• 터널과지하공간
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• 제30권3호
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• pp.214-225
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• 2020

쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine) 터널 굴착 시 암반의 상태는 굴진 성능을 결정하는 중요한 요소 중 하나이다. 암석 강도는 지반조사 시 실내시험을 통해 얻을 수 있으나, 전체 TBM 굴진 구간에 대해 모두 알 수 없다. TBM 굴진 시 최적 Operation Parameter를 적용하기 위해서는 굴진 속도에 영향을 미치는 암석 강도를 파악하는 것이 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 TBM 굴착 중 생성되는 기계 데이터와 머신러닝(Machine Learning) 기법을 활용하여 암석 강도를 예측하고자 한다. 암석 강도를 예측하기 위해 여러 머신러닝 기법을 사용하여 비교하였고, 가장 예측 성능이 좋은 스태킹 모델을 최종 모델로 선택하였다. 암반 구간 Slurry 쉴드 TBM 굴진 사례에서 지반조사 및 시공 중 조사한 암석 강도와 강도를 획득한 위치에서의 TBM 굴착 데이터를 사용하였다. TBM 굴착 데이터는 Training과 Test용으로 8:2로 분할하였으며, 변수 선택(feature selection), 표준화(scaling), 이상치(outlier) 제거 등 전처리 과정을 수행하였다. 하이퍼파라미터 튜닝까지 마친 후, 스태킹 모델에 대해 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE)와 결정 계수(R²)로 모델을 평가한 결과 각각 5.556과 0.943로 나타났으며, TBM 굴착 데이터로 암석 강도를 예측하는 모델로 유용할 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제28권6호
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• pp.651-669
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• 2018

본 연구에서는 유전자 프로그래밍과 개체군집최적화기법을 이용하여 픽 커터의 비에너지를 예측하기 위한 모델을 제안하였다. 기계굴착장비의 굴진성능을 평가하는 것은 터널의 설계 초기 단계에서 매우 중요하며, 비에너지를 이용한 기계 굴착장비의 굴진성능평가방법은 모든 기계굴착공법에 적용될 수 있는 표준화된 방법이다. 본 연구에서는 코니컬형상의 픽 커터가 암석을 절삭할 때 요구되는 비에너지와 암석의 강도특성, 절삭조건 간의 상관관계를 분석하고자 하였으며, 선행연구를 통해 총46개의 선형절삭시험 결과를 수집하여 분석에 활용하였다. 본 연구에서 제안한 예측모델을 이용하여 산정된 픽 커터의 비에너지는 다중선형회귀분석에 비해 작은 평균제곱오차를 나타내었으며, 결정계수 또한 본 연구에서 제안한 모델이 다중선형회귀분석에 비해 우수한 예측결과를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제34권2호
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• pp.143-153
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• 2024

TBM 공법은 발파 공법에 비해 굴착 중 소음과 진동 수준이 낮고, 안정성이 높은 터널 굴착 공법이며, 전세계적으로 터널 프로젝트에 TBM 공법을 적용하는 사례가 증가하는 추세이다. 디스크 커터는 TBM의 커터헤드에 장착되는 굴착 도구로 지속적으로 막장면 지반과 상호작용하며, 이때 필연적으로 마모가 발생한다. 본 연구에서는 지질 조건과 TBM 운영파라미터, 머신러닝 알고리즘들을 이용하여 디스크 커터 마모를 정량적으로 예측하였다. 디스크커터 마모 예측의 입력변수 중 UCS 데이터의 수가 다른 기계 데이터 및 마모 데이터에 비해 매우 부족하기 때문에, 먼저 TBM 기계 데이터를 이용하여 전체 구간에 대한 UCS 추정을 진행하고, 완성된 전체 데이터로 마모율 계수 예측을 수행하였다. 마모율 계수 예측 모델의 성능을 비교해 본 결과 XGBoost 모델의 성능이 가장 높게 나타났으며, 복잡한 예측 모델의 해석을 위해 SHapley Additive exPlanation (SHAP) 분석을 진행하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권12호
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• pp.103-114
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• 2023

