• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권1호
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• pp.1-12
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• 2021

Tunnel boring machine (TBM)의 설계에 있어서 지반과 직접적으로 맞닿아 절삭을 담당하는 커터헤드의 설계에 따라서 장비의 굴진효율이 달라지게 된다. 디스크커터는 배치되는 위치에 따라 센터 커터 존, 이너 커터 존, 트렌지션 커터 존으로 구분된다. 기존에도 페이스커터의 최적 절삭조건을 규명하기 위한 연구는 많이 진행되어 왔으나, 트렌지션 커터의 최적 절삭조건을 규명하기 위한 연구는 상대적으로 미진하였다. 본 연구에서는 트렌지션 커터의 최적의 절삭조건을 규명하기 위해 개별요소법 수치해석을 수행하고 트렌지션 커터 사이의 각도에 따른 비에너지 곡선을 작도하여 최적 절삭조건을 알아보고자 하였다. 수치해석 결과 전이영역에서 최소 비에너지를 보이는 트렌지션 커터 사이의 각도 9°인 것으로 확인되었다. 이를 트렌지션 커터의 경사각에 따라 3가지 영역으로 구분하고 영역별 디스크커터 사이의 각도와 비에너지를 정리한 결과 트렌지션 커터의 경사각이 커질수록 최적 비에너지를 보이는 트렌지션 커터 사이의 각도는 10°에서 8°까지 점차 감소하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 기존에 사용되고 있는 트렌지션 커터의 설계 결과와 유사한 경향으로써, 본 연구의 결과를 밑받침한다.

• 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.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권2호
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• pp.217-230
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• 2022

쉴드TBM (Tunnel Boring Machine) 터널 시공에 있어 막장압 관리는 막장면 붕괴, 지반침하 등을 방지하여 막장 안정성을 유지하는 데 중요한 역할을 담당한다. 특히, 챔버 내부의 굴착토로 막장압을 조절하는 토압식 쉴드TBM의 경우, 이수식 쉴드TBM에 비해 막장압의 관리가 어렵다. 본 연구에서는 국내 토압식 쉴드TBM 터널 시공 현장의 지반조건 및 굴진특성 데이터를 분석하여, 토압식 쉴드TBM 터널의 세그먼트 링별 막장압 예측모델을 제시하였다. 예측모델의 입력특성으로 7가지를 선정하였으며, 912개의 학습 데이터 세트(Training data set)와 228개의 시험 데이터 세트(Test data set)를 확보하였다. 최적의 토압식 쉴드TBM 막장압 예측모델 선정을 위하여 KNN (K-Nearest Neighbors), SVM (Support Vector Machine), RF (Random Forest), XGB (eXtreme Gradient Boosting) 모델의 하이퍼파라미터(Hyperparameter)를 최적화하여 예측성능을 비교한 결과, RF 모델이 7.35 kPa의 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error, RMSE)로 가장 우수한 성능을 나타냈다. 추가적으로, RF 모델의 특성 중요도(Feature importance) 분석을 수행한 결과, 입력특성 중 수압의 영향도가 0.38로 가장 높았으며, 전반적으로 지반조건이 굴진특성보다 높은 중요도를 보여주었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권10호
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• pp.55-63
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• 2021

쉴드TBM의 제작기술 발전과 시공경험 축적으로, 쉴드터널은 전력, 통신 및 상하수도와 같은 소구경 터널에서 도로 및 철도와 같은 대구경 터널로 확대되고 있으며, 그에 따라 병설쉴드터널의 적용도 증가하고 있다. Peck(1969)에 의해 연약지반에서 단선쉴드터널의 지표침하형상이 Gaussian distribution으로 표현될 수 있음이 제시된 이후, 현장계측, 실내모형실험 및 수치해석 등의 방법을 통해 많은 연구에서 이의 적정성이 확인되었다. 본 연구는 현장 계측된 병설쉴드터널의 지표침하로부터 후행 터널(2^nd tunnel)에 의한 추가 지표침하 형상을 표현하기 위해 침하형상의 좌·우측에 Gaussian curve를 각각 적용함으로써, 침하형상을 보다 정확히 표현할 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.35-45
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• 2018

