• 한국정보통신설비학회:학술대회논문집
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• 한국정보통신설비학회 2003년도 하계학술대회
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• pp.367-372
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• 2003

도심의 편리한 생활을 위해 초고속 데이터 통신, 상하수도, 가스등의 원할 한 공급이 요구되고 있으며 이러한 인프라 시설들은 지하터널을 통하여 공급이 되게 된다. 도심지의 교통혼잡과 소음, 진동으로 인한 사회비용의 증가와 민원으로 사실상 개착식 공법은 적용되기 어려운 실정에 있다. 특히 앞에 열거한 인프라 시설들은 2m이하의 중소형 크기로 마이크로터널링 공법이 널리 사용되고 있으며 최근에는 현실적인 현장의 요구와 공사비용의 절감을 위해 1m이하의 소형터널에 대한 요구가 늘어 나고 있으나 마이크로터널링 머신의 소형화에 따른 절삭력의 감소와 지하 장애물에 대한 대처가 어려워짐으로 이에 대한 해결책이 요구되고 있다. 이를 위해 워터젯이 장착된 마이크로터널링 머신이 소개된바 있지만 면판에 단순고정된 형태라 절삭면적 및 효율에 한계가 있다. 본 연구는 절삭면적의 확대 및 효율의 증가를 위해 공전하는 면판에 자전하는 워터젯 보조면판을 제안하였으며 워터젯에 가장 적합한 커터종류를 찾기 위해 절삭력을 고려한 성능계수를 제안하였다.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제6권3호
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• pp.305-313
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• 2020

전력송전을 위한 터널식 전력구는 점차 시공실적이 증가하고 있는 추세이며, 해저 및 대심도 등 시공환경이 어려운 구간의 건설도 증가하고 있다. 이에 소단면 쉴드TBM의 효율적 운영을 위해 굴진율 및 설계모델이 필요하다. 그러나, 제한된 지반조사 회수 및 굴착면 맵핑으로 인하여 암반특성과 굴진데이터를 정확히 매칭시켜 상호간 상관관계 및 굴진율 모델을 도출하는데 어려움이 있다. 이에 소단면 쉴드TBM에 적합한 굴진율 및 설계모델을 제시하기 위하여 커터헤드의 직경이 3.56 m인 실험용 EPB 쉴드TBM을 제작하고, 총 부피 87.5 ㎥인 인공암반 내에서 총 19번의 실대형 굴진실험을 수행하였다. 본 실험은 70MPa의 균질한 암반강도에서 수행되었기 때문에 운전변수인 추력과 커터헤드의 RPM에 따른 굴진율과 기계데이터간 상관관계를 효율적으로 분석할 수 있으며, 실제 굴착메커니즘과 동일하기 때문에 도출된 압입깊이와 토크값은 활용성이 높다. 본 연구를 통해 디스크커터 당 연직력과 압입깊이의 상관관계 및 연직력과 회전력의 상관관계를 도출하였다. 이러한 상관관계들을 이용하여 70 MPa급 암반에 대해 굴진율 예측과 TBM 설계가 가능할 것으로 판단한다. 또한, 인공암반의 RQD가 100%로 현장적용에 대한 한계점에 대해 FPI의 개념을 도입하여 굴진율 모델의 활용성을 증대시키고자 하였다.

• 터널과지하공간
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• 제29권6호
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• pp.456-467
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• 2019

본 연구에서는 개별요소법을 사용하여 스포크형 쉴드TBM의 굴진을 모사하였다. 지반에 대해 수평응력계수를 사용하여 깊이에 따른 수평응력 증가를 모사하였고 TBM의 커터헤드에서 발생하는 토크를 기준으로 운전 조건을 부여하여 운전 범위 내에서 굴진을 하도록 설정하였다. 즉, 커터헤드에서 발생하는 토크의 값이 주어진 운전 조건을 넘어서는 경우 굴진속도를 일정하게 줄이고 반대로 운전 조건보다 낮은 경우에는 굴진 속도를 높이는 방안을 고려하였다. 이때 굴진속도 변경에는 운전자의 검토 시간을 고려하여 최소 변경 가능 요건을 부여하고 굴진 조건에 따라 이를 변경 가능하도록 하였다. 이러한 조건을 사용하기 위하여 사용자 프로그램을 별도로 작성하였으며, 결과를 통해 사전에 입력한 운전 범위 내에서 굴진 해석이 가능하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권3호
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• pp.277-292
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• 2012

