• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권4호
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• pp.687-699
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• 2018

해저터널의 시공은 육상터널의 시공과 몇 가지 다른 부분이 존재하는데 지하수 이외에 해수가 존재하여 고수압을 받으며, 시공 중 지반보강이 육상터널보다 매우 어려운 점 등이 대표적이다. 그러므로 해저터널 시공 시 시공트러블 발생의 예방은 매우 중요하다. 본 고에서는 서해안 해저 약 60 m에 시공한 소형 슬러리 TBM의 굴진 성능을 분석하기 위하여 대상 지반의 지질학적 특성들과 기계적 특성들을 DB로 구축하였다. 구축한 DB 중 추력, 토크 및 RPM 등이 순굴진율에 주는 영향을 확인하고자 각 변수들 간의 상관분석을 실시하였다. 또한 구축된 DB로부터 비에너지와 FPI와의 상관관계를 분석하고 순 굴진율을 예측할 수 있는 경험식을 제시하였다.

• 터널과지하공간
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• 제29권6호
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• pp.394-406
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• 2019

도심지와 하·해저 터널에서는 연약지반 혹은 특수지반(단층대, 복합지반 등)을 조우할 가능성이 높으며, 이러한 조건에서는 TBM의 굴진율이 저하되고 다운타임이 증가하는 등의 문제점이 발생한다. 이러한 문제점들은 지반조사에서 발견되지 않은 불리한 지반조건에 기인하는 경우가 많으며, 굴진 중 수집된 굴진데이터를 근거로 향후 지층조건에 대한 최적의 운용조건을 결정하는 것이 최선이다. 본 연구는 향후 쉴드 TBM을 이용한 터널공사에서 단층대 및 복합지반에서의 효율적인 시공을 위하여 수행되었다. 외국의 사례를 통해 수집된 TBM의 굴진데이터를 활용하여 굴진율과 다운타임 발생 특성을 지층조건에 따라 분석하였다. 추력, 토크, RPM 등 주요 TBM의 기계데이터와 굴진율, 다운타임은 단층대와 복합지반의 특징에 따라 크게 영향을 받는 것을 확인하였고, 그 특징에 대하여 논하였다. 향후 국내외 유사한 지반에서의 TBM 시공 시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권2호
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• pp.433-452
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• 2018

쉴드 TBM 공법은 터널 굴착으로 인한 터널 굴진면과 굴착면의 변형을 억제하여 지반의 변형을 최소화할 수 있는 공법이다. 이를 위해 쉴드 TBM의 운전 조건들을 적절히 제어하는 것은 매우 중요하다. 쉴드 TBM 공법의 여러 가지 운전 조건 중 굴진면압과 뒤채움주입압은 지반에 직접 압력을 가하는 과정으로 굴착에 인한 지반변위의 억제 뿐만 아니라, 지반 내 유효응력 및 간극수압의 변화에 영향을 미치는 요인이다. 굴진면압과 뒤채움압의 작용에 대한 지반의 반응은 지반의 강성 및 투수성에 따라 상이하다. 특히, 포화된 연약 점성토의 경우 굴진면압과 뒤채움압에 의한 지반 내 응력 변화의 영향이 장시간동안 잔류하므로 이에 대한 반응은 투수성이 큰 지반과 구별되는 거동을 보인다. 따라서 본 논문에서는 유한 요소법을 이용한 응력-간극수압 연계 매개변수해석을 통해 포화 점성토 지반에서 쉴드 TBM 운전 조건과 지반의 강성과 투수성이 지표침하에 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다. 연구 결과, 점성토 지반의 지표침하는 즉시침하와 압밀침하로 구분할 수 있었으며, 특히 압밀침하 거동은 지반의 투수성과 강성의 영향을 크게 받는 것으로 나타났다. 또한, 굴진면압과 뒤채움압의 증가가 항상 지표침하 감소로 이어지지는 않고, 임의 크기의 압력(한계 압력) 이상으로 증가된 굴진면압과 뒤채움압은 역으로 지표침하를 증가시키는 요인으로 작용할 수 있음이 확인되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.227-242
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• 2019

