지하공간을 만드는 차폐터널 기술?

해수면 아래 40m 수갱에서 수갱 벽에 귀를 대면 쉴드머신이 서서히 다가오는 소리가 들렸다가 다시 조용해진다.

지하 70m 깊이의 수갱에서 직경 9.1m의 진흙방수막이 발사됐다. 일본에서 가장 깊은 도쿄 가스 판지마 공장의 배관에 사용되는 해저 터널은 해저 지층을 530m 파고 해저 샤프트에 도달하자 실드 머신이 순간 정지했다.

이번 쉴드머신 굴착작업은 1995년 3월 6일부터 같은 해 9월 8일까지 6개월간 진행됐으며 샤프트 건설, 싱킹, 쉴드 시동 및 도착 보호 등을 포함해 준비작업을 기다린 뒤 소요된 작업이다. 21개월에 걸쳐 700KPa의 높은 수압으로 누수가 전혀 발생하지 않는 쉴드 터널을 완성한 것은 일본의 쉴드 시공 기술이 세계 최고 수준이라는 또 하나의 증거입니다.

쉴드 터널링의 기원은 1818년 영국 M.I. 브뤼셀이 장벽을 밀어내기 위해 '쉴드 터널'을 사용해 런던의 템스강 유역에 깊이 21m의 작업 구덩이를 설치한 것입니다. 흙 구조물은 작업 피트의 뒷벽을 지지벽으로 사용하고 나사 잭을 추진력으로 사용하여 이 "흙막이 실드"를 전진시킵니다. 도중 하상토의 붕괴와 침수사고로 인해 운행이 중단되었습니다. 실제로 터널을 완성하는 데는 20년 이상이 걸렸습니다. 이때 TBM의 창립자인 브뤼셀은 이미 72세였습니다. 오늘날까지 발전한 쉴드 터널링 공법은 브뤼셀의 열정이 정상까지 퍼진 결과이다.

이후 1887년 사우스런던 철도 터널 공사에서도 공압공법을 이용한 실드 추진 방식이 사용되면서 실드 공법의 초석을 다졌다.

1890년대에는 미국, 독일, 프랑스 등 대부분의 국가에서도 터널 건설에 쉴드 터널 공법을 사용했습니다. 세미 쉴드(지붕 쉴드), 타원형, 말굽형, 직사각형 및 기타 쉴드도 사용됩니다.

일본에서는 유럽과 미국의 기술을 배워 1940년경부터 지하철, 하수도 등의 건설에 쉴드터널 공법을 사용했다. 1970년 이후에는 폐쇄형 공법이 개발됐고, 급속한 발전이 있었습니다. 1989년 영국 횡단 수로 터널 프로젝트에서는 일본제 토압 차폐 장치가 사용되어 오늘날까지 세계를 선도하고 있습니다.

다음은 일본의 쉴드 터널링 공법의 도입과 발전, 그리고 향후 전망에 대해 설명한다.

일본의 쉴드 터널 공법

1. 쉴드 터널 공법의 도입 및 개발

일본에서 최초로 성공한 쉴드 터널 공법은 국철 간몬 해저 터널이다. 프로젝트(1939-1944)에서는 모지의 취약한 기초에 405m 상향 라인과 725m 하향 라인에 ø7.2m 수동 굴착 쉴드 기계를 사용하여 공압 공법과 약액 그라우팅 공법을 모두 사용하여 시공했습니다. 이번 사업을 통해 일본의 쉴드 터널링 기술이 확립됐다고 볼 수 있다.

1953년 간몬 고속도로 터널과 1957년 테이토 고속도로 4호선 나가타초 2 작업장에 지붕 실드가 사용되었습니다. 또한 나고야시 가쿠오야마 지하철도 터널을 사용했습니다. 공압공법을 이용한 수동 굴착 및 쉴드 터널링.

이후 1964년 도쿄올림픽을 대비한 급속한 경제발전으로 도시시설 건설사업이 급격히 증가해야 했고, 건설사업으로 인한 오염이 가시화되기도 했다. 도시터널의 기존 개방형 공법을 수동 굴착 쉴드 공법으로 대체하였습니다. 이 시기에는 쉴드터널 공법과 함께 지하수 대책으로 강수공학공법, 기압공법 등이 사용되었으며, 기초침하 대책으로는 약액 그라우팅 등의 보조공법도 사용되었다.

