표제지
목차
1. 서론 11
1.1. 연구목적 및 필요성 11
1.2. 연구동향 12
1.3. 연구방법 및 범위 14
2. 이론적 배경 16
2.1. 막장압과 챔버압 이론 16
2.2. 막장압 산정 방법 20
2.3. 이론식 고찰 23
2.3.1. Deutsches Institut fur Normung(DIN) 4085(1987) 23
2.3.2. Anagnostou & Kovari (1996) 26
2.3.3. Japanese Geotechnical Society(JGS, 1997) 29
2.3.4. Murayama(1966) 30
2.3.5. Broms & Bennemark(1967) 32
2.3.6. Atkinson & Potts(1977) 34
2.3.7. Davis et al.(1980) 35
2.3.8. Krause(1987) 36
2.3.9. Leca & Dormieux(1990) 37
2.3.10. Jancsecz & Steiner(1994) 39
2.3.11. Carranza-Torres(2004) 43
2.3.12. 본 연구 적용 이론식 44
2.4. 쉴드 TBM 트러블 사례 분석 46
2.4.1. 해외 쉴드 TBM 트러블 사례 분석 46
2.4.2. 국내 쉴드 TBM 트러블 사례 분석 47
3. 현장 계측자료 분석 50
3.1. 현장개요 50
3.1.1. 지질특성 51
3.1.2. 공학적 특성 52
3.1.3. 단면 특성 52
3.1.4. TBM 장비 적용 현황 53
3.1.5. 막장압 관리계획 현장 55
3.2. 챔버압 현장 계측 자료 분석 57
3.2.1. 현장 계측 개요 57
3.2.2. 계측자료 Data 60
3.3. 연암구간에서의 막장면 수압 적용기법 65
4. 막장압과 챔버압 상관성 분석 68
4.1. 이론식을 이용한 상관성 68
4.1.1. 연암구간 막장압 산정 조건 68
4.1.2. 이론식에 의한 막장압 산정 70
4.1.3. 연암구간 막장압과 챔버압 비교 분석 73
4.2. 수치해석을 통한 상관성 분석 75
4.2.1. 2차원 수치해석을 통한 연암구간 막장압 산정 75
4.2.2. 3차원 수치해석을 통한 2차원 해석 막장압 검증 92
4.2.3. 현장계측 챔버압과 수치해석 막장압 비교 분석 99
4.3. 상관성 분석 결과 105
5. 고찰 108
6. 결론 110
참고문헌 112
ABSTRACT 115
표 2.1. 일본의 EPB 쉴드 TBM 막장압 적용 사례 19
표 2.2. 막장압 분석방법 비교 21
표 2.3. 형상과 깊이의 비 24
표 2.4. 내부마찰각별 3차원 토압계수 40
표 2.5. 내부마찰각별 쐐기파괴각 40
표 2.6. 막장압 이론식의 산정조건 비교 44
표 2.7. 쉴드 TBM 트러블 사례 분석 46
표 2.8. 국내 쉴드 TBM 트러블 사례 분석 47
표 3.1. 쉴드 TBM 상세 제원 55
표 3.2. 챔버압 계측 자료 예시 60
표 3.3. 챔버압 현장 계측 자료 61
표 4.1. 막장압 산정 입력자료 68
표 4.2. 이론식별 막장압 산정 73
표 4.3. 수치해석 조건 76
표 4.4. 적용 지반물성치 76
표 4.5. 수치해석을 통한 막장압 산정 결과 81
표 4.6. 3차원과 2차원 수치해석 결과 비교(Ring number 147) 93
표 4.7. 3차원과 2차원 수치해석 결과 비교(Ring number 152) 94
표 4.8. 3차원과 2차원 수치해석 결과 비교(Ring number 156) 95
표 4.9. 3차원과 2차원 수치해석 결과 요약 96
표 4.10. 막장압 계산 결과 101
그림 1.1. 막장압과 챔버압 개념도 15
그림 2.1. EPB 쉴드TBM의 장비구성 16
그림 2.2. EPB 쉴드 TBM의 굴착 메카니즘 17
그림 2.3. 지반압력과 변위의 연관관계. 18
