복합지반의 철도터널에서 쉴드 TBM 굴착에 대한 모형실험 및 분석 = Model Testing and Analysis on Shield TBM Excavation for Railway Tunnel in Mixed Ground
저자
발행사항
서울 : 서울과학기술대학교 철도전문대학원, 2014
학위논문사항
학위논문(박사) -- 서울과학기술대학교 철도전문대학원 , 철도건설공학과 , 2014. 8
발행연도
2014
작성언어
한국어
발행국(도시)
서울
형태사항
124 p. ; 26 cm
일반주기명
지도교수: 박종관, 신민호
소장기관
최근 국내 및 해외 터널건설분야에서는 기존의 NATM(New Austrian Tunnelling Method) 공법에서 쉴드 TBM(Shield Tunnel Boring Machine)을 이용한 기계화 굴착이 급속도로 적용되고 있다. 따라서 지질 조건이 복잡하고 여러 종류의 지반이 혼재된 복합지반의 쉴드 TBM 굴착의 효율에 대하여 많은 연구가 요구되는 실정이다.
본 연구는 복합지반의 철도터널에서 쉴드 TBM 굴착시 안전하고 효율적인 운영 기법을 제시하는데 목적이 있다. 이 연구를 수행하기 위하여 토사지반 및 복합지반에서 쉴드 TBM을 이용하여 터널을 굴착할 때 발생하는 지중응력, 지반변위 등을 축소 모형 TBM을 이용한 모형실험을 실시하였다. 그리고 결과는 수치해석을 통하여 비교 분석함으로써 연구결과의 신뢰성을 증가시켰다.
두 철도터널 현장을 대상지역으로 선정하고 현장 지반을 모사하여 모형실험을 실시하였다. 모형 TBM은 실제 현장에서 사용된 토압식 쉴드 TBM (Earth Pressure Balance)에 대한 차원해석을 실시하여 1/45 비율로 축소하여 제작하였다. 토사지반과 복합지반은 다짐법과 낙하법을 사용하여 대상구간의 지층을 모사하였다. 각 실험마다 축소 모형 TBM굴착으로 인하여 발생하는 모형 지반의 응력 및 변형률을 측정하였으며, 측정된 결과는 유한요소 수치해석을 이용하여 비교·분석하였다.
본 연구 통하여 쉴드 TBM 굴착시 안전하고 효율적인 운영 기법에 대하여 얻은 결론은 다음과 같다.
·복합지반의 철도터널에서 쉴드 TBM 굴착시 커터헤드의 분당회전속도(RPM)는 높게 유지하면서 굴착속도를 높일수록 지반의 이완을 최소화시켜 안정성 확보가 큰 것으로 나타났다. 또한 쉴드 TBM의 막장압을 감소시켰을 경우 복합지반 상부 지반 이완을 다소 방지할 수 있는 것으로 나타났다.
·버력의 배토 속도에 있어서는 배토속도가 늦을수록 안정성은 감소하는 것으로 나타났다.
결론적으로 복합지반에서 토압식 쉴드 TBM은 막장압과 RPM, 그리고 버력의 배토속도들의 상호 균형 있는 운영기법이 매우 중요한 것으로 나타났다.
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