• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.637-658
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• 2022

쉴드TBM 터널은 지반 굴착, 세그먼트 링 빌드(Segment ring-build), 뒷채움의 반복적인 공정으로 단순하다. 재래식 터널공법인 발파공법(Drill and Blast)은 막장관찰, 천공, 장약, 발파, 환기, 버력처리, 지보재 설치의 반복으로 쉴드TBM 터널보다 공정이 복잡하고 일부 제약조건이 따른다. 하지만 굴진을 위한 준비 작업은 지반을 보강하고 갱문조성 후 터널을 형성해 나가는 Drill and Blast에 비해서 쉴드TBM 터널은 매우 상세한 계획을 바탕으로 시간과 비용이 필요하다. 이는 대상지반을 굴착하는 쉴드TBM 장비의 성능 확보가 공사의 성패를 좌우하기 때문인데, 고가의 주문제작 장비인 쉴드TBM이 조립단계에서 잘못 구성되면 본 굴진은 물론 초기굴진 단계에서부터 구동이 어렵게 되고, 조립된 쉴드TBM 장비를 다시 해체하는 경우가 발생하게 되어 재조립하는 상황으로 진행되면, 공기는 물론 경제적인 손실이 발생하여 공사 기간 내내 어려움이 발생한다. 이에 본 연구에서는 한강 하저를 통과하는 국내 최대 직경의 도로터널을 건설하기 위한 이수식 쉴드TBM 조립을 위한 발진부지의 배치와 계획, 쉴드TBM 장비의 주요 부분별 조립공정을 검토하였고, 타공정과 의 간섭 최소화 및 커터헤드 조립과 운반의 효율성을 분석하여 현장여건에 맞게 개선하여 적용하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권2호
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• pp.217-230
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• 2022

쉴드TBM (Tunnel Boring Machine) 터널 시공에 있어 막장압 관리는 막장면 붕괴, 지반침하 등을 방지하여 막장 안정성을 유지하는 데 중요한 역할을 담당한다. 특히, 챔버 내부의 굴착토로 막장압을 조절하는 토압식 쉴드TBM의 경우, 이수식 쉴드TBM에 비해 막장압의 관리가 어렵다. 본 연구에서는 국내 토압식 쉴드TBM 터널 시공 현장의 지반조건 및 굴진특성 데이터를 분석하여, 토압식 쉴드TBM 터널의 세그먼트 링별 막장압 예측모델을 제시하였다. 예측모델의 입력특성으로 7가지를 선정하였으며, 912개의 학습 데이터 세트(Training data set)와 228개의 시험 데이터 세트(Test data set)를 확보하였다. 최적의 토압식 쉴드TBM 막장압 예측모델 선정을 위하여 KNN (K-Nearest Neighbors), SVM (Support Vector Machine), RF (Random Forest), XGB (eXtreme Gradient Boosting) 모델의 하이퍼파라미터(Hyperparameter)를 최적화하여 예측성능을 비교한 결과, RF 모델이 7.35 kPa의 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE)로 가장 우수한 성능을 나타냈다. 추가적으로, RF 모델의 특성 중요도(Feature importance) 분석을 수행한 결과, 입력특성 중 수압의 영향도가 0.38로 가장 높았으며, 전반적으로 지반조건이 굴진특성보다 높은 중요도를 보여주었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권2호
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• pp.335-353
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• 2017

본 연구는 축소모형 실험을 통하여 급곡선 터널에서의 쉴드 TBM 추진압력 적용 기술에 대한 논문이다. 최근 한국의 도심지 지역에서 NATM 터널 공사에 발생하는 진동 및 소음 문제를 예방하기 위해 기계식 터널공법인 쉴드 TBM 공법의 적용이 증가하고 있다. 그러나 건물 기초 및 지하 구조물을 피하기 위해 터널 선형이 급곡선으로 계획하여야 하며 쉴드 TBM 추진압력 시스템에 대한 적용 기술의 개발이 요구된다. 따라서 곡선구간에 대한 쉴드 TBM 굴진 시 영향을 주는 주요 요소들에 대하여 시공자료와 이론적 접근방법에 대하여 검토 및 분석을 실시하였다. 분석결과로부터 쉴드 TBM 추진압력 시스템에 대한 기술이 급곡선 터널에 있어서 가장 중요한 것으로 나타났다. 또한 지반과 쉴드 TBM 헤드부의 상호 거동에 대한 실질적인 상황을 시뮬레이션 하기 위하여 축소모형시험을 실시하였다. 2가지의 서로 다른 쉴드 추진력과 여러 중절각도에 따라 쉴드 TBM 헤드에 가해지는 지반압력에 대하여 측정하였다. 이 실험으로부터 얻어진 결과를 분석 하였다. 이들 결과는 급곡구간 터널에서 쉴드 TBM 추진 압력에 따른 쉴드 TBM 헤드부의 상호거동에 대한 이해와 운영기술 발전에 매우 유용할 것이다.

