• 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.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제15권2호
• /
• pp.135-148
• /
• 2013

최근 도로터널은 장대화되고 있으며 도심지 등의 장대 대심도 도로터널의 계획이 추진되고 있다. 이러한 장대, 대심도 터널 굴착공법은 NATM과 TBM 공법 등이 있으며 유럽에서는 약 80%, 기타 선진국에서도 약 30%의 교통터널에서 Shield TBM 공법을 적용하고 있다. 하지만 국내에서는 대부분의 장비가 외국에서 고가에 수입되고 있어 국내의 TBM 터널 보급률이 상당히 낮아 NATM 굴착방식이 보편적으로 적용되고 있는 실정이다. TBM 터널의 보급을 늘리기 위해서는 TBM 장비의 국내 수급을 통한 경제성의 확보가 필요하며 이를 위해 표준화된 TBM 구경의 선정이 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 도로터널의 표준화된 TBM 최적단면 선정을 위해 교통량에 따라 차로수의 규모 및 내부형상(단층 혹은 복층), 환기방식에 따른 TBM 굴착 내공단면을 활용 방안 등을 검토하여 최적 단면의 산출방안을 제시하고자 하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
• /
• 제19권4호
• /
• pp.65-74
• /
• 2020

토압식(EPB, earth pressure balance) 쉴드 TBM 공법에서 첨가제 주입을 통해 굴착한 흙을 개량하는 쏘일 컨디셔닝(soil conditioning) 기법의 적용은 TBM의 굴진성능을 향상시키는데 필수적이다. 따라서 TBM 장비의 굴진 성능을 모사하는 수치해석 모델에서도 쏘일 컨디셔닝을 적용하는 것은 중요하나, 이를 해석적으로 모사하는 기법에 대한 연구는 현재까지 부족하다. 따라서 본 연구에서는 컨디셔닝 된 흙의 특성을 파악하기 위해 실내 가압 베인시험 장치를 고안하였다. 고안된 장치를 통해 폼에 의해 컨디셔닝 된 흙에 대하여 전단속도를 달리하며 시험을 수행하였으며, 시험은 개별요소법(DEM, discrete element method)을 통해 모델링 되었다. 시험결과와 해석결과의 비교를 통해 개별요소법에서의 입자 접촉조건을 결정하였으며, 이는 개별요소법을 사용한 TBM 굴진해석 모델에서 쏘일 컨디셔닝을 재현할 때 가압 베인시험과 개별요소법 모델의 적용 가능성을 보여준다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제15권6호
• /
• pp.625-635
• /
• 2013

유럽 등 해외에서는 TBM 굴착방식을 이용한 터널이 다수 건설되고 있지만, 국내에서는 거의 적용되고 있지 않다. TBM 철도터널의 적용성을 높이기 위해서는 토목적 설계요소와 공기역학적 영향을 고려한 최적단면을 선정할 필요가 있다. 이러한 최적단면의 선정시에는 터널 연장, 열차 속도, 전차선 높이, 공동규 규격 등 토목적인 설계요소에 대한 고려와 함께 공기역학적 영향을 검토하여 적정 단면 계획의 수립이 필요하다. 공기역학적 검토시에는 최근 철도터널의 고속화를 고려하고 적절한 분석기준의 수립이 필요하지만 현재 국내에서는 관련기준이 없어 터널마다 상이한 공기압 분석기준이 적용되고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내외 이명감 및 미기압 분석기준에 대하여 검토하고, TBM 터널단면별 공기역학적 분석을 통해서 TBM 철도터널의 단면선정시 공기역학적 영향과의 상관관계에 대해 분석하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제22권2호
• /
• pp.197-217
• /
• 2020

