方齋夜話--殘夢軒

謝清志博士與南科減振工程案再探

7/7/2006

謝清志博士因南科高鐵減振工程一案遭羈押禁見至今已逾45天，承辦的台南地檢處似乎無多大的進展，蓋這是一個司法體係與行政主辦單位對案情認知判斷差異所致的事件。檢調認為謝清志博士及國科會主辦團隊有計劃的讓特定廠商鴻華科技公司得標，將南科高鐵減振工程由統包改成兩個標發包，先綁工法再綁工程，涉嫌貪污重罪；而主辦的國科會團隊則認為要解決此一困擾三位主委、史無前例的大型土木工程問題，必須打破先前採取只限甲級營造廠才具投標資格的統包，改為無資格限制、可以廣邀國內外廠商來投標的兩個標發包。一方認定工程由一家本來不具投標資格的廠商得標，得標金額80.5億比原本就具有投標資格的永峻公司公司所報的18.5億高出太多，其中一定有弊端；另一方面則認為只有鴻華科技所提的工法才能解決問題，工法之採用需以符合公共利益為考量，因此並無不法。本文再就一些媒體所載的論點與對比案影響深遠的台北高等行政法院裁判，提出專業的看法，希望能幫助國人對此工程有更清楚的了解。

南科高鐵減振工程策略

不同於竹科是位在岩石地質區域，南科園區這塊原屬台糖蔗園的地質是軟的，軟質地層產生的振動遠大於岩質地層。高鐵貫穿南科園區右側近5公里，在此路段中，高鐵採高架橋方式，因位於軟質地層上，故採樁基礎以避免橋墩沉陷，而沿線的高科技廠房，因其機械設備對水平要求極為嚴格，為避免發生不均勻沉陷，廠房基礎也都採用樁基礎設計。當高鐵行經此路段時，由於行駛所造成的振動藉軌道下方的樁基傳下去，經由下圖所示的三種途徑﹕1. 振波經軟質土層傳遞，2. 振波經岩質承載層傳遞，3. 振波經廠房樁基傳遞至廠房的樓板，對精密廠房造成振動效應，直接影響其生產良率。

美國的科學家Colin G. Gordon於1991在國際光學工程學會年會發表一篇論文探討對振動敏感的設備之一般準則（Generic criteria for vibration-sensitive Equipment），文內所建議的各類敏感設備平台之容許振動標準（如下表）已成為今日國際半導體廠建廠設計中的振動標準之主要依據。Gordon採1/3 倍音頻頻帶（one-third octave band）表示法，以分貝（decibel, 簡寫 dB）為單位來表示各音頻帶之中央頻率所對應的振動量，其計算式為一以十為基的Log函數﹕

式中Vm為測點量測所得的振波速度（in/sec）。V_ref為振波參考速度（in/sec），其值為10^-6in/sec，亦即每秒 1 micro-in。如下表所定的標準， 0.25微米及0.18 微米製程的晶圓廠工作平台之設計需求分別為48 dB及42dB，其相對容許振動速度分別為250與125 micro-in/sec。以如此微小的振動速度來論，南科高鐵減振工程不是傳統地震工程學上的抗震問題，而是一個要減低以分貝計量的機械振動問題。

表一．容許振動量之一般規範（Gordon，1991）

振動規範	最大振動量		適用製程尺度(微米)	振動描述
	10-6in/sec	dB
工廠（ISO）	32000	90	NA	可以明顯感受振動
辦公室（ISO）	16000	84	NA	可以感覺到振動
住家（ISO）	8000	78	75	勉強可以感覺到振動，適用於低倍率（20倍以下）之顯微鏡
手術室（ISO）	4000	72	25	感覺不到振動，適用放大倍率低於100倍之顯微鏡
VC-A	2000	66	8	適用放大倍率低於400倍之光學顯微鏡
VC-B	1000	60	3	適用放大率低於1000倍之光學顯微鏡，以及精度在3微米之製版印刷或檢驗儀器
VC-C	500	54	1	適用於精度在1微米之製版或檢驗儀器
VC-D	250	48	0.3	適用於大多數之儀器，包含電子顯微鏡（TEM及SEM）
VC-E	125	42	0.1	對於大多數的情形，這是一項嚴格的標準，應可滿足對振動相當敏感之設備

依上述三種途徑傳遞高鐵振波到廠房樓板，南科高鐵減振工程策略可分成下列三種﹕

上策﹕減低振源振動量

中策﹕在振動傳播途徑的地盤內阻隔振動之傳播

下策﹕在廠房附近的地盤內阻隔振動之傳播

鴻華科技所提出的複合式工法之基礎加勁構造減振機制就是一種上策工法，它在橋墩下方加以基礎加勁，以減振連接器(Damper)連接所有的加勁構造，連接器的作用是當高鐵通過時，所有連接器都連結在一起，增加基礎的剛性(Stiffness)，但當大地震發生時，基於安全考量連接器被設計成自動鬆掉，如此又能保有原先點基礎的柔軟特色(Flexibility)。這種基礎加勁工法具有下列四個特點﹕1,以基礎加勁構造降低振動源之振幅；2.改變振動頻譜；3.將點振源變成線振源；4.減少透過基樁底部之深層波傳而改變成淺層傳播。這不但是一個很有創見的發明，而且可能是唯一能解決南科高鐵減振問題的方案。

永峻所提的方案是一種傳統地震工程學的抗震工法之應用，它在震動傳播途徑的地盤內挖掘溝槽並回填軟質材料以阻隔振動波之傳播，這種工法通常用在建築物四週以防止遭受地震波的損壞。永峻的方案是在距高鐵橋墩15~30公尺遠處挖一條與之平行、深50公尺、寬0.5公尺、長5公里無防護牆的溝槽，並填以許多膜包皂土球來穩定溝槽邊坡。與其它溝槽式工法一樣，這種工法最主要的限制在於其不能挖得太深，試想一個50公尺深的溝槽對不遠處的高鐵橋墩而言猶如處在一片懸崖峭壁上，會產生邊坡穩定的問題，直接影響高鐵橋墩的安全。在溝槽設置深度受限情況下，溝槽僅能隔絕波長較短或頻率較高之振波，因此對屬低頻率振動的南科高鐵而言，此工法的減振效果其實非常有限。筆者因無南科軟質地層厚度資料，故只能說永峻的工法頂多能阻隔上述第一種途徑傳遞的振波，故它是屬介於下、中策之工法。