影

響隨時不同、因地而異、複雜莫測，故對大地具有強烈之潛在不穩定作用；強震亦具有類似之

影響惟因發生頻率較低，故其對邊坡之危害一般而言不若豪雨顯著。「地」係指地形、地質。

∗ 中華大學土木與工程資訊系副教授 ∗∗ 堅尼士工程顧問公司總經理

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斜坡上之土壤或岩石因自然作用而潛存不穩定之滑動跡象。地質材料性質愈差、地質構造愈

劣，其破壞潛勢愈高。台灣環境因素複雜、地質地形條件惡劣，先天不利山區道路之開發，因

此道路之規劃、設計、施工乃至於使用與維護等道路生命週期之任一環節均應充分考量自然不

利因素之影響，否則即可能誘發災害，導致嚴重之後果。近年來山區道路災害頻傳，國人常歸

責於豪雨或惡劣地質條件，然而自然不利因素並非始自今日，其存在為台灣環境之常態，故多

數災害之發生，究其根本原因實為變更環境現狀之人為開發未充分考量天、地、人三者之平衡

原則所致。

2.2 山區道路建設災害之產生 如圖 1 所示，山區道路於施工過程中可能產生輕重不等程度之水土災害，其方式及影響說

明如次[1]： 2.2.1 臨時工程

山區道路施工時之施工便道、臨時挖填，以及鑽炸作業等臨時性工程，因單價偏低、施工

要求不高，因此品質多因陋就簡，對於水土防災工作更往往流於形式，且因其地點隨道路路線

呈廊帶分佈（圖 2），因此若逢雨季或豪雨，將無可避免產生嚴重的區域水土災害。 2.2.2 取棄土方

山區道路建設之土方工程或隧道施工多衍生大量的取土或棄土、棄碴，雖然一般施工規範

要求工程挖填平衡，水土保持規範甚至限制區域挖方數量，然而由於施工時程、地點或成本之

限制，施工單位往往無法達到上述要求。取土區因地表開挖裸露對當地立即產生土壤沖蝕流失

之水土破壞，而棄土、棄碴則因為地形及運輸條件之限制，以及國人法治觀念薄弱之影響，往

往違法傾倒於道路週邊山谷、河岸或溪床（圖 3），此種作為不僅破壞生態景觀環境、淤積河谷、

影響排洪更可能形成日後山區邊坡水土災害之源，對日後公路及其週邊環境之安全維護形成惡

性循環[2-3]。 2.2.3 影響範圍及程度

山區道路建設為因應行車安全標準，無可避免的將破壞山區原有的地形與地貌，例如削

坡、架橋、開挖山體、鑽挖隧道、高處深掘、低地填高，嚴重擾動大地現狀、破壞地表植被，

從而使得地表抗蝕能力降低，誘發新的水土流失，因此其所導致之水土破壞亦複雜多變，對於

土地資源之影響或破壞不僅止於表層土壤，甚且可深達數十公尺之地層，並與地面水及地下水

共同形成複雜之水系，對當地之環境與生態形成深遠之影響。依據周南山等人（1997）整理前

人之研究，興築道路可能增加 25 倍至 344 倍之邊坡整治成本[3]。此外，山區道路建設為廊帶形

式而於建設完成後之後續開發活動亦極可能由線而面形成一分佈極為廣大的立體網狀發展，因

此對地形、地貌之擾動，破壞類型多且複雜。由此可知，山區道路建設之水土防災與一般道路

工程不同，其生命週期中任一階段執行不當除可能影響道路自身之安全及週邊環境外，沿線城

鎮、社區、農作物及公共設施等亦可能無一倖免，災害所造成之影響若未及時加以整治，亦將

可能窮三代之力無法復原。賀伯颱風時新中橫公路沿線土石流災情慘重，其原因固然與降雨強

度、地形、地質及水系等因素相關，而道路通車後隨之而來之大量不當開發更具有重大負面影

響[2,6]。

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臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 4 Vol. 32. No.12 June. 2006

圖1 山區道路建設可能造成之水土災害[1]

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圖2 廊道型態之施工便道對於道路沿線週邊環境可能造成嚴重之水土流失災害[4]

圖3 施工棄土不當傾倒對道路週邊環境可能造成嚴重之破壞[ 5]

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臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 6 Vol. 32. No.12 June. 2006

三、臺灣山區道路邊坡之破壞類型

邊坡之分類方法不一，依邊坡之形成方式可分為自然邊坡與工程（人為）邊坡(engineered slope)。後者又可分為挖方邊坡與填方邊坡二類。若依其於道路之相對位置，則可概分為上邊

坡與下邊坡二大類型。任何類型之道路邊坡均可能發生破壞，惟因邊坡型式及誘發災害之自然

因素或人為條件不同之影響，邊坡破壞模式與型態均可能不盡相同。為求邊坡整治成效，邊坡

災害發生後，首要工作即為界定邊坡破壞之類型[7]。 邊坡破壞模式之分類方法甚多，國內公路系統習於參考歐美方法，認為道路邊坡破壞種類

依據材料可分為岩坡與土坡；依據運動型態則可區分為墜落(fall)、傾覆(topple)、滑動(slide)、側移(spread)、流動(flow)及複合型[8]。水土保持界則將邊坡破壞綜合名之為崩塌並概分為山崩、

地滑、潛移、土石流與沖蝕等[9]。學術界分類則較為詳細，例如李維峰等人（2004）建議邊坡

崩塌模式分類運用三層樹狀結構細分為 28 種[10]。上述各種分類方法均有其依據亦各有利弊，

惟導致邊坡災害之原因往往不只一端，且因各種主客觀條件之影響，道路邊坡破壞之最後呈現

型態常為二種或數種以上破壞模式之複合結果。對一般道路相關工程人員而言，常因專業背景

不一、經驗訓練不足，以及搶修時效限制等因素之影響，不易直接判釋邊坡破壞類型，瞭解造

成災害之原因，從而影響整治之成效，因此基於道路實務工程人員之使用觀點，提供一有效可

行的道路邊坡破壞類型簡易判釋方法實有必要。 周南山及吳淵洵（2006）蒐集國內山區道路常見邊坡災害類型並予以歸納彙整[11]。依據蒐

集資料之探討，國內山區道路邊坡災害雖然發生頻仍，惟其破壞類型尚稱單純。一般而言，依

邊坡破壞呈現之最終型態可概分為沖刷（蝕）型破壞與崩坍型破壞二大類，惟因邊坡形成方式

及位置之不同，其致災原因亦有所差異。各種破壞類型之相關細節說明如次。 3.1 道路上邊坡

上邊坡一般為挖方邊坡，由於開挖坡趾、增加坡度、破壞坡面，因此無論開挖之規模與範

圍，切削之邊坡均可能因環境或人為不利因素之影響發生災害。主要破壞模式可概分為沖刷

（蝕）及崩坍二大類。 3.1.1 沖刷（蝕）型破壞

一般發生於土質邊坡，如砂質、粉土質及黏土質土壤。此種邊坡在雨水之衝擊與沖蝕作用

下，沿坡面逕流方向形成無數蝕溝，若未及時執行有效防護措施，蝕溝將逐漸擴大，延伸至坡

趾即造成坡面之陷落或坍滑（圖 4）。 3.1.2 崩坍型破壞

可分為墜落型、滑動型及流動型三類，惟三者亦可能複合發生。 1. 墜落型 一般多發生於較陡的岩石邊坡，因環境因素如暴雨、強震之影響，造成大小不一的岩塊自上

至下崩落（圖 5）。易產生落石的岩層必然具有不良地質材料及地質構造。例如膠結不良、節理發

達，造成弱面發育進而切割岩體，導致落石之發生。硬岩下含軟弱層時亦可能發生這種現象。此

外，近乎直立的土坡，由於缺乏側向支撐，形成坡頂張力裂縫並逐漸向下發育，亦可能導致崩落

之發生。

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Vol. 32. No.12 June. 2006 7 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

圖4a 沖刷（蝕）型破壞之示意圖

圖4b 上邊坡沖刷（蝕）型破壞

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臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 8 Vol. 32. No.12 June. 2006

圖5a 上邊坡墜落型破壞之示意圖

圖5b 上邊坡墜落型破壞 2. 滑動型 岩體或土體於失穩作用下，沿破壞面發生滑動。滑動面可能為平面（圖 6）、圓弧面（圖 7）或

不規則面。多發生於岩屑、岩堆、軟弱土壤等不良地層或傾向於坡面，地層間含有軟弱夾層之地質

構造，因道路開挖出現自由端而發生破壞。例如岩坡之順向層破壞或土坡之圓弧破壞等。此外，坡

面逕流嚴重沖刷亦可能導致淺層滑動破壞之發生（圖 8）。

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3. 流動型 道路上邊坡之岩體或土體於環境因素影響下產生流動之狀態（圖 9）。流動型式包括乾流及濕流

