• 터널과지하공간
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• 제23권5호
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• pp.428-441
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• 2013

TBM을 적용하기 어려운 터널과 다양한 조건의 광산에서 기계 굴착장비인 로드헤더의 수요가 증가하고 있다. 하지만 우리나라에서 로드헤더의 적용 실적은 거의 전무하며, 일부 국가에서만 로드헤더의 설계 제작기술을 보유하고 있다. 따라서 본 연구에서는 로드헤더의 최적 선정과 설계를 위한 로드헤더의 굴착 원리 및 핵심설계항목들을 분석하였다. 또한 전 세계 143개의 로드헤더 설계 정보들을 데이터베이스화하고 로드헤더의 설계에 활용하기 위한 통계적인 상관관계들을 도출하였다. 마지막으로 데이터베이스에 기반하여 로드헤더를 설계하기 위한 절차를 제시하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.640-644
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• 2010

하천, 호소 등에서 공사 시 준설작업으로 인해 고탁수가 발생되며 이러한 탁수의 이송 확산은 수환경에 변화를 초래한다. 탁수는 준설작업 시 커터헤드(cutter head)가 해저면에 닿는 순간부터 작동을 멈출 때까지 계속하여 발생하며, 이러한 과정들이 반복되면서 많은 양의 부유토사가 발생하게 되고 고탁수현상이 일어난다. 이렇게 발생한 탁수는 수체흐름에 따라 이송 및 확산된다. 탁수발생은 수중의 빛 투과를 감소시켜 일차 생산자인 부유성 및 부착조류의 생육을 저해하고, 이들의 생산성 감소와 군집구성의 변화는 수서생태계의 먹이사슬을 통해 이들을 먹이로 하는 저서무척추동물과 어류의 현존량 감소와 종 구성에 영향을 미치고, 고농도의 현탁 입자는 어류 아가미에 염증을 유발하거나 점막의 파괴와 감염을 유발하여 치사시킬 수도 있다. 또한 과도한 부유 입자는 하류로 침강되어 하천 바닥에 서식하는 부착조류, 무척추 동물 및 곤충의 생육에 피해를 주고, 이것은 어류의 먹이에 영향을 미쳐 어류 개체수를 감소시키거나 산란된 물고기 알을 매몰시키거나 질식시키는 등 여러 가지 방법으로 수서생물상에 영향을 미치게 된다.(낙동강수계관리위원회, 2005) 따라서 준설작업에 있어 탁수의 이송 확산범위를 사전에 예측하고 국내 실정과 환경여건에 알맞게 적용되고, 실용화될 수 있는 수치모델링에 대한 기반핵심 기술개발이 필요하다. 현재 낙동강에서 진행되고 있는 준설현장에서 발생하는 부유탁수의 이송 확산과정을 이차원 흐름해석모형인 RAM2 모형과 오염물 이송 확산해석모형인 RAM4 모형을 이용하여 수치해석을 하고 분석함으로써 수치해석에 의한 부유탁수의 이송 확산모의 결과가 환경영향 범위를 예측하는 데에 적용될 수 있는지를 알아보고자 한다.

• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.460-468
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• 2021

TBM은 원형의 커터헤드를 회전하여 전단면으로 터널을 굴착하는 장비로 빠른 굴진속도와 안전한 시공이 장점이다. 건설현장에서 터널 굴착에 주로 사용되는 TBM은 정보통신기술의 적용이 용이한 장비로서 현재 무인화 및 자동화에 관련한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 국외에서의 광물 및 에너지 자원 개발을 위한 TBM의 적용 사례를 살펴보고, 광물 및 에너지 자원 개발과 토목 건설현장에서 TBM 적용에 대한 차이를 살펴보았다. 그리고, TBM 선정 시에 기술적으로 고려해야 하는 지질조건, 심도, 현장 접근, 발진, 선형과 경사, TBM 크기 등을 알아보았다. 마지막으로 광산에서 TBM 적용 시의 장점과 단점 및 성공적인 광산 적용을 위하여 TBM이 기술적으로 갖추어야 하는 사항을 정리하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제29권3호
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• pp.321-329
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• 2022

