[논문]복합지반 EPB TBM 커터교체를 위한 그라우팅 수행 사례

강성욱; 장재훈; 이재원; 김대영; 신영진

doi:10.9711/ktaj.2021.23.5.281

복합지반 EPB TBM 커터교체를 위한 그라우팅 수행 사례
Pre-grouting for CHI of EPB shield TBM in difficult grounds: a case study of Daegok-Sosa railway tunnel 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.23 no.5, 2021년, pp.281 - 302

강성욱 (현대건설 대곡-소사 복선전철 제2공구) , 장재훈 (현대건설 대곡-소사 복선전철 제2공구 TBM터널팀) , 이재원 (현대건설 대곡-소사 복선전철 제2공구 TBM터널팀) , 김대영 (현대건설 기술연구원 경쟁력추진연구실) , 신영진 (현대건설 대곡-소사 복선전철 제2공구 TBM터널팀)

초록
AI-Helper

철도망 구축이 확대되는 추세 속에 도심지나 한강을 통과하기 위해 TBM 굴착공법 적용사례가 증가하고 있다. 특히, 도심지나 한강하저를 통과하는 경우 불량한 지반 및 지하수조건을 조우하게 되며 안정적인 굴진 및 커터교체(Cutter Head Intervention, CHI)를 위해서 그라우팅을 적용하고 있다. 본 논문에서는 TBM 굴착공법을 적용한 철도 터널 시공 시 적용한 그라우팅에 대하여 소개하고자 한다. 특히, CHI를 위해 그라우팅을 수행한 사례에 대한 소개나 분석이 많지 않은 것으로 판단하여 CHI를 위한 그라우팅 범위산정, 수행결과, 고찰 및 제언(Lessons Learned)을 기술하고자 한다. 그라우팅은 막장안정성을 확보하는 목적이 있으며, 작업위치에 따라 지상(수직)그라우팅과 TBM 장비 내에서 수행하는 갱내 그라우팅으로 나눌 수 있다. 갱내그라우팅을 수행한 결과 공기 및 보강효과 측면에서 지상(수직) 그라우팅에 비해 비효율적이라고 판단되어 지상그라우팅으로 계획을 변경하였다. 한강하저 구간의 경우 슬러지 발생으로 인한 환경오염, 주입재 유실 등이 우려되어 고압분사그라우팅을 적용할 수 없었으며 대안으로 수중불분리 주입재를 적용한 저압그라우팅을 적용하였다. 육상구간은 지상 작업부지를 확보할 수 있어 고압분사그라우팅을 적용하였다. 실제 그라우팅을 수행한 결과를 소개함으로써 향후 쉴드 TBM을 적용한 터널 시공 중 CHI 시 지반조건에 따른 적합한 그라우팅 공법 및 방법을 결정하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Railway projects have been consistently increasing in Korea. In relation to this trend, the mechanized tunneling using Tunnel Boring Machine (TBM) is preferably applied for mining urban areas and passing under rivers. The TBM tunneling under difficult grounds like mixed faces with high water pressure could require ground improvements for stable TBM advance or safe cutter head intervention (CHI). In this study, pre-grouting works for CHI in Daegok-Sosa railway project are presented in terms of the grouting zone design, the executions and the results, the lessons learned from the experience. It should be mentioned that the grouting from inside TBM was carried out several times and turned out to be inefficient in the project. Therefore, grouting experiences from the surface are highlighted in this study. Jet grouting was implemented on CHI points on land, while permeation grouting off shore in the Han River, which mostly allow to access the cutter head of TBM in free air with stable faces. The results of CHI works have been analyzed and the lesson learned are suggested.

주제어

표/그림 (32)

그림 Fig. 1. Tunnel layout
그림 Fig. 2. Mountains and streams system
그림 Fig. 3. Geological characteristics on site
그림 Fig. 4. Tunnel geotechnical profile
그림 Fig. 5. General layout of TBM and cutting wheel 3D drawing
표 Table 1. Specification of TBM
그림 Fig. 6. Grouting layout inside of TBM
그림 Fig. 7. Tunnel face stability (failure mechanism)
표 Table 2. Geotechnical design properties
표 Table 3. Hydraulic properties
그림 Fig. 8. 3D FEM steady state analysis
그림 Fig. 9. Minimum grouting area for permeation grouting
그림 Fig. 10. Failure mechanism - Forces acting on the wedge (Anagnostou and Kovari, 1994; Zizka and Thewes, 2016)
그림 Fig. 11. Example of the determination of the highest required support force by variation of the sliding angle (Anagnostou and Kovari, 1994; Zizka and Thewes, 2016)
그림 Fig. 12. Example of grouting length determination ahead of TBM when earth pressure is 0
그림 Fig. 13. Minimum grouting area for jet grouting
그림 Fig. 14. Grouting locations above Han River
그림 Fig. 15. Grouting works above water
그림 Fig. 16. Grouting works on the Han River
그림 Fig. 17. Grouting locations at land for CHI
그림 Fig. 18. Jet grouting layout
그림 Fig. 19. Jet grouting works on site
그림 Fig. 20. Coring works after curing grout bulb
표 Table 4. Han River grouting summary (1st machine)
표 Table 5. Han River grouting summary (2nd machine)
그림 Fig. 21. Original version of river grouting
그림 Fig. 22. Modified version of river grouting
표 Table 6. Grouting summary (location CHI 1~CHI 4)
표 Table 7. Grouting summary (location CHI 5~CHI 8)
그림 Fig. 23. Verification of grouting works
그림 Fig. 24. Suggested grouting for TBM in (a) Weathered soil (b) Sand & Gravel
표 Table 8. Considerations before pre-grouting

참고문헌 (4)

Anagnostou, G., Kovari, K. (1994), "The face stability of slurry-shield-driven tunnels", Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 9, No. 2, pp. 165-174.

상세보기
Jeong, H., Zhang, N., Jeon, S. (2018), "Review of technical issues for shield TBM tunneling in difficult grounds", Tunnel and Underground Space, Vol. 28, No. 1, pp. 1-24.

원문보기 상세보기
Yoon, Y., Jeong, H., Jeon, S. (2018), "Review of pre-grouting methods for shield TBM tunneling in difficult grounds", Tunnel and Underground Space, Vol. 28, No. 6, pp. 528-546.

원문보기 상세보기
Zizka, Z., Thewes, M. (2016), Recommendations for face support pressure calculations for shield tunneling in soft ground, DAUB, Version 10.

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