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쉴드 TBM 세그먼트 지수재의 배열수 변화에 따른 방수성능 평가
Waterproofing performance evaluation according to the number of layer for shield TBM segment hydrophilic rubber waterstop 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.22 no.1, 2020년, pp.47 - 58  

함수권 (건국대학교 사회환경공학부) ,  정훈 (건국대학교 사회환경공학부) ,  김범주 (건국대학교 사회환경공학부) ,  정경한 (더드림이앤씨) ,  이석원 (건국대학교 사회환경공학부)

초록
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최근 국내에서는 쉴드 TBM (Tunnel Boring Machine)을 이용한 터널 굴착에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 쉴드 TBM 터널은 비배수 터널로써 세그먼트 이음부에서 누수가 발생할 경우에는 터널의 사용성 및 안정성에 문제가 될 수 있다. 본 연구에서는 쉴드 TBM 터널의 세그먼트 시공 시 시공오차 및 세그먼트 과다변형에 의한 수팽창 지수재의 방수 성능을 검토하였다. 특히, 수팽창 지수재 1열 배열 및 2열 배열 각각에 대하여 방수 성능을 검토하여, 2열배열의 효율성을 검증하였다. 실험결과, 1열 배열 및 2열 배열 수팽창 지수재는 동일한 방수 성능을 보였다. 즉, 1열 배열 및 2열 배열 모두, 수팽창 지수재는 엇갈림에 대해서는 대응성이 좋으나, 틈새 간격에 대해서는 대응성이 불리한 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The interest in the use of shield TBM (Tunnel Boring Machine) on the tunnel excavation has been increased rapidly in Korea. The shield TBM tunnel is generally designed as non-drainage tunnel. Consequently, if water leakage through the segment joints happens, big problems on the usage and stability o...

