• Geomechanics and Engineering
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• 제30권5호
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• pp.413-422
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• 2022

TBM is widely used in the construction of various underground projects in the current world, and has the unique advantages that cannot be compared with traditional excavation methods. However, due to the high cost of TBM, the damage is even greater when geological disasters such as collapse occur during excavation. At present, there is still a shortage of research on various types of risk prediction of TBM tunnel, and accurate and reliable risk prediction model is an important theoretical basis for timely risk avoidance during construction. In this paper, a prediction model is proposed to evaluate the risk level of tunnel collapse by establishing a reasonable risk index system, using analytic hierarchy process to determine the index weight, and using the normal cloud model theory. At the same time, the traditional analytic hierarchy process is improved and optimized to ensure the objectivity of the weight values of the indicators in the prediction process, and the qualitative indicators are quantified so that they can directly participate in the process of risk prediction calculation. Through the practical engineering application, the feasibility and accuracy of the method are verified, and further optimization can be analyzed and discussed.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.271-287
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• 2013

본 연구는 쉴드 TBM을 적용한 국내 지하철 현장의 계측 자료를 분석하고 기존 이론식에 의한 모델 및 수치해석 결과와의 비교를 통해 보다 간편한 지표침하 예측 S-모델을 개발하였다. 이를 위해 전체 굴착 구간 중, 대표 station을 선정하여 횡방향 지표침하 특성과 굴착 진행에 따른 종방향 지표침하 특성을 분석하였다. 분석 결과를 바탕으로 횡방향 지표침하 형태는 이완영역과 탄성영역으로 구성된다고 가정하고 실제 계측 자료와의 비교를 통해 최대 지표침하량과 침하 영향 범위를 산정할 수 있는 모델을 제안하였다. 이에 의하면 굴착 진행에 따른 종방향 지표침하 형태는 3차 함수 특성과 유사하였으며 각각의 계수를 터널 직경 및 토피고의 함수로 하여 S-모델을 제안하였고, 실제 계측 값 및 수치해석 결과와 상당히 유사한 형태의 지표침하를 얻을 수 있었다. 따라서 본 연구결과를 통해 다소 연약한 풍화토, 풍화암 지층을 통과하는 쉴드 TBM 굴착 시공 시, 간편 S-모델을 이용하여 굴착에 따른 지표침하의 예측이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.1-17
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• 2024

터널 굴착으로 인한 지반의 거동 분석은 대변형 영역의 거동을 고려해야 한다. 따라서 본 논문에서는 TBM 터널 굴착으로 인한 주변 지반에 대한 영향을 실제 현장 조건과 동일 조건에서 분석하기 위하여 대변형 유한요소 해석을 수행하였다. 지반의 대변형 거동을 모사하고 예측함에 있어 가장 널리 활용되는 두 가지 해석 기법 - coupled Eulerian Lagrangian (CEL)과 auto-remeshing (AR) 기법 - 을 적용하여 TBM 굴착 과정을 모사하였고 그에 따른 주변 지반에 발생하는 손상영역의 범위를 예측하였다. 굴착손상영역의 범위는 두 기법을 통해 도출된 결과와 굴착손상영역을 정의하는 실험적인 기준을 종합하여 추정하였다. 해석 결과, 두 대변형 해석 기법을 이용하여 도출된 굴착손상영역은 서로 비슷한 크기로 수렴하였고, 기존 연구의 실험 및 계측을 통해 확인된 굴착손상영역 크기와 모양, 경향과도 일치하는 것으로 나타났다. 굴착 되는 지반의 RMR 등급이 좋을수록 굴착손상영역의 크기는 더 커지고, 터널의 직경과는 정비례하는 것으로 나타났다. 반면에, 터널의 심도가 깊을수록 지반의 구속압이 커져서 굴착손상영역은 상대적으로 작게 형성되는 것으로 확인되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제13권1호
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• pp.19-32
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• 2011

터널 공사 중 많은 문제를 야기시킬 수 있는 불확실한 지반상태 및 터널 공법에 따른 여러 리스크를 최소화 할 수 있도록 전반적인 위험도 평가를 터널 설계 시 반드시 수행하여야 한다. 본 연구에서는 도심지 및 하저터널 구간의 터널공법으로 NATM 또는 쉴드 TBM 적용시 공법별 발생할 수 있는 리스크에 대하여 분석하였다. 우선 연구대상 지역의 주요 리스크 항목을 선정한 후 공법적용시 발생 가능한 리스크와 그 영향을 검토하고, 각각의 리스크 발생가능성과 터널공사에 미치는 위험도에 따라 정량적으로 등급화 하였다. 이러한 리스크 분석을 통하여 주요 위험도 영향을 고려한 공사비 및 공기분석을 수행하고 터널공법별 비교위험도를 평가하였다. 본 연구결과를 바탕으로 복합지반으로 구성된 도심지 대단면 터널에 대해 리스크 발생을 최소화 할 수 있는 안전하고 경제적인 터널공법을 선정하였다. 단, 본 연구는 국한된 지층 및 특별조건에서의 비교위험도를 평가한 결과임을 밝혀둔다.

