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SEMI SHIELD 공법

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  • 공법개요
    교통이 복잡한 도심지 교통시설, 가스관, 상하수도, 전력 통신등의 지하터널 공사에 유용한 공법으로 소음분진 등 환경문제 해결, 연약지반이나 하저의 특수한 지반 조건에서 비개착으로 시공하는 공법이다.
    Semi Shield 공법은 Semi Shield Machine(강재 원통형 굴착 기계)을 시설 작업구내에 투입시켜 기계 선단부에 정착되어 있는 굴착용 Cutter Head를 회전시키면서 지반을 굴착하며 막장면에 보조 공법으로 막장 굴착면의 붕괴를 방지하고 Semi Shield Machine 후방에 추진관을 유압 Jackey로 압입 추진하는 반복 작업으로 지중내에 복공을 설치 Tunnel을 형성시키는 공법.
    지하연속벽 공법의 기본원리
    이수가압식
    밀폐형 기계 굴진의 전면 굴착부에 펌프로 이수를 압송하여 지반의 붕괴를 방지하는 동시에 Cutter에 의해 굴착된 토시는 이수와 혼홥되어 배니 Pipe를 통하여 갱외로 배출되면서 발진 입갱 내 관체후부의 Jack에 의해 관을 연속적으로 추진하는 공법.
    적용 지층으로는 충적층의 자갈, 모래, 실트, 점토층 또는 토층간 지반에 고격이 완만하고 연약한 층 또한 함수비가 높고 막장이 안정되지 않는 층과 홍적층의 자갈, 모래, 실트, 점토층 토층간의 물이 많이 용수에 의한 지반의 붕괴과 염려되는 층에 적합하다.
    이토가압식
    굴착토를 Head Cutter Chamber 내에 충만시켜 막장의 안정을 도모하고 굴착 토사는 Screw Conveyor에 의해 배토하는 방식으로 주동 토압이 생기지 않도록 하기위해 막장의 토압이 확실히 Screw-Conveyor에 전달되도록 하여야 한다.
    함수비와 토사의 입도 조성이 적닥하여 유동적으로 Cutter Chamber 내에 층전되는 토질에 적합하며 지반안정 처리 등의 보조 공법이 원칙적으로 불필요하여 환경 조건에 영향이 없는 공법이다.
  • 시공 흐름도
    시공 흐름도 이미지
    시공 전경
    시공 전경 사진
    추진원리
    현장시공측량
  • 부가장비 사항
    • 모든 터널 굴착 장비는 굴착외경(Curring Wheel)에 따라 한정되어있다.
      극한되어있는 굴진기의 사용으로 목적물의 단면 선정에 한계가 있다는 것이 국내 장비 보유 업체의 현실이다.
    • 이러한 점을 극복하기 위하여 Machine Can(굴진기 외경)에 Extension Sleeves (단면 확대 장지)를 설치하여, 극한되어 있는 목적 구조물에 대응할 수 있다.
    • 굴진기 1대로 ∮2,400~∮3,000mm까지 단면 축소, 확대가 가능하여, 여러 상황에 대응이 유리하다 할 수 있다.
    부가장비 사항 내부 이미지
    자동 활재 주입 장치 (Bentonite Lubrication System)
    기존의 활재 주입방법은 그라우팅 호스에 체크밸브를 달아서 작업자가 인위적으로 밸브를 열어 주입하므로 활재가 주입되는 추진관의 외벽쪽은 작업자의 눈으로 확인이 불가능하여 불균등한 활재의 주입으로 추진력이 증가되고 무리한 추진력으로 인해 추진관에 균열이 발생하는 사례가 많다.
    이는 활재가 지하수 유입 시 지하수를 굴진기 쪽으로 밀어내고 추진관의 외벽과 굴착면 사이를 충진하여야 하나 불균등한 주입으로 어떤 부분은 지하수만 존재하는 경우가 발행하여 굴착면과 추진관의 외벽사이에 상부층이 국부적으로 봉락하고 이부분에서 추력이 증가한다.
    반면에 자동 활재 주입방법은 약 15~20m 마다 자동개폐장치를 부착하고 컴퓨터로 주입시간과 개폐순서를 Operator 실에서 조절할 수 있도록 하여 전구간에 고르게 활재를 주입할 수 있으며 실시간으로 주입의 조절이 가능하다. 자동개폐방법은 컴퓨터에서 전기적 신호를 보내면 압축공기에 의하여 개폐가 이루어지는 것으로 개폐방식은 순차적 개폐나 동시개폐가 모두 가능하며, 특히 장거리 추진의 경우는 인력주입방법고 자동주입방법의 차이는 상당히 크다 할 수 있다.
    자동 활재 주입 장치 구조 이미지자동활재주입장치 이미지자동활재배분기
  • 자동측량장치(Universal Navigation System)
    일반적으로 이용되는 터널내 측량장치인 Laser Transit의 경우 굴진거리가 170m이상으로 길어지거나 구간이 잇는 경우 Laser가 산란되거나 Target을 정확히 인식하지 못한 경우가 발행할 수 있으며, 이경우 별도의 측량작업이 요구되어 Cycle Time이 증가와 시공속도 저하의 원인이 되며 현상은 장거리 구간의 경우 그 빈도가 높아질 수 있다.
    이러한 문제점을 해결하기 위한 대책으로 자동측량장치를 적용하며, 자동측량장치의 구성은 크레 Hardware Part오 Software Part로 구분되며 그 작동 원리는 다음과 같다.
    • Semi Shield 굴진은 굴진기가 앞으로 추진됨과 동시에 추진관도 계속적으로 이동하므로 Sight Point와 측량기의 우치(Staion Point)가 계속 적으로 이동 되기 때문에 추진관내 고정된 측량 Point를 측량시 마다 지정을 해줘야 한다. 그러나 자동측량 장치는 측량기가 광파를 내보내어 돌아오는 아주 미세한 순간에는 측량기가 고정되어 있다고 가정한다.
    • 측량하는 순간에 측량기의 위치는 길이 측정 Wheel로부터 확인하고 Station Point와 BackSight Point는 먼저 측량되어 저장된 ELS Point와 Reference Point의 측량 Data에서 계산하여 현재 굴진기의 위치를 측량한다.
    Hardware Part의 구성
    • 레이져 데올라이트 - 레이저 데올라이트 Control Box
    • Automatic Tribrach - 각 위이 프리즘(Reference Target, Backsight Target)
    • ELS Target - 퍼스널 컴퓨터 - 길이측정 Wheel
    작업전경
    Semi Shield 굴진 전경 발진 갱구부(Entrance) Semi Shield 갱내거치 본굴진 공사 굴진완료 터널 굴진 완료후 전경 부가장치(자동활재 주입기) 후방설비