터널 굴착 기계: 이 거대한 기계가 실제로 지하에 터널을 파는 방법

터널 보링 머신이란 무엇이며 왜 사용합니까?

일반적으로 TBM으로 약칭되며 때로는 터널링 보링 머신 또는 지하 보링 머신이라고도 불리는 터널 보링 머신은 원형 단면을 가진 토양, 암석 또는 혼합 지반 조건을 통해 터널을 굴착하도록 설계된 대규모 엔지니어링 장비입니다. 폭발물을 사용하여 암석을 부수고 수동으로 잔해물을 제거하는 기존의 드릴 및 폭발 방식과 달리 TBM은 단일 연속 작업으로 터널을 절단하고 굴착하며 동시에 라인을 형성하는 경우가 많습니다. 그 결과 주변 지면과 표면 인프라에 대한 방해가 훨씬 적으면서 더욱 부드럽고 구조적으로 일관된 터널이 탄생했습니다.

TBM 터널링의 매력은 속도 그 이상입니다. 터널이 밀집된 동네, 실제 지하철 노선 또는 중요한 유틸리티 시설 아래를 통과할 수 있는 도시 환경에서는 터널 천공 기계의 제어되고 진동이 적은 굴착이 실행 가능한 유일한 옵션인 경우가 많습니다. 일반적인 폭파는 인근 건물에 허용할 수 없는 표면 침하와 구조적 손상을 초래할 수 있습니다. TBM은 또한 개폐식 건설 방법보다 훨씬 더 깊은 곳에서 작업할 수 있으므로 엔지니어는 위의 거리 풍경을 찢지 않고도 직선의 최적 경로로 터널을 건설할 수 있습니다. 이러한 장점으로 인해 터널링 보링 머신은 지하철 철도 시스템, 고속도로 터널, 상하수 터널, 그리고 점점 더 전 세계 도시의 케이블 및 유틸리티 통로에 대한 지배적인 기술이 되었습니다.

현대 TBM은 그 자체로 엔지니어링의 놀라운 업적입니다. 세계 최대의 터널 굴착 기계에는 직경이 17미터(4층 건물 높이보다 넓음)를 초과하는 커팅 헤드가 있으며 무게는 7,000미터톤 이상입니다. 표준 지하철 터널(일반적으로 직경 6~9미터)에 사용되는 중형 TBM도 작업 현장으로 배송된 수백 개의 정밀 엔지니어링 부품으로 조립되어 발사 샤프트 지하에 조립됩니다. 이 기계는 토양 굴착, 흙 제거, 지면 지지 및 콘크리트 라이닝 설치를 지면 조건 및 기계 유형에 따라 하루 10~30미터 전진하는 단일 이동 생산 라인에 통합합니다.

터널 굴착기가 실제로 작동하는 방식: 핵심 역학

TBM의 기능을 이해하려면 주요 작업 시스템을 살펴봐야 하며, 각 시스템은 터널링 프로세스에서 중요하고 상호 의존적인 역할을 합니다. 다양한 TBM 유형이 지면 지지 및 잔해 제거를 다르게 처리하지만(다음 섹션에서 다룸) 기본적인 절단 및 전진 메커니즘은 대부분의 기계 제품군에서 공유됩니다.

커터헤드

커터헤드는 모든 사업의 끝이다 터널 보링 머신 — 굴착되는 지면에 직접 접촉하는 절단 도구가 박힌 거대한 회전 디스크 또는 스포크 구조. 암석 터널링에서 커터헤드에는 디스크 커터가 장착됩니다. 일반적으로 직경이 432~483mm(17~19인치)인 경화 강철 휠은 엄청난 추진력으로 암석 표면을 굴러갑니다. 디스크 커터는 바위를 긁지 않습니다. 대신 압축 하중을 통해 암석을 분쇄하여 인접한 커터 트랙 사이에 미세 균열 네트워크를 생성하여 암석 조각이 떨어져 나가게 합니다. "칩 앤 크랙" 메커니즘이라고 불리는 이 칩 생성 프로세스는 직접 마모보다 훨씬 더 에너지 효율적이며 단단한 암석에서 TBM 터널링을 실행 가능하게 만듭니다. 연약한 땅과 혼합된 조건에서 커터헤드는 대신 재료를 분쇄하는 대신 절단하고 제거하는 드래그 비트, 스크레이퍼 및 토양 절단 톱니를 운반합니다.

