• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.13-21
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• 2014

본 연구에서는 쉴드 TBM 공법의 다양한 세그먼트 모델링 기법에 따른 비교 해석을 통하여 해석기법에 따른 차이를 분석하고 이에 따른 합리적인 모델링 기법을 제안하였다. 또한 암반 이완하중 산정모델에 따른 하중 분석 및 3차원 유한요소해석을 통하여 실제 현장에서 적용 가능한 합리적인 하중산정 방법을 제시하였다. 암반분류에 의한 이완영역의 산정방법은 암반등급이 높은 지반에서는 결과의 차이가 크지 않으나 지반등급이 낮은 지반에서는 그 차이가 매우 크게 나타났으며, 3차원 해석에 의한 이완영역 산정결과 지반등급이 낮은 지반의 이완영역은 각 방법의 중간 정도 범위에 위치할 것으로 예측되었으며 지반등급이 낮은 지반의 세그먼트 계획 시에는 기계식 터널 굴착 특성을 반영한 3차원 해석을 통한 이완영역의 산정을 적극 검토할 필요가 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권2호
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• pp.375-392
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• 2018

쉴드 TBM 공법은 터널의 변형을 최소화할 수 있는 공법으로 도심지 얕은 터널 공사에 적합한 공법이다. 하지만 이러한 쉴드 TBM 공법의 장점에도 불구하고 침하가 발생하며, 토피가 낮은 지반에서 쉴드 TBM 굴진 중 침하에 대한 대책은 여전히 주요 쟁점사항 중 하나로 남아있다. 쉴드 TBM 공법에서 테일 보이드는 불가피하게 발생하는 공간으로 테일 보이드의 변형은 침하의 주요 원인이 된다. 이러한 테일 보이드의 변형은 뒤채움 그라우팅을 통해 제어되며, 이를 통해 침하를 억제하거나 회복시킬 수 있다고 여겨지고 있다. 하지만 실제 뒤채움 그라우팅을 통한 침하 회복은 기대하기 어려우며 특히 사질토에서 두드러진다. 이는 뒤채움 그라우팅과 사질토 지반 사이의 상호작용에 기인한 것으로 유추할 수 있다. 본 연구에서는 3차원 수치해석을 통해 사질토 지반에서 뒤채움 그라우팅이 지반거동에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 해석결과, 뒤채움 그라우팅은 침하증가율을 감소시켜 쉴드 TBM 굴진으로 인하 침하를 감소시키나, 그라우팅 이전에 발생한 침하를 회복시키지는 못하는 것으로 나타났다. 이는 뒤채움 그라우팅으로 인해 감소된 체적손실의 지표침하 감소 효과를 지반 내 체적변형이 상쇄하기 때문인 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.135-148
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• 2013

최근 도로터널은 장대화되고 있으며 도심지 등의 장대 대심도 도로터널의 계획이 추진되고 있다. 이러한 장대, 대심도 터널 굴착공법은 NATM과 TBM 공법 등이 있으며 유럽에서는 약 80%, 기타 선진국에서도 약 30%의 교통터널에서 Shield TBM 공법을 적용하고 있다. 하지만 국내에서는 대부분의 장비가 외국에서 고가에 수입되고 있어 국내의 TBM 터널 보급률이 상당히 낮아 NATM 굴착방식이 보편적으로 적용되고 있는 실정이다. TBM 터널의 보급을 늘리기 위해서는 TBM 장비의 국내 수급을 통한 경제성의 확보가 필요하며 이를 위해 표준화된 TBM 구경의 선정이 시급한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 도로터널의 표준화된 TBM 최적단면 선정을 위해 교통량에 따라 차로수의 규모 및 내부형상(단층 혹은 복층), 환기방식에 따른 TBM 굴착 내공단면을 활용 방안 등을 검토하여 최적 단면의 산출방안을 제시하고자 하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.65-74
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• 2020

