• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권3호
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• pp.321-339
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• 2014

본 논문에서는 인공신경망 기술을 이용한 TBM 터널 세그먼트 라이닝의 설계 시스템 개발에 관한 내용을 다루었다. 먼저 개발 시스템에 대한 개념 및 개발 과정과 시스템을 구성하는 각 요소기술 및 개별 모듈 개발에 관한 내용을 기술하였다. 본 시스템의 요소기술인 ANN-기반의 세그먼트 라이닝 부재력 예측 시스템에 대해 그 개념과 ANN 학습과정 및 검증과정을 기술하였다. ANN-기반의 세그먼트 라이닝 부재력 예측은 유한요소해석을 토대로 구축한 DB를 ANN을 통해 일반화 한 후 개발된 엔진을 세부 모듈에 접목시켜 별도의 해석 없이 유사 단면 혹은 현장에 적용이 가능하도록 하였다. 또한 해석 대상 단면에 대하여 상용 유한요소해석 프로그램과 연계하여 해석 Input파일의 자동생성이 가능하도록 하였으며 유한요소해석 결과를 통한 단면 검토가 가능하도록 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권6호
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• pp.667-681
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• 2012

일반적으로 리스크 관리는 리스크 확인, 리스크 분석, 리스크 평가, 리스크 대책, 리스크 재평가를 포함하는 일련의 과정으로 구성된다. 본 논문에서는 쉴드 TBM 터널에서 발생 가능한 리스크 요인들을 여러 문헌 자료와 워크샵을 바탕으로 조사하였다. 리스크 요인들은 지질 요인, 설계 요인, 시공 관리 요인으로 구분되었다. Fault Tree도는 리스크들을 커터, 기계 구속, 배토(굴진), 세그먼트과 관련된 4그룹으로 분류하여 작성되었다. FT도로부터 12가지 리스크 아이템을 확인하고 각각의 발생확률을 구하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권6호
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• pp.683-697
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• 2012

본 논문에서는 쉴드 TBM 터널에서 적용 가능한 리스크 분석 방법을 연구하였다. FTA 방법을 통해 리스크 아이템과 각각의 발생확률을 확인하고 AHP 방법을 통해 각각의 리스크 아이템의 영향도를 구하였다. 마지막으로 각각의 리스크 아이템의 리스크 레벨을 평가할 수 있었다. 개발된 방법을 EPB 쉴드 터널이 사용된 서울 지하철 현장에 적용하여 리스크 분석 결과가 현장 데이터에 부합하는 합리적 결과임을 검증하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제30권1호
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• pp.75-91
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• 2022

This paper aims to show how to use several Machine Learning (ML) methods to estimate the TBM penetration rate systematically (TBM-PR). To this end, 1125 datasets including uniaxial compressive strength (UCS), Brazilian tensile strength (BTS), punch slope index (PSI), distance between the planes of weakness (DPW), orientation of discontinuities (alpha angle-α), rock fracture class (RFC), and actual/measured TBM-PRs were established. To evaluate the ML methods' ability to perform, the 5-fold cross-validation was taken into consideration. Eventually, comparing the ML outcomes and the TBM monitoring data indicated that the ML methods have a very good potential ability in the prediction of TBM-PR. However, the long short-term memory model with a correlation coefficient of 0.9932 and a route mean square error of 2.68E-6 outperformed the remaining six ML algorithms. The backward selection method showed that PSI and RFC were more and less significant parameters on the TBM-PR compared to the others.

• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2001년도 추계공동학술발표회 논문집
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• pp.115-120
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• 2001

In No. 1 tunnel for Kwnagju urban subway construction, net penetration rate of the shield TBM was analyzed. This tunnel of 540 m length is located in soil layers at starting and in hard rocks such as amphibolite and granitic gneiss at ending with 84 m length. The net penetration rate was dropped down to 2∼11 cm/hr in rock while 50∼80 cm/hr in soil. Theoretical penetration rate is analyzed in conditions of machine and rock in order to compare the actual net penetration rate. The relationships between net penetration rate and thrust force is also investigated in this report.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2009년도 제38회 동계학술대회 초록집
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• pp.255-255
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• 2010

전하 트랩형 비휘발성 메모리는 10년 이상의 데이터 보존 능력과 빠른 쓰기/지우기 속도가 요구 된다. 그러나 두 가지 특성은 터널 산화막의 두께에 따라 서로 trade off 관계를 갖는다. 즉, 두 가지 특성을 모두 만족 시키면서 scaling down 하기는 매우 힘들다. 이것의 해결책으로 적층된 유전막을 터널 산화막으로 사용하여 쓰기/지우기 속도와 데이터 보존 특성을 만족하는 Tunnel Barrier engineered Memory (TBM)이 있다. TBM은 가운데 장벽은 높고 기판과 전극쪽의 장벽이 낮은 crested barrier type이 있으며, 이와 반대로 가운데 장벽은 낮고 기판과 전극쪽의 장벽이 높은 VARIOT barrier type이 있다. 일반적으로 유전율과 밴드갭(band gap)의 관계는 유전율이 클수록 밴드갭이 작은 특성을 갖는다. 이러한 관계로 인해 일반적으로 crested type의 터널 산화막층은 high-k/low-k/high-k의 물질로 적층되며, VARIOT type은 low-k/high-k/low-k의 물질로 적층된다. 이 형태는 밴드갭이 다른 물질을 적층했을 때 전계에 따라 터널 장벽의 변화가 민감하여 전자의 장벽 투과율이 매우 빠르게 변화하는 특징을 갖는다. 결국 전계에 민감도 향상으로 쓰기/지우기 속도가 향상되며 적층된 유전막의 물리적 두께의 증가로 인해 데이터 보존 특성 또한 향상되는 장점을 갖는다. 본 연구에서는 기존의 TBM과 다른 형태의 staggered tunnel barrier를 제안한다. staggered tunnel barrier는 heterostructure의 에너지 밴드 구조 중 하나로 밴드 line up은 두 밴드들이 같은 방향으로 shift된 형태이다. 즉, 가전자대 에너지 장벽의 minimum이 한 쪽에 생기면 전도대 에너지 장벽의 maximum은 반대쪽에 생기는 형태를 갖는다. 이러한 밴드구조를 갖는 물질을 터널 산화막층으로 하게 되면 쓰기/지우기 속도를 증가시킬 수 있으며, 데이터 보존 능력 모두 만족할 수 있어 TBM의 터널 산화막으로의 사용이 기대된다. 본 연구에서 제작한 staggered TBM소자의 터널 산화막으로는 $Si_3N_4$/HfAlO (Hf:Al=1:3)을 사용하여 I-V(current-voltage), Retention, Endurance를 측정하여 메모리 소자로서의 특성을 분석하였으며, 터널 산화막의 제 1층인 $Si_3N_4$의 두께를 1.5 nm, 3 nm일 때의 특성을 비교 분석하였다.

• 한국산업정보학회논문지
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• 제24권6호
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• pp.35-42
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• 2019

본 논문에서는 TBM(Tunnel boring machine) 시스템의 기동 특성향상을 위해 기존에 제안되었던 회생기동방법에 대한 실제적으로 발생되는 문제점을 분석하고, 이에 대한 해결방법을 제안한다. 기존의 연구결과에서 나타나는 속도리플 문제를 해결하기 위하여, 우선 시스템 상에서의 발생하고 있는 문제점을 분석하고, 이를 보완할 수 있는 방법을 제시하였다. 개선된 방법을 실제 시스템에 적용하여 기존의 시스템 결과와 비교함으로써 제안된 방법이 효과적임을 검증하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권1호
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• pp.49-63
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• 2015

