TBM 터널

1. 시공 중의 조사
(1) TBM굴진 중에는 커터헤더의 회전력과 추력의 크기, 편향 정도 등 계기에 나타나는 각종 수치들을 토대로 지반상태의 변화를 분석하고 예측하여 이를 시공에 반영하도록 해야 한다.
(2) TBM굴진 시는 배토되는 버력량과 입도분포를 조사하여 굴착부의 지반상태, 커터의 교체시기 및 과굴착 여부를 파악하고 조절해야 한다.
(3) 다음과 같은 현장조건에서는 굴착부 전방의 지반조사나 탐사를 실시하여 지반상태를 확인한 후 굴착 및 보강대책을 수립해야 한다.
① 굴진에 지장을 주는 호박돌층, 단층, 연약대 및 파쇄대층이 출현하는 지역

② 지하수가 다량으로 유출되는 지역
③ TBM운전실의 각종 계기에 나타나는 수치가 급격한 변동을 일으키는 지역
(4) 시공 중의 일반조사사항에 대해서는 10-3 조사 및 측량 에서 정하는 바를 따른다.

 

 

2. 측량방법
(1) 터널 선형과 내공관리를 위해서는 터널내부에 측량기준점을 설치하고 이를 검측할 수 있는 점검측량을 실시해야 하며 세부사항은 다음과 같다.
① 기준점은 TBM추력 등의 영향을 받지 않은 곳으로 하여 시공 중 이동하거나 없어지지 않도록 견고하게 설치해야 한다.
② 작업구의 중심선 및 수준의 기점은 측량의 기본이 되므로 측량정확도가 최대가 되도록 해야 한다.
③ 측점은 터널단면의 크기와 선형 등을 고려하여 간격을 결정하고, TBM의 굴진에 따라 적절한 방법 및 빈도로 측량해야 한다.
(2) TBM추진 시 계획선으로 부터 장비의 이탈여부를 조기에 파악하고 추진궤도의 수정을 위해서 추진관리측량을 수행해야 하며 세부사항은 다음과 같다.
① 추진관리측량은 적절한 빈도로 수행해야 하며, 장비의 상대위치 측정 또는 피칭(Pitching)과 요잉(Yawing), 롤링(Rolling) 등 장비자체의 위치와 방향을 파악해야 한다.
② 추진관리측량은 작업의 효율성을 고려하여 규정된 측량방법과 장비를 선정하여 신속하고 정확하며, 효율적인 측량이 되도록 해야 한다.
(3) 시공 중의 일반측량사항에 대해서는 제3장 시공측량 및 조사 에서 정하는 절차 및 규정을 따른다.

 

 

3. 작업구 시공
(1) 작업구는 지반조건, 노면 조건, 교통량, 공사 중 소음 및 진동의 영향 등을 고려하여 안전하고 경제적인 공법으로 시공해야 한다.
(2) 시가지 등에서 본 노선에 적합한 작업부지의 확보가 곤란할 경우에는 터널노선을 벗어난 위치에 작업구를 설치하고 진입갱을 통해 본 노선에 접근할 수 있도록 해야 한다.
(3) 작업구는 TBM장비, 후방대차 및 자재의 반출입 사항들을 고려하여 시공해야 한다.

 

 

4. TBM장비
(1) TBM장비의 굴진을 위한 반력을 그리퍼(Gripper)의 암반벽면 지지에 의해 얻는 Open TBM(또는 Gripper TBM)과 세그먼트에 대한 반력을 이용하는 쉴드TBM으로 구분한다.
(2) Open TBM은 디스크가 부착된 커터헤드, 추진 장치, 버력운반 컨베이어 그리고 그리퍼로 구성되어 있으며, 터널 굴진시 보강을 위한 보조공법(훠폴링, 숏크리트, 록볼트 등)을 실시할 수 있는 장치를 갖출 수 있다.
(3) 쉴드TBM은 전면의 구조형식에 따라 개방형과 밀폐형으로 분류한다. 개방형 쉴드TBM은 전면개방형과 부분개방형으로, 밀폐형 쉴드TBM은 굴착부 지지방식에 따라 기계식쉴드TBM, 압축공기 쉴드TBM, 슬러리 쉴드TBM, 토압식 및 이토압식 쉴드TBM, 혼합
식 쉴드TBM 등으로 구별한다.