토압식(Earth Pressure-Balanced, EPB) 쉴드 TBM 기계데이터 분석을 통해 토사터널의 특징이 반영된 막장 전방 예측 방법을 제안하였다. 기존에 암반과 토사가 혼합된 복합 지반의 예측에 적용하였던 시계열 분석 모델을 토사터널에 적용가능하도록 수정하였다. 또한 수정된 모델을 사용하여, 토사 종류에 따라 쏘일 컨디셔닝 재료를 선택하는 것이 타당한지 연구하였다. 이를 위해 Self-Organizing Map (SOM) 군집화(clustering) 분석을 수행하였다. 그 결과 무엇보다도 지반타입이 #200체 통과량 35% 기준으로 분류되어야 한다는 것을 확인하였다. 또한 TBM 기계데이터 분석을 통해 수정된 모델이 지반 타입을 예측하는데 사용될 수 있음을 확인하였다. 수정된 기준에 따라 지반 타입을 분류하고 시계열 분석을 수행하면, 10막장 전방 지반에 대해서 98%의 높은 예측 정확도를 보였으며, 이를 통해 수정된 방법의 우수성이 입증되었다. 특히 지반 타입 변화 구간에 대한 예측 정확도도 약 93%로, 10막장 전방에서 지반 타입 변화 여부를 미리 확인할 수 있게 되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권1호
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• pp.13-24
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• 2014

본 논문에서는 TBM 터널의 세그먼트 라이닝 설계 자동화 기술 개발의 일환으로 인공신경망기법을 이용한 세그먼트 라이닝 부재력 산정기법 개발에 관한 내용을 다루었다. 부재력 평가가 가능한 인공신경망을 개발하기 위해 먼저 다양한 설계조건을 도출하고 이에 대해 2-Ring Beam 모델을 이용한 유한요소해석을 수행하여 인공신경망 학습에 필요한 설계조건별 부재력에 관한 DB를 구축하였다. 구축된 DB를 활용하여 인공신경망의 최적화 과정을 통해 최대 부재력 및 분포도를 예측할 수 있는 인공신경망을 구축하였다. 검토 결과 구축된 인공신경망은 유한요소해석과 동일한 정밀도의 부재력 산정 기능을 확보하는 것으로 검토되었으며 따라서 TBM 세그먼트 라이닝 설계시 필요한 부재력 평가를 위한 효율적인 수단으로 활용될 수 있는 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제34권2호
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• pp.154-168
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• 2024

TBM 디스크 커터는 굴착 과정에서 마모되고 손상되므로 적절한 시기에 교체되어야 한다. 현재 디스크 커터의 교체 여부는 작업자가 커터헤드 챔버의 내부로 들어가 마모량과 상태를 직접 확인하여 결정하는 것이 일반적이다. 이러한 경우 작업자는 항상 위험한 환경에 노출될 뿐만 아니라 인력에 의한 계측 오류가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 디스크 커터의 마모량을 실시간으로 계측하는 기술을 개발하고자 하였다. 일련의 시험을 통해 자기센서를 마모 측정 센서로 결정하였으며, 무선통신모듈, 전원, 데이터 처리 보드 등을 종합한 실시간 디스크 커터 계측시스템을 개발하였다. 또한 개발된 계측시스템을 실제 TBM 굴착환경에 적용하여 계측 정확도와 안정성을 검증하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.209-222
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• 2024