[7]。台灣山區道路邊坡常見者多為暴雨浸潤及沖刷所誘發的破壞，惟有時亦可能因上邊坡之溪谷或

溝渠水位暴漲溢流沖刷引致坡體坍塌與水混合而形成者。考量道路主管機關之權責一般僅及於路權

範圍，此處定義之流動型破壞與水土保持界所稱之「土石流」略有不同。前者僅發生於道路邊坡，

範圍及災情一般僅止於道路及其週邊環境；後者則多發生於河川或溪谷，範圍及影響程度較為廣

泛，例如七二水災之松鶴部落土石流災害（圖 10）。

圖6a 上邊坡平面滑動型破壞之示意圖

圖6b 上邊坡平面滑動型（順向坡）破壞

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臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 10 Vol. 32. No.12 June. 2006

圖7a 圓弧滑動型破壞之示意圖

圖7b 上邊坡圓弧滑動型破壞[12]

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Vol. 32. No.12 June. 2006 11 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

圖8a 淺層滑動型破壞之示意圖

圖8b 上邊坡淺層滑動型破壞

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臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 12 Vol. 32. No.12 June. 2006

圖9a 流動型破壞之示意圖

圖9b 上邊坡流動型破壞[13]

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Vol. 32. No.12 June. 2006 13 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

圖9c 豪雨沖刷引致之上邊坡流動型破壞

圖9d 排水溝渠溢流引致之上邊坡流動型破壞

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臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 14 Vol. 32. No.12 June. 2006

圖10 七二水災造成之松鶴部落土石流害[14]

3.2 道路下邊坡

下邊坡包含自然邊坡及填方邊坡。台灣山區道路下邊坡所發生之災害以後者較多。主要破壞類

型如同上邊坡亦可概分為沖刷（蝕）及崩坍二大類。 3.2.1 沖刷(蝕)型破壞(路基流失)

填方邊坡即使力學條件穩定惟若道路排水系統規劃、設計、施工或維護不佳，坡面植生不良，

水土保護不當，例如排水斷面設計不足或阻塞、無尾溝等（圖 11），則於暴雨或大量逕流侵襲時即

可能發生坡面、坡趾之直接沖刷，使路堤邊坡沿坡面流水方向形成蝕溝。蝕溝不斷發展導致坡趾或

擋土構造物基礎流失，路基失去支承發生沈陷或坍滑破壞（圖 12）。此外，沿河川凹岸溪谷修築之

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Vol. 32. No.12 June. 2006 15 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

路堤於洪水暴漲時，亦可能因洪水衝擊，造成路堤坡趾或擋土構造物基礎沖毀，引致路堤之破壞（圖

13）。而河床邊坡陡峭使河水流速加大、侵蝕力增加，淘空坡趾使下邊坡支撐力喪失，逐漸向上游

或源頭（集水區水路）侵蝕，形成向源侵蝕造成道路破壞（圖 14）。

圖11 無尾溝造成下邊坡產生沖刷（蝕）型破壞

圖12 坡趾沖刷造成下邊坡擋土構造物損毀、路基流失

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臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 16 Vol. 32. No.12 June. 2006

圖13 位於河川凹岸之下邊坡因洪水衝擊造成沖刷破壞

圖14 道路下邊坡因向源侵蝕迫使道路向內改線，形成回頭彎

路堤邊坡之破壞與填方材料之性質、邊坡高度及路基壓實度具有密切關係。一般而言，砂質土

壤、高度較大及壓實度較低的邊坡較易遭受沖刷而破壞。我國道路填方工程品質不佳，施工常未依

照規範分層填築、逐層夯實，其施作常由上至下一次傾倒，僅於表面夯實。回填材料亦因料源、成

本之限制，往往就地取材，未盡符合規範級配要求（圖 15）。而山區天候變幻莫測，回填料亦時常

因雨濕濘，無法有效夯實。路基因此發生沈陷，路基產生縱向裂縫，增加雨水入滲量，造成路堤破

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Vol. 32. No.12 June. 2006 17 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

壞（圖 16）。此外，國內山區道路因紐澤西護欄之阻隔往往不利路面逕流之排除，故於豪雨時常形

成漫地流並因道路縱坡之影響，迅速匯集增加流量與流速，其渲洩流向因縱橫向斜率向量和作用，

常集中於下坡彎道外側或紐澤西護欄之缺口（圖 17）。大量逕流傾洩而出，造成下邊坡沖蝕，進而

引起破壞（圖 18）。 綜合而論，台灣山區由於雨量豐沛且集中，而工程施作(engineering practices)垢病又復罄竹難

書，故下邊坡路堤災害多屬沖刷（蝕）型破壞，導致路基流失成為我國山區道路最普遍之破壞類型。

圖15 擋土結構回填施工品質低劣

圖16 道路下邊坡路堤填築夯實不良所造成之沈陷破壞

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臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 18 Vol. 32. No.12 June. 2006

3.2.2 崩坍型破壞 此種破壞之發生多係由於邊坡力學條件失穩所致，其類型可概分為滑動型及流動型，惟二者亦

可能複合發生。

圖17 漫地流之水流集中方向為道路縱橫向斜率之向量和示意圖

圖18a 漫地流集中渲洩於彎道外側所造成之下邊坡破壞

漫地流方向

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Vol. 32. No.12 June. 2006 19 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

圖 18b 漫地流集中渲洩於紐澤西護欄缺口所造成之下邊坡破壞

1. 滑動型 岩體或土體於失穩作用下，沿破壞面發生滑動。滑動面可能為平面、圓弧或不規則面，惟於山

邊構築之填方路堤，其滑動破壞面多為填方與原地面之界面（圖 19），其原因多為分析時未注意界

面滑動之可能性，以及施工時未依照規範有效處理界面之接合所致。下邊坡若為自然邊坡，則若存

在傾向於坡面，地層間又含有軟弱夾層或性質迥異之互層地質構造，例如順向層或砂頁岩互層等，

均極可能發生此種破壞（圖 20）。此外，岩屑、岩堆等鬆散崩積層構造或人工不當堆置之棄土亦可

能發生此種破壞。 2. 流動型 下邊坡之岩體或土體於失穩因素影響下產生流動之狀態。台灣山區道路發生者一般多為暴雨誘

發的破壞，惟有時亦可能因邊坡坡面逕流過大、排水不良引致坡體坍塌與水混合而形成者。我國由

於施工管理不週，民眾亦缺乏公德，因此山區道路無論是搶災修復或常時施工所產生之棄土或棄

碴，甚或民生廢棄物等，往往就近傾倒於下邊坡之山凹（見圖 3）。每逢颱風豪雨，坡面逕流量增加

時，此種疏鬆堆積物即順勢流動造成道路下方地區之災害（圖 21）。

圖19a 下邊坡界面滑動型破壞之示意圖

漫地流方向

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臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 20 Vol. 32. No.12 June. 2006

圖19b 下邊坡界面滑動型破壞

圖20a 下邊坡平面滑動（順向坡）破壞之示意圖

圖20b 下邊坡平面滑動（順向坡）破壞

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Vol. 32. No.12 June. 2006 21 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

圖21a 下邊坡流動型破壞之示意圖

圖21b 下邊坡流動型破壞

四、臺灣山區道路邊坡災害之緊急搶修對策

山區道路邊坡災害發生後常因各項主、客觀因素之影響無法迅速加以完善處理。然而山區道路

交通為當地民眾生活之所繫亦悠關使用民眾之安全，因此當道路邊坡災害發生後，在確定整治方案

之前，應執行緊急搶修以維持當地基本交通與安全需求。所謂緊急搶修對策係指道路邊坡災害發生

時或發生後所進行的各種緊急措施，用以阻止或緩解破壞趨勢，俾可將災害程度降至最低程度，並

使道路之基本交通功能在安全之前提下得以維持。

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臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 22 Vol. 32. No.12 June. 2006