(4) TBM공법은 지반조건, 터널굴착 단면크기 및 모양, 터널연장, 입지조건, 공사기간, 장비 투입조건, 기술능력, 기술요원확보, 부품공급 등을 고려하여 현장조건에 적합한 기종과 규격을 선정해야 한다.
(5) TBM공법은 TBM굴착시점, 반입위치 완공 후 반출위치, 정비 및 보수, 굴진속도, 굴진싸이클타임, 1일 굴진능력, 월간 가동일수, 버력처리 및 라이닝 공법 시공성, 경제성, 품질관리 등을 검토하여 선정해야 한다.
(6) 이 시방서에 기재되지 않은 사항은 터널표준시방서 제11장 TBM 에서 정하는 바에 따른다.

 

 

5. 발진과 도달

1) 발진
(1) TBM장비는 소정의 위치에 바르게 고정시킨 후 정해진 방향과 위치대로 관입될 수 있도록 발진시켜야 하며, 발진 추력이 작업구 흙막이, 주변도로, 지중매설물 등에 영향을 미치지 않도록 주의해야 한다.
(2) 작업장이 협소한 경우는 장비본체, 후속대차, 버력대차 등 부위별로 진입시키는 방법을 검토해야 한다.
(3) TBM장비는 선형을 따라 과굴착이 되지 않는 허용편차 내에서 굴진되도록 하고, 정해진 위치까지 안전하게 도달할 수 있어야 한다.
(4) 지반조건이 불량하고 터널 토피가 얕은 구간을 TBM장비가 통과하는 경우에는 필요시 지반보강을 실시해야 한다.
(5) 발진 시 TBM장비의 고정 위치는 설계상의 장비 중심 및 높이를 기본으로 하여 정하나 지반이 연약하여 장비의 처짐이 예상되는 경우는 위치를 상향 보정해야 한다.
(6) TBM 굴착기 및 발전기의 소음이 주변지역 주민들에게 공해가 되지 않도록 방음에 대한 적절한 조치를 취해야 한다.
(7) 시공자는 공사기간 중 설치되는 레일 및 활차의 공급, 설치, 운영 및 유지관리에 대해서는 감독자/감리원의 지시에 따라야 한다.
(8) Open TBM이 연약지반이나 파쇄대 발달구간을 통과하는 경우는 TBM의 침하, 선형이탈, 클램핑 패드(Clamping Pad)부의 지반붕락 등이 발생할 수 있으므로 그라우팅, 숏크리트, 철망, 짧은 볼트 등의 지보재를 설치하여 터널의 안정성을 확보 해야 한다.
(9) Open TBM이 함몰된 경우는 리밍(Reaming)을 하거나 그라우팅 또는 우회갱을 이용하여 굴진 가능하도록 해야 한다.
(10) 발진에 필요한 반력대 설비는 주로 가조립 세그먼트 방식과 형강을 주재로 하는 설비 등으로 분류할 수 있으나 어떠한 경우든 필요한 추력에 대해 견딜 수 있어야 하고, 유해한 변형을 발생시키는 일이 없도록 필요한 강성을 확보해야 한다.

(11) 발진작업구에서 TBM장비의 진입을 위한 개구작업은 지반의 붕괴, 노면의 함몰 등이 발생하지 않도록 주의하여 시공해야 한다.
(12) 발진작업구에서 가벽을 해체시키는 경우는 단계별로 신속하고 주의 깊게 행해야 한다.
(13) 발진작업구에서 쉴드TBM을 진입시킬 때에는 지하수와 토사의 유입을 막을 수 있도록 엔트런스 패킹을 실시해야 하며, 작업구나 세그먼트 배면에서의 양호한 지수를 위해서는 쉴드TBM의 진입 후 후미간극을 조기에 충전시켜야 한다.
(14) 발진부 보강방법은 지반조건, TBM장비형식, 토피, 작업여건 등의 제조건을 고려해야 한다. 이 경우 발진 구조체의 안전성을 확보할 수 있도록 단독 또는 병용의 보강방법을 적용할 수 있다.

