터널 건설

터널건설입문은 터널건설의 목적과 역사, 기초를 이해하는 것을 포함한다.

터널은 흙이나 암석 또는 둘 다를 뚫고 뚫은 지하 통로입니다. 터널은 운송, 물 운송, 하수 및 유틸리티 도관에 사용됩니다. 그들은 고대 문명까지 거슬러 올라가는 오랜 사용 역사를 가지고 있으며 현대 사회에서 교통 및 인프라 개발을 위해 점점 더 중요해지고 있습니다.

터널 건설의 기본은 측량 및 현장 조사, 터널 설계, 굴착 및 건설, 최종 마무리 작업을 포함하는 일련의 단계로 구성됩니다. 이러한 단계는 터널의 안전과 내구성을 보장하고 주변 환경에 미치는 영향을 최소화하기 위해 신중하게 계획되고 실행되어야 합니다.

터널 건설에는 숙련된 작업자와 엔지니어가 필요한 터널 굴착 기계, 폭발물 및 지원 시스템과 같은 특수 장비 및 기술의 사용도 포함됩니다. 건설 과정에서는 지하수, 토양 불안정, 붕괴 위험 등 잠재적인 위험도 고려해야 합니다.

전반적으로 터널 건설은 프로젝트의 성공적인 완료를 보장하기 위해 신중한 계획, 실행 및 모니터링이 필요한 복잡하고 까다로운 프로세스입니다.

터널의 목적과 유형

터널은 다양한 암석이나 토양 재료를 통해 건설된 지하 통로입니다. 터널의 목적은 다양하며 교통, 물 공급, 하수, 수력 발전, 광산 및 기타 목적으로 사용될 수 있습니다.

터널은 그 목적에 따라 크게 다음과 같은 범주로 분류될 수 있습니다.

1. 교통 터널: 이 터널은 차량 교통, 철도 운송 및 보행자용으로 건설되었습니다. 예로는 도로 터널, 철도 터널, 보행자 통로 등이 있습니다.
2. 유틸리티 터널: 이 터널은 파이프, 케이블 및 물, 가스, 전기, 통신과 같은 기타 유틸리티 서비스를 운반하는 데 사용됩니다.
3. 광산 터널: 이 터널은 채굴 작업에서 채굴을 위해 건설됩니다. 미네랄 그리고 광석.
4. 수력 발전 터널: 이 터널은 물의 힘을 사용하여 전기를 생산하는 수력 발전소로 물을 운반하는 데 사용됩니다.
5. 하수 터널: 이 터널은 하수를 한 위치에서 다른 위치로, 일반적으로 처리장에서 배출 지점으로 운반하는 데 사용됩니다.

특정 프로젝트를 위해 선택되는 터널 유형은 의도된 목적은 물론 현장의 지질학적, 환경적 조건에 따라 달라집니다.

터널 건설의 역사적 배경

터널 건설의 역사는 관개, 광산, 운송 목적으로 사용된 초기 터널 사례를 포함하여 수천 년 전으로 거슬러 올라갑니다. 고대 그리스인과 로마인은 수로, 하수 시스템 및 운송에 터널을 사용하는 터널 공학으로 유명했습니다. 중세에는 비밀 탈출로나 적의 요새에 대한 기습 공격 등 방어 목적으로 터널이 건설되었습니다.

현대에는 1800년대에 굴착 및 발파 기술이 도입되면서 터널 건설이 크게 발전했습니다. 1900년대 중반 터널 굴착기(TBM)의 개발은 더 빠르고 효율적인 굴착을 가능하게 함으로써 터널 건설에 더욱 혁명을 일으켰습니다. 오늘날 터널은 교통(도로, 철도, 지하철 등), 물 수송, 광산, 저장 등 다양한 목적으로 건설됩니다.

현장 조사 및 지질학적 고려 사항

현장 조사와 지질학적 고려 사항은 터널 건설 프로젝트의 중요한 측면입니다. 제안된 터널 위치의 지질학적, 지질공학적 조건을 결정하고 터널의 건설 및 운영에 영향을 미칠 수 있는 잠재적인 지질학적 위험을 식별하려면 철저한 현장 조사가 필요합니다. 현장의 지질 조건은 터널 설계, 건설 방법 및 전체 프로젝트 비용에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.

현장 조사에는 일반적으로 실험실 테스트를 위한 토양 및 암석 샘플을 얻기 위한 지질 지도 작성, 지구물리학적 조사, 시추 작업이 결합되어 있습니다. 지질 매핑에는 표면 암석층과 그 방향, 강도 및 투과성을 포함한 특성에 대한 연구가 포함됩니다. 지구물리학적 조사는 비침습적 기술을 사용하여 지하 암석층을 조사하고 다음과 같은 지질학적 위험의 존재를 나타낼 수 있는 이상 현상을 감지합니다. 오류, 골절 및 지하수. 드릴링은 실험실 테스트를 위한 토양 및 암석 샘플을 채취하여 지하 조건에 대한 보다 자세한 이해를 제공합니다.

터널 건설 중 지질학적 고려사항에는 터널이 굴착되는 암석이나 토양의 종류와 강도, 지하수의 존재와 그 흐름 특성, 지진 활동의 가능성, 다음과 같은 지질학적 위험의 가능성이 포함됩니다. 산사태 그리고 낙석. 지질학적 조건은 또한 터널 굴착기 사용과 드릴 및 폭파 방법의 사용과 같은 터널링 방법 선택에 영향을 미칠 수 있습니다.

전반적으로, 터널을 안전하고 성공적으로 건설하려면 철저한 현장 조사와 터널 위치의 지질 조건에 대한 이해가 중요합니다.