본 논문에서는 가상 해저터널의 세그먼트 라이닝의 부재력 평가하여 수심별 세그먼트 최적 두께 산정 및 하중식에 따른 부재력 변화에 관한 내용을 다루었다. 가상 해저터널의 세그먼트 부재력을 평가하기 위해 먼저 다양한 설계 조건을 도출하고 이에 대해 2-Ring Beam 모델을 이용한 구조해석을 수행하여 부재력을 산출하였다. 산출한 부재력을 이용하여 예비 철근 배근을 통해 단면검토를 수행하여 각각의 지층별로 철근 배근을 조절하여 최적 두께를 산정하였다. 검토 결과를 토대로 시공조건에 따른 부재력 변화 경향을 검토하였으며 아울러 다양한 시공조건에 따른 최적 라이닝 단면을 제시하였다.

• 터널과지하공간
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• 제13권6호
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• pp.444-454
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• 2003

최근 TBM등의 기계식 터널 굴착에 널리 사용되는 커터 디스크 관입에 의한 암석 파쇄 기술은 커터디스크 관입에 따라 국부적으로 높은 응력이 발생하고 미소균열이 생성 및 전파되는 과정이며, 이러한 현상은 암석의 불균질성에 기인한다. 따라서 본 연구에서는 수치해석적으로 TBM에 의한 파괴 메카니즘을 규명하기 위하여. Weibull 분포함수를 이용하여 암석의 불균질 강도 물성을 고려하였으며, 파괴후 물성 저하를 고려하기 위하여 저감지수를 도입하였다. 본 연구결과로부터 단일 커터 디스크 관입시 측압이 매우 중요한 영향을 미치며, 측압이 작을수록 관입에 저항하는 강도는 약하여 커터 디스크와 접촉하는 면과 수직한 방향으로 파괴가 잘 발생하고 측압이 클수록 암석 표면을 따라 chipping 현상이 잘 나타났다. 또한 두 개의 커터 디스크가 작용하는 경우 파괴영역이 전파되고 상호 연합되어 최종적으로 파괴가 발생하는데, 커터 디스크 간격이 70 mm인 경우가 40 mm와 100 mm인 경우 비해 좋은 파쇄효율을 나타내었다. 이상의 결과로부터 커터 디스크 관입에 의한 암석의 chipping 과정 및 메카니즘의 이해와 TBM 터널 설계를 위한 다양한 검토를 해석적 기법으로서 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제35권5호
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• pp.487-497
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• 2023

Penetration rate (PR) and penetration depth (Pe) are crucial parameters for estimating the cost and time required in tunnel construction using tunnel boring machines (TBMs). This study focuses on investigating the impact of rock strength on PR and Pe through full-scale experiments. By conducting controlled tests on rock-like specimens, the study aims to understand the contributions of various ground parameters and machine-operating conditions to TBM excavation performance. An earth pressure balanced (EPB) TBM with a sectional diameter of 3.54 m was utilized in the experiments. The TBM excavated rocklike specimens with varying uniaxial compressive strength (UCS), while the thrust and cutterhead rotational speed were controlled. The results highlight the significance of the interplay between thrust, cutterhead speed, and rock strength (UCS) in determining Pe. In high UCS conditions exceeding 70 MPa, thrust plays a vital role in enhancing Pe as hard rock requires a greater thrust force for excavation. Conversely, in medium-to-low UCS conditions less than 50 MPa, thrust has a weak relationship with Pe, and Pe becomes directly proportional to the cutterhead rotational speed. Furthermore, a strong correlation was observed between Pe and cutterhead torque with a determination coefficient of 0.84. Based on these findings, a predictive model for Pe is proposed, incorporating thrust, TBM diameter, number of disc cutters, and UCS. This model offers a practical tool for estimating Pe in different excavation scenarios. The study presents unprecedented full-scale TBM excavation results, with well-controlled experiments, shedding light on the interplay between rock strength, TBM operational variables, and excavation performance. These insights are valuable for optimizing TBM excavation in grounds with varying strengths and operational conditions.