천층터널 쉴드TBM에서 역해석을 이용한 Gap Parameter 및 지표침하 영향범위에 대한 연구 (A study on Gap Parameter and Influence Area of Ground Settlement Using Back Analysis Constructed by Shield TBM with Shallow Depth)

고성일(Sung-Yil Koh),권성주(Sung-Ju Kwon),황창희(Chang-Hee Hwang),김상인(Sang-In Kim),추석연(Seok-Yeon Choo) 한국철도학회 2011 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2011 No.5

Shield TBM tunneling method has been getting the spotlight for urban tunneling. It can be minimized the civil complaint during construction and possible safe tunneling. But the settlement has occurred inevitably due to characteristics of shield TBM equipment. For this reason, the civil complaint can occur in urban areas when tunnel with shallow depth passes through neighboring building or residential area. In this study, the occurrence factors of settlement according to shield TBM tunneling and the tendency of ground settlement by strata condition had analyzed. It is suggested that the practical settlement estimation method and minimizing method of ground settlement under simultaneous backfill grouting condition through measurement results and back analysis data using gap parameter.

운용중 쉴드터널 계측결과를 이용한 응력 및 하중상태 변화추이 고찰

고성일(Sung Yil Koh),추석연(Seok Yeon Choo),노병국(Byoung Kuk Roh) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.5

Shield TBM is the safe and eco-friendly method for tunnelling, however, high construction cost is the most restrict reason. So segment cost which has about 35~40% of the total construction cost should be reduced for economic construction. In this paper, segment stress, earth & water pressure were compared using japanese design value and measure value during construction and operation. Then, we studied about improvements and considerations for securing economy improvements in shield TBM design stage. 쉴드TBM 공법은 소음·진동 등의 환경위해요소를 배재할 수 있어 친환경적이며 연약한 지반조건에서도 안전한 터널건설이 가능하지만 기존 NATM공법에 비해 고가의 공사비로 인해 적용에 많은 제약이 있다. 따라서 쉴드TBM 공법의 적용성을 높이기 위해서는 공사비 절감을 통한 경제성 확보가 필요하며 이중 쉴드TBM 터널 공사비의 약 35~40%로 가장 큰 비중을 차지하고 있는 세그먼트 공사비 절감이 매우 중요하다. 그 일환으로 본 논문에서는 쉴드TBM 시공경험이 풍부한 일본의 쉴드TBM 장기계측 데이터 분석을 통하여 터널 시공 및 운용중 세그먼트 응력, 터널외부하중 조건 등의 변화추이를 고찰하고 설계단계의 예상치와 운용중 계측값의 차이를 비교분석하였다. 이를 통하여 쉴드TBM 설계단계에서 세그먼트 경제성 확보를 위한 개선사항을 연구하고자 한다.

연약지반 쉴드 TBM 트러블 사례분석을 통한 설계 · 시공시 주요 쟁점사항에 대한 고찰

고성일(Sung-Yil Koh),권성주(Sung-Ju Kwon),추석연(Seok-Yeon Choo),김용만(Yong-Man Kim) 한국철도학회 2010 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2010 No.10

쉴드터널 시공 시 막장안정을 위한 지보압의 이론적.수치해석적 고찰

김광진,고성일,추석연,김종수,Kim, Kwang-Jin,Koh, Sung-Yil,Choo, Seuk-Yeun,Kim, Jong-Soo 한국터널지하공간학회 2006 한국터널지하공간학회논문집 Vol.8 No.3

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. A large sectional tunnelling method using Shield TBM is expected to be popular as domestic demand of long tunnel gets growing. Although a shield tunnelling method has been recognized as prominent method in consideration of stability and applicability in shallow and poor ground, the cases of accident and constructional trouble have been often happened due to unexpected poor ground condition, or selection and use of improper shield machine. Especially, troubling cases at tunnel face are frequently occurred, so supporting pressure control of tunnel face would be the main issue for securing safer and more efficient tunnel excavation using Shield TBM. In this point, we carried out the numerical feed-back analysis to compare the ground deformation pattern with theoretical result at tunnel face.

