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토압식 쉴드 TBM 굴진을 위한 화강풍화토의 컨디셔닝을 평가하는 간편 시험법
A simple test method to evaluate workability of conditioned soil used for EPB Shield TBM 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.20 no.6, 2018년, pp.1049 - 1060  

김태환 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  권영삼 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  정희영 (고려대학교 건축사회환경공학부) ,  이인모 (고려대학교 건축사회환경공학부)

초록
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토압식(Earth Pressure Balanced, EPB) 쉴드 TBM 굴착에서 첨가제 사용을 통해 막장 안정과 배토효율을 증대시키며, 토사지반에의 적용범위를 확대시킬 수 있다. 첨가제로 배합된 굴착토사는 배합 전과 그 거동을 달리하는데, 일반적으로 워커빌리티를 평가하여 비교할 수 있다. 본 연구에서는 국내 화강풍화토와 첨가제를 배합한 후 슬럼프 시험을 통해 워커빌리티를 평가하고, 적절한 배합비를 도출하고자 하였는바, 매 경우마다 슬럼프 시험을 실시하는 것이 많은 노력을 요하므로 실내 혹은 현장에서 슬럼프 시험보다 간편한 시험법이 필요하다고 판단되어 대체 실험으로서 낙하 콘 시험을 고안하였다. 같은 시료에 대하여 슬럼프 시험에 의한 슬럼프 치와 낙하 콘 시험에서의 콘 관입깊이와의 상관관계를 구한 결과 매우 상관성이 높음을 알 수 있었다. 따라서 국내에 편재해있는 화강풍화토에 대한 쏘일 컨디셔닝의 평가에 핵심인 슬럼프 치 대신 낙하 콘 시험을 이용할 수 있는 관계식을 제안하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Soil conditioning is one of the key factors for successfull tunnel excavations utilizing the earth pressure-balanced (EPB) shield tunnel boring machine (TBM) by increasing the tunnel face stability and extraction efficiency of excavated soils. In this study, conditioning agents are mixed with the we...

주제어

#쏘일 컨디셔닝   #화강풍화토   #워커빌리티   #슬럼프 시험   #낙하 콘 시험  

표/그림 (11)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 슬럼프 시험 시 많은 양의 시료를 필요로 하는데, 간편함을 위해 ASTM C143 (2015)의 규격이 있음에도 불구하고 임의로 슬럼프 콘의 크기를 1/3의 크기로 축소 제작하여 시험을 진행하기도 하므로 슬럼프 시험보다 간편한 시험법이 필요하다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 슬럼프 시험과 낙하 콘 시험 간의 상관관계를 도출하여 콘관입깊이로 슬럼프 치를 추정할 수 있는 보다 간편한 시험법을 제안하고자 한다.
  • , 1998). 따라서 본 연구에서는 여러 연구자들에 의해 제안된 슬럼프 기준을 근거로 첨가제로 배합된 국내 화강풍화토의 워커빌리티 평가를 위하여 슬럼프시험을 대체할 수 있는 시험법을 제안하고자 한다.
  • 하지만, 본 연구에서는 배합토의 액성한계 또는 소성한계를 도출하는 것이 목적이 아니며, 슬럼프 시험으로부터 얻은 슬럼프 값과 낙하 콘 관입깊이 간의 상관관계를 도출하여 간편한 낙하 콘 시험으로 슬럼프 시험을 대체할 수 있는지 확인하고 이는 배합토의 워커빌리티를 평가하는 새로운 시험법을 제안하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
토압식 쉴드 TBM공법이란? 토압식 쉴드 TBM (Earth Pressure Balanced (EPB) Shield TBM) 공법은 커터헤드 후면의 챔버를 굴착한 토사로 가득 채우고 압력을 가하여서 막장의 안정성을 도모하는 공법이다. 토사지반에 대한 토압식 쉴드 TBM 공법의 적용 범위를 확장시키기거나, 효과적인 배합비 도출을 위해서 다양한 지반과 첨가제를 배합하는 쏘일 컨디셔닝 연구가 활발히 진행되고 있다(Budach and Thewes, 2015; Peila et al.
챔버 내에서 막장압력을 담당하는 배합된 굴착토사에서 굴찾되기 전 지반과 비교했을 때 변화한 거동을 파악하는 것이 중요한 이유는? 챔버 내에서 막장압력을 담당하는 배합된 굴착토사는 굴착되기 전 지반과 비교했을 때 그 거동이 변화하게 되고 이를 파악하는 것이 중요하다. 왜냐하면, 이런 배합토의 거동은 토압식 쉴드 TBM 굴착 시 막장안정 및 원활한 배토와 밀접한 관계가 있기 때문이다. 국내/외 실내실험 혹은 현장에서 일반적으로 슬럼프 시험을 통해 배합토의 워커빌리티를 평가하며, 여러 연구자들이 연구한 바 있다.
국내에서 토압식 쉴드 TBM으로 화강풍화토 지반을 굴착할 때 지적된 것은? 기본적으로 쏘일 컨디셔닝은 시행착오를 통해서 굴진 지반에 대한 적절한 배합비 도출이 가능하며, 비슷한 입도분포곡선을 가졌음에도 그 지반의 특성에 따라 배합비는 변화한다. 국내에서 토압식 쉴드 TBM으로 화강풍화토 지반을 굴착할 때, 화강풍화토는 모래나 점토와는 다른 독특한 특성을 가지고 있기 때문에 배합이 까다롭다고 지적된 바 있으며, 첨가제로 배합된 국내 화강풍화토의 거동을 평가하여 적절한 배합비가 제안된 바 있다(Kim et al., 2018).
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참고문헌 (11)

