TUNNEL & UNDERGROUND SPACE Vol.28, No.6, 2018, pp.528-546 https://doi.org/10.7474/tus.2018.28.6.528 ISSN: 1225-1275(Print) ISSN: 2287-1748(Online) TECHNICAL NOTES 특수지반에서쉴드 TBM 굴착시프리그라우팅적용사례고찰 윤영민, 정호영, 전석원 * 서울대학교공과대학에너지시스템공학부 Review of Pre-grouting Methods for Shield TBM Tunneling in Difficult Grounds Youngmin Yoon, Hoyoung Jeong, and Seokwon Jeon * Department of Energy Systems Engineering, Seoul National University *Corresponding author: sjeon@snu.ac.kr Received: November 16, 2018 Revised: December 6, 2018 Accepted: December 18, 2018 ABSTRACT Cases of TBM tunnelling have been consistently increasing worldwide. In many recent subsea and urban tunnelling projects, TBM excavation has been preferably considered due to its advantages over drill and blast tunnelling. Difficult ground conditions are highly probable to appear in subsea and urban tunnels because of the shallow working depth and alluvial characteristics. Under the difficult ground conditions, ground reinforcement measures should be considered including grouting, while it is of great importance to select the optimal grout material and injection method to cope with the ground condition. The benefits from TBM excavation, such as fast excavation, increased safety, and reduced environmental impact, can be achieved by applying appropriate ground reinforcement with the minimum overrun of cost and time. In this report, various grouting methods were reviewed so that they can be applied in difficult ground conditions. In addition, domestic and international cases of successful ground reinforcement for difficult grounds were introduced for future reference. Keywords: Chemical grouting, Difficult grounds, Grouting, Shield TBM, Weak grounds 초록 국내외터널공사에서 TBM 의적용사례가지속적으로증가하고있으며, 특히도심지터널과하 해저터널의시공에서 TBM 굴착공법은발파공법에비해여러장점을가지므로우선적으로고려되는경우가많다. 도심지와하 해저터널에서는연약지반혹은특수지반을조우할가능성이높으며, 이러한지질특성으로인한지반보강과지반개량을필수적으로고려하여야한다. 터널공사에서지반보강및개량공법으로그라우팅공법이널리활용되고있다. TBM 공법이가지는고속굴진, 굴진안정성, 환경피해최소화등장점을극대화하기위해서특수지반조우시지반조건에적합한그라우팅재료와공법을선정하는것이공사비와공기의증가를줄이는데매우중요하다. 하지만현재까지국내에서는특수지반에대한보강체계가정립되어있지않으므로본논문에서는특수지반에서의효율적인시공을위한기초연구로서, 일반적인암반 토사지반조건이외특수지반에서쉴드 TBM 굴착시적용될수있는그라우팅공법에대하여고찰하였다. 또한국내외에서특수지반쉴드 TBM 시공사례로부터지반조건에따른그라우팅공법의적용성을분석하여정리하였다. 향후쉴드 TBM 을적용한터널시공시지반조건에따른적합한그라우팅재료와공법을선정하는데기초자료로사용될수있을것으로기대된다. 핵심어 : 그라우팅, 쉴드 TBM, 약액주입공법, 연약지반, 특수지반 C The Korean Society for Rock Mechanics and Rock Engineering 2018. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/ licenses/by-nc/4.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
Review of Pre-grouting Methods for Shield TBM Tunneling in Difficult Grounds 529 1. 서론 TBM(Tunnel Boring Machine) 굴착공법은장비가적절히운용될경우발파공법에비해굴진속도가빠르고, 굴진의안정성이뛰어날뿐만아니라지반및환경피해, 소음및진동발생을줄일수있다는장점을가진다. 따라서국내외터널공사에서 TBM공법의적용사례가점진적으로늘어나고있으며특히도심지터널과하 해저터널의시공에서는우선적으로고려되는경우가많다. TBM의굴진율 (advance rate) 은일반적으로발파공법에비해높지만, 불리한지반조건 ( 특수지반 ) 에서는굴진율과시공성이급격하게저하된다. 이러한지반조건에서나타나는일반적인문제점으로는지반함몰이나붕괴, 지하수및토사의유입, 재밍 (jamming) 현상, 비정상적인디스크커터마모등을들수있으며, 이러한문제점으로인하여공사비와공사기간이증가하는경우가보고되고있다. 특히 TBM공법이우선적으로고려되는도심지와하 해저터널은매립층 (reclaimed layers), 흙-자갈층 (soil-cobble layers), 전석층 (core stone layers) 과같이지반보강과개량이필수적인연약지반 (soft grounds) 혹은특수지반 (difficult grounds) 을조우하는경우가많으며 (Jeong et al., 2018), 불리한지질조건으로인한시공상의문제점이국내외 TBM 시공현장에서꾸준히보고되어오고있다. 터널의설계를위한지반조사단계에서혹은시공중조사에의하여전방에불리한지질조건이예측되는경우, 사전에보강방법과영역을결정하여지반보강을수행함으로써다운타임을최소화할수있다. 그러나예측하지않은불리한지질조건이갑자기출현하는경우상당한다운타임이발생할수있다. TBM 터널공사에서지반을보강하는보조공법으로는그라우팅이일반적으로활용되어오고있다. 그라우팅은시공시점에따라포스트그라우팅 (post-grouting) 과프리그라우팅 (pre-grouting) 으로나눌수있고, 프리그라우팅은주입공의위치에따라지상에서부터보강이이루어지는수직그라우팅 (vertical grouting) 과 TBM 본체내에서수행하는기내그라우팅 ( 혹은수평그라우팅, horizontal grouting) 으로구분할수있다. 일반적으로포스트그라우팅은프리그라우팅보다보강작업에많은시간과비용이소요될뿐만아니라보강효율이낮기때문에프리그라우팅공법을보완하는목적으로활용된다 (Knut, 2011). 수직그라우팅은보강효과가비교적우수하나지상여건에따라적용이불가한경우가발생한다. 반면, 기내그라우팅은수직그라우팅에비해보강효과가떨어지고, 쉴드TBM 장비직경및사양에따라적용성이달라지는특성이있다. 그러나불리한지질조건이예상되는경우가급적기내그라우팅이가능하도록장비를선정하는것이바람직하다. 한편기내그라우팅시고압주입을사용하면많은양의슬라임이쉴드TBM 본체내부로유입될수있고기존시설물의구조적인안정성에영향을줄수있다. 이러한점을고려하여저압그라우팅인약액주입공법을사용할수있다. 약액주입공법은직접적인차수공또는지반개량공으로서비교적간단하게실시할수있고, 소음, 진동, 교통난등의환경피해를줄일수있다. 또한공기가짧고겔타임조절이가능하고우수한차수효과를갖는특징이있다 (Chun, 2011). 본논문에서는프리그라우팅중에서기내수평그라우팅에초점을맞추어저압그라우팅공법인약액주입공법에대해조사하여각공법의특징과장단점을정리하였고, 그라우팅공법을이용하여국내외특수지반을통과한쉴드TBM의시공사례를수집하여각터널현장의다양한지질조건과그에따라적용된그라우팅공법을분석하여지반별로적용가능한그라우팅공법을구분하였다. 일반적으로쉴드TBM 본체의여유공간에따라기내에서적용할수있는그라우팅공법이제한적인데본연구는쉴드 TBM 터널에서의그라우팅공법에대한조사연구에해당하므로, 쉴드TBM의직경을고려하지는않았다.
