• 터널과지하공간
• /
• 제32권6호
• /
• pp.502-517
• /
• 2022

TBM의 활용이 증가하면서 최근 국내외에서 머신러닝 기법으로 TBM 데이터를 분석하여 디스크커터의 교환주기 예측 및 굴진율을 예측하는 연구가 증가하고 있다. 본 연구에서는 굴진 시 획득되는 기계 데이터와 지반 데이터를 기반으로 최근에 다양한 분야에서 널리 사용되고 있는 머신러닝 기법들 중 회귀 모델을 접목하여 슬러리 쉴드 TBM 현장의 디스크 커터 마모 예측을 하였다. 디스크 커터 마모 예측을 위해서 Training과 Test 데이터를 7:3으로 분할하였으며, 최적의 파라미터를 선정을 위해서 분할 교차검증을 포함하는 그리드 서치를 활용하였다. 그 결과, 앙상블 계열의 그레디언트 부스팅 모델이 결정계수가 0.852, 평균 제곱근 오차가 3.111로 좋은 성능을 보여주었고 특히 학습성능과 더불어 학습속도에서 우수한 결과를 보여주었다. 현재 도출된 결과로 볼 때, 슬러리 쉴드 TBM의 기계데이터와 지반정보가 포함된 데이터를 활용한 디스크 커터 마모 예측 모델의 적합성은 높다고 보인다. 추가적으로 지반조건의 다양성과 디스크 마모 측정 데이터양을 늘리는 연구가 필요한 것으로 판단된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
• /
• 제26권3호
• /
• pp.92-102
• /
• 2022

대표적인 지중구조물인 터널시설물의 거동 특성을 평가하기 위해 다양한 수치해석 모델을 활용할 수 있다. 일반적으로 수치해석시 가장 많이 사용한 Mohr-Coulomb 모델은 탄성-완전소성 거동 모델로 하중증가-하중감소 단계시 변형 특성이 동일하여, 굴착해석의 경우 변위가 현장 상황과 다르게 나타날 수 있는 문제점이 있다. 그에 비해 HS-small Strain Stiffness 모델은 지반별 적용 범위가 넓으며, 초기탄성계수 및 비선형곡선 파라미터 하중증가-하중감소 단계의 탄성계수 등을 입력 가능하게 하여 흙의 변형 특성이 현장 조건에 맞게 해석 가능하다고 알려져 있다. 하지만 토목 기술자들은 지반의 특성 계수 추정의 어려움으로 인해 재료 비선형 특성을 적용 가능한 모델의 사용에 어려움이 있다. 본 연구에서는 토목 기술자들이 터널 수치해석시 일반적으로 적용하는 Mohr-Coulomb 모델과 지반 비선형성을 고려 가능한 HS Small strain Stiffness 모델을 적용한 내진성능평가 결과 값을 비교하여 합리적인 모델 선택의 필요성을 검토하였다.

• 한국방재안전학회논문집
• /
• 제15권3호
• /
• pp.101-113
• /
• 2022

본 연구는 도심지 지하 교통망 건설 중 터널굴착 공정에 적용하는 차수 그라우팅 공사의 과학적 및 공학적인 이론적 기반 체계적인 시공 프로세스를 개발하여 상대적으로 낙후된 국내 터널 차수그라우팅 공사의 시공품질을 어느 누가 시공을 하더라도 시공품질이 향상되며 지속적으로 유지하기 위한 목적으로 계획되었다. 개선된 터널 차수그라우팅의 주요내용은 크게 터널 차수그라우팅 적용구분과 그라우팅재료에 대한 정의, 지하수 수압조건의 그라우팅과 지하수유입에 대한 상관관계 분석, 암반의 특성인자연구 및 그라우팅 시공시 필요한 요소기술 및 주입관리기술들에 검토가 될 수 있다. 세계적인 연구의 추세를 살펴보면 이론적 기반 과학 및 공학적인 그라우팅 분야의 연구가 북유럽국가 (스웨덴, 핀란드, 노르웨이 등), 일본, 독일 및 미국 등을 중심으로 활발하게 진행하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 터널 차수 그라우팅 시공기술들의 요소들에 대한 이론적인 분석을 통해 알고리즘을 정립하여 터널 차수 그라우팅 시공을 효과적으로 할 수 있는 시공 프로세스를 포함한 통합 솔류션을 제공하는 것이다.

