초록 ▼

쉴드터널 공법은 NATM 공법 보다 고가의 시공비로 인해 지금까지 국내에서는 하저터널, 연약지반의 전력구 및 통신구 등에 한정되어 적용되어왔으나, 최근 다양한 시공 장비 및 새로운 기술의 개발로 앞으로 그 적용성이 점차 확대되고 있다. 쉴드터널 세그먼트를 연결하는 방법으로는 국내에서는 볼트 체결방식이 가장 일반적으로 적용되고 있지만, 볼트 직경과 통과공간 직경의 차이로 인한 시공오차 발생 가능성이 있고, 쉴드머신의 추력과 굴착 진동으로 인한 볼트 풀림현상이 발생되고 있다. 또한, 볼트 체결 위치가 터널 내측에 치우쳐 있어 세그먼트

쉴드터널 공법은 NATM 공법 보다 고가의 시공비로 인해 지금까지 국내에서는 하저터널, 연약지반의 전력구 및 통신구 등에 한정되어 적용되어왔으나, 최근 다양한 시공 장비 및 새로운 기술의 개발로 앞으로 그 적용성이 점차 확대되고 있다. 쉴드터널 세그먼트를 연결하는 방법으로는 국내에서는 볼트 체결방식이 가장 일반적으로 적용되고 있지만, 볼트 직경과 통과공간 직경의 차이로 인한 시공오차 발생 가능성이 있고, 쉴드머신의 추력과 굴착 진동으로 인한 볼트 풀림현상이 발생되고 있다. 또한, 볼트 체결 위치가 터널 내측에 치우쳐 있어 세그먼트 외측에서의 이격을 유발할 수 있다.
본 연구에서는 강연선의 긴장력을 적용하여 쉴드 세그먼트를 체결할 수 있는 기술을 개발하였다. 본 기술은 기존 볼트 체결방식보다 더 높은 체결력 확보가 가능하여 세그먼트간 연결 안정성을 증대할 수 있고, 개발된 아일랜드형 전단키 세그먼트는 조립 가이드 기능으로 시공성 향상과 쉴드터널 전단 안정성을 높일 수 있다. 또한, 실제 전력구 규모의 시험시공과 쉴드TMB과 연동된 강연선 자동공급 시스템 개발을 통해 개발 기술의 현장 적용성을 확보하였다. 본 연구개발을 통해 최종적으로는 쉴드터널 체결부 재료비 50% 절감, 세그먼트 체결력 10% 증대, 쉴드터널 전체공사비 2% 절감을 달성할 수 있었다.

Abstract ▼

Ⅳ. Research and Development Results
■ Analysis of assembling system of shield tunnel
The survey of research trends in the past and the new assembling method of shield tunnel was carried out. and the Study of the Application of the assembling method of the shield tunnel segments to the tensible