토압식(EPB, earth pressure balance) 쉴드 TBM 공법에서 첨가제 주입을 통해 굴착한 흙을 개량하는 쏘일 컨디셔닝(soil conditioning) 기법의 적용은 TBM의 굴진성능을 향상시키는데 필수적이다. 따라서 TBM 장비의 굴진 성능을 모사하는 수치해석 모델에서도 쏘일 컨디셔닝을 적용하는 것은 중요하나, 이를 해석적으로 모사하는 기법에 대한 연구는 현재까지 부족하다. 따라서 본 연구에서는 컨디셔닝 된 흙의 특성을 파악하기 위해 실내 가압 베인시험 장치를 고안하였다. 고안된 장치를 통해 폼에 의해 컨디셔닝 된 흙에 대하여 전단속도를 달리하며 시험을 수행하였으며, 시험은 개별요소법(DEM, discrete element method)을 통해 모델링 되었다. 시험결과와 해석결과의 비교를 통해 개별요소법에서의 입자 접촉조건을 결정하였으며, 이는 개별요소법을 사용한 TBM 굴진해석 모델에서 쏘일 컨디셔닝을 재현할 때 가압 베인시험과 개별요소법 모델의 적용 가능성을 보여준다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제29권3호
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• pp.291-300
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• 2022

Tunnel boring machines combined with the earth pressure balanced shield method (EPB shield TBMs) have been adopted in urban areas as they allow excavation of tunnels with limited ground deformation through continuous and repetitive excavation and support. Nevertheless, the expansion of TBM construction requires much more minor and exquisitely controlled surface settlement to prevent economic loss. Several parametric studies controlling the tunnel's geometry, ground properties, and TBM operational factors assuming ordinary conditions for EPB shield TBM excavation have been conducted, but the impact of excessive excavation on the induced settlement has not been adequately studied. This study conducted a numerical evaluation of surface settlement induced by the ground loss from face imbalance, excessive excavation, and tail void grouting. The numerical model was constructed using FLAC3D and validated by comparing its result with the field data from literature. Then, parametric studies were conducted by controlling the ground stiffness, face pressure, tail void grouting pressure, and additional volume of muck discharge. As a result, the contribution of these operational factors to the surface settlement appeared differently depending on the ground stiffness. Except for the ground stiffness as the dominant factor, the order of variation of surface settlement was investigated, and the volume of additional muck discharge was found to be the largest, followed by the face pressure and tail void grouting pressure. The results from this study are expected to contribute to the development of settlement prediction models and understanding the surface settlement behavior induced by TBM excavation.

• 한국건설관리학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.36-47
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• 2017

대표적인 국내 해저터널 시공사례로 침매공법을 적용한 가덕 해저터널이 완공되어 운영 중이고, NATM 공법을 적용한 보령~태안간 해저터널이 건설중이다. 호남~제주 간 고속철도 해저터널이 구상중 이고, 일본, 중국과도 해저터널 건설에 대한 타당성이 검토되고 있다. 그러나 Shield TBM 공법을 적용한 해저터널에 대한 국내 시공사례가 없어, 현재의 기술력으로는 장대 해저터널 사업성 분석 및 적정 공사기간 예측 등 공사수행을 위한 공정계획정보 제공이 어렵다. 경제성 등 이유로 정부기관 및 발주기관도 Shield TBM 공법 적용에 소극적이고, Shield TBM 공법을 적용한 공정관리분야 기술적 자료도 부족한 실정이다. 따라서, 장대 해저터널 사업성 분석 및 적정 공사기간 예측하기 위한 표준공정관리체계가 필요하다. 본 연구를 통해 WBS, Network Diagram, 단위 공사기간 산출모델 등 해저터널 표준공정관리 체계를 제시하므로써, 장래 건설되어질 해저터널 사업에 기술적, 경제적으로 기여하고자 한다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2005년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.401-408
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• 2005