• 문화기술의 융합
• /
• 제8권5호
• /
• pp.469-475
• /
• 2022

최근의 구조물공사는 건물과 근접하여 대규모, 대심도 지하굴착 공사로 흙막이벽과 버팀보의 설치가 복잡해지고, 구조물 슬래브의 간섭을 피하기 위한 버팀보의 단수가 많아졌다. 이러한 시공공정은 구조물의 시공이음 개소의 증가와 누수 및 벽체균열 증가를 유발하는 요인이 되어 구조물 전체의 내구성과 시공성 저하 및 공사기간의 증대로 이어졌다. 본 연구는 시공이음 개소를 축소하기 위한 방안으로서 버팀보 2단을 동시에 해체하는 것을 계획하고, 이를초기가정토압에 의한 반력 값과 현장의 계측치를 응답비로 가정하여 토압을 보정하였다. 반복시산법을 통해 보정토압을 재 산정한 후, 버팀보 2단 동시해체가 가능함을 수치해석으로 검증하였다. 최종 보정 토압을 적용한 수치해석결과, 설계반력에 대한 계측 값이 최대 197%로 나타났다. 이는 지반에 시행한 그라우팅의 효과와 설계 시 지반 특성치를 다소 과소평가한 데에서 기인된 것으로 분석되었다. 본 연구에서 수행한 응답비를 고려한 보정토압 산정결과를 바탕으로 버팀보 해체공정의 개선이 가능함을 해석적으로 입증하였다. 또한 이를 바탕으로 시공이음 축소로 누수에 의한 균열 감소와 시공성도 개선되어 전체적인 공기의 단축도 가능할 것으로 검토되었다. 그러나 현장마다 지반여건과 가시설 및 보강공법 등의 차이가 있어 이를 적용하기 위해서는 충분한 검토와 확인이 필요할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제22권11호
• /
• pp.55-64
• /
• 2006

터널과 같은 지하 공동 굴착을 위한 발파로 주변에 손상이 발생하였을 경우, 암반의 역학적 및 수리적 불안정성을 유발하기 때문에 암반의 최종손상영역의 예측은 매우 중요하다 그러나 복잡한 발파거동으로 인해 손상영역을 적절히 예측하는 데에는 상당한 어려움이 따르고 있다. 이러한 어려움을 효과적으로 해결하기 위해 발파하중을 응력파와 가스압으로 분리한 많은 연구가 진행되었다. 응력파는 발파공 주위에 분쇄환(crushing annulus)과 파쇄균열대(fracture zone)를 형성시키며, 상당시간 지속되는 준정적인 가스는 파쇄균열대의 닫힌 균열내부에 침투하여 균열을 다시 진행시키는 역할을 하게 된다. 즉, 가스압은 최종적으로 암반에 손상을 가하는데 기여를 한다. 따라서 본 논문은 이러한 가스압에 의해 생성되는 균열의 최종 진행 길이를 예측함으로써 발파로 인한 최종 손상영역을 간단하게 예측할 수 있는 방법을 제시하고자 한다. 이를 위해 균질한 무한 탄성평면에서 발파공 주위에 대칭으로 형성되는 방사균열을 모델로 사용하였다. 이 모델에서 균열이 진행할 수 있는 조건과 가스의 질량이 일정하다는 두 가지 조건을 사용하였다. 그 결과 응력확대계수는 균열이 진행할수록 감소하여 최종균열의 길이를 산정하였으며, 또한 발파공에 작용하는 압력도 감소하는 것을 확인하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제33권6호
• /
• pp.547-560
• /
• 2023

최근 국내외에서 기계학습 기법으로 TBM 굴진 데이터와 지반데이터를 분석하는 지반 분류예측 연구가 증가하고 있다. 본 연구에서는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있는 머신러닝 기법들 중 의사결정트리 기반 랜덤포레스트 모델을 3곳의 이수식 TBM 현장에서 획득한 기계 데이터와 지반 데이터에 적용하여 일축압축강도에 대한 다중 분류예측 연구를 하였다. 일축압축강도의 다중 분류 예측을 위해서 학습과 테스트 데이터를 7:3으로 분할하였으며, 최적의 파라미터를 선정을 위해서 분할 교차검증을 포함하는 그리드 서치를 활용하였다. 의사 결정 트리를 기반으로 한 랜덤 포레스트를 사용하여 일축압축강도 분류 학습을 수행한 결과, 다중 분류 예측 모델의 정확도는 학습 세트와 테스트 세트에서 각각 0.983 및 0.982로 모두 높게 나타났다. 다만, 클래스 간 데이터 분포의 불균형으로 인하여 클래스 4에서는 재현율이 낮게 평가되었다. 다양한 현장에서 획득한 일축압축강도의 측정 데이터양을 늘리는 연구가 필요한 것으로 판단된다.

