• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.599-614
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• 2014

TBM으로 시공되는 터널은 기계에 의해 전단면 굴착(full face tunnelling)이 이루어지므로, 굴착면에 접근하는 것이 매우 제한적이다. 이러한 한계를 극복하고 TBM 터널에서 굴착면 전방의 지반상태를 정확히 예측할 수 있는 기술은 매우 드물다. 본 연구는 TBM에서 전기비저항을 사용하여 굴착면 전방의 이상지반을 예측할 수 있는 TBM 비저항 예측(TRP)시스템을 개발하고, TBM 현장에서의 적용성과 예측 정확성을 검증하기 위해 EPB 쉴드 TBM으로 시공 중인 지하철 터널에서 현장 실험을 수행하였다. TBM 비저항 예측 시스템은 전극을 사용하여 지반의 전기비저항을 측정하고, 이를 바탕으로 역해석을 수행하여, 이상지반의 위치와 두께 및 전기적 특성을 예측한다. 전극이 부착된 강관을 유압으로 굴착면에 압입하여, 전극이 지반과 완전히 접촉하도록 장치를 제작하였다. 또한, 전극이 챔버 내부를 관통하여 나아가도록 하는 동시에 토사유출을 방지하도록 설계하여 현장에서의 전방예측을 가능하게 하였다. 1차 실험 결과, 굴착면 근접 지반과 굴착면 전방 지반의 전기비저항 및 유전율이 동일하게 나타나 이상지반이 존재하지 않음을 예측하였다. 2차 실험 결과, 굴착면 전방 약 1 m 지점부터 상대적으로 낮은 유전율 비를 가지는 이상지반 구간이 약 5 m 길이로 존재함을 예측하였다. 이는 각각 지표에서 물리탐사 또는 시추를 통해 조사된 지반상태 및 TBM 굴착 중 예측 구간에서 반출되었던 버력을 관찰한 기록과 잘 일치하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권6호
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• pp.623-641
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• 2020

터널식 전력구는 약 5 km 이내의 연장을 기계식 굴착장비인 밀폐형 쉴드TBM을 이용하여 건설된다. 공기지연 예방 및 적기가압을 위해서는 암반등급별 공사기간의 예측정확도를 향상시켜야하며, 투입된 장비의 성능을 고려한 최적운전이 필수적이다. 이에 본 연구에서는 3.6 m급 쉴드TBM에 적합한 순굴진율 모델을 개발하고자 실대형 굴진시험을 수행하였다. 대표적인 일축압축강도에 대해서 소요추력과 커터헤드 회전속도를 바탕으로 약 100회의 실험을 수행하였다. 이에 풍화암, 연암, 경암분류에 따라 일축압축강도와 장비의 소요추력 조건이 고려된 연직력과 압입깊이 및 일축압축강도와 토크와의 상관관계를 제시하였다. 개발된 순굴진율 모델을 바탕으로 구동부 성능분석과 최적운전 조건에 대해 제시하였다. 본 연구결과를 통해 터널식 전력구 공사기간 단축 및 조기사용에 대한 사용자 편익증대를 기대할 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권1호
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• pp.91-105
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• 2020

본 연구는 Shield TBM의 챔버 내 교반봉의 영향범위 및 배토효율 향상을 위한 기초연구이다. 현재 국내Shield TBM의 연구에 있어 디스크 커터, 커터 비트, 세그먼트에 관한 연구는 많이 이루어져 있다. 하지만 Shield TBM 굴착 시 막장면에서 유입되는 토사 및 암반들을 교반시켜 스크류 컨베이어로 배토시키는 연구는 해외에 비해 미비하다. 본 연구에서는 기존 Shield TBM 챔버를 축소모형으로 제작하여 실험을 진행하였다. 챔버 내부는 크기(4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm)와 색(검은색, 흰색, 빨간색, 파란색)이 다른 시료를 사용해 층을 형성하였다. 이에 대하여 RPM과 교반봉의 형상 및 크기에 차이를 두어 실험을 진행하였다. 또한 중력의 방향이 교반 효율에 끼치는 영향을 파악하기 위하여 축소모형을 세웠을 때와 눕혔을 때의 교반 차이를 확인해 보았다. 이는 중력방향의 차이 외의 다른 조건은 모두 동일하게 진행하였다. 본 실험을 통해 챔버모형의 설치 방향, 내부의 교반봉 크기 및 형상, RPM에 따른 교반효과 및 Torque를 파악하였다. 교반효과 및 Torque를 비교 검토한 결과 교반봉의 형상 및 크기는 시료의 교반에 영향을 끼치며, 중력방향은 Torque에 영향을 끼치는 것을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.273-280
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• 2003

