• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권3호
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• pp.257-272
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• 2016

TBM으로 터널 시공 중 막장면에서 갑작스럽게 문제가 발생하는 경우 공간적인 제한 때문에 NATM공법으로 시공되는 터널에 비해서 적절한 대처를 하기가 어렵다. TBM으로 터널 시공 중에 막장전방의 지반상태를 예측하는 것은 매우 중요하기 때문에 탄성파, 전자기파 등을 이용하여 TBM 면판 전방의 지반상태를 예측하는 연구 및 기술개발이 이루어졌다. 대부분의 TBM 현장에서는 공사기간 및 비용을 고려하여 1개의 막장전방 예측기법을 적용한다. 그러나 막장전방 예측기법의 종류에 따라서 탐사심도, 적용 가능한 지질조건, 예측할 수 있는 대상, 예측 정확도 등이 다르다. 복합적인 지질조건에 위치한 TBM 터널 시공 시에는 여러 가지 막장전방 예측기법을 적용하는 것이 막장 전방의 지질 조건을 정확하게 예측할 수 있을 것으로 판단된다. 여러 가지 막장전방 예측기법을 동시에 적용하였을 경우 각각의 기법으로부터 얻어진 지반상태는 다른 결과를 나타낼 수 있다. 따라서 본 연구에서는 각각의 막장전방 예측기법으로부터 얻어진 막장전방의 지반상태를 종합적으로 평가하기 위한 방법을 제안하였다. 확률론적 분석과 계층분석기법을 이용하여 막장전방의 지반 상태를 종합적으로 평가할 수 있는 통합 모델을 제시하였다. 또한 본 연구에서 제안한 모델을 가상의 지반에 적용하여, 종합적으로 지반 상태를 평가할 수 있음을 확인하였다.

• 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.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제28권5호
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• pp.1-9
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• 2024

최근 수도권 광역급행철도(GTX) 등 도심지 하부 터널굴착이 활발히 진행됨에 따라 TBM 터널 시공법이 각광받게 되었다. TBM 터널은 공사비가 비싼 반면 NATM터널 공법에 비해 상대적으로 소음, 진동에 자유롭기 때문에 기존 도심 하부에 적용하기에 적합한 공법으로 알려져 있다. 특히 지층이 얕은 구간을 통과시 기존 구축된 상부 구조물 및 지장물에 큰 영향을 미칠 수 있으므로 TBM 터널 설계시 다양한 변수를 고려한 정확한 수치해석이 필요하다. TBM터널은 다른 터널 시공공법과 달리 공장에서 제작된 세그먼트를 조립해 라이닝을 구축한다. 세그먼트라이닝은 NATM 터널과 달리 세그먼트간 연결부위가 존재하므로 세그먼크 간의 연결 상태를 어떻게 반영하는지가 해석결과의 신뢰성 확보에 큰 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 논문에서는 도심지 토사지반에 건설된 TBM 터널의 내진해석을 위해 라이닝은 세그먼트 조인트 모델(Janssen Model)을 적용하고, 지반은 도시철도 내진설계기준에 따라 비선형모델을 일부 활용해 수치해석을 수행 후 터널의 거동특성을 분석하였다.

• 지질공학
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• 제19권4호
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• pp.483-492
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• 2009

터널 및 지하구조물 시공 중 굴착 대상 지반에 대한 정확한 정보 획득은 작업의 효율성과 안전성을 위해 매우 중요하다. 본 연구에서는 굴착 중 굴진 대상 암반의 지질 구조를 신속하고 정확하게 감지하기 위하여 천공탐사 기법을 이용하였다. 유압 착암기 천공 시 발생하는 천공속도, 회전압, 피드압 등의 기계량을 측정하여 분석하였으며, 이를 통해 암석과 지질 구조적 특성에 의해 변화되는 암반 특성을 평가 하였다. 터널 시공현장에서 굴착 중 획득된 천공데이터 분석에 의해 평가된 암반 정보는 굴착 전 수행된 선진수평시추 및 TSP 탐사 결과와 비교하여 신뢰성을 검토하였으며, 그 결과 천공 데이터의 변화가 암반 특성 및 불연속면 예측을 위해 효율적으로 활용될 수 있음을 확인하였다.