쉴드 터널링 공법이 대중화되면서 공사기간 단축, 노동력 절감, 복잡한 기초 등의 문제점을 해결할 수 있는 쉴드 터널링 공법 개발이 기대됐다. 1963년 오사카시 수로에서 사용되었습니다. 새로운 쉴드 터널은 다뎬 수도관(Φ2.6m, 길이 227m)에 처음 사용되었습니다. 이듬해 오사카시 지하철 사업에서는 직경 6.97m, 터널 길이 668.4m의 대구간 기계식 터널 공법이 채택됐다. 쉴드 머신 변신 단계.

2. 폐쇄형 쉴드 공법 개발

보조공법으로 공압공법이나 화학적 그라우팅 공법을 사용함에 따라 저산소증 사고 및 화학적 슬러리 피해사고가 발생할 수 있다. 또는 터널에서 화재사고가 발생합니다. 이러한 사고에 대한 대책을 모색한 결과 토수차폐터널 공법과 토압차폐터널 공법이 탄생하게 되었습니다.

진수 쉴드의 원리는 1961년 프랑스 회사인 카미노 페로나테(Camino Peronate)에 의해 고안되었으며, 일본에서는 1967년 테이토 고속도로 교통공사 지하철 9호선에 사용되었다. 간다강 공사지구 본선사업의 우회터널(Φ3.1m, 길이 312m)에 사용되었습니다. 진흙방수공법은 기계실드의 절단커터헤드 부분을 그대로 두고 격벽으로 밀봉한 후 압력을 이용하여 진흙수를 굴착면으로 보내고 진흙배출밸브를 이용하여 굴착된 토사를 유동적으로 이송시키는 공법이다. 안정기. 대형 터널 구간으로서 1969년 일본철도건설공사 게이요선 하네다 터널이 모리사키 운하 공사 구역에 Φ7.29m, 856m×2선 프로젝트를 채택하여 외국인들의 주목을 끌었습니다. 우려.

또한 일본은 1974년에 토압차폐 장치를 독자적으로 개발했다. 이 쉴드 공법도 기계화된 쉴드 기계의 절단 헤드 뒤에 칸막이벽을 두고 스크류 컨베이어를 이용해 흙을 배출하고, 혼합 및 교반 메커니즘을 통해 밀폐된 캐빈에서 굴착된 흙을 흙에 혼합하는 방식이다. 굴착면의 안정성을 얻기 위해 사용됩니다. 토압차폐터널 공법의 개량형으로 혼합토 가압차폐터널공법은 커터의 밀폐실에 첨가재료(슬러리재료, 머드재)를 주입하고 교반임펠러를 이용하여 개발한 토압차폐터널공법이다. 공법의 적용 가능 범위는 점차 확대되고 있습니다. 토압쉴드 공법은 1976년 도쿄 수도국 지방 수도관 건설사업에서 처음으로 사용됐다. 사용된 첨가재료는 기포를 이용하여 굴착토의 유동성과 지수성을 향상시키는 버블(폼)쉴드 터널링 공법이다.

머드워터 방식, 토압 방식 등 폐쇄형 쉴드 터널링 방식으로 건설터널 내 대기압 작업 환경을 개선해 더 이상 공기 누출, 산소 부족 등의 문제가 발생하지 않으며, 환경 보호가 보장됩니다. 그리고 그것은 미래에 방패 건축 방법의 주류가 되었습니다.

3. 실드터널 공법의 다양화

폐쇄형 실드터널 공법의 실용화로 인해 굴착면의 안정성, 기초침하 등 주변환경에 미치는 영향 소형화되면서, 지하철도, 상하수도, 전력통신, 도로, 지하하천 등 대규모 터널 공사의 불리한 공사조건을 처리하는 데 쉴드 공법이 주력이 됐다.

또한 1980년대 후반에 들어서면서 이러한 터널에 대한 규모, 형상, 정렬, 자동화, 노동력 절감, 비용 절감 등 다양한 요구가 있었고, 이에 따라 프로젝트가 진행되었습니다. 일반 계약자와 제조업체 간의 기술 경쟁의 역학.

(1) 큰 단면

굴착면 안정화와 재료, 기계, 재료 조합의 효율성 향상이라는 문제를 극복하기 위해 Φ14부터 시작했습니다. 도쿄 만을 가로지르는 .14m 도로, 대규모 철도, 고속도로, 지하 하천 등의 대구경 터널 건설을 수행했습니다.

