• 터널과지하공간
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• 제17권3호
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• pp.225-233
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• 2007

노르웨이는 계곡이나 피요르드와 같은 굴곡이 심한 지형 때문에 터널이 많이 건설되었으며, 그 가운데 지난 30년 동안 59개의 터널이 전단면 기계굴착으로 완성되었다. 이러한 기계굴착 경험을 통하여 예측기법이 개발되고 발전되었으며 마침내 국립공과대학인 NTNU에서 예측법이 체계화되었다. 본 보고는 TBM 굴착자료가 알려진 14개의 노르웨이 터널과 4개의 국내의 터널에서 순굴착속도와 굴진속도를 분석하여, 이들의 발전경향을 연구한 것이다. 이 기간동안 노르웨이에서는 디스크 커터의 직경을 증대시키고 배열을 최적화하여 순굴착속도와 굴진속도를 두배 정도로 증진시켰다. 국내에서도 1980년부터 1990대까지 15년 동안 IBM의 굴진속도는 노르웨이에 비하여 작은 크기이지만 뚜렷이 증가하는 경향을 보였다. 이러한 작은 속도는 암반의 특성에도 기인하지만 17 인치보다 작은 직경의 디스크 커터를 사용한데 크게 기인된 것으로 판단된다. 향후 국내의 전단면 기계굴착에서 장비와 기술의 개선을 이루고, 특히 17 또는 19 인치의 디스크 커터를 사용한다면 순굴착속도와 굴진속도를 향상시킬 수 있을 것으로 예측된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권2호
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• pp.335-353
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• 2017

본 연구는 축소모형 실험을 통하여 급곡선 터널에서의 쉴드 TBM 추진압력 적용 기술에 대한 논문이다. 최근 한국의 도심지 지역에서 NATM 터널 공사에 발생하는 진동 및 소음 문제를 예방하기 위해 기계식 터널공법인 쉴드 TBM 공법의 적용이 증가하고 있다. 그러나 건물 기초 및 지하 구조물을 피하기 위해 터널 선형이 급곡선으로 계획하여야 하며 쉴드 TBM 추진압력 시스템에 대한 적용 기술의 개발이 요구된다. 따라서 곡선구간에 대한 쉴드 TBM 굴진 시 영향을 주는 주요 요소들에 대하여 시공자료와 이론적 접근방법에 대하여 검토 및 분석을 실시하였다. 분석결과로부터 쉴드 TBM 추진압력 시스템에 대한 기술이 급곡선 터널에 있어서 가장 중요한 것으로 나타났다. 또한 지반과 쉴드 TBM 헤드부의 상호 거동에 대한 실질적인 상황을 시뮬레이션 하기 위하여 축소모형시험을 실시하였다. 2가지의 서로 다른 쉴드 추진력과 여러 중절각도에 따라 쉴드 TBM 헤드에 가해지는 지반압력에 대하여 측정하였다. 이 실험으로부터 얻어진 결과를 분석 하였다. 이들 결과는 급곡구간 터널에서 쉴드 TBM 추진 압력에 따른 쉴드 TBM 헤드부의 상호거동에 대한 이해와 운영기술 발전에 매우 유용할 것이다.

• 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.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제8권3호
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• pp.197-204
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• 2006

대단면 쉴드 TBM을 이용한 터널굴착공법은 여러 기계화 시공법과 함께 향후 터널 연장의 장대화 추세에 부합하여 국내 활용도가 더욱 높아질 것으로 예상되는 터널 굴착공법이다. 특히 쉴드공법은 지반조건이 열악한 얕은 심도의 터널에 적용성이 우수한 공법으로 인식되고 있으나, 부적절한 장비선정, 터널 시공중 장비결함, 예상치 못한 지반조건 조우 등의 문제로 인하여 시공 중 사고 트러블 사례가 종종 발생되고 있다. 특히 터널막장에서의 트러블 발생 빈도가 매우 높아, 안정적이고 효율적인 굴착을 위해서는 굴착중 막장압 관리가 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 터널막장의 안정화를 위한 이론적 막장지보압 산정방법의 고찰과 수치해석적 방법에 의한 지보압에 따른 지반거동 양상을 비교 분석 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권3호
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• pp.305-318
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• 2016

