쉴드 터널 (Single Shell, Gap Parameter, Tail Void) 침하 Shield TBM

붕락사고를 방지하고, 공기 단축 및 굴진율을 늘리기 위해 Shield TBM 공법이 많이 적용됨.
(지하철 5호선 NATM 붕락 등의 사례)
저소음, 무진동으로 Shield TBM 에 대한 요구가 커짐. (천층 터널, 토피고 1.0D 이상확보는 필요. 굴진율 5~10m/day)

지표침하의 종류 : 선행침하, 막장전 침하, 테일침하, Tail Void, 후속침하
침하의 손실량 측정 : 체적손실(Ground Loss) 0.5 ~ 2.0% 정도. Dilatancy 에 따라 줄고, 늘고 할 수 있음.

1.     Gap Parameter (수치해석법)
-       지표침하 발생량 추정 방법. (경험식으로 개략적인 범위와 경향을 예측할 수도 있음.)
-       Tunnel Crown 의 수직변위. 연약토사의 붕락여부를 확인하기 위함.
-       탄소성 변형을 통해 굴진장비, Lining 두께 등을 결정할 수 있는 기준이 됨. (지표침하의 원인, 초기응력 변화 추정 가능)

공간 : 설계단면 + 라이닝을 위한 여유 공간 + 라이닝 + Tail Piece 를 위한 여유 공간
Tunnel Shield Picthing 에 따른 Tilting 으로 변형 발생.
지보재 설치 전 비구속 변형에 따른 처짐을 측정.
변위제어모델 (Displacement Control Model)을 이용하여 지표침하량 추정 (2차원 수치해석)

지표 침하 : 얕은 토피고, 지반 불량, 진행성 파괴, 인접구조물
- 단기침하 : 응력해방
- 라이닝 변형 : 외력 및 수압에 의해 세그먼트 변형량 발생
- 지하수위 저하에 따른 압밀, 체적감소에 의한 침하

2.     Tail Void
굴착 진행 중 Tail 부에서 지보나 Segment/Grouting 설치 전 발생하는 공간 (굴착면과 세그먼트 사이)
여굴에 의한 원인, 막장면 손실 및 변형이 이어지는 것에 대한 원인
G = G tail void + 굴진면 변형 손실에 따른 움직임 + 굴진 방향에 따른 손실
G Tail Void 는 감소계수를 통해 조정 가능.
충전 필요.

3.     대책
A.     굴진제어 시스템에 의한 모니터링으로 최소화
B.      막장압 제어 관리
C.      모든 Gap Parameter 가 지표침하로 이어지는 것은 아니므로, 정확한 수치해석이 필요.



싱글 쉴드 TBM (Single Shield)
-       굴진면에 대한 지보시스템이 없는 전면 개방형 (Gripper, Segmental) 전단면 굴착

Segmental Shield 는 Gripper 가 없어 굴진과 Segment 설치가 동시에 불가능함.
-       Open TBM 에 shield erector 등이 추가된 모습
-       연약지반 안되고, 막장부 자립이 가능해야 함.
-       Double Shield (더블 쉴드)와의 차이
* Shield 가 여러개로 나눠지지 않는다.
* 유지관리가 간단하다.
* 후퇴공간이 필요없다.

세그먼트 안정성 검토

버력량 관리시스템