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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
17권 4호
초록
국내의 장대터널 및 도심지내 터널시공과 시공계획이 증가함에 따라 터널굴착기술의 개발이 요구되고 있다. 국내의 터널 굴착 방법으로 drilling & blasitng method가 주로 쓰이고 있는 실정이나 이 공법은 극심한 발파진동으로 현장주민의 민원과 인근 암반구조물에 피해를 입히는 단점이있다. 따라서 문제발생예측 지역에는 무발파 굴착공법인 TBM터널링을 사용하는 것이 효율적이다. 하지만 TBM 터널링은 drilling & blasitng method와 비교하였을 때 비경제적이므로 현장에서 꺼리는 실정이다. 이러한 한계를 극복하기 위하여 다양한 TBM 장비 및 시공기술이 요구된다. 또한 관련된 기술의 기준이 될 수 있는 시방서 및 설계기준의 지속적인 개정도 필요한 상황이다. 본 연구에서는 2015년 고시된 터널표준시방서내 TBM에 대한 개정 내용 및 관련 해설에 대한 내용을 다루고 있다.
Abstract
With increase of the extension of long tunnels and urban tunnelling, demands on the new tunnelling technologies are raised. Currently, drilling and blasting tunnel construction method is mostly used, however, because of sever blast vibration for some occasions, complaints from local residents and rock damages are inevitable. Accordingly, TBM tunnelling is more efficient and effective for such conditions. Nevertheless, tunnel construction costs of TBM cannot compete that of the drill and blasting method in Korea. To overcome such limitations, various TBM equipments and construction technologies are required. In addition, continuous revision of the design standard and specification are required. In this study, a detailed explanation regarding the revised version of TBM section in the tunnel standard specification at 2015 is shown.
초록
본 연구에서는 배수형 쉴드터널 적용시 작용수압의 저감을 평가하기 위해 모형실험장치를 개발하여 배수 및 비배수 조건에서 작용수압 차이를 실험하였다. 모형실험 결과 배수 조건에서 간극수압 증가율이 감소하는 경향을 보였고, 비배수 조건에 비해 전응력이 더 작게 나타나 모형터널 내 지하수 유입에 의해 작용수압이 저감되는 것으로 나타났다. 현장계측 결과 쉴드터널 배면 지반 내 작용수압은 지하수위로 계산되는 수압(·H)보다 약 11~22%정도 적게 나타났다. 모형실험 및 현장계측 결과에서 배수 및 비배수 조건의 이론적인 설계수압과 작용수압의 차이가 나타났는데, 배수형 쉴드터널 적용시 기존 설계수압보다 감소된 수압을 적용하는 것이 가능할 것으로 판단되며, 수압 감소를 통해 세그먼트 단면 축소도 가능할 것으로 판단된다.
Abstract
In this study, model test equipment was developed to evaluate the hydraulic pressure reduction in appling the drainage shield tunnel and the model test for hydraulic pressure difference was performed in case of drainage and undrained conditions. In the result of model test, increase ratio of pore water pressure was decreased in drainage condition and total stress in drainage condition was smaller than that in undrained condition, so the hydraulic pressure was reduced by the groundwater inflow into the model tunnel. In the result of field instrumentation, the hydraulic pressure in the back ground of shield tunnel was small by 11~22% in comparison with the calculated hydraulic pressure (·H) in same groundwater level. In the result of model test and field instrumentation, it was appeared in drainage and undrained conditions that the difference between the theoretical hydraulic pressure and the real hydraulic pressure. It shows that it is possible to apply the reduced hydraulic pressure in applying the drainage shield tunnel and to reduce the segment section due to hydraulic pressure reduction.
초록
본 연구에서는 터널 시공 중 굴진면에서의 붕괴 위험을 판단하여 작업자의 안전을 확보할 수 있는 굴진면 안전감시시스템을 개발하였다. 이 시스템은 실시간으로 측정되는 굴진면 변위를 x-MR 관리도기법으로 실시간 분석함으로써 굴진면의 이상 거동을 감시할 수 있다. 또한 관리 기준을 초과하는 측정치의 개수와 이동 범위 k를 비교하여 굴진면의 이상 거동과 작업 과정에서 발생하는 오류를 구분할 수 있도록 오경보 판단 알고리듬을 개발하였다. 본 연구결과는 위험지반 구간에서의 굴진면의 실시간 거동 감시에 적용되어 작업자의 피해를 최소화 할 수 있을 것으로 판단된다.