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

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제20권3호
• /
• pp.593-608
• /
• 2018

흙막이벽체 시공 중 버팀대에 문제가 발생하여 변형되거나 제 기능을 상실하게 되면 흙막이벽체에 과다한 변형의 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 모형시험을 통해 시공 중 흙막이벽체의 버팀대 일부가 기능을 상실하게 되었을 때 흙막이 벽체의 거동특성 및 배면에 인접한 터널의 거동을 파악하고자 하였다. 연구 결과, 흙막이벽체의 변형으로 인해 배면지반의 토압이 재배치되고 지표변위를 발생시켜 인접한 터널의 변형에 영향을 미쳤으며, 터널에서 가장 가까운 측벽에 위치한 버팀대를 제거하였을 때 흙막이벽체 변형 및 터널변형이 가장 크게 나타났다. 터널의 위치에 따른 평균 전이토압은 터널 심도가 0.65D에서 2.65D로 깊어짐에 따라 평균 25.6% 증가하였으며, 흙막이벽체와 터널과의 이격거리가 0.5D에서 1.0D로 증가함에 따라 전이토압이 평균 16% 증가하였다. 버팀대 제거에 따른 흙막이벽체의 수평변위는 제거되는 버팀대 부근에 집중되는 경향을 보였으며 버팀대 제거위치가 하부로 내려갈수록 수평변위는 비선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 터널 내공변위는 토피고 1.15D, 수평거리 0.5D일 때 최대 내공변위가 발생하였고, 토피고 2.65D, 수평거리 1.0D에서 최소 내공변위가 발생하였다. 가상파괴면이 터널의 중심부를 통과하는 범위인 토피고 1.15~1.65D, 수평거리 0.5D에서 터널의 내공변위가 크게 증가하는 것으로 검토되었으며, 최대 내공변위와 최소 내공변위의 차이는 약 2배 정도 발생하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제18권5호
• /
• pp.453-467
• /
• 2016

본 논문에서는 쉴드 TBM 시공 시 발생 가능한 사건 및 원인의 규명, 리스크 발생의 인과관계 규명, 리스크의 위험도 판별, 리스크의 저감대책 제시를 통한 쉴드 TBM의 전반적인 시공 리스크 관리에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해서 쉴드 TBM의 사고 사례에 대한 문헌조사, 설계 및 시공 전문가 인터뷰를 수행하였다. 리스크 사건은 절삭량 저하, 막장면 붕괴, 지반 침하, 지반 융기, 이수 분출, 배토 불능, 굴착 불가, 지하수 누수의 8개의 그룹으로 나뉘어졌다. 리스크의 원인은 지질 원인, 설계 원인, 시공관리 원인의 3가지 그룹으로 나뉘어졌다. 리스크 원인과 사건간의 인과관계를 체계적으로 분석하기 위하여 베이지안 네트워크를 이용한 도식적인 관계도를 작성하였다. 리스크의 위험도를 산정하기 위하여 리스크가 발생하였을 때 이를 복구하기 위한 다운타임 및 비용을 기준으로 전문가를 대상으로 Analytic Hierarchy Process (AHP)를 수행하였으며, 위험도 결과에 기반하여 리스크 대응단계를 제시하고 이를 실제 리스크 발생사례와 비교하여 검증하였다. 또한 발생 가능한 리스크에 대응하기 위하여 설계 및 시공단계에서의 리스크 저감대책을 제안하였다. 제안된 연구는 TBM 설계자 및 시공자가 현장의 조건을 고려하여 리스크 원인을 선정하고 이로 인해 발생 가능한 리스크를 체계적으로 분석하여 파악할 수 있게 해주며, 리스크의 위험도의 판별 및 그에 대한 설계 및 시공단계에서의 저감대책을 통해 체계적인 쉴드 TBM 리스크 관리에 도움을 줄 수 있다.