530 Youngmin Yoon, Hoyoung Jeong, and Seokwon Jeon 2. 약액주입공법의개요 약액주입이란지반내에주입관을삽입하고, 주입관을통해지중에화학약액 (chemical grout) 을압송, 충전시켜약액의겔타임 (gel-time) 을이용하여지반을고결시키는것이다. 약액주입공법은주로지하수의유입을차단하거나지반강도를증대시키는목적으로사용된다. 현재많이사용되는약액은물유리계약액과시멘트이며대부분차수목적으로는물유리만을사용하고지반강도증대의목적으로는시멘트를함께사용하고있다 (Chun, 2011). 현재까지개발된약액주입공법으로는대표적으로시멘트그라우팅, LW(Labiles Wasserglass) 공법, SGR(Space Grouting Rocket) 공법, MSG(Micro Silica Grouting) 공법, NDS(Natural & Durable Stabilizer) 공법, SMI(Space Multi-Injection grouting method) 공법, JS-CGM(Just Selected Chemical Grouting Method grouting) 공법, ASG(Activated Silicate Grouting) 공법, 우레탄주입공법, 아크릴레이트주입공법등이있다. 2.1 약액주입공법의재료약액은재료에따라각각다른특이성을가지고있으므로약액을선택할경우에는지반조건및목적에따라약액의입경, 점성, 안정성, 차수성, 강도, 내구성, 경제성등을다각적으로고려해야한다. 일반적으로약액은현탁액형, 물유리계, 고분자계순으로가격과침투성이증가한다. 따라서암괴를함유한토사나굵은모래에서와같이비교적공극이큰지반에대해서는현탁액형약액을, 사질토와같은비교적공극이작은흙에는용액형약액을쓰게된다. 2.1.1 비약액계 ( 현탁액형 ) 고체입자가침전하지않고부유하는형태의주입재료로그종류에는시멘트계, 점토계, 아스팔트계등이있다. 비약액계주입재중에서가장대표적인주입재는시멘트로강도발현이나경제적인측면에서가장우수하다. 하지만조립토외에는주입되지않고겔타임이길어용수, 누수등에대하여긴급하게대처하기불리하며유수중에서의주입효과가급격히떨어진다. 또한, 입자로되어있어암반의미소균열면이나균열의연장거리가멀경우에는주입효과를기대할수없다. 점토계 ( 벤토나이트계 ), 아스팔트계주입재의경우에는주입에의한강성향상효과는기대할수없고차수목적으로만활용된다. 2.1.2 약액계 ( 용액형 ) 주입재대부분의재료가액체상으로존재하는주입재로물유리계와고분자계가있다. 물유리계는차수목적으로쓰이고, 지반강성증가를위해사용할경우에는시멘트또는마이크로시멘트와혼합한다. 그러나용탈현상으로주입완료후시간이지날수록효과가상당히저감하는단점을가지고있다. 물유리계의종류로는규산소다 3호, 특수규산, 실리카졸등이있는데실리카졸은물유리중에 Na 2 O량을제거하여용탈을줄이기위해만들어졌다. 규산소다 3호는가격이저렴하고차수목적의급결성과겔강도가양호하다. 특수규산은규산소다보다는급결성이덜하나댐구조물등누수방지를위한곳에적용된다. 실리카졸은규산염기계물질에있는알칼리성분에산 (acid) 을가해이를중화한산성또는중성의콜로이드성실리카용액을말한다. 실리카졸의입자크기는 0.015 m이고점성이낮아펌프가용이하며그라우트재로침투율이좋다. 알칼리의용탈이거의없고, 고결후에도유수에의해희석되거나유실되지않아환경공해를야기하지않는것이특징이다. 또한, 차수와지반강도증대효과가높고내구성이뛰어나다.
Review of Pre-grouting Methods for Shield TBM Tunneling in Difficult Grounds 531 고분자계는환경문제를야기할수있으므로점토층의침투주입이나지하수유입량이매우심할때등특수한목적이외에거의사용하지않는다. 예를들어, 아크릴아미드계는점성이약액중가장낮고침투성이가장우수하나환경에유해하여사용되지않는다. 우레탄계는대개지하수의유입을차단하고자할때혹은공동을채울때, 그리고느슨한암반을안정화할때사용된다. 다른그라우트재와비교했을때점성이다소높지만부피가팽창하여내압을형성하는특징이있다. 하지만시멘트와달리, 특수한펌프가요구되며점착성이강하며인체에유해하여피부나눈에접촉되지않도록주의하여야한다. 2.2 약액주입공법 2.2.1 시멘트그라우팅 (Cement Grouting) 시멘트그라우팅공법은시멘트현탁액을펌프를통해이동시켜지반내에고결시키는것을말하며, 시멘트와물은수화반응을일으켜졸 (sol) 로부터겔 (gel) 로되는데이때고결에소요되는시간은온도에따라다르지만몇시간이내이다. 한편시멘트현탁액을연속적으로압송할경우에는시멘트약액이주입되는범위가넓어진다. 시멘트그라우팅은시공이간편하기때문에현재까지국내외터널공사에적용된사례가많다. 또한, 소요공간이작고소음, 진동교통에대한우려가작고공기가짧으며암반층의균열봉합에효과적인장점이있다. 그러나차수효과가불확실하며맥상주입이될가능성이있고, 품질관리가필요하다는단점이있다 (ICONTEC, 2004). 2.2.2 LW(Labiles Wasserglass) 공법 LW공법은시멘트용액 (A액) 과물유리 (B액) 를각각별개의펌프를이용하여동압동량으로이송하여주입파이프의위쪽에붙인 Y자형파이프를통해합류, 혼합하여주입하는 1.5 shot system(2액 1공정 ) 에의한것으로재료의낭비가생기지않고재료비, 공사비모두저렴하다는이점이있다. 주입재료는시멘트, 벤토나이트, 규산소다가일반적으로사용된다. 입경 0.9 mm 이하의흙에서시멘트는침투할수없으나시멘트위에뜬물및시멘트와반응제의물유리만은침투가능하다. 일반적으로세사층 0.6 mm 이하에는침투가어렵다. 따라서주로자갈층, 모래층에침투가능하며세사층에서는주입이곤란하다. 점성토나실트층에는맥상으로주입되어지반강화및침하방지등의효과가있다. LW공법의시공순서는 Fig. 1과같다. ICONTEC(2004) 은 LW공법이타공법에비해공사비가저렴하고, 반복주입과재주입이용이하며작업이단순한장점이있지만, 장기적으로는차수효과가떨어지고외부진동과충격에취약하며미세공극에대한지반보강효과가불확실하다고보고하였다. Fig. 1. Schematic drawing of LW grouting (Kim, 2013)
