TBM은 사전에 예측하지 못한 지반조건의 변화에 대한 대응력이 재래식 공법과 비교할 때 상대적으로 낮기 때문에, 설계단계에서 TBM의 사전 성능예측과 공사기간 산정을 위한 굴진율 예측이 매우 중요하다. 기존 연구에서 구축된 211개의 TBM 데이터베이스에 신규 데이터를 추가하여 TBM의 핵심 제작 사양인 최대 추력, 커터헤드 최대 토크 및 회전속도, 커터헤드 구동력 사이의 상관관계를 지반조건에 따라 분석하였다. 기존 연구들에서와 같이 TBM의 최대추력, 최대토크, 구동력과 같은 기본 제작사양을 추정하는 데 있어 TBM 외경은 매우 중요한 정보임을 확인할 수 있었다. 국외의 TBM 데이터베이스로부터 도출된 회귀식과 본 연구로부터 얻어진 회귀식을 비교한 결과, 최대추력의 경우는 유사한 경향을 보였으나, 대단면 TBM에서 본 연구의 회귀식에서 추정된 최대토크가 국외의 회귀식보다 더 높게 추정하는 경향이 나타났다.
TBM은 사전에 예측하지 못한 지반조건의 변화에 대한 대응력이 재래식 공법과 비교할 때 상대적으로 낮기 때문에, 설계단계에서 TBM의 사전 성능예측과 공사기간 산정을 위한 굴진율 예측이 매우 중요하다. 기존 연구에서 구축된 211개의 TBM 데이터베이스에 신규 데이터를 추가하여 TBM의 핵심 제작 사양인 최대 추력, 커터헤드 최대 토크 및 회전속도, 커터헤드 구동력 사이의 상관관계를 지반조건에 따라 분석하였다. 기존 연구들에서와 같이 TBM의 최대추력, 최대토크, 구동력과 같은 기본 제작사양을 추정하는 데 있어 TBM 외경은 매우 중요한 정보임을 확인할 수 있었다. 국외의 TBM 데이터베이스로부터 도출된 회귀식과 본 연구로부터 얻어진 회귀식을 비교한 결과, 최대추력의 경우는 유사한 경향을 보였으나, 대단면 TBM에서 본 연구의 회귀식에서 추정된 최대토크가 국외의 회귀식보다 더 높게 추정하는 경향이 나타났다.
The Tunnel Boring Machine(TBM) is relatively insufficient to cope with unpredicted changes in ground conditions as compared with Conventional Tunnelling Methods. Therefore, it is very important to predict the TBM performance at the design stage and estimate the advance rate for the calculation of th...
The Tunnel Boring Machine(TBM) is relatively insufficient to cope with unpredicted changes in ground conditions as compared with Conventional Tunnelling Methods. Therefore, it is very important to predict the TBM performance at the design stage and estimate the advance rate for the calculation of the construction period. In this study, we added data to 211 TBM databases constructed in the previous study and analyzed the correlation between TBM outer diameter, maximum thrust, maximum cutterhead torque, cutterhead driving power and RPM, which are the main design and manufacturing specifications of TBM. As a result of the analysis from results obtained in the previous studies, it was confirmed that TBM outer diameter is very effective and important in estimating maximum thrust, maximum cutterhead torque, and cutterhead driving power of the TBM. As a result of comparing the regression equations derived from other TBM databases outside the country and the regression equation obtained from the present study results, the maximum thrust showed a similar tendency to each other, but the maximum torque estimated from the regression equation of this study was higher than that of other countries in the case of the large scale TBM.
The Tunnel Boring Machine(TBM) is relatively insufficient to cope with unpredicted changes in ground conditions as compared with Conventional Tunnelling Methods. Therefore, it is very important to predict the TBM performance at the design stage and estimate the advance rate for the calculation of the construction period. In this study, we added data to 211 TBM databases constructed in the previous study and analyzed the correlation between TBM outer diameter, maximum thrust, maximum cutterhead torque, cutterhead driving power and RPM, which are the main design and manufacturing specifications of TBM. As a result of the analysis from results obtained in the previous studies, it was confirmed that TBM outer diameter is very effective and important in estimating maximum thrust, maximum cutterhead torque, and cutterhead driving power of the TBM. As a result of comparing the regression equations derived from other TBM databases outside the country and the regression equation obtained from the present study results, the maximum thrust showed a similar tendency to each other, but the maximum torque estimated from the regression equation of this study was higher than that of other countries in the case of the large scale TBM.
본 연구는 Chang et al.(2017)이 사용한 211개의 데이터베이스에 데이터를 추가하여 TBM의 핵심 제작 사양인 최대 추력, 커터헤드 최대 토크 및 회전속도, 커터헤드 구동력 사이의 상관관계를 지반조건에 따라 분석하여 TBM 제작사양 추정에 도움이 되는 자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
TBM 주요 사양에 대한 분석은 데이터베이스 전체를 대상으로 실시한 분석과 Fig. 3(a)에서와 같이 가장 많은 데이터가 있고 현재 세계적으로 가장 많이 활용되는 TBM 형식인 EPB타입 TBM만을 대상으로 한 분석으로 구분하여 수행하였다. 각각의 분석에서는 선행연구인 Chang et al.