현장 조사의 중요성

현장 조사는 건설 과정에 영향을 미칠 수 있는 잠재적인 지질학적 위험과 기타 요인을 식별하는 데 도움이 되므로 터널 건설의 중요한 측면입니다. 철저한 현장 조사는 토양과 암석의 특성, 지하수의 존재, 지진 활동 가능성을 파악하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 정보는 터널에 대한 적절한 설계를 개발하고 건설 과정에서 해결해야 할 잠재적인 위험이나 과제를 식별하는 데 사용될 수 있습니다. 또한 현장 조사는 프로젝트의 잠재적인 환경적 또는 사회적 영향을 식별하는 데 도움이 될 수 있으며, 이는 적절한 완화 조치를 통해 해결할 수 있습니다. 전반적으로 현장 조사는 안전하고 효과적인 터널의 설계 및 건설을 위한 중요한 정보를 제공하므로 터널 건설 과정에서 중요한 단계입니다.

현장 조사 방법

터널 건설 현장 조사에 사용할 수 있는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 일반적인 방법 중 일부는 다음과 같습니다.

1. 책상 공부: 책상 연구에는 기존 문헌에 대한 검토가 포함됩니다. 지질 지도, 보고서 및 사이트에 대한 기타 관련 정보를 제공합니다.
2. 지구물리학적 조사: 지진탐사, 지반투과레이더, 비저항탐사, 전자파탐사 등 다양한 지구물리학적 기법을 활용하여 지하에 대한 정보를 얻는다.
3. 시추공: 실험실 테스트를 위한 토양 및 암석 샘플을 얻기 위해 땅에 시추공을 뚫습니다. 또한 지하수 압력과 투과성을 현장에서 측정하는 데에도 사용할 수 있습니다.
4. 시험 구덩이: 시험 구덩이는 지하 표면을 육안으로 검사하기 위해 굴착한 것이며 실험실 테스트를 위한 토양 샘플을 얻는 데 사용할 수 있습니다.
5. 필드 매핑: 필드 매핑에는 표면 지질학, 지질 구조 및 터널 건설에 영향을 미칠 수 있는 모든 표면 특징의 매핑이 포함됩니다.
6. 측정기 모델: 터널 건설시 지반의 성능을 측정하기 위한 다양한 장비를 설치할 수 있습니다. 이러한 장비에는 경사계, 피에조미터 및 스트레인 게이지가 포함될 수 있습니다.

현장 조사에 사용되는 방법은 특정 현장 조건과 프로젝트 요구 사항에 따라 달라집니다.

터널 건설에 영향을 미치는 지질학적 요인

지질학적 요인은 터널 건설 프로젝트의 타당성과 설계에 중요한 역할을 합니다. 터널 건설에 영향을 미치는 중요한 지질학적 요인은 다음과 같습니다.

1. 암석 또는 토양 유형: 터널을 건설하는 암석이나 토양의 종류는 터널의 설계, 안정성 및 건설 방법에 큰 영향을 미칩니다.
2. 암반 품질: 강도, 안정성, 변형 특성을 포함한 암반의 품질은 터널 설계, 굴착 방법 및 지지 요구 사항에 영향을 미칠 수 있습니다.
3. 지질 구조: 단층, 절리, 층리면 등의 지질구조 주름 터널 설계, 굴착 방법 및 지원 요구 사항에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
4. 지하수: 지하수의 존재와 흐름은 물 유입 위험을 증가시키고 주변 암석이나 토양의 불안정성을 유발하여 터널 건설에 영향을 줄 수 있습니다.
5. 지진: 지진 활동이 활발한 지역에 건설된 터널은 지진으로 인한 응력과 변형을 견딜 수 있도록 설계되어야 합니다. 지진.
6. 경사면 안정성: 주변 경사면과 언덕의 안정성은 터널 건설 및 안전에 영향을 미칠 수 있습니다.
7. 환경 고려 사항: 환경적으로 민감한 지역에 건설된 터널은 주변 생태계에 미치는 영향을 최소화하도록 설계되어야 합니다.

전반적으로, 자세한 현장 조사는 터널 건설에 영향을 미칠 수 있는 지질학적 요인을 이해하고 적절한 터널 설계 및 건설 계획을 개발하는 데 중요합니다.

암반 분류 시스템

암반 분류 시스템은 암반의 품질을 평가하고 터널 건설에 대한 적합성을 평가하는 데 사용됩니다. 이러한 시스템은 암석 강도, 불연속성, 절리 간격, 풍화, 지하수 조건.

일반적으로 사용되는 암반 분류 시스템 중 하나는 1973년 Bieniawski가 개발한 암반 등급(RMR) 시스템입니다. RMR은 단축 압축 강도, 불연속점 간격 및 지하수 조건과 같은 다양한 매개변수에 수치 값을 할당합니다. 그런 다음 값을 결합하여 암석을 통과하는 터널링의 어려움을 예측하는 데 사용할 수 있는 암석 질량에 대한 전체 등급을 제공합니다.

일반적으로 사용되는 또 다른 암석 분류 시스템은 Barton et al.에 의해 개발된 Q 시스템입니다. Q 시스템은 RMR 시스템과 유사한 매개변수를 사용하지만 불연속성의 방향과 지속성에 더 중점을 둡니다.

다른 암반 분류 시스템으로는 1994년 Hoek이 개발한 지질 강도 지수(GSI) 시스템과 1993년 Grimstad와 Barton이 개발한 TQI(터널링 품질 지수) 시스템이 있습니다.

터널 설계

터널 설계는 터널의 지질 조건과 사용 목적을 토대로 터널을 굴착하는 가장 효과적이고 효율적인 방법을 결정하는 과정입니다. 설계 프로세스에는 일반적으로 다음 단계가 포함됩니다.

