 Shield 공법  1. 실드공법의 개요
실드공법은 SHIELD라는 강재원통형의 기계를 수직 작업구내에 투입시켜 CUTTER HEAD를 회전시키면서 지반을 굴착하고 막장면은 각종 보조공법(압기 약액주입)으로 막장면의 붕괴를 방지하면서 실드기계 후방부에 지보공 (보통 SEGMENT)을 설치하는 것을 반복해가면서 TUNNEL을 굴착하는 공법을 말하며 점토, 모래, 자갈등을 포함하는 연약지반에서의 도시기반시설을 위한 지하공간(상하수도, 전기, 통신 선로, 지하철도 등)의 확보를 위해 종래 개착식 공법으로 시고시에 발생하는 지반침하와 각종소음 및 진동등의 건설공해와 교통, 통행의 장해등의 문제점을 최소화하기 위해 개발된 공법으로 그동안 SHIELD 기술의 비약적인 발달로 예전에는 굴착 불가능했던 거대 전석층, 복합지질구간(토사+암구간)등도 굴착이 가능하게 되었다.
2. 실드공법의 역사
쉴드공법의 개발은 1818년 영국의 Marc Isambard Brunel이 고안하여 1825년 런던의 테임즈강 하저터널공사에 최초로 쉴드공법이 시공되었다. 그 이후 1887년 최초로 압기공법이 사용, 1900년대 초반 Blind식, 기계식 쉴드등 여러 타입이 고안되었고 1900년대 후반 이수가압식, 토압식, 이수가압식 쉴드가 개발되는 등 급격히 발달되었다.
우리나라에서는 1987년 전력구 공사에 소구경 쉴드가 처음 도입된 이후 지하철 터널와 같은 대구경 쉴드는 광주지하철과 부산지하철에 처음으로 도입되었다.
3. 실드공법의 필요성
최근 소음, 분진이나 교통장애 등의 사회적 문제가 대두되고 있고 이를 최소화 할 수 있는 도심지 시공에 관심이 모아지고 있는 시점에서 개착 및 NATM공법 공사에 수반되는 도시의 과밀화에 의한 도로 교통의 저해, 소음진동 등 공해의 발생, 도시시설의 밀집화에 따른 터널시공의 난이성, 지하구축물의 장대화 등의 이유로 도심지 터널 공사에서 Shield 공법의 적용성은 증가되었고 시공이 어려운 하저터널이나 해저터널의 경우 하천의 통수단면 감소와 환경오염 등 여러 문제점이 대두되어 앞으로 주요시공법으로 정착할 것이다.
-도심 교통 통행의 문제점 최소화
-연약 토사지반 통과 용이
-하천, 해저, 지하구조물의 통과 용이
-시공 속도가 빠르고 공기를 단축할 수 있다.
-진동 소음등의 공해가 적다.
-연속 굴착작업으로 시공관리 용이
4. 실드기의 구성
실드는 그 내부를 보호하는 강각, 실드를 추진하는 추진기구, 붕괴 방지기구, 세그먼트 조립기구, 유압기구 및 부속기구로 구성된다. 실드 추진에 필요한 동력 설비는 실드단면의 크기와 구조를 고려해 설비의 일부 또는 전부가 후속대차에 설치된다. 강각은 스킨플에이트와 그 보강재로 이뤄지며 어떤 형식의 실드라도 굴삭면에서 후드부, 거더부, 테일부로 구분된다. 후드부는 굴삭면의 굴삭과 산붕괴를 방지하는 부분으로서, 수굴식 실드에서는 천정에 무버블후드(포어보링) 가 설치되며, 굴삭면에 붕괴방지 잭과 작업텍을 장비하고 있다. 밀폐형 실드에서는, 그 전면에 커터헤드가 설치되어, 격벽에 의해 후드부와 거더부로 나위어 있다. 그리고 후드부는 커터로 굴삭된 토사의 배토기로로의 이동로도 되고 있다. 기더부는 후드부와 테일부를 연결해 실드전체를 지지하는 강구조부분으로서, 커터헤드의 구동장치, 배토기구, 추진장치 등이 장비되어 있으며, 또한 바깥둘레를 따라 실드잭이 격납되어 있다. 테일부는 세그먼트를 조립하는 공간에서 이렉타를 장비하고, 또한 후단에는 테일부의 내경은 세그먼트의 외지금에 시공사 필요한 테일크리어런스로해서 반지름방향에 20~30mm정도의 여유를 예상해서 결정하는 일이 많다. 중절기구를 갖추고 있는 실드는 거더부로 분할되기 때문에 감각은 전동과 후동으로 분할되며 방향제어 잭으로 연결되어 있다.
기계가 지날 때 무려 직경 7.28ｍ의 터널이 자동적으로 만들어지는 대구경 실드터널(Shield Tunnel)공법이 국내 지하철공사 최초로 부산지하철 2호선 2단계 공사에 적용돼 관심을 끌고 있다.
5. 실드 공법 관련 국내 기사(2000/11/09 인터넷 연합 뉴스)
화제의 공사현장은 난공사 구간으로 일컬어지고 있는 부산시 수영구 민락동- 해운대구 우동간 420ｍ의 지하철 2호선 230공구 수영강 횡단구간.
실드공법은 대개 암반이나 수압이 높은 지역에 적용되는 공법으로, 부산시 북구 낙동로 구간의 한전 지하전력구 공사 등 직경 3-4ｍ의 통신구나 전력구 공사에 적용된 사례가 있지만 이처럼 대형 터널공사에 적용되기는 이번이 처음이다.
실드공법은 기존의 폭파방법과는 달리 초대형 칼날(Head Cutter)이 달린 실드기계가 공사구간을 굴착하고 굴착과 동시에 콘크리트를 분사하는 것으로, 실드기계가 지나간 자리에 자동으로 터널이 건설된다.
이번 공사구간은 당초 수영강을 가로막아 댐을 만든 뒤 해당구간을 모두 파내 터널을 시공하도록 설계됐지만, 강의 흐름을 차단함으로써 강 상류지역인 금사공단의 침수피해는 물론 하류의 어장에 피해를 줄 수 있다는 우려때문에 지난 1년여간의 연구끝에 실드공법으로 변경됐다.
당초 설계보다 100억원 정도의 공사비가 더 소요되지만 굴착속도가 빨라 공기단축효과를 거둘 수 있을 뿐만아니라 민원과 환경피해를 최소화할 수 있을 것으로 기대된다.
자료출처
http://www.dsland.co.kr/techforum/tech_tomok01.asp 두산건설
http://www.civilnet21.co.kr/htm/tun2.htm
http://www.cycon21.co.kr
http://www1.yna.co.kr/news/20001109/2702000000200011090859460.html
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