• 터널과지하공간
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• 제34권3호
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• pp.185-195
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• 2024

인천도시철도 1호선 검단연장선 1공구 건설공사는 국내 최초로 로드헤더와 TBM 장비가 함께 적용되었다. 쉴드TBM 터널 구간은 1,057 m이며, 대부분 암반으로 구성 되어있으며 공항철도 및 경인아라뱃길 하부 터널 구간 공사를 포함하고 있다. 굴진을 위해 7.8 m 토압식 쉴드TBM 장비가 투입되었으며, 상·하선 구간의 평균 월굴진율은 239.1 m이고, 최대 월굴진율은 334.5 m이다. 본 기술기사에서는 인천도시철도 1호선 검단연장선 1공구 쉴드TBM 터널 굴진 실적을 중심으로 쉴드TBM의 생산성을 종합적으로 평가해 보았으며, 성공적인 쉴드TBM 터널 공사 수행에 있어서 유용한 자료를 제공하고자 한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권3호
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• pp.201-220
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• 2023

터널식 전력구는 지중으로 전력을 공급하기 위한 구조물 중 하나이며, 도심지 및 해저구간을 통과하는 구간에 쉴드TBM 공법을 활용하여 안정적으로 건설을 추진한다. 전력구 건설의 경우에는 수직구 심도가 깊어 주로 암반지반을 굴착하며, 암반대상 밀폐형 쉴드TBM 선정에 대한 고찰이 필요하였다. 또한, 지반조사 보고서 결과를 바탕으로 범용적이고, 간단한 설계방법이 필요하였다. 이에 실대형 굴진시험, 누적 굴진데이터, 수치해석을 종합하여 쉴드TBM 설계방법과 관련 프로그램을 개발하였다. 프로그램 결과에 대해 검증을 수행하고자 준공된 전력구 1개 현장의 굴진데이터를 활용하였다. 굴진데이터의 모집단을 추정하기 위해 커널밀도추정 방법을 도입하여 추력, 토크, 동력의 기본사양에 대해 검증을 완료하였다. 본 연구결과를 통해 쉴드TBM 설계업무 전문성 강화 및 안정적 전력공급의 사용자 편익증대를 기대할 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권1호
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• pp.79-94
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• 2022

도심지 포화 상태로 인한 지하공간 개발의 일환으로 터널 건설의 수요가 증가하고 있다. 쉴드 TBM 공법은 진동과 소음을 최소화하며 굴착과 동시에 지반 변형을 최소화하는 공법으로, 국내 도심지 터널 시공은 대체로 쉴드 TBM이 적용되고 있다. 도심지 지반침하 예측의 중요성은 나날이 증가하고 있으며 쉴드 TBM 시공의 경우 지반 변형을 최소화 하지만 터널굴착에 의한 지반침하는 필연적으로 발생한다. 따라서 본 연구에서는 도심지 적용성이 높은 쉴드 TBM과 지반침하와의 상관성을 분석하여 지반침하에 주요한 영향을 미치는 쉴드 TBM 시공인자를 제시하고자 한다. 실제 현장에서 수집한 쉴드 TBM 시공데이터와 지반침하 계측데이터 간 상관관계 분석을 수행하였으며, 상관성 정도를 상관계수 "r"로 표현하였다. 그 결과 지반침하에 영향을 미치는 쉴드 TBM 주요 시공인자는 추력(Thrust force), 토크(Torque), 챔버압(Chamber pressure), 뒷채움압(Backfill pressure), 배토량(Muck discharge)으로 나타났다. 본 연구 결과를 통해 향후 쉴드 TBM 운용 시 지반침하를 사전에 예측 및 제어 할 수 있도록 주요 시공데이터에 대한 판단 기준 제시에 기여할 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.385-392
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• 2021