(2) 깊이가 큼

도시의 상대적으로 얕은 지하 공간은 이미 설치된 구조물이 차지하고 있기 때문에 새로운 터널은 깊이를 깊게 해야 하므로 건설 깊이는 For보다 낮아야 합니다. 60~70m 터널의 경우 깊은 수심이 크고 수압이 높은 공사에 필요한 조건인 쉴드머신과 세그먼트의 내압력과 내구성의 향상이 필요하다.

(3) 장거리

과도하게 밀집된 도시 지역에서 샤프트의 토지 확보가 어려울 때 실드 머신 및 기타 기능을 효과적으로 사용하여 비용 목표를 달성하려면 장거리 굴착을 위해 쉴드 머신을 사용해야 합니다. 이 경우 실드머신의 내구성, 커팅헤드의 교체기술, 굴착 및 밸러스트 처리 장비, 자재 및 장비를 굴착면까지 고속으로 이송하는 장비 등의 문제가 있다. 건설 길이가 6.5km에 달하는 프로젝트의 실제 결과가 있습니다.

(4) 단면 최적화

일반적으로 엔지니어링 비용은 굴착 단면에 정비례합니다. 또한 토지의 제약, 형상에 따라 달라집니다. 터널의 단면적을 최소화하여 사용목적에 부합할 수 있도록 해야 합니다.

이러한 요구에 부응하여 MF, DOT, H

(5) 터널 라이닝 및 지하 도킹 기술은 건설 기간 단축 및 비용 절감을 위한 기술 개발 중 하나로 지속적으로 개발되어 왔습니다. 조립식 세그먼트 라이닝 블록을 사용하지 않고 실드에 거푸집을 직접 설치하고 현장에서 터널 라이닝을 타설하는 공법이 개발됐다. 이 경우 양측에서 터널을 뚫는 쉴드머신을 지상에서 쉴드 접합 기술을 수행하게 되며, 지반 동결 공법, MSD 공법 등의 사업이 개발될 예정이다.

4. 해외 평가

1994년 5월 개통된 채널 터널(길이 49km) 프로젝트의 여러 주요 구간에서 설계, 생산, 유지 관리에 있어서 다른 측면에서는 일본의 쉴드 기계가 완전히 사용됩니다.

일본의 우수한 시공 성과와 오랫동안 이 분야에 종사해 온 관계자들의 노력이 대물림되고 있다.

향후 기술과제 및 전망

수로터널이나 도쿄만 해저터널로 대표되는 대심도, 대구간 터널 굴착 기술의 개발과 개발에 따른 대규모 도시지역의 대규모 터널의 경우, 내부 기반시설의 부지 확보가 어려운 상황에서 2000년 5월 '대심도 지하공원 도로 이용에 관한 특별대책'이 마련되면서 다시 한번 지하개발 기술이 유치됐다. 사람들의 관심.

특히, 철도, 고속도로 등 장대 지하 구조물의 쉴드 터널링 공법은 향후 품질도 보장하면서 안전하고 고속화될 것으로 기대된다. 저비용 건설을 목표로 한 기술 개발. 구체적으로는 다음과 같은 기술적 문제를 들 수 있다.

깊이가 큼(실드기의 밀봉, 이착 방법 등, 흙 제거 기구...)

큰 단면적(실드기의 방향 제어, 세그먼트 조인트) ) , 조립방법...)

장거리(굴착 및 밸러스트 운송, 세그먼트 운송, 커팅헤드 수리 및 교체, 작업자의 안전과 건강...)

지반장애물 처리(원구조물의 기초말뚝, 목재부분 등 제거)

도심건축(지상가설시설 컴팩트화, 소음·진동 저감...)

최근에는 새로운 쉴드터널 공법 중 하나로 여러 대의 쉴드터널링 기계를 전체적으로 활용해 굴착해야 한다는 아이디어가 임의로 분기되어 지하도로 경사로 등 합리적인 시공을 이룰 수 있다는 아이디어가 발표됐다. 첨단 쉴드 터널링 기술의 흔적이 보입니다. 사회의 요구에 관해서는 기술 인력의 추가 연구 결과를 기대합니다.

입찰 낙찰률 향상을 위한 엔지니어링/서비스/구매 입찰 문서 작성 및 제작에 대한 자세한 내용을 보려면 하단 공식 웹사이트 고객 서비스를 클릭하여 무료 상담을 받으세요: /#/?source= ㅋㅋㅋㅋㅋㅋ