• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권2호
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• pp.173-180
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• 2014

세그먼트 설계시, 축력과 휨모멘트가 주로 고려되는 하중이다. 두개의 하중에서 축력이 모멘트 보다 상대적으로 매우 크기 때문에 전단면이 압축상태에 있으며, 이는 균열 폭을 줄이는 효과가 있다. 그러나 콘크리트 구조물의 사용성 검토에서 축력은 고려하지 않고 있기 때문에 설계는 사용성에 지배되고, 사용성을 만족시키기 위하여 소요 철근량을 증가시키게 된다. 본 논문에서는 축력이 세그먼트의 사용성에 미치는 영향을 시험과 단면해석을 통하여 분석하였다. 세그먼트에 대한 시험을 수행하였으며, 초기균열저항성능에 대하여 고찰하였다. 분석결과 사용성 분석에서 축력을 고려함으로서 더욱 합리적인 설계가 가능한 것을 확인할 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제29권6호
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• pp.33-51
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• 2013

본 논문에서는 현재 개발 중인 쉴드터널의 강연선 체결 방식에 대해 소개하고 두 번에 걸친 실대형 세그먼트 체결시험 결과를 나타내었다. 실대형 세그먼트 체결시험을 통해 기존 볼트 체결 방식과 강선을 이용한 체결 방식을 비교하여 체결재로써의 강연선 적용 가능성에 대한 검토를 수행하고, 강연선 체결 방식 적용 시 세그먼트에 발생하는 체결력의 역학적 거동을 분석하였다. 연구를 통해 기존 세그먼트 체결장치와 비교하여 높은 체결력을 얻을 수 있으며, 터널 세그먼트 전체의 일체화 거동 및 구조적인 안정성 증가를 기대할 수 있음을 확인하였다. 또한, 볼트 체결 대비 강연선 체결 방식이 세그먼트 체결에 더 효과 적일 수 있으며, 강연선이 세그먼트 체결 장치로서의 적용성도 좋은 것으로 사료된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제13권6호
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• pp.557-569
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• 2011

강섬유보강 콘크리트는 숏크리트와 쉴드터널 세그먼트 등에 널리 이용되는 건설재료이다. 강섬유와 이형철근이 동시에 보강된 콘크리트 구조물에서 강섬유와 철근의 부식은 장기적 내구성능에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로 이러한 구조물의 부식 가능성과 침투성능에 대한 적정한 평가가 가능한 방법의 도출이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 강섬유와 철근이 동시에 보강된 콘크리트의 부식평가방안에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 강섬유의 혼입량, 이형철근의 부식유무 등을 변수로 실험체를 제작하였으며, 각 변수 등이 표면전기저항치에 미치는 영향을 분석하였다. 실험결과, 강섬유는 전류의 교란을 발생시켜 표면전기저항치를 크게 저하시키는 것으로 확인되었다. 또한 강섬유가 3% 이상 혼입이 되면, 내부 이형 철근의 부식상태 및 부식가능성에 대한 평가가 불가능한 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권2호
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• pp.107-115
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• 2015

전력구 방식의 지중 송전선로 시공시 TBM 공법이 널리 적용되고 있으며, 세그먼트의 구조적 특징에 따라 강섬유 보강 콘크리트를 이용한 세그먼트의 개발과 사용이 크게 증가하는 추세이다. 그러나 최근 지중 송전선로 구간에서의 전자파 유해성에 대한 문제가 대두되고 있으며, 세그먼트 제작시 투입되는 강섬유의 영향으로 콘크리트의 전기전도성 등이 변화되고, 이로 인하여 더 많은 전자파가 지상에서 계측될 수 있다는 우려가 야기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 강섬유 보강 유무 및 사용량 변화조건에 따른 전자파의 차폐효과를 분석하기 위하여, 3가지 조건에 대한 실험체를 제작하여 관련 실험을 수행하였으며, 실험결과 강섬유 보강콘크리트와 전자파 발생 상관관계는 없는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.599-614
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• 2014

