• 한국지반공학회지:지반
• /
• 제11권1호
• /
• pp.51-62
• /
• 1995

1985년 국내에 처음으로 TBM(tunnel boring machine) 공법이 도입된 이래, 최근 그 사용이 급격히 증가하여 전세계 TBM 보유율의 27%를 차지하게 되었으며 상당한 시공실적도 가지게 되었다. 그러나 TBM 공법에 의한 많은 시공실적에도 불구하고 TBM의 굴착효율을 증진시키기 위한 연구는 미흡한 편이다. TBM 공법의 굴착효율에 영향을 미치는 인자로는 기계적 요인, 지반공학적 요인과 현장운영 상의 요인을 들 수가 있다. 이때까지의 굴착효율을 높이기 위한 연구는 주로 기계적 요인의 개선방안에 대해서 중점적으로 다루이져 왔지만 지반공학적 요인도 매우 중요하며 암반이 갖고 있는 물리적 특성에 따라서 사전에 TBM 공법의 적용여부를 판단할 수 있으며, 또한 현장 암반조건에 적합한 TBM 종류를 선택할 수도 있다. 본 논문의 목적은 실제 TBM 공법 적용 현장에서 얻어진 암반에 대한 자료와 제반 TBM 굴착작업과의 관계를 분석하고, 암반조건에 따른 TBM 굴착효과를 구명하고자 하였다.

• 화약ㆍ발파
• /
• 제41권4호
• /
• pp.9-16
• /
• 2023

터널의 대표적인 굴착방식인 TBM 공법과 NATM 공법의 지구온난화 영향도를 비교하기 위해 각 방식에 대한 전과정평가 (Life Cycle Assessment)를 수행하였다. 전과정평가는 제품 제조 전 단계, 제품 제조 단계, 사용 단계, 폐기 단계를 고려하여 탄소배출량의 합산으로 비교해야 마땅하나, TBM (Tunnel Boring Machine)의 제조 및 폐기 데이터에 대한 접근이 제한되어 사용단계에 초점을 맞추어 분석할 수 밖에 없었다. 일반적으로 제품 제조 전 단계 및 제품 제조 단계에서 배출되는 탄소 배출량이 제품수명주기의 전과정에서 배출되는 탄소배출량의 90%를 넘는 경우가 대부분이다. 따라서 사용 단계의 비교만으로는 분석 목표를 달성하기 어렵기 때문에 분석 범위를 확장하였고, 제조 데이터에 접근이 가능한 NATM 공법에 대해서는 제품제조 전 단계 및 제품제조 단계를 포함한 과정에 대한 탄소 배출량을 산출하여 비교해 본 결과, TBM 공법은 사용 단계만 고려했음에도 불구하고 전 과정을 고려한 NATM 공법에 비해 탄소 배출량이 많게 결과값이 산출되었다. 이러한 결과는 향후 터널 시공설계 시 최근 환경영향분야 중 관심이 집중되고 있는 기후 변화 (지구온난화)의 영향도를 고려할 때 NATM 공법이 상대적으로 친환경적이라 볼 수 있을 것이다.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제22권6호
• /
• pp.489-496
• /
• 2020

This study proposes a new empirical model to effectively predict the excavation performance of a shield tunnel boring machine (TBM). The TBM performance is affected by the geological and geotechnical characteristics as well as the machine parameters of TBM. Field penetration index (FPI) is correlated with rock mass parameters to analyze the effective geotechnical parameters influencing the TBM performance. The result shows that RMR has a more dominant impact on the TBM performance than UCS and RQD. RMR also shows a significant relationship with the specific energy, which is defined as the energy required for excavating the unit volume of rock. Therefore, the specific energy can be used as an indicator of the mechanical efficiency of TBM. Based on these relationships with RMR, this study suggests an empirical performance prediction model to predict FPI, which can be derived from the correlation between the specific energy and RMR.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제16권2호
• /
• pp.117-124
• /
• 2014