본 논문에서는 쉴드 TBM 커터비트의 절삭력 평가를 위한 기초적 연구를 실시하였다. 기존 커터비트 절삭력 분석을 위한 여러 이론식이 존재하지만 기존이론식은 실제 커터비트 절삭력과 차이를 보인다. 따라서 실제 커터비트의 절삭력을 분석하기위하여 축소모형실험을 실시하였으며, 축소모형시험에서 얻은 결과는 기존 이론식과 비교 분석하였다. 이 연구로부터 얻은 결과는 TBM 커터헤드 설계에 있어 기본적으로 매우 필수적인 자료로 활용될 것이라 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제27권5호
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• pp.271-281
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• 2017

TBM의 제작 사양은 제작사들의 노하우에 의해 경험적으로 설계되고 있다. TBM 제작 사양은 TBM의 굴착성능과 가격을 좌우하기 때문에, TBM의 설계 단계에서 이를 데이터에 근거하여 결정하는 것이 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 다양한 현장에서 사용된 TBM들의 정보를 수집하여 데이터베이스를 구축하였고, 이를 통계적으로 분석하여 TBM의 제작 사양을 추정하기 위한 상관관계들을 제시하고자 하였다. 분석 결과, TBM 최대 추력, 최대 토크, 공칭 토크 및 커터헤드 구동 동력과 같은 TBM의 최대 제작 용량은 지반조건이나 TBM의 형식보다는 TBM의 외경, 즉 TBM의 굴착단면적에 지배적인 영향을 받는 것으로 파악되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권3호
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• pp.333-339
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• 2015

본 연구는 도심지 천층터널에서 현재까지 해석에서 무시되던 막장면 진동이 주위 구조물에 가장 큰 영향을 미치는 지표 침하에 대하여 3차원 수치해석을 이용하여 모델링하였다. 풍화토와 풍화암이 각각 50%의 비율로 구성된 복합지반을 고려하여 TBM 커터헤드에 발생하는 굴착시 토크를 산정하여 이를 시간에 따라 막장면에 재하함으로서 그 영향을 수치해석적으로 관찰하였다. 3차원 유한차분해석법을 이용하여 역학-동역학 연계해석을 통하여 지표침하 발생이력 및 분포도를 산정하였다. 연구결과, 3차원 수치해석을 통하여 막장면 진동하중에 의한 지표침하 발생경향을 성공적으로 모델링할 수 있었으며 최대 침하는 막장면에서 2.5D 후방에서 발생함을 확인하였고, 막장면 진동이 실제 지표침하에 영향을 미침을 확인하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제35권6호
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• pp.647-663
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• 2023

The investigation of the disc cutter wear prediction has an important guiding role in TBM equipment selection, project planning, and cost forecasting, especially when tunneling in a long-distance rock formations with high strength and high abrasivity. In this study, a comprehensive database of disc cutter wear data, geological properties, and tunneling parameters is obtained from a 1326 m excavated metro tunnel project in leptynite in Shenzhen, China. The failure forms and wear consumption of disc cutters on site are analyzed with emphasis. The results showed that 81% of disc cutters fail due to uniform wear, and other cutters are replaced owing to abnormal wear, especially flat wear of the cutter rings. In addition, it is found that there is a reasonable direct proportional relationship between the uniform wear rate (WR) and the installation radius (R), and the coefficient depends on geological characteristics and tunneling parameters. Thus, a preliminary prediction formula of the uniform wear rate, based on the installation radius of the cutterhead, was established. The correlation between some important geological properties (K_V and UCS) along with some tunneling parameters (F_n and p) and wear rate was discussed using regression analysis methods, and several prediction models for uniform wear rate were developed. Compared with a single variable, the multivariable model shows better prediction ability, and 89% of WR can be accurately estimated. The prediction model has reliability and provides a practical tool for wear prediction of disc cutter under similar hard rock projects with similar geological conditions.

