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터널이야기

Shield 공법의 종류 및 인버트 뜻

by ◎◎●◎●◎◎◎● 2020. 5. 24.
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Shield 공법

기계굴착공법인 shield는 굴착 중에 막장이 붕괴되지 않고 안정해야 하고 적당히 지보되어 단면이 유지되어야 한다. 막장 안정 공법에 따라 이수식과 토압식으로 대별할 수 있다. 시공순서는 막장 안정 유지하면서 굴착한다, 굴착토사를 배출한다, 굴착 중 skin plate로 토압과 수압 등을 지지한다, 세그먼트 조립으로 지보를 설치한다, 세그먼트 배면 그라우팅을 시공한다.

이수식 Shield TBM 공법

챔버 내에 이수의 가압순환으로 막장을 유지하면서 커터헤드로 굴착한다. 이수를 순환시켜서 굴착토를 배출한다. 점성토 지반에서는 이수 압이 적정 이하면 heaving이 발생하고 지반침하가 생긴다. 사질토 지반에서는 투수계수 큰 지반 시 이수 유출로 막장 붕괴 위험이 있다. 사력토 지반에서는 큰 자갈 파쇄가 필요하고 막장 붕괴 위험이 있다. 암 지반에서는 파쇄대 이수 이탈의 위험이 있다. 수압에 의한 막장 안정 유지가 유리하므로 해저, 하저 등에 적응성이 크다. 이수 처리 플랜트 처리 면적이 많이 소요되므로 도심지에서는 불리하고 소음 환경 등의 민원이 발생할 수 있다. 서울 지하철 여의도 구간, 부산지하철 수영장 하저구간, 금강 하저 가스관로, 마산만 해저 가스 관로가 이 공법으로 시공되었다. 

토압식 Shield TBM 공법

챔버 내에 굴착된 토사를 압축함으로써 막장면을 유지하면서 굴착한다. 스크류 컨베이어로 굴착토를 배출한다. 점성토 지반에서는 모래 함유량 증가 시에 유동성이 나쁘다. 사질토나 사력토 지반에서는 차수가 힘들다. 암 지반에서는 버럭 처리 유동성 이 있다. 수압이 클 경우엔 굴착 토만으로 차수가 곤란하므로 수압이 큰 조건에서는 적용이 힘들다. 서울 지하철 7호선 연장구간, 분당선 성수-청담 한강하저구간, 광주지하철 금난로 구간이 이 공법으로 시공되었다. 

선정 조건

막장 안정이 제일 중요함으로 제조건과 사례 등을 토대로 신중하게 공법을 선정해야 한다. 어떤 경우라도 토사 지반에서는 지반침하가 예상되므로 막장 안정 유지, 배면 주입 충실이 꼭 필요하다. 막장 관찰이 선행될 수 없으므로 사전조사를 꼼꼼하게 하여야 하며 침하, 수평 변위, 지하수위, 간극수압, 토압, 인근 구조물 등에 대한 계측이 선행되어야 한다. 

이수 가압식 실드 공법

기계굴착공법인 Shield는 굴착 중에 막장이 붕괴되지 않고 안정해야 하고 적당히 지보되어 단면이 유지되어야 한다. 막장 안정 공법에 따라 이수식과 토압식으로 나뉠 수 있다. 챔버 내에 이수의 가압 순환으로 막장을 유지하면서 커터 헤드로 굴착한다. 이수를 순환시켜서 굴착토를 배출한다. 점성토 지반에서는 이수 압이 적정 이하면 해빙이 발생하고 지반침하로 이어질 수 있다. 사질토 지반에서는 투수계수가 큰 지반에서 이수 유출로 막장 붕괴 위험이 있다. 사력토 지반에서는 큰 자갈 파쇄를 실시하는 것이 막장 붕괴를 막는데 유리하다. 수압에 의한 막장 안정 유지가 유리하므로 해저나 하저 등에 유리하다. 이수 처리 플랜트처리 면적이 많이 필요하므로 도심지에서는 비용이나 민원처리 면에서 불리하다. 연약지반이나 해저, 하저 등의 수압이 높은 조건에서 유리하다. 토사반출이 유체수송이므로 배출이 쉽다. 이수처리 설비로 부지가 필요하다. 이수의 오염이 발생한다. 막장 안정이 중요하고 지반침하 방지를 위해 배면 주입에 신경을 써야 한다. 부산지하철 수영강 하저 공사, 서울 지하철 여의도 구간이 이 공법으로 시공되었다. 

인버트

인버트는 터널 단면의 바닥 부분을 통칭하는 의미로 사용되며, 원형터널의 경우 바닥부 90'구간의 원호 부분이나 마제형 및 난형 터널의 경우 터널 하반의 바닥부분을 말한다. 제한적으로는 지반이 불량한 지역의 터널공사에 주벼년위를 억제하고 안정성을 높이기 위하여 터널의 1차 지보재와 일차의 링구 조체를 이루는 아치형으로 굴착된 터널 바닥부에 타설 하는 뿜어 붙임 콘크리트 구조로서 터널 상부의 아치구조에 대응하는 바닥부의 역아 치구 조를 말한다. 

조기 안정성 확보를 할 수 있다. 팽창성 지반, 압축성 지반 및 함수 미고 결층 지반에서 굴착 직후 닥부에 인버트를 서치하여 사안 아치와 일체화시켜서 국부적인 응력집중과 바닥부의 변위를 제어한다. 소성 영역이 확대되는 걸 방지한다. 상반 아치와 인버트가 구조적으로 일체화되어 응력집중을 방치하여 응력을 주변 지반으로 분산시켜서 소성 영역의 확대를 방지한다. 팽창성이나 압착성 거동이 예상되는 천매암, 이암, 미사암이 발달한 지역에서 유용하다.

https://youtu.be/Hv66X3rIf6o

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