• Technical Paper

    Pre-grouting for CHI of EPB shield TBM in difficult grounds: a case study of Daegok-Sosa railway tunnel

    복합지반 EPB TBM 커터교체를 위한 그라우팅 수행 사례

    Sung-Wook Kang, Jaehoon Chang, Jae-Won Lee, Dae-Young Kim, Young-Jin Shin

    강성욱, 장재훈, 이재원, 김대영, 신영진

    Railway projects have been consistently increasing in Korea. In relation to this trend, the mechanized tunneling using Tunnel Boring Machine (TBM) is ...

    철도망 구축이 확대되는 추세 속에 도심지나 한강을 통과하기 위해 TBM 굴착공법 적용사례가 증가하고 있다. 특히, 도심지나 한강하저를 통과하는 경우 불량한 지반 및 ...

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    Railway projects have been consistently increasing in Korea. In relation to this trend, the mechanized tunneling using Tunnel Boring Machine (TBM) is preferably applied for mining urban areas and passing under rivers. The TBM tunneling under difficult grounds like mixed faces with high water pressure could require ground improvements for stable TBM advance or safe cutter head intervention (CHI). In this study, pre-grouting works for CHI in Daegok-Sosa railway project are presented in terms of the grouting zone design, the executions and the results, the lessons learned from the experience. It should be mentioned that the grouting from inside TBM was carried out several times and turned out to be inefficient in the project. Therefore, grouting experiences from the surface are highlighted in this study. Jet grouting was implemented on CHI points on land, while permeation grouting off shore in the Han River, which mostly allow to access the cutter head of TBM in free air with stable faces. The results of CHI works have been analyzed and the lesson learned are suggested.


    철도망 구축이 확대되는 추세 속에 도심지나 한강을 통과하기 위해 TBM 굴착공법 적용사례가 증가하고 있다. 특히, 도심지나 한강하저를 통과하는 경우 불량한 지반 및 지하수조건을 조우하게 되며 안정적인 굴진 및 커터교체(Cutter Head Intervention, CHI)를 위해서 그라우팅을 적용하고 있다. 본 논문에서는 TBM 굴착공법을 적용한 철도 터널 시공 시 적용한 그라우팅에 대하여 소개하고자 한다. 특히, CHI를 위해 그라우팅을 수행한 사례에 대한 소개나 분석이 많지 않은 것으로 판단하여 CHI를 위한 그라우팅 범위산정, 수행결과, 고찰 및 제언(Lessons Learned)을 기술하고자 한다. 그라우팅은 막장안정성을 확보하는 목적이 있으며, 작업위치에 따라 지상(수직)그라우팅과 TBM 장비 내에서 수행하는 갱내그라우팅으로 나눌 수 있다. 갱내그라우팅을 수행한 결과 공기 및 보강효과 측면에서 지상(수직) 그라우팅에 비해 비효율적이라고 판단되어 지상그라우팅으로 계획을 변경하였다. 한강하저 구간의 경우 슬러지 발생으로 인한 환경오염, 주입재 유실 등이 우려되어 고압분사그라우팅을 적용할 수 없었으며 대안으로 수중불분리 주입재를 적용한 저압그라우팅을 적용하였다. 육상구간은 지상 작업부지를 확보할 수 있어 고압분사그라우팅을 적용하였다. 실제 그라우팅을 수행한 결과를 소개함으로써 향후 쉴드 TBM을 적용한 터널 시공 중 CHI 시 지반조건에 따른 적합한 그라우팅 공법 및 방법을 결정하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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    September 2021
  • Technical Paper

    Fire resistance assessment of segment lining with PP fiber amount

    PP섬유 혼입량에 따른 세그먼트 라이닝의 화재저항성 평가

    Soon-Wook Choi, Tae-Ho Kang, Chulho Lee, Hae Song Kim, Byoungcheol Ahn, Soo-Ho Chang

    최순욱, 강태호, 이철호, 김해송, 안병철, 장수호

    With the high quality/high stiffness/high strength of segment lining, segment lining is increasingly used as the final lining of the ...

    세그먼트 라이닝의 고품질/고강성/고강도화에 따라 세그먼트 라이닝을 터널의 최종 라이닝으로 삼는 경우가 증가하고 있다. 프리캐스트 콘크리트 라이닝은 현장타설 콘크리트에 비해 품질 ...

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    With the high quality/high stiffness/high strength of segment lining, segment lining is increasingly used as the final lining of the tunnel. Precast concrete lining has higher quality and strength than field concrete. Paradoxically, this contributes to greater damage to concrete in the event of a fire in a tunnel. In this study, tests were conducted to determine the fire resistance performance of segment linings according to fiber content in fire resistance methods using synthetic fibers such as PP fibers. As a result, it was confirmed that fire resistance performance required by the relevant project can be secured when using 1.5 kg/m3 of PP fiber. In addition, comparison of the results of PP fibers with PET, a similar synthetic fiber, showed better fire resistance performance than when PP fibers were used.