커터헤드는 원주 주위에 배열되고 감속 기어박스를 통해 연결된 전기 구동 모터 링(기계 크기에 따라 일반적으로 4~20개 모터)에 의해 회전됩니다. 회전 속도는 일반적으로 느립니다. 대형 기계의 경우 1~6RPM입니다. 대형 커터헤드의 외부 림은 매우 낮은 RPM에서도 이미 높은 선형 속도로 이동하고 있기 때문입니다. 대형 하드록 TBM에 설치된 총 커터헤드 구동 전력은 5,000kW를 초과할 수 있습니다. 이는 6개의 Formula 1 엔진이 동시에 작동하는 것과 거의 같지만 속도가 아닌 느린 회전 토크로 적용됩니다.

추력 및 그리퍼 시스템

커터헤드만 회전시키는 것만으로는 터널을 굴착할 수 없습니다. 디스크 커터가 효과적으로 작동하려면 기계가 엄청난 힘으로 커터헤드를 암벽에 밀어 넣어야 합니다. 이는 기계 본체 주위에 배열된 유압 추력 실린더 시스템을 통해 수행됩니다. 대형 암석 TBM의 총 추력은 일반적으로 20,000~60,000kN 범위입니다. 이는 터널 표면을 누르는 2,000~6,000미터톤의 무게에 해당합니다. 밀어내기 위해서는 기계가 밀어낼 무언가가 필요합니다. 경암 TBM에서 이는 그리퍼 패드에 의해 제공됩니다. 이는 기계 본체에서 측면으로 연장되어 스러스트 실린더가 커터헤드를 전진시키는 동안 기계를 제자리에 단단히 고정할 수 있는 충분한 힘으로 터널 벽을 누르는 대형 유압 실린더입니다. 기계가 한 스트로크 길이(일반적으로 1.5~2미터) 전진하면 그리퍼가 풀리고 기계 후면이 앞으로 당겨지며 그리퍼가 새 위치에 다시 맞물리고 다음 추력 스트로크가 시작됩니다. 이 시퀀스는 터널링 작업 전반에 걸쳐 지속적으로 반복됩니다.

부패물 제거(쓰레기 처리)

터널 면에서 절단된 재료(터널링 용어로 "머크"라고 함)는 커터헤드에서 지속적으로 제거되어 표면으로 운반되어야 합니다. 대부분의 TBM에서 머크는 커터헤드의 구멍으로 떨어지고 기계 중앙을 통과하는 벨트 컨베이어에 의해 픽업됩니다. 이 메인 컨베이어는 머크를 일련의 후행 컨베이어 또는 터널을 통해 발사 샤프트로 다시 운반하는 레일 장착 머크 차량으로 이동하여 표면으로 들어 올려 운반됩니다. 평균적으로 혼합 지반에서 굴착하는 중형 지하철 TBM은 하루에 300~600입방미터의 진흙을 생성합니다. 이는 터널링과 동시에 실행되는 잘 계획된 표면 처리 작업이 필요한 중요한 물류 문제입니다.