Ⅳ. Research and Development Results
■ Analysis of assembling system of shield tunnel
The survey of research trends in the past and the new assembling method of shield tunnel was carried out. and the Study of the Application of the assembling method of the shield tunnel segments to the tensible force of the strands was performed.
■ Problem Analysis of bolting system
Bolting system of the shield tunnel can result in gap between the segments construction errors caused by the size difference between the bolt and the slot. and the loosening of the bolt can be caused by an external load, such as thrust and vibration of the shield machine. In order to solve the problem, it is necessary to develop a new assembling system.
■ Investigation of the leak of shield tunnel and water protection
The leakage quantity entering the shield tunnel is likely that the distribution of ground-water greater influence than seasonal rainfall. incoming groundwater quantity in the tunnel was satisfied allowed quantity but Leakage amount generated in the shield tunnel is 67% by bolts connecting portion, 27% from the connecting portion of the segment. It is determined to be able to reduce the amount of leakage through the improvement of assembling system.
■ Review of Strand signed performance through experiments full scale test
To examine the clamping force of the cable shield tunnel was fabricated segments of actual size. result of the tightening force of cable fastening system and bolt system experiment, cable concluded method has superior performance than 91.4%. Clamping force of the study of the assembly pressure generated by a shield tunnel construction stage results cable fastening system has been evaluated as more excellent.
■ Tension loss evaluation of cable in the curved portion of the shield
By utilizing the tension of the cable, when fastening the curved portion of the shield tunnel, when there is no additional load is not loss of tension by the placement of the curve and loss due to long-term behavior of the segment is expected to be very small.
■ Integrated action plan of Strand and segments
To evaluate the behavior of the cable and segment were examined performance degradation due to corrosion of the liner. corrosion is determined to have little effect on the performance of the cable. Additional grout treated liners and segments is also judged to be the maintenance of sufficient durable strength of the cable without.
■ Investigation of design criteria of shield segment and deduction of Influence Variable
In order to examine the structural stability of the cable fastening method shield tunnel, should be considered for the load(ground load, water pressure, overburden load, self-load). Jack thrust, backfill pressure, transportation and handling load, at the time of the buoyancy consideration, must be taken into account separately.
■ Examination of the structural stability of cable shield tunnel by numerical analysis
Study construction stage of the cable shield tunnel stability considerations structural stability and seismic were made. Result of the three-dimensional finite element method in consideration of the construction process, the displacement is stable within any tolerance and study of the stability of seismic result, the displacement and stress within a permissible range, it is determined that structurally stable.
■ Development of island-type shear key segments
Stress distribution by the shear resistance in the cable shield tunnel capable Island Jondanki made in segments. Island-type shear key was evaluated as the shear performance than bolt system is more excellent. Typical cross-sectional view of a shield tunnel is created examined key is applied.
■ Comparison of the waterproof performance according to the coupling method of the segment
Discussion of waterproof performance by the conclusion method of cable and bolts have been performed and leakage test was conducted is manufactured as the actual size of the fastening portion of the experimental model of the segment. Results of experiments of the leak rate increases the water pressure, generation of leak rate was reduced by about 68-75% compared to cable fastening system is a bolt fastening method.
■ Evaluation of the behavior of the index material according to the coupling method of the segment
Fastening force is installed a swell index material and the gasket can be in the experimental model to evaluate the effect on the index member and after addition of fastening force, and analyzed the behavior over time. Deformation amount of it can be expanded index material and gasket be were similar. fastening force is increased, index material is evaluated as the difference in behavior is little.
■ Verification of the tightening force the effect of increasing the cable assembly method
Result of examining the fastening performance of the fastening system of the segment, was 91.4% better compression performance than the bolt fastening method and The tensile performance is excellent about 8 times and 32% of the shear performance was better. Clamping force of the cable also in a fire has been confirmed that the better.
■ Field assembly test construction