一般緊急處理對策之內容包括現場踏勘與調查、排水、修坡、結構，以及坡面防護等[15]，相關

細節建議如次。長期整治建議工法與相關案例探討詳見周南山及吳淵洵（2006）[11]。大規模或影響

安全極為嚴重之災害處理對策則應委由專家執行專案調查與評估研選後方可定案。 4.1 現場勘查與調查

道路邊坡災害發生後應儘可能於第一時間至現場踏勘並執行必要之調查。觀察、紀錄並繪製現

場地形、地貌及地物之變化，同時亦應採取土石樣品進行工程性質辨識。針對地表裂隙之分佈與各

種地表變形、水文異常現象，以及破壞範圍、破壞特徵等尤應加以注意。依據調查結果審慎判斷破

壞類型，由此推估致災原因，作為選擇後續處理對策之依據。 4.2 排水法 4.2.1 緊急地表排水

邊坡若為降雨後發生之破壞，則地表逕流必為致災之重要因素。此時應立即執行緊急地表排

水，避免災情之繼續擴大。執行內容建議如次： 1. 坍方所產生之裂隙，應儘速覆以塑膠布或以混凝土、控制性低強度填料(controlled low

strength material, CLSM)等低透水性材料予以封填。 2. 設置縱橫交錯之臨時排水系統用以截洩或引離來自滑動區內外之地表水，以防止其滲、

流入滑動之土體內，誘發進一步之滑動。緊急排水系統可以砂包或拍漿溝為之。排水溝

斷面一般寬度約為 0.4~0.6m，深度約為 0.6~0.8m，坡度大於 3%。若滑動範圍廣闊，則

應依水土保持相關法規於適當地點設置跌水、沉砂、滯洪等水保設施。 3. 排除滑動區內及其附近窪地、池塘或蓄水池內之積水，以避免大量滲流持續注入地層，

誘發進一步之滑動。 4.2.2 緊急地下水排除

一般而言，地下水常是誘發邊坡破壞之重要因素，而地下水之存在往往亦是造成邊坡破壞之主

要條件，所以排除滑動體內，以及截斷和引出滑動面周邊之地下水，為整治邊坡破壞之必要措施。

坍方發生後，對淺層（深度小於 2m）之地下水可於滑動區頭部外緣設置盲溝，用以截斷、引離地

下水，洩除地下水壓。地下水分佈狀況未知或滑動體前緣出現滲水時，則於滑動體前緣施以一至二

排橫向排水孔。一般而言，橫向排水孔之坡度應大於 10%，仰角 5~10°左右，孔徑 100~130mm，孔

間距 5~10m，其鑽設長度應穿越推測滑動面至少 5~10m。若滑動面位置不詳時，則其鑽設長度以頭

部裂隙下方 10~15m 處為目標。 4.3 修坡法 4.3.1 緊急挖方（坡頂減載）

如圖 22 所示，挖方可以減輕邊坡滑動體自重，降低滑動體之下滑力，使邊坡趨於穩定。開挖

部位應位於邊坡之致滑段（一般皆位於滑動邊坡之上部）。本法較適用於推移式或坍陷式之邊坡滑

動，而且滑動體後緣及兩側之地層亦較穩定，不致因削坡而誘發邊坡向後或兩側再次滑動。 4.3.2 緊急填方（坡趾堆載）

伴隨地層滑動，而在邊坡底部或趾部的地表有拱起或隆起現象時，可於邊坡阻滑段（一般皆位

於滑動邊坡之趾部）附近予以填重處理（圖 23）。一般而言，若地形條件許可，填重可以土方直接

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堆填，惟若使用空間有限則可以貨櫃或土石籠裝填土石之方式為之。以 20 英呎貨櫃計算，每只貨

櫃裝填土石後總重約為 54 公噸；而 1.0m3 之土石籠裝填土石後重量則約為 2.0 公噸。一般而言，填

重約為滑動土重之 1/20~1/10 即可見效[16]。田永銘、孫思優（2000）建議將填重後適當數量之貨櫃

堆疊於坡底至 1/4 坡高處，即可達到安全係數大於 1.0 之緊急減災要求[17]。 挖方與填方均為道路邊坡災害處理最直接且有效的方法，惟其施作部位應由專家謹慎判別，否

則可能進一步惡化邊坡之滑動。在一般情況下，減載和堆載阻滑均只能減小滑動體之下滑力或增加

阻滑力，並未完全消除邊坡發生破壞之原因及其下滑之趨勢，因此就長期穩定而言，仍須與後續整

治措施配合使用。

圖22 邊坡削坡減載之示意圖

圖23 邊坡加載阻滑之示意圖

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臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 24 Vol. 32. No.12 June. 2006

4.4 結構法 對於一般規模或範圍不大的破壞，施以簡易的結構支擋工程，即可維持基本的交通與安全需

求，相關內容說明如次。 1. 垛墻 如圖 24a 所示，上邊坡崩落於路面之土石如直接清除，形同切除崩積土之坡趾，極可能誘發再

次滑動。此外，豪雨引致之流動型破壞，其坍落土石含水量極高，亦不利直接清除，增加道路修復

之困難度與危險性。此種狀況之搶修應以先撐後移之方式進行，視道路工作範圍之大小，將現場坍

落土石填入貨櫃或土石籠，於坡趾處構築臨時簡易重力式垛墻，並以跳島方式施工，即挖即填，逐

層堆置，直至垛墻完成為止（圖 24b）。此時路面之土石即可安全且迅速的加以清除，在安全之前提

下，恢復部份交通功能。 2. 排樁 下邊坡路基流失或因擋土牆損毀所造成之路基陷落，均可以打設臨時擋土排樁之方式予以搶

修。排樁之種類一般多使用鋼軌樁、H 型鋼樁或鋼鈑樁。如圖 25 所示，於道路外側界線打設排樁，

打設貫入深度應至少為設計擋土深度之 1.3~1.5 倍或入岩至少 3m。若為鋼軌樁或 H 型鋼樁，則其樁

間距一般約為 0.25~0.50m。樁與樁之間可鋪設鋼鈑或木板以增加圍束土壤之功能。使用排樁除具有

側向保護作用外，亦可避免路基於暴雨或洪水再次侵襲時流失。為節省邊坡整治成本，上述臨時擋

土排樁亦可與永久性擋土牆合併不另取出，以增加邊坡之穩定性，惟若擋土排樁未深入穩定之地

盤，則其擋土功效不佳，坍方仍可能再次發生（圖 26）。

圖24a 直接清除上邊坡崩落土石極可能誘發再次滑動

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Vol. 32. No.12 June. 2006 25 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

圖24b 清除土石之同時以貨櫃或土石籠穩定坡趾較為安全

圖25a 打設鋼軌樁搶通道路

547

臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 26 Vol. 32. No.12 June. 2006

圖25b 打設鋼鈑樁搶通道路

圖26 擋土排樁未貫入穩定之地層則坍滑仍會再次發生

548

Vol. 32. No.12 June. 2006 27 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

3. 坡面防護 雨水之衝擊及逕流之沖刷對邊坡之穩定影響甚鉅，故欲避免或抑止災害之惡化，除應立即執行

前述地表及地下排水工法外，另應執行坡面之保護。傳統坡面之防護方法以植生為主，利用植物之

表面阻滯及根系之握持力，達到防護之目的，惟植物之生長需要時間，因此較不利邊坡災害之搶修

時效需求。使用地工合成材料製作之地工防沖蝕網墊(geomat)及地工格框(geocell)則可以具體改善此

種缺點。將防沖蝕網墊以錨釘固定，鋪設於邊坡坡面之上並配合噴植工法，可防止坡面草籽和客土

因雨水而大量流失，增進植生之著根性，其適用範圍包括礫石或高度風化岩石之坡面、表層不穩定

之坡面、需舖網以利藤類植物攀緣生長之岩石或水泥噴漿坡面、邊坡陡峭表土淺薄之岩石坡面，以

及環境因素不利植草之初期成長或坡面易受沖刷之邊坡（圖 27）。

圖27a 使用土釘與地工格框進行邊坡坡面防護

圖27b 使用地工防沖蝕網墊進行邊坡坡面防護

549

臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 28 Vol. 32. No.12 June. 2006

防沖蝕網墊須緊貼坡面舖設，其長度須超過坡頂 1m 以上並設置凹槽加以確實固定。接縫處應

重疊至少 10cm 以上並以錨釘固定。錨釘密度以每平方公尺 1 支以上為原則，通常每 100 平方公尺

使用主錨釘（直徑 13mm、長度 45cm）30 支，副錨釘（直徑 9mm、長度 35cm）70 支以上。坡面

凹凸起伏處，需適度增加錨釘固定。於軟質土壤不易固定時，則須增加錨釘長度與數量。 邊坡穩定性較低時，防沖蝕網墊可以鋼索網覆蓋並以土釘(soil nailing)或岩栓固定（圖 28）。地

