세미쉴드 공법 Semi shield

 

 

터널 공법에는 여러가지가 있습니다. 국내의 경우에는  NATM 공법을 많이 사용하지만 기계식 공법으로 TBM공법이나 세미쉴드 공법등이 있습니다. 그중에서 도심지나 지반조건이 좋지 않은 곳에서는 일반적인 개착공법이 사용되지 않고 세미쉴드 공법이 사용됩니다. 오늘은 세미공법 그중에서 이수가압식 세미쉴드 공법에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

 

1. 공법 현황

관로 매설에 개착공법을 사용하는 것이 보통이지만 도심이나 교통량이 많은 도로나 번화가의 경우에는 세미쉴드 공법을 많이 사용합니다.  대구경 관의 경우는 Shield 공법이 많고, 중소구경 관은 Semi Shield 공법을 포함한 추진공법이 많이 사용됩니다.

 

2. 공법 개요

1) 이수가압식 추진공법 : 쉴드기 전방 간벽을 만들어 막장측에 이수를 가압해서 보내어 막장의 안정을 도모하면서 회전 커터에 의해 굴착된 투사를 이수와 함께 지상으로 유체수송하는것을 특징으로 하는 공법입니다.

2) 토압식 추진공법 : 커터윙 후부에 간벽을 만들어 작니토실로 하고 굴착전 토사를 작니토재로써 주입하여 혼합해서 굴착토사를 불투수성과 소성유동성을 가진 이토로 변환시켜 작니토실내와 스크류 콘베이어 내를 가득 채웁니다. 이상태를 계속 유지시켜 잭의 추력에 의해 작니토실내 니토에 니토압을 발생시켜 막장 토압과 지하수압에 대응하고 쉴드의 굴진량과 배토량의 밸런스를 유지하면서 굴진해 나갑니다.

 

 

3. 이수가압식 세미쉴드 공법

1) 막장은 안정 : 이수압 실드 공법으로 굴착면에 걸리는 힘, 즉 이수에 의해 막장을 안정시켜야 하는힘은 통상 무을 포함한 흙이 연직에 중력으로 작용하는 것이 1개 방면인 막장에 내부마찰각에 관계하면서 작용하는 토압에 대해서 대항합니다. 가압은 통상적으로 0.2kg/cm2 이나 막장 상태에 따라 이보다 큰 값을 사용할때도 있습니다. 설정 이수압 = 토압 + 가압 + 여유압이고 여유압은 일반적으로 0입니다.

 

2) 이수 관리 : 이수란 물을 흡수함녀 현저하게 팽창하는 성질을 가진 점토광물을 수중에 분산시킨 현탁을 주성으로 하고 분산제, 가충제, 계면활성제, 윤활성 등을 필요에 따라 조정한 일종의 가소류체입니다. 이수에 의해서 막장의 안정을 도모하고 붕괴를 방지하는 것외에 굴착된 토사는 이수와 혼합되어 펌프에 의해 지표면으로 운반하는 것입니다. 

 

3) 이수의 역할 : 굴착된 토사를 용이하게 지상까지 운반합니다. 지하수 분축을 억제하며 니벽 또는 침투벽을 형성해 막장 붕괴를 방지합니다. 컷터 비트등 굴삭기류를 냉각시키고 윤활작용을 하며 이수 수송중 순환이 일시 중지되어도 굴착토사가 침전되지 않도록 점성을 유지합니다.

 

4) 이수 재료 : 물과 벤토나이트, 점성토, 모래, CMC 등이 있습닏. 벤토나이트의 경우 니벽 형성 등 여러가지 면에서 우수하나 이수처리시 분리가 곤란합니다. CMC의 경우는 점성, 니벽형성을 증가시킵니다.

 

5) 이수 처리 : 1차 처리설비로 침전 처리방식은 침전지를 설치해 상징수를 순환 사용하고 자연 침전된 슬러지를 배토하는 방식입니다. 토립자의 침전시간이 장시간 걸리므로 충분한 부지여유가 있는 경우 사용됩니다. 기계 처리방식은 슬러지 분리방식의 대표적인 방식으로 협소한 도심지의 현장에 많이 사용됩니다. 굴착된 토사를 기계적으로 강제분리시키며 스크린과 Cyclone의 조합장치입니다. 2차 처리설비로 이수중에 부유하는 미세입자를 분리, 탈수하는 것으로 일반적으로 응집제를 사용합니다. 필터 프레스를 가장 많이 사용하며 잉여수는 배출수 수질기준에 맞도록 중화제를 사용해 PH조정을 합니다. 

 

6) 이수가압형 굴진기 : 커터헤드 지지방식 (Cutter head 지지방식)에는 Center Shaft 방식, 주변 지지방식, 중간 지지방식이 있습니다. Cutter head는 굴진기의 가장 중요한 부분으로 토질과 관계가 크며, 커터비트, 면판, 실트, 여굴장치 등으로 구성되어 있습니다. 면판의 개구율은 관경, 지반조건, 굴진속도 등에 의해 결정되어 집니다. 실트 폭은 굴착토가 충분히 근입될수 있도록 여유있게 설계되어져야 하며, 자갈이 있는 경우에는 최대 자갈입경에 의해서 결정되집니다. 커터 회전수는 굴진기의 외경과 지반 조건과 관계로 결정됩니다. 통상 커터는 외주부 회전속도는 20rpm정도로 작동시키며 사력층 등의 loose 한 지반에 대해서는 회전수를 적게 하는것이 지반의 안정에 적합합니다.

 

 

4. 이수가압형 Semi shield 공법은 도시기반시설인 상하수도, 전기, 통신선로가스관 매설을 위해 종래 개착식 공법으로 시공시 발생하는 소음, 분진, 지반침하 및 교통장애를 최소화 할수 있으며 굴착깊이가 깊거나 개착시 자장물이 인해 지장물 이성요소가 많은 지역에서는 공사비 절감 및 공기단축에 효과가 잇습니다. 실제로 시공한 사례로 보면 설계시 토질조사 불확실 및 이에 따른 굴진기 기종 선택의 잘못으로 인해서 시행상 많은 문제점을 종종 발견 할수 있었습니다. 따라서 관로 매설 지점의 지질조사를 철저하게 시행하여 토질에 적합한 공법 및 기존선정이 공사의 효율을 극대화 할 수 있는 최대관거니라 하겠다.