    세그먼트 라이닝의 고품질/고강성/고강도화에 따라 세그먼트 라이닝을 터널의 최종 라이닝으로 삼는 경우가 증가하고 있다. 프리캐스트 콘크리트 라이닝은 현장타설 콘크리트에 비해 품질 및 강도가 높다. 역설적으로 이러한 점은 터널 내 화재 시 콘크리트의 손상을 더 크게 하는 요인이 된다. 본 연구에서는 PP 섬유와 같은 합성섬유를 이용한 내화방법에서 섬유함유량에 따라 세그먼트 라이닝의 화재저항성능을 파악하기 위한 시험을 수행하였다. 그 결과, PP섬유 1.5 kg/m3 사용 시 관련 프로젝트에서 요구한 화재저항성능을 확보할 수 있음을 확인하였다. 더불어 유사한 함성섬유인 PET를 사용하였을 경우와 PP섬유의 결과를 비교한 결과, PP섬유가 PET섬유를 사용하였을 경우에 비해 더 좋은 화재저항성능이 나타냄을 알 수 있었다.

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    September 2021
  • Technical Paper

    A case study of life cycle cost analysis on high pressure sodium lamp and LED lamp for tunnel lighting

    터널 조명 고압나트륨램프와 LED램프의 LCC 분석 사례 연구

    Gyu-Phil Lee, Jeong-Heum Kim

    이규필, 김정흠

    Tunnel is the most energy-consuming structure in road due to the characteristic of using artificial lighting during day and night. Therefore, tunnel ...

    터널은 주 ‧ 야간 모두 인공조명을 사용해야 되는 특성으로 인해 에너지 소비가 가장 많이 발생하는 도로 공간으로, 전기요금 절감 등을 위해 기존 터널조명 ...

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    Tunnel is the most energy-consuming structure in road due to the characteristic of using artificial lighting during day and night. Therefore, tunnel lights are being replaced by LED lamp that have advantages with respect to low power consumption. The best use of social overhead capital can be expected by considering the life cycle cost, because to tunnel structures are accompanied by a series of medium-to-long-term and continuous processes of replacing auxiliary facilities. In this study, the saving effect by LCC analysis was quantitatively analyzed by replacing tunnel light sources from high-pressure sodium lamps to LED lamps. The effect of reducing the replacement cycle by increasing the life of the lamps and the resulting maintenance cost is very significant, on replacing tunnel lighting light sources with LED lamp.


    터널은 주 ‧ 야간 모두 인공조명을 사용해야 되는 특성으로 인해 에너지 소비가 가장 많이 발생하는 도로 공간으로, 전기요금 절감 등을 위해 기존 터널조명 광원 대비 낮은 소비전력, 장수명의 장점을 갖는 LED램프로 교체 중에 있다. 터널구조물은 공용 중 부속시설 교체라는 일련의 중장기적이고 지속적인 과정이 수반되므로, 시설물 공용기간 동안의 생애주기비용을 고려해야 사회간접자본의 효율적인 활용을 기대할 수 있다. 따라서 본 연구에서 터널 조명광원을 고압나트륨램프에서 LED램프로 교체 시 LCC측면의 절감효과를 정량적으로 분석하였으며, 터널 조명 광원을 LED램프로 교체 시 램프의 수명증대에 의한 교체주기 감소 및 이로 인한 유지관리 비용 감소효과가 매우 큰 것으로 나타났다.

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    September 2021
  • Technical Paper

    Case study on design and construction for cross-connection tunnel using large steel pipe thrust method in soil twin shield tunnels underneath airport

    공항하부 토사 병설 쉴드터널에서 대구경 강관추진에 의한 횡갱 설계/시공사례 연구

    Chang-Yoon Ahn, Duhee Park

    안창윤, 박두희

    On the road and rail tunnels, the evacuation pathway and facilities such as smoke-control and fire suppression system are essential in tunnel ...

    도로와 철도터널에서는 비상시 대피를 위한 시설이 필수적이며, 제연 및 화재 진압을 위한 설비와 승객의 피난 통로가 그것이다. 장대 병설터널에서는 횡갱을 배치하여 화재 ...

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    On the road and rail tunnels, the evacuation pathway and facilities such as smoke-control and fire suppression system are essential in tunnel fire. In the long twin tunnels, the cross-connection tunnel is usually designed to evacuate from the tunnel where the fire broke out to the other tunnel. In twin shield tunnels, the segment lining has to be demolished to construct the cross-connection tunnel. Considering the modern shield TBM is mostly the closed chamber type, the exposure of underground soil induced by removal of steel segment lining is the most danger construction step in the shield tunnel construction. This case study introduces the excavation method using the thrust of large steel pipe and reviews the measured data after the construction. The large steel pipe thrust method for the cross-connection tunnel can stabilize the excavated face with the two mechanisms. Firstly, the soil in front of excavated face is cylindrically pre-supported by the large steel pipe. Secondly, the excavated face is supported by the plugging effect caused by the soil pressed into the steel pipe. It was reviewed that the large steel pipe thrust method in the cross-connection tunnel is enough to secure the construct ability and stability in soil from the measurement results about the deformation and stress of steel pipe.