工合成材料構材亦可與抗拉強度較高之地工加勁格網合併編織，用以抑止坡面較為鬆散之土石或坡

度較為陡峭，防沖蝕網強度要求較大之坡地。

圖28a 使用土釘配合地工坡面防護材料進行邊坡坡面防護之示意圖

圖28b 使用土釘配合地工防沖蝕網墊進行邊坡坡面防護

550

Vol. 32. No.12 June. 2006 29 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

3. 棄土與回填料之處理 山區道路災害發生後，無論是崩落之土石或流失之路基，其所需挖填粒料之處理均造成施工單

位極大之負擔與困擾。災害規模愈大，處理之困難度愈高，尤其是颱風豪雨之後的土石，含水量極

高，其處理更為棘手。傳統處理方式，對於崩落之土石及損毀之混凝土結構均視同廢棄物運棄，不

但增加處理成本，同時在搶修時程之壓力或合法棄土場難覓之情況下，工務單位無法完全管控棄碴

之流向，造成棄碴就近傾倒於下邊坡或沿線隨意傾倒，成為日後下邊坡流動型破壞之源頭。 對於路基回填所需之填方材料，傳統作法均為外購砂石級配料，除良好砂石級配料資源日益減

少，增加材料成本外，其運送亦延誤搶災時效；而施工週邊環境條件及山區氣候因素往往亦使回填

料之「分層回填、逐層夯實」徒具虛名。填築不實之後果除造成隨之而來的路面下陷，亦成為日後

再次坍方之禍根。 控制性低強度材料(CLSM)亦稱流填料(flowable fill)，係美日等國為提昇填方品質，以水、固化

劑及粗、細粒料依配比設計拌合而成之特殊材料。依據美國混凝土學會(ACI)229R-94 之定義，CLSM為一具有自硬性之膠結性材料，可用以取代傳統需夯實之填方材料。與傳統回填土壤相較，品質良

好之 CLSM 具有自流性、免夯實、高承載力、低沉陷量等優良工程性質。CLSM 於國外使用至今已

近 30 年，國內相關研究與推展亦已超過十年，應用技術漸趨成熟，並如圖 29 所示，已成功的將剩

餘土石方與此技術結合，應用於路基、管溝及擋土牆等結構之回填[18-20]。公共工程委員會亦已頒訂

綱要規範（03377 章）供業界參考遵循。國人亦已研發適用於道路工程之高度機動性自走式拌合及

回填機具（圖 30），不但提昇拌合品質同時亦可降低生產成本，因此若以棄碴拌製 CLSM 並以之應

用於路基坍陷及擋土牆之回填，對於棄碴之處理及回填品質之提昇均具有極大之助益。

五、結論與建議

近年來台灣山區道路邊坡災害頻傳，其致災原因固與先天環境因素不良，地質地形條件惡劣有

關，然而山區道路之規劃、設計、分析，以及施工與維護等工程作為，並未針對台灣山區環境特性

與國人民族習性詳予考量亦具有顯著影響。如何防災避險或提昇災後搶修復建成效實為現階段政府

相關主管單位當務之急。 我國山區道路災害雖然發生次數甚多，惟多數邊坡破壞之類型尚稱單純。為提昇邊坡災害之搶

修成效，相關單位應於勘災時迅速界定災害類型。本文自基層工程人員觀點建議山區道路邊坡破壞

之簡易分類方式，以道路路面為界，可區分為上邊坡、下邊坡二大類，並依破壞模式再區分為沖刷

（蝕）破壞、崩坍破壞，其中崩坍破壞又可分為墜落型、滑動型及流動型三項。 山區道路邊坡災害發生後，在確定整治方案之前，應即執行緊急搶修以維持當地基本交通與安

全需求。對於一般邊坡災害，緊急處理工法包括執行現場踏勘與調查、施作簡易地表及地下排水、

修整坡頂或坡趾、築造垛牆或排樁結構，以及鋪設坡面防護等。對於棄土與回填料之處理，本文亦

建議以拌製控制性低強度材料之方式，解決棄土無處傾倒，回填土品質難以控制之困境。 臺灣山區道路災害對於國家經濟與民生之發展均具有嚴重不利之影響，其預防與整治仰賴產官

學各界長期通力合作，針對台灣山區特殊之自然與人為條件詳予探討，並提出實務可行之改善建

議。政府相關主管機關亦應編列經費，長程、定期舉辦系列性之山區道路規劃、設計、施工與維護

等相關教育之訓練與研討，且著重成功與失敗案例之經驗傳承與累積，強化相關工程人員之專業素

質。藉由人為之正確經營，使山區道路之開發與使用，與我國惡劣之環境與地質因素取得平衡，庶

幾方能逐漸消弭災害於無形。

551

臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 30 Vol. 32. No.12 June. 2006

圖29a 以開挖棄土拌製CLSM回填擋土牆[18]

圖29b 以開挖棄土拌製CLSM填築路基[19-20]

552

Vol. 32. No.12 June. 2006 31 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

圖30a CLSM自走式拌合車（黃國寶提供）

圖30b CLSM自走式拌合車下料回填（黃國寶提供）

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臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 32 Vol. 32. No.12 June. 2006

六、參考文獻

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554

Vol. 32. No.12 June. 2006 33 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

臺灣公路工程 第 32 卷第 12 期 民國 95 年 6 月 Taiwan Highway Engineering Vol. 32 No.12 June. 2006. pp33-45

台灣中部山區道路邊坡崩塌特性之數值分析模式建置

蔡光榮∗ 劉明忠∗∗ 戴君翰∗∗ 施俊廷∗∗

摘要

台灣中部山區地質構造脆弱，地形地勢險峻，地震及颱風常易造成山區道路破壞，對人民

生命財產與行車安全影響至鉅。本文乃以雲林縣道 149 乙線公路（即通往草嶺山區之道路）作

為研究路廊，該路廊位於雲林縣古坑鄉與南投縣竹山鎮之間，山地多平原少，地形高低起伏大，

海拔高度介於 500~1300m，路廊沿線地質岩性以砂頁岩互層為主。因其為通往草嶺主要山區道

路，因此本研究擬先針對該道路沿線邊坡崩塌災害區位進行受損邊坡之 GPS 定位與護坡工程

現況調查，另以地理資訊系統(GIS)作為進行該路段調查所需各類圖層資料之建檔分析工具，並

就各項邊坡穩定治理工程之地工環境特性，選定 10 項主要影響參數，以模糊集推論分析法，

進行崩塌數值模式之推導。另亦依據野外調查結果，及考量邊坡崩塌區之土壤力學特性與地形

測量可及性等因素，選取該道路 4K+400m 與 6K+600m 等二處為試驗邊坡，進行模糊集推論分

析，藉以探討該試驗邊坡之崩塌特性與促崩原因，以期提供公路養護單位作為其邊坡穩定治理

工程規劃設計之參考依據。 關鍵字：全球衛星定位系統、地理資訊系統、模糊推論

一、前言

台灣中部山區地質構造脆弱，地形地勢險峻，降雨強度大且集中於夏季，每逢颱風豪雨季

節，常導致山區道路邊坡崩塌破壞。1999 年 9 月 21 日台灣發生九二一集集地震，不僅對台灣

地區造成極為嚴重之地震災害，更誘發大量邊坡崩塌破壞，地震後災區又歷經桃芝、納莉、利

奇馬、敏督利、艾莉、龍王等多次颱風豪雨侵襲，使得路基及道路邊坡發生崩塌、滑動，造成

交通中斷、水土流失成災。本研究選定雲林縣道 149 乙線公路為研究路廊，其一乃因該道路為

草嶺風景區對外之主要聯絡道路，一旦發生道路邊坡崩塌將影響草嶺地區居民之生計，其二乃

因該道路為 921 地震及豪雨所造成之典型山區道路邊坡崩塌危險潛感路段。因此本研究以地理

資訊系統(GIS, Geographic Information System)作為該路段各類公路環境圖層資料建檔分析工

具，並針對各項邊坡穩定治理工程之地工環境特性，選定 10 項主要影響參數，進行模糊集推

論分析，並將各項影響參數與現地調查結果進行各因子之相關迴歸分析及其受損風險評估模式

之推導，再經實地案例比對驗證後，完成該道路邊坡崩塌數值模式之建置。

∗ 國立屏東科技大學土木工程系 教授 ∗∗ 國立屏東科技大學土木工程系 研究生

555

臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 34 Vol. 32. No.12 June. 2006