532 Youngmin Yoon, Hoyoung Jeong, and Seokwon Jeon 또한겔타임을조절하기어렵기때문에출수가많거나복잡한지질조건에서는주입효율이떨어진다 (Kim et al., 2002). 한편 LW 공법은사질토층, 자갈층, 호박돌층등공극률이큰지층에주입효과가크며, 흙의점착력과 N 값을증가시키거나차수목적으로활 용가능하다. 2.2.3 SGR(Space Grouting Rocket) 공법 SGR 주입설비는그라우팅에의한지반개량효과를증대시키기위하여특수하게제작된선단장치 (rocket) 와 3조식교반장치로이루어져있으며개량하고자하는지반내유도공간을통해급결형혹은완결형주입재를저압으로연속하여복합주입한다. 3조식교반장치란 3개의믹서기를사용하는것으로 SGR공법에서는그라우트재로급결형과완결형을이용하기때문에각믹서기에시멘트, 급결제, 완결제를교반한다. Fig. 2는특수선단장치를나타낸것이고, Fig. 3는 SGR공법의시공순서도이다. 이중관롯드의내관으로착공수를보내어착공한후 (Fig. 2 (a)) 외관에압력수를보내면롯드가한스텝들어올려지는데, 이때특수선단장치가돌출된다.(Fig. 2(b)) LW와같은공법은주입재를노즐을통해지반속으로직접방출하기때문에점 (point) 에서의주입이어서균질하게침투시키는것이어렵다면 SGR공법은점주입이아니라실린더상의벽면전부를방출면으로하는면 (surface) 주입방식이라단위면적당방출되는약액의주입속도가작고, 급결공법의 1/3정도되는낮은압력으로도침투할수있다. 대상지반과목적에따라여러종류의주입재가있으며, 겔타임은통상급결형 6~10초, 완결형 60~120초를표준으로하고, 2 shot system을적용하므로 LW 공법에비해저속으로주입이이루어지며지하수차단이용이하다. 주입재료로는시멘트, 물, 규산소다, 겔타임단축을위한약재가사용된다. 넓은면적의공간을이용한저압주입 (4~8 kg/cm 2 ) 이기때문에지반의교란이나융기가적고, 그로인해인접구조물에미치는영향또한작다. 롯드의방향과직교하는방향으로주입되며 ( 수평주입 ), 어떤각도에서도 rocket을확실하게작동시킬수있는장점이있다. 또한, 시공설비가간편하고시공사례가많아공사관리의자료가풍부하다. 그러나지반강성증가효과는미흡하고, 조밀한세립사, 실트질점토, 실트점토층에침투주입이어렵고맥상주입이되며장시간경과시내구성이저하되는단점이있다. 또한, LW 공법보다차수효과가크지만사질토지반에주입하는경우일반적으로겔타임이긴주입재를사용하는데, 이때목적보강영역밖으로유출되는용액의양이많은문제점이있다. (a) Commencement of work Fig. 2. Movement of Rocket (Chun, 2005) (b) Injection
Review of Pre-grouting Methods for Shield TBM Tunneling in Difficult Grounds 533 Fig. 3. Schematic drawing of SGR (Kim, 2013) 2.2.4 MSG(Micro Silica Grouting) 공법 MSG공법은초미립계시멘트와실리카졸을적정비율로혼합하여사용하고, 감수분산제 (water-reducing agent) 를사용하기때문에보통시멘트만을사용하는기존공법에비해서고강성이발현되고내구성이향상되며침투성이우수한공법이다. 주입재료는초미립계현탁액 (micro cement), 마이크로복합실리카주입재 (silica sol), 겔타임조정재등으로구성된다. 실리카함량과겔타임조정재를이용하여겔타임을초급결에서초완결까지폭넓게조정할수있다. 이공법은 2 shot system과 1.5 shot system 모두사용할수있는데, 목적에따라지하수위가높고차수를주목적으로하는경우 2 shot system을적용하고지층상태가복잡하여 ( 전석층등포함 ) 천공작업이어렵고지하수위가낮은경우 1.5 shot system을적용한다. 기존공법에서는 7-15 kgf/cm 2 의압력으로주입하는것이관례인데비해서본공법은 1-3 kgf/cm 2 정도의저압으로도침투주입이가능하기때문에인접구조물에대한측방유동피해를대폭감소시킬수있다. 최대입경 10 μm이하의마이크로분체를현탁액형으로사용하여세립질모래지반과실트질모래지반까지도침투주입을가능하도록하고있다. 또한, MSG주입재의경우 LW공법이나 SGR공법에비해서약 2배이상의강도가발현되는것으로보고되고있다 (Kim et al., 2001). 그러나주입재료중하나인실리카졸은제조공정이복잡해지기때문에단가가비싸고국내에시공사례가적은단점이있다 (Chun, 1995). 2.2.5 NDS(Natural & Durable Stabilizer) 공법 NDS공법은무기질재료의초미립자시멘트를지반의종류에따라적합한최신선단장치를이용하여지반에압입시켜물유리계주입방식에서발생하는용탈, 강도및내구성저하, 환경오염등제반문제점을해결한약액주입방식으로서반영구적인차수및보강을목적으로한다. 주입재는 NDS-ES( 무기질계급결재 ), NDS-UF( 초미립자시멘트 ), NDS-AC( 무기질계급결보조제 ) 이다. 다단분급기 (Multi-stage Classifier) 를이용하여초미립의마이크로시멘트계주입재 (NDS-UF, 비표면적 6000~8000 cm 2 /gf) 를만든다. 다단분급기란기존분급기를개발하여분쇄된미분말을입경별로분급, 포집하는장치로분급통을고속회전시켜재료의원심력과중력, 부력간의평형작용에이용해재료를분급하는것이다. 또한, NDS공법은일반적인단관주입공법외에도이중관스트레이나단상식 (2.0 shot) 복상식 (2.0 or 1.5 shot), 더블패커공법 (1.5 or 1.0 shot) 등어떠한주입방식에도적용할수있으며, 이같은
534 Youngmin Yoon, Hoyoung Jeong, and Seokwon Jeon 주입공법이외에도고압분사공법, 터널보조공법에도적용가능한공법이다 2.2.6 SMI(Space Multi-Injection grouting method) 공법친환경적이고내구성이강한실리카졸을주원료로하는재료와 4개의주입공을가진주입장치를이용한다. 주입장치의형태는 Fig. 4와같다. 주입관은상 하로분리된분사노즐에서급결액과완결액을동시에분사하기때문에주입목적및범위이탈을방지하고복합주입의효과를낸다. 지층의지질학적특성과그라우팅의목적에따라다양한주입재를사용하기때문에기존공법보다주입효과가탁월하고, 친환경적인재료를사용하는공법이다. 지하수면밑에서주입하더라도희석으로인한겔타임지연이없고, 지하수에희석돼도확실한주입효과를볼수있으며고결능력이우수하다. 시멘트보다는강도가약하지만실리카졸을주원료로하여 LW, SGR보다높은강도를발휘하고내구성이우수하다. 고로장기간의차수및강도효과를요구하는공사에적합하다. 지수성이뛰어나차수벽으로적합한공법이다. 점성이작아세립토에서도침투고결효과가우사하다 (Kim et al., 2011). 소형플랜트를통해재료의현장제조가가능하여경제성이있으며도심지등에서도시공성이좋고 4개의주입공을이용한동시주입으로공기단축효과가있으며동시주입에의한급결재의패킹효과로완결재의침투주입을극대화시킬수있다. 그러나다른공법들에비하여시공사례가적기때문에현장적용성에대한검토가필요하다. 주입압은 300~500 kpa의저압주입을원칙으로한다. Fig. 4. Injection and production device (Shin et al., 2013) 2.2.7 ASG(Activated Silicate Grouting) 공법물유리에알칼리토금속염을첨가하여물유리의올리고머화반응을발생시켜제조한활성실리케이트약액을현장에서실리케이트제조플랜트를이용하여제조하고, 이를차수및지반보강용주입재로사용하는기존의물유리계약액과비교하여주입방식과주입재의성능이크게개량된공법이다. 이공법에사용되는활성실리케이트약액은자체고결능력이매우뛰어나제조후활용가능시간이 48시간이내이기때문에약액의현장제조가필수적이고주입장치는기존의물유리계약액주입장치 (3조식교반장치및주입펌프등 ) 는그대로사용할수있어별도의설비부담없이시공에적용될수있어경제성이높다. 또한, LW와 SGR 공법에비해알칼리용탈이거의없고내구성도증가하였다. 즉, 기존약액대비 2배이상의내구성및알칼리용탈이 1/2 이하이다. 물에희석되어도겔타임지연이적어 ( 약 1/3 수준 )
