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쉴드 TBM의 장비 형상 및 굴진 데이터를 고려한 체적손실 산정 연구
박현구(Hyunku Park),장석부(Seokbue Chang),이승복(Seungbok Lee) 한국암반공학회 2015 터널과지하공간 Vol.25 No.5
본 논문에서는 쉴드 TBM 굴진 중 체적손실 산정과 관련한 기존 사례 및 정량적인 산정 방안에 대한 문헌 분석을 수행하여 장비 형상과 운전 중 주요 기계데이터를 활용한 산정 방안을 도출하였다. 도출된 방안은 기존 문헌에 보고된 토압식 및 이수식 TBM 굴진 사례 분석에 적용되었다. 전반적으로 계측 결과와 잘 부합하는 것으로 나타났으며 일부 차이에 대한 분석을 실시하였다. Estimation of shield TBM tunnelling-induced volume loss is of great importance for ground settlement control. This study proposed a simple method for evaluation of volume loss during TBM tunnlling, which is able to take into account of shield machine configurations and main driving data in calculation. The method was applied to analyze the tunnelling cases with earth pressure balanced and slurry pressure balanced shiled TBM, and mostly, reasonable agreements with monitoring results were found. Additional discussions were made for some disagreements.
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화강풍화대를 통과하는 슬러리 TBM의 체적손실 산정에 대한 사례 연구
박현구,오주영,장석부,이승복,Park, Hyunku,Oh, Ju-Young,Chang, Seokbue,Lee, Seungbok 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.1
본 논문에서는 화강풍화대를 통과하는 슬러리 TBM 굴진 중 지표 침하 및 체적손실 산정에 관한 사례 연구를 수행하였다. 터널 천단 침하 계측 결과로부터 TBM 굴진 단계별 침하 발생 경향을 분석하였고, 횡방향 지표 침하 트라프로부터 굴진 중 체적손실 및 트라프 변수를 산정하였다. 또한, 체적손실 산정 모델을 이용하여 지반 특성과 굴진 중 측정된 기계데이터가 반영된 굴진 단계별 체적손실을 산정하였으며, 이를 실제 계측 결과와 비교 분석하였다. 슬러리 TBM의 경우 대부분의 지표침하는 쉴드 본체 통과 및 뒤채움 주입 이후 발생하는 것으로 나타났고 문헌에 보고된 총 체적손실 및 트라프 곡선 형태가 확인되었다. 실제 굴진 중 체적손실은 굴진 단계별로 쉴드손실 예측값의 90%, 테일부 손실 예측값의 60% 수준으로 분석되었고, 쉴드 손실에 비해 테일부 손실의 편차가 큰 것으로 나타났다. This paper presents a case study on the ground settlement and volume loss estimation for slurry pressure balanced shield TBM tunnelling in weathered zone of granite rock. Settlement at each stage of shield tunnelling was analyzed and the volume losses and settlement trough factors were estimated from observations. In addition, using the existing volume loss evaluation method in literature, volume losses were estimated considering ground properties and actual driving parameters. Most of ground settlement occurred during passage of shield skin passage and after backfill grouting, and the measured total volume loss and trough curves appeared to coincide with literature. Shield and tail loss obtained from field measurement were found to be around 90% and 60% of the predictions, where tail loss indicated larger deviation than shield loss.
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Park, Hyunku,Oh, Ju-Young,Kim, Dohyung,Chang, Seokbue Hindawi Limited 2018 Advances in civil engineering Vol.2018 No.-
<P>A case study of monitoring and analysis of ground settlement caused by tunnelling of stacked twin tunnels for underground metro line construction through the densely populated area using the slurry pressure-balanced TBM is presented. Detailed ground settlement monitoring was carried out for the initial stage of down-track tunnelling in order to estimate trough width factor and volume losses including face, shield, and tail losses. In addition, using the gap model, prediction of volume loss and ground settlement was carried out with consideration of the ground condition, TBM configurations, and actual operation data. The predictions of the gap model were compared with the observed results, and adjustment factors were determined for volume loss estimation. The adjusted factors were applied to predict ground settlement of the up-track tunnel, and its results were compared with the field measurements.</P>
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사질토 지반을 통과하는 쉴드 TBM에서 뒤채움 그라우팅이 지반 거동에 미치는 영향에 대한 수치해석적 연구
오주영,박현구,장석부,최항석,Oh, Ju-Young,Park, Hyunku,Chang, Seokbue,Choi, Hangseok 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.2