도심지 교통해소를 위한 수단으로 터널구조물의 건설은 날로 증가되는 추세에 있다. 그러나, 새로운 터널구조물이 기존 터널구조물과 인접 또는 교차하여 건설됨에 따른 기존 터널구조물의 운영상의 안정성 확보는 상당히 중요하다. 이에 따라, 이 논문은 기존터널과 인접하여 건설되는 신설터널과의 상호거동에 대한 연구로써, 특히 상하교차터널에 대하여 중점을 두었다. 이 연구는 1g 모형시험을 실시하고 그들 결과의 분석을 통하여 교차터널의 거동에 대한 연구 고찰하였다. 또한 교차터널의 설계방향 제시함으로써 보다 실질적인 교차터널의 설계기술 발전을 위하여 활용되어 질 것으로 판단된다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2005년도 추계학술대회 논문집
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• pp.454-461
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• 2005

There are many cross tunnelling methods such as NTR, TRCM, Messer Shield, Front Jacking, and Pipe Roof Method. The advantages of adopting RPS(Roof Panel Shield) method in crossing tunnel construction with comparing other existing cross tunnelling method are needed a little space and easy to change the direction of cutting shoe during the construction of pipe roof. The 3-dimensional numerical analysis of RPS was performed for the application in the crossing tunnel under railroad. The earth pressure distribution and settlement were predicted when the RPS method was applied during the excavation for crossing railroad tunnel construction.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권2호
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• pp.261-267
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• 2014

다양한 종류와 크기의 하중이 터널에 재하되는데, 본 연구에서는 쉴드 터널 내부에 작용하는 열차 진동하중이 연약 사질지반에 미치는 영향을 3차원 수치모델에 의하여 수치해석적으로 검토하였다. 이를 위하여 사인함수와 열차제원을 이용하여 열차진동의 형상과 주파수를 산정하고 속도충격률 및 노반압력을 계산하여 열차진동하중을 획득하였다. 계산된 열차진동하중을 3차원 유한차분해석망에 재하하여 Finn model을 이용한 유효응력해석을 수행하였다. 그 결과, 시간에 따른 과잉간극수압이력을 산정하였고 과잉간극수압비를 이용하여 액상화 가능성을 판정하였다. 그 결과 열차진동하중에 의하여 과잉간극수압이 발생함을 확인하였으나, 발생 정도는 미미함을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권2호
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• pp.175-187
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• 2015

본 논문은 저심도 철도 건설을 위해 사용될 트렌치 쉴드 장비의 설계에 대한 내용을 다루고 있다. 저심도 철도는 도로 아래의 5~7 m에 설치되며 개착 공법으로 시공을 하게 된다. 개착 공법으로는 주로 가시설을 이용한 공법이 많이 이용하고 있는데, 현 기술 수준으로 가시설을 이용한 공법의 한계점으로 높은 시공비와 시공 기간을 들 수 있다. 이러한 단점을 극복하기 위한 트렌치 쉴드 장비의 개발이 진행되고 있다. 트렌치 쉴드 장비는 주변 토압을 지지하는 토류판과 하단부의 굴착기로 구성되어 있는데, 토류판이 가시설의 역할을 대신하며 전면 하단에 굴착기가 부착되어 굴착시간을 단축 시켜준다. 또한 굴착 후 바로 세그먼트를 삽입을 하기 때문에 시공시간을 상당히 절약할 수 있다. 본 논문에서는 트렌치 쉴드 장비의 주요 기능을 담당하는 굴착기의 비트 설계 및 요구되는 모터 동력의 산정에 대한 연구 내용을 서술하였다.

• 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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• 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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• 제22권1호
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• pp.23-46
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• 2020

본 연구에서는 터널 근접 시공으로 인한 기 존재 단독말뚝의 공학적 거동을 파악하기 위하여 터널로부터 말뚝선단의 이격거리와 막장압의 변화를 고려한 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 수치해석에서는 터널 막장압을 고려하여 말뚝의 거동을 분석하였으며, 터널굴착으로 유발되는 지반침하, 말뚝두부침하, 말뚝축력 및 말뚝-지반 사이의 경계면에서 발생하는 전단응력을 고찰하였다. 말뚝이 터널 크라운(crown) 바로 상부에 위치하고 말뚝선단까지의 수직 이격거리가 0.25D (여기서, D는 터널직경)인 경우 초기 응력의 50%에 해당하는 막장압을 적용할 경우 25%의 막장압을 적용한 것과 비교한 결과 말뚝두부의 침하가 약 38% 감소하였다. 또한, 막장압의 크기가 작을수록 지반침하, 말뚝의 축력 및 말뚝-지반 사이에서 발생하는 전단응력이 증가하며, 말뚝이 터널굴착 영향권 밖에 존재할 경우 말뚝에는 압축력 형태의 축력이 발생하였다. 따라서 막장압의 크기 및 터널-말뚝선단의 상대위치는 지반 침하와 말뚝 침하에 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 수행된 연구결과의 경우 기존에 보고된 연구결과를 바탕으로 비교분석을 실시하였으며, 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동을 심도 있게 분석하였다.