• 기계와재료
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• 제21권4호
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• pp.96-105
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• 2010

도로 및 철도는 차량의 고속화와 신속한 물류의 유통을 위해 직선 및 수평화가 절실하게 요구되며, 국내 건설구간의 약 50~70%가 산악지형으로서 터널공사가 필수적으로 요구된다. 국내터널굴착은 주로 발파에 의한 NATM(New Austrian Tunneling Method)으로 공사가 이루어지고 있으나, 굴착효율이 낮으며 안전사고의 위험성이 높다. 해외에서는 급속한 시공을 위하여 TBM(Tunnel Boring Machine)의 적용 사례가 증가하고 있다. 그러나 국내에는 TBM에 대한 연구가 전무한 상태이고, TBM 터널의 설계 시공 기술과 경험이 미흡하다. 최근 대도시의 지하터널과 장대터널의 수요가 증대되어 TBM터널시공 기술과 TBM장비의 국산화가 절실하게 요구되고 있다. 본고에서는 국내외 주요 TBM 시공현황과 전망을 정리하여 TBM 터널 기술의 확보가 매우 시급함을 상기시키고자 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권3호
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• pp.261-275
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• 2012

본 논문은 이수식 쉴드 TBM 굴착시 굴착면 안정에 큰 영향을 미치는 굴착면의 이수 침투에 따른 이막형성여부에 대하여 해석적 고찰을 수행하였다. 이러한 해석적 접근은 이수식 쉴드 TBM의 계획 및 설계시 최적 장비 형식 선정 및 시공계획 수립에 참고가 될 수 있으나, 이제까지 이에 대한 효과적인 해석적 방법에 대하여 제안된 것이 없는 상황이다. 따라서 본 논문에서는 사질토 입자의 모델링에 효과적인 $PFC^{2D}$의 Fluid Coupling simulation을 이용하여 해석을 수행하였으며, 해석결과, 이수침투 특성은 굴착 대상지반의 투수성과 이수특성(비중, 점성계수등)에 따라 변화됨을 파악할 수 있었다. 본 해석적 접근방법을 통하여 이수식 쉴드 TBM의 계획 설계단계에서 대상지반 특성을 고려한 이수 점도관리 방안 수립과 함께 시공중의 초기굴진단계에서의 최적 이수점도의 재검증을 통하여 안전한 터널시공에 도움이 될 것이라 판단된다.

• 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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• 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.

• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2008년도 국제학술회의
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• pp.33-41
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• 2008

The longest tunnel has been halted at Daekwanryung by the failure of the host country of the Winter Olympiad in 2014, but modern High-Power TBM will come to Korea to excavate these long tunnels to establish the better horizontal connection between the western and eastern countries to improve the strong powerful logistic strategy of Korean peninsula. Train operation provides a key function of air movements in a long underground tunnel, and heat generation from transit vehicles may account of the most heat release to the ventilation and emergency systems. This paper indicates the optimal fire suppress services and safety provision for the long railway tunnel which is designed twin tunnel with length 22km in Gangwon province of Korea. The design of the fire-fighting systems and emergency were prepared by the operation of the famous long-railway tunnels as well as the severe lessons from the real fires in domestic and overseas experiences. Designers should concentrate the optimal solution for passenger's safety at the emergency state when tunnel fires, train crush accidents, derailment, and etc. The optimal fire-extinguishing facilities for long railway tunnels are presented for better safety of the comfortable operation in this hard rock tunnel of eastern mountains side of Korea. Since year 1900, hard rock tunnel construction has been launched for railway tunnels in Korea, tunnels have been built for various purposes not only for infrastructure tunnels including roadway, railway, subway, and but also for water and power supply, for deposit food, waste, and oils etc. Most favorable railway tunnel system was discussed in details; twin tunnels, distance of cross passage, ventilation systems, for the comfortable train operations in the future.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.985-997
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• 2017

