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암석물성과 비트나 커터 선정 및 장비의 굴착속도와 암석물성과의 관계 7.4 암석물성과 비트나 커터 선정 굴착 대상인 암반의 물리적 특성은 굴착장비 선정, 비트나 커터 선정과 중요한 관계를 갖게 된다. 현재 shield TBM이 적용되고 있는 국내의 지하철 터널 공사의 경우도 지질 및 지반조건에 맞는 Cutter bit의 선정과 최적 장비 선정의 중요성을 보여주고 있고, 이것은 공사의 성공 여부를 결정하는 요소이기도 하다. 일반적으로 현재 장비 선택에서 암반의 물성을 중요하게 다뤄지지는 못한 경향이나, 본 저서에서는 암반 물성과 장비운용과의 관계를 고려하여 cutter와 bit 선정을 하도록 하였다. 또한 장비 제작업체도 자사 내에서 대상 암종에 따른 커터와 비트 건정을 위한 마모시험, 절삭시험을 실시하여, 공법의 안전성을 확보하도록 하였다. 현장 조건에 맞는 cutter.. 2023. 2. 16.
터널의 기계화 굴삭원리 및 Disk cutter의 절삭이론 7.0 터널의 기계화 굴삭원리 암반의 굴삭 이론은 영국의 Evans model, 수정 ernst merchant model과 일본의 nishimastu model이 대표적인 이론으로 drag pick에 대한 것이며, 굴착은 근자에 이르러 disc cutting 이론이 호주의 roxborough 등에 의해 정립되었다. 7.1 Drag Pick의 이론적 Model drag bit는 일반적으로 쇄기형 chisel pick과 원추형 conical pick으로 분류된다. drag pick을 이용해 암반을 절삭할 때 절삭홈은 pick의 깊이보다 더 깊게 생긴다. 절삭면과 pick과의 사이에 관련 변수인 절삭각 α,β,θ가 존재한다. 절삭력은 절삭깊이와 rake angle인 α인 암석강도에 따라 달라진다. 7.1.1.. 2023. 2. 15.
기게굴착공법 및 TBM 공법 6.2 기계굴착공법 기계굴착은 터널 단면을 pick이나 disk cutter를 이용하여 절삭하며 굴착해 들어가는 공법이다. 이 공법은 전단면 굴착방식과 부분 단면 굴착방식으로 분류할 수 있다. 전단면 굴착기는 전단면 TBM으로 대표되며, 원형 단면의 터널을 굴착하게 된다. 부분 단면 굴착기로는 road header를 사용하고, TBM은 경암 굴착에서 사용되는 open TBM과 연약지반 굴착에 사용되는 shield TBM으로 분류했으나, 오늘날의 TBM 장비의 발전으로 TBM으로 통합 분류하고, 모든 TBM은 안전장치인 Shield를 장착하고 있어, open TBM은 사양화되고 있는 실정이다. 6.2.1 TBM 공법 TBM의 굴착방식은 disk cutter의 회전력을 이용한 절삭식과 cutter의 회전력과.. 2023. 2. 14.
Conventional(NATM)터널 지보공의 종류② 및 경암지반의 TBM 터널굴착공법 4.3.4 강재지보(STEEL RIB) NATM 공법에서의 steel rib는 기본적으로 shotcrete가 경화할 때까지의 보강재이기 때문에 암반의 좋은 경암 이상에서는 설치할 필요가 없으나, 단면형상을 유지하여 선형을 맞추고 라이닝 타설기구를 설치하기 위해서 10m 간격으로 설치한다. steel rib은 대형은 필요가 없고 H Beam을 사용하면 충분하다. steel rib의 주된 용도는 shotcrete를 설치하기 전 막장을 유지하고, 지반의 이완, 지표면의 침하를 방지하며 shotcrete가 경화될 때까지 막장을 자립시키고 선형을 맞추는 목적도 겸한다. steel rib은 보강재이지만 지보효과를 극대화하기 위해서 shotcrete와 밀착하도록 시공하는 것이 유리하다. 강재지보공의 재질은 ss41을.. 2023. 2. 13.