• 건축역사연구
• /
• 제19권3호
• /
• pp.7-29
• /
• 2010

The form of the Wangheungsa Temple's wooden pagoda site is that of the traditional form of the wooden pagodas constructed during the Baekjae Period. Likewise, it is an important ruin for conducting research on the form and type of the wooden pagodas constructed during the Baekjae Period. In particular, the method used for the installation of the central pillar's cornerstone is a new technique. The purpose of this research is to restore the ruin of the Wangheungsa Temple's wooden pagoda of the Baekjae Period that remains at the Wangheungsa Temple's wooden pagoda site. Until now, research conducted on the wooden pagoda took place mostly centered on the Hwangryongsa Temple's wooden pagoda. Meanwhile, the reality concerning Baekjae's wooden pagoda is one in which there were not many parallel cases pertain to the design for restoration. This research paper wants to conduct academic examination of the Wangheungsa Temple's wooden pagoda to organize the intention of design and design process in a simple manner. This research included review of the Baekjae Period's wooden pagoda related ruins and the review of the existing wooden pagoda ruin to analyze the wooden pagoda construction technique of the era. Then, current status of the Wangheungsa Temple's wooden pagoda site is identified to define the characteristics of the wooden pagoda, and to set up the layout format and the measure to estimate the size of the wooden pagoda in order to design each part. Ultimately, techniques and formats used for the restoration of the wooden pagoda were aligned with the wooden pagoda of the Baekjae Period. Basically, conditions that can be traced from the current status of the Wangheungsa Temple site excavation using the primary standards as the standard. Wangheungsa Temple's wooden pagoda was designed into the wooden pagoda of the Baekjae's prosperity phase. The plane was formed into $3{\times}3$ compartments to design into three tier pagoda. The height was decided by factoring in the distance between the East-West corridors, size of the compartment in the middle, and the view that is visible from above the terrace when entering into the waterway. Basically, the origin of the wooden structure format is based on the Goguryeo style, but also the linkage with China's southern regional styles and Japan's ancient wooden pagoda methods was factored in. As for the format of the central pillar, it looks as if the column that was erected after digging the ground was used when setting up the columns in the beginning. During the actual construction work of the wooden pagoda, central pillar looks as if it was erected by setting up the cornerstone on the ground. The reason that the reclaimed part of pillar that use the underground central cornerstone as the support was not utilized, was because the Eccentric Load of the central pillar's cornerstone was factored in the state of the layers of soil piled up one layer at a time that is repeated with the yellow clay and sandy clay and the yellow clay that were formed separately with the $80cm{\times}80cm$ angle at the upper part of the central pillar's cornerstone was factored in as well. Thus, it was presumed that the central pillar was erected in the actual design using the ground style format. It is possible to presume the cases in which the reclaimed part of pillar were used when constructed for the first time, but in which central pillar was installed later on, after the supplementary materials of the underground column is corroded. In this case, however, technique in which soil is piled up one layer at a time to lay down the foundation of a building structure cannot be the method used in that period, and the reclamation cannot fill up using the $80cm{\times}80cm$ angle. Thus, it was presumed that the layers of soil for building structure's foundation was solidified properly on top of the central pillar's cornerstone when the first wooden pagoda construction work was taking place, and that the ground style central pillar was erected on its upper part by placing the cornerstone once again. Wangheungsa Temple's wooden pagoda is significant from the structure development aspect of the Korean wooden pagodas along with the Hwangryongsa Temple's wooden pagoda. Wangheungsa Temple's wooden pagoda construction technique which was developed during the prosperity phase of the Baekjae Period is presumed to have served as a role model for the construction of the Iksan Mireuksa Temple's wooden pagoda and Hwangryongsa Temple's wooden pagoda. With the plan to complement the work further by excavating more, the basic wooden pagoda model was set up for this research. Wangheungsa Temple's wooden pagoda was constructed as at the Baekjae Kingdom wide initiative, and it was the starting point for the construction of superb pagoda using state of the art construction techniques of the era during the Baekjae's prosperous years, amidst the utmost interest of all the Baekjae populace. Starting out from its inherent nature of enshrining Sakyamuni's ashes, it served as the model that represented the unity of all the Baekjae populace and the spirit of the Baekjae people. It interpreted these in the most mature manner on the Korean peninsula at the time.