해외에서는 이미 많은 국가에서 대부분의 터널공사가 쉴드TBM공법으로 발주되고 있으며, 국내 기업도 활발하게 참여하여 수행하고 있는 실정이다. 국내의 경우는 재활용 장비를 활용한 전력구, 가스관로, 상하수도 공사를 중심으로, 지하철 터널의 경우는 신규장비를 활용한 7 m 이상의 쉴드TBM공법이 주로 발주되고 있다. 쉴드TBM은 한번 제작되면 변경하기 쉽지 않으므로, 해당 공사의 다양한 특성을 만족하도록 제작조건에 대해 충분한 정보를 발주자가 제공할 필요가 있다. 본 연구는 먼저 최적의 쉴드TBM 제작을 위해 최근 홍콩과 영국에서 발주된 도심지 터널공사의 입찰안내서에서 제시한 제반 조건들을 검토하고, 국내의 입찰안내서와 비교분석하였다. 이러한 분석결과는 향후 국내에서 쉴드TBM을 이용하여 터널공사를 수행하고자 하는 경우, 입찰 및 제작에 대한 보다 발전된 가이드라인을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.735-747
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• 2019

도시화에 따른 지상공간 부족으로 인해 사회시설물 매설을 위한 공동구 터널의 수요가 증가하고 있다. 쉴드 TBM 공법을 이용한 도심지에서의 공동구 터널 시공 중 불가피하게 복합지반, 호박돌층과 같은 특수지반 조우 시 여러 가지 트러블이 발생하여 공기 및 공사비가 증가될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 MIDAS GTS NX (Ver. 280)을 이용해 특수지반의 특성, 보강영역, 토피고, 수위를 달리하여 수치해석을 수행하여 매개변수 조합에 따른 최적의 지반보강영역을 분석하였다. 그 결과 복합지반과 호박돌층 모두 무보강 지반굴착 시 안정성 확보가 어려웠으나 최대 2.0D 만큼의 지반보강 그라우팅 적용 시 토피고 30 m인 복합지반을 제외하고 내공변위가 허용치 내로 발생하였다. 또한 복합지반 및 호박돌층 모두 굴착 시 과다한 지하수 유출이 발생하여 차수그라우팅 적용 후 안정성을 확보할 수 있었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2010년도 제39회 하계학술대회 초록집
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• pp.198-198
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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 터널산화막층은 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 Si3N4/HfAlO (3/3 nm)을 사용하여 I-V(current-voltage), Retention, Endurance를 측정하여 메모리 소자로서의 특성을 분석하였으며, 제 1 터널 산화막(Si3N4)의 두께를 wet etching 시간 (0, 10, 20 sec)에 따른 메모리 특성을 비교 분석하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권1호
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• pp.11-23
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• 2015

본 연구에서는 쉴드터널의 볼트 체결 방식의 문제점을 개선하기 위해 강연선 긴장력을 이용한 새로운 세그먼트 체결 기술을 개발하였다. 현장 조립 시험시공을 통해 세그먼트 전단키가 세그먼트 틸팅 공정에서 가이드 역할을 하여 볼트 체결 방식보다 조립 시간이 더 단축되는 것을 확인하였다. 그리고 세그먼트 조립 공정의 소요공기 측정결과 볼트 체결 방식은 1개의 세그먼트 공급에서 체결까지 420초가 소요되었고, 강연선 체결 방식은 400초가 소요되었는데, 강연선 자동화 장치를 이용할 경우 기존 볼트 체결 방식에 비해 60초의 소요공기 감소효과가 있는 것으로 나타났다. 또한, BIM을 활용한 쉴드TBM 연동 강연선 자동화 시스템 모델링은 쉴드TBM 설계, 굴진 계획, 공법 프로세스 파악, 시공 관리 등에서 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국기계가공학회지
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• 제18권1호
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• pp.38-45
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• 2019

In this paper, the stability of the tunnel boring machine (TBM), used in tunnel excavation, according to the thrust force of the thrust jack was investigated. The existing hydraulic cylinder analysis method is fluid-structure interaction (FSI) analysis, where all of the flow setting and dynamic characteristics should be considered. Therefore, there is a need for a method to solve this problem simply and quickly. To facilitate this, the theoretical pressure in the hydraulic cylinder was calculated and compared with the analytical and experimental results. In the case of the analysis, the pressure generated inside the cylinder was analyzed statically, considering the operating characteristics of the shield TBM, and the stress and pressure were calculated. This method simplifies the analysis environment and shortens the analysis time compared to the existing analysis method. The obtained theoretical and analytical data were compared with the measured data during actual tunneling, and the analysis and experimental data showed a relative error of approximately 23.89%.