1. 터널의 목적을 정하라: 터널의 적절한 크기, 형태, 정렬 등을 결정하기 위해서는 터널의 목적을 명확히 정의해야 한다.
2. 지질 및 지질공학 조사: 이 단계에는 암석 유형, 강도, 안정성, 지하수 상태, 터널 설계 및 건설에 영향을 미칠 수 있는 단층 또는 기타 지질 특징 등 현장의 지질 및 지질 공학적 특성에 대한 데이터를 수집하는 작업이 포함됩니다.
3. 터널 선형: 터널 선형은 터널의 용도, 현장의 지질 및 지형 조건, 환경적 고려 사항 등의 요소를 기반으로 결정됩니다. 터널의 정렬에 영향을 미치는 요소에는 단층이나 기타 지질학적 특징, 표면 구조의 위치, 환경 영향을 최소화해야 하는 필요성 등이 포함됩니다.
4. 터널 단면: 터널의 단면적은 터널의 목적, 예상 교통량이나 기타 하중, 지질 조건에 따라 결정됩니다. 단면은 현장 조건에 따라 원형, 타원형, 말굽 모양 또는 기타 모양이 될 수 있습니다.
5. 지원 시스템: 굴착 중 및 굴착 후에 터널을 안정화하기 위한 지지 시스템이 설계되었습니다. 지지 시스템에는 암석 볼트, 숏크리트, 강철 리브 및/또는 콘크리트 라이닝이 포함될 수 있습니다.
6. 환기 및 배수: 터널의 안전하고 효율적인 운영을 보장하기 위해 환기 및 배수 시스템을 설계합니다. 환기 시스템은 배기 가스를 제거하고 작업자와 승객에게 신선한 공기를 제공하는 데 사용되며, 배수 시스템은 터널에서 물을 제거하고 홍수를 방지하는 데 사용됩니다.
7. 공법: 터널 굴착에는 드릴 및 발파, 터널 굴착기(TBM), 순차 굴착 공법(SEM) 등 다양한 공법이 사용될 수 있습니다. 적절한 건설 방법의 선택은 지질 조건, 터널의 용도, 사용 가능한 장비 및 자원에 따라 달라집니다.
8. 비용 추정: 터널설계과정의 마지막 단계는 설계시방서, 선정된 공법, 예상부지여건 등을 고려하여 공사비를 산정하는 것이다.

전반적으로 터널 설계는 의도한 목적에 맞는 터널을 안전하고 효율적으로 건설하기 위해 지질학자, 엔지니어 및 기타 전문가의 전문 지식이 필요한 복잡한 프로세스입니다.

설계 매개변수 및 고려사항

터널의 설계는 다음을 포함한 다양한 요인에 따라 달라집니다.

1. 터널의 목적: 터널의 디자인은 용도에 따라 달라집니다. 예를 들어, 고속도로 터널은 해상 운송에 사용되는 터널과 설계 요구 사항이 다릅니다.
2. 현장 조건: 현장의 지질학적 특성과 지형이 터널 설계에 영향을 미칩니다. 암석 강도, 물 유입 및 지반 지지 요구 사항과 같은 요소를 모두 고려해야 합니다.
3. 터널 크기: 터널의 직경, 길이, 선형 등은 현장여건과 터널의 목적에 따라 결정되어야 합니다.
4. 발굴방법: 터널을 굴착하는 방법도 설계에 영향을 미칩니다. 드릴 및 폭발, 터널 굴착기(TBM), 절단 및 피복과 같은 방법에는 요구 사항이 다릅니다.
5. 환풍: 터널 설계에는 작업자와 터널 사용자의 안전을 보장하기 위한 환기 조항이 포함되어야 합니다.
6. 배수: 터널 설계에는 지하수 유입을 관리하고 홍수를 방지하기 위한 배수 장치도 포함되어야 합니다.
7. 화재 방지: 사용자의 안전을 보장하기 위해 화재 예방 조치를 터널 설계에 통합해야 합니다.
8. 교통 및 안전 시스템: 조명, 간판, 비상전화 등 교통 및 안전 시스템도 설계에 포함되어야 합니다.
9. 환경 고려 사항: 터널 설계 시 건설 및 운영이 환경에 미칠 수 있는 영향을 고려하고 이러한 영향을 최소화하기 위한 조치를 취해야 합니다.

터널 라이닝 및 지원 시스템의 유형

터널 건설에 사용되는 터널 라이닝과 지지 시스템에는 여러 유형이 있으며, 어떤 것을 사용할 것인지 선택하는 것은 지질 조건, 터널의 목적, 건설 방법, 예산 등 다양한 요소에 따라 달라집니다. 가장 일반적인 유형의 터널 라이닝 및 지원 시스템은 다음과 같습니다.

1. 숏크리트 라이닝: 지지력을 제공하고 붕괴를 방지하기 위해 암석이나 토양에 뿌려지는 콘크리트 층입니다. 연약지반 터널에 자주 사용되며 신속하게 적용할 수 있습니다.
2. 강철 리브 지지대: 강철 리브는 터널 벽과 지붕을 지지하는 데 사용됩니다. 강철 리브는 사전 제작되어 신속하게 설치할 수 있으므로 단단한 암석 터널에서 널리 사용됩니다.
3. 현장 타설 콘크리트 라이닝: 이는 터널 공동에 콘크리트를 부어 영구 라이닝을 형성하는 것을 포함합니다. 이는 교통량이 많은 대형 터널에서 자주 사용됩니다.
4. 터널 굴착 기계(TBM): TBM은 터널을 굴착하는 동시에 지원을 제공하는 데 사용할 수 있습니다. TBM이 전진함에 따라 그 뒤에 콘크리트 세그먼트가 설치되어 라이닝을 형성합니다.
5. 지면 동결: 이 방법은 주변 지면을 동결시켜 임시 지지 시스템을 형성하는 방법입니다. 수분을 함유한 토양이나 암석을 통과하는 터널에 자주 사용됩니다.
6. 암석 볼트 및 메쉬: 이 방법에는 암석에 구멍을 뚫고 강철 볼트를 설치하여 지지대를 제공하는 방법이 포함됩니다. 철망은 암석을 안정시키고 파편이 터널로 떨어지는 것을 방지하는 데에도 사용됩니다.
7. 섬유 강화 숏크리트: 숏크리트 라이닝과 유사하지만 강도와 내구성을 높이기 위해 섬유 강화를 추가했습니다.

라이닝 및 지지 시스템의 선택은 종종 비용, 건설 속도 및 굴착 중에 발생하는 특정 지질 조건 간의 균형을 이루게 됩니다.