주제어

표/그림 (11)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 내수압 실험의 목적은 설계 구간의 수압 조건에 지수재가 방수성능을 확보할 수 있는지를 평가하는 것이다. 실험 조건으로는 시공 시 조립 정도(시공 오차)에 의한 내압성능을 평가하기 위하여 틈새 간격(Gap)과 엇갈림(Offset) 변화를 조건으로 선정하였다.
  • 국내에서는 수압이 높거나 지하수 유입이 많아 누수가 우려되는 경우, 가스켓을 적용하기 보다는 일반적으로 수팽창 지수재를 2열로 설치하여 누수를 방지하려고 설계한다. 따라서 본 연구에서는 수팽창 지수재를 1열로 설치하는 경우와 2열로 설치하는 경우에 대한 방수 성능 변화를 연구하였다. 이를 위하여 1열 배열 수팽창 지수재와 2열배열 수팽창 지수재 각각에 대하여 내수압 실험을 수행하였다.
  • (2014)은 쉴드 터널용 수팽창 지수재(20 mm × 5 mm)를 사용하여 세그먼트 간 체결각 불일치(angle discordance)는 물론, 세그먼트 이음부의 엇갈림(offset)에 의한 방수 성능 저하에 대한 연구를 수행하였다. 또한 장기 내구성 관점에서 지하수 및 해수에 있을 수 있는 황산염(sulphate) 과 염화물(chloride)에 의한 지수재의 내구성 저하에 대한 연구를 수행하였다.
  • 본 연구에서는 배열수 변화에 따른 수팽창 지수재의 세그먼트 시공오차에 대한 방수성능을 평가하였다. 1열 배열, 2열 배열의 두 가지 내수압 실험을 동일한 수팽창 지수재를 선택하여 실험을 진행하였다.
  • 시공오차가 크게 발생할 수 있는 급곡구간은 소단면 공동구 터널공사 시에 자주 발생할 수 있으므로, 공동구 터널에서 보편적으로 사용하는 수팽창 지수재를 선정하여 본 연구의 실험을 실시하였다. 수팽창 지수재는 Table 1 및 Fig.
  • 이를 위하여 1열 배열 수팽창 지수재와 2열배열 수팽창 지수재 각각에 대하여 내수압 실험을 수행하였다. 실험 결과를 분석하여 2열로 수팽창 지수재를 배열하는 경우에 대한 방수 성능 효과 증대를 검토해 보았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
쉴드 TBM 터널 세그먼트 이음부에 많이 사용되는 수팽창 지수재를 1열과 2열로 각각 배열하여 방수성능을 측정하는 실험을 한 결과 어떤 결론을 얻을 수 있었는가? 1. 1열 배열 수팽창 지수재의 실험 결과, 틈새 간격(Gap)이 3 mm인 경우에는 엇갈림(Offset)에 관계없이 방수성 능을 확보하나, 틈새 간격(Gap)이 4 mm가 되면 엇갈림이 5 mm보다 커지면 방수성능을 확보하기 어려운 것으로 나타났다. 특히 틈새 간격이 5 mm가 되면 엇갈림에 관계없이 지수재의 역할을 전혀 수행하지 못함을 알 수 있었다.  2. 2열 배열 수팽창 지수재의 실험 결과는 1열 배열 실험 결과와 동일하게 틈새 간격이 4 mm가 넘어가면서부터 방수성능을 확보하기 어렵다고 판단되었다. 3. 1열 배열 수팽창 지수재의 실험 결과, 엇갈림(Offset)이 0 mm 및 5 mm라 하더라도 틈새 간격(Gap)이 4 mm보다 크다면 방수성능을 제대로 발휘하지 못하는 것으로 나타났다. 특히 엇갈림(Offset)이 7 mm 및 10 mm인 경우에는 틈새 간격(Gap)이 3 mm 이하로 시공되어야 방수 능력을 발휘하는 것으로 나타났다. 따라서 수팽창 지수재는 틈새 간격(Gap)에 매우 민감하게 반응함을 알 수 있었다. 4. 2열 배열 수팽창 지수재의 실험 결과는 1열 배열 실험 결과와 동일하게, 엇갈림(Offset)이 0 mm 및 5 mm 이하로 시공되고 이때 틈새 간격(Gap)이 3 mm 이하로 시공되어야만 방수 능력을 발휘하는 것으로 나타났다. 결국, 틈새 간격이 4 mm가 넘어가면서부터 방수성능을 확보하기 어렵고, 특히 5 mm를 넘어서면 방수가 되지 않는다는 것을 알 수 있었다. 5. 일반적으로 방수성능을 증가시키기 위하여 방수재를 2열로 배열하는 경향이 있으나, 본 연구결과 배열수에 따라 방수 성능이 크게 변화하지 않음을 알 수 있었다. 즉, 1열 배열 및 2열 배열 모두, 수팽창 지수재는 엇갈림에 대해서는 대응성이 좋으나, 틈새 간격에 대해서는 대응성이 불리한 것으로 나타났다. 6. 본 연구에서 얻은 결론은 사용한 수팽창 지수재와 적용한 실험 조건에 한하여 얻은 결론이므로 실질적 활용에는 제한이 있을 수 있습니다.
내수압 실험의 목적은 무엇인가? 내수압 실험의 목적은 설계 구간의 수압 조건에 지수재가 방수성능을 확보할 수 있는지를 평가하는 것이다. 실험 조건으로는 시공 시 조립 정도(시공 오차)에 의한 내압성능을 평가하기 위하여 틈새 간격(Gap)과 엇갈림(Offset) 변화를 조건으로 선정하였다.
이음부에서 방수성능을 확보하기 어려운 이유는 무엇인가? 세그먼트와 세그먼트, 링과 링을 연결하면서 생기게 되는 구간을 이음부라 한다. 이음부는 세그먼트 체결방식, 세그먼트의 처짐 및 단차 등으로 인하여 시공오차인 틈새 간격(Gap)과 엇갈림(Offset)으로 인하여 방수성능을 확보하기 어렵다고 볼 수 있다. 이러한 누수의 위험을 막기 위해 이음부 사이에 지수재를 설치한다.
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참고문헌 (6)

  1. Choi, W.Y., Lee, H.P., Jun, G.C., Lee, S.W. (2014), "Evaluation of waterproof and durability of hydrophilic waterstop", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 16, No. 2, pp. 117-124. 

  2. Heo, S.M., Jung, H., Lee, S.W. (2018), "Waterproofing performance evaluation according to each waterproofing material due to segment construction error", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 20, No. 6, pp. 1023-1037. 

  3. Hyun, K.C., Min, S.Y., Moon, J.B., Jeong, G.H., Lee, I.M. (2012), "Risk management applicable to shield TBM tunnel: I. Risk factor analysis", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 14, No. 6, pp. 667-681. 

  4. Kim, S.H., Kim, W.K., Lee, H.Y. (2013), "Effect of segment thickness during shield TBM tunnelling in case study", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 15, No. 3, pp. 311-320. 

  5. Kim, Y.I., Hencher, S.R., Yoon, Y.H., Cho, S.K. (2002), "Determination of the construction method for Young Dong tunnel by risk assessment", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 4, No. 1, pp. 13-25. 

  6. Lee, S.W., Jeoung, J.H., Hwang, J.H. (2009), "Evaluation of hydrophilic waterstop for shield TBM tunnel under high water pressure", Proceedings of the Korean Geo-Environmental Conference, Seoul, pp. 389-392. 

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