Review of Pre-grouting Methods for Shield TBM Tunneling in Difficult Grounds 535 효율적인주입관리및미고결에의한유실이적다. 제조가간편하여경제성이뛰어나며, 지반상태에따라순결, 완결겔타임조절이 용이하여지반에효과적으로주입가능하다. 약액주입방식이기존주입시스템에그대로적용할수있어시공이용이하며저압주 입방식의채택으로안정성이양호하고환경오염의문제가없다 (Chun and Ryu, 2000; Chun, 2011). 2.2.8 우레탄주입 (Urethane Injection) 공법우레탄주입공법의원리는액상의폴리올 (polyol) 계물질 ( 주제, A액 ) 과액상의이소시아네이트 (isocyanate) 계물질 ( 경화제, B 액 ) 을혼합반응시켜양자간우레탄화반응을일으켜두물질이결합된상태의폴리우레탄으로변화되는특성을이용한것이다 (Chun, 1997). 수화 (hydration) 반응과동시에 CO 2 가스를내보내어발포 (foaming) 반응이생겨고결체적을증가시키는데이것이지중에서구속되는경우현저한강도증가를얻게된다. 우레탄계약액에는 2액형약액 ( 비수용성 ) 과 1액형약액 ( 수용성 ) 등 2가지형태가있는데, 2액형약액은배합시에물을포함하지않는주재및첨가제로되어있어서지하수와반응하기때문에이의변화에따라겔타임이변동되는성질이있다. 소수성인 2액형약액의팽창능력은기존부피의 20배정도이고, 친수성인 1액형약액은기존부피의 4~6배정도이다. 일반적으로 2액형은지반고결목적으로주로활용되고, 1액형은콘크리트구조물의크랙보수또는용수차단목적으로사용된다. 우레탄계약액은주입조건에따라특성의변화가매우민감하게일어나기때문에작업주변의온도, 습도등에따라약액의성질을조절할수있는예비지식을갖추도록해야한다. 일례로용수지대에우레탄을주입하면우레탄의액온도가저하하고, 또한발포시발열분이흡수되어 rise-time( 팽창시간 ) 이상당히길어지게된다. 이러한경우적절한겔타임을확보하기위해화학적인방법과물리적인방법이활용될수있다. 주입작업은굴착의진행과병행할수있고고결효과의확인이용이하다. 용수에의한용해나손실이없고시공이간편하고경화속도가빨라공기단축효과가클뿐아니라역학적물성과내구성이우수한장점을지니고있다 (Chun et al., 1994). 반면, 가격이비싸고공해를유발할가능성이있어널리사용되지않고있다. 2.2.9 아크릴레이트주입 (Acrylate Injection) 공법아크릴레이트계주입약액은아크릴산및변성아크릴산의알칼리금속또는알칼리토금속염과가교제 (cross linking agent) 의수용성혼합물 (A액, 주제 ) 과 redox촉매수용액 (B액, 경화제 ) 으로구성되었으며이를적절한비율로혼합주입, 반응시키면이것이함수상태의불용성 hydrogel로변화하는성질을이용하여그라우팅약액으로서이용하는것이다. 주입성과내구성이매우우수하고, 독성또한아주낮은장점을가지고있어외국에서는이주입약액의실용화를위한연구개발및실제적용사례가활발한것으로알려져있다. 아크릴레이트계주입약액은혼합점도가 1~3 cp 정도에불과해물 (1 cp) 과거의대등하여다른주입약액에비해주입성이매우탁월하기때문에사질토는물론실트질토사에도주입가능하다. 또한겔타임조절도빠르게는수초에서부터느리게는수시간에이르기까지자유롭게조절할수있어그주입효과를효율적으로제어할수있다. 또한약액의산성도는중성내지약알칼리성으로주입에의해주입대상지반의토질또는주변콘크리트구조물등에영향을주지않는다 (Ryu et al., 2002).
536 Youngmin Yoon, Hoyoung Jeong, and Seokwon Jeon 3. 국내외 TBM 터널그라우팅보강사례 3.1 국내시공사례 3.1.1 부산지하철 2호선 230공구부산광역시수영구- 해운대구구간의지하철공사현장으로터널의연장은 2.3 km이며, 투입된장비는직경 7.3 m의이수가압식쉴드tbm, 그리고공사기간은약 7년이소요되었다. 해당현장의지층구조는상부에서부터매립층, 모래층, 점토또는실트층, 점토자갈층, 연암또는경암층으로이루어져있고간간이실트질모래층이존재하는것으로조사되었다. 토사지반의 N값은 8-47, 암반구간무결암일축압축강도는 40~290 MPa이었다. 하저터널토층변화를분석하여보면토사구간 140 m, 복합지반 210 m, 암반구간 70 m로구성되어있었다. 전단면토사구간은실트층및점토자갈층을주로굴착하였고주기적으로 N값 15 이하의모래층이나타나쉴드 TBM 적용시굴진율이저하되거나붕괴사고가유발될가능성이있었다. 복합지반부는굴착면하부에풍화암과연암이존재하고상부에는점토자갈층및 N값 15이하의모래층이존재하여토사및암반경계의충격하중에의한디스크커터손상과상부에존재하는자갈및모래층의이완으로지반침하가발생할확률이높은구간이었다. 전단면암반은경암으로구성되어있어디스크커터의마모가심할것으로예상되었다. 하행선굴착시일부극경암을포함한암반및토사로구성된복합지반에서 Fig. 5와같은비정상적인디스크커터의마모가발생하였다. 상부토사층을이동하다가하부경암이나핵석에충돌하면서발생된충격으로디스크커터의씰, 너트, 베어링이손상되거나면판에있는커터헤드하우징이변형되어디스크커터의회전이불가능하게되고이로인한편마모가발생하였다. 따라서총 8회의지반보강과 16회의디스크커터교체가이루어졌다. 커터교체지점에서는쉴드TBM이도달하기전기내그라우팅이나수직그라우팅으로지반을보강한후챔버내에서디스크커터나커터비트를교체하였고수질보호를위한친환경적이고차수를목적으로한클린펌 (clean firm) 공법으로시공하였다. 클린펌공법은 water glass에서알칼리를완전히제거한 silica-sol에시멘트현탁액을조합한무공해성의현탁액주입재를이용하여원지반에침투및할렬주입하는주입공법이다. 상행선터널굴착시에는지반강도를증대시킬수있는지반보강공법이요구되어저압주입인약액주입공법이아닌고압주입인 Chemical Jet grouting공법으로시공하였다. 제트그라우팅은고압그라우팅공법이지만이것을적용할수있었던이유는상행선관통이후면판과디스크커터를경암용으로교체하여비정상적인마모를줄였고, 이로인해디스크커터교체지점을예측하여사전그라우팅을할수있었기때문이다. 그라우팅적용구간은복합부와토사부 138.5 m이다. 그라우팅적용이력은 Table 1과같다 (Oh et al., 2007).
