요약TBM 공법

은

터널 보링 머신을 이용해 기계적으로 터널을 굴착

하고,

세그먼트를 설치해 지보를 수행하는 방식

입니다.

일반 TBM

은

암반 등 자립성이 우수한 지반에 적용

되며,

굴착과 지보가 별도

로 이루어져 지반 조건에 따라

붕괴 위험이 있을 수

있습니다.

Shield TBM

은

연약지반이나 수압이 높은 구간에 사용

되며,

실드로 굴착면을 지지

하고

굴착과 동시에 세그먼트를 설치

해

안정성과 방수성이 뛰어납

니다.

Shield TBM은 지반 조건에 따라 EPB형, Slurry형으로 구분되며 각각 토압이나 간극수압을 조절하여 굴착 안정성을 확보합니다.

저는 TBM 공법은 지반 조건에 따라 적합한 방식을 선택하여 안정성과 시공 품질을 확보하는 것이 핵심이라고 생각합니다.

쉴드 TBM과 일반 TBM은 터널 굴착에 사용되는 기계화 장비이지만, 지반 조건 대응 방식과 안정성 확보 방식에서 뚜렷한 차이를 보입니다. 주요 특징을 비교하여 설명드리겠습니다.

1. 주요 특징 비교

쉴드 TBM과 일반 TBM 주요 특징 비교

특징쉴드 TBM (Shield Tunnel Boring Machine)일반 TBM (Open Beam TBM 또는 Gripper TBM)
주요 구조전면 커터헤드 + 쉴드(Shield) + 추진 시스템 + 후방 설비전면 커터헤드 + 추진 시스템 + 그리퍼 (Gripper) + 후방 설비
지반 안정성 확보쉴드 로 굴착면과 주변 지반을 지지하여 붕괴 위험 감소, 지반 조건 변화에 비교적 안전굴착면이 노출되어 지반 자체의 강성에 의존, 연약 지반이나 불량 지반에 취약
적합 지반연약 지반, 토사 지반, 혼합 지반, 풍화암 등 비교적 다양한 지반에 적용 가능양호한 암반 지반 (자체 강도가 충분하여 붕괴 위험이 적은 지반)에 주로 사용
굴진 메커니즘쉴드 내에서 굴착과 동시에 세그먼트 라이닝 설치 병행 가능그리퍼로 암반 벽면을 지지하며 굴진, 후방에서 라이닝 설치
간극수압 대처밀폐형 쉴드 구조로 간극수압에 대한 대처 용이간극수압에 취약하며, 별도의 보강 공법 필요
막장면 유지쉴드 내부에서 막장면 유지 및 보조 공법 적용 용이막장면 관리가 중요하며, 필요시 보조 공법 적용
곡선 시공비교적 급한 곡선 시공에 유리곡선 시공 시 쉴드 간섭 등으로 제약이 있을 수 있음
장비 가격구조가 복잡하고 다양한 기능 포함으로 일반 TBM보다 고가구조가 단순하여 쉴드 TBM보다 저렴
유지 보수복잡한 구조로 인해 유지 보수가 더 까다로울 수 있음구조가 단순하여 유지 보수가 비교적 용이

2. 작동 원리 상세 비교

쉴드 TBM

전면의 회전하는 커터헤드로 지반을 굴착합니다.

굴착된 토사는 컨베이어 벨트나 스크류 컨베이어 등을 통해 후방으로 배출됩니다.

쉴드 라는 강철로 된 외피가 커터헤드와 장비 본체를 감싸 굴착면과 주변 지반의 붕괴를 막아줍니다.

쉴드 내부에서 추진 잭을 이용하여 쉴드를 전진시킵니다.

전진 후에는 쉴드 후방에서 미리 제작된 콘크리트 세그먼트 를 조립하여 터널의 라이닝을 완성합니다. 굴착과 동시에 터널 벽체를 형성하여 지반 안정성을 확보하는 것이 핵심입니다.

지반 조건에 따라 쉴드 내부의 압력을 조절하거나, 토사 개량재를 주입하는 등 다양한 막장면 안정화 기술을 적용할 수 있습니다.

Shield TBM 세부 구분

Shield TBM 세부 유형(EPB형 vs Slurry형) 비교

유형특징
EPB형 (Earth Pressure Balance)토압을 이용해 굴착면 지지, 연약지반에 적합
Slurry형슬러리를 이용해 간극수압 유지, 고수압 지반에 적합

전면의 회전하는 커터헤드로 암반을 파쇄합니다.

파쇄된 암석은 컨베이어 벨트 등을 통해 후방으로 배출됩니다.

장비 본체에 있는 그리퍼 가 굴착된 터널 벽면(암반)을 유압으로 강하게 지지하여 장비의 추진력을 확보합니다. 마치 사람이 벽을 짚고 앞으로 나아가는 것과 유사한 원리입니다.

굴진 후, 후방에서 콘크리트 라이닝을 설치합니다. 쉴드 TBM처럼 굴착과 동시에 라이닝을 설치하지는 않습니다.

주로 자립 가능한 암반 지반에 적용되므로, 굴착면의 안정성은 암반 자체의 강성에 크게 의존합니다.

3. 결론

쉴드 TBM과 일반 TBM은 각각 다른 지반 조건과 시공 환경에 최적화된 터널 굴착 장비입니다.

쉴드 TBM 은 연약한 지반이나 혼합 지반, 도심지 터널과 같이 지반 안정성 확보가 중요한 구간에 주로 사용되며, 굴착과 동시에 라이닝 설치가 가능하다는 장점이 있습니다.

일반 TBM 은 비교적 단단하고 자립 가능한 암반 지반에서 높은 굴진 성능을 발휘하며, 구조가 단순하여 초기 투자비 및 유지 보수 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다.

최근에는 복합 지반이나 다양한 조건에 대응하기 위해 쉴드 TBM과 일반 TBM의 특징을 결합한 복합형 TBM 도 개발되어 활용되고 있습니다.

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