• Geomechanics and Engineering
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• 제30권1호
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• pp.11-26
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• 2022

One of the most important issues in tunneling, is the squeezing phenomenon. Squeezing can occur during excavation or after the construction of tunnels, which in both cases could lead to significant damages. Therefore, it is important to predict the squeezing and consider it in the early design stage of tunnel construction. Different empirical, semi-empirical and theoretical-analytical methods have been presented to determine the squeezing. Therefore, it is necessary to examine the ability of each of these methods and identify the best method among them. In this study, squeezing in a part of the Alborz service tunnel in Iran was estimated through a number of empirical, semi- empirical and theoretical-analytical methods. Among these methods, the most robust model was used to obtain a database including 300 data for training and 33 data for testing in order to develop a machine learning (ML) method. To this end, three ML models of Gaussian process regression (GPR), artificial neural network (ANN) and support vector regression (SVR) were trained and tested to propose a robust model to predict the squeezing phenomenon. A comparative analysis between the conventional and the ML methods utilized in this study showed that, the GPR model is the most robust model in the prediction of squeezing phenomenon. The sensitivity analysis of the input parameters using the mutual information test (MIT) method showed that, the most sensitive parameter on the squeezing phenomenon is the tangential strain (ε_θ^α) parameter with a sensitivity score of 2.18. Finally, the GPR model was recommended to predict the squeezing phenomenon in tunneling projects. This work's significance is that it can provide a good estimation of the squeezing phenomenon in tunneling projects, based on which geotechnical engineers can take the necessary actions to deal with it in the pre-construction designs.

• 기술사
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• 제15권2호
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• pp.3-15
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• 1982

The study on prevention measures for vibration and excavation of tunnel for the #3, #4, Seoul Subway. In the Seoul subway tunnel blasting, the drilling pattern and prevention method to seismic vibration are as follows as well as for adaptions of NATM, the supportings of roof and wall holes are arranged with control blasting. 1. The blasting is executed basically using the low velocity explosive such as slurry, Nitrate ammonium explosive, and F-I and F-II explosive for control blasting substituting of existing dynamite. 2. The cut holes are arranged with burn cut pattern and also must be arranged with M/S electrical delay caps substituting of ordinary do]ay caps. 3. Jack leg drills are used in Five Job sites and a jumbo drill in one job site. 4. In performance of safety work and in maintenance of building safety. The drilling length for blasting will not exceed 1.20 meter for round so that the vibration value shall carry below 0.3cm/sec. The harmonizing of better powder, better drilling machine and better technique is only the way of improving tunnelling efficiency and less vibration will help the dereasing of accidence.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 춘계 학술발표회
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• pp.562-570
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• 2010

This study was conducted to estimate the number of disc cutter consumption and to predict amount of disc cutters when a shield TBM(Tunnel Boring Machine) of the Han Riverbed Tunnel was applied. In fact, it is almost impossible to change the machine after starting the excavation using the shield TBM method. Therefore, it is important to design an appropriate equipment in the shield method - an efficiency choice of the operation equipment plays a key role in the shield tunnel processing. For the above reason, the disc cutter consumption prediction is quite important so that the detailed analysis is required. A number of disc cutter consumption was predicted by the three methods, viz. KOMATSU, MITSUBISHI and NTNU. In addition, the predicted results were compared with field data. The prediction of disc cutter consumption showed that 237 for KOMATSU, 501 for MITSUBISHI, and 634 for NTNU, respectively. However, a total number of 1,263 disc cutter consumption were investigated during the tunnel construction. It was found that there was a huge difference between the predicted and real values of the disc cutter consumption. The more detailed investigation showed that the disc cutter was worn out bluntly in the northbound tunnel, meanwhile it was worn out sharply in the southbound tunnel. In particular, the disc cutter consumption in the southbound tunnel was increased rapidly because of rear abrasion for remaining mucks in the chamber.

• Geomechanics and Engineering
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• 제11권1호
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• pp.117-139
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• 2016

Previous studies for soil movements induced by tunneling have primarily focused on the free soil displacements. However, the stiffness of existing structures is expected to alter tunneling-induced ground movements, the sheltering influences for underground structures should be included. Furthermore, minimal attention has been given to the settings for the shield machine's operation parameters during the process of tunnels crossing above and below existing tunnels. Based on the Shanghai railway project, the soil movements induced by an earth pressure balance (EPB) shield considering the sheltering effects of existing tunnels are presented by the simplified theoretical method, the three-dimensional finite element (3D FE) simulation method, and the in-situ monitoring method. The deformation prediction of existing tunnels during complex traversing process is also presented. In addition, the deformation controlling safety measurements are carried out simultaneously to obtain the settings for the shield propulsion parameters, including earth pressure for cutting open, synchronized grouting, propulsion speed, and cutter head torque. It appears that the sheltering effects of underground structures have a great influence on ground movements caused by tunneling. The error obtained by the previous simplified methods based on the free soil displacements cannot be dismissed when encountering many existing structures.