Review of Pre-grouting Methods for Shield TBM Tunneling in Difficult Grounds 537 Fig. 5. Damaged disc cutters in Busan subway construction site (Oh et al., 2007) Table 1. History of Clean firm grouting for intervention in Busan metro construction (south bound) site (Oh et al., 2007) No. Grouting range (m) Grouting period Number of grouting holes Intervention period 1 14 8 9.5 3/5~3/13 112 3/22~4/1 2 14 6 7.5 4/20~4/24 (Addition: 4/27~5/5) 84(63) 5/9~5/14 3 14 6 7.5 5/10~5/14 (Reinforcement: 5/13~6/18) 84(92) 5/28~5/30(6/19~6/20) 4 14 10 5.5 (3) 4/3~4/13 (Addition: 6/22~7/5) 140(140) 6/30~7/5 5 14 10(4.8) 5.5 7/4~7/8 (Reinforcement: 7/14~7/19) 140(108) 7/14(7/20~7/22) 6 14 10 6 7/22~7/30 120 7/29~7/30 7 14 10 6 8/1~8/7 112 8/9 8 14 8 6 8/15~8/19 70 8/22~8/23 3.1.2 녹산하수처리장방류관거이현장은총연장 10.316 km의녹산하수처리장방류관거로해저쉴드터널로시공한구간은 1,698 m의연장을갖는다. 쉴드 TBM은직경 2.9 m이고이수가압식이며, 공사기간은약 8년이소요되었다. 지층구조는매립층, 사질토퇴적층, 연약점토퇴적층및암반층으로구성되어있었다. 쉴드터널발진부의연직구지점은 4.8 m의매립층 (N=48-50) 이존재하고있고그아래로퇴적층이 36.4-60.0 m 두께로존재하며, 상부점토층 (N=4-9) 과하부사질자갈층 (N=26-50) 으로구분되어기반암위에두텁게놓여있었다. 기반암층은안산암의연암층으로균열및절리가많이발달되어있었고, 절리를따라변질, 변색및심한풍화상태를보이고있었다. 실제계획한노선의지층이두가지이상의다른지층으로이루어져있었고, 이에따라쉴드장비가굴진하게되면굴진에따른쉴드장비의심한요동에의해주변지반의지지력이감소할것으로예측되었다. 따라서 S.G.R 공법을적용하여외측지반의지지력을확보하는것이고려되었다. 본현장에적용된쉴드TBM의그라우팅시스템은 Fig. 6에나타내었다. 지층경계부굴착시쉴드TBM의선형이탈이우려되어지반보강을하였고, 본공사에서는해상오염과민원보상및공사지연을방지하기위하여기내그라우팅을실시하였다. 그라우팅후지층경계부진입시토압이급격히증가하고다량의토사가굴착면내로유입되어굴진이일시중지되었다. 그래서막장압을관리하고안정액을투입하여지반을안정시킨후굴진을추진하였다. 원인을분석해보니, 지층경계부에약 2 m 정도두께의모래층이분포하였고여기에피압대수층이형성되어있어피압수에의해그라우팅이제대로이루어지지않았던것으로판단되었고, 그로
538 Youngmin Yoon, Hoyoung Jeong, and Seokwon Jeon 인해토압이상승하여굴진시굴착면에토사가유입하였던것으로판단되었다. 또한지층경계부통과후장비가암반에도달할때 다소의진동과소음이발생하였으나, 굴진선형에거의영향을미치지않고암반까지무리없이진입할수있었다 (Jeong et al., 2010). Fig. 6. Grouting system of shield machine (Jeong et al., 2010) 3.1.3 성수분기전력구공사이현장은서울시성동구 -광진구구간의전력구터널을시공하는현장이며, 공사구간의연장은 576 m이며쉴드 TBM 형식은이수가압식 (slurry type) 이다. 현장의지층은매립층, 퇴적층 ( 주로자갈층 ), 풍화암, 연암순으로분포하는것으로나타났다. N값은 8~25 로조밀 ~ 매우조밀한것으로나타났으며풍화암상단으로풍화토가없이굵은자갈층이 7~8 m의두께로지표하부 17.4-18.5 m 지점에대체로평탄하게형성되어있는것으로파악되었다. 또한, 지하수위는자갈층상부에위치하는것으로나타났다. 380 m 굴착지점에서예측하지못한터널상부의모래질자갈층이 Fig. 7과같이세미쉴드기의챔버 (chamber) 내부로과다유입되어커터헤드가정지하면서작업이중단되었다. 장비전면부에자갈층이붕락됨에따라챔버내부로지하수및모래강자갈이유입되어, 커터헤드전면부및주변에자갈이끼어회전이불가능하게되어굴진이정지되었다. 굴진중단후챔버확인구를통해확인한결과, 챔버내부에지하수, 모래, 자갈이약 7 m 3 유입된것으로파악되었다. 자갈층의유입이예상되는터널주변공동부는지상에서수직천공하여 S.G.R 그라우팅공법을시행하여공동이확산되지않도록긴급조치하였다. 터널직경이 2.6 m로장비내부공간이매우협소하고굴착면에커터헤드의면판이설치되어기내보강은어려울것으로판단되어수직그라우팅공법을적용하였다. 겔타임조절이가능하고, 플랜트의점용면적이작아민원발생의소지가적고, 커터를교환하는동안에발생하는지하수유입등의문제를해결하기위하여지반보강및차수를위한 S.G.R 공법을적용하였다. 그라우팅범위는 L=70m, H=4m, W=6m 이다. 지반보강시시멘트밀크가 TBM 및추진관에유입되는것에대해장비를보호하기위한방안으로 curtain grouting을실시하되공사비면에서장점이있는 Mak-Gel공법으로시공함이타당한것으로판단되었다 (KTA, 2008).
