• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.637-658
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• 2022

쉴드TBM 터널은 지반 굴착, 세그먼트 링 빌드(Segment ring-build), 뒷채움의 반복적인 공정으로 단순하다. 재래식 터널공법인 발파공법(Drill and Blast)은 막장관찰, 천공, 장약, 발파, 환기, 버력처리, 지보재 설치의 반복으로 쉴드TBM 터널보다 공정이 복잡하고 일부 제약조건이 따른다. 하지만 굴진을 위한 준비 작업은 지반을 보강하고 갱문조성 후 터널을 형성해 나가는 Drill and Blast에 비해서 쉴드TBM 터널은 매우 상세한 계획을 바탕으로 시간과 비용이 필요하다. 이는 대상지반을 굴착하는 쉴드TBM 장비의 성능 확보가 공사의 성패를 좌우하기 때문인데, 고가의 주문제작 장비인 쉴드TBM이 조립단계에서 잘못 구성되면 본 굴진은 물론 초기굴진 단계에서부터 구동이 어렵게 되고, 조립된 쉴드TBM 장비를 다시 해체하는 경우가 발생하게 되어 재조립하는 상황으로 진행되면, 공기는 물론 경제적인 손실이 발생하여 공사 기간 내내 어려움이 발생한다. 이에 본 연구에서는 한강 하저를 통과하는 국내 최대 직경의 도로터널을 건설하기 위한 이수식 쉴드TBM 조립을 위한 발진부지의 배치와 계획, 쉴드TBM 장비의 주요 부분별 조립공정을 검토하였고, 타공정과 의 간섭 최소화 및 커터헤드 조립과 운반의 효율성을 분석하여 현장여건에 맞게 개선하여 적용하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제15권3호
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• pp.823-831
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• 2018

The most important issue during shield TBM tunneling in soft ground formations is to appropriately control ground surface settlement. Among various operational conditions in shield TBM tunneling, the face pressure and backfill pressure should be the most important and immediate measure to restrain surface settlement during excavation. In this paper, a 3-D hydro-mechanical coupled FE model is developed to numerically simulate the entire process of shield TBM tunneling, which is verified by comparing with real field measurements of ground surface settlement. The effect of permeability and stiffness of ground formations on tunneling-induced surface settlement was discussed in the parametric study. An increase in the face pressure and backfill pressure does not always lead to a decrease in surface settlement, but there are the critical face pressure and backfill pressure. In addition, considering the relatively low permeability of ground formations, the surface settlement consists of two parts, i.e., immediate settlement and consolidation settlement, which shows a distinct settlement behavior to each other.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권6D호
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• pp.623-629
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• 2010

최근 도심지 굴착 시 고효율 급속시공이 가능한 쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법의 도입이 점진적으로 증가하고 있다. 그러나 해당 장비에 대한 이해부족과 현지 지반조건을 충분히 고려하지 않은 상태로 쉴드 TBM의 설계 및 선정시 시공능력의 저하, 시공기간의 연장 및 공사비의 증가를 초래하는 경우가 빈번히 발생되고 있다. 이에 따라 본 사례연구에서는 풍화토, 풍화암 굴착에 적합하도록 설계된 쉴드 TBM 터널 굴착현장을 대상으로 쉴드 TBM 굴진 시 사전 지반조사의 결과와 달리 예기치 못한 경암구간 돌출로 굴진 중단 및 공기지연을 최소화하고자 적용된 대체공법의 적용성을 비교 분석하였다. 또, 터널 상 하행선 경암굴착에 적용된 대체공법의 선정부터 적용 후 결과에서 얻어진 굴진자료와 쉴드장비의 굴진속도, 공사기간, 공사비 등을 검토하여 연구대상 현장에 가장 적합한 대체공법을 판단 및 평가하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 굴진중단 및 대체공법 적용으로 인한 공사비, 공사기간의 증가를 방지하려면 대상현장의 정확한 지반조사가 선행되어야 하며, 이를 바탕으로 현장 지반조건에 가장 적합한 쉴드장비를 선정하는 것이 중요하다. 둘째, 대상현장에서 시행한 대체공법의 적용성을 분석한 결과, 경암구간 굴착을 위한 대체공법의 최선안은 개착 공법 후 경암 발파제거 공법임을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권3호
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• pp.261-275
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• 2012

