• 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.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.281-301
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• 2024

송전선로 지중화 사업의 일환인 전력구 터널은 쉴드TBM 공법에 의해 건설된다. 쉴드TBM 구성요소 중 디스크커터는 암반을 파쇄하는 중요한 역할을 수행한다. 마모한계에 도달하거나 편마모와 같은 파손이 발생함에 따라 적절한 교체가 이루어져야 효율적인 터널 공사가 가능하다. 본 연구에서는 실시간으로 측정된 디스크커터의 마모량과 회전수를 기반으로 디스크커터의 마모상태를 판별하기 위한 딥러닝 알고리즘 개발을 수행하였다. 실대형 굴진시험 결과를 통해 디스크 커터의 마모상태에 따라 측정데이터가 상이하게 획득되는 것을 확인하였다. 합성곱신경망 모델을 기반으로 실시간 측정데이터를 활용하여 디스크커터의 마모특성을 판별할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 합성곱신경망의 필터를 통해 데이터의 분포 특성을 학습할 수 있고, 이러한 패턴 특징을 통해 균등마모와 편마모를 분류할 수 있는 모델의 성능을 확인하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제29권2호
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• pp.193-205
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• 2022

The face stability of shield tunnelling is the most important control index for safety risk management. Based on the reliability of the transparent clay (TC) model test, a series of TC model tests under different buried depth were conducted to investigate the progressive failure mechanism of tunnel face. The support pressure was divided into the rapid descent stage, the slow descent stage and the basically stable stage with company of the local failure and integral failure in the internal of the soil during the failure process. The relationship between the support pressure and the soil movement characteristics of each failure stage was defined. The failure occurred from the soil in front of the tunnel face and propagated as the slip zone and the loose zone. The fitted formulas were proposed for the calculation of the failure process. The failure mode in clay was specified as the basin shape with an inverted trapezoid shape for shallow buried and appeared as the basin shape with a teardrop-like shape in deep case. The implications of these findings could help in the safety risk management of the underground construction.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권3호
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• pp.229-240
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• 2007

터널 및 지하공간 시공 중 일상계측에서의 계측관리 효율성 및 고급의 내공변위 분석을 위해 3차원 광파기, 선단앵커정착형 타겟부착장치, 절대변위 계측관리 프로그램으로 구성된 3차원 절대변위 계측시스템을 구축하였다. 본 연구를 통해 3차원 절대변위 계측에 필요한 광파기의 종류와 사양을 제시하였고, 기존 타겟부착장치의 문제점을 개선한 선단앵커정착형 타겟부착장치에 대한 성능시험을 수행하여 우수한 시준거리와 측정정밀도를 확인하였다. 또한 절대변위 계측관리 프로그램에 대한 현장성능시험을 수행하여 얻어진 경향선/영향선 등 다양한 분석방법을 활용하여 막장전방의 연약대 존재 예측이 가능하였고, TSP탐사결과와 비교하여 정확성을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권4호
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• pp.357-374
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• 2012

터널 설계 시 사용되는 지반물성치는 한정적인 조사 및 시험을 통해 산정되기 때문에 불확실성을 내포한다. 본 연구에서는 최적의 지반물성치를 찾기 위해 터널의 굴진면 관찰자료와 계측자료를 활용하여 인공신경망을 이용한 역해석을 수행하였다. 우선 굴진면 관찰자료를 이용하여 연구대상 터널의 암반등급이 선정되었다. 기존연구에 대한 문헌고찰을 통해서 암반등급별로 지반물성치의 가능한 범위를 지정하여 보다 정확한 학습자료 구축을 위해 활용되었다. 또한 최적의 학습모델을 찾기 위해 은닉층 수와 각 은닉층의 노드 수를 기존연구보다 세분하여 변화시켜가며 매개변수 연구를 수행하였다. 연구결과, 기존 연구와 비교했을 때, 보다 정확한 지반물성치를 얻을 수 있었다. 따라서 계측자료 뿐만 아니라 굴진면 관찰자료를 인공신경망을 이용한 역해석에 활용하면 결과의 정확성을 높일 수 있음을 확인하였다. 향후 본 연구에서 제시된 방법론을 사용하여 지반물성치를 보다 정확하게 추정할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.225-235
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• 2013

TBM의 암반 굴착도구인 디스크커터의 작용력은 TBM의 설계와 굴진성능 평가를 위해 핵심적인 항목이다. 본 연구에서는 디스크커터 링의 형상에 따른 디스크커터 작용력의 차이를 실물 선형절삭실험에 의해 실험적으로 분석하였다. 또한 절삭실험 중에 발생하는 커터 링의 변형률을 계측하여 커터 링의 강성을 추정하였다. 분석결과, V형상의 디스크커터를 사용하게 되면 동일한 절삭조건에서 커터 관입깊이를 증가시킬 수는 있지만, 커터의 회전방향으로 큰 응력이 작용하는 것으로 나타났다. 또한 커터 작용력을 예측모델에 의해 추정할 경우에는, 디스크커터의 형상과 관련된 변수들을 고려할 수 있는 모델을 사용하는 것이 타당함을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제6권2호
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• pp.171-182
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• 2004