토압식(Earth Pressure Balance) 쉴드 TBM (Tunnel Boring Machine)은 기계화 터널 굴착 공법 중 이수식(Slurry) 쉴드 TBM에 비하여 슬러리 처리 시설을 필요하지 않아 설비가 간단하고 진동과 소음이 적어 최근에 터널 시공에 널리 사용되고 있다. 토압식 쉴드 TBM으로 터널 굴착 시 첨가제를 활용하여 굴착토 물성을 개선하는 쏘일 컨디셔닝(soil conditioning) 기법을 적용하며, 이를 통해 토압식 쉴드 TBM을 적용할 수 있는 지반의 범위를 확장할 수 있다. 본 연구에서는 쏘일 컨디셔닝을 위한 첨가제로 주로 사용되는 폴리머를 대체할 수 있는 바이오폴리머(biopolymer)의 일종인 잔탄검(xanthan gum)의 적용성을 검토하였다. 바이오폴리머란 생물학적 기원으로 생성된 폴리머로써 모두 생분해가 가능하다. 환경에 유해한 성분을 함유하고 있는 일반 폴리머(폴리아크릴산계 폴리머)와 달리 잔탄검은 유독성이 거의 없고 환경에 미치는 영향이 적어 친환경 소재로 각광받고 있다. 슬럼프 시험을 통해 유사한 워커빌리티(workability)를 보이는 시험조건을 선정하고, 실내 가압 베인전단 시험을 통해 유동학적(rheological) 특성을 평가하였다. 유사한 슬럼프 값을 보이더라도 잔탄검의 함유량이 증가할수록 유동곡선(flow curve)상에 첨두강도가 감소하는 경향이 나타났으며, 이를 통해 잔탄검 함량과 첨두강도 사이의 상관관계를 도출하였다. 일반 폴리머를 잔탄검으로 대체한다면 환경친화적이라는 장점과 더불어 장비 부하를 감소시켜 안정적인 TBM 운용이 가능할 것이다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권6호
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• pp.587-596
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• 2015

Recent years have shown great advances in the feasibility of long subsea tunnels. Projects such as the Channel Tunnel, the Stoerebelt Tunnel or the Bosporus Crossing have pushed the boundaries of TBM tunneling technology and fueled the work on feasibility studies for even more challenging projects such as crossing the Qiongzhou or Gibraltar Straits. There are numerous geotechnical challenges such as wide variations of ground conditions, high operation pressures or long tunnel distances and finally geological uncertainties which must be solved in order to attempt such projects. Several operational challenges such as large muck quantities interventions under difficult conditions and long transport distances also have to be tackled. TBM manufacturer and construction industry have developed a number of approaches to these challenges which point into the right technical direction and have been proven successfully in recent experiences. Their further development will allow attempting several megaprojects which are currently under discussion.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.285-303
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• 2023

도심지 인프라 조성과 효율적인 공간 활용을 위하여 지하 공간 구축에 대한 관심이 증가하고 있다. 지하공간의 대표적인 활용방법으로는 터널이 있으며, 도로 터널 외에도 전력구 및 공동구와 같은 유틸리티 터널에 대한 건설도 점차 증가하고 있는 실정이다. 현행의 기본적인 터널 공법은 NATM (New Austrian Tunnelling Method)과 TBM (Tunnel Boring Machine)으로 구분할 수 있다. NATM 방식은 신뢰성 있는 공법이긴 하나 발파작업에 따른 진동 및 소음이 수반된다. TBM 굴착공법의 경우 공사 기간과 공사비 부분에서 불리한 측면이 있지만, 적정한 보완 방법들을 도입하면 경제성의 제고가 가능하다. 본 연구에서는 방호쉴드 공법을 이용하여 TBM 선행 굴착 후 NATM 방식으로 발파를 수행하는 공법을 개발하였다. 이는 각 터널 공법의 단점들을 보완한 형태로 공기 및 공사비 절감, 발파 진동 및 소음 등의 저감이 기대되는 방법이다. 개발 공법의 성능을 검토하기 위하여 방호쉴드 축소 모형을 적용한 방호쉴드의 성능평가 실험을 수행하였으며, 방호쉴드 공법의 발파진동 영향 등을 분석하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제9권4호
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• pp.1050-1058
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• 2008

현재, TBM 공법의 적용은 1985년 이래로 점진적으로 증가되고 있는 추세에 있다. 본 연구는 암반터널에서 탁월한 굴진실적을 갖고 있는 TBM 공법의 이해와 운영상의 발전을 위해서 TBM 공법을 적용한 시공 사례의 시간손실과 TBM 굴진장의 상관관계를 분석하였다. 그리고 분석결과를 기 분석된 미국, 일본의 운영현장의 결과값과 비교하여 TBM 굴진에 영향을 주는 요인을 분석하였고 그 분석결과에 따른 운영 개선 방안을 제시하였다. 따라서 본 연구에서 제시한 개선 방안은 향후 기본계획수립단계에서 TBM 공법 적용시 개략적인 지표로 활용할 수 있는 중요한 자료가 될 것으로 사료된다.