터널 배수 시스템

터널 배수 시스템은 건설 및 운영 중에 터널에 들어갈 수 있는 물을 제거하는 데 필수적입니다. 터널 배수 시스템에는 다음과 같은 다양한 유형이 있습니다.

1. 우물 탈수: 터널 근처에 설치되어 지하수가 터널로 진입하기 전에 차단하여 수집합니다. 탈수 우물은 영구적일 수도 있고 일시적일 수도 있습니다.
2. 배수 갤러리: 물을 모아 배수조나 펌프장으로 보내는 터널 라이닝에 내장된 배수 시스템입니다.
3. 기름 통: 물이 모이고 펌핑될 수 있는 터널의 낮은 지점에 지어진 챔버입니다.
4. 펌프: 펌프는 터널 배수구 및 배수로에서 물을 제거하여 지표면 또는 수처리 시설로 배출하는 데 사용됩니다.

사용되는 배수 시스템의 유형은 해당 지역의 지질학적 특성과 수문학적 특성은 물론 건설 방법과 터널 정렬에 따라 달라집니다. 터널 배수 시스템의 적절한 설계와 설치는 터널의 안전성과 장기적인 내구성을 보장하는 데 중요합니다.

환기 및 조명

환기와 조명은 안전을 보장하고, 적절한 공기 질을 유지하며, 작업자와 사용자에게 가시성을 제공하기 위한 터널 건설의 중요한 측면입니다. 환기 시스템은 오래된 공기, 먼지 및 유해 가스를 제거하는 동시에 신선한 공기가 터널 안으로 꾸준히 유입되도록 설계되었습니다. 환기 시스템은 일반적으로 환기 덕트, 팬 및 공기 품질 모니터링 시스템의 네트워크로 구성됩니다.

조명은 특히 안전과 가시성을 위해 터널 건설의 필수적인 측면이기도 합니다. 조명 시스템은 일반적으로 터널의 운전자, 보행자 및 작업자에게 적절한 조명을 제공하도록 설계됩니다. 조명시스템은 터널의 구체적인 요구사항과 조건에 따라 형광등, LED, 백열등 등 다양한 종류의 조명으로 구성될 수 있습니다. 조명 시스템 설계에서는 에너지 효율성과 환경 영향도 고려해야 합니다.

터널굴착 및 시공방법

터널 굴착 및 건설 방법은 지질 조건, 터널 길이 및 직경, 기타 요인에 따라 다릅니다. 가장 일반적인 터널 굴착 및 건설 방법은 다음과 같습니다.

1. 드릴 및 블라스트 방식: 암석 표면에 시추공을 뚫은 후 폭발물을 사용하여 암석을 폭파하는 방법입니다. 결과적인 잔해물은 장비를 적재하고 운반하여 제거됩니다.
2. 터널 굴착기(TBM) 공법: 기계를 사용하여 터널을 굴착하는 동시에 터널 라이닝을 설치하는 방식입니다. TBM은 단단한 암석과 연약한 지반 터널 모두에 사용될 수 있습니다.
3. 새로운 오스트리아 터널링 방법(NATM): 터널을 작은 구간으로 굴착한 후, 굴착된 구간을 스프레이 콘크리트나 록볼트 등의 임시 라이닝으로 지지한 후 다음 구간으로 이동하는 공법입니다.
4. 컷 앤 커버 방식: 얕은 터널에 사용되는 공법으로 도랑을 굴착하고 터널을 건설한 후 도랑을 되메우는 작업이 포함됩니다.
5. 순차굴착공법(SEM): 터널을 작은 구간으로 굴착하고, 지반 지지대와 보강대책을 사용하여 터널의 변형을 제어하고 안정화시키는 방법입니다.
6. 실드 터널링: 쉴드나 이와 유사한 특수 장비를 사용하여 터널을 굴착하는 동시에 터널을 지지하는 방식입니다.

굴착 방법의 선택은 터널 길이, 직경, 지질학, 지하수 조건, 이용 가능한 자원 및 환경 고려 사항과 같은 다양한 요소에 따라 달라집니다.

드릴 및 블라스트 방식

드릴 앤 블래스트 공법은 터널 굴착에 사용되는 전통적인 기술로 암석이나 흙에 구멍을 뚫고 그 구멍에 화약을 채운 후 폭약을 터뜨려 암석이나 흙을 파쇄하는 공법이다. 조각난 암석이나 토양은 기계나 수작업을 사용하여 제거됩니다.

드릴 및 폭발 방법에서는 착암기나 터널 굴착기와 같은 특수 장비를 사용하여 암석이나 토양 표면에 일련의 구멍을 뚫습니다. 구멍은 일반적으로 일정한 간격으로 이격되어 있으며 원하는 굴착 프로필을 달성하도록 설계된 패턴으로 배열됩니다. 구멍을 뚫고 나면 폭발물을 장전한 다음 원격 방아쇠를 사용해 폭발시킵니다.

폭발 후 굴삭기나 로더를 이용해 파편화된 암석이나 토사를 제거하고 지지시스템을 이용해 터널을 안정화시킨다. 지지 시스템에는 암석이나 토양의 특성과 프로젝트 요구 사항에 따라 암석 볼트, 강철 아치 또는 콘크리트 라이닝이 포함될 수 있습니다.

드릴 및 발파 방법은 단단한 암석의 터널을 굴착하는 데 매우 효과적일 수 있지만 특히 발파로 인한 소음 및 진동이 문제가 될 수 있는 인구 밀도가 높은 지역에서는 시간과 비용이 많이 소요될 수 있습니다.

터널 굴착기(TBM) 공법

TBM(터널 보링 머신) 공법은 다양한 지질 조건에서 터널을 굴착하는 데 사용되는 널리 사용되는 기술입니다. TBM은 회전하는 커터헤드와 디스크 커터를 이용하여 터널 막면을 굴착함과 동시에 터널 라이닝을 설치하여 다양한 종류의 토사와 암석을 굴착할 수 있는 대형 원통형 기계입니다.