Tunnel site where high water pressure is applied, such as subsea tunnel, generally selects the shield TBM (Tunnel Boring Machine) to maintain the tunnel excavation face. The shield TBM has cutters installed, and the cutters wear out during the process of excavation, so it should be checked and replaced regularly. This is called CHI (Cutterhead Intervention). The conventional CHI under high water pressure is very disadvantageous in terms of safety and economics because humans perform work in response to high water pressure and huge water inflow in the chamber. To overcome this disadvantage, this study proposes a new method to dramatically reduce water pressure and water ingress by injecting an appropriate grout solution into the front of the tunnel face through the shield TBM chamber, called New Face Grouting Method (NFGM). The tunnel model tests were performed to determine the characteristics, injection volume, and curing time of grout solution to be applied to the NFGM. Model test apparatus was composed of a pressure soil tank, a model shield TBM, a grout tank, and an air compressor to measure the amount of water inflow into the chamber. The model tests were conducted by changing the injection amount of the grout solution, the curing time after the grout injection, and the water/cement ratio of grout solution. From an economic point of view, the results showed that the injection volume of 1.0 L, curing time of 6 hours, and water/cement ratio of the grout solution between 1.5 and 2.0 are the most economical. It can be concluded that this study has presented a method to economically perform the CHI under the high water pressure.

• 한국건설관리학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.115-123
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• 2018

강관말뚝 두부정리 작업은 안전성, 품질의 균일성, 작업 생산성 측면에서 개선이 필요하며, 이를 개선하기 위한 자동화 및 기계화 등 대안마련이 시급한 실정이다. 본 연구의 목적은 상기 문제점을 개선할 수 있는 굴삭기 기반 강관말뚝 두부정리 및 절단 부위 핸들링 로봇의 풀스케일 프로토타입을 개발하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 1)선행기술 분석 및 현장 전문가 설문조사, 2)AHP 분석을 활용한 핵심 요소기술 선정, 3)상세설계 도출, 4)구조적 안정성 분석, 5)풀스케일 프로토타입 개발을 수행하였다. 핵심 요소기술 선정 결과, 레이저 레벨기 및 수광기(94.46점), 강관말뚝 절단 기능에서는 플라즈마 절단(96.72점), 강관말뚝 인양 및 운반 기능에서는 회전형 그래플(93.45점)이 선정되었으며, 구조적 안정성 분석 결과, 구조적으로 가장 취약할 것으로 판단되는 3개 부재(그립부, 실린더 피벗 브라켓, 그립부 베이스)에서 최소 2배 이상의 구조적 안정성을 확보할 수 있는 것으로 분석되었다. 최종적으로 개발된 풀스케일 프로토타입은 센싱부 정확도 3.39mm, 절단부 절단 속도 1분 59초로 강관말뚝 두부정리 작업의 자동화를 위한 충분한 성능을 확보한 것으로 분석되었다. 본 연구를 통해 개발된 굴삭기 기반 강관말뚝 두부정리 및 절단 부위 핸들링 로봇은 현업에서의 요구가 충분히 반영되고 기술적 타당성이 확보되었으므로 그 실용화 가능성이 높을 것으로 기대된다.

• 한국건설관리학회논문집
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• 제6권4호
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• pp.142-151
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• 2005