Abstract
In the present study, a face safety monitoring system was developed that will enable judging collapse risks on faces during tunnel construction to secure workers' safety. This system enables detecting abnormal behaviors of faces by analyzing the displacement of faces measured in real time using the x-MR control chart technique. In addition, an algorithm to judge false alarms was developed so that abnormal behaviors of faces and errors occurring in the process of work can be distinguished from each other by comparing the number of measured values exceeding the management criteria and moving range k. The results of the present study are applicable to real-time monitoring of behavior on the face in dangerous ground sections to minimize damage to workers.
초록
본 연구에서는 직경 3.6 m의 국산 커터헤드를 설계‧제작하고 이를 기존의 토압식 쉴드TBM에 적용하여 연장이 1,275 m인 전력구 터널의 굴착공사를 수행하였다. 특히, 본 연구에서는 TBM 커터헤드의 설계절차와 그에 따른 TBM 굴착성능을 예측하기 위한 방법들을 정리하였다. 제작된 국산 커터헤드 장착 토압식 쉴드TBM의 실제 굴진자료를 분석한 결과, 최대 굴진율은 14.4 m/day이었으며 암석의 일축압축강도가 가장 큰 조건에 대해 커터헤드의 설계단계에서 제시한 4 mm/rev 내외로 디스크커터의 관입깊이가 관리되었음을 확인하였다. 또한 TBM의 구동 추력과 디스크커터의 연직력은 각각 TBM의 최대 추력 용량과 디스크커터의 최대 허용 연직력 이하로 나타났다. 현장에서 측정된 디스크커터의 작용력을 분석한 결과, 연암 조건에서 CSM모델의 예측 오차가 크게 나타남을 확인하였다. 마지막으로 암석의 일축압축강도와 디스크커터의 연직력 및 커터 관입깊이는 밀접한 상관관계를 나타내었다.
Abstract
A domestic cutterhead with the diameter of 3.6 m was designed and manufactured in this study. Then, it was attached to an existing earth-pressure balanced shield TBM to excavate a cable tunnel with the length of 1,275 m. Especially, the procedures for TBM cutterhead design and its corresponding performance prediction were also summarized. From field data analyses of the refurbished shield TBM, its maximum advance rate was recorded as 14.4 m/day. Penetration depths of disc cutters were found to be approximately 4 mm/rev, which is equal to the maximum penetration depth designed for the strongest rock strength condition in the target tunnel. Every TBM operating thrust and cutter normal force during TBM driving was much smaller than their corresponding maximum capacities. When cutter acting forces recorded in the field were analyzed, their prediction errors by the CSM model were very high for weak rock conditions. In addition, rock strength showed very close relationships with cutter normal force and penetration depth.
초록
디스크커터 내부부품의 손상과 관련된 원인은 씰(seal)부의 손상으로 인한 윤활유 부족, 토사 및 수분의 침투, 과부하, 과열, 조립문제, 소재문제 등이 있으며 손상 정도에 따라 디스크커터의 작동여부, 즉 회전이 가능한지가 나타난다. 따라서 디스크커터 회전문제에서의 핵심은 베어링의 작동여부라고 할 수 있다. 본 연구는 TBM의 굴착도구인 디스크커터의 재활용에 도움이 되고자 현장 적용된 디스크커터를 회수한 후 분해하여 내부부품을 조사하고 분석하였다. 그 결과, 허브의 부하영역에서의 스크래치는 재활용을 위해 가공작업이 필요한 것으로 나타났으며, 플로팅 씰의 래핑면과 오일상태는 재활용을 위한 성능파악에 필요한 시험으로 판단되었다. 특히 플로팅 씰은 베어링의 정상작동여부에 중요한 영향을 미치는 부품으로 파악되었다. 그 외의 베어링, 샤프트, 씰 리테이너에서는 특이사항이 없는 것으로 나타났다.