二、促崩參數篩選

一般而言，導致邊坡崩壞之原因可分為潛因與誘因兩類，據 Koukis & Ziourkas(1991)提出

64 項可能造成邊坡崩壞之影響因子，其中則包含動態誘發因子及潛在環境因子，動態誘發因子

乃指直接引發崩塌之因素，如降雨、地震及土地開發等誘因。而潛在環境因子則是指邊坡本身

所具備之潛在崩壞因素，如地形及地質等潛因。有關影響邊坡受損因子之選定部份，本研究應

用現地調查結果，配合國內外學者常用之評分項目，並將因子分級模式回歸水土保持技術規

範，將因子依現地狀況進行分級，據以決定雲林縣道 149 乙線公路邊坡崩塌災害之重要影響因

子。其影響因子依序可分為地形、地質、降雨、土壤及植生等五項參數（如表 1），茲分別說明

如下： 2.1 地形參數

地形參數為表示區域內地文因子與邊坡潛在災害的相關性。因此本研究將縣道 149 乙線內

道路邊坡所在地形平均坡度納為參數考量。由於現況調查結果未發現有邊坡平均坡度小於 8 度

(15%)之情形，因此回歸水土保持手冊(1992)中之「山坡地土地可利用限度分類標準」，將坡度

分為三級坡(15%~30%，約為 8°~15°)、合併四~五級坡(30%~55%，約為 15°~30°)、六級坡

(55%~100%，約為 31°~45°)及七級坡(>100%，其坡度>45°)等四級；而坡向則反映邊坡穩定性，

將受其季節季風、日照及岩層走向等影響，因此亦將坡向分成東向(E)、南向(S)、西向(W)、北

向(N)、東南向(SE)、西南向(SW)、西北向(NW)、東北向(NE)等八個方位，以作為後續因子複

回歸分析時之地形考量參數。 2.2 地質參數

地質參數為影響岩性強度、災害型態及邊坡崩塌機制之重要因素，本研究選定岩性強度作

為地質參數之代表，區域內之岩性依據中央地質調查所(2001)所繪製的五萬分之一地質圖，獲

知本研究區域之主要岩層分別為桂竹林層、錦水頁岩層、卓蘭層、階地堆積層，其岩性為砂頁

岩互層、泥質頁岩層、砂岩層及礫石層;而岩層構造係指山坡岩層面或規則節理面之走向、傾向

和傾角與山坡面相對關係位置，蓋其影響該山坡之穩定度以及崩塌類型。所以將岩層構造分類

成非斜坡、斜交坡、反向坡（崖坡）、順向坡及破碎帶等五類（內政部營建署 1989）。 2.3 降雨參數

降雨強度越集中或降雨延時越長對於邊坡穩定性影響越大，因此本研究於縣道 149 乙線區

域周圍蒐集 4 個主要雨量站，依雨量站分佈位置繪製克力金(Krigring)差分網，以求出研究區域

內降雨分配圖，而本研究考量颱風路徑及 24 小時有效累積雨量與邊坡破壞之相關性程度，故

採用敏督利颱風所造成的最大破壞性 24 小時有效累積降雨作為本研究之雨量參數，並依雨量

站分佈位置與敏督利颱風之降雨情形，繪製颱風之暴雨等雨量線，獲知區域內 24 小時有效累

積雨量分佈介於 340~400mm 之間，故依其 24 小時有效累積雨量之組內變異性區別檢定分成 4級，分別為降雨量<350mm、介於 350mm~360mm、361mm~370mm 及降雨量>370mm 等四級。 2.4 土壤參數

邊坡土壤有效深度與土壤沖蝕程度將會影響邊坡土壤之穩定性，當邊坡土壤有效深度越

厚，其邊坡土層內之飽和含水能力與脹縮能力愈高，因而於邊坡飽和含水時，更易弱化邊坡土

壤之抗剪強度，影響邊坡原有穩定性，因此依現地調查結果，將土壤有效深度分為＜1m、1~4m、

556

Vol. 32. No.12 June. 2006 35 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

＞4m 等三個等級；唯坡面逕流沖蝕易加速邊坡崩塌滑動坡壞，因此本研究依水土保持手冊(1992)之規定將土壤沖蝕程度分為無蝕溝、輕微、中等、嚴重、極嚴重等五級。 2.5 植生參數

良好植被可以減弱坡面逕流沖蝕、延緩逕流匯集、並阻止雨滴衝擊地面，進而保護土壤團

粒受雨滴打擊，且地表土層藉由植生保護，可防止水蝕，增加土壤入滲率。本研究將植生參數

分成正規化植生指數(NDVI)與植生覆蓋率，因 NDVI 對於古坑鄉區域內大氣散射及不同土壤環

境反射作用下，其容忍雜訊程度遠大於其他植生指數，經室內遙測影像分析結果，得知本研究

試區內之 NDVI 值分佈約在 0~0.25 之間，故將 NDVI 依其實際地表植生密度與組內變異性區別

檢定分成 3 級，而植生覆蓋率則依現地調查結果，進行組內變異性區別檢定分析結果可分為 4級。

表1 各類邊坡安定性影響參數之分級順序與分級依據一覽表

參數 類別

參數項目 參數分級順序 參數

類別參數項目 參數分級順序

土壤有效深度 ＜1m、1m~4m、＞4m

平均坡度

三級坡(15%~30%約 8°~15°)四～五級坡(30%~55%約 15°~30°) 六級坡(55%~100%約 31°~ 45°) 七級坡(>100% 其坡度>45°)

土壤

參數土壤沖蝕程度

無蝕溝、輕微、中等、 嚴重、極嚴重

坡向

北向(N)、東北向(NE)、東向

(E)、東南向(SE)、南向(S)、西南向(SW)、西向(W)、西

北向(NW)

岩層構造 順向坡、反向坡、斜交坡、

非斜交坡、破碎帶

地形 因子

坡高 ＜5m、5m~10m、11m~15m、

16m~20m、＞20m

地質

參數

岩性 礫石層、砂頁岩互層、 砂岩層、泥質頁岩層

NDVI 平均值 ＜0、0~0.25、＞0.25 植生 參數 植生覆蓋率 ＜30%、30%~50%、

51%~70%、＞70%

降雨

參數

24 小時有效累

積雨量 ＜350mm、350mm~360mm、

361mm~370mm、＞370mm

三、參數統計分析

本研究於進行邊坡數值評估模式建立前，先將初步選定之影響參數予以統計檢定分析，以

瞭解各參數與現況評估結果的相關趨勢，及評估各參數間的相關程度，並加以檢定其相關參數

間的交互性，以期降低整體評估模式之誤判率，本研究所採用的統計檢定分析方法分別敘述如

下： 3.1 相關性檢定

為檢定各參數與現況評估結果間的相關性，進而比對複相關回歸訓練時所產生的『相關趨

勢』，因此本研究採用 Pearson 積差相關檢定法，其相關係數變化範圍為-1 ~ +1。當相關係數趨

近於正值時，則應變數（期望值）與自變數（影響參數）則可為完全正相關（正向趨勢）；而

趨近於負值時，兩變數則為完全負相關（張紘炬,1985）。由（表 2）檢定結果之顯示平均坡度、

557

臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 36 Vol. 32. No.12 June. 2006