Review of Pre-grouting Methods for Shield TBM Tunneling in Difficult Grounds 539 Fig. 7. Sand and gravel inflows in semi-shield machine (KTA, 2008) 3.1.4 용종-교하가스라인이현장은경기도고양시일산서구- 김포시양촌읍구간의가스라인설치공사를위한곳으로터널의연장은 1,497 m이며, 투입된쉴드TBM은직경 2.4 m의이토압식 (EPB type) 이다. 지층구조는모래층, 자갈층, 풍화토, 풍화암, 기반암순으로구성되어있다. 터널은기반암층과풍화토, 풍화암층을지나서다시기반암층을지난다. 기반암과풍화암이혼합된복합지층이 150 m 구간 (STA. 350-500) 이었으나이구간에서예상치못한자갈층이출현하여굴진속도를늦추는원인이되었다. 모래실트층과지하수의유입이많은경우. 폴리머와벤토나이트등이고수압에따른터널막장의안정성문제해결을위해첨가되었다. 복합층에서디스크커터교체를위해기내그라우팅을실시하였으며우레탄그라우팅과시멘트그라우팅을혼합하여적용하였다. 그라우팅적용개소의지질학적조건은흙 50%, 자갈 30%, 연암 20% 로구성되어있었다 (Kim et al., 2016). 3.2 국외시공사례 3.2.1 Arrowhead Tunnels in Ontario, California (USA) 이현장은미국캘리포니아주샌버나디노지역의수로터널건설현장으로터널의연장은 13 km이며, 투입된 TBM은직경 5.8 m 의경암용쉴드 TBM이다. 지층은샌안드레아스단층대와 1 km 떨어진지역으로풍화토와풍화암을포함하고, 최대수압이 27 bar 로높은수압이작용하고있었으므로, 터널굴착시지하수자원보호가중요사항으로고려되었다. 대부분의경암이나심지어풍화가심한지반에서도포틀랜드계시멘트나마이크로시멘트를사용해서지하수유입을저감할수있지만이터널에서초미립자시멘트 (ultrafine cement) 는지하수유입을적절히막을만큼제대로적용되지않았다. Fig. 8은본현장에서세그먼트라이닝에시공된그라우팅주입공을통해쉴드 TBM 장비안으로지하수가유입되고있는사진이다. 그라우팅에의한지반보강이제대로이루어지지않을경우, 굴착대상지역의붕락이우려될뿐만아니라터널굴착이몇주간중지될수있기때문에대책이필요하였다. 이에대한대안으로콜로이달실리카 (colloidal silica) 가사용되었다. 콜로이달실리카는나노사이즈의실리카입자 ( 크기 0.015 ) 로차수효과가좋다. 겔타임은수초 ~ 2시간사이에서쉽게선택할수있다. 또한콜로이달실리카는점성이낮고균열이나절리공극등어느곳에서나적용이용이한장점이있다. 강도또한우수하고용탈현상이없으며느슨한흙, 모래, 그리고균열이심한암반에서도차수효과와지반보강효과모두우수하여수로터널의매우복합적인지반에서효율적으로사용되었다 (Brian et al., 2008, Knut, 2011).
540 Youngmin Yoon, Hoyoung Jeong, and Seokwon Jeon (a) (b) Fig. 8. High-pressure groundwater entering from the grout hole in the segment lining (a) and groundwater entering in front of the Shield Machine (Brian et al., 2008) 3.2.2 High Speed Rail Way Naples-Milan: Bologna City Underpass (Italy) 상기현장은이탈리아볼로냐의고속철도공사현장으로터널의연장은 10 km (TBM 구간 6.1 km) 이며, 투입된쉴드 TBM은직경 9.4 m의이토압식이고, 공사기간은약 2년이소요되었다. 지반조건은 1 km 점토층이외에자갈, 모래, 실트층으로다양하게구성된퇴적층지반이었으며각토사층의투수율이달랐다. 기내그라우팅을적용하였고, 보통시멘트를사용하여 1차그라우팅을실시하였다. 입자가큰모래와자갈층에서는시멘트주입이용이하였지만세립질모래와실트를포함한층에는매우낮은투수율로주입이용이하지않았다. 따라서낮은투수율을갖는실트모래층에는입자크기 16 nm, 점성 5 mpa s을갖는콜로이달실리카를사용하였다. 한개의펌프를이용하여 45,000 kg의콜로이달실리카를주입하였으며, 펌프압력은 2-5 bar로하였다. 그결과, 실트모래층에서의안정성이향상되었고붕괴혹은함몰없이터널굴착을완료할수있었다 (Knut, 2011). 3.2.3 The Ghomrud Water Tunnel Project (Iran) 상기현장은이란 Dez-Ghomrud 지역의수로터널현장으로터널의연장은 36 km (TBM 시공구간 14.8 km) 이며, 투입된 TBM 은직경 4.6 m의이토압식이다. 3.2 km 굴진후, 매우약한풍화암을조우하여 TBM 커터헤드와쉴드에서붕괴가발생하였고, 8-10 m 높이로지반붕괴가진행되었다. 커터헤드위에서발생한공동은굴착진행시암반의안정성에심각한영향을줄수있으므로일시적으로공동을충진하여안정화시킬필요가있었다. 따라서신속하게기포를형성하는폴리우레탄이제안되었으며급속팽창성을가진폴리우레탄이공동을충진하고파쇄암석을일체화할것으로기대되었다. 실제로 42 톤의폴리우레탄이주입되었으며총 35 m 3 의부피를충진하여공동의붕괴없이굴착이완료되었다 (Knut, 2011). 3.2.4 The Hallandsas Railway Tunnel (Sweden) 상기현장은스웨덴의 Hallandsås 철도터널로총터널연장은 8.6 km이며, 투입된쉴드 TBM은직경 10.6 m의 dual-mode (open and slurry) TBM이다. 1992년착공을시작하였으나, 복잡한지질조건으로인한기술적인한계, 그리고환경피해로인하여시공이두번이나중단되었다가 2004년에다시착공하였다. 터널이통과하는구간의지반은파쇄가심하였으며, 마모도가높았을뿐만아
Review of Pre-grouting Methods for Shield TBM Tunneling in Difficult Grounds 541 니라대수층이넓게분포하고있어시공이매우힘든조건이었다. 상기지질조건으로인한높은수압 (10 bar) 및지하수유입에대응하기위한그라우팅공법이요구되었고, 지하수유입및암반의투수계수를감소시키기위한시멘트그라우팅을적용하였다. 두번째공사에서지하수의유입을막기위해시멘트와약액주입재를사용하였으나 acrylamide의독성으로가축, 환경피해가심하여중단되었다. 이로인해공사를재개할때스웨덴정부에서환경규제가심하여초미립시멘트 (Microfine cement) 가그라우트재료로주로사용되었고, TBM 앞면그라우팅공수는 TBM 전면측벽부에 30개, 전면바깥부분에 26개, 전면안쪽에 7개가배치되어있었다 (Fig. 9). 공사는환경적문제없이잘마무리되었다 (Burger, W. and Dudouit, F., 2009). Fig. 9. Possible drill pattern ahead of the tunnel face (Burger, W. and Dudouit, F., 2009) 4. 국내외 TBM 터널의그라우팅적용사례분석 국내외사례 8개를검토한결과, 지반상태와사용목적에따라다양한종류의그라우트공법을선정할수있음을알수있다. 즉, 차수의목적인지지반강성증대의목적인지에따라그리고지반의상태가세립질인지조립질인지에따라공법과재료가달라진다고할수있다. 각사례를정리하면 Table 2와같고, Table 3은 TBM에서적용가능한그라우팅공법의장단점과목적, 적용가능지반을정리한것이다. 부산지하철현장의경우, 지반강도를충분히높여주지못하여재공사시간과비용이들었고이후에는고강도효과를얻는제트그라우팅으로보강을하였고, 녹산하수처리장방류관거와성수분기전력구에서는차수효과와지반보강을얻기위해 gel time조절이가능하고플랜트점용면적이작은 SGR공법을사용하였다. 용종- 교하가스라인은지하수유입을막고지반강도를증대시키기위해우레탄과시멘트를혼합하여그라우팅에적용하였다. 우레탄은지하수의유입을막고공동을메울때효과가좋다고알려져있다. 이란수로터널에서도풍화암지대붕괴후공동을메우기위해부피팽창기능이있는폴리우레탄을사용하여공동을빠른시간에잘메워터널굴착을성공적으로마칠수있었고, 미국수로터널과이탈리아고속철도터널에서는세립질지반에시멘트를주입했지만낮은투수율로잘주입되지않았고, 이것에대한대책으로콜로이달실리카를사용하였다. 콜리이달실리카는점성이매우낮고입자의크기가작아침투율이좋아세립질모래와실트층에도잘주입되었고높은차수효과와친환경성으로수자원을보호하는효과를얻을수있었다. 스웨덴의철도터널은정부의환경규제를지키고, 지하수의유입을막기위하여마이크로시멘트를사용하였고터널굴착을잘마무리하였다.
