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제안 방법
- 지하철9호선 OO공구의 가시설을 1/45로 축소하여 설치하고 보강구간 또한 축소율 1/45을 원지반 발진부의 보강구간(14000×13000×4900mm)과 도달부의 보강구간(14000×10000×4900mm)에 적용하여 축소모형지반 발진부의 보강구간(311×288×108mm)과 도달부 보강구간(311×222×108mm)을 조성한 후, 다음 그림 6과 같이 모형지반을 조성하였다. Shield- TBM굴진으로 인한 지반의 거동을 측정하기 위하여 다음 그림 5와 표 5와 같이 계측기를 매설하여 지반의 거동을 분석하였다.
- 계측기 설치는 축소모형 Shield-TBM의 경우, 실린더와 메인드라이브 연결부에 압력계를 설치하고 Shield-TBM에 변위계를 설치하여 각각 굴진거리와 면판과 막장사이의 압력을 파악하였다. Shield-TBM의 굴진에 따른 터널 상부 보강구간의 응력 변화를 측정하기 위해 굴진거리(0.5D, 1.5D, 2D)에 따라 압력계를 설치하였으며, 또한 굴진시 가시설에 대한 응력을 측정하기 위해 터널 상부 1D높이의 벽채에 설치하였다. 마지막으로 병열터널간 영향성을 검토하기위해 굴진거리 1D의 터널 이격 거리 중심에 설치하였다.
- 625cm2의 몰드 케이스에 모래, 석고, 물의 배합비에 변화를 주어 혼합한 후 각 Case별 3가지의 다짐에너지를 산정하였다. 각 Case별 다짐함으로서 변화하는 몰드의 일축압축강도를 측정한 후, 원지반 설계정수의 1/45의 축소값과 비교분석하여 축소모형지반에 사용될 각 지층의 강도를 결정하였다.
- 계측기 설치는 축소모형 Shield-TBM의 경우, 실린더와 메인드라이브 연결부에 압력계를 설치하고 Shield-TBM에 변위계를 설치하여 각각 굴진거리와 면판과 막장사이의 압력을 파악하였다. Shield-TBM의 굴진에 따른 터널 상부 보강구간의 응력 변화를 측정하기 위해 굴진거리(0.
- 4m이다. 구간내 정거장 2개소와 본선환기구 4개소로 구성되어 있으며, 최초 발진부에서 굴진을 시작하여 상행선 터널을 시공하고, 반대편 정거장에서 Shield-TBM장비가 회전한 후 하행선 터널을 굴착하게 설계되었다.
- 그림 9는 터널 굴착에 따른 가시설 및 터널 벽체의 변형률을 나타나는 그래프로 각 굴진거리에 따른 변형률을 분석한 결과이다. 굴진거리 1.5D의 병렬터널 이격거리 중심에 설치된(S-8, S-9)센서의 경우, Shield-TBM 굴진으로 인한 병렬터널간의 영향을 판단하기위해 터널벽체의 변형율을 측정하였다., 그 결과, 보강구간 범위안에서는 미소한 변형률의 변화를 보였으나, 일반구간 굴진시작지점인 300mm지점에서 변형률이 상승한 후, 다시 수렴되는 경향이 나타났다.
- 그러나 축소모형실험은 현지의 지반물성과 구조물의 형상 등을 축소율(scale factor)로 환산하여 현지의 상태를 재현해 낼 수 있으며, 상사법칙을 적용하여 실제와 근사한 축소장비를 제작하고 굴착지반을 유사하게 모델링하여 실험함으로서 원지반에 대한 굴착시 지반거동을 분석할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 실제 Shield-TBM장비와 굴착 지반에 대해 축소율 1/45으로 적용하여, 실험장비와 모형지반 및 보강구간을 제작하였다.
- 5D, 2D간격으로 설치하였다. 또한 터널 지면의 변위를 분석하기 위해 터널 상부로부터 2D높이에 1.5D, 2D간격으로 설치하였으며, 마지막으로 병열터널간 영향성을 검토하기위해 굴진거리 1.5D의 병렬터널 이격거리 중심에 설치하였다.
- 마지막으로 병열터널간 영향성을 검토하기위해 굴진거리 1D의 터널 이격 거리 중심에 설치하였다. 변위계의 경우, 각 위치마다 횡방향 및 종방향의 변위를 측정하였으며, 설치 위치는 보강구간의 변위를 측정하기 위해 보강구간 상부에 0D, 1.5D, 2D간격으로 설치하였다. 또한 터널 지면의 변위를 분석하기 위해 터널 상부로부터 2D높이에 1.