岩性、土壤沖蝕程度、24hr 有效累積雨量、土壤有效深度及坡高呈現正相關，此項結果表示當

邊坡坡度越大、岩性越弱、土壤沖蝕程度越嚴重、24hr 有效累積雨量越大、土壤有效深度越厚、

坡高越高者，對造成邊坡崩塌可能性也隨之增大，其它如岩層構造、植生覆蓋率、坡向則屬於

負相關，植生覆蓋率越低，邊坡越有可能受損，由於中部地區受到西南氣流影響，所挾帶之密

集性暴雨強度，將促使坡向越面對南向者，其邊坡損壞可能性越大。因此藉由積差相關分析結

果，再比對複相關回歸分析時所產生之相關趨勢，可獲得精確可靠之數值分析。

表2 各項邊坡促崩參數之Pearson積差相關統計檢定表

影響參數 積差相關(rxy) 相關性 影響參數 積差相關(rxy) 相關性 平均坡度 0.3 正相關 植生覆蓋率 -0.65 負相關

坡向 -0.22 負相關 土壤有效深度 0.21 正相關 岩性 0.42 正相關 坡高 0.31 正相關

沖蝕程度 0.61 正相關 岩層構造 -0.03 負相關 24hr 有效雨量 0.4 正相關 平均 NDVI -0.14 負相關

3.2 獨立性檢定

獨立性檢定旨在檢測參數間的相關程度，希望依此檢定結果消除『同質性相關程度極高』

之參數，進而降低模糊推論之誤判率。而一般獨立性檢定多應用 X2 統計法檢定兩個參數間是

否互為獨立，若檢定結果非為獨立，則繼續進行『關聯性分析』，據以了解兩者間關聯性質與

其相關程度（如式 1）。經 X2 獨立性檢定後，本研究除區分出相依或獨立性之各組參數外，另

求出相依性參數之列相關係數（C 列聯相關分析），再由高至低之 C 列聯相關分級強度（如表

3），找出相關程度較高的參數，另經由 X2 獨立性檢定後，再求出顯著性參數之列相關係，予

以作相關程度分級評比，經檢定後發現土壤沖蝕程度與植生覆蓋率、土壤沖蝕程度與 24 小時

有效累積降雨量等參數間呈現中等程度相關性，因此本研究再進行該參數之融合顯著性檢定，

本研究初步選定四種因子融合模式，據以降低整體模式之干擾雜訊，並利用 ANOVA 統計檢定

分析（F 檢定）決定最具顯著效果之因子融合模式，而 ANOVA 統計法主要係利用各變數組間

與組內的差異關係，以評比出最具顯著效果之變數組，故本研究乃利用統計原理，評比出四種

模式中 Dt 值最大者，作為最佳融合模式，其係因組間差異性最大者代表該組平均數為各組最

大，故帶回複相關回歸分析時，再次發生因子高相關性之機率也就越小。經檢定結果發現土壤

沖蝕程度與植生覆蓋率之融合顯著性較原來兩參數獨立時為低，故本研究最終決定將 24 小時

有效累積降雨量及土壤沖蝕程度融合，並利用 Dunnett 檢定模式決定各相關參數之融合模式，

經分析後得到最具顯著效果之參數融合模式應為(A2+B2)/(A+B)（如表 4）。

A B (A+B) C D (C+D) ))()()((

)( 22

DBCADCBABCADNX

++++−= ………………………式 1

(A+C) (B+D) 式中，A、B、C、D：為各因子間之分級數

558

Vol. 32. No.12 June. 2006 37 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

(1)當參數級數相等：NX

XC+

= 2

2…………………………………………………………..式 2

(2)當參數級數不等：)1,1min(*

2

−−=

JINXVC ………………………………………………..式 3

式中，N 為樣本數； C 為兩參數分級數相同時之列聯相關係數 VC 為兩參數分級數不同時之列聯相關係數

表3 各項促崩參數之相關強度分級一覽表

4 級*4 級 (Max=0.87)

相關強度 5 級*5 級 (Max=0.89)

相關強度 級數不等 (Max=1)

相關強度

0.69 以上 極高相關 0.72 以上 極高相關 0.8 以上 極高相關 0.52~0.69 高度相關 0.54~0.72 高度相關 0.6~0.8 高度相關 0.35~0.52 中等相關 0.36~0.54 中等相關 0.4~0.6 中等相關 0.17~0.35 低度相關 0.18~0.36 低度相關 0.2~0.4 低度相關 0.17 以下 極低相關 0.18 以下 極低相關 0.2 以下 極低相關

※以上之〝級數〞表示為各項參數之區分等級

表4 應用Dunnett(Dt)檢定分析促崩參數之融合模式統計分析表

組數 參數名稱 Dunnett(Dt),F0.99=3.84 組內自由度(n) 1 (A2+B2)/(A+B) 11.22** 54 2 (A+B)/2 9.77* 54 3 2*(A*B)/(A+B) 8.33* 54 4 SQRT(A*B) 9.02* 54

控制組 現況受損與否 -- -- *:表該參數檢定結果為顯著;**:表該參數為該組最顯著者

3.3 顯著性檢定

顯著性檢定旨在使輸入參數與期望值之間產生極佳的區別效果，也就是輸入參數與輸出結

果之組間差距更能展現其顯著效果，以免模糊推論分析時各項輸入參數間產生極大權重差異，

故使用顯著性檢定篩選對影響性較高之參數，亦是判斷參數內部對受損與未受損道路邊坡資料

之分辨能力，故依此檢定方式讓各參數權重強度落於可接受之差距範圍內，將極低顯著性參數

刪除，進而降低模糊推論模式運作之繁複性與誤判性。本研究經由顯著性檢定結果顯示，其平

均坡度、坡向、岩性強度、土壤沖蝕程度、24hr 有效累積降雨量及植生覆蓋率等 6 項促崩參數

之顯著程度介於 4.68~11.67 之間（如表 5），遠高於坡高、岩層構造、土壤有效深度及 NDVI平均值等 4 項參數之顯著程度（介於 0~1.03 之間），且該四項參數明顯未達 99%之顯著程度，

因此可將該顯著性極低之 4 項參數剔除，並將其他 6 項顯著程度極高之參數納入模糊集推論模

式中分析，並將作為模式分析時所需之主要輸入參數。

559

臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 38 Vol. 32. No.12 June. 2006

表5 顯著性檢定分析各促崩參數之顯著性統計檢定表

組數 參數名稱 F0.99=4.05 自由度(n) 1 平均坡度 6.99* 54 2 坡向 11.67* 54 3 岩性 6.99* 54 4 土壤沖蝕程度 8.73* 54 5 植生覆蓋率 4.68* 54 6 24hr 有效雨量 5.24* 54 7 土壤有效深度（剔除） 0.00 54 8 坡高（剔除） 0.95 54 9 岩層構造（剔除） 0.79 54

10 平均 NDVI（剔除） 1.03 54 *:表該參數於顯著性檢定結果為顯著

四、數值分析模式建立

4.1 模糊集推論系統 模糊推論系統(Adaptive Network-Based Fuzzy inference system ，簡稱 ANFIS)乃是應用類神

經網路學習法則，將誤差函數予以最小化，並依此循環修正隸屬函數之隸屬度。其主要係利用

系統輸出與輸入所組成的資料，建立最佳化模糊推論模型，進而將該模糊推論系統模式應用於

統計影響因子之推估、預測、設計、決策及診斷等範疇。本文運用 MATLAB 工具箱之 ANFIS建立雲林縣古坑鄉縣道 149 乙線道路邊坡崩塌數值模糊推論系統模式（如圖 1），其目的在於利

用模糊原理訓練現地勘查結果與影響參數間之複相關回歸關係。ANFIS 乃是經由 MATLAB 程

式語法撰寫，並建置於 Fuzzy-GUI 控制設計器中，當網路學習循環 N 次及均方誤差(MSE)接近

圖1 古坑鄉縣道149乙線道路邊坡崩塌模糊推論系統模式

560

Vol. 32. No.12 June. 2006 39 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

0 時，整體網路訓練即可達到最佳收斂效果。經由本研究應用 ANFIS 訓練測試結果得知，當學

習循環設定為 500 次時，系統內定之 8 種隸屬函數均可達穩定收斂效果（如圖 2），再經由均方

誤差之評比結果發現，鐘型隸屬函數(Gbellmf)之隸屬度訓練均方誤差最低且 R2 最高（如表 6），

另將各參數積差相關結果比對模糊推論結果，發現鐘型隸屬函數之參數相關性誤判率最低，因

而選定鐘型隸屬函數為本模糊推論系統之最佳化隸屬函數，且其訓練目標與訓練驗證的準確度

極高（如圖 3），最後可得 ANFIS 自動化模糊推論系統（如圖 4）所示。

圖2 本研究應用ANFIS訓練8種隸屬函數收斂結果

表6 應用ANOVA檢定分析各促崩參數之相關性（R2）統計分析表

歸屬函數類型 系統代號 均方誤差(MSE) 相關性誤判率 R2

三角型 trimf 0.070 60% 0.855

梯型 trapmf 0.078 80% 0.846

鐘型* gbellmf* 0.000001* 0%* 0.999*

高斯函數 1 型 gaussmf-1 0.000003 20% 0.999

高斯函數 2 型 gaussmf-2 0.000365 20% 0.989

pi 函數型 pimf 0.000012 60% 0.998

dsig 函數型 dsigmf 0.010425 40% 0.944

psig 函數型 psigmf 0.010462 60% 0.944

*:表示為本研究建構 ANFIS 之最佳歸屬函數

561

臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 40 Vol. 32. No.12 June. 2006