본 논문은 이수식 쉴드 TBM 굴착시 굴착면 안정에 큰 영향을 미치는 굴착면의 이수 침투에 따른 이막형성여부에 대하여 해석적 고찰을 수행하였다. 이러한 해석적 접근은 이수식 쉴드 TBM의 계획 및 설계시 최적 장비 형식 선정 및 시공계획 수립에 참고가 될 수 있으나, 이제까지 이에 대한 효과적인 해석적 방법에 대하여 제안된 것이 없는 상황이다. 따라서 본 논문에서는 사질토 입자의 모델링에 효과적인 $PFC^{2D}$의 Fluid Coupling simulation을 이용하여 해석을 수행하였으며, 해석결과, 이수침투 특성은 굴착 대상지반의 투수성과 이수특성(비중, 점성계수등)에 따라 변화됨을 파악할 수 있었다. 본 해석적 접근방법을 통하여 이수식 쉴드 TBM의 계획 설계단계에서 대상지반 특성을 고려한 이수 점도관리 방안 수립과 함께 시공중의 초기굴진단계에서의 최적 이수점도의 재검증을 통하여 안전한 터널시공에 도움이 될 것이라 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.799-812
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• 2017

쉴드 TBM 터널에 대한 2차원 수치해석 시 기존 연구에서는 뒤채움재 및 실제적인 내공변위 분포를 적절히 고려하지 않았다. 따라서 본 연구에서는 이를 보완하고자 gap parameter 적용 시 굴착면에서 발생하는 실제적인 내공변위분포를 고려하고, 적정한 뒤채움재 물성치를 적용한 모델링 방법을 제시하였다. 이를 위해 단일층 풍화토 지반을 대상으로 gap parameter와 토피고가 굴착면의 지반손실량과 지표손실량으로 구성되는 체적손실량에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 대부분의 지표침하가 굴착 직후에 발생하였으며, 토피고 및 gap parameter가 증가할수록 수치해석을 통해 얻은 지표침하곡선의 영향범위가 제안된 이론식보다 넓게 나타났다. 따라서 2차원 수치해석 시 쉴드 TBM 터널의 거동을 정확히 평가하기 위해서는 하중분담률을 이용하여 gap parameter를 적용하고, 뒤채움재의 물성치도 적절히 고려해야 한다고 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.599-614
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• 2014

TBM으로 시공되는 터널은 기계에 의해 전단면 굴착(full face tunnelling)이 이루어지므로, 굴착면에 접근하는 것이 매우 제한적이다. 이러한 한계를 극복하고 TBM 터널에서 굴착면 전방의 지반상태를 정확히 예측할 수 있는 기술은 매우 드물다. 본 연구는 TBM에서 전기비저항을 사용하여 굴착면 전방의 이상지반을 예측할 수 있는 TBM 비저항 예측(TRP)시스템을 개발하고, TBM 현장에서의 적용성과 예측 정확성을 검증하기 위해 EPB 쉴드 TBM으로 시공 중인 지하철 터널에서 현장 실험을 수행하였다. TBM 비저항 예측 시스템은 전극을 사용하여 지반의 전기비저항을 측정하고, 이를 바탕으로 역해석을 수행하여, 이상지반의 위치와 두께 및 전기적 특성을 예측한다. 전극이 부착된 강관을 유압으로 굴착면에 압입하여, 전극이 지반과 완전히 접촉하도록 장치를 제작하였다. 또한, 전극이 챔버 내부를 관통하여 나아가도록 하는 동시에 토사유출을 방지하도록 설계하여 현장에서의 전방예측을 가능하게 하였다. 1차 실험 결과, 굴착면 근접 지반과 굴착면 전방 지반의 전기비저항 및 유전율이 동일하게 나타나 이상지반이 존재하지 않음을 예측하였다. 2차 실험 결과, 굴착면 전방 약 1 m 지점부터 상대적으로 낮은 유전율 비를 가지는 이상지반 구간이 약 5 m 길이로 존재함을 예측하였다. 이는 각각 지표에서 물리탐사 또는 시추를 통해 조사된 지반상태 및 TBM 굴착 중 예측 구간에서 반출되었던 버력을 관찰한 기록과 잘 일치하였다.

• 터널과지하공간
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• 제30권3호
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• pp.214-225
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• 2020

쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine) 터널 굴착 시 암반의 상태는 굴진 성능을 결정하는 중요한 요소 중 하나이다. 암석 강도는 지반조사 시 실내시험을 통해 얻을 수 있으나, 전체 TBM 굴진 구간에 대해 모두 알 수 없다. TBM 굴진 시 최적 Operation Parameter를 적용하기 위해서는 굴진 속도에 영향을 미치는 암석 강도를 파악하는 것이 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 TBM 굴착 중 생성되는 기계 데이터와 머신러닝(Machine Learning) 기법을 활용하여 암석 강도를 예측하고자 한다. 암석 강도를 예측하기 위해 여러 머신러닝 기법을 사용하여 비교하였고, 가장 예측 성능이 좋은 스태킹 모델을 최종 모델로 선택하였다. 암반 구간 Slurry 쉴드 TBM 굴진 사례에서 지반조사 및 시공 중 조사한 암석 강도와 강도를 획득한 위치에서의 TBM 굴착 데이터를 사용하였다. TBM 굴착 데이터는 Training과 Test용으로 8:2로 분할하였으며, 변수 선택(feature selection), 표준화(scaling), 이상치(outlier) 제거 등 전처리 과정을 수행하였다. 하이퍼파라미터 튜닝까지 마친 후, 스태킹 모델에 대해 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE)와 결정 계수(R²)로 모델을 평가한 결과 각각 5.556과 0.943로 나타났으며, TBM 굴착 데이터로 암석 강도를 예측하는 모델로 유용할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 춘계 학술발표회
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• pp.562-570
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• 2010

This study was conducted to estimate the number of disc cutter consumption and to predict amount of disc cutters when a shield TBM(Tunnel Boring Machine) of the Han Riverbed Tunnel was applied. In fact, it is almost impossible to change the machine after starting the excavation using the shield TBM method. Therefore, it is important to design an appropriate equipment in the shield method - an efficiency choice of the operation equipment plays a key role in the shield tunnel processing. For the above reason, the disc cutter consumption prediction is quite important so that the detailed analysis is required. A number of disc cutter consumption was predicted by the three methods, viz. KOMATSU, MITSUBISHI and NTNU. In addition, the predicted results were compared with field data. The prediction of disc cutter consumption showed that 237 for KOMATSU, 501 for MITSUBISHI, and 634 for NTNU, respectively. However, a total number of 1,263 disc cutter consumption were investigated during the tunnel construction. It was found that there was a huge difference between the predicted and real values of the disc cutter consumption. The more detailed investigation showed that the disc cutter was worn out bluntly in the northbound tunnel, meanwhile it was worn out sharply in the southbound tunnel. In particular, the disc cutter consumption in the southbound tunnel was increased rapidly because of rear abrasion for remaining mucks in the chamber.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.303-314
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• 2024

쉴드 TBM (tunnel boring machine) 시공은 일반적으로 세그먼트 설치를 위해 규칙적으로 굴진을 멈추는 것이 요구되어, TBM 굴착과 세그먼트 설치를 병행하는 연속굴착형 쉴드 TBM의 개발에 대한 연구가 국내외에 추진되고 있다. 하지만, 연속굴착형 쉴드 TBM은 기존 쉴드 TBM과 다른 굴착 공정과 이에 따른 특별한 장비 및 유압 시스템이 요구된다. 또한, 연속굴착형 쉴드 TBM 설계 및 시공 사례가 적으므로 연속굴착형 쉴드 TBM 시공을 위한 사전 리스크 평가가 반드시 수행되어야 한다. 본 논문에서는 연속굴착형 쉴드 TBM에 특화된 4가지 사건과 8가지 요인 간의 인과관계를 규명하였다. 이를 기반으로 전문가 설문조사와 리스크 매트릭스를 이용하여 최종적으로 리스크 등급을 도출하였다. 리스크 평가 결과, 붕괴/지표침하의 영향도와 TBM 선형이탈 관련 인과조합의 발생확률이 높게 평가되었다. 또한, 연속적으로 수행되어야 하는 테일보이드(tail void) 뒷채움 미흡과 추진 잭 손상으로 인한 붕괴/지표침하를 방지하기 위한 리스크 저감조치가 사전에 적용해야 함을 알 수 있었다. 이에 따라, 리스크 저감 조치로서 나선형 세그먼트를 따라 배면 전 범위 탐지가 가능한 비파괴탐사 기술 개발과 순차적 추진 잭 가력 방식 고안 및 최적 페데스탈 각도 선정을 제안하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 춘계 학술발표회
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• pp.58-69
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• 2010

Turkey Eurasia Tunnel Project is large scale road construction project of which the total length is 14.6km. The subsea shield TBM tunnel will be constructed under Bosphorus strait and the project site is in poor condition as composite ground, high water pressure and earthquake. The design procedure of subsea tunnel was introduced with tender design materials. That procedure contains tunnel type, TBM type and the principal design items considering geological condition such as high water pressure, composite ground and seismic area. This paper states the progress for geotechnical investigation, seismic analysis and TBM tunnel design. Analysis for geotechnical investigation is in progress, aseismatic design is going on stability study for liquefaction and structure. In addition, the performance of shield TBM to be considered such as advance rate and improvement of TBM was reviewed. The plan of fire safety was also reviewed with respect to fire protection.