TBM으로 시공되는 터널은 기계에 의해 전단면 굴착(full face tunnelling)이 이루어지므로, 굴착면에 접근하는 것이 매우 제한적이다. 이러한 한계를 극복하고 TBM 터널에서 굴착면 전방의 지반상태를 정확히 예측할 수 있는 기술은 매우 드물다. 본 연구는 TBM에서 전기비저항을 사용하여 굴착면 전방의 이상지반을 예측할 수 있는 TBM 비저항 예측(TRP)시스템을 개발하고, TBM 현장에서의 적용성과 예측 정확성을 검증하기 위해 EPB 쉴드 TBM으로 시공 중인 지하철 터널에서 현장 실험을 수행하였다. TBM 비저항 예측 시스템은 전극을 사용하여 지반의 전기비저항을 측정하고, 이를 바탕으로 역해석을 수행하여, 이상지반의 위치와 두께 및 전기적 특성을 예측한다. 전극이 부착된 강관을 유압으로 굴착면에 압입하여, 전극이 지반과 완전히 접촉하도록 장치를 제작하였다. 또한, 전극이 챔버 내부를 관통하여 나아가도록 하는 동시에 토사유출을 방지하도록 설계하여 현장에서의 전방예측을 가능하게 하였다. 1차 실험 결과, 굴착면 근접 지반과 굴착면 전방 지반의 전기비저항 및 유전율이 동일하게 나타나 이상지반이 존재하지 않음을 예측하였다. 2차 실험 결과, 굴착면 전방 약 1 m 지점부터 상대적으로 낮은 유전율 비를 가지는 이상지반 구간이 약 5 m 길이로 존재함을 예측하였다. 이는 각각 지표에서 물리탐사 또는 시추를 통해 조사된 지반상태 및 TBM 굴착 중 예측 구간에서 반출되었던 버력을 관찰한 기록과 잘 일치하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.255-280
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• 2024

쉴드TBM 터널에서 단면 부족이나 큰 변형이 세그먼트 라이닝의 안정성에 우려될 경우 터널 외부에 지반 그라우팅으로 보강하거나 터널 내부에 강판 보강, 링 빔 보강, Inner double layer lining으로 보강하는 경우가 있다. 또한, 기존의 쉴드 TBM 터널의 해석은 세그먼트라이닝의 분절 특성을 고려하지 않는 연속체의 강성일체법으로 해석되어왔다. 본 연구는 내부 강재 라이닝으로 보강한 double layer 보강 단면에 대해 보강 메커니즘을 연구하였다. 본 연구는 세그먼트 라이닝에 대한 모델링을 개선하여 세그먼트 라이닝의 분절 특성을 고려한 분절체 모델링(BJM)을 적용하였고 이를 통해 세그먼트 라이닝의 변형 특성을 반영한 double layer 보강 단면을 해석하였다. 연구 결과 기존 콘크리트 세그먼트 라이닝은 하중을 일정부분 분담하는 역할이 아닌 터널 주변 지반을 보강한 것과 같은 역할을 하였다. 일반적으로, 세그먼트 라이닝의 분절을 고려한 BJM 모델과 분절을 고려하지 않는 강성일체법 모두 하중을 받은 라이닝의 변형 형상과 응력 분포가 유사하게 나타났다. 그러나 하중의 강도가 임계치를 넘는 경우 변형의 양상에 차이가 있으며 변형 특성을 보다 면밀히 검토할 수 있는 것으로 나타났다.