국내 전력구 터널공사에 투입할 이수식 쉴드TBM의 발주에 있어서 발주자가 주관하여 전문가로 구성된 위원회를 구성하고, 장비발주를 위한 기술 및 사양에 대한 선정 기준을 수립한 후, 제조사의 기술제안서를 바탕으로 평가하여 적합판정된 장비를 선정하는 일련의 과정이 시도되었다. 쉴드TBM 공법의 최근 증가추세에 따라 성능과 품질을 사전에 검증하고, 경제성을 확보하는 방법의 하나로서 향후 쉴드TBM의 발주를 위한 가이드라인으로 참고될 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권6호
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• pp.611-622
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• 2020

최근 국내에서 쉴드TBM을 이용하는 터널공사의 발주가 증가하고 있으나 터널구간의 특성을 고려한 장비제작을 위한 정보의 제공은 체계적이지 못하여, 적합한 장비설계를 하는데 어려움이 많다. 본 기술보고는 외국의 사례검토를 바탕으로 토압식 쉴드TBM의 장비발주를 위한 설계항목과 세부 요구사양의 구성에 대해 국내에서 활용 가능한 내용을 예시로서 제시하였다. 제안하는 내용을 바탕으로 발주자는 장비 발주 시 필요한 전반적인 방향을 제시가능하고, 입찰자는 명확하고 과업조건에 적합한 장비를 설계, 제작하여 민원이 없고, 안전한 토압식 쉴드TBM 터널공사의 활성화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권2호
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• pp.193-201
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• 2014

본 논문은 토압식 쉴드TBM(EPB shield TBM)의 후드부에 대한 시뮬레이션 시스템 개발에 대한 연구결과이다. 최근 토압식 쉴드TBM은 터널굴착에 많이 활용되고 있다. 토압식 쉴드TBM의 후드부 시스템은 터널굴착에서 매우 중요하기 때문에 후드부 시스템의 설계 및 operation parameter의 평가를 위하여서는 시공전에 사전 시뮬레이션이 요구된다. 본 연구를 위하여 모형 시뮬레이션 장비 시스템을 설계 개발하였다. 개발된 시스템의 검증을 위하여 모형실험을 실시하였으며, 개발된 시스템을 이용하여 얻은 결과는 현장에서 얻을 수 있는 토압식 쉴드TBM의 거동과 유사한 결과를 보여주었다. 이 결과로부터 토압식 쉴드TBM 굴진시 지반 loss는 후드부 챔버에 발생되는 토압의 변화에 많이 의존되는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 개발된 시뮬레이션 장비 시스템은 토압식 쉴드TBM공사 전 operation parameter를 평가하는데 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 다양한 지반조건에서의 TBM operation에 관한 정보를 제공할 것이다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.303-314
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• 2024

쉴드 TBM (tunnel boring machine) 시공은 일반적으로 세그먼트 설치를 위해 규칙적으로 굴진을 멈추는 것이 요구되어, TBM 굴착과 세그먼트 설치를 병행하는 연속굴착형 쉴드 TBM의 개발에 대한 연구가 국내외에 추진되고 있다. 하지만, 연속굴착형 쉴드 TBM은 기존 쉴드 TBM과 다른 굴착 공정과 이에 따른 특별한 장비 및 유압 시스템이 요구된다. 또한, 연속굴착형 쉴드 TBM 설계 및 시공 사례가 적으므로 연속굴착형 쉴드 TBM 시공을 위한 사전 리스크 평가가 반드시 수행되어야 한다. 본 논문에서는 연속굴착형 쉴드 TBM에 특화된 4가지 사건과 8가지 요인 간의 인과관계를 규명하였다. 이를 기반으로 전문가 설문조사와 리스크 매트릭스를 이용하여 최종적으로 리스크 등급을 도출하였다. 리스크 평가 결과, 붕괴/지표침하의 영향도와 TBM 선형이탈 관련 인과조합의 발생확률이 높게 평가되었다. 또한, 연속적으로 수행되어야 하는 테일보이드(tail void) 뒷채움 미흡과 추진 잭 손상으로 인한 붕괴/지표침하를 방지하기 위한 리스크 저감조치가 사전에 적용해야 함을 알 수 있었다. 이에 따라, 리스크 저감 조치로서 나선형 세그먼트를 따라 배면 전 범위 탐지가 가능한 비파괴탐사 기술 개발과 순차적 추진 잭 가력 방식 고안 및 최적 페데스탈 각도 선정을 제안하였다.