• 터널과지하공간
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• 제15권1호
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• pp.22-27
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• 2005

본보는 1998년 노르웨이 토질암반공학협회에서 일회 발간한 Norwegian TBM Tunnelling 전문지에 수록된 논문을 소개하는 기술보고서이다. 노르웨이 중부 Meraker 지방에 새로운 수력발전사업이 진행되어, 발전소 및 터널, 댐이 건설되었다. 단면적이 $7\;m^2$부터 $32\;m^2$ 까지 다양한 형태의 터널들이 비교적 경암층에 굴착되었으며 이의 총 연장은 44 km에 달한다. 이 가운데 직경 3.5 m의 터널 10 km가 HP TBM으로 12개월 만에 굴착되었다. 이 터널에서 TBM의 굴착과 장비선정 외에도, 기획, 운영 및 조직 등이 특별한 관심을 끌고 있다.

• 기계와재료
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• 제21권4호
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• pp.96-105
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• 2010

도로 및 철도는 차량의 고속화와 신속한 물류의 유통을 위해 직선 및 수평화가 절실하게 요구되며, 국내 건설구간의 약 50~70%가 산악지형으로서 터널공사가 필수적으로 요구된다. 국내터널굴착은 주로 발파에 의한 NATM(New Austrian Tunneling Method)으로 공사가 이루어지고 있으나, 굴착효율이 낮으며 안전사고의 위험성이 높다. 해외에서는 급속한 시공을 위하여 TBM(Tunnel Boring Machine)의 적용 사례가 증가하고 있다. 그러나 국내에는 TBM에 대한 연구가 전무한 상태이고, TBM 터널의 설계 시공 기술과 경험이 미흡하다. 최근 대도시의 지하터널과 장대터널의 수요가 증대되어 TBM터널시공 기술과 TBM장비의 국산화가 절실하게 요구되고 있다. 본고에서는 국내외 주요 TBM 시공현황과 전망을 정리하여 TBM 터널 기술의 확보가 매우 시급함을 상기시키고자 하였다.

• 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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• 제15권5호
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• pp.378-386
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• 2005

중앙고속도로의 죽령터널에서 상하행선 두개의 터널은 발파에 의한 굴착에 앞서 전단면터널 굴착장비로 선행 굴착되었다. 두 대의 TBM시공은 약 1년간 수행되었으며 총 연장은 7.3 km이다. 상하행선에서 순굴착속도는 각각 2.3 m/h 및 2.0 m/h 으로 분석되었으며, 가동률은 각각 $31.4\%$ 및 $33.3\%$로 분석되었다. 하행선에서 커터의 부피수명은 $200\~280\;m^3/c$이고, 길이수명은 약 400 m/set로 평가되었는데 이는 노르웨이의 메로케르 수로터널현장에서 얻어진 크기와 유사하다. 지보설계 및 TSP 측정을 통하여 얻어진 현지 암반특성에서 경암일수록 순굴착속도가 작아지는데 이는 과거의 여러 연구에서 분석된 경향과 같다. 이러한 평가연구는 TBM 굴착의 계획과 시공단계에서 원활한 굴착작업을 수행하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 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.

• 터널과지하공간
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• 제10권4호
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• pp.526-532
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• 2000

전단면터널 굴착장비에 의한 터널굴착을 설계할 때 일반적으로 적용되는 암반의 강도는 80-250 MPa로 알려져 있으나 설계단계에서 암반의 특성을 완전히 파악하지 못한 채 설계하고 수행하는 경우가 있다. 본 연구는 60% 이상 구간의 단축압축강도가 260 MPa이상이며, RMR값이 70이상의 암반에서 TBM으로 굴착된 약 5.3km 연장의 밀양댐계통 광역상수도 도수로터널 TBM 굴착구간의 암반특성을 규명하고 이로써 이론적 굴착속도를 분석하여, 실제의 순굴착속도와 비교분석한 것이다. 노르웨이 NTH에 의하여 제안된 이론적 굴착속도는 현장에서 수행된 순굴착속도의 평균값과 2∼20%의 오차를 갖는 것으로 평가되어, 극경암에서의 굴착속도 설계는 일본이나 미국에서 제안된 해석법에 비하여 NTH해석법이 가장 접근된 설계방법이라 할 수 있다. 현지암반을 펑가하여 순굴착속도와의 상관관계를 규명한 결과, 극경암에서의 순굴착속도는 슈미트 해머에 의한 반발경도와 RMR 값에 반비례하는 것으로 나타났는데, 이의 상관계수는 각각 0.705 및 0.777이었다. 이로써 반발경도와 RMR의 크기는 순굴착속도를 예측할 수 있는 요소가 될 수 있음을 알 수 있다. 또한 극경암에서의 순굴착속도는 현지암반의 지압의 크기에 크게 영향을 받고 있는 것으로 평가되어 TBM 굴착설계에서 지압상태는 중요한 설계요소의 하나로서 고려되어야 할 것이다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권4호
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• pp.519-534
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• 2019