본 연구에서는 ${\bigcirc}{\bigcirc}$국제공항 제2여객터미널 연결 철도 건설공사 기본설계 중 쉴드 TBM 터널 굴착 시 Gap parameter와 관련된 지반물성치의 불확실성을 평가하고, 지표침하에 대한 신뢰성해석을 수행함으로써 쉴드 TBM 설계의 적절성을 평가하고자 한다. 또한 Gap parameter에 이용되는 설계정수의 신뢰도지수 및 파괴확률에 대한 민감도를 분석함으로써, 지표침하에 큰 영향을 미치는 설계정수를 평가함으로써 최적의 설계를 수행하는데 기초 자료를 제공하고자 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권5호
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• pp.553-561
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• 2015

본 연구에서는 국내에 활발히 적용되기 시작한 쉴드 TBM 터널의 합리적인 유지관리를 위한 성능평가 기준을 제시하였다. 이를 위해 국내 외 성능평가 기준을 분석하였고, 국내 시공된 쉴드 TBM 터널에 대한 현장조사 및 정밀안전진단 보고서 분석을 통한 변상사례를 조사하여 성능평가 항목을 균열, 누수, 파손, 박리, 층분리 및 박락, 백태, 품질상태, 철근노출, 탄산화, 단차, 볼트상태, 배수상태, 지반상태, 접속부상태, 공동구 상태로 선정하였다. 또한 다중의사결정기법인 AHP 기법을 활용하여 선정된 성능평가에 대한 합리적인 가중치를 산정하였다.

• 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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• 제16권2호
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• pp.203-211
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• 2014

본 논문은 shield TBM의 버럭 배토장비인 screw conveyor의 최적 버럭 배토효율에 관한 연구이다. screw conveyor의 배토효율에 영향을 미치는 주요 Parameter인 screw 형태(Shaft식, Ribbon식), screw conveyor와 screw 각도의 영향을 분석하기 위하여 축소모형시험을 실시하였다. 축소모형시험을 통해 구한 버럭 배토 효율과 기존 이론식을 통해 구한 최적의 버럭 배토효율을 비교 분석하여 최적의 screw 형태, screw conveyor와 screw각도를 도출 할 수 있었다. 결론적으로 축소모형시험을 통하여 screw conveyor 설계인자들에 대하여 제시하였다. 또한 이 연구 결과는 향후 shield TBM 기술을 발전시키는데 유용할 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.243-256
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• 2019

슬러리 쉴드 TBM (Slurry shield TBM) 공법에서 벤토나이트 슬러리의 침투와 필터 케이크의 형성 여부는 공법의 적용성에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 그러나 벤토나이트 슬러리는 해수와 접촉하였을 때 팽윤성과 점도가 저하되어 공법에 대한 적용성을 확보하기 어렵다. 본 연구에서는 해수의 영향에 따른 슬러리 쉴드 TBM 공법의 적용성 변화를 평가하기 위해 슬러리의 해수 비율을 다르게 하여 주입 실험을 수행하였고 해수가 슬러리의 폐색 현상에 미치는 영향을 확인하였다. 그 결과, 해수의 비율이 0%에서 20%까지 증가할수록 폐색 효과에 의한 슬러리 쉴드 TBM 공법의 적용성을 나타내는 slurry clogging criteria (SCC)가 최대 67%까지도 감소하는 것을 확인하였다. 또한 슬러리의 물리적 성질이 동일함에도 지반 조건에 따라 SCC값이 공법 적용에 문제가 없는 수준에서 공법 적용을 위해 슬러리에 추가적인 처리를 요하는 수준으로 변화하는 것을 통해 슬러리 쉴드 TBM의 적용성을 평가할 때 슬러리의 특성뿐만 아니라 지반 조건에 대한 고려도 필요함을 입증하였다.

• 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.