터널 라이닝 설치

대부분의 최신 TBM은 커터헤드 바로 뒤에 기계가 전진함에 따라 영구 터널 라이닝을 설치합니다. 표준 접근 방식은 프리캐스트 콘크리트 세그먼트(일반적으로 링당 6~8개의 곡선 세그먼트와 더 작은 "키" 세그먼트)를 사용합니다. 이 세그먼트는 자동화된 세그먼트 이렉터 암에 의해 제 위치로 들어 올려지고 함께 볼트로 고정되거나 개스킷으로 연결되어 완전한 링을 형성합니다. 각 링은 기계의 마지막 추력 스트로크에 의해 생성된 공간에 설치되며, 기계가 다음 스트로크로 진행됨에 따라 완성된 링은 영구 터널의 구조적 쉘이 됩니다. 이 통합 라이닝 설치는 TBM의 가장 큰 효율성 이점 중 하나입니다. 터널은 기계가 전진함에 따라 기본적으로 기계 뒤에서 완성되므로 최소한의 후속 작업이 필요합니다.

터널 굴착기의 주요 유형 및 각각의 사용 시기

TBM 유형의 선택은 모든 터널링 프로젝트에서 가장 중요한 엔지니어링 결정 중 하나입니다. 발생하는 지면 조건에 맞지 않는 기계 유형은 느린 진행, 기계 손상, 지반 침하 또는 심각한 경우 터널 붕괴를 초래할 수 있습니다. 주요 TBM 제품군은 주로 커터헤드 앞의 지면을 관리하고 지하수 압력을 제어하는 방법으로 구별됩니다.

오픈 페이스(그리퍼) TBM — 하드 록에 가장 적합

개방형 또는 그리퍼 TBM은 원래의 TBM 설계이며 터널 표면이 자립적이고 지하수 압력을 관리할 수 있는 안정적인 암반 조건에 선택되는 기계입니다. 이름에서 알 수 있듯이 터널 면은 개방형입니다. 즉, 커터헤드와 굴착된 지반 사이에 가압식 지지 시스템이 없습니다. 이러한 단순성은 적절한 조건에서 그리퍼 TBM을 더 빠르고 비용 효율적으로 만듭니다. 관리할 가압 시스템이 없으면 커터헤드에 대한 유지 관리 접근이 더 쉽고 전진 속도가 더 높으며 기계가 기계적으로 더 간단합니다. 이 제품은 물 공급 터널, 철도 터널 및 산악 지형의 수력 발전 프로젝트(기계가 대부분의 드라이브를 적합한 암석에서 사용하는 응용 분야)를 위한 표준 선택입니다. 한계는 똑같이 명확합니다. 연약한 지반, 포화 토양 또는 혼합 조건에서 개방형 TBM은 터널 표면을 안전하게 지지할 수 없으므로 지반 침하가 표면 구조를 손상시키는 도시 프로젝트에 적합하지 않습니다.

EPB(토압 균형) TBM — 연약한 지반 및 도시 환경에 가장 적합

Earth Pressure Balance TBM은 전 세계적으로 도시 지하철 및 인프라 터널링에 가장 널리 사용되는 기계 유형입니다. 이는 커터헤드 챔버(커터헤드와 그 뒤에 있는 격벽 플레이트 사이의 공간)를 폼, 폴리머 또는 물을 사용하여 올바른 농도로 조절된 굴착 토양으로 채워 연약 지반 지지 문제를 해결합니다. 이렇게 조절된 머크는 터널 표면의 흙과 지하수 압력의 균형을 유지하는 압력으로 유지되어 터널 표면 붕괴를 방지하고 지면의 움직임을 최소화합니다. 가압된 머크는 스크류 컨베이어를 통해 챔버에서 추출되며, 스크류 컨베이어는 목표 면 압력을 유지하기 위해 재료 제거 속도를 제어합니다. EPB TBM은 점토가 풍부한 토양, 모래 토양 및 적당한 지하수 압력이 있는 혼합 토양에서 특히 효과적입니다. 이는 런던, 뉴욕, 도쿄, 베이징과 같은 도시의 지하철 철도 건설과 지난 30년 동안의 거의 모든 주요 도시 터널링 프로젝트에서 지배적인 기계 유형입니다.

