수치해석을 통한 급곡선 구간 Shield TBM의 중절잭 및 스킨플레이트 구조에 관한 연구
Study on the structure of the articulation jack and skin plate of the sharp curve section shield TBM in numerical analysis
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초록
최근 국내 지상 구조물의 포화 및 파이프 라인 시설 과밀화 현상과 난개발로 인해 지상 구조물의 대안으로 지하 구조물에대한 개발이 지속적으로 요구되고 있다. 도심지 인프라 구축을 위한 NATM 터널 공사에 발생하는 진동 및 소음 문제를예방하기 위해 기계식 터널 공법인 쉴드 TBM 공법의 기계화 터널 시공이 증가하는 추세이다. 따라서 본 연구에서는 기계화 터널의 직선 시공 과 급곡선 시공 시 쉴드 TBM의 구조적 안정성을 위한 쉴드 TBM 추력에 대한 중절잭, 쉴드 잭, 스킨 플레이트의 구조적 안정성 기술에 대해 연구하였다. 시공 사례 및 쉴드 TBM의 작동원리를 이론적 접근 방법으로 검토, 분석하여 쉴드 TBM의 직선 및 급곡선 시공시 주요 인자에 의해 커터헤드의 회전력, 중절잭, 쉴드 잭에 대한 추력 및 커터헤드의 여굴량이 중요한 것으로 나타났다. 또한 굴진 내부 작업자의 안전 및 장비의 원활한 작동을 위해 스킨 플레이트 구조의 안정성 확보는 매우 중요 사안이므로 이번 연구를 통해 장비의 일반적인 구조 및구성을 검토하여 직선 및 급곡선 시공 시 스킨 플레이트 구조에 미치는 주요 인자 및 구조 안정성을 실험적인 시뮬레이션수치해석을 통해 검토하였다. 이에 직선 및 급곡선 시공 시 작용 되는 가상의 토질을 선정하여 중절잭의 하중을 비교 검토 하여 스킨 플레이트의 구조 안정성을 평가하고 형상을 최적화 하였다. 현재 국내 시공 중인 쉴드 TBM 타입의 구조 및작동 방식이 매우 유사하므로, 추후 국산화 기술 개발 및 신규 장비 개발과 쉴드 TBM의 취약부 및 안정성을 검토하는데기여 할 것으로 기대된다.
Abstract
Recently, due to the saturation of ground structures and the overpopulation of pipeline facilities requires to development of underground structures as an alternative to ground structures. Thus, mechanized tunnel construction of the shield TBM method has been increasing in order to prevent vibration and noise problems in construction of the NATM tunnel for the urban infrastructure construction. Tunnel construction plan for the tunnel line should be formed in a sharp curve to avoid building foundation and underground structures and it is inevitable to develop a shield TBM technology that suits the sharp curve tunnel construction. Therefore, this study is about the structural stability technology of the articulation jack, shield jack and skin plate for the shield TBM thrust in case of the mechanized tunnel construction that is a straight and sharp curve line. The construction case study and shield TBM operation principle are examined and analyzed by the theoretical approach. The torque of the cutter head, the thrust of the articulation jack and the shield jack, the amount of over cutting for curve is important respectively in shield TBM construction of straight and sharp curve line. In addition, it is very important to secure the stability of the skin plate structure to ensure the safety of the inside worker. This study examines the general structure and construction of the equipment, experimental simulation was carried out through numerical analysis to examine the main factors and structural stability of the skin plate structure. The structural stability of the skin plate was evaluated and optimizes the shape by comparing the loads of the articulation jack by selecting the virtual soil to be applied in a straight and sharp curve line construction. Since the present structure and operation method of the shield TBM type in domestic constructions are very similar, this study will help to develop the localized shield TBM technology for the new equipment and the vulnerability and stability review.
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