표제지 1
연구진 3
목차 4
요약문 16
ABSTRACT 18
제1장 서론 20
1.1. 배경 및 목적 20
1.2. 연구내용 22
1.2.1. 전체 연구내용 22
1.2.2. 자체부문 연구내용 22
1.2.3. 용역부문 연구내용 23
1.3. 연구범위 및 수행방법 23
제2장 한강터널 주요 현황 분석 24
2.1. 한강터널 개요 24
2.2. 실시설계 TBM장비선정 25
2.2.1. 지반조사 현황 26
2.2.2. 한강하저구간 지반특성 분석 27
2.2.3. 쉴드 TBM 장비형식 선정 및 기타 설비 29
2.3. 설계 굴진율 및 세그먼트 계획 31
2.3.1. 설계 굴진율 31
2.3.2. 세그먼트 설계 32
2.4. 사전 리스크 분석 및 대응방안 계획 35
2.4.1. 쉴드TBM 안전 시공을 위한 대책 35
2.4.2. 쉴드 TBM 장비침하 방지대책 36
2.5. 설계현황 검토결과 37
제3장 국내외 TBM 터널 시공사례 분석 39
3.1. 개요 39
3.2. 소구경 일반터널 국내 시공사례 39
3.3. EPB type 쉴드장비 시공사례 조사 및 분석 42
3.3.1. 소구경 해저터널 국내 시공사례 42
3.3.2. 소구경 해저터널 해외 시공사례 45
3.3.3. 대구경 해·하저터널 국내 시공사례 48
3.3.4. 대구경 해·하저터널 해외 시공사례 57
3.3.5. EPB Type 쉴드공법 국내·외 사례 분석결과 요약 62
3.4. Slurry Type 쉴드장비 시공사례 조사 및 분석 65
3.4.1. 소구경 해저터널 국내 시공사례 65
3.4.2. 소구경 해저터널 해외 시공사례 75
3.4.3. 대구경 해·하저터널 국내 시공사례 87
3.4.4. 대구경 해·하저터널 해외 시공사례 91
3.4.5. Slurry Type 쉴드공법 국내·외 사례 분석결과 요약 108
3.5. 기타 국내·외 문헌자료 조사 112
3.5.1. 일본 쉴드공법 적용 통계자료분석 112
3.5.2. 기타 통계자료분석 114
3.6. 사례 및 문헌검토 결과요약 115
3.6.1. EPB type과 Slurry type 쉴드TBM 비교 검토 - 지반 조건에 따른 적용성 116
3.6.2. EPB type과 Slurry type 쉴드TBM 비교 검토 - 시공성에 따른 적용성 117
3.6.3. EPB type과 Slurry type 쉴드TBM 비교 검토 - 환경영향성 및 공사비에 따른 적용성 117
제4장 국내·외 설계 및 시방 기준 분석 118
4.1. 개요 118
4.2. 국내 설계기준 및 시방서 분석 118
4.3. 국외 설계기준 및 시방서 분석 119
제5장 국내·외 설계 및 시방 기준 정립 122
5.1. 개요 122
5.2. 설계기준 정립 122
5.2.1. 조사 122
5.2.2. 계획 122
5.2.3. TBM 장비 선정 및 설계 125
5.2.4. 세그먼트 설계 127
5.2.5. 방수 설계 129
5.3. 시방기준 정립 131
5.3.1. 특수한 조건하의 TBM 시공 시 고려사항 131
5.3.2. TBM 장비의 적합성 131
5.3.3. 뒤채움 주입 132
5.3.4. TBM 장비 132
5.3.5. TBM 장비 운영 133
5.3.6. 세그먼트 134
제6장 대단면 도로터널 TBM 건설재료 품질관리 기준 135
6.1. 개요 135
6.2. 세그먼트 생산 공정별 품질관리 방법 135
6.2.1. 세그먼트 재료(골재, 철근 등), 세그먼트 강도, 세그먼트 방수재 135
6.2.2. 뒤채움 주입재 136
6.3. 품질관리 항목 및 주요 기준 137
6.3.1. 세그먼트 재료(골재, 철근 등), 세그먼트 강도, 세그먼트 방수재 137
6.3.2. 뒤채움 주입재 138
제7장 대단면 도로터널 TBM 설계 및 시공 실무 가이드 140
7.1. 개요 140
7.2. 설계 및 시공 실무 가이드 주요 내용 141
7.2.1. 조사 및 계획 141
7.2.2. TBM 장비 선정 142
7.2.3. 막장압 및 배토관리(굴진면 안정성 확보방안) 145
7.2.4. 이수관리 147
7.2.5. TBM 커터 148
7.2.6. 세그먼트 설계 150
7.2.7. 발진구 및 도달구 계획 152
7.2.8. 쉴드 TBM 장비 검수 153
7.2.9. 쉴드 TBM 유지관리 153
제8장 결론 155