터널을 굴착할 때 터널 막장 전방의 지반 상태를 예측하는 것은 중요하다. 따라서 국내외에서 TBM 현장에 적용 가능한 터널 막장 전방의 지반조건을 예측할 수 있는 기법에 대한 다양한 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 TBM 현장에서 적용되는 막장전방 예측기법에 대한 사례를 조사하였다. TBM 현장에서 필요한 막장전방 예측기법과 탐사심도에 대한 요구사항을 결정하기 위하여 10년 경력 이상의 TBM 오퍼레이터들을 대상으로 설문조사를 수행하였다. 설문조사 결과를 바탕으로 TBM 현장에 적용 가능한 막장전방 예측기법들을 제안하였다. 그중 TBM 현장에 적용 가능한 막장전방 예측기법 중 한 가지는 커터헤드에 위치한 디스크 커터를 전극으로 이용하여 전기비저항 탐사를 수행하는 것이다. 따라서 본 연구에서는 TBM 현장에서 전기비저항 탐사를 통한 막장전방 예측기법의 적용성을 평가하기 위해 실내 시험을 수행하였다. 그 결과, TBM 직경의 0.3배까지 막장 전방의 지반상태를 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.39-47
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• 2003

암반파열 현상은 암반 내에 축적된 변형에너지의 급작스러운 방출로 인해 발생한다. 심부 광산에서는 이런 현상이 자주 발생하여 주요한 재해 중 하나로 다루어졌으나, 터널에서는 극히 드물게 나타나는 현상이었다. 따라서 터널 내암반파열 현상에 대한 국내역사는 짧은 편이며, 정보도 제한적이어서 그와 관련된 연구는 거의 없는 실정이었다. 그러나 최근에는 터널의 심도가 깊어짐에 따라 터널내 암반파열 현상이 종종 보고되고 있어 터널의 안정성 문제뿐만 아니라 시공 중 재해 측면에서 볼 때 이에 대한 연구가 절실히 필요할 것으로 사료된다. 본 연구에서는 TBM 터널에서 취득한 암반파열현상 관련 자료의 분석을 통하여 그 현상을 포괄적으로 이해하는 방법을 제시하고자 하였다. 암반파열이 발생한 본 연구 터널의 현장자료 분석결과에 의하면, 대부분의 암반파열은 터널의 막장과 운전석 내에서 주로 발생하였으며, 일부 구간에서는 파열현상이 20일 이상 지속되기도 하였다. 또한 본 터널에서의 암반파열은 터널막장, 터널측벽 및 터널천장 등 터널의 모든 주변에서 발생하였고, 그 파열 깊이는 대부분 100cm 이하인 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 이러한 암반파열 자료를 이용하여 암반파열 가능성을 취성도와 일축압축강도를 이용해 평가할 수 있도록 새로운 규준을 제시하였으며, RMR, 굴착공법, 굴착속도 및 터널심도 등이 서로 연관되어 암반파열 현상에 큰 영향을 준다고 판단된다.

• 국제학술발표논문집
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• The 3th International Conference on Construction Engineering and Project Management
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• pp.869-875
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• 2009

Safety is a big issue in the construction sites. For safe and secure management, tracking locations of construction resources such as labors, materials, machineries, vehicles and so on is important. The materials, machineries and vehicles could be controlled by computer, whereas the movement of labors does not have fixed pattern. So, the location and movement of labors need to be monitored continuously for safety. In general, Global Positioning System(GPS) is an opt solution to obtain the location information in outside environments. But it cannot be used for indoor locations as it requires a clear Line-Of-Sight(LOS) to satellites Therefore, indoor location monitoring system could be a convenient alternative for environments such as tunnel and indoor building construction sites. This paper presents a case study to investigate feasibility of Wi-Fi based indoor location monitoring system in construction site. The system is developed by using fingerprint map of gathering Received Signal Strength Indication(RSSI) from each Access Point(AP). The signal information is gathered by Radio Frequency Identification (RFID) tags, which are attached on a helmet of labors to track their locations, and is sent to server computer. Experiments were conducted in a shield tunnel construction site at Guangzhou, China. This study consists of three phases as follows: First, we have a tracking test in entrance area of tunnel construction site. This experiment was performed to find the effective geometry of APs installation. The geometry of APs installation was changed for finding effective locations, and the experiment was performed using one and more tags. Second, APs were separated into two groups, and they were connected with LAN cable in tunnel construction site. The purpose of this experiment was to check the validity of group separating strategy. One group was installed around the entrance and the other one was installed inside the tunnel. Finally, we installed the system inner area of tunnel, boring machine area, and checked the performance with varying conditions (the presence of obstacles such as train, worker, and so on). Accuracy of this study was calculated from the data, which was collected at some known points. Experimental results showed that WiFi-based indoor location system has a level of accuracy of a few meters in tunnel construction site. From the results, it is inferred that the location tracking system can track the approximate location of labors in the construction site. It is able to alert the labors when they are closer to dangerous zones like poisonous region or cave-in..

