쉴드공법TBM공법

쉴드공법은 외부로부터 작용하는 토압, 수압에 견딜 수 있는 원통형 강재의 보호 아래, 선단부분(Head부)에 설치된 굴착기계 또는 토사굴착용 Cutter head를 회전하여 굴착하고 원통형 강재 후미(Tail부)에서는 복공(Seam ent를 조립)을 동시에 하는 공법입니다.     쉴드공법의 개발은 1818년 영국의 Marc lsam bard Brunel이 고안하여, 1825년 런던의 테임즈강 하저터널공사에 최초로 쉴드공법이 시공되었다. 그 이후 1887년 최초로 압기공법이 사용, 1900년대 초반 blind식, 기계식 쉴드등 여러 타입이 고안 되었고 1900년대 후반 이수가압식, 토압식, 이수가압식 쉴드가 개발되는 등 급격히 발달되었다. 우리나라에서는 1987년 전력구 공사에 소구경 쉴드가 처음 도입된 이후 지하철 터널과 같은 대구경 쉴드공법은 소구경 쉴드공법에 바해 Shield Machine Operation Control, Survey Control, Excavation Control, Segmant Assembly and Tranportation Control, Slurrytreatment Control를 최첨단 자동중앙제어식 시스템에 의해 시공, 관리되고 시공시 전문기술을 요구하기 때문에 소구경 쉴드공법과는 많은 차이가 있고 쉴드기의 구성, 면판의 형태, 굴착방식에 따라 여러 타입으로 분류된다     최근 소음이나 교통장애 등의 사회적 문제가 대두되고 있고 이를 최소화 할 수 있는 공법으로 도심지 시공에 관심이 높아지고있는 시점에서 개착 및 NATM공법 공사에 수반되는 도시의 과밀화에 의한 도로 교통의 저해, 소음진동등 공해의 발생, 도시시설의 밀집화에 따른 터널시공의 난이성, 지하 구축물의 장대화 등의 이유로 도심지 터널 공사에서 Shield 공법의 적용성은 증가되었고 시공이 어려운 하저터널이나 해저터널의 경우 하천의 통수단면 감소와 환경오염 등 여러 문제점이 대두되어  앞으로 주요 시공법 으로 정착할 것이다.         굴착전 지반의 상태는 안정된 원지반의 상태로 토압과 수압이 균형을 이루고 있으나 터널 굴착이 이루어진 후는 막장과 터널 벽체로부터 토압과 수압이 내부로 작용한다           그러나 Slurry TBM은 챔버내의 채워진 슬러리 압력으로 막장의 토압과 수압을 지탱하고 Shield TBM 주변의 압력은 쉴드기의 원형 Skin이 지보재 역할을 하므로써 붕괴를 방지한다. 그리고 Shield tail부에서는 세그멘트를 조립되어 터널 lining을 형성하여 터널을 완성한다.             막장안정은 수동토압 및 수압과 챔버내의 슬러리 압력을 조절하여 균형을 유지함으로써 지반교란을 최소화 할 수 있고 이러한 균형이 깨지면 지반침하나 융기가 발생된다. 수동토압+수압 > 챔버내 슬러리 압력 : 막장의 Blow in 현상으로 인한 지반 침하 발생 수동토압+수압 < 챔버내 슬러리 압력 : 막장의 Blow out 현상으로 인한 지반 침하 발생 수동토압+수압 = 막장의 안       폐쇄형 토압식 토압 (EARTH RESSURE SHIELD) 막장의 굴착기계는 기계식 실드와 같은 모양이지만, CUTTER 뒷부분에 설치된 간벽과 막장면 사이에 굴착한 토사를 채운후 CHAMBER내의 토압을 검사하여 실드의 굴진속도에 맞추어 토사를 스크류콘베이어 등으로 반출하는 방식이다 이토압식 (EARTH PRESSURE BALANCED SHIELD) 굴착토사의 소성유동화를 촉진하기 위해 첨가재(벤토나이트, 점토, CMC, 기포재등)를 주입, 교반하여 실드잭의 추진력 등에 의해 가압하여 막장의 안정을 유지하면서 스크류콘베이어 등으로 배토하는 방법이다. 전면개방형 이수식 (SLURRY SHIELD) 막장면을 이수로 보호하고 이수압으로 지반의 이완을 억제하면서 기계식 굴착을 하며, 버럭은 이수와 함께 유체운송하여 터널밖으로 반출하는 방식이다. 수굴식 (MANUAL SHIELD) 막장이 전면 개방되어 있으며, 굴착 및 적재를 인력으로 하는 방식이고 단단한 (자립가능) 지층에 적당하다. 지질의 변화에 대응하기 쉽다 작업SPACE가 많아 BOULDER, 말뚝 등, 기타 장애물에 대하여 대응하기 쉽다. 반기계굴식 (SEMI-MACHANICAL SHIELD) 수굴식의 인력굴착을 실드기에 부착된 SHOVEL 등의 기계로 굴착한다. 작업SPACE가 많아 BOULDER, 말뚝 등, 기타 장애물에 대하여 대응하기 쉽다. 기계굴식 (MACHANICAL SHIELD) 굴착막장지반에 CUTTER를 밀착시켜 연속적으로 굴착, 굴진하는 방식이다. 부분개방형 BLIND식 (BLIND SHIELD) 막장의 약간 후방에 격벽을 두고 일부에 개구면적을 조절가능한 토사 반출구를 두어 유압저항을 조절하고 JACK추력과 굴삭토압을 균형시켜 안정시킨다.       실드는 그 내부를 보호하는 강각, 실드를 추진하는 추진기구, 붕괴 방지기구, 세그먼트 조립기구, 유압기구 및 부속기루로 구성된다. 실드 추진에 필요한 동력 설비는 실드단면의 크기와 구조를 고혀해 설비의 일부 또는 전부가 후속대차에 설치된다. 강각은 스킨플에이트와 그 보강재로 이뤄지며 어떤 형식의 실드라도 굴삭면에서 후드부, 거더부, 테일부로 구분된다. 후드부는 굴삭면의 굴삭과 산붕괴를 방지하는 부분으로서, 수굴식 실드에서는 천정에 무버블후드(포어보링)가 설치되며, 굴삭면에 붕괴방지 잭과 작업텍을 장비하고 있다. 밀폐형 실드에서는, 그 전면에 커터헤드가 설치되어, 격벽에 의해 후드부와 거더부로 나위어 있다. 그리고 후드부는 커터로 굴삭된 토사의 배토기로로의 이동로도 되고 있다. 기더부는 후드부와 테일부를 연결해 실드전체를 지지하는 강구조부분으로서, 커터헤드의 구동장치, 배토기구, 추진장치 등이 장비되어 있으며, 또한 바깥둘레를 따라 실드잭이 격납되어 있다. 테일부는 세그먼트를 조립하는 공간에서 이렉타를 장비하고, 또한 후단에는 테일부의 내경은 세그먼트의 외지금에 시공시 필요한 테일크리어런스로해서 반지름방향에 20~30mm정도의 여유를 예상해서 결정하는 일이 많다. 중절기구를 갖추고 있는 실드는 거더부로 17330 분할되기 때문에 감각은 전동과 후동으로 분할되며 방향제어 잭으로 연결되어 있다.