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

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.39-58
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• 2024

TBM (Tunnel boring machine)은 터널 굴착 과정에서 여러 디스크 커터를 이용하여 암석을 절삭한다. 디스크 커터는 암석과의 지속적인 접촉과 마찰로 인해 마모된다. 디스크 커터의 표면이 마모되면 절삭 능력이 감소하고 굴착 효율이 떨어진다. 암석의 마모성은 디스크 커터 마모에 큰 영향을 미친다. 높은 마모도를 가진 암석은 커터에 더 큰 마모를 일으키며, 이는 디스크 커터의 수명을 단축시킨다. 세르샤 마모지수(Cerchar abrasivity index, CAI)는 암석의 마모성을 평가하는데 널리 사용되는 지표로 CAI는 암석의 마모특성을 나타내며, 디스크 커터의 수명과 성능 예측에 필수적인 요소로 인식되고 있다. 본 연구의 목적은 암석의 강도, 암석학적 특성과 선형회귀, 머신러닝 기법을 이용하여 CAI를 효과적으로 추정하는 새로운 방법을 개발하는 것이다. 문헌 조사를 통해 CAI, 일축압축강도, 압열인장강도, 등가석영함량이 포함된 데이터베이스를 구축하고 파생변수를 추가하였다. 통계적 유의성과 다중공선성을 고려하여 다중선형회귀분석을 위한 입력변수를 선정하였고, 머신러닝 모델의 입력변수는 변수중요도 분석을 통해 선정하였다. 머신러닝 예측모델 중 Gradient Boosting 모델의 예측 성능이 가장 높게 나타나 최적의 CAI 예측 모델로 선정되었다. 마지막으로 본 연구에서 도출한 다중선형회귀분석과 Gradient Boosting 모델의 예측 성능을 선행연구들의 CAI 예측모델과 비교하여 연구 결과의 타당성을 확인하였다.

• 드라이브 ㆍ 컨트롤
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• 제12권2호
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• pp.27-33
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• 2015

Excavators are versatile earthmoving equipment that are used in civil engineering, hydraulic engineering, grading and landscaping, pipeline construction and mining. Effective operator training is essential to ensure safe and efficient operating of the machine. The virtual reality excavator based on simulation using conventional large size monitors is limited by the inability to provide a realistic real world training experience. We proposed a flexible observation method with a head tracking system to improve user feeling and sensation when operating a virtual reality excavator. First, an excavation simulator is designed by combining an excavator SimMechanics model and the virtual world. Second, a head mounted display (HMD) device is presented to replace the cumbersome large screens. Moreover, an Inertial Measurement Unit (IMU) sensor is mounted to the HMD for tracking the movement of the operator's head. These signals consequently change the virtual viewpoint of the virtual reality excavator. Simulation results were used to analyze the performance of the proposed system.

• 문화기술의 융합
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• 제8권6호
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• pp.765-773
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• 2022

본 연구는 시공성 향상을 위한 수평 굴착 기계 시스템이 적용된 비개착 공법(H.A.S. 공법)에 관한 연구로서 현장 계측과 설계 시 해석한 구조계산과 지반과 일체화된 수치해석을 비교하여 비개착 가설시설물의 구조적 안정성을 평가하였다. 또한 측정결과에 대한 가우시안 확률밀도함수를 적용한 분석결과와 수치해석 결과를 비교·분석하여 계측결과에 대한 적정성을 분석하였다. 본 연구에서는 비개착 시설물 시공 시 사용되는 강관 연결고리에 대한 구조적 안전성 및 장기 내구성을 수치해석을 바탕으로 분석하였다. 분석결과, 강관 및 강관 연결고리는 충분한 구조적 안전성 및 장기내구성을 확보할 수 있는 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구에서 제시한 비개착 공법(H.A.S. 공법)은 지반조건의 불명확성을 감안하더라도 설계 시 고려한 수치해석결과보다 실제 현장에서의 거동이 보다 안전측으로 나타나 구조적 안전성 및 시공성 확보가 가능한 것으로 분석되었다.

• 터널과지하공간
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• 제33권6호
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• pp.594-609
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• 2023

TBM 공법은 굴착면 안정성 확보 및 주변환경에 비치는 영향을 최소화하기 때문에 도심지나 하·해저터널 등에서 적용 사례가 증가하는 추세이다. 디스크 커터의 수명을 예측하는 대표적인 모델 중 NTNU모델은 커터수명지수(Cutter Life Index, CLI)를 주요 매개 변수로 활용하지만 복잡한 시험절차와 시험장비의 희귀성으로 측정에 어려움이 있다. 본 연구에서는 다중선형회귀분석과 트리 기반의 머신러닝 기법으로 암석물성을 활용하여 CLI를 예측하였다. 문헌 조사를 통해 암석의 일축압축강도, 압열인장강도, 등 가석영함량과 세르샤 마모지수 등을 포함한 데이터베이스를 구축하였고 파생변수를 계산하여 추가하였다. 다중선형회귀분석은 통계적 유의성과 다중공선성을 고려하여 입력 변수를 선정하였고 머신러닝 예측 모델은 변수 중요도를 기반으로 입력 변수를 선정하였다. 학습용과 검증용 데이터를 8:2로 나누어 모델 간 예측 성능을 비교한 결과 XGBoost가 최적의 모델로 선정되었다. 본 연구에서 도출된 다중선형회귀모델과 XGBoost모델을 선행 연구와 예측 성능을 비교하여 타당성을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.549-560
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• 2021

쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine) 굴진 시 TBM에 작용하는 커터헤드 토크, 추력, 챔버압, 상향력 등은 TBM의 굴진성능을 결정하는 데 매우 중요한 요소들이다. 그러나 균질한 지반 조건에 비해 복합지반을 굴진할 때 TBM에 작용하는 힘들은 그 경향이 달라 TBM 굴진성능을 저해할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 복합지반 굴진이 TBM에 작용하는 토크, 추력, 챔버압, 상향력에 미치는 영향을 수치해석적으로 모사하고자 하였다. 해석 모델은 개별요소법(DEM, discrete element method)과 유한차분법(FDM, finite difference method)을 연계하는 방안을 적용한 TBM 굴진 모델을 사용하였다. 본 연구에서는 상부 화강풍화토와 하부 풍화암으로 구성된 복합지반을 굴진하는 것을 가정하여 굴진을 모사하였으며, 복합지반 경계면의 위치, 경사에 따라 TBM에 작용하는 힘에 대한 영향을 해석적으로 분석하였다.