• Geomechanics and Engineering
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• 제38권1호
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• pp.69-77
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• 2024

The development of shield-driven cross-river tunnels in China is witnessing a notable shift towards larger diameters, longer distances, and higher water pressures due to the more complex excavation environment. Complex geological formations, such as fault and karst cavities, pose significant construction risks. Real-time adjustment of shield tunneling parameters based on parameter prediction is the key to ensuring the safety and efficiency of shield tunneling. In this study, prediction models for the torque and thrust of the cutter plate of ultra-large diameter slurry shield TBMs is established based on integrated learning algorithms, by analyzing the real data of Heyan Road cross-river tunnel. The influence of geological complexities at the excavation face, substantial burial depth, and high water level on the slurry shield tunneling parameters are considered in the models. The results reveal that the predictive models established by applying Random Forest and AdaBoost algorithms exhibit strong agreement with actual data, which indicates that the good adaptability and predictive accuracy of these two models. The models proposed in this study can be applied in the real-time prediction and adaptive adjustment of the tunneling parameters for shield tunneling under complex geological conditions.

• 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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• 제22권3호
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• pp.277-291
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• 2020

쉴드 TBM은 기존 재래식 터널(Drill and Blast)에 비하여 터널을 굴착하는 지반 및 선형조건에서 적용범위가 넓은 공법으로 대단면, 대심도, 초연약지반에서의 터널링 공법으로 중요성이 부각되고 있으며, 현재 13.3 m의 대구경 slurry 쉴드 TBM이 한강 하부 통과를 위한 시공을 준비하고 있다. 쉴드 TBM은 이수압식과 토압식 쉴드 TBM으로 구분되고, 각각의 특성에 따라 시공 중 관리 항목이 달라진다. 본 논문에서는 연약지반에 주로 시공되는 이수압식 쉴드 TBM을 대상으로 장비형식, 발생기원, 적용 사례 및 트러블 사례를 분석하였다. 또한, 적정 챔버압, 장비 전방으로의 이수 분출(또는 누수)가능성을 토피고 조건에 따라 2D 및 3D 모형실험 실시하였다. 이를 토대로 연약지반 조건에서 이수압식 쉴드 TBM 시공 시 적정 굴진면 토압과 챔버압 예측을 위한 기초 및 참고자료 제공 그리고 토피고 조건에 따른 이수분출 위험 높이를 제안하여 이수분출로 인한 안정성 및 환경요인 저하원인을 최소화하기 위한 방안을 제안하였다.

• 자연, 터널 그리고 지하공간
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• 제23권1호
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• pp.44-60
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• 2021

• 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.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2011년도 정기총회 및 추계학술대회 논문집
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• pp.1199-1213
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• 2011

이수가압식 쉴드공법은 사질토에서 적용성이 우수하지만, 이수압이 낮으면 이수 유출 및 지반변형이 발생하기도 한다. 따라서 이수가압식 쉴드에서는 초기 막장압보다 큰 초과 이수압을 가하여 막장 안정을 유지한다. 그러나 이수압이 너무 높으면 전방 지반의 수동 파괴를 유발하므로 수동 파괴 위험성을 줄이고 이수압을 증가시키는 방법으로 막장 전방에 수평 차수층을 설치하는 방안이 있으나 위치와 규모, 효과가 잘 알려져 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 포화 사질토에서 막장전방에 차수 그라우팅 적용시 발생하는 효과를 규명하기 위하여 모형실험을 수행하였다. 실험 결과, 차수층이 있는 경우가 없는 경우보다 이수압을 크게 가할 수 있어서 전방 차수층이 막장 안정성을 증대시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 막장 안정성 증대에 가장 큰 영향을 주는 적정 차수층은 길이 1.0~1.5D, 설치높이 1.0D로 나타났다. 초기 막장압 대비 최대 이수압의 비로 막장의 자립 안전율(F)을 제안할 수 있으며, 전방 차수층을 적정 위치에 설치할 경우 초기 막장압보다 3.5~4.0배 크게 이수압을 가할 수 있는 것으로 나타났다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제28권3호
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• pp.265-281
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• 2022