슬러리 쉴드(Mixshield) TBM — 수분 포화 및 거친 지면에 가장 적합

슬러리 쉴드 TBM은 조건화된 머크 대신 터널 표면을 지지하기 위해 물과 점토의 액체 혼합물인 가압 벤토나이트 슬러리를 사용합니다. 슬러리는 압력을 받고 있는 커터헤드 챔버를 채우고 지지 압력을 지면으로 전달하는 터널 표면에 필터 케이크를 형성합니다. 굴착된 물질은 슬러리와 혼합되어 슬러리 파이프라인을 통해 액체 현탁액으로 터널 밖으로 펌핑되고, 표면 분리 플랜트로 운반되어 고형물이 제거되고, 세척된 슬러리는 재사용을 위해 기계로 반환됩니다. 이 슬러리 회로 접근 방식은 EPB보다 더 복잡하고 비용이 많이 들지만, 지하수 압력이 높은 투과성이 높은 자갈과 모래, 바위가 섞인 토양, 수중 터널 교차점 등 EPB가 어려움을 겪는 조건에서 탁월한 성능을 발휘합니다. 런던의 Crossrail 프로젝트, 덴마크와 스웨덴 사이의 Øresund 터널, 홍콩-주하이-마카오 대교 터널은 모두 가장 까다로운 수중 또는 고압 구간에 슬러리 실드 기계를 사용했습니다.

다중 모드 TBM — 가변 접지를 위한 유연성

터널링 보링 장비의 점점 더 많은 범주는 터널 선형을 따라 지면 조건이 변경됨에 따라 작동 모드(일반적으로 EPB와 개방면 사이 또는 EPB와 슬러리 차폐 사이) 사이를 전환하도록 설계된 컨버터블 또는 다중 모드 TBM입니다. 이러한 기계는 단일 모드 기계보다 더 복잡하고 비싸지만 터널이 길이에 따라 극적으로 다른 지형을 통과해야 하는 프로젝트에 필수적일 수 있습니다. 일반적인 시나리오는 연약한 도시 토양에서 시작하여 물을 함유한 모래층을 통과한 다음 적합한 암석으로 들어가는 터널입니다. 이는 모든 단일 모드 기계에 도전할 수 있는 순서입니다. 다중 모드 기능을 사용하면 기계 추출 및 중간 터널 교체라는 비현실적인 옵션 없이 하나의 기계가 전체 드라이브를 완료할 수 있습니다.

TBM 유형 개요: 나란히 비교

TBM의 발전 속도를 결정하는 주요 요소

일일 또는 교대당 미터 단위로 측정되는 진행 속도는 모든 TBM 터널링 프로젝트의 기본 생산 측정 기준이며 프로젝트 비용과 일정에 막대한 영향을 미칩니다. 그러나 전진율은 단순히 기계 출력이나 크기의 함수가 아닙니다. 이는 여러 변수의 상호 작용으로 인해 발생하며 그 중 다수는 프로젝트 팀의 통제 범위를 벗어납니다.