圖3 本研究應用ANFIS與鐘型歸屬函數之訓練驗證圖

圖4 ANFIS模糊推論自動化系統

4.2 驗證設計 在本研究複相關因子回歸分析中，ANFIS 模糊推論系統之均方誤差(MSE)、回歸相關係數

(R2)及相關性誤判率，雖均已達到高準確率之地步，然而訓練性模式之準確度充其量僅可達到

回歸重現性，並未真正達到正確性與適用性均極高之客觀模式，亦即倘若未來於該地區重新調

查及資料更新時，該模式將可能產生過量誤差及雜訊，導致系統之準確度及可信度將大幅降

低。故為驗證系統之準確性與適用程度，本研究另於古坑鄉縣道 149 甲、乙兩線混合抽樣調查

30 處道路沿線邊坡狀況（15 處受損；15 處未受損）進行驗證設計，經驗證結果，得知模糊推

論系統之均方誤差約為 0.01529，R2 高達 0.996（如圖 5），通過回歸適用性檢定(F.99=2390*)，

562

Vol. 32. No.12 June. 2006 41 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

故本研究依此將該系統模式推舉作為縣道 149 乙線道路邊坡崩塌與護坡工程受損風險評估之最

佳化數值分析模式，應屬正確可行。

圖5 模糊推論系統模式混合抽樣30處道路邊坡崩塌之測試驗證圖

五、模糊推論系統實地案例分析

本研究選擇 149 乙線 4k+400m、6k+600m 等 2 處邊坡案例配合模糊模式推導推論結果，

予以分析探討其山區道路之邊坡崩塌特性，並作為爾後 149 乙線山區道路護坡工程規劃設計之

參考。 5.1 案例一：雲林縣古坑鄉 149 乙線 4k+400m

此邊坡之地理位置位居於雲林縣古坑鄉 149 乙線朝北方向左側 4k+400m 處（如照片 1），

岩性主要為砂岩、邊坡面向東南方(SE)、平均坡度陡峭約在 40～50 度之間且其植生覆蓋率小

於 30%，現場坡面沖蝕嚴重，危石未清除，屬於平面剪力破壞型式，若遭遇豪雨即會產生滑動

破壞，因此本研究事先將該地區岩性與坡向值輸入模糊資料庫中，以平均坡度、冲蝕程度&24hr有效雨量及植生覆蓋率等參數作為模糊推論投影(Projecrtion)與柱狀擴充(Cylindrical Extension)輸入值，進而求得山區道路邊坡受損程度之近似推論（如圖 6）。經模糊推論結果顯示，冲蝕程

度&24hr 有效雨量與平均坡度對於本案例邊坡受損程度之模糊近似推論辨識效果（受損 0 與未

受損 1 之區別效力）最佳，依此研判若以本研究所篩選之六項促崩參數來看，該邊坡受損原因

除地質條件、邊坡坡向、植生覆蓋率等既定因素外，其他主要因素可歸於邊坡平均坡度過陡且

崩積土堆積於陡坡，倘若發生豪雨將使坡面逕流匯集，產生坡面沖蝕破壞，導致邊坡發生滑移、

石塊掉落的現象，對山區道路行車安全產生極大影響。故建議設置縱橫向排水系統，將雨水導

入排水溝排出，以降低坡面沖蝕，且應對於邊坡進行削坡工程，使邊坡平均坡度下降，以增加

其安全性（如圖 6）。

563

臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 42 Vol. 32. No.12 June. 2006

照片1 雲林縣古坑鄉149乙線4k+400m處邊坡實景

圖6 雲林縣道149乙線4k+400m處邊坡崩塌風險之模糊推論圖

5.2 案例二：雲林縣古坑鄉 149 乙線 6k+600m 此邊坡之地理位置位居於雲林縣古坑鄉 149 乙線朝北方向左側 6k+600m 處（如照 2），岩

性主要為砂頁岩互層、邊坡面向南方、平均坡度約在 40～50 度間，且其植生覆蓋率僅約

30%~50%，現場邊坡排水不良、坡面沖蝕嚴重，造成坡面縱向排水工程及護坡工程坡址遭致破

壞。本研究首先將於試驗地區之岩性與坡向輸入模糊推論模式中，與案例一推論方法相同，以

平均坡度、冲蝕程度&24hr 有效雨量及植生覆蓋率等參數作為模糊推論投影與柱狀擴充，進而

求取近似推論值。經模糊推論結果顯示，平均坡度與植生覆蓋率（如圖 7），對於本案例邊坡受

損程度之模糊近似推論辨識效果最佳，該邊坡受損原因除地質條件、邊坡坡向、冲蝕程度&24hr

564

Vol. 32. No.12 June. 2006 43 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

有效雨量及植生覆蓋率等既定因素外，其他主要因素則歸於邊坡平均坡度過陡，造成植生不

易、土石鬆軟，且排水設施不良，欠缺整體水理分析，導致坡面逕流發生越流沖刷，形成排水

溝渠渠床受水蝕下切沖刷與側翼為漫地流(Overland Flow)淘蝕，造成坡面 V 型蝕溝之加速刷

深、擴展與兼併，嚴重破壞其坡面安全排水設計功能，故建議對此邊坡應先進行整坡，將其平

均坡度降低，再施行植生工法與重新檢測坡面排水系統之水理分析與合理規劃配置，必要時應

設計坡面逕流消能措施，以增加於邊坡之穩定性（如圖 7）。

照片2 雲林縣古坑鄉149乙線6k+600m處邊坡實景

圖7 雲林縣道149乙線6k+600m處邊坡崩塌風險之模糊推論圖

565

臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 44 Vol. 32. No.12 June. 2006

六、結論與建議

1. 本文採用 Pearson 積差相關、X2 獨立性及 G2 交互性等統計檢定法，求得各邊坡崩塌與護坡

工程受損影響參數之相關趨勢、相關程度及其交互關係。經檢定後發現坡面土壤沖蝕程度與

植生覆蓋率、土壤沖蝕程度與 24 小時有效累積降雨等促崩參數間均呈現中等程度相關性，

因此本研究再進行相關參數之融合顯著性檢定，結果發現土壤沖蝕程度與植生覆蓋率之融合

顯著性較原來兩參數獨立時為低，故決定將 24 小時有效累積降雨及土壤沖蝕程度等二因子

融合，且利用 ANOVA 統計檢定分析決定最具顯著效果之因子融合模式，而 ANOVA 統計法

主要係利用各變數組間與組內的差異關係，以評比出最具顯著效果之變數組，故本研究乃利

用統計原理，評比出四種模式中 Dt 值最大者，作為最佳融合模式，經分析後得到最具顯著

效果之參數融合模式為(A2+B2)/(A+B)。 2. 由各促崩參數顯著性統計檢定分析結果得知，平均坡度、坡向、岩性、24hr 有效累積降雨量、

沖蝕程度及植生覆蓋率等參數，對於 149 乙線邊坡整體受損程度影響性較高，係屬本數值分

析模式中之高度相關促崩影響參數；而土壤有效深度、坡高、岩層構造及平均 NDVI 則屬於

低度相關影響參數。 3. ANFIS 模糊推論系統進行訓練，需選擇隸屬函數之型式，而當學習循環設定為 500 次時，模

糊推論系統模式內定之 8 種隸屬函數均可達穩定收斂效果，再經由均方誤差之評比結果發

現，鐘型隸屬函數(Gbellmf)之隸屬度訓練均方誤差最低且 R2 最高，另將各參數積差相關結

果與模糊推論結果比對，發現鐘型隸屬函數之參數相關性誤判率最低，因而選定鐘型隸屬函

數作為本模糊推論系統模式之最佳化隸屬函數。 4. 本文為驗證模糊推論系統之準確性與適用程度，另於古坑鄉縣道 149 甲、乙兩線混合抽樣調

查 30 處道路沿線邊坡狀況（15 處受損；15 處未受損）進行驗證設計，經驗證結果，得知模

糊推論系統之均方誤差約為 0.01529、誤判率為 1.8%、R2 更高達 0.996，通過回歸適用性檢

定(F.99=2390*)，故本研究依此將該系統模式作為縣道 149 乙線道路邊坡崩塌與護坡工程毀

損之最佳化模糊推論模式。

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臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 46 Vol. 32. No.12 June. 2006

臺灣公路工程 第 32 卷第 12 期 民國 95 年 6 月 Taiwan Highway Engineering Vol. 32 No.12 June. 2006. pp46-48

從地球永續發展談隧道工程的未來

白郁宇∗

一、前言

‘Sustainable development could be key to the future of tunnelling’- Shaun Firth of Halcrow Group 永續發展(sustainable development)及可持續性(sustainability)的概念有很多定義，最普遍的

