2014 년도 한국철도학회 춘계학술대회 논문집 KSR2014S205

TMG 공법에 의한 터널보강효과 Tunnel Reinforcement Effect of TMG Technology

손재호*, 정병률*, 최춘식†, 고태훈***

Jaeho Son*, Byungryul Jung*, Choonsik Choi†, Taehoon Koh***

Abstract The small and large caliber steel pipe reinforcement grouting of tunnel top cannot densely fill grout materials into the boring hall because of the residual air inside boring hall. On the other hand, TMG method eliminates residual air by using an air discharge tube, and enables to densely fill the grouting material in the boring hall. Field test showed that this method penetrated the grout materials into the micropore around the boring hall, and led to the uniform ground improvement. Therefore, this method hopes to be applied to the tunnel for the purpose of eco-friendly waterproof and ground improvement.

Keywords : Reinforcement, Grouting, Air discharge tube, Residual air, TMG method

초 록 기존 터널 보강공법인 강관보강그라우팅 공법은 천공된 홀 내부에 존재하는 잔류공기로 인해 그라우트재가 밀실하게 충전되지 못해 보강이 불량하게 되는 경우가 있다. 이를 개선하기 위해 개발된 TMG 공법은 Air discharge tube 를 이용하여 잔류공기를 제거하고 그라우트재의 밀실충전이 가능한 공법이다. 본 공법의 현장실험을 통해 그라우트 재료가 천공홀 주변 미세공극까지 침투되어 주변지반을 균질하게 고결시킬 수 있음을 확인하였다. 따라서 TMG 공법은 터널 시공시 안정성 확보에 유리하고 환경 친화적인 차수 및 지반보강의 목적으로 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대된다. 주요어 : 보강 그라우팅, 공기배출관, 잔류공기, TMG 공법

1. 서 론

터널 시공에서 여러 가지 난조건 지역(단층대, 지질이상대, 기존구조물 및 수계 하부를

통과지역)에서의 작업시 차수 및 지반보강의 목적으로 다양한 보조공법이 시행되고 있다.

기존의 보강공법은 천공 홀 내의 공기가 잔류하여 그라우트재가 밀실하게 충전되지 못하여

소정의 지보효과를 달성하지 못하는 경우가 발생하고 있다.

† 교신저자: 양재이엔지(주)(soha0417@hanmail.net)

* 서현기술단, *** 한국철도기술연구원 신교통연구본부

따라서 본 논문에서는 천공홀 내부에 공기배출을 위한 별도의 관(Air discharge tube)을

설치하여 홀내부의 공기를 완전히 제거하여 그라우트재가 완전 밀실충전이 가능토록 한 TMG

공법의 보강효과를 현장 검증하였다.

2. 본 론

2.1 공법 원리

TMG 공법은 주입 그라우트재를 기존 방법보다 넓은 범위로 확산시키는 것으로 기존공법의

주입관이 하나인데 비해 TMG 공법은 상, 하부 주입관에서 동시에 그라우트재를 분사하여 전

구간에 걸쳐 균질한 구근이 형성되도록 고안하였다. 또한 약액의 주입시 공기 배출구를 통

해 천공 홀 내부의 잔류공기를 외부로 완전히 제거시켜 지반 내부의 미세균열 공극까지 그

라우트재가 침투하여 확실한 보강효과를 기대할 수 있다. Fig. 1은 TMG 공법에 의한 그라우

트재의 확산효과를 그림으로 보여주고 있다.

Fig. 1 Spread the grout material effect on TMG method

2.2 TMG 관의 주입 성능 평가

TMG 주입관을 50cm 간격으로 분사구를 교호하여 5mm 직경으로 천공한 시험 주입관 제작한

후 Fig. 2와 같이 10°의 각도(터널 시공각도)로 하여 주입관을 거치하였다. 각 시험 경우

별로 구멍의 크기, 수량 및 위치를 변경하면서 주입시작 후 각 토출구 별 약액 도달시간 및

토출 유량 결정하여 관 양측의 토출유량 시험을 Fig. 2와 같이 실시하였다. 시험결과는 Fig.

3과 같이 주입공의 위치와 크기에서 최적의 토출 형태를 갖는다.

Fig. 2 Spewing of TMG grout material Fig. 3 Spewing of TMG grout material

2.3 TMG 관의 공기 배출 평가

TMG 관의 공기 배출 성능을 평가하기 위해 Fig. 4와 같이 실외에서 시험시공을 수행하였다.

실외시공은 천공을 가상한 PVC관 내부(∅=89㎜, L=12m)에 강관(∅=60.5㎜, L=12m) 주입관, 공

기배출관을 포함한 TMG관을 설치하여, 코킹한 후 주입구에 호스를 연결하여 그라우트재를

주입하였다. Fig. 5는 공기 배출관을 통해 잔류공기 배출량에 대한 측정결과를 도시한 그래

프이다. 시험결과 공기배출량은 70ℓ로 계측되었다. 따라서 보강공법에서 공기 배출관을 설

치하지 않는다면 천공 홀 내부의 잔류공기가 주변지반 및 그라우트체내에 잔류하여 에어포

켓(Air pocket)을 형성하고 그라우트재의 충전을 방해할 것으로 예상된다.

Fig. 4 Air discharge Test Fig. 5 Air elimination test in TMG method

Fig. 6 Evaluation of penetration effect

실외에서 성능시험 평가로부터 주입된 그라우트재는 주입관 주변의 공극을 완전히 충전하

여 주변지반을 균질하고 강도 높은 고결체를 형성시키게 된다. 따라서 TMG 공법은 공기배출

하지 않는 강관다단 시멘트 그라우팅과 비교하여 상대적으로 토사층과 같이 연약한 터널 굴

착시 터널보조공법으로서 매우 우수한 것으로 나타났다.

3. 결 론

(1) TMG 공법은 상하부 주입관에서 그라우트재를 동시에 분사하여 균질하게 보강 영역이

형성되는 특징이 있다. 또한 공기 배출관을 설치하여 그라우트재 주입시 천공 홀 내부의 공

기를 외부로 완전 배출시켜 지반 내부의 공극까지 그라우트재가 충전되도록 고안하였다.

(2) 주입 성능시험으로부터 주입된 그라우트재는 공기를 동시에 제거하는 효과로, 주입관

주변의 미세한 공극까지 침투되어 주변지반을 일정 범위 내에서 침투주입 가능하도록 고안

하였다.

(3) 이상과 같이 TMG 공법은 강관다단 시멘트 그라우팅에 비해 상대적으로 공기배출 할

수 있기 때문에 지반주입 즉시 개량효과를 얻을 수 있어서, 터널 시공시 안정성 확보에 유

리하여 차수 및 지반보강 목적의 폭넓은 적용이 기대된다.

참고문헌

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