참고문헌 157
도서정보(INFORMATION) 161
보고서 집필 내역 163
판권기 164
뒷표지 165
표 1.1. 고속도로 전문시방서 요약 22
표 2.1. 사업개요 및 구조물 현황 24
표 2.2. 터널 시추조사 현황 및 지층분포 28
표 2.3. 장비형식 선정 29
표 2.4. 전문시험기관별 평균 굴진율 산정 31
표 2.5. 세그먼트 안정성 검토항목 34
표 3.1. 육상 및 해·하저 터널 소구경 쉴드장비 시공사례 39
표 3.2. 군산 복합화력 해저터널 공사개요 42
표 3.3. 율촌II 복합화력발전소 토목 쉴드 Tunnel 공사개요 45
표 3.4. 미즈시마 해저터널 공사개요 46
표 3.5. 분당선 왕십리~선릉간 복선전철 하저터널 주요현황 48
표 3.6. 분당선 왕십리~선릉간 복선전철 하저터널 단면설계 49
표 3.7. 분당선 왕십리~선릉간 복선전철 하저터널 주요 공기지연 원인분석 50
표 3.8. 해상 취수터널 쉴드TBM 공사 주요현황 52
표 3.9. 조사지역 지질도 및 취수터널 구간 대표 암종 53
표 3.10. 고성 하이화력 냉각수 취수터널 단면설계 54
표 3.11. 영·불해협 터널 공사개요 58
표 3.12. 영·불해협 터널 EPB type 쉴드기 제작사 및 제원 60
표 3.13. 영·불해협 터널 방·배수 설계인자 고려항목 62
표 3.14. 국내·외의 EPB type 소구경 쉴드장비 시공사례 분석결과 요약 63
표 3.15. 국내·외의 EPB type 대구경 쉴드장비 시공사례 분석결과 요약 63
표 3.16. 군산 GE3 해저 배관터널 지반조건 및 주변현황 67
표 3.17. 군산 GE3 해저 배관터널 쉴드장비 주요사양 69
표 3.18. 마산만 횡단 가스관로 공사 해저터널 주요현황 69
표 3.19. 금강횡단 가스관로 공사 터널 주요현황 71
표 3.20. 부산 영도 전력구 해저터널 공사 주요현황 73
표 3.21. 부산 영도 전력구 해저터널 주요 지반특성 74
표 3.22. 일본 가스도관 신설공사 해저터널 주요현황 76
표 3.23. 싱가포르 가스배관 해저터널 주요현황 81
표 3.24. Corribs gas 해저터널 주요현황 83
표 3.25. Ems-Dollard Crossing 하저터널 주요현황 85
표 3.26. 일본 센보쿠 제조소 해저터널 주요현황 86
표 3.27. 부산지하철 2호선 230공구 하저터널 공사 주요현황 87
표 3.28. 부산지하철230공구의 쉴드TBM 제원 89
표 3.29. 동경만 아쿠아라인 해저저널 쉴드TBM 전경 및 특징 93
표 3.30. Nanjing Yangtz Tunnel 주요 특징 99
표 3.31. Shanghai Changjiang Under River Tunnel 주요 현황 101
표 3.32. 일반적 장비사양별 투수계수 범위 검토 102
표 3.33. Shiziyang Tunnel 주요현황 104
표 3.34. 엘베터널 쉴드장비 현황 및 굴진율 비교 107
표 3.35. 국내 Slurry type 소구경 쉴드장비 시공사례 분석결과 요약 109
표 3.36. 해외 Slurry type 소구경 쉴드장비 시공사례 분석결과 요약 110
표 3.37. 국내·외 Slurry type 대구경 쉴드장비 시공사례 분석결과 요약 111
표 3.38. PB report 및 한국건설기술연구원 TBM공법 통계자료 114
표 3.39. 지반 조건에 따른 EPB type과 Slurry type 쉴드TBM 적용성 비교 116
표 3.40. 시공성에 따른 EPB type과 Slurry type 쉴드TBM 적용성 비교 117
표 3.41. 환경영향 및 공사비에 따른 EPB type과 Slurry type TBM 적용성 비교 117
표 4.1. 국내 설계기준 및 시방서 주요내용 118
표 4.2. 국외 설계기준 및 시방서 119
표 4.3. 국외 설계 및 시방기준 주요내용 및 활용성 120
표 5.1. 터널설계기준/KDS 27 25 00 123
표 5.2. 터널설계기준 해설서 123
표 5.3. 도로설계편람 124
표 5.4. Standard Specifications for Tunneling 124
표 5.5. 대구경 쉴드 TBM 터널에서의 세그먼트 길이 적용 사례(해외) 128