최근 국내 터널공사에서 낙반사고의 위험성이 낮고 진동과 소음이 적은 쉴드 TBM을 이용한 기계화 터널공법이 많이 적용되는 추세이며, 이러한 쉴드 TBM으로 터널 굴착 시 적절한 굴착속도를 설계하는 것이 무엇보다 중요하다. 본 연구에서는 ${\bigcirc}{\bigcirc}{\sim}{\bigcirc}{\bigcirc}$ 고속철도 쉴드 TBM 공사구간에 대하여 지반조사 결과와 TBM 굴진데이터를 분석하고 이를 기존 연구자들에 의해 제안된 경험적 굴착속도 예측방법에 적용하였다. 또한, 현장 굴진데이터 중 커터 당 추력과 지반 일축압축강도와의 상관관계를 분석하고 이를 통해 TBM 터널 설계 시 커터 당 추력과 일축압축강도를 변수로 굴착속도를 예측할 수 있는 간편 모델을 도출하였다. 기존 해외의 여러 굴착속도 예측 모델들을 해당 TBM 현장에 적용한 결과 예측치와 측정된 굴착속도는 약 50~500%의 비교적 큰 오차를 보인 반면, 본 연구에서 도출된 굴착속도 예측모델은 평균 약 15%의 오차율을 나타내어 추후 유사한 지반조건을 가진 쉴드 TBM 현장에 대해서 적용성이 높을 수 있을 것으로 기대한다.

• 터널과지하공간
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• 제12권2호
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• pp.115-119
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• 2002

광주도시철도 1호선 건설공사에서 4개의 도심터널은 대구경 쉴드 TBM에 의한 굴착이 계획되었으며, 그 중에 No.1 터널 구간은 13개월 동안 굴착되었다. 본 연구에서는 이 기간동안의 순굴착속도 및 이의 추력과의 관계를 분석하였다. 낮은 심도에 굴착된 536 m 길이의 이 터널은 시 작부에는 토사층이며, 종점부 84 m 구간은 암반층이다. 주간 평균 순굴착속도는 토사층에서 400∼800 mm/hr 였는데 암반층에서 20∼110 mm/hr로 급격히 낮아졌다. 이러한 순굴착속도의 크기는 장비 및 암반의 특성을 고려한 이론적 속도와 비슷한 크기이다. 그리고, 순굴착속도는 추력이 증가할수록 비례하는 것으로 분석된다.

• 자연, 터널 그리고 지하공간
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• 제1권2호
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• pp.161-170
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• 1999

본고에서는 $1986.8\~1988.7$월중에 시공된 부산지하철 1호선 3단계 건설구간 중 서대신동 로타리에서 괴정국민학교 앞까지 연${\cdot}$경암지역에서의 TBM(Tunnel Boring Machine)으로 시행된 단선터널(7.0m)과 NATM으로 시행한 복선터널의 근접시공에 따른 간벽부 보강설계 내용과 근접부 시공시 계측결과 분석, 지보 Pattern조정 및 시공 실적 등을 제시하였다. 원설계 내용 분석 결과 지보 Pattern이 현장 지반조건에 비해 과다하였고 TBM 굴진시 Thrust 2500kN(본 기계 기준) 이상인 연암이상의 지반에서는 TBM 굴착으로의 효율성이 있었고, 경암구간에서 병행터널의 간섭영향을 배제하려면 터널간의 중심거리가 터널직경의 2배 이상이 되어야 하며, TBM 단선터널(7.0m)의 일 평균 굴진 길이는 4.6m로 분석되었다. 앞으로 이와 유사한 암층에서의 터널근접 시공 및 TBM 굴착시 본 분석내용이 참고가 되기를 기대하여 본고를 작성하였다.

• 터널과지하공간
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• 제34권4호
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• pp.413-420
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• 2024

도심지 터널에 적용성이 우수한 Gripper TBM 계획시 굴착공법 특성을 반영하지 않고 기존 NATM 터널의 지반이완 개념의 보강계획을 준용하여 굴착안정성 및 시공성이 저하되는 문제를 발생시키고 있다. 본 연구에서는 도심지 근접시공에 따른 보강계획시 Gripper TBM 굴착공법 특성을 고려한 지보계획의 합리화 방안을 제안하고자 하였다. 이를 위해 굴착공법별 시공조건을 고려한 3차원 안정성 검토를 수행하여 굴착에 따른 주변지반에 미치는 영향을 분석하였다. NATM공법은 굴착과 동시에 무지보 자립시간이 발생되어 굴진면에 지반이완이 집중되었으나, Gripper TBM은 커터헤드와 스킨플레이트를 통해 굴진면 주변지반을 지지하므로 스킨플레이트 후방에 지반이완이 발생되었다. 이러한 굴착공법 특성을 고려하여 연구대상현장의 근접시공에 따른 보강계획의 문제점을 지적하고 Gripper TBM 굴진안정성 및 시공성 등을 고려한 합리적인 지보패턴 개선방안을 제안하였다.