The segments for the applicability workability improvement in the field shield tunnel developed in this study were prepared and tested construction on the ground. Assembly time is shortened for the Tilting Ireland type during construction, the overall construction period is shortened. In order to apply to the actual scene, it is necessary to develop a system that can supply and pressure of the steel wire automatically.
■ Development of initial model of automatic cable feeding device
The initial model of the automatic cable feeding device for the construction of the improvement of cable shield tunnel was produced. The segment model was produced for the experiments and Experimental results smooth supply of the supply capacity of the automatic feeding device it was possible. but research is needed in the automatic feeder in conjunction with the shield machine in the future.
■ Accuracy improvement measures of segment assembly
Anchorage device of shield tunnel was chosen and analysis of slope process using the key has been made. During construction of the cable applied automatically supplied / pulling / cutting device, it is determined to be able to ensure economic efficiency in reducing the workability and the required construction period.
■ Evaluation of construction and economy
Results Study shield tunnel construction process is performed, applying the automated system, the time that one segment than existing bolt fastening method is fastened has been analyzed to decrease 60 seconds. Material costs of the fastening material is reduced to about 51.62%, the extension of the tunnel is not less than 2km, it was analyzed that there is reduction of about 3.5% of the construction period shortening effect of 2% or more of the construction costs.
■ Evaluation of demand forecasting and market of development technology
Domestic tunnel market has changed rapidly in the machine excavation method in tunnel construction demolition excavation method of the rise of the expectations of the people. China is in response to the rapid economic development and urbanization, about 100 or more units of TBM in tunnel construction of new road section of 10,000km is expected to be ordered.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 17
• CONTENTS ... 34
• 목차 ... 38
• 그림목차 ... 42
• 표목차 ... 50
• 제 1 장 연구개발과제 개요 ... 54
• 제 1 절 연구개발의 배경 및 필요성 ... 54
• 제 2 절 연구개발의 내용 및 범위 ... 58
• 1. 연구개발 최종목표 ... 58
• 2. 연구개발 내용 ... 60
• 제 3 절 국내외 기술개발 현황 ... 66
• 1. 국내기술개발 현황 ... 66
• 2. 국외기술개발 현황 ... 70
• 제 2 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 76
• 제 1 절 쉴드터널 체결방식 분석 ... 76
• 1. 기존 쉴드터널 체결방식 ... 76
• 2. 국외 세그먼트 체결방식 및 연구동향 파악 ... 80
• 3. 강연선을 이용한 쉴드터널 체결방식 ... 110
• 소결론 ... 124
• 제 2 절 볼트 체결방식 문제점 분석 ... 125
• 1. 체결부 유격 차이 ... 125
• 2. 볼트 풀림현상 ... 130
• 3. 체결부 위치 ... 132
• 소결론 ... 133
• 제 3 절 쉴드터널 누수실태 파악 및 방수대책 ... 134
• 1. 터널 지하수 유입수량 조사 ... 134
• 2. 쉴드터널 방수대책 및 효율성 ... 144
• 3. 세그먼트 체결부 누수 ... 149
• 소결론 ... 155
• 제 4 절 실대형 실험을 통한 강연선 체결 성능 검토 ... 156
• 1. 1차 실험 ... 156
• 2. 2차 실험 ... 174
• 소결론 ... 184
• 제 5 절 쉴드터널 곡선부에서의 강연선 긴장력 손실평가 ... 185
• 1. 강연선 체결력 및 손실율 검토 ... 185
• 2. 곡선부의 강연선 긴장력 유지 방안 ... 192
• 3. 체결된 강연선의 장기거동 및 유지관리 ... 196
• 소결론 ... 208
• 제 6 절 강연선 및 세그먼트 일체화 거동 방안 ... 209
• 1. 강연선 손상 및 녹 방지 대책 ... 209
• 2. 일체화된 강연선 거동 평가 ... 215
• 소결론 ... 220
• 제 7 절 쉴드 세그먼트 설계기준 조사 및 영향변수 도출 ... 221
• 1. 세그먼트 라이닝 구조해석 ... 221
• 2. 국내외 설계기준 조사 ... 228
• 3. 쉴드터널 구조성능 영향변수 도출 ... 232
• 소결론 ... 240
• 제 8 절 수치해석을 통한 강연선 쉴드터널 구조안정성 검토 ... 241
• 1. 2D 해석 ... 241
• 2. 3D 해석 ... 248
• 소결론 ... 259
• 제 9 절 아일랜드형 전단키 세그먼트 개발 ... 260
• 1. 강연선 체결방식의 전단 및 회전 저항력 확보 ... 260
• 2. 아일랜드형 전단키(Island type) ... 263
• 3. 표준단면 및 세그먼트 배치 ... 279
• 소결론 ... 286
• 제 10 절 세그먼트 체결방식에 따른 방수 성능 비교 ... 287
• 1. 방수 성능 실험 조사 ... 288
• 2. 실험계획 ... 291
• 3. 실험수행 및 결과 ... 294
• 4. 강연선 쉴드터널 누수 감소효과 검토 ... 296
• 소결론 ... 298
• 제 11 절 세그먼트 체결방식에 따른 지수재 거동 평가 ... 299
• 1. 수팽창 지수재 및 개스킷 품질 규정 ... 299
• 2. 체결력 증가에 따른 지수재 거동 평가 ... 302
• 소결론 ... 314
• 제 12 절 강연선 체결방식의 체결력 증대효과 검증 ... 315
• 1. 체결성능 정의 및 평가지표 설정 ... 315
• 2. 체결력 증대효과 검증 ... 317
• 3. 체결방식에 따른 내화성능 검토 ... 325
• 소결론 ... 329
• 제 13 절 현장 조립 시험시공 ... 330
• 1. 시험시공 계획 ... 330
• 2. 시험시공 수행 ... 337
• 소결론 ... 340
• 제 14 절 강연선 자동공급장치 초기모델 개발 ... 341
• 1. 제작 계획 ... 341
• 2. 초기모델 제작 ... 343
• 3. 강연선 공급 시험 ... 347
• 소결론 ... 350
• 제 15 절 세그먼트 시공 정확도 향상 방안 ... 351
• 1. 강연선 정착단 구조형상 개선 ... 351
• 2. 정착단 구조형상 검토 ... 353
• 3. 전단키 가이드 기능 검토 ... 363
• 4. 강연선 자동화 시스템 상세설계 및 3D 모델링 ... 366
• 소결론 ... 375
• 제 16 절 시공성 및 경제성 평가 ... 376
• 1. 시공프로세스 분석 ... 376
• 2. 위험도 평가 ... 380
• 3. 강연선 체결 기술 VE 평가 ... 391
• 4. 경제성 분석 ... 402
• 소결론 ... 407
• 제 17 절 개발 기술의 수요예측 및 시장성 평가 ... 408
• 1. 국내 터널시장 수요예측 ... 408
• 2. 국외 터널시장 수요예측 ... 411
• 3. 개발기술의 성과 확보 및 가치 평가 ... 419
• 소결론 ... 424
• 제 3 장 최종 연구성과 및 적용실적 ... 425
• 제 1 절 핵심요소기술 ... 425
• 제 2 절 주요 연구성과 ... 430
• 1. 학술적 성과 ... 430
• 2. 기술적 성과 ... 432
• 제 3 절 기술개발 성과의 국내외 시장 전망 ... 434
• 1. 국내 시장 전망 ... 434
• 2. 국외 시장 전망 ... 435
• 제 4 장 연구 목표 달성 및 효과 ... 437
• 1. 연구개발 최종목표 달성도 ... 437
• 2. 연구개발 성과의 기술적 및 경제적 효과 ... 438
• 참고문헌 ... 440
• 부 록 ... 448
• 강연선 체결 쉴드터널 설계ㆍ시공ㆍ유지관리 매뉴얼(안) ... 449
• 강연선 체결 쉴드터널 표준단면 설계 ... 501
• 국외출장복명서 ... 516
• 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 540
• 끝페이지 ... 550