• Smart Structures and Systems
• /
• 제21권5호
• /
• pp.623-635
• /
• 2018

In order to study the mechanical behavior of shield tunnel segments during assembly stage, the in-situ tests and FDM numerical simulation were conducted based on the Foguan Shiziyang Tunnel with large cross-section. Analysis for the load state of the assembling segments in different assembly steps as well as the investigation for the changing of inner forces and longitudinal stress of segments with assembling steps were carried out in this paper. By comparing the tested results with the simulated results, the conclusions and suggestions could be drawn as follows: (1) It is the most significant for the effects on axial force and bending moment caused by the assembly of adjacent segment, followed by the insertion of key segment while the effects in the other assembly steps are relative smaller. With the increasing value of axial force, the negative bending moment turns into positive and remains increasing in most monitored sections, while the bending moment of segment B1and B6 are negative and keeping increasing; (2) The closer the monitored section to the adjacent segments or the key segment, the more significant the internal forces response, and the monitored effects of key segment insertion are more obvious than that of calculation; (3) The axial forces are all in compression during assembling and the monitored values are about 1.5~1.75 times larger than the calculated values, and the monitored values of bending moment are about 2 times the numerical calculation. The bending moment is more sensitive to the segments assembly process compared with axial force, and it will result in the large bending moment of segments during assembling when the construction parameters are not suitable or the assembly error is too large. However, the internal forces in assembly stage are less than those in normal service stage; (4) The distribution of longitudinal stress has strong influence on the changing of the internal forces. The segment side surface and intrados in the middle of two adjacent jacks are the crack-sensitive positions in the early assembly stage, and subsequently segment corners far away from the jacks become the crack-sensitive parts either.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제17권1호
• /
• pp.11-23
• /
• 2015

본 연구에서는 쉴드터널의 볼트 체결 방식의 문제점을 개선하기 위해 강연선 긴장력을 이용한 새로운 세그먼트 체결 기술을 개발하였다. 현장 조립 시험시공을 통해 세그먼트 전단키가 세그먼트 틸팅 공정에서 가이드 역할을 하여 볼트 체결 방식보다 조립 시간이 더 단축되는 것을 확인하였다. 그리고 세그먼트 조립 공정의 소요공기 측정결과 볼트 체결 방식은 1개의 세그먼트 공급에서 체결까지 420초가 소요되었고, 강연선 체결 방식은 400초가 소요되었는데, 강연선 자동화 장치를 이용할 경우 기존 볼트 체결 방식에 비해 60초의 소요공기 감소효과가 있는 것으로 나타났다. 또한, BIM을 활용한 쉴드TBM 연동 강연선 자동화 시스템 모델링은 쉴드TBM 설계, 굴진 계획, 공법 프로세스 파악, 시공 관리 등에서 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제21권5호
• /
• pp.641-656
• /
• 2019

본 연구에서는 쉴드 TBM (Tunnel Boring Machine) 터널 디스크 커터의 적절한 교체 시기를 예측하기 위한 방법으로 머신러닝 기법을 사용한 방법을 제안하였으며, 이를 위해 국내 기 시공된 쉴드 TBM 현장의 데이터를 이용하여 다양한 머신러닝 알고리즘 중 SVM (Support Vector Machine)을 이용하여 예측 모델을 구축하고 그 성능을 평가하였다. 지반 조건별 디스크 커터의 마모와 높은 상관성을 갖는 TBM 기계 데이터와 디스크 커터 교체 이력을 분류하고, 이들을 SVM의 변수로 사용하여 3종류의 분류 함수를 적용하여 각각 학습을 한 후 예측을 수행한 결과, 각 지반 조건에 대해서 3종류의 SVM 분류 함수 중 전체적으로 RBF (Radial Basis Function) SVM의 예측성능이 가장 우수하며(평균적으로 80%의 정확도, 10% 오분류율), 지반 조건별로 구분 시 디스크 커터 교체 데이터의 수가 많을수록 예측 결과가 좋은 것으로 나타났다. 향후 많은 데이터를 축적하고 이를 모두 활용하여 학습모델을 지속적으로 발전시켜 나간다면 이와 같은 디스크 커터 교환주기를 예측하기 위한 머신러닝 기법의 실무 적용성이 매우 클 것으로 기대한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제26권3호
• /
• pp.209-222
• /
• 2024

토압식(Earth Pressure Balance) 쉴드 TBM (Tunnel Boring Machine)은 기계화 터널 굴착 공법 중 이수식(Slurry) 쉴드 TBM에 비하여 슬러리 처리 시설을 필요하지 않아 설비가 간단하고 진동과 소음이 적어 최근에 터널 시공에 널리 사용되고 있다. 토압식 쉴드 TBM으로 터널 굴착 시 첨가제를 활용하여 굴착토 물성을 개선하는 쏘일 컨디셔닝(soil conditioning) 기법을 적용하며, 이를 통해 토압식 쉴드 TBM을 적용할 수 있는 지반의 범위를 확장할 수 있다. 본 연구에서는 쏘일 컨디셔닝을 위한 첨가제로 주로 사용되는 폴리머를 대체할 수 있는 바이오폴리머(biopolymer)의 일종인 잔탄검(xanthan gum)의 적용성을 검토하였다. 바이오폴리머란 생물학적 기원으로 생성된 폴리머로써 모두 생분해가 가능하다. 환경에 유해한 성분을 함유하고 있는 일반 폴리머(폴리아크릴산계 폴리머)와 달리 잔탄검은 유독성이 거의 없고 환경에 미치는 영향이 적어 친환경 소재로 각광받고 있다. 슬럼프 시험을 통해 유사한 워커빌리티(workability)를 보이는 시험조건을 선정하고, 실내 가압 베인전단 시험을 통해 유동학적(rheological) 특성을 평가하였다. 유사한 슬럼프 값을 보이더라도 잔탄검의 함유량이 증가할수록 유동곡선(flow curve)상에 첨두강도가 감소하는 경향이 나타났으며, 이를 통해 잔탄검 함량과 첨두강도 사이의 상관관계를 도출하였다. 일반 폴리머를 잔탄검으로 대체한다면 환경친화적이라는 장점과 더불어 장비 부하를 감소시켜 안정적인 TBM 운용이 가능할 것이다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제22권1호
• /
• pp.23-46
• /
• 2020