Conventional(NATM) 터널 지보공의 종류① 4.3 Conventional(NATM) 터널 지보공의 종류① 지보공의 각 부재의 설계는 터널형상이나 각각의 지보기능을 각 지층의 지질조건, 지형조건 및 주변 여건을 고려한 후에 과거의 설계나 계측결과를 참고하여 적절한 지보패턴을 선정할 수 있다. 도심 지하철 터널의 경우 막장자립도와 시공 사이클이 가장 중요하다. 따라서 지보공 설계 시에는 터널 주변 지반의 지보기능을 유효하게 활용하도록, 지반특성에 맞는 시공순서 및 방법, 단면폐합의 시기 및 방법 등을 종합적으로 검토해야 한다. 4.3.1 Shotcrete(뿜어 붙이기 콘크리트) 토심지터널은 터널천정부에서 지표까지 지반의 심도가 얕고, 지표상에 구조물이, 지중에는 매설물 등이 존재하고 있어, 지표면 침하를 적극 억제해야 한다. 또한 지반이 연약한 풍화.. 2023. 2. 11.
수치 해석방법의 적용 및 표준지보패턴의 설계 4.2.2 수치 해석방법의 적용 터널 설계 시 터널거동의 해석은 계산방법, 계산상의 가정, 계산에 사용하는 물성치 등을 충분히 검토하고 유사조건에서의 설계적용 실례를 참고하여 종합적으로 판단해야 한다. 1) 터널 해석 전산 프로그램의 요구조건 터널거동해석을 위한 전산 프로그램은 다음과 같은 요건을 모두 갖춘 것이어야 한다. ① 해석 프로그램은 국내외에서 사용된 실적이 있어 그 객관성이 입증되었거나 공인기관에 의하여 터널 거동해석에 적합하다고 인정된 프로그램 ② 굴착 단계에 따른 지반 및 지보재의 변형 및 응력의 변화를 계산하여 터널 설계에 반영할 수 있는 프로그램 ③ 지반의 소성거동을 해석할 수 있는 탄소성 또는 점탄소성 프로그램 2) 수치 해석 ① 해석영역은 터널굴착에 따른 영향을 파악할 수 있도록 충.. 2023. 2. 10.
실내시험(2) 및 터널의 표준지보패턴 및 굴창공법의 선정 3.5 실내시험(2) 2) 인장강도시험 암석의 역학적 특성 중에서 가장 중요한 성질이 단축압축강도와 인장강도이다. 암석이나 유리와 같은 취성재료는 두 강도의 크기가 서료 다르며 그 비율도 일정하지 않아 두 가지 시험이 별도로 각각 수행되어야 한다. 암석의 인장강도는 시료의 성형이 어려워 직접 인장강도시험을 수행하지 않고 간접인장강도시험 중에서 압열인장시험으로 구하는 것이 일반적이며, 국제암반공학회에서도 이를 표준화하고 있다. 압열인장시험에서 시험편은 길이가 직경의 1/2가 되게 하고 압축강도용 시편과 같이 성형한다. 이를 직경방향으로 파괴를 유도하여 탄성학적으로 해석하여 인장강도를 얻을 수 있다. 이때 파괴하중을 P(kg)이라 하고 시험편의 직경과 길이를 각각 D 및 L(단위 cm)이라 할 때, 인장강도.. 2023. 2. 7.
현장투수시험 및 실내시험(1) 3.4.4 현장투수시험 1) 투수시험 일반적으로 지반의 투수성을 판단하는 시험에는 그 적용대상에 따라 현장투수시험과 수압시험이 있으며, 토사층이나 풍화대층과 같은 미고결층의 투수성을 판단하기 위해서는 현장투수시험을 사용한다. 현장투수시험은 크게 양수시험과 주수시험으로 나눌 수 있다. 양수시험은 양수정과 양수정 주위에 적정 간격으로 관측정을 굴착하고 양수정에서 대수층으로부터 지하수를 퍼올려 양수량과 주위의 관측정에서 수위 저하량을 측정하고 양수종료 후의 수위회복량을 측정하여 투수성을 구하는 방법이다. 주수시험은 시험공에 물을 주입하여 시험구간을 통하여 주입되는 수량을 측정하여 투수성을 구하는 방법이다. 양수시험은 많은 지장물로 인해 시가지 구간에서는 그 적용이 곤란하며 주수시험은 양수시험에 비하여 시험장비.. 2023. 2. 6.