    도로와 철도터널에서는 비상시 대피를 위한 시설이 필수적이며, 제연 및 화재 진압을 위한 설비와 승객의 피난 통로가 그것이다. 장대 병설터널에서는 횡갱을 배치하여 화재 발생 반대편 터널로 대피하도록 계획된다. 병설 쉴드터널에서는 횡갱의 시공을 위해 기 시공된 본선터널의 영구 구조물인 세그먼트 라이닝을 철거하여 원지반을 노출하여야 한다. 현대의 대부분의 쉴드TBM이 막장을 격벽으로 차단한 폐쇄형 쉴드TBM임을 감안할 때, 원지반이 노출되는 횡갱의 시공은 쉴드터널의 시공단계에서 위험도가 높은 과정 중 하나이다. 특히, 지하수위 아래의 토사 쉴드터널의 횡갱 시공에서는 세그먼트 철거 및 굴착 중 토사지반의 안정성 확보를 위한 차수 및 굴착공법에 대한 면밀한 검토가 요구된다. 본 사례 연구에서는 토사지반에서 대구경 강관추진을 활용한 횡갱 굴착 공법의 시공 중 유의사항을 소개하고 시공 후 계측결과를 분석하였다. 본 사례 연구에서 소개되는 횡갱 굴착공법은 그라우팅으로 보강된 토사지반에 대구경 강관 추진 후 내부 굴착하는 공법으로써, 두 가지 메커니즘에 의해 토사지반에서 굴착 중 막장의 안정성을 확보한다. 첫 번째는 대구경 강관을 추진하여 막장 전방 토사지반의 전주면을 강관에 의해 선 지보 한다. 두 번째는 대구경 강관 추진으로 내부로 압입된 토사의 Plugging 효과에 의해 막장 전면의 지지효과를 얻을 수 있다. 추진력에 의한 강관의 변형 및 강관의 관통 완료 후 응력발생 계측결과로부터 대구경 강관 추진에 의한 횡갱 굴착공법이 토사지반에서 충분한 시공성과 안정성을 확보함을 확인하였다. 본 사례 연구의 토사 쉴드터널의 횡갱 시공공법은 유사한 현장조건에서 널리 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

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    September 2021
  • Research Paper

  • Technical Paper

    Fire resistance assessment in construction joint of precast fireproof duct slab

    프리캐스트 방식 내화풍도슬래브 시공조인트부의 화재저항성능 평가

    Soon-Wook Choi, Tae-Ho Kang, Chulho Lee, Se Kwon Kim, Tae Kyun Kim, Soo-Ho Chang

    최순욱, 강태호, 이철호, 김세권, 김태균, 장수호

    Duct slabs, which are used to build ventilation facilities in underground spaces with transverse ventilation system, need to secure fire resistance according ...

    횡류식으로 지하공간의 환기시설을 구축할 때 사용되는 풍도슬래브는 터널의 장대화 및 중차량 통행에 따라 내화성능 확보가 필요하다. 본 연구는 내화재와 슬래브를 일체식으로 제작하는 ...

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    Duct slabs, which are used to build ventilation facilities in underground spaces with transverse ventilation system, need to secure fire resistance according to longitudinal and heavy vehicle traffic of tunnels. This study measured the temperature change at the construction joint of the precast fireproof duct slab which integrates fire resistance material and duct slab under the RWS fire scenario. As a result, it was confirmed that if there is no reinforcement of the construction joint, damage will occur in concrete inside the construction joint, leading to damage to the fireproofing layer. On the other hand, when one side of the construction joint was reinforced with fireproofing materials, it showed more than three times the fire resistance performance compared to when there was no reinforcement. At this time, cross-sectional losses of concrete and fireproofing layer were shown in blocks without reinforcement, but no damage was seen in the reinforced blocks.


    횡류식으로 지하공간의 환기시설을 구축할 때 사용되는 풍도슬래브는 터널의 장대화 및 중차량 통행에 따라 내화성능 확보가 필요하다. 본 연구는 내화재와 슬래브를 일체식으로 제작하는 프리캐스트 내화풍도슬래브를 대상으로, RWS화재시나리오 하에서 내화풍도슬래브를 시공할 때 발생하는 시공조인트부에서의 온도변화를 측정하였다. 그 결과, 시공조인트부의 보강이 없을 경우는 시공조인트부 안쪽의 콘크리트에서 손상이 발생하여 내화재의 손상으로 이어짐을 확인하였다. 반면 시공조인트 내측의 한쪽 면을 내화재로 보강한 경우는 보강이 없을 경우에 비해 3배 이상의 화재저항성능을 보였지만, 보강이 없는 블록에서 콘크리트 및 내화재의 단면손실이 나타났다. 그러나 보강된 블록에서는 손상이 나타나지 않았다.

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    September 2021