542 Youngmin Yoon, Hoyoung Jeong, and Seokwon Jeon 따라서국내외사례를적용하여프리그라우팅공법을목적과적용지반으로나누면 Table 4 와같이구분할수있으며, Fig. 10 에 는각각의약액주입공법이효과적으로적용될수있는범위를앞서조사한그라우팅공법과사례를분석하여지반을구성하는입자 의크기로구분하여나타내었다. Table 2. Summary of TBM tunnel grouting in difficult ground conditions Site Grouting direction Grouting method Geological condition Busan Metro Line #2 (203 Site) Vertical Clean firm and chemical jet Mixed face (weathered rock, weak rock, silt and clay gravel) Noksan Sewage Plant Discharge Channel Horizontal SGR Mixed face (clay, sandy gravel) Sungsoo Electric Power Cable Tunnel Vertical SGR Mixed face (sandy gravel) Yongjong-Gyoha Gas Pipe Tunnel Horizontal Urethane and cement Mixed face (sand, gravel, sandy silt) Arrowhead Tunnel (USA) Horizontal Cement + colloidal silica Fault zone (weathered rock, clay and silt) High Speed Railway (Italy) Horizontal Cement + colloidal silica Mixed face (sand, gravel, silt and clay) The Ghomrud Water Tunnel (Iran) Horizontal Urethane Weathered rock Hallandsås railway tunnel (Sweden) Horizontal Cement Mixed face (soft soil and hard rock) Table 3. Summary of various grouting methods used in the previous TBM sites Grouting Purpose Applicable ground conditions Advantage Disadvantage References Cement Ground reinforcement Gravel and sand layer with low groundwater ingress Easy installation Many domestic case histories Low prices Excellent strength Poor performance for water control Quality control required Chun (2011) LW Short-term control of groundwater inflow and ground reinforcement Gravel and sand layer with high groundwater ingress Low material cost Low construction cost Easy re-injection Simple operation Difficult application in fine-grain layers Poor long-term durability Vulnerable to vibration and impact Difficult gel-time control Low injection efficiency at high groundwater inflow Chun (2011); Chun et al. (2006); Kim et al. (2002) SGR Short-term control of groundwater inflow (better than LW) and ground reinforcement Gravel and sand layer with high groundwater ingress Low pressure injection (4 ~ 8 kgf/cm 2 ) Simple equipment Many case histories Poor performance of ground reinforcement Difficult to penetrate into fine-grained soil Poor long-term durability Leaking in sandy soil layers Chun (2011); Kim et al. (2011) MSG Long-term ground reinforcement and preventing groundwater inflow Fine-grained soils (sand and silt layer) Low pressure injection (1 ~ 3 kgf/cm 2 ) Excellently low permeability Higher strength than LW and SGR High material cost Few case histories Kim et al. (2001); Chun (1995); Chun (2011)
Review of Pre-grouting Methods for Shield TBM Tunneling in Difficult Grounds 543 Table 3. Summary of various grouting methods used in the previous TBM sites (Continued) Grouting NDS SMI ASG Urethane Acrylate Colloidal silica Purpose Semi-permanent ground reinforcement and preventing groundwater inflow Semi-permanent ground reinforcement and preventing groundwater inflow Ground reinforcement and preventing groundwater inflow Filling openings, preventing groundwater inflow Permanent preventing groundwater inflow (the best) Long-term ground reinforcement and preventing groundwater inflow Applicable ground conditions Fine-grained soils (sand and silt layer) Fine-grained soils (sand nd silt layer) fine-grained soils (sand, silt, and clay layer) High ground water ingress High ground water ingress, fine-grained soils (sand, silt, and clay layer) fine-grained soils (sand, silt, and clay layer) Advantage Disadvantage References Increased durability with ultra-fine particles Any injection method can be applied. Eco-friendly method High strength Excellent penetration by injecting 4 holes Environmentally friendly ma terials High strength Excellent long-term durability Low cost Can be used in urban areas by using small plant Reduction of construction period Increased durability Easy to manufacture Low cost Low pressure injection Eco-friendly Easy to install without dissolution or loss by water Fast work and curing speed Excellent durability Excellent penetration with low viscosity (the best) Easy control of gel-time Eco-friendly Excellent durability Excellent penetration with low viscosity Excellent durability High strength Gel-time control required Few case histories Few case histories Inevitable field manufacturing Not versatile Expensive Not eco-friendly High material cost High material cost Few case histories in Korea Chun (2011) Chun (2011); Kim et al. (2011) Chun (2011); Chun and Ryu (2000) chun (2011) Chun et al., (1994) Chun et al., (1997) Ryu et al. (2002) Knut (2011) Table 4. Grouting methods applicable to different geological conditions Geological condition Grouting method with ground water without ground water Coarse-grained soils (gravel, boulder, and sand) LW, SGR, SMI, ASG OPC (Ordinary Portland Cement) Fine-grained soils (silt and clay) MSG, NDS, Acrylate NDS, Micro cement, Colloidal silica Karstic Urethane + Cement OPC (Ordinary Portland Cement)