(15) 높은 수압으로 인하여 발진에 어려움이 있는 경우는 패커 장치를 사용하여 수압에 상응하는 압력을 작용시키는 등의 발진부 보조공법을 적용할 수 있다.
(16) 굴진은 초기굴진과 본굴진으로 분류할 수 있으며, 초기굴진 시에는 TBM장비의 굴진방향을 정확히 잡을 수 있도록 하고 향후 본 굴진을 위한 각종 정보를 수집해야 한다.
(17) 초기 굴진거리는 TBM장비의 길이와 추력의 영향을 받는 구간의 길이를 합한 것과 TBM장비의 길이와 후방설비의 길이를 합한 것 중 긴 것을 택하도록 해야 한다.
(18) 초기굴진과 관련하여 검토해야 할 사항들은 다음과 같다.
① 발진부에 대한 사전 지반개량 유무
② 쉴드TBM장비의 발진반력대의 구조 및 강도
③ 가설 세그먼트의 해체시기
④ 후방설비의 배치 및 토사의 반출입 방법

 

2) 도달
(1) 도달은 TBM장비가 도달작업구에 도달하는 일련의 작업이며, 도달 후에는 장비를 인양하거나 매몰할 수 있다.

(2) 도달작업구의 개구부 처리는 미리 개방시키는 방법과 TBM장비가 작업구 벽체에 도달한 후에 개방시키는 방법이 있으며 지하수, 지반조건 등을 감안하여 안전한 방법을 선정해야 한다.
(3) 도달에 있어서는 TBM장비의 위치를 측정하면서 설계노선을 따라 주변 도로, 지중매설물 등에 영향을 미치지 않도록 하며, 정해진 위치까지 굴진해야 한다.
(4) 도달과 관련하여 검토해야 할 사항들은 다음과 같다.
① 도달부에 대한 사전 지반개량
② 예정위치에 도달하기 위한 TBM장비의 측량방법과 터널 내외의 연결방법
③ 추진속도를 늦추고 미속전진 시켜야 하는 위치
④ 이수식 쉴드TBM인 경우 이수압의 감압개시 위치
⑤ 추력의 영향에 의한 도달 작업구 내 토류의 필요유무와 그 대책
⑥ 작업구 도달면의 개구방법과 착수시기
⑦ TBM장비의 본체와 도달벽과의 간격 및 토사유출방지 또는 배수대책
⑧ TBM장비를 매립하는 경우 정지위치
⑨ 도달부 부근의 배면주입
 TBM장비를 작업구 내에 인출할 경우 받침대 등의 가설비

3) 점검 및 커터교환
(1) TBM장비의 굴착능력을 발휘할 수 있도록 굴진 기록부를 작성하여 기계의 이상 유무 등을 점검해야 한다.
(2) TBM장비의 특성에 적합하도록 수시점검, 일일점검, 주간점검, 월간점검 등으로 구분한 계획을 수립하고 정기적으로 점검해야 한다.
(3) 커터 또는 비트는 TBM장비의 굴진효율이 떨어지기 전에 교환해야 한다. 커터가 편마모 되었거나 파손된 경우 커터의 베어링, 실링, 커터 하우징 기능의 정상여부도 점검해야 한다.

 

6. 추진

1) TBM의 추진 공통사항
(1) 완성된 TBM장비의 정상가동 여부는 공장(제작장과 유지 보수장)과 현장에서 확인해야 하며, 초기굴진 시 본 굴진에 필요한 굴진정보를 파악해야 한다.
(2) 운전원은 TBM장비의 기능을 이해하고 기계를 정확히 제어할 수 있어야 하며, 시공 전에 장비에 관한 모든 기능을 숙지해야 한다.
(3) 운전원은 굴진 시 얻은 각종계기의 자료와 지반정보로 상하 또는 좌우 편차가 허용치 이내가 되도록 해야 한다.
(4) TBM장비는 지반의 안정을 도모하면서 설계노선을 따라 정확하게 추진될 수 있도록 해야 한다.
(5) TBM장비의 추력은 지반조건, 장비형식, 여굴의 발생여부, 사행수정의 유무, 터널선형 등에 의해 영향을 받으므로 추력의 크기와 장비의 방향을 조절할 수 있는 잭을 적정하게 사용하여 추진시켜야 한다.
(6) 터널굴착부의 안정을 이룰 수 있도록 굴착 직후 또는 굴착과 동시에 TBM장비를 추진해야 한다.
(7) 세그먼트 등 후방구조물을 손상하지 않도록 하기 위하여 1개당 잭 추력을 적정하게 유지하도록 하고 TBM의 소요추력은 모든 잭을 사용하여 얻어야 한다. 곡선부, 경사변환부, 사행수정을 위해서 일부 잭만을 사용해야 하는 경우에도 가능한 한 많은 수의 잭을 사용해야 한다.
(8) TBM을 추진시킬 때는 피칭, 요잉 및 롤링의 발생을 억제하도록 해야 한다.
(9) TBM의 추진과 관련하여 검토해야 할 사항들은 다음과 같다.
① 인근의 가옥 및 주요 구조물에 대한 보강대책
② 지반조건에 적합한 추진잭의 사용여부
③ 굴착부 붕괴 및 이상누수에 대한 비상대책