쉴드 TBM 공법은 터널의 변형을 최소화할 수 있는 공법으로 도심지 얕은 터널 공사에 적합한 공법이다. 하지만 이러한 쉴드 TBM 공법의 장점에도 불구하고 침하가 발생하며, 토피가 낮은 지반에서 쉴드 TBM 굴진 중 침하에 대한 대책은 여전히 주요 쟁점사항 중 하나로 남아있다. 쉴드 TBM 공법에서 테일 보이드는 불가피하게 발생하는 공간으로 테일 보이드의 변형은 침하의 주요 원인이 된다. 이러한 테일 보이드의 변형은 뒤채움 그라우팅을 통해 제어되며, 이를 통해 침하를 억제하거나 회복시킬 수 있다고 여겨지고 있다. 하지만 실제 뒤채움 그라우팅을 통한 침하 회복은 기대하기 어려우며 특히 사질토에서 두드러진다. 이는 뒤채움 그라우팅과 사질토 지반 사이의 상호작용에 기인한 것으로 유추할 수 있다. 본 연구에서는 3차원 수치해석을 통해 사질토 지반에서 뒤채움 그라우팅이 지반거동에 미치는 영향을 파악하고자 하였다. 해석결과, 뒤채움 그라우팅은 침하증가율을 감소시켜 쉴드 TBM 굴진으로 인하 침하를 감소시키나, 그라우팅 이전에 발생한 침하를 회복시키지는 못하는 것으로 나타났다. 이는 뒤채움 그라우팅으로 인해 감소된 체적손실의 지표침하 감소 효과를 지반 내 체적변형이 상쇄하기 때문인 것으로 나타났다. The shield TBM method is widely adopted for tunneling works in urban area because it has more beneficial ways to control settlement at ground surface than conventional mined tunneling. In the shield tunneling, backfill grouting at tail void is crucial because it is supposed not only to restraint ground deformation around tail void during excavation but also to compensate precedent ground settlement by pushing up the ground with highly pressurized grout. However, the tail void grouting has been found to be ineffective for settlement compensation particularly in sandy ground, which might be caused by complicate interaction between ground and tail void grouting. In this paper, the effects of tail void grouting on behavior of ground in shield TBM tunneling were investigated based on 3-dimensional finite element analyses. The results of numerical analyses indicated that backfill grouting actually reduces settlement by degrading settlement increasing rate in excavation, which means decrease of volume loss. Meanwhile, the grouting could not contribute to compensate the precedent settlement, because reduction of volume loss by grouting was found to be counterbalanced by volume change of ground.
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쉴드TBM터널에서 뒤채움 주입이 지반의 단기·장기 침하에 미치는 영향에 대한 수치해석적 연구
오주영,박현구,김도형,장석부,이승복,최항석,Oh, Ju-Young,Park, Hyunku,Kim, Dohyoung,Chang, Seokbue,Lee, Seungbok,Choi, Hangseok 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.2
얕은 터널의 시공에 있어 지표 침하는 주요 관리 사항으로 쉴드 TBM 기술을 적용함으로써 굴착 중 지반 변형의 제어를 통하여 침하를 경감시키는 것이 가능하며, 특히 뒤채움 주입은 침하 경감의 목적으로 쉴드 공법에서는 일반적으로 적용되는 기술이다. 투수성이 낮은 지반에서의 TBM 시공에 의한 지표 침하는 터널 시공 중에 발생할 뿐만 아니라, 터널 관통 후에도 장기간에 걸쳐 발생한다. 장기 침하는 주로 터널 주변의 압밀에 의해 발생되고, 이 압밀 과정은 터널 주변에 과잉간극수압을 유발하는 뒤채움 주입에 의해 영향을 받게 되며 결과적으로 쉴드 TBM 터널에서는 뒤채움 주입이 장기 침하에 큰 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 쉴드 TBM 공법 중 뒤채움 주입이 지표 침하에 미치는 영향을 파악하기 위해 3차원 응력-간극수압 연계해석을 수행하였다. 해석 결과 뒤채움 주입압의 증가는 단기 침하를 경감시키지만, 다수의 경우에서 장기 침하의 감소에 기여를 하지 않는 것으로 나타났다. 또한, 장기 침하를 최소한으로 제한할 수 있는 한계 주입압의 존재를 확인하였다. For shallow tunnel constructions, settlement of the ground surface is a main issue. Recent technical developments in shield TBM tunneling technique have enabled a decrease in such settlements based on tunneling with ground deformation controls. For this objective, the tail void grouting is a common practice. Generally surface settlements in a soil of low permeability occur during a tunnel construction but also during a long period after completion of the tunnel. The long-term settlements occur mainly due to consolidation around the tunnel. The consolidation process is caused and determined by the tail void grouting which leads to an excess pore water pressure in the vicinity of the tunnel. Because of this, the grouting pressure has a strong effect on the long-term settlements in the shield tunneling. In order to investigate this effect, a series of coupled hydro-mechanical 3D finite element simulations have been performed. The results show that an increase in grouting pressure reduces the short-term settlements, but in many cases, it doesn't lead to a reduction of the final settlements after the completion of consolidation. Thereby, the existence of a critical grouting pressure is identified, at which the minimal settlements are expected.
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