흙막이 현장에서 계측은 굴착으로 인한 지보재와 지반의 안정성 확인을 위해 필수적으로 수행해야 하는 중요한 요소이다. 특히, 굴착지반에서 전달되는 버팀대의 하중 전달 추이를 확인하는 하중계는 정확도 유지가 필수적이다. 그러나, 건설 현장에서는 하중계의 정확도를 파악할 수 있는 검증 방법, 규정 등의 연구가 부족하여 제대로 된 성능검사 없이 설치됨에 따라 문제가 되고 있다. 본 연구에서는 국내 현장에 사용되는 하중계를 전수조사하여 성능검사를 실시하고 외국 제품과의 비교를 통해 불량 원인을 파악하였다. 하중계의 성능검증을 통해 성능검사 기준을 제시하였으므로 본 연구 결과는 신뢰성 높은 하중계를 선택하는 데 도움이 될 것으로 판단된다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.487-493
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• 2008

산간지형이 많은 국내여건상 물류수송 및 교통 등을 위한 터널구조물의 활용성이 매우 높다. 그러나 터널굴착 및 라이닝 콘크리트구조물의 병행 시공시 굴착에 의한 진동 등의 영향으로 콘크리트구조물 초기 재령에 균열 및 내구성 저하의 문제가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 터널 라이닝용 콘크리트 배합 선정에 있어서 3성분계 시멘트 및 최근 국내에서 개발된 나일론 보강섬유의 내구성 및 역학적 물성 증진 효과를 실험적으로 검토하였다. 실험 결과, 나일론 섬유 및 3성분계 시멘트를 혼입시 콘크리트의 전반적인 물성 및 내구성능이 증진됨을 확인할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제23권5호
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• pp.428-441
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• 2013

TBM을 적용하기 어려운 터널과 다양한 조건의 광산에서 기계 굴착장비인 로드헤더의 수요가 증가하고 있다. 하지만 우리나라에서 로드헤더의 적용 실적은 거의 전무하며, 일부 국가에서만 로드헤더의 설계 제작기술을 보유하고 있다. 따라서 본 연구에서는 로드헤더의 최적 선정과 설계를 위한 로드헤더의 굴착 원리 및 핵심설계항목들을 분석하였다. 또한 전 세계 143개의 로드헤더 설계 정보들을 데이터베이스화하고 로드헤더의 설계에 활용하기 위한 통계적인 상관관계들을 도출하였다. 마지막으로 데이터베이스에 기반하여 로드헤더를 설계하기 위한 절차를 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.493-493
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• 2023

매설배관의 피복손상부 탐측법은 CIPS법, DCVG법 등 여러 방법이 있으며, 그중 우리나라에서는 DCVG법이 가장 많이 사용되고 있다. 피복손상탐측기술(DCVG)은 매설된 관로에 대하여 직류 전류로 인해 배관주변에 발생하는 전위구배를 측정하여 비굴착상태에서 관로의 피복손상부를 찾아내는 기술이다. 본 기술을 광역상수도 정밀안전진단 및 성능평가에 적용하였으며, 탐측된 위치에 대하여 위험도(%IR)를 예측하였다. 또한 손상의심부에 대한 굴착을 통해 피복손상부를 확인하였다. 본 기술의 신뢰성 및 상수도 분야에 큰 활용성을 확인하였다. 관경, 현장여건 등에 따른 조사 및 굴착에 일부 한계점을 보였으나, 향후 축적된 데이터를 바탕으로 매설된 관로의 손상을 사전에 확인하여 관로사고를 미연에 방지할 기술로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권3호
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• pp.167-181
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• 2021

터널굴착의 경제성 확보 및 굴착 시 발생하는 진동저감을 위해 워터젯 시스템을 활용한 새로운 형태의 암반 굴착공법이 개발되고 있다. 워터젯 절삭을 이용한 효율적인 암반 굴착을 위해서는 워터젯 절삭폭의 중첩과정이 필수적이다. 본 연구는 초고압 연마재 워터젯 시스템을 이용하여 절삭폭 중첩도 및 이격거리에 따른 화강암 시편 절삭실험을 수행하였다. 실험결과를 바탕으로 중첩도 단계에 따른 화강암 절삭성능을 분석하였다. 그리고 형상인자를 절삭깊이, 절삭폭, 그리고 절삭부피로 분류하여 중첩 절삭 후 단면의 형상을 분석하였다. 절삭폭 중첩도가 58% 이하가 되면 중첩이 충분하지 않아 연속적인 암반제거가 불가능하였다. 반면 절삭폭 중첩도 67% 이상에서는 과절삭 현상이 확인되었다. 한편 부분중첩(25~75%) 조건에서는 기존 워터젯 절삭에 비해 효율적인 부피제거가 가능한 것으로 분석되었다. 해당 연구는 워터젯을 활용한 암반 굴착 시 최적 중첩도를 결정하기 위한 중요한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권10호
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• pp.259-266
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• 2020