A set of slurry shield test system capable of cutter cutting and slurry automatic circulation is used to investigate the deformation characteristics, the evolution characteristics of support resistance and the distribution and evolution process of earth pressure during excavating and collapsing of slurry shield tunneling in circular-gravel layer. The influence of cover-span ratio on surface subsidence, support resistance and failure mode of excavation face is also discussed. Three-dimensional numerical calculations are performed to verify the reliability of the test results. The results show that, with the decrease of the supporting force of the excavation face, the surface subsidence goes through four stages: insensitivity, slow growth, rapid growth and stability. The influence of shield excavation on the axial earth pressure of the front soil is greater than that of the vertical earth pressure. When the support resistance of the excavation face decreases to the critical value, the soil in front of the excavation face collapses. The shape of the collapse is similar to that of a bucket. The ultimate support resistance increase with the increase of the cover-span ratio, however, the angle between the bottom of the collapsed body and the direction of the tunnel excavation axis when the excavation face is damaged increase first and then becomes stable. The surface settlement value and the range of settlement trough decrease with the increase of cover-span ratio. The numerical results are basically consistent with the model test results.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권1호
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• pp.57-70
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• 2017

본 연구에서는 광산이나 오일샌드 등의 분야에서 적용되고 있는 슬러리 파이프 마모량 측정 방법과 슬러리 파이프의 마모량 예측에 관련된 이론식들을 문헌연구를 통해 살펴보고, 실제 싱가포르 슬러리 쉴드 TBM 현장에서 주기적으로 측정한 직선부 슬러리 파이프의 두께 측정 자료로부터 평균 일일 마모율과 굴착거리당 마모율을 산정하였다. Bukit Timah Granite의 풍화등급에 따른 마모율을 구하였는데, 풍화토에 가까운 G (V) 등급 지반 및 G (III)/G (V)의 복합지반에서의 마모율이 G(I)~G (IV)의 암반 등급지반에 비해서 1.5배 높게 나타났다. 슬러리 파이프 마모율은 슬러리 운송속도에 비례하여 증가하는 경향을 보였다. 향후 지반특성 별 파이프 마모율과 합리적인 관리두께 선정을 통하여 보다 최적화된 슬러리 파이프의 교체 및 회전 주기를 산정할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국철도학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.47-51
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• 2013

본 논문은 연약지반 쉴드 TBM 축소 모형실험을 통하여 슬러리에 의해 가해지는 막장 지보압의 변화에 따른 터널 막장면 안정성 변화 양상을 파악하고자 토피고에 따라 0.5D, 0.75D, 1.0D, 1.25D, 1.5D의 총 5개 Case에 대하여 모형실험을 수행하였으며, 이론적인 터널 막장면 지보압 및 모형실험으로 선정된 적정 지보압 값을 상호 비교하였다. 암반 쉴드 TBM과 달리 연약지반 쉴드 TBM의 경우 균질한 지반조건임에 따라 모형실험으로부터 산정된 적정 지보압이 터널 심도에 따른 막장면 토압 및 수압으로부터 이론적으로 산정된 막장압 범위($P_{min}{\leq}P_{slurry\;pressure}{\leq}P_{max}$)와 잘 일치하고 있음을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.95-107
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• 2004

슬러리 쉴드 터널에서 슬러리 침투의 유동학적 특성은 막장안정성 측면에서 중요하다. 특히, 슬러리의 침투는 막장 안정성에 큰 영향을 미치며, 본 연구에서 이런 유동학적 특성을 파악하기 위하여 흙-필터의 폐색이론을 적용하였다. 터널시공 도중 슬러리 폐색의 지표로 필터계수를 사용하였으며, 실내실험을 통해 이의 적용성을 규명하였다. 실내실험의 결과를 바탕으로 한 안정해석 결과, 막장안정성은 침투속도와 필터계수의 비율에 영향을 받음을 알 수 있었다. 또한, 슬러리의 침투깊이는 침투속도와 필터계수의 비율과 함께 증가하는 경향을 보였다. 막장안정성은 침투거리가 증가하면 감소하는 경향을 보였으며, 침투거 리를 줄이기 위하여 슬러리에 첨가제를 첨가하였다. 실험에 근거한 분석결과 첨가제가 필요한 한계 유효입경$(D_{10})$은 약 0.75mm임을 알 수 있었다. 슬러리 침투로 인한 막장 안정성은 터널공사시의 굴진속도에도 크게 영향을 받음을 알 수 있었다.