표 5.6. 쉴드 TBM 직경에 따른 세그먼트 분할 수 128
표 5.7. 해외 대단면 하해저 터널에서의 이음방식 사례 129
표 5.8. 국내외 방수재 적용 사례 129
표 5.9. 하해저 쉴드 TBM 세그먼트 연결부 지수재 설치위치 및 배열수에 따른 특성 130
표 5.10. 재활용 쉴드 TBM에 대한 종류 및 정의 131
표 5.11. 고수압 조건에서의 이수식 및 이토압식 쉴드 TBM의 트러블 사례(해외) 132
표 5.12. 지층조건에 따른 국내 이수 품질관리 지표 133
표 5.13. 하해저 통과구간의 이수 점성 및 비중값 상향 관리 예 133
표 6.1. 세그먼트 품질관리 항목 및 관련 기준 137
표 6.2. 국내외 지하철 현장의 겔타임 적용 현황 138
표 6.3. 국내외 지하철 현장의 겔타임 적용 현황[겔타임별 압축강도 예] 138
표 6.4. 뒤채움 주입재의 일축압축 강도 추천치 139
표 7.1. 설계 및 시공 실무 가이드의 주요 구성 140
표 7.2. 토질 성상 및 쉴드TBM 장비별 적용성 및 Check List 144
표 7.3. 대구경 쉴드 TBM 터널에서의 세그먼트 길이 적용 사례(해외) 151
표 7.4. 대단면 쉴드 TBM에서의 세그먼트 분할방법에 따른 특성 151
표 7.5. 쉴드 터널의 누수 취약부 원인분석 예 154
그림 1.1. TBM의 활용과 의의 20
그림 1.2. 김포파주 2공구 한강터널(가칭) 노선도 및 종단면도 21
그림 2.1. 사업구간 터널 현황 25
그림 2.2. 지반조사 현황 및 시공중 확인시추위치 26
그림 2.3. 터널 통과구간의 암반등급 및 암종분포현황 27
그림 2.4. 쉴드TBM 시공안전 확보 장비설비 적용 개요 30
그림 2.5. 시공성 향상을 위한 TBM 설비 30
그림 2.6. 굴진율 분석 결과 31
그림 2.7. 굴진율 향상을 위한 시스템 구축 32
그림 2.8. 세그먼트 계획 및 누수방지계획 32
그림 2.9. 이수관로 관리대책 36
그림 2.10. 장비침하 방지대책 36
그림 2.11. 굴착중 장비침하 방지대책 37
그림 3.1. 군산복합화력 해저터널 종단 및 평면 현황 43
그림 3.2. 군산복합화력 해저터널 발진작업구 현황도 43
그림 3.3. 군산복합화력 해저터널 도달작업구 지반보강도 44
그림 3.4. 미즈시마 해저터널 평면 및 발진구 현황 47
그림 3.5. 미즈시마 해저터널 사고 개요 47
그림 3.6. 분당선 왕십리~선릉간 복선전철 하저터널 쉴드단면 모식도 49
그림 3.7. 분당선 왕십리~선릉간 복선전철 하저터널 지층 및 굴진현황 50
그림 3.8. 고성 하이화력 냉각수 취수터널 공사현황도 51
그림 3.9. 터널 굴진선형 내 이상지질대 및 암종경계부 54
그림 3.10. 취수터널 세그먼트 단차 및 균열발생 위치도 55
그림 3.11. 세그먼트 단차부 ㄷ형강 보강 55
그림 3.12. 터널내 해수유입 및 분발에 의한 muck slime 56
그림 3.13. 영·불해협 터널 공사 운영중 터널전경 및 선형 현황 57
그림 3.14. 영·불해협 터널 지층조건 58
그림 3.15. 영·불해협 터널 지층 및 터널횡단면 현황 59
그림 3.16. 영·불해협 터널단면 현황 59
그림 3.17. 영·불해협 터널 EPB type 쉴드기 현황 60
그림 3.18. 영·불해협 터널 고수압 조건하 세그먼트 라이닝 안정성 검토 개념 61
그림 3.19. 영·불해협 터널 허용누수량 관리 62
그림 3.20. 군산 GE3 해저 배관터널 노선현황 66
그림 3.21. 군산 GE3 해저관터널 지층분포 및 쉴드장비 전경 67
그림 3.22. 군산 GE3 해저 배관터널 쉴드장비 구조도 68
그림 3.23. 군산 GE3 해저 배관터널 쉴드장비 주요 구조 전경 68
그림 3.24. 마산만 횡단 가스관로 공사 해저터널 종단현황 70
그림 3.25. 마산만 횡단 가스관로 공사 해저터널 주요 전경 및 단면 개요 70
그림 3.26. 금강횡단 가스관로 공사 평면현황 및 터널단면 72
그림 3.27. 금강횡단 가스관로 공사 쉴드장비 및 월굴진율 72
그림 3.28. 금강횡단 가스관로 공사 터널 종단면도 72
그림 3.29. 부산 영도 전력구 해저터널 단면 및 평면 현황 73
그림 3.30. 부산 영도 전력구 해저터널 종단 및 지반조건 74