544 Youngmin Yoon, Hoyoung Jeong, and Seokwon Jeon Fig. 10. Applicability of various grouting methods for different particle sizes 5. 결론 본논문에서는국내외쉴드 TBM 터널공사에서특수지반을통과할때적용되었던그라우팅공법, 보강효과, 적용성등을조사분 석하였다. 조사내용을요약하면다음과같다. 1) TBM 굴착시그라우팅의적용은 (a) 토사지반에서디스크커터교체를위하여굴착면전방의보강이필요할시, (b) 굴착면의안정성이요구될시, (c) 지하수유입의차단이필요할시등의경우에이루어진다. 즉, 지반보강과차수를위하여그라우팅을적용하며목적에따라그방법과재료선정이달라지게된다. 2) 약액주입공법은재료에따라현탁액형과용액형으로분류할수있다. 일반적으로많이사용되는그라우팅재료는현탁액형의일반시멘트 (OPC) 이다. 시멘트는강도가높고저렴하여널리사용되지만세립질토사층에서는침투가어려운단점이있다. 용액형은차수가필요하거나세립질토사층에주입이필요할경우이용되며대표적으로 LW, SGR, MSG, NDS, SMI, ASG, 우레탄, 아크릴레이트공법등이있으며각공법의원리는본문에정리한바와같다. 3) 그라우팅공법의특징과국내외사례를분석해보면지질조건별적용가능한그라우팅공법은 Table 3과 4에정리된바와같다. 하지만정리된결과들은한정된지질조건및그라우팅공법에대한분석이므로실무에적용하고자할때에는각터널의지질조건, 현장조건, 가용가능한그라우팅장비조건등을함께고려하여야할것이다. 쉴드 TBM 터널공사에서장비의효율적인운용과지반조건변화에대한합리적인대처는공기와공사비에지대한영향을미친 다. 굴착면전방지반의지질상태변화는예측가능한경우와급격히발생하는경우모두장비가동율에영향을미치며대처방법에
Review of Pre-grouting Methods for Shield TBM Tunneling in Difficult Grounds 545 따라가동율감소폭이달라지게된다. 지반보강과차수를목적으로하는그라우팅은공법이다양하므로목적과경제성을고려하여 최적의공법을신속하게선정하여시공하는것이바람직하며본조사를통하여정리된각공법의특징과적용사례가실무에서참 고할수있는자료가되었으면한다. 감사의글 본연구는국토교통부건설교통과학기술진흥원의건설기술연구사업 ( 과제번호 : 18SCIP-B105148-04) 의지원으로수행되었습 니다. REFERENCES Brian F., Michael B., Knut G., 2008, Pre-excavation driling and grouting for water control and ground improvement in highly variable ground conditions at the Arrowhead Tunnels Project, Proceedings of North American Tunneling 2008, Society for Mining, Metallurgy & Exploration, San Francisco, 749-765. Burger, W., Dudouit, F., 2009, The Hallandsås dual mode TBM, Preceedings of the Rapid Excavation and Tunnelling Conference 2009, Las Vegas, 416-436. Chun, B.S., Ryu, D.S., Kim, J.I.,1994, Physical & chemical properties of polyurethane materials for subsurface improvement, Proceedings of Korean Geotechnical Society Conference, 47-61. Chun, B.S.,1997, The engineering properties and effectiveness of polyurethane for ground reinforcement, Journal of Korean Society of Civil Engineers, Vol. 17, No. 2-4, 475-483. Chun, B.S., Do, J.N., Sung, H.D., Lim, J.H., 2006, A study on the reinforcement and environmental impact of LW Injection, Journal of Korean Geo-Environmental Society, Vol. 7, No. 6, 121-131. Chun, B.S., Ryu, D.S., 2000, Engineering characteristics of Activated Silicate for chemical Grouting, Journal of Korean Society of Civil Engineers, Vol. 20, No. 2C, 141-146 Chun, B.S., 1995, Ground Injection Method, Won Technology. Chun, B.S., 2011, Principles and Practice of Chemical Grouting, Goomibook, Seoul. Chun, B.S., 2005, Groud injection: Theory and Practice, Won Technology, 169-170p. ICONTEC ENC Working Group,2004, Grouting, ICONTEC Research Institute, 5-40p. Jeong, H.Y., Zhang, N., Jeon, S., 2018, Review of technical issues for shield TBM tunneling in difficult grounds, Journal of Tunnel and Underground Space, Vol. 28, No. 1, 1-24. Jeong, S.H., Park, B.S., Lee, K.H., Jo, H.,2010, Construction case of Noksan sewage treatment plant discharge channel - Construction case of shield tunnel for passing through soft ground and hydrothermal alteration zone -, Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 12, No. 2, 31-46. Kim, C.S., Kim, J.Y., Lee, S.H., Cho, H., Hwang, D.A., 2016, Case study on the application of shield TBM in the gravel layer with high water pressure underpassing the Han River, Proceedings of The 15th Asian Regional conference on Soil mechanics and Geotechnical engineering, Vol. 2, No. 43, Fukuoka, 1536-1539.
546 Youngmin Yoon, Hoyoung Jeong, and Seokwon Jeon Kim, J.W., 2013, Case study of injection effect of LW grouting, Master thesis, Pukyung National University, 4-24. Kim, J.H., Kim, J.J., Cho, K.H., 2011, A study on the impermeability of Ground using N.D.S and S.M.I methods, Journal of Korean Society of Hazard Mitigation, Vol. 11, No. 2, 87-92. Kim, J.C., Choi, Y.C, Jung, J.J., Shin, S.J., Yoon, N.S., 2001, Grouting Technology Trend and Characteristics of MSG method, Journal of Korean Geotechnical Society, Vol. 17, No. 3, 40-49. Kim, J.C., 2002, Domestic and Foreign Technology Trends of Chemical Grouting, Journal of Korea Concrete Institute, Vol. 14, No. 5, 47-53. Knut, Garshol, 2011, Pre-Excavation Grouting in Rock Tunneling (4th ed.), BASF Construction Chemicals Europe Ltd., 149-185. Korean Tunnelling and Underground Space Association,2008, Consulting Report for Sung-Soo Electric Power Cable Tunnel Construction, 4-25. Oh, B.S., Youn, H.D., Choi, K.H., Im, J.S., 2007, A study of Large diameter shield TBM excavation passing through Soo-Young riverbed in Pussan (Pussan Subway Line II, Section 230), Proceedings of Korean Society of Civil Engineering Conference, 75-95. Ryu, D,S., Kim, W.K., Kim, D.S., 2002, A Study on the Properties of Acrylate Grout, Journal of Korean Geo-Environmental Society, Vol. 2, No. 4, 36-44. Shin, H.H., Park, M.C., Suh, J.W., Lee, S., 2013, A empirical study on durability and waterproofing characteristic of Space Multi-Injection grouting method, Journal of Korean Geo-Environmental Society, Vol. 14, No. 1, 53-60.