• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권2호
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• pp.91-111
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• 2024

전력구 터널은 송전선로 지중화 사업의 일환으로 대부분의 경우 쉴드 TBM을 활용하여 건설된다. TBM 챔버는 터널 내부 중 유일하게 암반과 흙을 마주하는 공간이며, 붕락과 부딪힘 사고 등 사고노출 빈도가 가장 높은 곳이다. 현재 챔버 외부에서 디스크커터 마모정도를 측정할 수 있는 방법이 부재하기 때문에 근로자의 수시점검이 필수적이다. 이에 본 연구에서는 TBM 챔버 내부 안전사고를 예방하고, 챔버 오픈회수 절감을 통해 공사기간 단축의 효과를 기대하기 위하여 디스크커터 마모측정 기술 개념을 정립하고, 시작품을 제작하였다. 선행기술을 고찰하여 자기센서가 굴착환경에서 가장 적합하다고 판단하여, 자기센서, 무선통신 모듈, 전원공급, 외부 케이싱, 그리고 모니터링 시스템을 종합한 마모측정 센서 패키지를 개발하였다. 실제 굴착환경에서 시작품 성능검증을 수행하기 위해 3.6 m 토압식 쉴드 TBM을 활용한 실대형 굴진시험을 수행하였다. 실대형 굴진시험 결과 8개의 시작품 중 5개가 정상적으로 작동하였다. 최대 3,000 kN의 추력과 1.5 RPM의 회전속도 안에서 센서측정값이 무선통신을 통해 시스템에 원활하게 표출되는지 확인하였고, 센서 케이싱이 파손되지 않아 내구성을 확보하는 것으로 분석되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.273-280
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• 2003

도심지 교통해소를 위한 수단으로 터널구조물의 건설은 날로 증가되는 추세에 있다. 그러나, 새로운 터널구조물이 기존 터널구조물과 인접 또는 교차하여 건설됨에 따른 기존 터널구조물의 운영상의 안정성 확보는 상당히 중요하다. 이에 따라, 이 논문은 기존터널과 인접하여 건설되는 신설터널과의 상호거동에 대한 연구로써, 특히 상하교차터널에 대하여 중점을 두었다. 이 연구는 1g 모형시험을 실시하고 그들 결과의 분석을 통하여 교차터널의 거동에 대한 연구 고찰하였다. 또한 교차터널의 설계방향 제시함으로써 보다 실질적인 교차터널의 설계기술 발전을 위하여 활용되어 질 것으로 판단된다.

• 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.

• Geomechanics and Engineering
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• 제35권5호
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• pp.487-497
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• 2023

Penetration rate (PR) and penetration depth (Pe) are crucial parameters for estimating the cost and time required in tunnel construction using tunnel boring machines (TBMs). This study focuses on investigating the impact of rock strength on PR and Pe through full-scale experiments. By conducting controlled tests on rock-like specimens, the study aims to understand the contributions of various ground parameters and machine-operating conditions to TBM excavation performance. An earth pressure balanced (EPB) TBM with a sectional diameter of 3.54 m was utilized in the experiments. The TBM excavated rocklike specimens with varying uniaxial compressive strength (UCS), while the thrust and cutterhead rotational speed were controlled. The results highlight the significance of the interplay between thrust, cutterhead speed, and rock strength (UCS) in determining Pe. In high UCS conditions exceeding 70 MPa, thrust plays a vital role in enhancing Pe as hard rock requires a greater thrust force for excavation. Conversely, in medium-to-low UCS conditions less than 50 MPa, thrust has a weak relationship with Pe, and Pe becomes directly proportional to the cutterhead rotational speed. Furthermore, a strong correlation was observed between Pe and cutterhead torque with a determination coefficient of 0.84. Based on these findings, a predictive model for Pe is proposed, incorporating thrust, TBM diameter, number of disc cutters, and UCS. This model offers a practical tool for estimating Pe in different excavation scenarios. The study presents unprecedented full-scale TBM excavation results, with well-controlled experiments, shedding light on the interplay between rock strength, TBM operational variables, and excavation performance. These insights are valuable for optimizing TBM excavation in grounds with varying strengths and operational conditions.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.215-223
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• 2013

최근 유럽 및 일본에서는 강섬유 보강 콘크리트를 활용하여 철근을 생략하거나 최소화하기 위한 연구가 수행중에 있으며, 세그먼트 제작시 강섬유 보강 콘크리트 활용은 철근 생략 또는 최소화를 통한 경제성 향상은 물론 품질관리 향상효과가 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 강섬유 보강효과 검토를 위하여 기존에 널리 활용되고 있는 철근만으로 보강된 세그먼트와 철근 및 강섬유로 보강된 세그먼트 실험체 제작 및 휨실험을 수행하였다. 실험결과 세그먼트 강섬유 보강은 콘크리트의 연성 증가효과로 인하여 균열제어는 물론 기존 세그먼트 보강재인 철근의 대체할 수 있는 보강재로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.225-235
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• 2013

TBM의 암반 굴착도구인 디스크커터의 작용력은 TBM의 설계와 굴진성능 평가를 위해 핵심적인 항목이다. 본 연구에서는 디스크커터 링의 형상에 따른 디스크커터 작용력의 차이를 실물 선형절삭실험에 의해 실험적으로 분석하였다. 또한 절삭실험 중에 발생하는 커터 링의 변형률을 계측하여 커터 링의 강성을 추정하였다. 분석결과, V형상의 디스크커터를 사용하게 되면 동일한 절삭조건에서 커터 관입깊이를 증가시킬 수는 있지만, 커터의 회전방향으로 큰 응력이 작용하는 것으로 나타났다. 또한 커터 작용력을 예측모델에 의해 추정할 경우에는, 디스크커터의 형상과 관련된 변수들을 고려할 수 있는 모델을 사용하는 것이 타당함을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권3호
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• pp.215-230
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• 2012