Abstract
The problems for non-rotating of a disc cutter proceed from the faults in inner parts of the disc cutter such as the leak of hydraulic fluid, the intrusion of tunnel mucks and water, overloading, overheating, poor assembly and substandard material. The rotating of a disc cutter is an indicator to show that the inner parts of disc cutter is operable, although the rotational torque depends on the extent of the damage. Therefore, the key in the problems for non-rotating of disc cutter is to maintain that the tapered roller bearings are working properly. This study aims to investigate the inner parts disassembled from disc cutters applied to the field tests in order to help decision for reuse of the disc cutters. As results, surface finishing to remove the scratch on the load zone of the hubs is needed, with the intent to reuse a hub. And the investigation of lapping surface by optical microscope of floating seals and the contamination test of oil need to be performed for reuse of a disc cutter. Especially, the analysis results show that the floating seals play a key role in the normal operation of bearings. There is nothing significant to report in the rest parts such as bearing, shaft, seal retainers.
초록
도심지 교통량의 증가로 터널구간의 정체현상을 해결하기 위해 기존의 터널을 활용하여 증축 혹은 개축하는 단면 확대공사가 최적의 대안으로 고려되고 있다. 기존의 단면 확대기술은 교통흐름을 차단하고 시공하나, 최근 프로텍터를 활용하여 교통흐름을 유지할 수 있는 교통류 보존형 터널 단면 확대기술이 개발되었다. 이 기술은 교통흐름을 보존하여 수많은 사회적 손실을 최소화 할 수 있으나, 교통흐름을 보존하기 위한 프로텍터의 설치 및 운영으로 경제성 측면에서 불리할 수밖에 없다. 이러한 단면 확대기술들의 경제성을 적절히 평가하기 위해서는 시공중 교통흐름을 고려한 사회적 손실비용을 고려할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 터널단면 확대 시공기술의 교통흐름을 고려한 사회적 손실비용을 산정하는 방법을 제시하는 것을 목표로 하였다. 그리고 매봉터널을 대상으로 사례연구를 수행하여 교통흐름에 따른 사회적 손실비용의 차이를 분석하는 것을 목표로 하였다.
Abstract
Using existing tunnel for section enlargement and remodeling is being considered as an optimal alternative in order to solve traffic jam in tunnel. The existing method has been performed while blocking the traffic flow. Recently, New enlargement method was developed which can maintain traffic flow during the construction by using protector. It can minimize social loss due to keeping traffic flow. On the other hand, installing and operating protector can cause economic disadvantages. So, social cost estimation considering traffic flow should be considered for relevant economic evaluation of tunnel section enlargement methods. This paper presents the social cost estimation method of tunnel section enlargement methods considering traffic flow. In addition, to compare economic efficiency existing method with new method, suggested method was applied to Maebong Tunnel.
초록
주방식 지하구조물은 여러 개의 갱도 굴착에 의해 형성되는 격자 형태의 구조물이므로, 갱도들의 굴착순서에 따라 주방식 지하구조물의 시공성과 경제성이 좌우될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 주방식 지하구조물의 지반조건, 굴착순서 등의 다양한 설계 조건들을 고려하여 주방식 공법의 굴착공정을 검토하였다. 굴착공법으로는 발파공법을 가정하였으며, 가로․세로 병행 시공방식과 가로․세로 순차시공방식으로 구분하여 굴착공정을 검토하였다. 굴착순서에 따른 주방식 지하구조물의 안정성과 더불어 굴진면의 개수, 점보드릴의 이동거리 등에 따른 시공성을 분석한 결과, 구조적 안정성에는 큰 차이가 없으나 굴진면 운영 개소와 점보드릴의 이동거리 측면에서 가로․세로 병행 시공방법의 시공성이 상대적으로 유리한 것으로 나타났다.
Abstract
A room-and-pillar underground structure is characterized by its grid-type array of galleries. As a result, its construction and economical efficiency can be governed by excavation sequence of galleries. Therefore, this study aims to study the optimum excavation scheme of a room-and-pillar underground structure by considering its various design factors such as ground conditions and excavation sequences. Drill-and-blast method is assumed as a excavation method for a room-and-pillar underground structure. In addition, two kinds of excavation patterns corresponding to a concurrent and a sequential excavation patterns are considered in this study. For the assumed conditions, the structural stability and the construction efficiency based on the number of faces and the travel distance of a jumbo drilling machine are analyzed for the two excavation patterns. Even though the two kinds of excavation patterns show almost the same structural stability as each other, the concurrent excavation pattern is relatively preferable to the sequential excavation pattern in terms of the number of faces in operation and travel distance of a drilling jumbo.