사면안정공법 중 락볼트 공법은 터널이나 흙막이공법에도 널리 적용되는 공법이나 불안정한 지반을 보강하기 위한 축력이 시간이 경과됨에 따라 감소되고 천공된 원지반과 충진재 사이의 강도가 현저히 줄어들어 내구성이 떨어지거나 설계 성능을 발현하지 못하는 문제가 발생하고 있다. 본 연구는 성능저하 문제를 해결할 수 있는 요철형 굴착공법 개발을 목표로 드릴링 장비의 개발 및 적용성 평가를 수행하였다. 개발된 드릴비트의 성능평가를 위해 100MPa이상의 암석을 확공굴착 하여 검증하였고, 요철형성 효과에 대한 평가를 위해 요철유무에 따른 실험체를 제작하여 성능실험 및 평가를 수행하였다. 실험결과 요철이 형성된 모델은 요철이 없는 모델의 인발저항 임계하중인 468.7kN의 약 1.7배로 평균값 801.6kN을 나타내어 그 효과를 충분히 확인하였다. 암석과 그라우트 접촉면이 파괴되기 전 암석의 취성으로 인해 실험체가 먼저 파괴되어 요철형성 모델의 임계하중 측정은 불가능 했으나, 암석 파괴하중 도달 전 그라우트 충진부의 슬립이 전혀 발생하지 않았고, 암석파괴시의 하중이 요철이 없는 모델의 임계하중을 충분히 넘어선 점을 감안하면 요철 확공직경이 20mm 증가했음에도 불구하고 저항능력이 획기적으로 늘어날 것으로 기대된다. 향후 최적 요철형성 락볼트 공법개발을 위한 수치해석 모델개발 및 변수연구와 추가 실험에 본 연구의 결과가 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권4호
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• pp.651-668
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• 2017

터널 굴착에 따른 초기 안정성 확보를 위해 1차 지보재인 숏크리트와 록볼트를 가장 적절한 시기에 터널 굴착면 주면으로 타설하여야 한다. 이러한 지보재의 역할은 장 단기적인 터널 안정성에 매우 중요한 역할을 하기 때문이다. 여기서 록볼트는 터널 굴착시 응력이완에 따라 발생되는 외압을 축력으로 받아들여 터널 굴착면의 숏크리트에 전달하여 전체적인 안정성을 도모하는 중요한 지보재이다. 현재까지 록볼트의 재료는 현장 수급이 유리한 이형강봉을 많이 이용하였으나 최근들어 불확실한 품질의 중국산 자재의 시장진입과 록볼트 주면 모르타르 충전시 흘러내림에 의한 밀실한 충전불량, 용수에 의한 부식 등 다양한 문제점이 나타나고 있다. 특히, 현재의 설계기준상 이형강봉에 대한 기계적 성질의 기준은 있으나 그 외 섬유보강 플라스틱(FRP) 등이 사용될 수 있으나 명확한 기준은 제시되지 않고 있다. 그래서 새로운 소재로 개발되더라도 실제 현장 적용에 있어서는 해결해야 할 부분이 많다. 따라서, 본 연구에서는 상기의 기존 록볼트가 지니고 있는 여러 문제점을 해결, 개선하고자 Autobeam 재료를 이용한 고강도 강관 록볼트(Samrt Pipe-록볼트, 이하 SP-록볼트)를 개발한 내용을 다루고 있다. 개발된 록볼트의 성능평가를 위해 현장시험을 수행하고, 기존 모르타르 충전을 개선할 수 있는 충전재를 개발하여 록볼트의 성능을 더욱 향상하고자 하였다. 또한, 실무현장의 적용성 확보를 위해 설계 및 시공기준에 대한 연구를 수행하였다.