2) 토압식 쉴드TBM의 추진
(1) 토압식 쉴드TBM의 추진에 따른 원만한 배토가 이루어질 수 있도록 토압과 굴착량을 측정하여 굴착속도를 조절해야 하며, 커터헤더의 회전속도와 추력의 크기도 파악하여 굴착부 안정관리를 실시해야 한다.
(2) 지하수의 유출이 많은 모래 자갈층에서는 굴착부의 안정성을 확보하기 위하여 적합한 첨가제를 주입하여 굴착토사의 유동성과 지수성을 확보해야 하며, 터널단면의 크기, 터널길이, 1회 추진 시의 버력량, 싸이클타임 등을 고려하여 버력반출 방법의 적합성을 검토해야 한다.

(3) 배토기구와 설비는 굴착토량과 배토된 토량의 상태와 균형유지를 고려하여 계획공정에 적합하도록 관리해야 한다.
(4) 토압식 쉴드TBM의 추진과 관련하여 검토해야 할 사항들은 다음과 같다.
① 인근의 가옥 및 주요 구조물에 대한 보강대책
② 지반조건에 따른 추진속도, 커터헤더의 회전속도, 쉴드TBM의 추력
③ 굴착부의 지반상태에 적합한 토압유지

3) 이수가압식 쉴드TBM의 추진
(1) 이수에 의한 굴착부의 유지 및 버력반출 시스템은 시공성을 고려하여 자동화 체계로 운용해야 한다.
(2) 굴착부의 안정을 유지하기 위한 이수의 농도와 밀도, 비중, 점성, 이수압 등은 토압과 지하수 압력을 고려하여 관리해야 한다.
(3) 이수와 버력은 이수분리장치를 통하여 완전히 분리될 수 있도록 해야 하며 터널단면의 크기, 터널길이, 1회 추진 시의 버력량, 싸이클타임 등을 검토하여 이수분리장치의 용량을 결정해야 한다.
(4) 배토기구와 설비는 굴착토사의 상태를 고려하여 계획공정에 적합하도록 관리해야 한다.
(5) 이수식 쉴드TBM의 추진과 관련하여 추가로 검토해야 할 사항들은 다음과 같다.
① 인근의 가옥 및 주요 구조물에 대한 보강대책
② 지반조건에 따른 추진속도, 커터헤더의 회전속도, 쉴드잭의 추진력

 

7. 터널 내 운반

(1) 버력운반을 위해 광차를 사용할 경우는 버력적재 및 대기시간을 최소화하여 TBM의 굴진능률에 영향을 주지 않도록 교행장치를 설치해야 한다.
(2) 버력운반용 광차의 용량은 터널의 크기, 기울기, 연장, 버력발생량 등을 고려하여 선정해야 한다.
(3) 내연기관의 광차를 사용할 경우는 배기가스에 주의하고 환기설비 등을 고려해야 한다.
(4) 초장대 터널의 경우, 갱내 환경 및 운반효율을 고려하여 고속 컨베이어 시스템과 같은 고효율 운반체계를 고려할 수 있다.
(5) 버력운반을 위해 덤프트럭을 사용하는 경우는 덤프트럭의 교행을 위한 터널 확폭구간이나 턴 테이블을 검토하여 필요시 설치해야 한다.

 

철도건설공사 전문시방서(노반편)