TBM(Tunnel Boring Machine)

1 TBM 개요
 1) TBM의 개요
   - 절삭공구를 암벽에 접촉 회전하며 연속으로 굴착 및 파쇄하는 건설기계.
   - 컷터의 회전력을 이용한 절삭식과 컷터의 회전력과 압축력에 의한 압쇄식이 있다.
     * 300~800kgf/cm2 정도의 풍화함일 경우 절삭식 적용.

     * 1000kgf/cm2 이상일 경우 압쇄식을 적용. 소요동력이 크고 굴진속도가 느리다.
   - 기계본체와 본체를 작동하기 위한 시설 적재용 후속 트레일러가 있으며, 버럭반출을 위한 후속설비가 셋트로 구성된다.
   - 구경 2m 이상 8m 이하 터널공사에 주로 사용되며 특히 장대 터널 공사에 주로 사용된다.

     * 직경 9m 이상 대구경 터널에서는 TBM 사용 효율이 저하된다.

     * 대구경터널이 필요할 시 TBM으로 1차 굴진하고 TBE(Tunnel Boring Enlarging Machine) 으로 2차 굴착한다.
   - 성능은 최대 굴삭 직경으로 표시한다.

 2) 구조
   - 본체
     * 구성 : 컷터해드, inner kelly(전진을 위한 기구), outer kelly(굴착시 본체를 지지하기 위한 기구)
     * cutter : 비트형 컷터, 롤 컷터
   - 후속대차 : 컷터 해드 구동용 전동모터와 유압펌프, 집진기가 설치됨.
   - 버력대차 : 버력을 담기위한 버력트레일러와, 버력을 반출하기 위한 벨트컨베이어 및 버력 적재 설비를 포함함.

 3) 장단점
   - 장점
     * 정확한 원형단면으로 굴착하여 천공후 지반이 안정적이다.
     * 발파공법보다 소음 진동이 적고 주변 지반에 영향을 적게 미친다. 발파공법에 비해 안전하다.
     * 작업이 정확하고 능률적이며 속도가 빠르다.
   - 단점
     * 기계 중량이 커서 운반 및 반출이 어렵다.
     * 굴삭경 변경이 불가능하다.
     * 암질에 따라 작업능률에 차이카 커서 사전에 정확한 지질 조사가 필요하다.
     * 원형단면만 가능하므로 평편면을 원할시 부가적인 성토 작업이 필요하다.

2 TBM 시공
 1) 작업능력 및 작업능률에 미치는 영향
   - 작업량

     Q:작업량(m3/h), A굴착단면, L작업거리, n작업효율 C:사이클타임
   - 기계적 요소
     * 커터헤드 추력 및 회전력
     * 커터 배열 및 수량
     * 커터 직경
   - 지질적 요소
     * 암반의 강도 및 경도
     * 함수율 및 지하수 유무

 2) TBM의 운반 및 조립
   - TBM 본체 및 후속 트레일러는 부피가 크고 중량이 100~500톤에 달한다.
   - 전용 운송장비를 통해서 운반하며 운반시 필요하도록 분해 재조립이 가능하도록 제작되어 있다.
   - TBM 및 TBE등을 추가로 구비하여 TBM 이후 확공등을 처리한다.

 3) TBM 굴착작업순서
   - 굴착은 두종류로 구성된다.
     * 전단면 굴착식 : 계획 단면에 맞는 TBM을 굴착 제작 사용하여 한번에 굴착한다.
     * 확대 굴착식 : 소구경의 TBM을 이용하여 파일롯 터널 굴착 후 TBE 또는 굴착장비를 이용하여 추가굴착하여 완성하는 방법
   - outer kelly의 클램핑 실린더등으로 굴진중 터널멱을 견고하게 지지한다.
   - 컷터해드는 outer kelly 안을 미끄러져 움직이는 inner kelly에 의해 전진되면 추진시스템에 의해 행정이 끝날때까지 굴진면을 눌러준다.
   - 추진실린더에 의해 outer kelly가 전방으로 이동하게 되며 다시 클램핑 실린더 등으로 굴진면을 지지한다.

 

 4) TBM의 운영
   - 굴진중 암반상태에 따라 TBM본체에 있는 rock drilling machine을 사용하여 볼팅한다.
   - 굴진중 정기적으로 커터 이상/마모를 검사하여 교환을 판단한다.
   - 커터의 작용하중은 굴진율에 비례하나 대형화되므로 교체작업시간 증대가 있음.
   - 굴진은 24시간 진행된다.
   - 추력에 대한 커너날 내구 강도를 사전에 검토하여야 한다.
   - 불가능 지반 회피 : 팽창성지반, 풍화지반, 단층이 많은 지반.
   - 커터 마모는 추진력에 비례하므로 적정추진력을 검토 적용해야한다.