그림 2.4. Piaskowski and Kowalewski의 파괴 모드. 23
그림 2.5. Anognostou and Kovari의 터널 굴착면 안정성 모델 27
그림 2.6. Anognostou and Kovari의 유효 응력면 27
그림 2.7. 무차원 계수 노모그램(F0, F₁, F₂, F₃.)(이미지참조) 28
그림 2.8. Horn의 터널 막장면 안정 모델 31
그림 2.9. Murayama의 터널 막장면 안정 모델 31
그림 2.10. Broms & Bennemark의 터널 막장면 안정 모델 33
그림 2.11. Atkinson & Potts의 터널 막장면 안정 모델 34
그림 2.12. Davis et al의 하중 모델 35
그림 2.13. 반원과 환형 파괴메카니즘(Krause) 36
그림 2.14. Leca & Dormieux의 터널 막장면 안정 모델(1) 37
그림 2.15. Leca & Dormieux의 터널 막장면 안정 모델(2) 38
그림 2.16. Jancsecz & Steiner의 파괴모델 39
그림 2.17. Caquot-Kerisel의 챔버압 43
그림 2.18. TBM 트러블 발생 원인 49
그림 2.19. 트러블 중점 관리항목 49
그림 3.1. 쉴드 TBM 현장 평면도 50
그림 3.2. 지질 현황도 51
그림 3.3. Shield 터널 단면도 52
그림 3.4. EPB 쉴드 TBM 장비 모식도 54
그림 3.5. 챔버압 조절 장치 56
그림 3.6. 챔버압 계측 위치 57
그림 3.7. 막장압 측정기 위치 58
그림 3.8. 실시간-압력 이력자료(Time vs Pressure) 59
그림 3.9. 챔버압과 마찰각과의 상관관계 63
그림 3.10. 막장압과 지하수위와의 상관관계 64
그림 3.11. 지반조건별 막장에서의 수두 및 등수두선도 66
그림 3.12. Storebælt 터널 챔버내 수두변화와 막장 유효응력(ch.12+700) 66
그림 3.13. 챔버압 계측치와 전수두와의 관계 67
그림 4.1. 위치별 지하수위 조건 69
그림 4.2. DIN 4085 모델 막장압과 챔버압 분포 70
그림 4.3. Atagnostou and Kovari 모델 막장압과 챔버압 분포 71
그림 4.4. JGS모델 막장압과 챔버압 분포 72
그림 4.5. 이론식과 현장계측 챔버압 분포 결과 74
그림 4.6. 한계변형률의 정의 77
그림 4.7. 터널상부 이완영역 산정 방법 78
그림 4.8. 막장압 산정 모식도 80
그림 4.9. 쉴드 TBM 막장압 검토 결과 82
그림 4.10. 연암지반 쉴드 TBM 막장압과 이완영역높이 상관성 분석 84
그림 4.11. 복합지반 쉴드 TBM 막장압과 이완영역높이 상관성 분석 85
그림 4.12. 수치해석 지층조건 및 이완영역높이 산정 결과 91
그림 4.13. 3차원 수치해석 개요도 92
그림 4.14. 수치해석 결과분석(Ring number 147) 93
그림 4.15. 수치해석 결과분석(Ring number 152) 94
그림 4.16. 수치해석 결과분석(Ring number 156) 95
그림 4.17. 2차원과 3차원 수치해석 결과 비교 97
그림 4.18. 3차원 수치해석 결과도 98
그림 4.19. 지하수위에 따른 챔버압 분포도(현장계측 자료) 99
그림 4.20. 쉴드 TBM 챔버압 측정 위치 100
그림 4.21. 수치해석을 통한 막장압 분포(막장수압=전수압 30%) 102
그림 4.22. 수치해석을 통한 막장압 분포(막장수압=전수압 50%) 103
그림 4.23. 수치해석을 통한 막장압 분포(막장수압=전수압 70%) 104
그림 4.24. 수치해석을 통한 막장압 분포 결과 분석 105
그림 4.25. 간편식 막장압과 현장계측 챔버압 비교 107