  1. ASTM (2012). Standard test method for laboratory compaction characteristics of soil using standard effort (12,000 $ft-lbf/ft^{3}$ (600 $kN-m/m^{3}$ )), D698-12e2, West Conshohocken, PA, ASTM International. 

  2. ASTM (2015). Standard test method for slump of hydraulic-cement concrete, C143/C143M-15a, West Conshohocken, PA, ASTM International. 

  3. British Standard Institution (1990). BS 1377-2: Soils for civil engineering purposes - part 2: classification, London. 

  4. Budach, C. (2012). Untersuchungen zum erweiterten Einsatz von Erddruckschilden in grobkornigem Lockergestein, Ph.D. Thesis, Bochum University, North Rhine-Westphalia, Germany, pp. 101-105. 

  5. Budach, C., Thewes, M. (2015). "Application ranges of EPB shields in coarse ground based on laboratory research", Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 50, pp. 296-304. 

  6. Kim, T.H., Kim, B.K., Lee, K.H., Lee, I.M. (2018). "Soil conditioning of weathered granite soil used for EPB shield TBM: a laboratory scale study", KSCE Journal of Civil Engineering, Under Review. 

  7. Martinelli, D., Peila, D., Campa, E. (2015). "Feasibility study of tar sands conditioning for earth pressure balance tunnelling", Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, Vol. 7, No. 6, pp. 684-690. 

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  8. Peila, D., Oggeri, C., Borio, L. (2009). "Using the slump test to assess the behavior of conditioned soil for EPB tunneling", Environmental and Engineering Geoscience, Vol. 15, No. 3, pp. 167-174. 

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  9. Peila, D., Picchio, A., Chieregato, A. (2013). "Earth pressure balance tunnelling in rock masses: Laboratory feasibility study of the conditioning process", Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 35, pp. 55-66. 

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  10. Pena Duarte, M.A. (2007). Foam as a soil conditioner in tunnelling: physical and mechanical properties of conditioned sands. Ph.D. Thesis, Oxford University, Oxfordshire County Oxford, England, United Kingdom, pp. 68-71. 

  11. Quebaud, S., Sibai, M., Henry, J.P. (1998). "Use of chemical foam for improvements in drilling by earthpressure balanced shields in granular soils", Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 13, No. 2, pp. 173-180. 

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