• 암석 강도 및 마모성: 단단한 암석 터널링에서 암석 압축 강도와 광물 함량(특히 석영 함량)의 마모성은 침투율과 디스크 커터 수명을 결정하는 주요 요인입니다. 매우 단단하고 마모성이 강한 화강암은 커터 수명을 커터당 전진 거리 20미터 미만으로 줄일 수 있으므로 커터 헤드 개입을 자주 수행해야 순 전진 속도가 크게 감소합니다. 석회석이나 백악과 같은 부드러운 암석은 침투율이 훨씬 높고 커터 수명이 길어집니다.
• 지면 거동 및 페이스 안정성: 흐르는 모래, 압착되는 점토 또는 단층 암석 지대와 같은 불안정한 지상 조건은 안전하게 관리하기 위해 개입, 지상 처리 또는 전진 속도 감소가 필요할 수 있습니다. 극단적인 경우, TBM은 압착된 지면에 갇히거나 "고착"될 수 있으며, 이는 해결하는 데 몇 주 또는 몇 달이 걸릴 수 있으며 TBM 터널링에서 가장 비용이 많이 드는 위험 중 하나를 나타냅니다.
• 머크 처리 용량: 표면 쓰레기 처리 시스템은 기계의 굴착 출력을 따라잡아야 합니다. 컨베이어 용량 제한, 철도 차량 부족 또는 표면 처리 물류 등을 통해 머크 운송의 병목 현상은 절단 성능에 관계없이 기계의 달성 가능한 전진 속도를 직접적으로 감소시킵니다.
• 세그먼트 공급 및 설치 시간: 터널 라이닝의 각 링은 다음 추력 스트로크가 시작되기 전에 기계로 전달되어 설치되어야 합니다. 구간 배송 지연, 발사 샤프트의 크레인 주기 또는 구간 자체의 품질 문제로 인해 순 진행률이 감소합니다. 고성능 TBM 프로젝트는 부문 물류 체인을 최적화하는 데 막대한 투자를 합니다.
• 유지 관리 및 가동 중지 시간: TBM은 여러 교대로 24시간 내내 작동하지만, 커터헤드 검사, 커터 변경, 윤활, 시스템 점검 등 예정된 유지 관리 개입이 필요하며 이를 생산 일정에 고려해야 합니다. 기계적 고장으로 인한 계획되지 않은 가동 중지 시간은 성능이 좋은 TBM 드라이브와 문제가 있는 드라이브를 구분하는 주요 변수입니다.

전 세계 터널 굴착기의 주요 응용 분야

터널 굴착 기계는 모든 대륙(남극 제외)과 매우 다양한 응용 분야에서 작동하고 있습니다. 최근 수십 년 동안 TBM 프로젝트의 규모와 다양성은 지하 인프라에 대한 수요 증가와 까다로운 조건을 충족하기 위한 TBM 기술의 성숙도 증가를 모두 반영합니다.

도시 지하철 및 고속철도 터널

전 세계적으로 TBM 사용의 가장 큰 단일 범주는 도시 지하철 터널링입니다. 런던의 엘리자베스 라인(크로스레일)에서 베이징의 지속적으로 확장되는 지하철 네트워크, 시드니의 메트로 터널에서 리야드의 새로운 지하철 시스템에 이르기까지 세계의 모든 주요 지하철 확장은 주로 EPB 터널 굴착 기계를 사용하여 역 사이에 열차를 운반하는 이중 터널을 건설합니다. 엘리자베스 라인(Elizabeth Line) 프로젝트에서만 8개의 TBM이 세계에서 가장 밀도가 높은 도시 중 하나 아래에 42km가 넘는 새로운 터널을 굴착했으며, 많은 지역의 표면 거주지는 5mm 미만으로 유지되었습니다. 이러한 수준의 제어는 다른 굴착 방법으로는 달성할 수 없습니다.

고속도로 및 도로 터널

도로 터널링에서는 단일 구멍에서 2~4개 차선의 교통을 운반할 수 있을 만큼 큰 터널을 굴착할 수 있는 대구경 TBM을 점점 더 많이 사용하고 있습니다. 2019년에 완공된 시애틀의 SR 99 Alaskan Way Viaduct 교체 터널은 당시 직경 17.5m의 세계 최대 TBM이었던 Bertha를 사용하여 도심 아래에 2층 고속도로 터널을 뚫었습니다. 도로 TBM은 지하철 터널보다 훨씬 더 큰 단면을 굴착해야 하며, 이를 위해서는 훨씬 더 높은 추력, 더 큰 커터헤드 및 더 강력한 구동 시스템이 필요합니다. 대형 도로 터널용 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 무게는 각각 10~15톤에 달하며 기계 내에 특수 목적으로 제작된 리프팅 및 설치 장비가 필요합니다.

