세그먼트 라이너의 혁신적인 설계로 연결부에서 외부 버팀대 제거 가능 — TBM: Tunnel Business Magazine

보이테크 에른스트 갈(Vojtech Ernst Gall)

최신 TBM 세그먼트는 수십 년 전 처음 사용된 이후 많은 발전을 이루었습니다. 점점 더 터널링 산업에서는 세그먼트 모양을 최적화하고, 새로운 강화 방법을 도입하고, 세그먼트 구성 요소를 개선하여 세그먼트를 더욱 강력하고 경제적으로 만들고 있습니다. 특히 주목할 점은 세그먼트 액세서리의 개선이다. 세그먼트 다웰, 바이콘 또는 현대식 개스킷과 같은 최신 세그먼트 액세서리는 세그먼트 구성을 개선할 뿐만 아니라 세그먼트 라이닝 시스템을 이전보다 더 다양한 지질 공학적 조건과 광범위한 구조 배열에 사용할 수 있도록 해줍니다.

세그먼트 액세서리가 세그먼트 성능을 향상시킨 영역 중 하나는 세그먼트 컷입니다. 인접한 구조물과의 연결을 위한 개구부를 만들기 위해 분할 라이닝을 필연적으로 절단해야 합니다. 그러나 분할 라이닝의 절단은 구조 시스템의 정적 평형을 크게 방해하고 절단 개구부 주변의 인접한 링에 하중을 재분배해야 합니다. 이는 일반적으로 링 조인트의 높은 전단력, 절단부 위 및 아래 세그먼트의 높은 인장력, 절단된 개구부에 인접한 세그먼트의 높은 추력으로 이어집니다.

최신 TBM 세그먼트는 수십 년 전 처음 사용된 이후 많은 발전을 이루었습니다.

전통적으로 세그먼트 절단은 주 터널과 연결 구조물 사이에 연결이 이루어질 때까지 절단 링을 지지하기 위해 터널 내부에서 외부 강철 프레임을 도입하여 구현되었습니다. 이 접근 방식은 비용이 많이 들고 방해가 되며, 특히 강철 프레임이 터널의 주요 작업에 사용 가능한 공간을 줄이는 작은 직경의 터널에서는 더욱 그렇습니다. 더욱이, 이러한 상황은 주 터널 건설이 완료될 때까지 연결이 불가능하므로 건설 일정에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있습니다.

이러한 단점을 피하기 위해 Gall Zeidler Consultants(GZ)는 특별히 설계된 세그먼트에 고용량 바이콘과 추가 세그먼트 강화를 통합하여 자체 지지 세그먼트 절단을 위한 혁신적인 접근 방식을 개발하고 있습니다. 이러한 바이콘과 추가 보강재는 함께 작동하여 세그먼트 절단 주위로 하중을 전달할 수 있는 내부 프레임 역할을 합니다.

Optimas Sofrasar 제품 시트에 따른 센터링 시스템 및 전단 다웰. 왼쪽 상단에 고용량 전단 다웰이 있습니다.

Pawtucket 합류식 하수 범람(CSO) 터널은 GZ가 특수 구간 설계를 개발한 프로젝트 중 하나입니다. Pawtucket 터널은 현재 로드아일랜드주 Pawtucket에서 건설 중인 분할형 TBM 터널입니다. 3.2마일 길이의 암석 터널은 CBNA와 Barletta로 구성된 CB3A Construction Joint Venture에 의해 건설되고 있습니다. 세그먼트 라이닝은 내부 직경이 30'-2"이고 두께가 14"이며 주로 강철 섬유로 강화됩니다.

주 터널은 선형을 따라 직경 8피트의 광산 구역 여러 개와 연결되며, 이를 위해 분할 라이닝을 절단해야 합니다. 따라서 GZ의 엔지니어들은 외부 버팀대가 필요하지 않은 절단부 바로 주변 세그먼트에 대한 특수 세그먼트 설계를 개발했습니다. 각 세그먼트 내의 고용량 바이콘과 추가 보강 케이지의 조합으로 인해 특수 세그먼트는 기존의 흙과 물 하중을 지지할 수 있으며 이러한 하중을 임시 개구부 주위로 재분배할 수 있습니다. 또한 세그먼트는 일반 세그먼트와 동일한 금형을 사용하여 프리캐스트되므로 일반 세그먼트와 동일하게 설치되므로 시공에 부정적인 영향을 미치지 않습니다.

GZ는 Silvertown 터널의 교차 통로 설계에 유사한 접근 방식을 사용하고 있습니다. Silvertown 터널은 부드러운 지반에서 Thames 강 아래를 가로지르는 새로운 1.4km 길이의 쌍굴 TBM 도로 터널입니다. 외부 터널 직경은 37'-5"이고 라이닝 두께는 15.75"입니다. TBM 터널은 7개의 15'-9인치 교차 통로로 연결되며, 그 중 5개는 임시 지반 안정화를 위해 지반 동결을 사용하여 건설됩니다. 내부 보강 케이지와 함께 고용량 바이콘을 사용하여 GZ는 교차 통로에 필요한 세그먼트 절단부 주위에 외부 버팀대가 필요하지 않은 설계를 개발했습니다. Pawtucket 구간과 달리 Silvertown 교차로는 순전히 연약한 땅에 건설되었습니다. 또한 Silverton 터널의 특수 구간은 추가 동결 하중을 견뎌야 하며, 이는 바이콘과 내부 보강 접근 방식이 다양한 지반 유형에서 다양한 목적으로 만들어진 구간 절단에 높은 수준의 적용 가능성을 가지고 있음을 입증합니다.