사질성 지반에서 이수식 쉴드 TBM 적용시 굴진면으로의 이수 침투특성에 대한 해석적 고찰

노병국,고성일,추석연,Roh, Byoung-Kuk,Koh, Sung-Yil,Choo, Seok-Yeon 한국터널지하공간학회 2012 한국터널지하공간학회논문집 Vol.14 No.3

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. This paper presents numerical analysis of the mud cake infiltration behaviour which is influenced tunnel face stability during excavation by slurry shield TBM. This analysis method can make useful data to select proper shield TBM type and to set up the construction plan. But effective analysis did not proposed until now. In this paper, we carried out numerical analysis using by $PFC^{2D}$ fluid coupling simulation which is suitable for sandy soil modelling. As a analysis result, we checked that the slurry infiltration behaviour varied with soil permeability and slurry characteristic(specific weight, viscosity etc). This analysis method is helpful safety excavation through anticipating the proper slurry viscosity at the design stage and verifying the slurry quality at initial excavation stage.

부본선 건설을 위한 기존 지하철 터널의 운영 중 확폭 방안에 대한 기초연구

이효범,고성일,전종훈,윤희택,이나현,최항석,Lee, Hyobum,Koh, Sung-Yil,Jun, Jonghun,Yoon, Hee Taek,Yi, Na Hyun,Choi, Hangseok 한국터널지하공간학회 2020 한국터널지하공간학회논문집 Vol.22 No.1

지속적인 수도권 교통 인프라 수요의 증가에 따른 광역·도시철도 노선의 급행화를 위해서는 완행과 급행철도를 동시에 운영할 수 있도록 하는 부본선의 건설이 요구된다. 그러나 기존 지하철 노선의 운행을 중단한 후 부본선을 건설하는 것은 많은 경제적 손실을 발생시키므로 기존 지하철 터널의 운영 중 확폭 방안에 대한 연구가 필수적이다. 따라서 본 논문에서는 기존 노선 급행화에 필요한 부본선 건설을 위해 기존 지하철 터널의 운영 중 확폭 방안에 대한 기초연구를 수행하였다. 기존선 운영 중 부본선 건설방안 모색을 위해 지하철 4호선 과천선의 정부과천청사역을 부본선 건설 가상 역사로 선정하고, 4가지 방안의 구간별 단면 및 공법계획을 검토하였으며, 해당 역사에 대하여 부본선을 시공하였을 경우 시공성·경제성에 비해 상대적으로 안정성이 우려된다고 판단되는 방안을 선정하여 부본선 시공과정을 고려한 3차원 수치해석을 통한 안정성 검토를 수행하였다. As a continuous increase in demand for the transportation infrastructure in the metropolitan area, the renovation of existing metropolitan and urban railway lines for the rapid transport system requires the construction of sidetrack that can operate local and express trains simultaneously. However, the construction of sidetrack after stopping the operation of the existing subway line causes a lot of economic losses, therefore it is essential to study the tunnel enlargement scheme during the operation of the existing subway tunnel. Accordingly, in this paper, basic research on the enlargement plan of the existing subway tunnel was carried out for the renovation of the existing subway line. In order to investigate the method for the sidetrack construction, the Government Complex Gwacheon station on the Gwacheon line of subway line 4 was selected as a virtual research station. Subsequently, four construction plans including tunnel cross-sectional plan for each section were reviewed and constructability and economic feasibility were compared. Finally, the stability assessment was conducted for the selected construction plan which was considered to be relatively unstable by 3-D full numerical analysis considering the sidetrack construction process.

한계상태 설계법을 이용한 고강도 콘크리트 세그먼트 라이닝 설계

박인준,고성일,황창희,오명호,김영준,Park, Inn-Joon,Koh, Sung-Yil,Hwang, Chang-Hee,Oh, Myung-Ho,Kim, Young-Jun 한국터널지하공간학회 2012 한국터널지하공간학회논문집 Vol.14 No.5