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

• 대한토목학회논문집
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• 제31권6D호
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• pp.839-848
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• 2011

TBM(Tunnel Boring Machine) 터널은 굴진 도중 장비의 교체나 개조 등은 불가능하기 때문에 굴진 종료 시까지 투입된 장비로 굴진하여야만 한다. 특히 토압식 쉴드TBM은 막장관찰이 어려우므로 굴진 중에 수집된 자료를 분석하여 지반상태의 변화를 예측하고 이를 시공에 반영하여야한다. 지금까지의 TBM에 대한 연구는 굴착 대상이 되는 지반의 특성에 따른 장비선정 및 굴진속도 예측모델 개발이 주로 이루어져왔다. 그러나 굴착의 주체가 되는 TBM 장비의 굴진자료에 의한 지반상태의 추정 및 운전방법의 개선에 초점을 맞춘 연구는 그리 많이 수행되지 않았다. 본 연구는 토압식 쉴드TBM 시공 사례에서 얻은 굴진자료를 활용하여 투입된 장비의 운전조건에 따른 굴진속도의 변화와 최적 운전조건에 대해 알아보았다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 커터헤드의 회전속도와 총추력이 굴진속도에 가장 큰 영향을 주며 둘째, 적정한 굴진속도를 위해서는 최적 회전속도를 유지하면서 총추력을 조정하는 것이 좋으며 셋째, 총추력의 증가 추세에 따라 지반조건의 변화에 대한 예측이 가능하여 이에 따라 적절한 운전조건의 변경을 결정할 수 있다.

• 터널과지하공간
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• 제30권3호
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• pp.214-225
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• 2020

쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine) 터널 굴착 시 암반의 상태는 굴진 성능을 결정하는 중요한 요소 중 하나이다. 암석 강도는 지반조사 시 실내시험을 통해 얻을 수 있으나, 전체 TBM 굴진 구간에 대해 모두 알 수 없다. TBM 굴진 시 최적 Operation Parameter를 적용하기 위해서는 굴진 속도에 영향을 미치는 암석 강도를 파악하는 것이 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 TBM 굴착 중 생성되는 기계 데이터와 머신러닝(Machine Learning) 기법을 활용하여 암석 강도를 예측하고자 한다. 암석 강도를 예측하기 위해 여러 머신러닝 기법을 사용하여 비교하였고, 가장 예측 성능이 좋은 스태킹 모델을 최종 모델로 선택하였다. 암반 구간 Slurry 쉴드 TBM 굴진 사례에서 지반조사 및 시공 중 조사한 암석 강도와 강도를 획득한 위치에서의 TBM 굴착 데이터를 사용하였다. TBM 굴착 데이터는 Training과 Test용으로 8:2로 분할하였으며, 변수 선택(feature selection), 표준화(scaling), 이상치(outlier) 제거 등 전처리 과정을 수행하였다. 하이퍼파라미터 튜닝까지 마친 후, 스태킹 모델에 대해 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE)와 결정 계수(R²)로 모델을 평가한 결과 각각 5.556과 0.943로 나타났으며, TBM 굴착 데이터로 암석 강도를 예측하는 모델로 유용할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.1029-1044
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• 2017

개별요소법(Discrete Element Method, DEM)은 다수의 작은 입자들의 운동 및 상호영향을 계산하여 시스템의 거동을 해석하는 수치해석법으로써, 실제 화학공학, 약학, 토목공학, 재료과학, 식품공학 등 다양한 산업현장에서 적용되고 있다. 본 연구에서는 DEM 기법에 근거한 입자 역학 전용 해석 상용 소프트웨어를 사용하여 스포크타입 토압식 쉴드TBM 굴착성능을 평가하기 위한 예비 해석을 수행하였다. TBM에 대한 해석은 커터헤드의 회전속가 다른 2가지 조건에 대해 수행되었다. 해석을 진행하는 동안 커터헤드면에 작용하는 저항 토크, 커터헤드면과 쉴드면에 작용하는 압축력, 스크루 오거를 통해 배출되는 토사의 양을 검토하였다. 해석을 통해 DEM 해석을 이용한 TBM 장비 모델링의 적용성을 검토하였다.