TBM터널 설계 시공단계 번역(한국어 원본)TBM 터널 설계시공단계에서의 리스크 관리시스템 연구
경제발전과 함께 도심지 및 상업지대의 발달로 지하공간에 대한 중요도가 높아지고 있는 시점에서 삶의 질 향상을 위한 친환경적인 건설이 요구되고 있다. 이에 따라 터널 건설에 있어서도 TBM(Tunnel Boring Machine)공법과 같은 기계화·자동화 시공법이 필연적으로 발전하게 되었다. 하지만 고도로 발달된 기계화 시공법이라 할지라도 리스크가 없을 수 없으며, 재래식 공법에서의 리스크와는 차별적인 관리가 필요하다. 본 논문의 목적은 TBM 터널에 적용 가능한 리스크 관리 시스템을 개발하는 것이다. 리스크 관리 방법의 순서에 따라 TBM 터널에서 발생 가능한 리스크 요인을 분석한 후 원인과 결과를 분석하여 Fault Tree도를 작성하였다. 작성된 FT도를 통해 TBM 터널에서 발생 가능한 리스크 각각의 원인과 그에 따른 결과의 상관관계를 정립하여 리스크 관리시스템을 구성하였다.
TBM을 크게 Open TBM과 Shield TBM으로 구분하여, 장비의 고유 특성에 따른 지질대응성과 주요 특징을 정리하고 우선적인 리스크 관리가 필요한 지질적 요인을 분리 하여, 우선 관리 대상 지반조건을 선정하였다. Open TBM에서는 파쇄대 및 연약대, Shield TBM은 복합지반에 대하여 리스크 관리시스템을 적용할 것을 제안한다. 리스크 관리시스템은 리스크 등록부(Risk Register), 리스크 관리대장(Risk Treatment Register), 대책관리대장(Risk Action Register)으로 구성된다. TBM 설계·시공 중 리스크 요인을 카테고리로 분류하고 그에 따른 잠재결과를 리스크등록부에 명시한 후, 각각의 시나리오에 따른 리스크 관리와 대책(공법)을 제시하는 일련의 과정을 모두 포함하는 관리시스템이다. 이는 전문가뿐 아니라 시공관리를 처음 접하는 관리자의 시공능력 배양에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 적용 당시 일회성이 아닌, 관리 완료 후 Database로 활용하여 계속적인 발전을 할 수 있는 시스템이 될 것이다.
TBM 굴진 과정에서 얻을 수 있는 기계데이터 중 시공관리 시 중점적으로 관리 하여야 할 항목들을 추출하였다. 또한 지반상태의 변화에 따른 기계데이터의 변화를 단일 및 복합변수분석(single and mixed parameter analysis)을 통하여 규명하였다. 경암에서 연암으로 지반이 변화할 때, TBM 오퍼레이터의 입력 값인 추력과 그에 따라 변하는 결과 값인 커터토크의 비(커터토크추력)가 증가하며, 또한 그 비율과 굴착속도를 쌍대 비교하면 경암지반에서 나타나는 기계데이터는 일정한 범위를 가짐을 확인 할 수 있다. 이로써 지반변화의 시작을 기계데이터로 감지하여 복합지반 굴착에 대한 사전대비를 할 수 있을 것이며, 사전에 조사되지 않은 연약대 출현의 징후로 활용할 수 있다. 또한 중회귀분석(multiple regression analysis)을 통하여 기계데이터 분석의 결과를 증명하였다. 기계데이터의 출력 값인 커터토크는 입력 값인 총추력에 비례하여 증가하며, 해당 지반의 일축압축강도가 작을수록 증가함을 알 수 있다.
리스크의 발생으로 대책(공법)이 필요할 시 적용 가능한 대안선정방법을 의사결정론을 기반으로 개발하였다. 의사결정론 중 다속성 의사결정 방법(Multi-Attribute Decision Making, MADM)을 적용하여 여러 가지 속성-공사비, 공사기간, 신뢰성, 적용성-에 대하여 대안의 속성점수를 산정하였다. 각 점수는 로그정규화방법(Logarithmic Normalization Method)으로 무차원의 단위로 비교가능한 척도로 통일 한 후, 엔트로피방법(Entropy Method)에 의해 속성 가중치를 산정하여 최종 대안을 선정한다. 이를 통해 TBM 시공 중 리스크 발생 시, 관리시스템을 통해 문제를 해결하는 과정 중 대책(공법)을 적용해야 하는 최종의 단계에서 빠른 대처가 가능 할 것이다. |
TBM터널 설계 시공단계 번역(영어 번역본)A Risk Management System Applicable to TBM Tunnel during Design and Construction Stage
There is an increasing demand on eco-friendly construction for the improvement of quality of life in this time of growing importance for underground space due to development of downtown and commercial district along with economic development. As an inevitable consequence, mechanization and automation method such as TBM (Tunnel Boring Machine) has been developed. Howsoever being highly developed, mechanization construction method is never risk-free and requires different management from conventional method. The purpose of this study is to develop risk management system applicable to TBM tunnels. Risk factors which may occur in TBM tunnels were analyzed according to the sequence of risk management method and a fault tree chart (FT chart) was prepared based on the analysis of causes and results. Correlations were established between each of the causes of potential risks which may occur in TBM tunnels and the respective results through the prepared FT chart and a risk management system was configured.
TBMs were mainly divided into Open TBMs and Shield TBMs. Geological correspondence and major characteristics were arranged according to the properties of machine. Geological factors requiring preferential risk management were separated and preferred management target ground conditions were selected. It is suggested to apply a risk management system to fault zone and weak band for Open TBMs and mixed ground for Shield TBMs. A risk management system consists of a risk register, a risk treatment register, and a risk action register. It covers the classification of risk factors into categories during TBM design and construction, the specification of potential results in the risk register, and the suggestion of risk treatment and action (construction method) for each of the scenarios. It is expected that this system would contribute the cultivation of construction capability of not only experts but also beginners of construction management. In addition, this system would be used as post-management database, not as one-off thing, and developed continuously.
Items of priority control were extracted out of machine data obtainable from TBM tunneling process. The changes of machine data for the changes of ground condition were identified through single and mixed parameter analysis. It was found that when ground is changed from hard rock to soft rock, the ratio of thrust force, an input value of TBM operator, to cutter torque, a resulting value, increases (cutter torque thrust force) and dual comparison between the ratio and excavation velocity showed that machine data for hard rock ground has a certain range. Based on this, the beginning of the change of ground could be detected by machine data for proactive preparation for mixed ground and used as a sign of appearance of weak band which was not examined beforehand. The result of analysis of machine data was demonstrated by multiple regression analysis. It was found that cutter torque, an output of machine data, increases in proportion to total thrust force, and the smaller the uniaxial compressive strength of the applicable ground is, the higher the cutter torque is.
Alternative selection method which can be used when actions (construction method) against risk are necessary was developed based on decision making theory. MADM (Multi-Attribute Decision Making), a kind of decision making theory, was applied to calculate the attribute scores of alternative for various attributes such as construction cost, reliability, and adaptability. Using Logarithmic Normalization Method, each of the scores was standardized into comparable scale in dimensionless unit and the final alternative was selected by calculating attribute weighting factor using Entropy Method. With this, when risk occurs during TBM construction, a quick treatment would be possible at the final stage in which action (construction method) should be applied in the process of troubleshooting through the management system. |