본 연구에서는 터널 근접 시공으로 인한 기 존재 단독말뚝의 공학적 거동을 파악하기 위하여 터널로부터 말뚝선단의 이격거리와 막장압의 변화를 고려한 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 수치해석에서는 터널 막장압을 고려하여 말뚝의 거동을 분석하였으며, 터널굴착으로 유발되는 지반침하, 말뚝두부침하, 말뚝축력 및 말뚝-지반 사이의 경계면에서 발생하는 전단응력을 고찰하였다. 말뚝이 터널 크라운(crown) 바로 상부에 위치하고 말뚝선단까지의 수직 이격거리가 0.25D (여기서, D는 터널직경)인 경우 초기 응력의 50%에 해당하는 막장압을 적용할 경우 25%의 막장압을 적용한 것과 비교한 결과 말뚝두부의 침하가 약 38% 감소하였다. 또한, 막장압의 크기가 작을수록 지반침하, 말뚝의 축력 및 말뚝-지반 사이에서 발생하는 전단응력이 증가하며, 말뚝이 터널굴착 영향권 밖에 존재할 경우 말뚝에는 압축력 형태의 축력이 발생하였다. 따라서 막장압의 크기 및 터널-말뚝선단의 상대위치는 지반 침하와 말뚝 침하에 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 수행된 연구결과의 경우 기존에 보고된 연구결과를 바탕으로 비교분석을 실시하였으며, 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동을 심도 있게 분석하였다.

• 자연, 터널 그리고 지하공간
• /
• 제11권2호
• /
• pp.34-46
• /
• 2009

• 한국지반공학회:학술대회논문집
• /
• 한국지반공학회 1995년도 봄 학술발표회 논문집
• /
• pp.161-174
• /
• 1995

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제15권5호
• /
• pp.483-496
• /
• 2013

본 논문에서는 연약지반에 건설되는 Shield TBM 터널의 시공기술을 제시하였다. 이 연구를 수행하기 위하여 Shield TBM 장비를 축소 제작하여 축소모형 시험을 수행하였으며, 쉴드터널 굴착을 모사하기 위하여 다양한 장비들이 적용되었다. 또한 축소모형시험 중 Shield TBM 장비로 인해 발생되는 지반의 거동을 계측하였으며, 지반의 안정성은 시뮬레이션 결과를 토대로 평가하였다. 이를 바탕으로 쉴드터널의 안전한 시공을 위한 기초자료로 활용하고자 한다. 결론적으로 Shield-TBM 구간에 대한 실내축소모형시험을 통하여 설계의 신뢰성을 확보하고, 시공 시 안전을 위한 개선사항 등과 특히, Shield TBM 추진시 쉴드터널이 통과하는 공항 활주로의 안정성을 확보하기 위한 시공방안을 제시하고자 한다.

• 한국지반신소재학회논문집
• /
• 제16권1호
• /
• pp.63-72
• /
• 2017

본 연구는 Shield TBM공법을 이용한 터널 굴착시 지표침하에 영향을 주는 요소들에 대한 영향정도를 3차원 수치해석을 통해 검토하였다. 막장압, Skinplate 주면압, 굴진장, 지반모델, 요소망 크기, 통과지반에 대한 다양한 조건을 변화시켜가며 수치해석을 수행하였다. 또한 실제 시공된 Shield TBM을 변위제어방법과 응력제어방법으로 모델링하여 현장 계측값과 비교 분석하였다. Skinplate 주면압과 지반모델이 가장 큰 영향요소이며, 통과지층에 따라 적절한 Skinplate 주면압을 입력시 현장 계측값과 유사한 결과를 얻을 수 있었다.

• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제61권5호
• /
• pp.593-603
• /
• 2017

A high-efficiency simplified modelling approach is proposed for investigating the nonlinear responses of reinforced concrete linings of shield tunnels. Material and geometric nonlinearities are considered in the analysis of the lining structures undergoing large deformation before ultimately losing the load-carrying capacity. A beam-spring element model is developed to capture the force-transfer mechanism between lining segments and radial joints. The developed model is validated by comparing analyzed results to experimental results of a single-ring lining structure under two loading conditions: the ground overloading and the lateral unloading respectively. The results show that the lining structure under the lateral unloading due to excavation on the both sides of the tunnel is more vulnerable compared to the case of ground overloading on the top of the tunnel. A parameter study is conducted and results indicate that the lateral pressure coefficient has the greatest influence on the behaviour of the lining structure.