TBM 방법은 일반적으로 길고 직선인 터널에 선호되는데, 그 이유는 노동 집약적이지 않고 다른 터널링 방법보다 훨씬 빠른 속도로 작업할 수 있기 때문입니다. TBM 공법은 소음, 진동, 먼지 등이 다른 공법에 비해 적어 주변 지역사회에 미치는 영향을 최소화할 필요가 있는 도시 지역에서도 선호된다.

TBM 방법에는 일반적으로 다음 단계가 포함됩니다.

1. 발사축 발굴: TBM이 조립될 터널의 시작점에 큰 구덩이를 굴착합니다.
2. TBM 조립 및 출시: TBM은 발사축 하단에 조립된 후 터널 선형으로 발사됩니다.
3. TBM 발굴: TBM은 전방의 흙이나 암석을 굴착하는 동시에 프리캐스트 콘크리트 세그먼트나 기타 터널 라이닝 자재를 설치합니다.
4. 찌꺼기 제거: 굴착된 물질, 즉 “머크(Muck)”는 컨베이어 벨트나 슬러리 파이프라인을 사용하여 터널 외부로 운반됩니다.
5. 터널 라이닝 설치: TBM이 터널의 일정 길이를 굴착한 후에는 TBM 뒤에 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 또는 기타 터널 라이닝 재료를 설치합니다.
6. TBM 회수: TBM이 터널 끝에 도달하면 동일한 발사축을 이용해 분해되어 터널에서 회수됩니다.

컷앤커버 방식

개착공법은 얕은 터널이나 지하구조물의 건설에 사용되는 공법이다. 이 방법은 땅속에 도랑을 파고 그 안에 구조물을 짓는 방식이다. 그런 다음 트렌치를 굴착된 재료나 프리캐스트 콘크리트 슬래브로 다시 덮습니다.

이 공법은 도시 지역이나 지상 교통이 우려되는 지역의 터널 건설에 적합합니다. 또한 지하철 역사, 보행로, 우수 배수 터널 건설에도 효과적인 기술입니다. 그러나 이 방법은 높은 공사비, 굴착 시 지표면 교통 방해, 굴착 깊이 제한 등 몇 가지 한계를 갖고 있다.

새로운 오스트리아 터널링 방법(NATM)

NATM(New Austrian Tunneling Method)은 1960년대 오스트리아에서 개발된 터널 건설 방법입니다. 순차굴착법(SEM)이라고도 합니다. NATM은 일반적으로 약 3~4m 길이의 작은 구간 또는 "드리프트"로 터널을 굴착한 다음 굴착된 구간을 숏크리트 층과 락 볼트 또는 강철 리브로 즉시 보강하는 작업을 포함합니다. 주변 암석이나 토양은 추가 지원을 제공합니다. 이 방법은 굴착 중에 직면하는 지질학적 조건에 유연하게 적응할 수 있으며 특히 연약하거나 불안정한 지반에 적합합니다. NATM은 또한 중장비를 광범위하게 사용할 필요가 없기 때문에 상대적으로 빠르고 경제적이라는 장점도 있습니다. 그러나 효율성을 높이려면 건설팀의 높은 수준의 기술과 전문 지식이 필요합니다.

터널 지원 시스템

터널 지지 시스템은 터널 굴착 중 지반을 안정화하고 붕괴를 방지하는 데 사용됩니다. 지지 시스템의 선택은 지반의 지질학적 특성, 건설 중인 터널 유형, 사용되는 굴착 방법 등 다양한 요인에 따라 달라집니다. 몇 가지 일반적인 유형의 터널 지원 시스템은 다음과 같습니다.

1. 락 볼트: 시추공에 삽입하고 제자리에 그라우팅하는 긴 강철 막대입니다. 이는 암석 블록 사이에 하중을 전달하여 암석 덩어리를 강화하고 안정화시킵니다.
2. 숏크리트(Shotcrete): 노출된 암석 표면에 도포하여 얇은 쉘을 형성하는 스프레이형 콘크리트 혼합물로, 최종 라이닝이 시공될 때까지 임시 지지대 역할을 합니다.
3. 강철 아치: 터널의 지붕과 벽을 지지하는 데 사용되는 조립식 또는 맞춤형 강철 아치입니다.
4. 철근 콘크리트: 터널의 일반적인 라이닝 재료입니다. 철근 콘크리트는 현장 타설 또는 현장 외부에서 조립식으로 제작된 후 터널에 설치됩니다.
5. 스틸리브 및 래깅 : 스틸리브를 설치한 후 그 사이에 목재 래깅을 넣는 터널 지지공법이다. 지체는 최종 라이닝이 건설될 때까지 땅을 제자리에 고정하는 데 도움이 됩니다.
6. 지반동결 : 액체질소나 기타 냉매를 사용하여 토양을 동결시키는 연약지반 조건에서 사용하는 지지공법이다. 이는 터널 주변에 얼음벽을 만들어 최종 라이닝이 설치될 때까지 임시 지지대를 제공합니다.

지지 시스템의 선택은 지질 조건, 굴착 방법, 터널 설계에 따라 달라집니다. 지원 시스템은 굴착 및 건설 중에 일시적인 지원을 제공해야 하며, 터널 수명 동안 터널의 안정성을 유지하기 위해 장기적인 지원도 제공해야 합니다.

암석 볼트 체결 및 숏크리팅

암석 볼트 체결과 숏크리팅은 지하 건설의 터널 지지에 사용되는 두 가지 일반적인 기술입니다.

암석 볼트 체결에는 암석 표면에 구멍을 뚫고 구멍에 강철 볼트를 삽입한 다음 제자리에 그라우팅하는 작업이 포함됩니다. 볼트는 암석을 지지하고 붕괴를 방지하는 데 도움이 됩니다.