定義之一是聯合國所認定的： 「符合當今人類需求的發展不可危及後代子孫他們自己的需求」(Development that meets the

needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs)。 為生存而成為社會準則的定義： 「永續發展是一個變動過程，在這個使所有的人實現他們的潛能和改善他們生活品質的過

程中，同時保護及提高支持地球生命的系統」（非政府組織）。 更普遍的、簡化的定義： 「經濟的－社會的－環境的」，其背後所隱含的信息是商業和政府必須考慮經濟及社會成

長須與環境調和，此三者同等重要。

二、與永續發展有關的政治活動

二十世紀 70 年代及 80 年代，有一群來自世界的科學家、行動主義者及其他的政策的制定

者開始注意人類活動及發展所造成的環境問題，1987 年「永續發展」這用詞被提出後不久，在

名為 “Our Common Future” 的報告（亦稱為 “Brutland Report” 中引起全世界的注意，該報告

由聯合國環境及發展世界委員會提出(WCED)）。 5 年後的 1992 年，這個問題在巴西里約熱內盧的地球高峰會被提出。強調「永續」目標的

環境及健康議題在此高峰會達成共識。達此目標方法被制定及當作 “Agenda 21” 文件。該文件

作為導引政府在處理從女權、較公平的土地所有權到國家貿易關稅、危險的廢棄物及森林、農

地、海洋的永續使用的原則。 接著在 1997 年制定京都議定書(“Kyoto Protocal”)，企圖到 2012 年將溫室氣體減少 5.2%，

小於 1990 年的排放水準。但一般認為該協議註定會失敗，因為全世界二氧化碳最大排放國美

國及澳洲已經中途退出。 地球高峰會後 10 年，2002 年在南非約翰尼斯堡世界永續發展高峰會，會中更進一步言明

將永續發展目標擴大到安全的水、適當的衛生和現代化、乾淨的能源、恢復魚場、削減伐木及

限制有害化學物品所造成的傷害，這些目標是否會達成有待觀察。

∗ 土木技師、工程地質師

568

Vol. 32. No.12 June. 2006 47 臺灣公路工程第 32 卷第 12 期-

三、永續發展的重要性

過去 50 萬年，世界人口緩慢成長，在 20 世紀初突然改變，人口從 20 世紀的 10 億增加到

目前的 60 億，依據這個成長率預估到 2050 年世界人口將達到 90 億，110 億是地球人口最高峰。 人口爆炸導致氣候改變，這是世界權威科學家一致認為是人類活動所產生的問題，20 世紀

全球平均溫度升高 0.6°C，全球海水面平均上昇 10 公分至 20 公分，增加對低窪地區的威脅。

工業化的結果增加溫室氣體如二氧化碳的排放造成氣候改變。減少溫室氣體排放量的兩個主要

要素是轉變使用化石燃料能源改採使用再生能源及改進能源效率。俄羅斯總統普廷可能是唯一

的樂觀者，2003 年 10 月他說：全球溫度升高 2°C 至 3°C 對北方國家如俄羅斯不是壞事，我們

花在穿皮衣的時間會減少，穀物收穫將提高。 工程師現在必須採取行動，工程師能夠在“永續發展”的議題上位於好的領導地位。

四、永續發展中的隧道工程

走入地下有利環境及永續發展，未來的隧道工程保證會有巨大需求，假如地下工程這產業

有益於環境，那麼環境將有益於地下工程產業！ 假如地下工程產業成為支持「永續發展」的行動者，將會有巨大的工作量，國際隧道學會

承認如此結果，因此，在 2003 年修正目標如下： 「為了大眾、環境及永續發展，鼓勵地下空間的使用」 一般而言，隧道在建造之初及設計使用年限結束時，比地面的替代工程使用較多的能源及

資源，但如果將使用年限內的成本及能源效率考慮進去，在權衡隧道的正負面後，隧道長期的

好處勝過地面的替代工程，隧道提供一個更可永續的解決辦法。

五、隧道工程的優勢

不管對公路、鐵路、供水、污水、污染性廢棄物的處置及儲存、噪音、能源使用及空間需

求，隧道工程有很多的優勢。 5.1 使用交通運輸隧道的好處

鐵路隧道及公路隧道已被設計用來取代地面交通，增加無污染的大量性交通的使用，減少

使用私人交通及縮短通勤時間，減少都市地區的擁擠及污染。 將城市道路網移到地下空間，使得自然環境可以深入到城市中；提高土地整體利用，將現有

地上城市及地下城市相融合(“日本的全地下空間”概念)；與交通完全分離將大大減少與交通網絡

之間的衝突；縮短城市市政網絡的長度；減少交通噪音和空氣污染，提供安靜和安全的環境。 5.2 使用輸水及污水隧道的好處

隧道工程可提供人類清潔的用水及健康的衛生環境。全世界幾乎所有的大城市都有主要幹

管或隧道網絡用來提供飲用水及排放廢水，其中有很多已在破損狀態，其對隧道工程有成長需

求。同樣地，人口的增加及都市的膨賬，很多主要幹管或隧道網絡計畫需要來滿足此需求。 5.3 使用地下倉庫的好處

可燃性氣體及液體儲放在地下可減少火災及爆炸的風險（機率×損失）。受到地層的保護，

無論冬夏，地下空間溫度穩定性最適合那些季節性的，或長期熱穩定性的工業，如膠卷及製酒

569

臺灣公路工程第 32 卷第 12 期- 48 Vol. 32. No.12 June. 2006

工業。地下空間可作為大規模的冷藏及中央食品儲藏。 為了安全理由，工業的和核能的廢棄物經常被存放在地下，以保護環境，避免放射性物質

外洩而影響人們的生存環境。這些是巨大的地下工程計畫，其直接強調環境的和永續的發展。 5.4 使用地下空間的好處

無論冬夏，地下空間都可提供舒適的室內環境，它消耗的能量更少，而且可減少熱量的得

和失；保護自然美景，減少建築材料消耗；提供地上及地下空間的雙重土地利用，緊湊的土地

利用減少能量消耗；城市裡可提供有著令人愉快的綠色空間的開敞自然環境。

六、減少隧道的影響 就隧道本身而言，使用隧道的很多理由和永續發展的理念是一致的，如何改進隧道建造過

程使它更符合「永續發展」。 6.1 照明

減少隧道影響的方式之一是盡量使用自然光而減少人工照明，利用太陽光的光學原理將太

陽光射入地下空間，此方法是採用貼有塑膠 Fresnel 光學鏡片將太陽光投射到地下空間。 另一種減少人工照明需求的方法是在隧道下半部的全部或部份壁體塗上一層反光物，明亮

色彩的反光物反射隧道內的光，使照明更有效率，具有點彩組構的反光物可減少光線耀眼。 6.2 水

從開挖隧道開始，地下水流入隧道是一個問題，然而現今的隧道防水技術比過去好，已改

進地下水滲入隧道內，或在隧道下部收集地下水後用於別的地方。例如水被直接導到中央集水

箱或集水坑後，經泵送到附近田地作為灌溉用水或儲存起來作為消防用水。 6.3 噪音與振動

隧道工程計畫存在噪音與振動的問題，有多種措施可用來減少噪音與振動對隧道鄰近的影

響，例如在空氣出口設置減音設備，在變壓器、送風機、泵浦周圍設置隔音牆，使用低振動設備。

七、國外案例

有數個國外隧道計畫已用來解決永續發展問題，或其設計和施工採用永續發展理念，其中有

荷蘭 Groene Hart 隧道、美國波士頓 Central Artery、美國西雅圖 I-90 高速公路及美國加州地下酒庫。

八、結論 當很多人開始知道圍繞在我們周遭永續發展的議題時，少數人正盡可能地深入了解它，工程

界接受永續發展有很大的利益，工程師處於有利的領導位置，尤其是隧道工程師，從前述國外案

例可知。 影響過去有很多隧道工程計畫的主要因素有：減少噪音污染、減少空氣污染、減少擁擠、

減少通勤時間、避免視覺的或美學的污染、預防淹水、為其它目地開發土地、保護環境免於受

到有害物質的污染、保護具有歷史、文化及古蹟的地區、因穩定的溫度而節省能源、節省使用

期間的成本支出。其他的利益尚有公司的形象。 可以確定的是永續發展和隧道工程相輔相成，對永續發展的認知及要求的增加，將對隧道

及地下空間的需求亦將增加，其為隧道這行業產生令人興奮的未來。

570