최근 국내에서는 쉴드 TBM (Tunnel Boring Machine)을 이용한 터널 굴착에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 쉴드 TBM 터널은 비배수 터널로써 세그먼트 이음부에서 누수가 발생할 경우에는 터널의 사용성 및 안정성에 문제가 될 수 있다. 본 연구에서는 첫째로 쉴드 TBM 터널의 세그먼트 시공 시 시공오차 및 세그먼트 과다변형에 의한 수팽창 지수재의 방수 성능 변화를 알아보았고, 두 번째로 지하수와 해수에 있을 수 있는 황산염과 염화물에 의한 수팽창 지수재의 내구성 저하를 알아보았다. 시험결과, 체결각 불합치가 $2^{\circ}$이상으로 시공 오차가 발생한 경우에는 수팽창 지수재의 차수 능력을 기대하기는 어려운 것으로 판단된다. 또한 수팽창 지수재가 황산마그네슘 용액에 장시간 노출될 경우에는 지수재의 내구 성능에 문제가 있을 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국기계가공학회지
• /
• 제18권1호
• /
• pp.38-45
• /
• 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%.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제24권4호
• /
• pp.323-335
• /
• 2021

This paper aims to estimate the range of the excavation damaged zone (EDZ) formation caused by the tunnel boring machine (TBM) advancement through dynamic three-dimensional large deformation finite element analysis. Large deformation analysis based on Coupled Eulerian-Lagrangian (CEL) analysis is used to accurately simulate the behavior during TBM excavation. The analysis model is verified based on numerous test results reported in the literature. The range of the formed EDZ will be suggested as a boundary under various conditions - different tunnel diameter, tunnel depth, and rock type. Moreover, evaluation of the integrity of the tunnel structure during excavation has been carried out. Based on the numerical results, the apparent boundary of the EDZ is shown to within the range of 0.7D (D: tunnel diameter) around the excavation surface. Through series of numerical computation, it is clear that for the rock of with higher rock mass rating (RMR) grade (close to 1st grade), the EDZ around the tunnel tends to increase. The size of the EDZ is found to be direct proportional to the tunnel diameter, whereas the depth of the tunnel is inversely proportional to the magnitude of the EDZ. However, the relationship between the formation of the EDZ and the stability of the tunnel was not found to be consistent. In case where the TBM excavation is carried out in hard rock or rock under high confinement (excavation under greater depth), large range of the EDZ may be formed, but less strain occurs along the excavation surface during excavation and is found to be more stable.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제29권3호
• /
• pp.321-329
• /
• 2022

Tunnel site where high water pressure is applied, such as subsea tunnel, generally selects the shield TBM (Tunnel Boring Machine) to maintain the tunnel excavation face. The shield TBM has cutters installed, and the cutters wear out during the process of excavation, so it should be checked and replaced regularly. This is called CHI (Cutterhead Intervention). The conventional CHI under high water pressure is very disadvantageous in terms of safety and economics because humans perform work in response to high water pressure and huge water inflow in the chamber. To overcome this disadvantage, this study proposes a new method to dramatically reduce water pressure and water ingress by injecting an appropriate grout solution into the front of the tunnel face through the shield TBM chamber, called New Face Grouting Method (NFGM). The tunnel model tests were performed to determine the characteristics, injection volume, and curing time of grout solution to be applied to the NFGM. Model test apparatus was composed of a pressure soil tank, a model shield TBM, a grout tank, and an air compressor to measure the amount of water inflow into the chamber. The model tests were conducted by changing the injection amount of the grout solution, the curing time after the grout injection, and the water/cement ratio of grout solution. From an economic point of view, the results showed that the injection volume of 1.0 L, curing time of 6 hours, and water/cement ratio of the grout solution between 1.5 and 2.0 are the most economical. It can be concluded that this study has presented a method to economically perform the CHI under the high water pressure.