반면, 숏크리팅(Shotcreting)은 고압 호스를 사용하여 암벽 표면에 콘크리트 층을 뿌리는 작업입니다. 콘크리트는 추가적인 지지력을 제공하고 낙석을 방지하는 데 도움이 됩니다.

두 기술 모두 강철 립이나 메쉬와 같은 다른 지지 시스템과 함께 사용하여 터널 벽과 지붕에 추가 보강을 제공할 수 있습니다. 사용되는 특정 지원 시스템은 터널의 지질학적 특성과 설계 요구 사항에 따라 달라집니다.

강철 아치 및 갈비뼈

강철 아치와 리브는 터널 건설에 일반적으로 사용되어 터널 라이닝에 추가적인 지지를 제공합니다. 일반적으로 강철 또는 강철과 콘크리트의 조합으로 만들어지며 터널 벽을 따라 설치되어 암반에 추가적인 강도와 안정성을 제공합니다.

강철 아치는 일반적으로 경간이 10m 미만인 얕은 터널에 사용되는 반면, 강철 리브는 경간이 10m 이상인 대형 터널에 사용됩니다. 강철 아치 또는 리브는 일반적으로 미리 결정된 패턴으로 설치되며 터널 주변의 암석에 고정되는 긴 강철 막대인 락 볼트를 사용하여 제자리에 고정됩니다.

강철 아치와 리브의 사용은 암석 덩어리가 변형되거나 붕괴되는 경향이 있는 불안정한 암석층에 특히 유용합니다. 아치 또는 갈비뼈는 하중을 재분배하는 데 도움이 되며 터널 라이닝에 추가적인 지지력을 제공하여 터널의 안정성과 안전을 보장하는 데 도움이 됩니다.

철근 콘크리트 라이닝

철근 콘크리트 라이닝은 내구성과 강력한 구조적 지지력을 제공하므로 터널 건설에 일반적으로 사용됩니다. 철근 콘크리트 라이닝은 일반적으로 직경이 크고 안정성 요구 사항이 더 높은 터널에 사용됩니다. 라이닝은 외부 하중에 대한 저항력을 제공하고, 위에 놓인 지반의 하중을 지지하며, 물 유입 및 부식으로부터 터널을 보호합니다.

철근 콘크리트 라이닝을 만드는 과정은 다음 단계로 구성됩니다.

1. 거푸집 세우기 : 임시 구조물인 거푸집을 터널 단면의 형상과 크기에 맞춰 세워줍니다.
2. 철근 배치: 철근은 설계 요구 사항에 따라 거푸집 내부에 배치됩니다.
3. 콘크리트 타설: 철근이 배치되면 거푸집에 콘크리트를 타설합니다. 콘크리트 혼합 설계는 일반적으로 높은 강도와 ​​내구성을 달성하도록 설계됩니다.
4. 양생: 콘크리트 타설 후 설계강도를 얻기 위해서는 일정시간 양생이 필요합니다. 양생은 습식 양생을 통해 수행되거나 양생제를 콘크리트 표면에 도포하여 수행할 수 있습니다.
5. 거푸집 제거: 콘크리트가 충분한 강도에 도달하면 거푸집을 제거하여 경화된 콘크리트 라이닝을 드러냅니다.

철근 콘크리트 라이닝은 터널 선형 및 지질 조건에 따라 다양한 모양과 크기로 설계될 수 있습니다. 어떤 경우에는 외부에서 제작되어 특수 장비를 사용하여 터널 내부에 조립되는 프리캐스트 콘크리트 세그먼트가 사용됩니다.

터널 건설 과제 및 솔루션

터널 건설에는 프로젝트의 성공적인 완료를 보장하기 위해 해결해야 할 많은 과제가 있을 수 있습니다. 터널 건설의 일반적인 과제는 다음과 같습니다.

1. 지질공학적 조건: 현장의 지질적 조건은 건설 과정에 큰 영향을 미칠 수 있어 터널 굴착이 더욱 어려워집니다. 예를 들어, 단단한 암석층을 통해 건설된 터널은 연약한 토양을 통해 건설된 터널보다 굴착이 더 쉽습니다.
2. 지하수: 지하수는 터널 지지 시스템을 약화시키고 불안정성을 유발할 수 있으므로 터널 건설 중에 문제가 될 수 있습니다. 홍수와 터널 손상을 방지하려면 적절한 배수 및 배수 시스템을 설치해야 합니다.
3. 환기: 환기는 터널 건설에서 신선한 공기를 제공하고 터널에 축적될 수 있는 먼지, 연기 및 가스를 제거하는 데 매우 중요합니다. 작업자의 안전과 장비의 효율적인 작동을 위해서는 적절한 환기가 필요합니다.
4. 제한된 공간: 터널의 제한된 공간으로 인해 무거운 장비와 자재를 조종하기가 어려워지고 이로 인해 건설 과정이 느려질 수 있습니다. 원격 제어 장비 및 로봇 시스템과 같은 혁신적인 솔루션은 이러한 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.
5. 안전: 터널 건설은 붕괴, 낙석, 침수, 화재, 폭발의 위험으로 인해 위험할 수 있습니다. 근로자와 대중을 보호하기 위해 엄격한 안전 조치를 취해야 합니다.

이러한 과제를 해결하려면 터널 건설 프로젝트에 신중한 계획과 실행이 필요합니다. 컴퓨터 지원 설계, 시뮬레이션 모델 및 실시간 모니터링과 같은 현대 기술은 터널 건설 프로젝트의 계획 및 실행에 도움이 될 수 있습니다. 또한 터널의 지질학과 엔지니어링을 이해하고 있는 숙련된 터널링 전문가는 잠재적인 문제를 식별하고 효과적인 솔루션을 개발하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

물 유입 및 탈수

터널 건설 중 주요 과제 중 하나는 물 유입을 처리하는 것입니다. 주변 암석이나 지하수로부터 물이 터널 안으로 스며들 수 있습니다. 이것은 할 수 있다 리드 홍수, 굴착 불안정, 터널 라이닝 침식 등의 문제를 해결합니다.