최근 국내 $\cdot$ 외의 경우 기성 콘크리트 파일(PHC) 두부정리 작업의 생산성, 안전성 및 품질 향상을 위해 자동화 장비를 개발중에 있다. 그러나 기존에 개발된 두부정리 자동화 장비는 두부정리 전 작업과정 중 파일 파쇄만을 자동화 대상 작업으로 하고 있고, 파일 파쇄를 위한 말단장치(end-effector) 설계의 오류로 종 방향 균열을 발생시키는 등 문제점이 있는 것으로 분석되었다. 기존 두부정리 자동화 장비가 PHC 파일에 종 방향 균열을 발생시키는 원인은 PHC 파일의 물리적 특성을 고려한 자동화 장비 말단장치의 설계 및 제작, 배치가 제대로 이루어지지 못했기 때문인 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구의 목적은 최근 국내에서 개발 중인 PHC 파일 두부정리 자동화 장비의 파일롯타입(pilot type)을 대상으로 다양한 형태의 말단장치를 설계 및 제작하고, 실험실 실험을 통해 최적의 말단장치 조합을 제안함으로써 종 방향 균열 없이 PHC 파일 두부를 효과적으로 그라인딩하고 파쇄할 수 있도록 하는 자동화 장비의 프로토타입을 제시하는 것이다. 본 연구를 통해 제시된 PHC 파일 두부정리 자동화 장비가 개발되어 현장에 적용될 경우, 기존 두부정리 작업의 생력화를 통한 품질, 안전성, 생산성 향상 및 이를 통한 경제성 확보가 가능할 것으로 기대된다.

• 대한치과보철학회지
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• 제17권1호
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• pp.23-34
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• 1979

In this study, the adhesive strength of three commercial polycarboxylate cements to ten types of dental casting alloys, such as gold, palladium, silver, indium, copper, nickel, chromium, and human enamel and dentine were measured and compared with that of a conventional zinc phosphate cement. The $8.0mm{\times}3.0mm$ cylindrical alloy specimens were made by casting. The enamel specimens were prepared from the labial surface of human upper incisor, and the dentine specimens were prepared from the occulusal surface of the human molar respectively. Sound extracted human teeth, which had been kept in a fresh condition since, extraction, were mounted in a wax box with a cold-curing acrylic resin to expose the flattened area. The mounted teeth were then placed in a Specimen Cutter (Technicut) and were cut down under a water spray, and then the flat area on the all specimens were ground by hand with 400 and 600 grit wet silicone carbide paper. Two such specimens were then cemented together face-to-face with freshly mixed cement, and moderate finger pressure was applied to squeeze the cement to a thin and uniform film. All cemented specimens were then kept in a thermostatic humidor cabinet regulated at $23{\pm}2^{\circ}C.$ and more than 95 per cent relative humidity and tested after 24 hours and 1 week. Link chain was attached to each alloy specimen to reduce the rigidity of the jig assembly, and then all the specimens were mounted in the grips of the Instron Universal Testing Machine, and a tensile load was delivered to the adhering surface at a cross head speed of 0.20 mm/min. The loads to which the specimens were subjected were recorded on a chart moving at 0.50 mm/min. The adhesive strength was determined by measuring the load when the specimen separated from the cement block and by dividing the load by the area. The test was performed in a room at $23{\pm}2^{\circ}C.$ and $50{\pm}10$ per cent relative humidity. A minimum of five specimens were tested each material and those which deviated more than 15 per cent from the mean were discarded and new specimens prepared. From the experiments, the following results were obtained. 1) It was found that the adhesive strength of the polycarboxylate cement to all alloys tested was considerably greater than that of the zinc phosphate cement. 2) The adhesive strength of the polycarboxylate cements was superior to the non precious alloys, such as the copper, indium, nickel and chromium alloys, but it was inferior to the precious gold, silver and palladium alloys. 3) Surface treatment of the alloy was found to be an important factor in achieving adhesion. It appears that a polycarboxylate cement will adhere better to a smooth surface than to a rough one. This contrasts with zinc phosphate cements, where a rough helps mechanical interlocking. 4) The adhesion of the polycarboxylate cement with enamel was found superior to its adhesion with dentine.