사질토지반에서 2 Arch 터널을 굴착할 때에 중앙터널의 굴착규모와 인버트 폐합에 따른 중앙필러 및 터널 주변지반의 거동특성을 규명하기 위하여 모형실험을 수행하였다. 3개로 분리되어 수직이동이 가능한 가동판 위에 중앙필러와 모형라이닝을 설치하고 모형지반 조성 후에 가동판을 강하시켜서 중앙터널굴착을 표현하였고, 중앙터널굴착 후에 좌 우측 터널을 굴착하였으며 굴착이 완료된 2 Arch 터널 전체에 대한 가동판을 움직여서 2 Arch 터널굴착에 따른 하중전이 및 지반이완 형태는 물론 중앙필러에 작용하는 하중의 변화를 관찰하였다. 실험중에 가동판, 중앙필러 및 바닥판에 작용하는 이완하중 및 전이하중을 측정하였고, 모형터널의 내부와 지중 및 지표에 변위계를 설치하여 모형터널의 내공변위 및 지반의 변위를 측정하였다. 본 연구결과 시공순서와 라이닝의 기초부 구속조건에 따라 중앙필러가 부담하게 되는 하중의 변화를 확인하였고 2 Arch 터널굴착에 따른 하중전이 및 지반이완형태를 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제13권3호
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• pp.215-231
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• 2011

본 논문에서는 연직 불연속면을 포함하는 지반에서 얕은 심도 2-arch 터널 굴착에 따른 거동특성을 실험적으로 연구하였으며, 2-arch 터널 굴착에 따른 필러부 하중전이 특성을 관찰하였다. 연직 불연속면의 위치를 변화시키고, 2-arch터널 시공단계별로 모형실험을 수행하였다. 실험결과, 2-arch 터널 굴착에 따른 이완하중이 불연속면이 위치한 곳에 집중되었고, 불연속면에 차단되어 불연속면을 넘어서까지 하중이 전이되지는 않았다. 또한 인접한 터널의 하반을 굴착할 때보다 상반을 굴착할 때에 필러부와 지반변형에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.205-217
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• 2007

지진 시 지하구조물의 거동은 구조물 자체의 동적 특성 보다는 주변지반의 동적특성에 영향을 받는다. 따라서 구조물을 감싸고 있는 지반의 특성이 구조물의 동적 거동특성을 좌우한다. 본 연구의 목적은 지진시 지하구조물의 동적 거동 및 응답특성(축방향 변형 및 ovaling 변형)을 분석하는 것이다. 지진시 지하구조물의 동적 거동 및 응답특성을 분석하기 위해서 지반조건, 지진조건, 구조물 조건 변화에 따라 구조물에 발생하는 응답을 이론해법을 이용하여 분석하였다. 추가적으로 소규모의 모형 실험체를 이용한 진동대 실험을 수행하여 구조물의 동적거동을 분석하였으며, 이론해를 이용한 해석결과와 비교분석한 결과 경향성이 잘 일치함을 확인할 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제13권4호
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• pp.347-370
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• 2011

이수가압식 쉴드공법은 이수압을 적정 수준으로 관리하면 특히 사질토에서 적용성이 우수하지만, 이수압이 낮으면 이수 유출 및 지반변형이 발생하기도 한다. 따라서 이수가압식 쉴드공법에서는 초기 막장압보다 큰 초과 이수압을 가하여 막장의 안정을 유지한다. 그러나 이수압이 너무 높으면 전방 지반의 수동 파괴를 유발하므로 전방 지반의 수동 파괴 위험성을 배제하고 이수압을 증가시키는 방법으로 막장 전방에 수평 차수층을 설치하는 방안이 있으나 그 위치와 규모 및 효과가 잘 알려져 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 포화된 사질토에서 막장 전방에 차수 그라우팅을 적용할 경우에 발생하는 효과를 규명하기 위하여 모형실험을 수행하였다. 실험에서는 차수층의 위치와 길이를 변화시거면서 이수의 유출이나 지반 파괴 이전까지 이수압을 가하여 최대 이수압과 지반 변위 및 이수의 유출로 인한 파괴 형상을 측정하여 분석하였다. 실험 결과, 전방 차수층이 없는 경우에 최대 이수압과 초과 이수압은 토피고에 선형비례 하였으며, 차수층이 존재하는 경우에는 차수층이 없는 경우보다 이수압을 크게 가할 수 있어서 전방 차수층이 막장 안정성을 증대시킬 수 있다는 것을 확인할 수 있었다. 막장 안정성 증대에 가장 큰 영향을 주는 적정 차수층의 규격은 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.