Recently shield TBM tunnellings are being applied to subway construction in Korean cities. Generally these kinds of tunnellings have the problems in the stability of ground such as subsidence because urban subway is constructed in the shallow depth. A sinkhole occurred on the road just above the tunnel during tunneling in Kwangju, so a survey for upper layer of the tunnel was needed. But conventional Ground Probing Radar can't be applicable due to the presence of steel-mesh screen in the shield segment, so no existent geophysical method is applicable in this site. Because the outer surface of each shield segment is electrically insulated, dipole-dipole resistivity method which is popular in engineering site investigation, was tried to this survey for the first time. Specially manufactured flexible ring-type electrodes were installed into the grouting holes at an interval of 2.4 m on the ceiling. The K-Ohm II system which has been developed by KIGAM and tested successfully in many sites, was used in this site. The system consists of 1000Volt-1Ampere constant-current transmitter, optically isolated 24 bit sigma-delta A/D conversion receiver - maximum 12 channel simultaneous measurements, and graphical automatic acquisition software for easy data quality check in real time. Borehole camera logging with circular white LED lighting was also done to investigate the state of the layer. Measured resistivity data lack of some stations due to failing opening lids of holes, shows general high-low trend well. The dipole-dipole resistivity inversion results discriminate (1) one approximately 4 meter diameter cavity (grouted but incompletely hardened, so low resistivity - less than $30{\Omega}m$), (2) weak zone (100-200${\Omega}m$), and (3) hard zone (high resistivity - more than 1000${\Omega}m$) very well for the distance of 320 meters. The 2-D inversion neglects slight absolute 3-D effect, but we can get satisfactory and useful information. Acquired resistivity section and video tapes by borehole camera logging will be reserved and reused if some problem occurs in this site in the future.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.849-860
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• 2019

본 논문은 쉴드 TBM의 급곡구간 굴착 시 안정성에 대한 데이터를 얻기 위한 장비 시스템 개발 연구이다. 최근 터널 굴착에 쉴드 TBM 장비가 많이 활용되고 있다. 굴착 시 지반 상부의 건물이나 기존 지하 구조물에 의해 불가피 하게 우회해야 할 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우에 대비하여 시공의 안정성을 확인하기 위해 시공 전 사전 시뮬레이션이 필요로 한다. 그러므로 본 장비 시스템 개발로 자동화 제어시스템을 구축하여 급곡구간 굴착 모형 시뮬레이션을 통해 모의실험을 진행한다면 안정성을 높일 수 있을 것이다. 장비의 좌·우 각도 및 추력 등을 제어하며 굴착 시 장비에 받는 토압, 추진압에 대한 데이터를 실시간으로 볼 수 있도록 시스템을 개발하여야 한다. 이 시스템으로 굴착 방법과 각도 별 굴착 시뮬레이션을 통한 현장실험에 필요데이터를 수집할 수 있다. 실제 쉴드 TBM 공사 전 축소모형 실험을 통한 평가 시 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.375-393
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• 2022

본 논문은 이수식 쉴드TBM의 이수분출 안정성 및 세그먼트라이닝 부력에 대한 안정성 평가법의 제안에 대한 내용을 다루고 있다. 토피가 얇은 하·해저터널 건설을 위해 이수식 쉴드TBM 적용 시 이수분출 안정성 및 세그먼트라이닝 부력 안정성을 평가하여야 하는데 현재 적용되는 이론식은 다소 복잡함에 따라 실무적으로 계산이 불편한 문제점이 있다. 본 연구에서는 이수분출 안정성 및 세그먼트라이닝 부력 안정성 평가방법을 고찰하고 터널 계획단계에서 간편하게 이수분출 안정성과 부력 안정성을 평가하는 간편도표를 제안하였다. 또한, 강도감소법을 활용한 세그먼트라이닝에 작용하는 부력 안전율을 평가하고 이론식에 의한 부력 안전율과 비교·분석을 수행하였다. 본 연구에서 제시된 이수분출 및 부력 안정성 평가를 위한 간편도표는 하·해저터널 계획 및 설계 시 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.549-560
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• 2021

쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine) 굴진 시 TBM에 작용하는 커터헤드 토크, 추력, 챔버압, 상향력 등은 TBM의 굴진성능을 결정하는 데 매우 중요한 요소들이다. 그러나 균질한 지반 조건에 비해 복합지반을 굴진할 때 TBM에 작용하는 힘들은 그 경향이 달라 TBM 굴진성능을 저해할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 복합지반 굴진이 TBM에 작용하는 토크, 추력, 챔버압, 상향력에 미치는 영향을 수치해석적으로 모사하고자 하였다. 해석 모델은 개별요소법(DEM, discrete element method)과 유한차분법(FDM, finite difference method)을 연계하는 방안을 적용한 TBM 굴진 모델을 사용하였다. 본 연구에서는 상부 화강풍화토와 하부 풍화암으로 구성된 복합지반을 굴진하는 것을 가정하여 굴진을 모사하였으며, 복합지반 경계면의 위치, 경사에 따라 TBM에 작용하는 힘에 대한 영향을 해석적으로 분석하였다.