급수, 하수 및 유틸리티 터널

수자원 인프라 터널은 TBM의 가장 오래되고 일관된 적용 분야 중 하나입니다. 유능한 기반암을 통해 50~200m 깊이에 뚫린 심암 급수 터널을 통해 도시에서는 표면 도랑을 방해하지 않고 물을 장거리로 이동할 수 있습니다. 현재 템스 강 아래에 있는 25km 길이의 합류식 하수 범람 터널인 런던의 타이드웨이 터널(Tideway Tunnel)은 3개의 TBM을 사용하여 최대 65m 깊이의 백악과 점토를 뚫습니다. 지금까지 건설된 터널 시스템 중 최대 규모 중 하나인 시카고의 Deep Tunnel 프로젝트에서는 TBM을 사용하여 하수 범람 저장 및 홍수 통제를 위해 175km가 넘는 터널을 뚫었습니다. 더 작은 직경의 마이크로 터널링 기계(기본적으로 내부 작업자 없이 원격으로 작동되는 소형화된 TBM)는 개방형 트렌칭 없이 도시 지역에 유틸리티 파이프와 도관을 설치합니다.

철도 및 고속철도 터널

산맥을 통과하는 장거리 철도 터널은 역사상 가장 도전적이고 유명한 TBM 프로젝트를 대표합니다. 57km에 달하는 세계 최장 철도 터널인 스위스 고타드 베이스 터널(Gotthard Base Tunnel)은 단단한 화강암, 편암 및 여러 단층대를 포함하여 스위스 알프스의 전체 지질학적 복잡성을 뚫어야 했던 여러 TBM을 사용하여 17년간의 건설 끝에 2016년에 완공되었습니다. 영국과 프랑스를 연결하는 채널 터널은 11개의 TBM을 사용하여 영국 해협 아래에 3개의 터널(2개의 운영 터널과 1개의 서비스 터널)을 굴착했습니다. 일본의 중앙신칸센 자기 부상 노선과 같이 진행 중인 프로젝트에는 어려운 산악 지형을 통과하여 25km 이상 연장되는 터널이 포함되어 있어 TBM 기술을 새로운 지평으로 끌어올리고 있습니다.

터널 보링 머신 프로젝트의 실제 비용: 수치를 결정하는 요인

TBM 터널링은 비용이 많이 들고(종종 엄청나게 그렇습니다) 비용의 원인을 이해하면 프로젝트 소유자와 엔지니어는 TBM 터널링이 절단 및 덮개 또는 드릴 및 폭발 건설과 같은 대안에 비해 올바른 선택인지에 대해 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움이 됩니다.

선진국의 일반적인 TBM 터널 비용은 지하철 규모 터널의 경우 킬로미터당 5천만 달러에서 3억 달러에 이르며 직경, 지질학, 도시 복잡성, 국가별 인건비 및 자재 비용에 따라 상당한 차이가 있습니다. 이러한 수치는 높지만 표면 붕괴 비용, 재산 영향, 현대 도시의 부족한 표면 공간을 소비하지 않는 심층 기반 시설 구축에 부과되는 프리미엄을 포함한 대안의 전체 비용과 비교되어야 합니다.

지반공학 조사: TBM 터널링에서 지상 지식이 전부인 이유

기계를 선택하기 전에 수행되는 지질 공학 조사의 품질보다 TBM 프로젝트의 성공 또는 실패에 더 큰 영향을 미치는 단일 요소는 없습니다. 지면은 TBM의 매개체이며 예상치 못한 결함, 수압의 급격한 변화, 연약한 토양의 바위 또는 접을 수 있는 혼합면 조건과 같은 지면의 놀라움은 대부분의 주요 TBM 프로젝트 지연, 비용 초과 및 안전 사고의 근본 원인입니다.

TBM 터널에 대한 포괄적인 지질 공학 조사에는 일반적으로 선형을 따라 정기적인 간격으로 시추공 시추(도시 프로젝트의 경우 50~100미터마다), 강도, 마모성, 투과성 및 기타 특성에 대한 암석 및 토양 샘플의 실험실 테스트, 지하수 압력 모니터링, 시추공 사이에 묻힌 장애물, 공동 또는 이상 현상을 식별하기 위한 지구물리학적 조사가 포함됩니다. 비용에도 불구하고(철저한 지질 공학 조사 프로그램은 전체 프로젝트 비용의 1~3%를 차지할 수 있음) 숙련된 터널링 엔지니어는 일반적으로 이를 TBM 프로젝트에 지출된 최고의 비용으로 간주합니다. 건설 전 지반 조사에 투자된 모든 달러는 일반적으로 건설 중 회피된 청구 및 지연으로 인해 절약된 10달러 이상의 가치가 있습니다.