국내의 콘크리트 구조설계는 허용응력 설계법(ASD) 및 극한강도 설계법(USD)을 사용하고 있다. 허용응력설계 및 극한강도설계법은 경제적인 설계에 제한이 따르기 때문에 최근에 지하구조물의 설계에 극한한계상태 설계법의 채택을 다각적으로 검토하고 있는 상황이다. 이를 뒷받침하고자 본 연구에서는 일본 한계상태 설계법(LSD)에 의거한 국내 고강도 콘크리트 라이닝에 대한 발생 단면력을 산정하였으며, 이를 국내의 극한강도 설계법과 비교함으로서 경제적 설계결과 도출 가능성 및 국내 적용성을 분석하고자 하였다. 해석결과, 철근량 산정과 밀접한 관계가 있는 최대 모멘트 발생양상은 두 설계법 모두 유사하나, 발생 부재력은 일본 한계상태 설계법이 극한강도 설계법에 비하여 모멘트는 26.0%, 전단력은 26.7%감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통하여 안정성이 확보된 조건에서 경제적인 세그먼트 설계가 가능함을 확인하였다. The concrete structural design in domestic has based on the allowable stress design (ASD) method and ultimate strength design (USD) method. Recently limit state design (LSD) method has issued and attempted to adopt in geotechnical design. Because ASD method and USD method have restriction in economic design. In this study, the generated member forces were calculated about high strength concrete segment lining based on japanese LSD code. And it compared with domestic USD code for identifying the economic design possibility of LSD and domestic applicability. In analysis results, the aspect of moment had generated similarly each other but the member forces of japanese LSD code were decreased (26.0% of moment and 26.7% of shear force) comparing with USD method. For that reason, possibility of economic segment design with stable condition were identified.

대단면 터널 라이닝 콘크리트 타설 기법 개선에 관한 연구

김상환,나경웅,고성일,Kim, Sang-Whang,Ra, Kyong-woong,Koh, Sung-Yil 한국터널지하공간학회 2006 터널기술 Vol.8 No.1

터널라이닝에 대한 필요성 여부에 대한 논란은 지속적으로 되고 있으나, 대부분의 터널기술자들은 라이닝의 필요성에 대하여 동의하고 있다. 따라서 설계 및 시공상의 라이닝 특성을 고려한 콘크리트 라이닝 품질향상방안 수립을 위하여 근본적인 문제점을 파악하고 해결하는데 도움이 되고자한다. 본 논문에서는 균열발생량이 상대적으로 많은 대단면 4차로 터널을 대상으로 하여 콘크리트라이닝 시공에서부터 터널운용전 발생되는 초기균열에 대한 발생원인 분석을 실시하고, 국내 콘크리트 라이닝 시공특성을 파악하기 위한 사례조사를 실시하였다. 이를 바탕으로 하여 균열발생 최소화를 위한 시공개선방안을 제안하고, 개선방안에 대한 라이닝 콘크리트 타설모형실험 및 강재거푸집내 콘크리트의 유동분석을 수행하여 고품질 콘크리트 라이닝시공을 위한 제안방안의 효율성을 검증하였다. Although the adverse critisism have been continued that the concrete lining need or not, most tunnel engineer agree that the concrete lining needs to increase the tunnel safety To establish the concrete lining's quality improvement method, we grasp the basic problems in lining construction process and propose the lining construction methods to increase the concrete quality This paper present a reason of initial crack occurrence in the large section tunnel (4 lane wide span tunnel), lining and an improved method for crack minimization in construction process. It is also verified verify that the proposed method can give qualified concrete lining by carrying out the concrete injection model test and the numerical analysis of concrete flow.

연약지반에서 쉴드TBM 굴착시 막장면 안정성 평가를 위한 실험적연구

황창희(Chang-Hee Hwang),고성일(Sung-Yil Koh),추석연(Seok-Yeon Choo),김용만(Yong-Man Kim),이상덕(Sang-Duk Lee) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.5

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(Pmin ≤ Pslurry pressure ≤ Pmax) 와 잘 일치하고 있음을 확인하였다. In this study, we carried out an experimental shield TBM excavation model test using a downscale device in soft clay, to understand tunnel-face stability properties in relation to changes in slurry pressure. We performed five tests according to tunnel depth (0.5D, 0.75D, 1.0D, 1.25D, 1.5D), and compared theoretical tunnel-face pressure with model test results. The range in theoretical tunnel-face slurry pressure (Pmin ≤ Pslurry pressure ≤ Pmax), which is determined by earth pressure and water level, was very similar to the model test result. This result was due to the more isotropic condition of the soft clay ground, than of rocky ground.

경부고속철도 천성산 환경영향 공동조사에 의한 지반특성 재평가

추석연(Choo Seok Yeon),고성일(Koh Sung Yil),남기명(Nam Ki Myoung),이양상 대한토목학회 2006 대한토목학회 학술대회 Vol.2006 No.10