인프라는 홍수나 지진과 같은 자연적 지질공학적 위험과 지하 건설 작업, 굴착과 같은 인공적 위험으로 인해 심각한 피해를 입는 경우가 많습니다.

토목 엔지니어와 재해 위험 관리 팀은 이러한 위험을 방지하기 위한 방법을 광범위하게 연구했으며 여전히 이러한 위험과 관련된 대규모 변형을 방지하는 보다 효과적인 방법을 찾고 있습니다.

컴퓨터 지원 시뮬레이션의 출현으로 연구원들은 더 큰 영역에서도 독립적인 변형 분석을 위한 유용한 도구인 이동 입자 시뮬레이션(MPS)과 같은 입자 기반 방법을 제공했습니다.이 방법은 지난 몇 년 동안 인기를 얻었으나 아직까지 설계나 건설 작업 중 지반 거동을 예측하는 데 적용되지 않았습니다.

공과대학 이나즈미 신야(Shinya Inazumi) 교수가 이끄는 시바우라공과대학 연구팀은 소규모 모델 실험과 MPS를 통한 컴퓨터 이용 공학(CAE) 분석을 결합하여 지압 균형에 관한 몇 가지 미스터리를 조사했습니다.EPB) 쉴드터널링.

그들의 최근 연구는출판됨~에터널링 및 지하공간 기술2024년 8월 21일.

EPB는 굴착된 진흙을 활용하여 터널을 만드는 데 널리 사용되는 공법입니다.토양폼, 슬러리 또는 기타 첨가제를 사용하여 굴착된 재료를 가소화하여 물이 침투하지 않고 쉽게 운반할 수 있도록 하는 방식으로 터널 표면을 지지합니다.

연구팀은 대중적인 기술임에도 불구하고 굴착된 흙과 벤토나이트 용액과 같은 가소화 첨가제를 혼합하여 조정한 진흙 토양의 가소성이 터널 챔버 내부의 토압에 어떤 영향을 미치는지 알려진 바가 많지 않다는 것을 인식했습니다.이러한 요소에 대한 통찰력은 지반 변형을 방지할 가능성을 크게 높일 수 있을 뿐만 아니라 터널링 과정에서 효율적인 퇴적물 관리를 보장합니다.

"도시 센터는 점점 지하 인프라에 의존하고 있습니다. 따라서 우리는 토양 가소성의 효율적인 관리를 보장함으로써 불안정한 터널 운영으로 인한 지연 및 구조적 손상과 관련된 비용을 낮추는 동시에 도시 인프라의 탄력성을 향상시킬 수 있는 예측 도구를 원했습니다."이나즈미는 말합니다.

그는 또한 연구와 관련된 연구소가 UN의 지속 가능한 개발 목표에 부합하기 때문에 대량의 발굴 물질과 벤토나이트와 같은 화학 첨가제의 사용으로 인해 발생하는 환경 발자국을 탐구하여 환경을 개선할 수 있는 방법을 모색했다고 강조했습니다.건설 프로젝트의 지속 가능성.

그만큼실험 설정실드 터널링 기계에 트윈 페어 토압 게이지를 설치하여 챔버를 시뮬레이션하고 교반 블레이드 모델의 하강 및 상승 단계를 시뮬레이션하는 밀봉 가능한 토양 탱크로 구성됩니다.

이 시스템은 이동입자 시뮬레이션(MPS)을 기반으로 한 컴퓨터 지원 분석 시스템에 의한 계산과 함께 진흙의 교반으로 인한 소성 변화에 따른 토압의 변화를 측정하는 것을 포함하는 터널링 과정을 정확하게 시뮬레이션할 수 있었습니다.토양.

연구원들은 토압이 토양의 가소성과 터널의 안정성과 기계 작동에 함께 영향을 미치는 베인 전단 강도 및 슬럼프 값과 같은 상관 요인을 분석하기 위한 신뢰할 수 있고 신뢰할 수 있는 지표라는 사실을 발견했습니다.

MPS가 뒷받침하는 팀이 제안하는 CAE 분석 시스템은실험 데이터, 터널링 중 진흙 토양의 가소성과 유동성을 평가하고 시각화하는 데 적합함을 확인합니다.

다양한 토양 조건에서 진흙 토양의 소성 상태를 분석하여 실제 현장 조건에서 토압 값을 평가하는 것은 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 드는 작업일 수 있습니다.소규모 모델 실험은 이 연구에서 입증된 계산 능력과 결합될 때 EPB 쉴드 터널링 작업을 최적화하고 퇴적물 관리 전략을 개선하는 데 귀중한 자산이 될 수 있습니다.

이 기술은 특히 도시 환경에서 지하 토목 공사의 안전성과 효율성을 크게 향상시킬 수 있는 혁신적인 전략의 새로운 가능성을 열어줍니다.

"이 연구 결과는 주변 지반에 덜 방해를 주는 통제된 운영을 가능하게 함으로써 인구 밀도가 높은 도시 지역의 지하철 시스템, 지하 유틸리티 및 도로 건설에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다.

Inazumi 교수는 "우리는 제안된 전략이 터널링 과정의 환경 영향을 최적화하고 지진이나 기타 지질 공학적 위험이 발생하기 쉬운 지역의 안전 프로토콜을 개선하는 데 적용되기를 희망합니다"라고 결론지었습니다.

추가 정보:토압균형 차폐터널링을 위한 진흙토의 가소성 평가,터널링 및 지하공간 기술(2024).DOI: 10.1016/j.tust.2024.106044