• 국제학술발표논문집
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• The 8th International Conference on Construction Engineering and Project Management
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• pp.463-481
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• 2020

Cutter suction dredgers (CSDs) are widely used in various dredging constructions such as channel excavation, wharf construction, and reef construction. During a CSD construction, the main operation is to control the swing speed of cutter to keep the slurry concentration in a proper range. However, the slurry concentration cannot be monitored in real-time, i.e., there is a "time-lag effect" in the log of slurry concentration, making it difficult for operators to make the optimal decision on controlling. Concerning this issue, a solution scheme that using real-time monitored indicators to predict current slurry concentration is proposed in this research. The characteristics of the CSD monitoring data are first studied, and a set of preprocessing methods are presented. Then we put forward the concept of "index class" to select the important indices. Finally, an ensemble learning algorithm is set up to fit the relationship between the slurry concentration and the indices of the index classes. In the experiment, log data over seven days of a practical dredging construction is collected. For comparison, the Deep Neural Network (DNN), Long Short Time Memory (LSTM), Support Vector Machine (SVM), Random Forest (RF), Gradient Boosting Decision Tree (GBDT), and the Bayesian Ridge algorithm are tried. The results show that our method has the best performance with an R² of 0.886 and a mean square error (MSE) of 5.538. This research provides an effective way for real-time predicting the slurry concentration of CSDs and can help to improve the stationarity and production efficiency of dredging construction.

• 문화기술의 융합
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• 제6권3호
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• pp.369-375
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• 2020

본 연구의 검토대상 구간은 전력구 시공을 위한 쉴드 TBM 굴착 도중 터널 막장면을 통해 지하수 유출이 발생한 구간이다. 따라서 공사 전부터 지하수위의 변화가 발생되는 시점까지의 상황을 분석하기 위해 공사 중 관찰된 지하수위 변화를 토대로 주변 지반현황을 반영하여 3차원 수치해석을 수행하였다. 이를 통해 현장 주변에서 발생한 지하수위 변화와 터널공사의 상관성을 파악하였다. 본 연구의 수치해석결과는 대상지반에서 측정된 지하수위 계측결과와 유사하며 쉴드 TBM 막장면으로의 지하수 유출량 또한 실제 측정결과와 유사한 수준으로 나타나 본 연구에서 설정한 수치해석 방법과 모델링은 현장여건을 잘 반영하는 것으로 분석되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권5호
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• pp.449-461
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• 2024

NATM 공법과 비교하여 소음 및 진동이 적고 안전성이 높은 기계화 굴착공법인 TBM (tunnel boring machine)의 사용이 전 세계적으로 증가하였다. 특히 이수식(slurry shield) TBM의 경우 EPB (earth pressure balanced) 방식에 비해 고수압에 유리하므로 하저 및 해저 구간 등에서 많이 사용된다. 이와 같이 이수식 TBM의 사용수는 오폐수처리시설을 거쳐 방류된다. 대단면 TBM의 경우, 사용되는 물의 양이 막대하기 때문에 재활용을 통해 비용 저감 및 환경 보호가 가능하다. 이수식 TBM에서는 지상의 이수처리시설인 STP (slurry treatment plant)와 필터프레스(filter press)의 성능을 향상시키기 위해 다양한 종류의 첨가제를 사용한다. 이 중 응집제는 버력의 응집도를 높여 필터프레스의 생산성을 향상시킨다. 본 연구에서는 응집제가 투입된 후 필터프레스를 통해 걸러진 사용수에 대한 실내시험을 시행하여 재사용 가능 여부를 평가하였다.

• 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.

• 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.

• 대한토목학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.551-564
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• 2016

토공작업은 건설공사에 기본이 되는 공종으로 건설장비에 의한 작업이 주를 이루고 있다. 최적 토량배분 및 장비운용은 건설공사 생산성에 많은 영향을 미치는 요소이다. 토공작업은 다수의 건설장비들의 협업에 의하여 진행되어지는 기계화 작업이며 건설장비로 인하여 많은 연료가 소비되는 작업이다. 현장에서 실질적으로 이루어지는 토공작업은 건설장비 운전자의 경험과 직관에만 의존하여 작업이 수행되고 있어서 비효율적인 측면이 있으며, 토공 작업 시에 많은 연료사용으로 인한 탄소배출은 환경적인 문제점을 발생시키고 있다. 근래에는 토공작업의 효율성을 향상시키기 위한 건설사업의 자동화 및 정보화 기술을 적용한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. 토공작업을 위한 휴리스틱스(Heuristics)는 시간이나 정보가 불충분하여 합리적인 판단을 할 수 없는 상황에서 신속하게 사용하는 전문가의 노하우이다. 이를 의사결정 요소로 고려하여 토량배분 계획에 적용하였으며, 토량배분 계획에 의하여 형성된 작업패키지를 형성하고 해당 작업을 위하여 건설장비의 효율적인 작업경로를 생성하도록 하였다. 시뮬레이션을 수행을 통하여 제시된 방법론이 건설장비의 공간간섭 및 전체 이동거리 측면에서의 효율을 검증하였다. 본 연구의 시스템을 적용하여 검증한 결과 건설장비의 공간 간섭률이 최소화되고 이동거리가 단축되어 생산성이 좋아지는 효율을 보였다.