• 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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• 제21권6호
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• pp.849-860
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• 2019

본 논문은 쉴드 TBM의 급곡구간 굴착 시 안정성에 대한 데이터를 얻기 위한 장비 시스템 개발 연구이다. 최근 터널 굴착에 쉴드 TBM 장비가 많이 활용되고 있다. 굴착 시 지반 상부의 건물이나 기존 지하 구조물에 의해 불가피 하게 우회해야 할 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우에 대비하여 시공의 안정성을 확인하기 위해 시공 전 사전 시뮬레이션이 필요로 한다. 그러므로 본 장비 시스템 개발로 자동화 제어시스템을 구축하여 급곡구간 굴착 모형 시뮬레이션을 통해 모의실험을 진행한다면 안정성을 높일 수 있을 것이다. 장비의 좌·우 각도 및 추력 등을 제어하며 굴착 시 장비에 받는 토압, 추진압에 대한 데이터를 실시간으로 볼 수 있도록 시스템을 개발하여야 한다. 이 시스템으로 굴착 방법과 각도 별 굴착 시뮬레이션을 통한 현장실험에 필요데이터를 수집할 수 있다. 실제 쉴드 TBM 공사 전 축소모형 실험을 통한 평가 시 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.55-72
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• 2018

본 연구에서는 시공 중 TBM 터널에서 전기비저항과 유도분극(induced polarization, IP) 탐사를 활용하여 굴착면 전방의 복합지반(mixed-ground)을 예측하기 위한 방안을 제시하였다. TBM이 토사를 굴진하며, 굴착면 전방에서 상부 토사지반과 하부 암반으로 이루어진 복합지반을 조우하는 과정과 동시에 전기비저항과 유도분극에 의한 충전성(chargeability)을 측정하며 굴진하는 과정을 실내실험으로 모사하였다. 전기비저항과 충전성의 측정은 4전극을 이용하였으며, 복합지반을 효과적으로 예측하기 위하여 2개의 전극은 굴착면에, 나머지 2개의 전극은 조립된 세그먼트에 설치됨을 가정하였다. 실험 결과, TBM이 토사 굴진 중 토사-암반의 복합지반으로 진입할 경우 전기비저항과 충전성이 모두 증가하였다. 또한, TBM이 굴착면 전방에서 복합지반을 조우할 것임을 예측하기 위하여 굴착면의 전극 2개, 세그먼트의 전극 2개를 활용한 탐사와 동시에 굴착면 4전극 탐사를 수행하면 더욱 효과적인 예측이 가능함을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제29권5호
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• pp.281-291
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• 2019

해외에서는 도심지나 하천 통과구간의 많은 터널은 쉴드TBM으로 시공되고 있고, 관련 장비발주가 이뤄지고 있으며 이에 따라 발주처가 장비제작에 필요한 사양서를 제공하고 있다. 또한, 전문인력 양성 프로그램을 이수한 사람이 TBM장비를 운영하도록 한다. 이는 기계화 시공으로 유발되는 현장에서의 장비운영 상의 리스크를 최소화하기 위함이다. 그러나 국내에서는 아직까지 이러한 시스템이 구축되어져 있지 않아 많은 어려움을 겪고 있는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 국내외 기계화 시공 시 제공되어 지고 있는 입찰안내서의 차이를 알아보고 해외에서 이뤄지고 있는 전문인력 교육 프로그램을 조사하였다. 향후 국내 입찰안내서에 포함되는 필수적인 장비 사양의 가이드라인을 제시하고, 전문인력 교육 프로그램에 필요한 안내서를 제공하고자 한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.345-356
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• 2013

본 연구에서는 SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics) 코드를 사용하여 TBM에 장착되는 디스크커터에 의한 암석의 절삭과정을 모사하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 3차원 FEM 해석 상용프로그램인 AUTODYN3D를 사용하였으며 이를 통해 국내 황등화강암을 대상으로 총 25개의 절삭조건에 대한 수치적인 절삭시험을 수행하였다. 암석과 디스크커터를 각각 라그란지안 솔버와 SPH 솔버를 사용하여 3차원 형상으로 모델링 하고 두 개의 디스크커터가 순차적으로 암석을 절삭하도록 모델링 하였다. 수치해석과 LCM시험에서 측정한 디스크커터의 작용력은 오차 10%이내의 값을 보여 대체로 일치하는 것으로 나타났고 균열의 전파양상과 암석의 파쇄양상 또한 유사한 것으로 나타났다. 또한 절삭된 최적 커터간격을 측정한 결과 LCM시험 결과와 일치하였다. 이를 통해 SPH코드를 사용한 수치해석기법의 적용성을 확인할 수 있었으나 해석시간을 단축하기 위한 Lagrange-SPH코드의 커플링에 관한 후속연구가 필요할 것으로 판단되었다.

• 터널과지하공간
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• 제33권5호
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• pp.339-347
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• 2023

TBM 추진잭이 경사면에 접촉하거나 편심하중이 발생할 때 추진잭의 페데스탈 및 로드 부위에 횡하중에 의한 휨변형이 발생할 수 있다. 이는 추진잭 모듈의 고장을 유발할 우려가 있으므로, 추진잭 모듈 전체에 대한 좌굴 안정성을 검증할 필요가 있다. 본 연구는 추진잭 좌굴 안정성 분석을 위한 좌굴 압축시험방법을 조사하고, 압축시험 시스템을 구성하였다. 추진잭의 전체 부품을 모델링하여 수치해석을 통해 응력집중 파트를 분석하였다. 경사도 0도 조건에서 최대하중을 가압하여 압축시험을 수행하였다. 로드의 변형과 씰의 누유는 관측되지 않아서 0도 조건에서 추진잭의 좌굴 안정성을 검증하였다.