• 터널과지하공간
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• 제30권5호
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• pp.496-507
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• 2020

EPB TBM의 굴진성능 예측은 터널 시공성 향상을 위해 매우 중요하며, 따라서 현재까지 TBM 굴진을 수치 해석적으로 모사하기 위한 다양한 시도들이 이루어져 왔다. 본 논문에서는 EPB TBM의 운전조건에 따른 굴진성능을 평가하기 위해 개별요소법(DEM, discrete element method)과 유한차분법(FDM, finite difference method)을 연계한 수치해석 모델을 사용하여 운전조건을 변경해가며 매개변수 해석을 수행하였다. 해석은 커터헤드의 회전속도를 2 rpm으로 일정하게 유지한 상태에서 굴진속도를 0.5, 1.0 mm/sec, 스크류 컨베이어의 회전속도를 5, 15, 25 rpm으로 조건을 변경해가며 수행되었다. 운전조건의 변화에 따라 측정되는 토크, 추력, 챔버압, 배토량을 비교하였으며 매개변수 해석 결과를 통해 개별요소법-유한차분법 연계 TBM 굴진해석 모델을 사용하여 최적 TBM 운전조건을 예측할 수 있음을 나타냈다.

• 터널과지하공간
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• 제30권5호
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• pp.484-495
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• 2020

EPB TBM의 굴진을 수치적으로 해석하기 위해 개별요소법(DEM, discrete element method), 유한요소법(FEM, finite element method), 유한차분법(FDM, finite difference method) 등과 같은 다양한 수치해석 기법이 적용되어 왔다. 본 논문에서는 이중 개별요소법과 유한차분법을 연계하는 방식을 채택하여 EPB TBM 굴진해석 모델링 방법을 제시하였다. 제시한 개별요소법-유한차분법 연계 TBM 굴진해석 모델에서 TBM이 굴착하는 굴착부는 개별요소법을 적용하였으며, 입자 접촉 물성치의 경우 일련의 삼축압축시험을 통해 교정하였다. 굴착부 주변지반은 유한차분법을 연계시켜 정지토압계수를 고려하여 굴착부에 수평지중응력을 구현할 수 있도록 하였다. 또한, 이를 통해 소요 입자 개수를 감소시켜 모델의 해석효율을 증대시켰다. 본 논문에서 제시한 수치해석 모델은 TBM의 굴진율, 커터헤드 및 스크류 컨베이어 회전속도 등을 조절할 수 있으며 TBM 굴진 중 토크, 추력, 챔버압, 배토량을 도출해 낼 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.637-658
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• 2022

쉴드TBM 터널은 지반 굴착, 세그먼트 링 빌드(Segment ring-build), 뒷채움의 반복적인 공정으로 단순하다. 재래식 터널공법인 발파공법(Drill and Blast)은 막장관찰, 천공, 장약, 발파, 환기, 버력처리, 지보재 설치의 반복으로 쉴드TBM 터널보다 공정이 복잡하고 일부 제약조건이 따른다. 하지만 굴진을 위한 준비 작업은 지반을 보강하고 갱문조성 후 터널을 형성해 나가는 Drill and Blast에 비해서 쉴드TBM 터널은 매우 상세한 계획을 바탕으로 시간과 비용이 필요하다. 이는 대상지반을 굴착하는 쉴드TBM 장비의 성능 확보가 공사의 성패를 좌우하기 때문인데, 고가의 주문제작 장비인 쉴드TBM이 조립단계에서 잘못 구성되면 본 굴진은 물론 초기굴진 단계에서부터 구동이 어렵게 되고, 조립된 쉴드TBM 장비를 다시 해체하는 경우가 발생하게 되어 재조립하는 상황으로 진행되면, 공기는 물론 경제적인 손실이 발생하여 공사 기간 내내 어려움이 발생한다. 이에 본 연구에서는 한강 하저를 통과하는 국내 최대 직경의 도로터널을 건설하기 위한 이수식 쉴드TBM 조립을 위한 발진부지의 배치와 계획, 쉴드TBM 장비의 주요 부분별 조립공정을 검토하였고, 타공정과 의 간섭 최소화 및 커터헤드 조립과 운반의 효율성을 분석하여 현장여건에 맞게 개선하여 적용하였다.