- 본 연구에서는 실제 Shield-TBM과 지하철9호선 OO공구 발진부를 대상으로 축소율을 적용하여 모형 실험장비를 설계ㆍ제작한 후, Shield-TBM 발진부의 보강범위에 대한 적정성을 판단하기위한 기본적인 모형실험연구을 실시하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 지하철9호선 OO공구 발진부를 대상으로 설계조건을 분석하여, 계측기를 매설한 모 형지반을 조성하였으며, 실제 Shield-TBM장비에 축소율을 적용하여 제작된 모형 Shield-TBM장비를 이용한 모형 시뮬레이션을 실시하여, Shield-TBM의 굴진에 따른 지반의 거동에 대한 분석과 Shield-TBM 발진부의 보강범위에 대한 적정성을 판단하였다.
- 상부지반은 그림 2과 같이 약액주입공법의 일종인 그라우팅공법을 적용하여 발진부(14,000×13,000×4,919mm)와 도달부(14,000×10,000×4,919mm)의 상부지반을 보강하였다.
- 실내실험을 통한 다짐에너지에 따른 일축압축강도 실험값과 원지반 설계지반정수를 1/45로 축소 한 일축압축강도값을 비교 분석하여, 표 4와 같이 각 암반층에 대한 유사한 실험값을 선정하였다.
- 지하철9호선 OO공구의 가시설을 1/45로 축소하여 설치하고 보강구간 또한 축소율 1/45을 원지반 발진부의 보강구간(14000×13000×4900mm)과 도달부의 보강구간(14000×10000×4900mm)에 적용하여 축소모형지반 발진부의 보강구간(311×288×108mm)과 도달부 보강구간(311×222×108mm)을 조성한 후, 다음 그림 6과 같이 모형지반을 조성하였다.
- 축소모형 Shield-TBM을 통한 모형 시뮬레이션 실험을 바탕으로 굴착에 따른 응력 및 변형률의 변화를 측정하여 다음과 같은 결과를 분석하였다.
- 축소모형 Shield-TBM장비를 제작한 후 그 외 각 세부별 장비를 축소 제작하여 그림 4와 같이 전체적인 실험장비를 구성하였다.
- 축소모형실험을 통한 정확한 데이터를 얻기 위해 원지반과 유사한 축소모형지반을 조성하였다. 지반조성시 Shield-TBM굴진에 따른 지반의 영향범위를 감안하여 1260×700×780mm크기의 토조를 제작하였으며, 지하철9호선 OO공구 발진부 지반은 그림 5의 (a)와 같이 지표면을 기준으로 매립층, 충적층, 풍화암, 연암 순으로 분포하는 복합지반이므로 실험에 사용될 축소지반을 조성하기 위하여 토 사층과 암반층을 각각 실내실험을 통해 선정된 실험값을 바탕으로 그림 5의 (b)와 같이 조성하였다.
- 충적층, 매립층과 같은 토사지반의 경우, 강사를 통한 건조단위 중량을 원지반 건조단위 중량에 맞추어 조성하였으며, 원지반에 적합한 건조단위중량을 구하기 위해 강사폭, 강사 높이에 변화를 주 어 실험을 실시하였다.
- 풍화암 및 연암과 같은 암반지반의 경우, 다짐에 의해 지반을 조성하였으며, 높이 10cm, 면적 19.625cm2의 몰드 케이스에 모래, 석고, 물의 배합비에 변화를 주어 혼합한 후 각 Case별 3가지의 다짐에너지를 산정하였다. 각 Case별 다짐함으로서 변화하는 몰드의 일축압축강도를 측정한 후, 원지반 설계정수의 1/45의 축소값과 비교분석하여 축소모형지반에 사용될 각 지층의 강도를 결정하였다.
대상 데이터
- Shield-TBM 본체의 경우, 다음 그림 3와 같이 실제 TBM 장비에 축소율을 적용하여 모형 Shield-TBM을 제작하였으며, 제작된 축소모형 Shield-TBM의 제원은 다음 표 2와 같이 굴착직경 175mm, 면판직경 169mm, spoke 4개, 개구율 약 30%, 커터헤드 회전속도 0∼6RPM, 최대 토크 0.07kN-m, 추력 1.50kN으로 제작하였다.
- 본 연구의 과업구간인 지하철9호선 OO공구 발진부 지반의 경우 그림 2와 같이 지표면을 기준으 로 매립층(1,700mm), 충적층(14,800mm)인 토사층과 풍화암(700mm), 연암인 암반층 순으로 분포하 는 복합지반이며, Shield-TBM터널은 토피고가 17,200mm인 연암구간을 통과한다. 상부지반은 그림 2과 같이 약액주입공법의 일종인 그라우팅공법을 적용하여 발진부(14,000×13,000×4,919mm)와 도달부(14,000×10,000×4,919mm)의 상부지반을 보강하였다.
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