본 연구에서는 세그먼트의 제작비용을 절감하기 위한 방안으로서, 설계강도가 60 MPa인 고강도 콘크리트와 항복강도가 600 MPa인 고장력 철근을 사용하여 철근량을 저감시킨 고강도 철근보강 세그먼트 시작품을 제작하였다. 이상과 같이 제작된 고강도 세그먼트와 기존 철근보강 세그먼트의 역학적 거동을 비교하기 위하여, 세그먼트의 실물 휨실험을 실시하였다. 실험결과, 철근량이 약 26%가 감소하였음에도 불구하고 고강도 철근보강 세그먼트의 파괴하중은 일반 철근보강 세그먼트보다 약 30% 크게 나타나 고강도 콘크리트와 고장력 철근으로 인해 세그먼트의 내하력이 크게 향상되었음을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제25권10호
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• pp.77-85
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• 2009

본 논문은 점성토에 시공된 트윈 병렬 터널로 인해 발생된 지반변형을 연구하기 위해 시행된 1g 모형실험의 과정 및 결과에 대해 기술한다. 트윈 병렬 터널 시공 시, 터널 2(후행터널)로 인한 지반침하는 터널 1(선행터널)로 인한 지반침하와 다른 양상을 보였다. 그 양상은 지반손실의 증가, 침하 폭의 증가, 최대침하의 증가 및 최대침하 위치의 이동으로 요약된다. 따라서 터널 2로 인한 지반침하를 예측하기 위해 기존 Gaussian curve방법을 이용하는 것은 적절치 못하다. 이에 본 논문은 터널 2로 인한 지반침하 예측 개선을 위해 새로운 지반침하 예측 방법(Modification factor방법)을 소개한다. 본 논문은 Modification factor 방법의 실대형 현장 상황 적용을 위한 파라미터 선택에 대해 기술하며, 또한 그 적용 한계에 대해 토의한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.101-120
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• 2023

전기비저항 탐사 방법은 매질의 표면에 관입된 두 전극의 전위차와 전류와의 관계를 통해 전기 저항을 측정하고, 형상 계수를 이용하여 매질의 고유한 특성인 전기비저항을 계산한다. 현장 및 실대형 크기의 전기비저항 실험은 전극과 매질 사이의 접촉 면적이 적고, 전극 간 거리가 충분하기 때문에 계산상 편의를 위해서 동일한 표면적을 가진 반구형으로 치환하여 전기비저항을 산정한다. 하지만, 실내 소규모 크기의 전기비저항 실험은 전극의 지오메트리(전극의 관입 깊이, 전극사이의 거리, 전극의 길이와 반지름 크기)로 인해서, 등전위면과 전류 흐름이 달라지게 되므로, 궁극적으로 전기비저항값의 오차를 야기한다. 본 연구는 기존 연구에서 유도된 4가지 전극 형상(반구, 원기둥, 반구형 팁을 가진 원기둥, 콘형 팁을 가진 원기둥)에 따른 전기 저항 이론식을 정리하고, 전극 형상을 고려한 전기 저항 수치 해석을 실시하였으며, 이론식과 수치 해석 결과들의 비교를 통해서 개발된 수치 해석 모듈을 검증하였다. 또한, 각 전극 형상에 따른 전극 주변과 전극사이에 형성된 전기 저항 분포를 분석하였다. 추가적으로, 현장 전기비저항 탐사에서 주로 사용되는 콘형 팁을 가진 원기둥 전극의 전기적 특성에 따른 전류 흐름 분포를 고찰하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.337-346
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• 2020

도심권의 교통 집중과 정체로 인하여 지하 공간 활용성이 필요함에 따라 지하구조물에 대한 연구가 늘어나고 있다. 그 중 복층터널은 지하구조물을 대표 할 수 있다. 복층터널은 중간슬래브를 기준으로 상, 하부 차도를 구분하여 운영하고 있다. 중간슬래브는 차량의 하중 및 지진하중에 의하여 동적거동을 한다. 특히 지진의 의한 응답특성은 하중의 크기 및 작용 메커니즘이 매우 복잡하고 이론적 접근이 어려워 실험적 연구가 필요하다. 본 연구에서는 붕괴방지 내진 1등급의 복층터널 중간슬래브에 진동 감쇠 고무받침 유무에 따른 안정성 평가를 실시하는데 목적을 두고 있다. 본 진동대 실험에서는 상사율 1/4을 적용하였으며, 모형실험에서 지반과 모형의 일체거동을 묘사하기 위하여 라이닝과 진동대판을 고정시켰으며 이를 통해서 상대거동을 최소화 하였다. 실험대상은 가상복층터널 TBM 표준단면으로 정했다. 기반암에 가해지는 지반운동 수준을 0.154 g (붕괴방지 수준 내진 1등급 인공지진파)이며 이 가속도를 최대로 하는 지진파를 진동대 입력(기반암)에 작용시켜 모형에 증폭현상을 분석하고 진동 감쇠 고무받침 유무에 따른 중간슬래브의 내진 안정성에 대해 평가 분석 하였다. 그 결과, 지진 감쇠 고무받침 유무에 따라서 지진 가속도 감쇠 효과가 최대 40% 이상 있음을 알 수 있었다.