그림 3.31. 일본 가스도관 신설공사 해저터널 지층 종단면도 76
그림 3.32. 일본 가스도관 신설공사 해저터널 쉴드장비 개요도 77
그림 3.33. 일본 가스도관 신설공사 해저터널 쉴드장비(시종점 각 1대) 77
그림 3.34. 일본 가스도관 신설공사 해저터널 QB II(Quick Block) 세그먼트 적용 79
그림 3.35. 일본 가스도관 신설공사 해저터널 쉴드기기간 지중접합방식 79
그림 3.36. 일본 가스도관 해저터널 쉴드장비 세그먼트 링 서포트 80
그림 3.37. 싱가포르 가스배관 해저터널 시공전경 81
그림 3.38. 마이크로터널링 개념도 82
그림 3.39. Corribs gas 해저터널 시공중 및 운영중 단면도 83
그림 3.40. Corribs gas 해저터널 지반종단면도 84
그림 3.41. Corribs gas 해저터널 쉴드장비 전경 및 개요 84
그림 3.42. Corribs gas 해저터널 지수대책 85
그림 3.43. Ems-Dollard Crossing 하저터널 내 전경 및 쉴드장비 86
그림 3.44. Ems-Dollard Crossing 하저 터널 지층 종단면도 86
그림 3.45. 일본 센보쿠 제조소 해저터널 지층 종단면도 87
그림 3.46. 수영강 하저터널구간 지질종단도 88
그림 3.47. 수영강 하저구간 전경 및 단면도 88
그림 3.48. 수영강 하저터널에 Slurry type 쉴드TBM 사진 및 단면도 89
그림 3.49. 투수계수/입도분포 고려 쉴드TBM 분류 및 수영강 터널 비교 91
그림 3.50. 동경만 아쿠아라인 해저저널 주요현황 92
그림 3.51. 이스탄불해협 도로터널 횡단 프로젝트 개요도 94
그림 3.52. 이스탄불해협 도로터널에 적용된 단선 복층터널 개요도 94
그림 3.53. 이스탄불해협 해저터널 지층종단도 95
그림 3.54. 이스탄불해협 도로터널에 적용된 슬라이더 가이더를 이용한 커터교환 97
그림 3.55. 이스탄불해협 해저터널구간 고수압 대응을 위한 장비개선 98
그림 3.56. 지층현황도 99
그림 3.57. 커터헤드 및 장비단면도 100
그림 3.58. Shanghai Changjiang Under River Tunnel 지층현황도 101
그림 3.59. Shanghai Changjiang Under River Tunnel 표준단면 102
그림 3.60. Shanghai Changjiang Under River Tunnel 쉴드장비 주요제원 102
그림 3.61. Shanghai Changjiang Under River Tunnel 커터헤드 및 장비 단면도 103
그림 3.62. 지층현황도 104
그림 3.63. 터널단면현황 105
그림 3.64. 엘베터널 위치 및 4th Tube 엘베터널 단면도 106
그림 3.65. 엘베터널 구간의 지반조건 106
그림 3.66. 엘베터널에 사용된 쉴드TBM 107
그림 3.67. 엘베터널 세그먼트 Full Scale Test 108
그림 3.68. 엘베터널 전방 탐사 원리(SSPS 202) 108
그림 3.69. Acoustic transmitter, Gravel lenses(20m전방), Grouting block(8m전방) 108
그림 3.70. 장비형식별 적용사례 검토 113
그림 3.71. 터널직경에 따른 적용사례 검토 113
그림 3.72. 수압조건에 따른 장비 적용사례 검토 113
그림 3.73. 지층조건에 따른 장비 적용사례 검토 113
그림 5.1. 이수분출(Blow-out) 개념도 및 챔버압과의 관계 125
그림 5.2. 후방커터 교체 시스템 장치 및 작업사진 예 126
그림 5.3. 하해저 구간 전방 보강을 위한 프로브 드릴 장비 및 시공 예 127
그림 5.4. 하해저 구간 퇴적자갈층 조우시를 대비한 암파쇄 장치 예 127
그림 5.5. 하해저 구간 압기작업을 위한 쉴드 TBM내 맨록 설치 예 127
그림 7.1. TBM 장비 직경 대비 최소 곡선반경 예 142
그림 7.2. 굴착방법 선정 흐름 143
그림 7.3. 주요 장비 옵션 145
그림 7.4. 쉴드 TBM 공법에서의 굴진면 지지 원리 146
그림 7.5. TBM 터널 굴진 시 막장압 관리 예시 146
그림 7.6. 이수식 쉴드 TBM의 배토관리 147