현장 굴진자료 분석에 의한 토압식 쉴드 TBM의 운전조건과 굴진속도 연구

Abstract

TBM(Tunnel Boring Machine) 터널은 굴진 도중 장비의 교체나 개조 등은 불가능하기 때문에 굴진 종료 시까지 투입된장비로 굴진하여야만 한다. 특히 토압식 쉴드TBM은 막장관찰이 어려우므로 굴진 중에 수집된 자료를 분석하여 지반상태의변화를 예측하고 이를 시공에 반영하여야한다. 지금까지의 TBM에 대한 연구는 굴착 대상이 되는 지반의 특성에 따른 장비선정 및 굴진속도 예측모델 개발이 주로 이루어져왔다. 그러나 굴착의 주체가 되는 TBM 장비의 굴진자료에 의한 지반상태의 추정 및 운전방법의 개선에 초점을 맞춘 연구는 그리 많이 수행되지 않았다. 본 연구는 토압식 쉴드TBM 시공 사례에서 얻은 굴진자료를 활용하여 투입된 장비의 운전조건에 따른 굴진속도의 변화와 최적 운전조건에 대해 알아보았다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 커터헤드의 회전속도와 총추력이 굴진속도에 가장 큰 영향을 주며 둘째, 적정한굴진속도를 위해서는 최적 회전속도를 유지하면서 총추력을 조정하는 것이 좋으며 셋째, 총추력의 증가 추세에 따라 지반조건의 변화에 대한 예측이 가능하여 이에 따라 적절한 운전조건의 변경을 결정할 수 있다.

TBM (Tunnel Boring Machine) tunnel should be carry out with the adopted machine until the end of excavation because of impossibility of replacement or modification of machine. Observation of the face of the tunnel is difficult, especially in EPB(Earth Pressure Balance) shield TBM, predict changes in the ground condition with analyzing data, collected during the excavation, and it should be reflected in construction. Until recently, subjects of studies on TBM are mainly the determination of machine and the development of advance rate prediction model, according to the characteristics of ground which is the target of excavation. However, study focused on the estimation of ground conditions and the improvement in operational methods using excavation data of TBM equipment, the principal of the excavation, has been done not so much. This study examine the variances in advance rate depending on changes in operating conditions and evaluate the optimal operating conditions of adopt machine, using working data obtained from EPB shield TBM project. The result of this study is suggested as follows. First, cutter head RPM and total thrust force are biggest influences on advance rate, Second, it is recommended for proper advance rate that total thrust force is controlled while optimum cutter head RPM is kept, Third, according to the increasing trend of total thrust force, the changes in ground conditions can be predicted, the appropriate operating conditions can be determined.