물 유입을 관리하기 위해 탈수 시스템이 설치되는 경우가 많습니다. 여기에는 굴착되는 터널에서 물을 제거하기 위해 펌프와 배수 시스템을 설치하는 것이 포함됩니다. 탈수 시스템은 지하수와 지표수 유입을 모두 관리하도록 설계될 수 있습니다.

어떤 경우에는 주변 암석 덩어리의 공극과 균열을 채워 물 유입을 줄이기 위해 그라우팅을 사용할 수도 있습니다. 또한, 방수막이나 라이닝을 설치하여 애초에 물이 터널로 유입되는 것을 방지할 수 있습니다.

터널 건설 중 다른 과제에는 다음과 같은 어려운 지질 조건을 처리하는 것이 포함될 수 있습니다. 잘못은 구역 또는 고도로 골절된 암석. 이러한 문제는 신중한 현장 조사, 적절한 굴착 방법 및 효과적인 지원 시스템을 통해 해결될 수 있습니다.

각 터널 건설 프로젝트는 고유하며 고유한 과제를 제시할 수 있으므로 이를 극복하려면 맞춤형 솔루션이 필요하다는 점을 유념하는 것이 중요합니다.

지질학적, 지질공학적 위험

지질학적, 지질공학적 위험은 터널 건설 중에 직면하는 일반적인 문제입니다. 이러한 위험에는 암석 파열, 지반 압착, 단층대, 높은 물 유입, 가스 배출 및 기타 불리한 지질학적 및 지질공학적 조건이 포함될 수 있습니다.

암석 파열은 암석 덩어리의 응력이 암석의 강도를 초과하여 갑작스럽고 격렬한 파손을 일으킬 때 발생합니다. 압착 지반은 높은 구속 압력 하에서 암석 덩어리가 변형되어 터널 벽이 수렴될 때 발생합니다. 단층 구역에는 느슨하고 약한 물질이 포함될 수 있어 추가 지원 조치가 필요할 수 있으므로 문제가 될 수 있습니다.

높은 물 유입량은 터널 건설 중에 문제를 일으킬 수도 있습니다. 터널로의 물 유입을 제어하려면 탈수 방법이 필요할 수 있습니다. 메탄과 같은 가스 배출도 위험할 수 있으므로 주의 깊은 모니터링이 필요합니다.

이러한 과제에 대한 해결책에는 잠재적 위험을 식별하기 위한 신중한 현장 조사 및 계획, 적절한 터널 지원 시스템 사용, 효과적인 배수 및 환기 시스템 구현이 포함됩니다. 또한 3D 모델링 및 컴퓨터 시뮬레이션과 같은 고급 기술을 사용하면 잠재적인 위험을 식별하고 터널 지원 시스템의 설계를 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 건설 중 정기적인 모니터링은 잠재적인 위험이 심각한 문제가 되기 전에 이를 감지하고 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.

환경 영향 및 완화 조치

터널 건설은 다음을 포함하여 다양한 환경 영향을 미칠 수 있습니다.

1. 서식지 파괴 및 단편화: 터널 건설은 다양한 동식물의 서식지 단편화 및 손실을 초래할 수 있습니다.
2. 토양 침식 및 퇴적: 굴착 및 건설 활동은 토양 침식 및 퇴적을 초래하여 수생 생태계에 해를 끼칠 수 있습니다.
3. 수질 오염: 터널 건설로 인해 오염 물질이 인근 수원으로 방출되어 수생생물에 해를 끼칠 수 있습니다.
4. 대기 오염: 터널 건설은 먼지, 배기 가스 및 기타 오염 물질을 대기 중으로 방출하여 인간의 건강과 환경에 해를 끼칠 수 있습니다.
5. 소음 공해: 터널 건설은 높은 수준의 소음을 발생시켜 인근 주민과 야생 동물을 방해할 수 있습니다.

이러한 영향을 완화하기 위해 다음을 포함한 다양한 조치를 취할 수 있습니다.

1. 서식지 복원: 터널 건설로 인해 영향을 받은 지역의 서식지를 복원하기 위한 노력을 기울일 수 있습니다.
2. 침식 및 퇴적물 통제: 미사 울타리 및 퇴적물 연못과 같은 조치를 사용하여 토양 침식 및 퇴적물을 방지할 수 있습니다.
3. 수처리: 물을 배출하기 전에 오염물질을 제거하기 위해 처리할 수 있습니다.
4. 대기 오염 통제: 대기 오염을 줄이기 위해 먼지 억제, 저배출 차량 및 장비 사용과 같은 조치를 취할 수 있습니다.
5. 소음 장벽 및 단열재: 장벽과 단열재를 사용하면 인근 주민과 야생 동물에게 전달되는 소음의 양을 줄일 수 있습니다.
6. 모니터링 및 규정 준수: 환경 표준이 충족되는지 확인하기 위해 정기적인 모니터링을 수행할 수 있으며, 발생하는 모든 문제는 즉시 해결될 수 있습니다.

터널 유지관리 및 재활

터널 유지 관리 및 재활은 설계 수명 동안 안전하고 효율적인 운영을 보장하기 위한 터널 관리의 중요한 측면입니다. 터널 유지 관리 및 재활과 관련된 주요 활동 중 일부는 다음과 같습니다.

1. 정기 검사 및 모니터링: 터널 구조, 라이닝 및 지원 시스템에 대한 정기적인 검사 및 모니터링은 악화 또는 손상 징후를 감지하는 데 필요합니다.
2. 청소 및 잔해물 제거: 터널을 정기적으로 청소하고 배수 시스템, 접근 터널 및 환기 시스템에서 잔해, 침전물 및 기타 장애물을 제거하는 것은 원활하고 안전한 운영을 보장하는 데 중요합니다.
3. 수리 및 유지 관리: 그라우팅, 균열 충진, 손상되거나 부식된 부품 교체 등의 수리 및 유지 관리 활동은 터널 구조의 무결성을 유지하는 데 필수적입니다.
4. 업그레이드 및 현대화: 안전과 효율성을 향상하려면 조명, 환기, 통신 시스템과 같은 터널 시스템의 업그레이드 및 현대화가 필요할 수 있습니다.
5. 재활 및 강화: 터널 구조의 재활 및 강화는 터널 용도의 노후화 또는 변화로 인해 필요할 수 있습니다.
6. 위험 관리 및 비상 대비: 위험 관리 및 비상 대비 계획은 터널 사용자의 안전을 보장하고 사건이나 사고의 영향을 최소화하는 데 중요합니다.