• 터널과지하공간
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• 제34권2호
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• pp.143-153
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• 2024

TBM 공법은 발파 공법에 비해 굴착 중 소음과 진동 수준이 낮고, 안정성이 높은 터널 굴착 공법이며, 전세계적으로 터널 프로젝트에 TBM 공법을 적용하는 사례가 증가하는 추세이다. 디스크 커터는 TBM의 커터헤드에 장착되는 굴착 도구로 지속적으로 막장면 지반과 상호작용하며, 이때 필연적으로 마모가 발생한다. 본 연구에서는 지질 조건과 TBM 운영파라미터, 머신러닝 알고리즘들을 이용하여 디스크 커터 마모를 정량적으로 예측하였다. 디스크커터 마모 예측의 입력변수 중 UCS 데이터의 수가 다른 기계 데이터 및 마모 데이터에 비해 매우 부족하기 때문에, 먼저 TBM 기계 데이터를 이용하여 전체 구간에 대한 UCS 추정을 진행하고, 완성된 전체 데이터로 마모율 계수 예측을 수행하였다. 마모율 계수 예측 모델의 성능을 비교해 본 결과 XGBoost 모델의 성능이 가장 높게 나타났으며, 복잡한 예측 모델의 해석을 위해 SHapley Additive exPlanation (SHAP) 분석을 진행하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.35-45
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• 2018

터널을 굴착할 때 터널 막장 전방의 지반 상태를 예측하는 것은 중요하다. 따라서 국내외에서 TBM 현장에 적용 가능한 터널 막장 전방의 지반조건을 예측할 수 있는 기법에 대한 다양한 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 TBM 현장에서 적용되는 막장전방 예측기법에 대한 사례를 조사하였다. TBM 현장에서 필요한 막장전방 예측기법과 탐사심도에 대한 요구사항을 결정하기 위하여 10년 경력 이상의 TBM 오퍼레이터들을 대상으로 설문조사를 수행하였다. 설문조사 결과를 바탕으로 TBM 현장에 적용 가능한 막장전방 예측기법들을 제안하였다. 그중 TBM 현장에 적용 가능한 막장전방 예측기법 중 한 가지는 커터헤드에 위치한 디스크 커터를 전극으로 이용하여 전기비저항 탐사를 수행하는 것이다. 따라서 본 연구에서는 TBM 현장에서 전기비저항 탐사를 통한 막장전방 예측기법의 적용성을 평가하기 위해 실내 시험을 수행하였다. 그 결과, TBM 직경의 0.3배까지 막장 전방의 지반상태를 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권6호
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• pp.623-641
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• 2020

터널식 전력구는 약 5 km 이내의 연장을 기계식 굴착장비인 밀폐형 쉴드TBM을 이용하여 건설된다. 공기지연 예방 및 적기가압을 위해서는 암반등급별 공사기간의 예측정확도를 향상시켜야하며, 투입된 장비의 성능을 고려한 최적운전이 필수적이다. 이에 본 연구에서는 3.6 m급 쉴드TBM에 적합한 순굴진율 모델을 개발하고자 실대형 굴진시험을 수행하였다. 대표적인 일축압축강도에 대해서 소요추력과 커터헤드 회전속도를 바탕으로 약 100회의 실험을 수행하였다. 이에 풍화암, 연암, 경암분류에 따라 일축압축강도와 장비의 소요추력 조건이 고려된 연직력과 압입깊이 및 일축압축강도와 토크와의 상관관계를 제시하였다. 개발된 순굴진율 모델을 바탕으로 구동부 성능분석과 최적운전 조건에 대해 제시하였다. 본 연구결과를 통해 터널식 전력구 공사기간 단축 및 조기사용에 대한 사용자 편익증대를 기대할 수 있다.