• 터널과지하공간
• /
• 제13권3호
• /
• pp.196-206
• /
• 2003

본 연구에서는 Raise Boring Machine(RBM의 가동율, 관입율, 굴진율과 같은 굴착능력을 조사하기 위하여 직경 3.05 m와 총 연장 98 m의 수직구를 RBM을 이용하여 시험시공 하였다. 이와 함께 국내 양수발전소, 도로터널, 석탄광업소 등에서 RBM으로 시공되었던 4개의 수직구 시공현장으로부터 시공자료를 수집하여 분석을 수행하였다. 연구결과, 주간 평균 굴진장은 약 19.3 m로 분석되었고, 평균 가동율은 약 54.3%011서 75.1 %사이에 분포하는 것으로 나타나, 이는 TBM 시공실적과 비교하여 볼 때 매우 높은 가동율을 보이고 있다. Bit force와 RPM은 (+)의 직선적인 상관관계로 나타났으며 이는 굴착효율에 따라 작업자의 판단에 기인한 결과로 추정된다. 순관입율과의 관계에서는 RBM작업의 bit force와 RPM 및 수직구 심도가 증가함에 따라 순관입율이 저하되는(-)의 상관관계를 나타내었다. 본 연구결과는 수직구 설계 및 RBM장비 선정에 필요한 정보를 줄 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제18권3호
• /
• pp.257-272
• /
• 2016

TBM으로 터널 시공 중 막장면에서 갑작스럽게 문제가 발생하는 경우 공간적인 제한 때문에 NATM공법으로 시공되는 터널에 비해서 적절한 대처를 하기가 어렵다. TBM으로 터널 시공 중에 막장전방의 지반상태를 예측하는 것은 매우 중요하기 때문에 탄성파, 전자기파 등을 이용하여 TBM 면판 전방의 지반상태를 예측하는 연구 및 기술개발이 이루어졌다. 대부분의 TBM 현장에서는 공사기간 및 비용을 고려하여 1개의 막장전방 예측기법을 적용한다. 그러나 막장전방 예측기법의 종류에 따라서 탐사심도, 적용 가능한 지질조건, 예측할 수 있는 대상, 예측 정확도 등이 다르다. 복합적인 지질조건에 위치한 TBM 터널 시공 시에는 여러 가지 막장전방 예측기법을 적용하는 것이 막장 전방의 지질 조건을 정확하게 예측할 수 있을 것으로 판단된다. 여러 가지 막장전방 예측기법을 동시에 적용하였을 경우 각각의 기법으로부터 얻어진 지반상태는 다른 결과를 나타낼 수 있다. 따라서 본 연구에서는 각각의 막장전방 예측기법으로부터 얻어진 막장전방의 지반상태를 종합적으로 평가하기 위한 방법을 제안하였다. 확률론적 분석과 계층분석기법을 이용하여 막장전방의 지반 상태를 종합적으로 평가할 수 있는 통합 모델을 제시하였다. 또한 본 연구에서 제안한 모델을 가상의 지반에 적용하여, 종합적으로 지반 상태를 평가할 수 있음을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제25권6호
• /
• pp.403-421
• /
• 2023

도심지 내 지하구조물 개발의 필요성이 증가함에 따라, TBM 터널 시공 중 터널 굴진면 전방예측에 대한 연구가 꾸준하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 TBM 터널 굴착 중 복합지반을 조우하는 상황을 모사한 유한요소(finite element) 수치해석 모델을 개발하였다. 개발된 수치해석 모델은 이론해와 실내실험으로부터 측정된 전기 비저항 결과값과의 비교를 통해 그 성능을 검증하였다. 이후 실제 터널의 형상과 지반조건, 측정전극의 배열 조건 등 전기 비저항 탐사에 대한 영향 변수를 설정하고 이에 따른 매개변수 해석을 수행하였다. 그 결과, 복합지반 내 경계면의 경사가 가파를수록, 복합지반을 구성하는 두 지반 사이의 전기 비저항 차이가 클수록, TBM 굴착 중 전기 비저항 측정값이 더 급격하게 변화함을 확인하였다. 또한, 보다 효율적이고 정확한 복합지반 예측을 위해 적절한 전극 간격 및 전극 배열 위치 선정의 중요성을 제고하였다. 결론적으로, 본 연구에서 개발된 수치해석 모델을 통한 터널 막장면 전방 복합지반 예측은 TBM 터널 시공 과제의 구조적 안정성과 경제적 효율성 증대에 이바지할 것으로 사료된다.