• 터널과지하공간
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• 제33권6호
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• pp.594-609
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• 2023

TBM 공법은 굴착면 안정성 확보 및 주변환경에 비치는 영향을 최소화하기 때문에 도심지나 하·해저터널 등에서 적용 사례가 증가하는 추세이다. 디스크 커터의 수명을 예측하는 대표적인 모델 중 NTNU모델은 커터수명지수(Cutter Life Index, CLI)를 주요 매개 변수로 활용하지만 복잡한 시험절차와 시험장비의 희귀성으로 측정에 어려움이 있다. 본 연구에서는 다중선형회귀분석과 트리 기반의 머신러닝 기법으로 암석물성을 활용하여 CLI를 예측하였다. 문헌 조사를 통해 암석의 일축압축강도, 압열인장강도, 등 가석영함량과 세르샤 마모지수 등을 포함한 데이터베이스를 구축하였고 파생변수를 계산하여 추가하였다. 다중선형회귀분석은 통계적 유의성과 다중공선성을 고려하여 입력 변수를 선정하였고 머신러닝 예측 모델은 변수 중요도를 기반으로 입력 변수를 선정하였다. 학습용과 검증용 데이터를 8:2로 나누어 모델 간 예측 성능을 비교한 결과 XGBoost가 최적의 모델로 선정되었다. 본 연구에서 도출된 다중선형회귀모델과 XGBoost모델을 선행 연구와 예측 성능을 비교하여 타당성을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.469-484
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• 2021

터널 설계 시 지반조사를 통한 암반분류 결과는 공사기간 및 공사비 산출, 그리고 터널안정성 평가에 지대한 영향을 미친다. 국내에서 지금까지 완공된 3,526개소의 터널들의 설계 및 시공을 통해 관련 기술들은 지속적으로 발전되어 왔지만, 터널 설계 시 암질 및 암반등급을 보다 정확하게 평가하기 위한 방법에 대한 연구는 미미하여 평가자의 경험 및 주관에 따라 결과의 차이가 큰 경우가 적지 않다. 따라서 본 연구에서는 암석샘플에 대한 주관적 평가를 통한 기존의 인력에 의한 암반분류 대신, 최근 지반분야에서도 그 활용도가 급증하고 있는 머신러닝 알고리즘을 이용하여 시추조사에서 획득한 다양한 암석 및 암반정보를 분석하여 보다 신뢰성있는 RMR에 의한 암반분류 모델을 제시하고자 하였다. 국내 13개 터널을 대상으로 11개의 학습 인자(심도, 암종, RQD, 전기비저항, 일축압축강도, 탄성파 P파속도 및 S파 속도, 영률, 단위중량, 포아송비, RMR)를 선정하여 337개의 학습 데이터셋과 60개의 시험 데이터셋을 확보하였으며, 모델의 예측성능을 향상시키기 위해 6개의 머신러닝 알고리즘(DT, SVM, ANN, PCA & ANN, RF, XGBoost)과 각 알고리즘별 다양한 초매개변수(hyperparameter)를 적용하였다. 학습된 모델의 예측성능을 비교한 결과, DT 모델을 제외한 5개의 머신러닝 모델에서 시험데이터에 대한 RMR 평균절대오차 값이 8 미만으로 수렴되었으며, SVM 모델에서 가장 우수한 예측성능을 나타내었다. 본 연구를 통해 암반분류 예측에 대한 머신러닝 기법의 적용 가능성을 확인하였으며, 향후 다양한 데이터를 지속적으로 확보하여 예측모델의 성능을 향상시킨다면 보다 신뢰성 있는 암반 분류에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권2호
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• pp.213-224
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• 2014

최근, tunnel boring machine (TBM)을 이용한 도심지 지중 전력구 터널 건설이 증가하고 있다. 쉴드 TBM을 이용한 기계화 터널 굴착 공법은 재래식 공법에 비해 지반침하를 최소화 하고 발파에 의한 진동을 줄일 수 있는 장점이 있다. 국내에서는 earth pressure balance(EPB) 쉴드 TBM이 주로 사용되고 있다. 그러나 전력구 터널 굴착을 위한 쉴드 TBM 공법이 증가함에도 불구하고, 전력구 쉴드 TBM 터널의 거동 분석에 관한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 후방주입 거리에 따른 전력구 쉴드 TBM 터널의 거동 특성을 분석하고, 굴착면 지반 손실과 후방주입 거리와의 상관관계를 도출하고자 한다. 쉴드 TBM을 이용한 터널 굴착은 3D FEM을 이용하여 시뮬레이션 하였다. 뒷채움 그라우트가 설치되는 거리의 변화에 따른 축력, 전단력, 휨 모멘트와 같은 단면력을 검토하고 지표면에서의 연직 변위를 분석하였다. 또한, 유한요소해석으로 얻어진 결과와 안정성 분석에 기초하여, 지반과 터널 구조물의 안정성을 확보할 수 있는 뒷채움재 주입시기를 결정할 수 있다.