전반적으로 터널 유지 관리 및 재활 활동은 효율성을 보장하고 터널 사용자의 혼란을 최소화하기 위해 신중한 계획과 실행이 필요합니다.

터널 모니터링 및 유지관리

터널의 모니터링과 유지보수는 터널 구조의 안전과 수명을 보장하는 데 매우 중요합니다. 정기적인 모니터링은 악화 또는 손상의 징후를 식별하는 데 도움이 되며 심각한 문제가 발생하기 전에 해결할 수 있습니다. 터널을 모니터링하는 몇 가지 일반적인 방법에는 육안 검사, 계측 및 비파괴 테스트가 포함됩니다.

육안 검사에는 균열, 누출, 라이닝 또는 지지 시스템 손상과 같은 마모 및 파손 징후가 있는지 터널을 물리적으로 검사하는 것이 포함됩니다. 계측에는 온도, 습도, 수압, 지면 움직임과 같은 다양한 매개변수를 측정하기 위한 센서 설치가 포함됩니다. 지면 투과 레이더, 초음파 검사, 자분 검사 등 비파괴 검사 기술을 사용하여 터널 구조의 무결성을 평가할 수도 있습니다.

유지 관리 활동에는 터널 청소, 손상 또는 누출 수리, 조명, 환기 시스템, 지원 시스템과 같은 낡거나 손상된 구성 요소 교체가 포함될 수 있습니다. 보다 심각한 손상이나 악화를 해결하려면 재활이 필요할 수 있으며 그라우팅, 숏크리팅 또는 새 라이닝 적용과 같은 기술이 포함될 수 있습니다.

전반적으로, 정기적인 모니터링 및 유지 관리는 터널의 장기적인 안전과 기능을 보장하는 데 매우 중요하며 비용이 많이 드는 수리 또는 심지어 치명적인 오류를 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다.

터널 건설 프로젝트 사례 연구

전 세계적으로 중요한 터널 건설 프로젝트의 사례가 많이 있습니다. 다음은 몇 가지 주목할만한 것입니다:

1. 채널 터널: "Chunnel"이라고도 알려진 이 터널은 영국 해협 아래 영국과 프랑스를 연결합니다. 길이는 31.4마일로 세계에서 가장 긴 수중 터널입니다. 터널은 두 개의 평행 철도 터널과 서비스 터널로 구성됩니다.
2. 고타드 베이스 터널(Gotthard Base Tunnel): 스위스에 위치한 이 터널은 현재 길이가 35.5마일에 달하는 세계에서 가장 긴 철도 터널입니다. 이는 취리히와 밀라노를 연결하는 알프스를 통과하는 뉴 레일 링크의 핵심 부분입니다.
3. Alaskan Way Viaduct 교체 터널: 워싱턴 주 시애틀에 위치한 이 터널은 지진에 취약한 노후된 고가 고속도로를 교체했습니다. 터널의 길이는 99마일이며 시애틀 시내 아래로 State Route XNUMX를 통과합니다.
4. 크로스레일(Crossrail): 이는 현재 영국 런던에서 건설 중인 주요 신규 철도 노선입니다. 여기에는 도시 아래를 관통하고 13개의 역을 연결하는 40마일 길이의 쌍굴 터널이 포함됩니다.
5. 홍콩-주하이-마카오 대교: 이 교량-터널 프로젝트는 중국의 홍콩, 주하이, 마카오 도시를 연결합니다. 여기에는 남중국해 아래를 관통하는 4.2마일 길이의 터널 구간이 포함됩니다.

이들 프로젝트는 모두 지질학, 현장 조건, 건설 방법 측면에서 고유한 과제를 제시했습니다. 이는 성공적인 터널 건설에 있어 신중한 계획, 현장 조사 및 설계의 중요성을 보여주는 좋은 예입니다.

실패한 터널 건설 프로젝트에서 얻은 교훈

실패한 터널 건설 프로젝트에서 얻은 교훈은 엔지니어와 건설 전문가가 향후 유사한 실수를 피하는 데 도움이 될 수 있습니다. 터널 건설 실패의 일반적인 원인으로는 부실한 현장 조사, 부적절한 설계 및 계획, 불충분한 지원 시스템, 예상치 못한 지질학적 또는 지질공학적 조건 등이 있습니다.

예를 들어, 2006년 매사추세츠 주 보스턴의 Big Dig 고속도로 프로젝트를 위해 건설 중인 터널의 붕괴는 부적절한 현장 조사, 잘못된 설계 및 열악한 건설 관행을 포함한 여러 요인의 조합으로 인해 발생했습니다. 결과적으로 건설 팀은 문제를 해결하기 위해 광범위한 개선 작업을 수행해야 했고 이로 인해 상당한 지연과 비용 초과가 발생했습니다.

마찬가지로 런던의 Crossrail 프로젝트 건설도 예상치 못한 지질학적, 지질공학적 조건으로 인해 지연되고 비용 초과에 직면했습니다. 이 프로젝트는 모래, 자갈, 점토층을 비롯한 까다로운 지반 조건에 직면하여 추가적인 지원 및 보강 조치가 필요했습니다.

이러한 사고에서 얻은 교훈에는 엄격한 현장 조사 및 테스트의 필요성, 설계자와 건설 팀 간의 더 나은 의사소통, 보다 강력한 안전 프로토콜의 구현, 건설 활동을 모니터링하고 관리하기 위한 첨단 기술 및 장비의 사용 등이 포함될 수 있습니다.

참고자료

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