대상 데이터
(2017)은 TBM 문헌과 제작사들의 기술자료를 활용하여 TBM 설계・제작을 위한 주요사양에 대한 211개의 데이터베이스를 구축하였다. 본 연구는 위 데이터베이스에 81개의 중대단면 TBM설계・제작 정보를 추가적으로 수집하여 데이터베이스를 확장하였다. 구축된 데이터베이스의 정보들은 Table 1과 같다.
데이터처리
(2014)은 총262개의 터키에서 수행된 직경 4~18m 단면을 가지는 TBM 데이터로 구성된 데이터베이스를 기반으로 TBM의 형식을 고려하여 각각의 TBM 직경 및 제작 사양들과의 관계를 회귀분석하였다. 본 연구에서는 본 연구에서 구축된 EPBTBM 데이터로부터 얻어진 회귀식과 Ates et al.(2014) 연구의 EPB TBM 데이터에서 도출된 회귀식에 대해 비교를 수행하였다(Fig. 10과 Table 7). 비교를 위해 선정한 상관관계는 TBM 직경과 최대 추력 및 커터헤드 토크, 최대 추력과 커터헤드 최대 토크이며, Ates et al.
성능/효과
국외의 다른 TBM 데이터베이스로부터 도출된 회귀식과 본 연구결과로부터 얻어진 회귀식을 비교한 결과, 최대추력의 경우는 유사한 경향을 보였으나, 대단면 TBM에서 본 연구의 회귀식에서 추정된 최대토크가 국외의 회귀식보다 더 높게 추정하는 경향이 나타났다. 이것은 국외 TBM 데이터베이스의 데이터범위가 더넓은 점과 분석 데이터베이스의 차이에 의해 발생한 것으로 판단된다.
기존 연구들에서와 같이 TBM의 최대추력, 최대토크, 구동력과 같은 기본 제작사양을 추정하는데 있어 TBM 외경은 매우 효과적이며 중요한 정보임을 알 수 있었다. 그러나 RPM의 경우는 직경과의 상관성이 낮아 직경에 따른 사양 추정이 어려운 것으로 나타났다.
후속연구
전체 데이터와 EPB TBM 데이터에 대한 회귀분석 결과에서 TBM 외경과 제작사양 간의 결정계수는 토사지반에서 가장 높게 나타나고 전체지반, 복합지반, 암반 순으로 도출되었다. 복합지반의 경우는 복잡한 지반조건으로 인하여 결정계수의 적합도가 상대적으로 낮을 수 있을 것으로 생각되지만, 암반의 결정계수가 낮은 것은 암석의 일축 압축강도가 지배적인 영향을 주기 때문으로 판단되므로 Open TBM 데이터만을 별도로 분석하는 것이 필요할 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
TBM의 성능평가 및 굴진율 예측방법으로는 무엇이 있는가?
TBM은 사전에 예측하지 못한 지반조건의 변화에 대한 대응력이 재래식 공법과 비교할 때 상대적으로 낮기 때문에, 설계단계에서 TBM의 사전 성능예측과 공사기간 산정을 위한 정밀지반조사와 TBM의 굴진율 예측이 매우 중요하다. 이상과 같은 TBM의 성능평가 및 굴진율 예측방법으로는CSM(Colorado School of Mines)모델, NTNU(Norwegian University of Science and Technology)모델, QTBM모델, 합경도(Total Hardness)모델 등이 있다(Bruland, 1998; Cigla and Ozdemir, 2000; Barton, 2000; Tarkoy, 1986)
TBM의 주요 제작 사양을 주로 최대 사양으로 정의하는 이유는?
TBM의 대표적인 제작 사양은 최대 추력 (maximum thrust force), 커터헤드 구동력(driving power) 및 최대 토크(torque), 회전속도(revolution per minute, RPM) 등이 있으며, 이러한 제작 사양은 주로 최대 사양(maximum capacity)으로 정의된다. 이것은불확실한 지반조건에 의해 최대저항이 발생하여 TBM의 굴진을 못하게 되는 경우에 대비하는 것과 TBM장비의 설계 시, 안전율을고려하기 때문이다.
TBM의 굴진율 예측이 중요한 이유는?
TBM은 사전에 예측하지 못한 지반조건의 변화에 대한 대응력이 재래식 공법과 비교할 때 상대적으로 낮기 때문에, 설계단계에서 TBM의 사전 성능예측과 공사기간 산정을 위한 굴진율 예측이 매우 중요하다. 기존 연구에서 구축된 211개의 TBM 데이터베이스에 신규 데이터를 추가하여 TBM의 핵심 제작 사양인 최대 추력, 커터헤드 최대 토크 및 회전속도, 커터헤드 구동력 사이의 상관관계를 지반조건에 따라 분석하였다.
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