서울지하철 7, 9호선에 적용한 쉴드TBM은 소음 및 진동, 막장면의 안정성 확보 측면에서 발파공법에 비해 매우 안전한 공법이다. 또한, 쉴드TBM은 지반조건이 연약한 경우 효과적이다. 그러나 지반조건과 토피, 지하수 등의 여건에 적합하지 않은 장비를 적용할 경우 장비고장, 잦은 굴진중단, 특히 예상치 못한 불량한 지반을 통과하게 될 경우 터널 굴진 중 트러블이 발생할 수 있다. 본 논문은 일본 쉴드TBM 굴착중의 사고 및 트러블에 대한 사례를 정리하였다. 이중 대표적인 트러블 사례를 이용하여 지반변위 형상에 대한 실제발생 경향을 파악하였으며 수치해석을 통해 역해석결과와 상호비교하였다. 이를 토대로 막장 지보압을 산정할 경우 수치해석 적용시의 오차를 줄이는 방안을 제안하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제23권3호
• /
• pp.161-168
• /
• 2013

세계적으로 Modern High-Power TBM을 이용한 터널공사가 점점 많아지고 있다. 특히 오늘날의 고성능 TBM의 개발로 많은 터널공사에서 성공적인 결과를 가져왔으며, TBM 동력의 향상과 커터 등 면판설계 기술의 발달, 및 TBM 굴진율 예측 소프트 웨어의 사용 등으로 터널공사의 자동화, 기계화가 이뤄 졌으며, TBM 장비조달은 OPP 방식을 이용한 발주자 직접 구매 방식이 TBM 선진국에서 효과적으로 사용되고 있다. 최근 많은 나라에서 환경 민원 등의 문제로 인해 도심지의 발파공법사용이 금지되어 TBM을 이용한 터널의 기계화 시공이 세계적인 추세이다.

• 터널과지하공간
• /
• 제32권6호
• /
• pp.345-352
• /
• 2022

도심지 터널 건설에서 발파공법은 민원이 제기되는 문제점이 있어 적용에 제약받고 있다. 이에 대한 대안으로 TBM 및 기계굴착 공법 적용이 필수적으로 검토되고 있다. 이 중 쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine)은 굴진과 세그먼트 체결이 번갈아 반복되며 굴진하는 공정을 가지고 있는데, 세그먼트 체결 동안 굴진을 멈추게 된다. 이러한 가동 정지시간을 최소화하고자 세그먼트 체결 중에도 가동할 수 있는 연속굴착형 TBM 기술이 개발되고 있다. 나선형 세그먼트의 굴진 반력을 확보하기 위해 추진잭을 개조하고 신뢰성을 확보하는 연구가 진행 중이다. 또한 체결 중 세그먼트를 제외한 나머지 부분의 추진잭을 가동하는 유압제어 및 유압시스템 설계기술이 개발될 예정이다. 본 보고는 연속굴착형 TBM 과제 중 부품개조 및 유압제어 기술에 대한 일부 내용을 소개한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제25권3호
• /
• pp.201-220
• /
• 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.

• 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.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제30권1D호
• /
• pp.71-77
• /
• 2010

본 연구는 독일의 WRITH사에서 개발된 장비로 수행한 TBM 수로터널 현장을 대상으로 TBM굴진(A), 커터 점검 및 교환(B), TBM 점검 및 급유(C), TBM 정비(D), 후속설비(E), 갱내보강(F), 운영교대(G), 광차(H)의 8개의 분석작업 항목별로 생산성 분석을 통한 효율성 개선 방안을 제시하였다. 제시된 결과를 가지고 각 항목별로 차지하는 손실시간을 추적하고, 이 손실시간을 제거하여 TBM 순굴진이 차지하는 시간과 백분율 그리고 월굴진장을 분석하였다. 또한, TBM운영 굴진율, 월평균굴진장(m), 순굴진율(%) 등을 외국현장의 TBM 운영 효율성의 비교 분석을 통한 상승예상 월평균 굴진장 추정과 독일의 WRITH사에서 표준치로 제시한 월평균 굴진장을 비교 분석하고, 5개의 수로터널현장 평균 암질의 압축강도 $675{\sim}1662kgf/cm^2$에서의 적정 TBM 순굴진장을 예측하였다.