계약자의 TBM 선택 및 가격 책정의 기반이 되는 지반 거동에 대한 계약상 참조 조건을 설정하는 문서인 지질 공학 기준 보고서(GBR)는 모든 TBM 프로젝트에서 가장 중요한 계약 문서 중 하나입니다. 기준선을 초과하는 조건은 소유자와 계약자 간의 계약상 위험 공유 메커니즘을 촉발합니다. 철저한 조사를 바탕으로 올바른 기준선을 찾는 것은 공정하고 성공적인 프로젝트의 기본입니다.

터널 보링 장비의 미래를 형성하는 혁신

TBM 기술은 1950년대와 1960년대 최초의 성공적인 기계 이후 눈에 띄게 발전해 왔으며, 혁신의 속도는 둔화되기보다는 가속화되고 있습니다. 여러 개발 영역이 차세대 터널링 보링 장비를 정의할 가능성이 높습니다.

• 실시간 커터헤드 모니터링 및 예측 유지보수: 최신 TBM에는 이미 진동, 토크, 추력, 온도 및 지면 압력을 실시간으로 모니터링하는 수백 개의 센서가 탑재되어 있습니다. 다음 단계는 AI와 기계 학습을 통합하여 커터 마모 및 고장이 발생하기 전에 예측하여 사후 대응이 아닌 계획된 유지 관리 개입을 가능하게 하는 것입니다. 이는 계획되지 않은 가동 중지 시간을 줄여 기계 가용성과 발전 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
• 자율적이고 원격으로 작동되는 TBM: TBM 터널링의 완전 자동화는 장기적인 목표로 남아 있지만 더 큰 자동화를 향한 중요한 단계가 이미 진행 중입니다. 자동 세그먼트 생성기, GPS 기반 유도 시스템 및 반자율 추력 관리는 이제 고급 기계의 표준입니다. 몇몇 제조업체에서는 최소한의 작업자 개입으로 확장된 작동이 가능하고 터널 내부에 필요한 인력을 줄이고 안전성을 향상시킬 수 있는 기계를 개발하고 있습니다.
• 대체 절단 기술: 기존 디스크 커터는 가장 단단한 암석 유형을 효율적으로 관통하는 능력이 제한되어 있습니다. 굴착에 필요한 에너지를 줄이고 TBM이 경제적으로 작동할 수 있는 지반 조건의 범위를 확장하는 것을 목표로 레이저, 마이크로파, 플라즈마 및 커터헤드 앞 암석의 고압 워터제트 사전 조정에 대한 연구가 진행 중입니다.
• 비원형 TBM 단면: 표준 TBM은 원형 터널을 생성하지만 많은 인프라 애플리케이션, 특히 도로 터널 및 복합 유틸리티 갤러리는 사용 가능한 공간을 보다 효율적으로 사용하는 직사각형 또는 말굽 모양 단면의 이점을 누릴 수 있습니다. 여러 가지 실험적인 비원형 TBM이 일본과 중국에서 개발 및 테스트되었으며, 기술이 아직 주류는 아니지만 업계의 중요한 개척지를 나타냅니다.
• 링별 중단 없이 지속적인 터널링: 현재 TBM 전진의 정지-시작 주기(추력 스트로크, 세그먼트 링 설치를 위해 정지한 후 재개)는 기계의 순 전진 속도를 일반적으로 이론상 최대값의 50-70%로 제한합니다. 세그먼트가 교대로 설치되는 것이 아니라 기계 발전과 동시에 설치되는 연속 터널링 시스템에 대한 연구는 엔지니어링 과제가 상당하지만 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.