• Geomechanics and Engineering
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• 제18권2호
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• pp.215-224
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• 2019

Excavation of long tunnels by shielded TBMs is a safe, fast, and efficient method of tunneling that mitigates many risks related to ground conditions. However, long-distance tunneling in great depth through adverse geological conditions brings about limitations in the application of TBMs. Among various harsh geological conditions, squeezing ground as a consequence of tunnel wall and face convergence could lead to cluttered blocking, shield jamming and in some cases failure in the support system. These issues or a combination of them could seriously hinder the performance of TBMs. The technique of excavation has a strong influence on the tunnel response when it is excavated under squeezing conditions. The Golab water conveyance tunnel was excavated by a double-shield TBM. This tunnel passes mainly through metamorphic weak rocks with up to 650 m overburden. These metamorphic rocks (Shales, Slates, Phyllites and Schists) together with some fault zones are incapable of sustaining high tangential stresses. Prediction of the convergence, estimation of the creeping effects and presenting strategies to overcome the squeezing ground are regarded as challenging tasks for the tunneling engineer. In this paper, the squeezing potential of the rock mass is investigated in specific regions by dint of numerical and analytical methods. Subsequently, several operational solutions which were conducted to counteract the challenges are explained in detail.

• Geomechanics and Engineering
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• 제38권1호
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• pp.69-77
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• 2024

The development of shield-driven cross-river tunnels in China is witnessing a notable shift towards larger diameters, longer distances, and higher water pressures due to the more complex excavation environment. Complex geological formations, such as fault and karst cavities, pose significant construction risks. Real-time adjustment of shield tunneling parameters based on parameter prediction is the key to ensuring the safety and efficiency of shield tunneling. In this study, prediction models for the torque and thrust of the cutter plate of ultra-large diameter slurry shield TBMs is established based on integrated learning algorithms, by analyzing the real data of Heyan Road cross-river tunnel. The influence of geological complexities at the excavation face, substantial burial depth, and high water level on the slurry shield tunneling parameters are considered in the models. The results reveal that the predictive models established by applying Random Forest and AdaBoost algorithms exhibit strong agreement with actual data, which indicates that the good adaptability and predictive accuracy of these two models. The models proposed in this study can be applied in the real-time prediction and adaptive adjustment of the tunneling parameters for shield tunneling under complex geological conditions.

• 한국도로학회논문집
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• 제17권6호
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• pp.27-32
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• 2015

PURPOSES : It is difficult to estimate tunnel stability because of lack of timely information during tunnel excavation. Tunnel deformability refers to the capacity of rock to strain under applied loads or unloads during tunnel excavation. This study was conducted to analyze a methods of pre-evaluation of stability during tunnel construction using the critical strain concept, which is applied to the results of tunnel settlement data and unconfined compression strength of intact rock or rock mass at the tunnel construction site. METHODS : Based on the critical strain concept, the pre-evaluation of stability of a tunnel was performed in the Daegu region, at a tunnel through andesite and granite rock. The critical strain concept is a method of predicting tunnel behavior from tunnel crown settlement data using the critical strain chart that is obtained from the relationship between strain and the unconfined compression strength of intact rock in a laboratory. RESULTS : In a pre-evaluation of stability of a tunnel, only actually measured crown settlement data is plotted on the lower position of the critical strain chart, to be compared with the total displacement of crown settlement, including precedent settlement and displacement data from before the settlement measurement. However, both cases show almost the same tunnel behavior. In an evaluation using rock mass instead of intact rock, the data for the rock mass strength is plotted on the lower portion of the critical strain chart, as a way to compare to the data for intact rock strength. CONCLUSIONS : From the results of the pre-evaluation of stability of the tunnel using the critical strain chart, we reaffirmed that it is possible to promptly evaluate the stability of a tunnel under construction. Moreover, this research shows that a safety evaluation using the actual instrumented crown settlement data with the unconfined compression strength of intact rock, rather than with the unconfined compression strength of a rock mass in the tunnel working face, is more conservative.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제8권4호
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• pp.289-305
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• 2006

본 논문에서는 굴착공법이 터널변위 거동에 미치는 영향에 대한 내용을 다루었다. 먼저 비교적 동일한 시공조건을 대상으로 중벽분할 굴착공법과 링컷공법을 비교하여 각 굴착공법에 따른 터널거동 메카니즘을 고찰하는데 초점을 두었다. 이를 위해3차원 유한요소해석을 수행하였으며, 각 공법별 해석결과로부터 막장 안정, 천단침하, 지표침하, 숏크리트 라이닝의 응력을 비교하였다. 전반적으로 중벽분할 공법을 적용할 경우 굴진과정에서 터널변위 제어에 탁월한 효과가 있는 것으로 나타났으며, 링컷공법 적용 시 지표침하 억제 효과에 보다 효율적인 것으로 나타났다. 본 연구결과를 종합하여 설계 시 고려하여야 할 주안점을 제시하였다.

• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2003년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.13-30
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• 2003

본 고에서는 터널 굴착전 대상지반의 지질상태 및 암반거동을 암반예측시스템(RPS)을 통해 사전에 예측하고, 시공중 취약구간에 대해 적절한 대응을 하는 새로운 종합적인 방법을 소개하고자 한다. 암반예측시스템(RPS)은 선진보링(LIM), 선진수평시추, 탄성파탐사(TSP/HSP)로 구성되어 있다. 암반예측시스템에서 탄성파탐사(TSP/HSP)는 주요 단층과 공동등 연약대의 위치에 대한 개략적인 정보를 제공하며, 선진수평시추는 탄성파탐사(TSP/HSP)에 의해 예측된 연약대 전방에서 단층 또는 공동의 위치와 폭을 확인하는 데 활용된다. 선진보링(LIM)은 암반의 연경도와 굴착면 부근의 작은 연약대를 발견하는 데 활용된다. 암반예측시스템(RPS)은 영동선 철도현장의 솔안터널에 성공적으로 적용되어 그 효용성이 입증되었다.

• 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.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권5호
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• pp.855-867
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• 2018

터널 굴진면 전방에 연약대가 존재할 때에는 종방향 아칭에 의해서 굴진면 직전영역에 응력이 증가되어 터널의 안정성이 영향을 받는다. 따라서 굴진면 전방에 연약대 존재 여부 및 연약대의 특성을 파악하여 이에 대한 대비책을 마련하는 것이 중요하다. 굴진면 전방 연약대의 예측 방법은 물리탐사 및 수치해석적 방법과 터널지보 및 보강방안에 대한 연구는 많이 이루어 졌으나 굴진면 전방 연약대의 폭과 이격거리에 따른 이완영역에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 굴진면 전방에 연약대 존재 시 연약대의 폭과 이격거리에 따른 이완영역에 대하여 실내모형실험을 통해 규명하였다. 모형시험기에 주문진 자연사를 이용하여 함수비 3.8%로 모형 원지반을 조성하였으며 모형 연약대는 모형 원지반과 같은 자연건조 상태의 주문진 자연사를 샌드커튼 방식으로 강사하여 조성하였다 연약대 폭과 굴진면과 연약대 간 이격거리를 변화시키며 실험을 수행하였다. 모형시험기는 상하반단면 굴착이 구현 가능하도록 제작하였으며, 토조 바닥에 로드셀을 설치하고 지표에 변위계를 설치하여 터널굴착에 따른 연직응력 및 지표변위를 측정하였다. 지표침하는 연약대의 폭에 상관없이 굴진면과의 이격거리가 0.25D 이내에서 급격히 증가하였고, 수직응력 및 수평응력 또한 이격거리가 0.5D 이내에서부터 증가하는 경향이 나타났다. 실험결과 종방향 아칭의 영향은 터널 전방 1.0D 영역 내부터 형성된다고 판단된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제10권4호
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• pp.471-526
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• 2016

In order to investigate water flow characteristics after inrushing in process of karst tunnel excavation, numerical simulations for five case studies of water inrush from the tunnel floor are carried out by using the FLUENT software on the background of Qiyueshan high risk karst tunnel. Firstly, the velocity-distance curves and pressure-distance curves are drawn by selecting a series of probing lines in a plane. Then, the variation characteristics of velocity and pressure are analyzed and the respective optimized escape routes are made. Finally, water flow characteristics after inrushing from the tunnel floor are discussed and summarized by comparing case studies under the conditions of different water-inrush positions and excavation situations. The results show that: (1) Tunnel constructors should first move to the tunnel side wall and then escape quickly when water inrush happens. (2) Tunnel constructors must not stay at the intersection area of the cross passage and tunnels when escaping. (3) When water inrush from floor happens in the left tunnel, if tunnel constructors meet the cross passage during escaping, they should pass through it rapidly, turn to the right tunnel and run to the entrance. (4) When water inrush from floor happens in the left tunnel, if there is not enough time to escape, tunnel constructors can run to the trolley and other equipment in the vicinity of the right tunnel working face. In addition, some rescuing equipment can be set up at the high location of the cross passage. (5) When water inrush from floor happens in the cross passage, tunnel constructors should move to the tunnel side wall quickly, turn to the tunnel without water inrush and run to the entrance. (6) When water inrush from floor happens in the cross passage, if there is not enough time to escape, tunnel constructors can run to the trolley and other equipment near by the left or the right tunnel working face. The results are of important practical significance and engineering value to ensure the safety of tunnel construction.

• 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.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권4호
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• pp.401-413
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• 2013

최근 연약지반 터널 현장에 활용되는 슬러리 쉴드 TBM은 굴진면으로 슬러리가 주입됨으로 그 안정성을 확보하는 공법이다. 하지만 간극이 과다하여 슬러리에 의한 폐색이 발생하지 않는 조립질 지반에서는 적용이 어렵기 때문에 첨가제를 혼입하여 사용하기도 한다. 본 연구에서는 첨가제의 역할로서 탄산가스를 주입함으로 슬러리가 주입되었을 때에 간극 내에 탄산가스가 흡착하여 폐색현상을 촉진시키는 효과를 규명하였다. 실내실험 결과 탄산 혼입에 따라 슬러리 쉴드 터널이 적용 가능한 유효입경이 1.0 mm에서 2.6 mm가량으로 증가하였고, 필터계수 ${\lambda}$가 $0.007sec^{-1}$이상인 경우에 탄산에 의한 효과가 발생함을 알 수 있었다.