지반의 탄성파 탐사 및 현장 지반조사시험 3.3 지반의 탄성파 탐사 탄성파 탐사는 원칙적으로 굴절법에 의하여 종파(p wave)의 도달시간을 측정하여 행한다. 탐사측선의 위치, 길이, 수, 분할측선길이, 측정간격 및 기진점의 위치는 터널의 길이 및 토피, 지형, 지질, 환경조건을 충분히 고려하여 선정해야 한다. 해석은 지표답사, 보링조사, 암석시험 등 다른 지질조사결과를 충분히 이용하여 행해야 한다. 지구물리학적인 수단에 의하여 지하의 암석, 지층에 대한 측정자료를 얻어 이로부터 지질상태를 판단하는 방법을 물리탐사라 부른다. 터널조사에는 주로 탄성파 탐사와 전기탐사의 방법이 이용되며, 드물게는 자기 탐사의 방법이 이용되는 수도 있다. 탄성파 탐사에는 굴절법 반사법의 2종류가 있으나, 터널의 조사에는 일반적으로 굴절법에 의한 종파측정이 행해진다... 2023. 2. 5.
세계적인 주요 장대 고속철도 터널의 단면설계 현황 및 터널 설계를 위한 지반공학적 지반조사 2.1.3 세계적인 주요 장대 고속철도 터널의 단면설계 현황 1) 유로터널의 단면설계 1993년 개통된 영국과 유렵을 연결하는 유로터널은 해수면 110m 아래의 암반층에 터널연장 50km의 3개 터널로 굴착되어 있다. 터널은 2개의 본선터미널과 이 두 터널 사이에 위치한 서비스 터널로 구성되어 있고, 본선터널과 서비스 터널은 횡갱(cross-passage)으로 연결되어 있다. 내경 Φ7.6m로 TGV 고속전철이 단층 및 이층 열차로 운행이 가능하도록 설계되어 있어, 고속주행이 가능하다. 이때 발생하는 공기로 인한 주행저항을 완화하기 위하여 직경 2.0m의 압력방산덕트(pressure dischargeable duct)가 250m 간격으로 설치되어 고속주행을 가능하게 하고 있다. 터널 단면의 크기는 최근에.. 2023. 2. 5.
터널의 설계기술 현황 및 터널의 단면설계 및 선형계획 1.1 터널의 설계기술 현황 현실적으로 터널 설계나 시공을 전문으로 가르치는 대학은 전 세계 어디에도 없다. 국토의 효율적인 활용계획과 지하철 등 대도시에서의 필수적인 infra-structure의 설계 및 시공이 어느 때보다 필요하고, 절실한 현재 미국 등 선진국에서 관련 기술자들의 부족으로 프로젝트마다 큰 어려움을 겪고 있다. 터널기술을 배우고자 하여도 이를 커리큘럼 화한 대학이 미국 내에도 거의 없는 실정이다. 약간의 이론적 배경만을 대학에서 배우고는 대부분의 경우 주먹구구식으로 선배를 통한 귀동냥 등으로 터널기술이 전수되고 있는 현실이다. 이로 인해 현장의 터널기술을 서술화하는 터널기술 서적의 필요성을 느끼게 되었다. 터널 현장의 시공기술자들은 전문적인 이론적 배경이 부족하여 기술전수가 어려우며,.. 2023. 2. 5.
흙막이공사 붕괴방지를 위한 결론 9.3 흙막이공사 붕괴방지를 위한 결론 경사 버팀보를 이용하는 지지구조체는 시공 시 어느 한쪽으로 편중되게 시공될 가능성이 커서 역학적 대칭구조의 불균형을 초래하여 파괴에 이를 수 있다. 사례분석에서 살핀 바와 같이 이러한 구조체를 갖는 토류벽체가 붕괴까지 발생하는 현장은 CIP 벽체로 시공된 경우가 많다. CIP로 대표되는 강성벽체는 수평 변위를 적게 발생시키므로 인접 구조물에 미치는 영향은 미소하나, 설계 시 고려하지 못한 허용치를 초과하는 토압이 작용하면 급작스러운 붕괴를 유발하여 전체 토류벽체의 안전을 위협하게 된다. 강성벽체는 파괴되기 직전까지 계측을 통한 벽체의 이상을 감지하기가 어려워, 현장 상태 파악을 계측에 의존하는 현장기술자의 판단을 흐리게 할 가능성도 있으므로 세심한 주의가 필요하다... 2023. 2. 4.

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