개별요소법과 유한차분법 연계 해석을 이용한 EPB TBM 굴진해석 Part Ⅰ: 모델링
Numerical Analysis of EPB TBM Driving using Coupled DEM-FDM Part Ⅰ: Modeling
0
조회
0
다운로드
1
인용
0
참고문헌
키워드
초록
EPB TBM의 굴진을 수치적으로 해석하기 위해 개별요소법(DEM, discrete element method), 유한요소법(FEM, finite element method), 유한차분법(FDM, finite difference method) 등과 같은 다양한수치해석 기법이 적용되어 왔다. 본 논문에서는 이중 개별요소법과 유한차분법을 연계하는 방식을 채택하여 EPB TBM 굴진해석 모델링 방법을 제시하였다. 제시한 개별요소법-유한차분법 연계 TBM 굴진해석 모델에서 TBM이 굴착하는 굴착부는 개별요소법을 적용하였으며, 입자 접촉 물성치의 경우 일련의삼축압축시험을 통해 교정하였다. 굴착부 주변지반은 유한차분법을 연계시켜 정지토압계수를 고려하여굴착부에 수평지중응력을 구현할 수 있도록 하였다. 또한, 이를 통해 소요 입자 개수를 감소시켜 모델의해석효율을 증대시켰다. 본 논문에서 제시한 수치해석 모델은 TBM의 굴진율, 커터헤드 및 스크류 컨베이어 회전속도 등을 조절할 수 있으며 TBM 굴진 중 토크, 추력, 챔버압, 배토량을 도출해 낼 수 있다.
Abstract
To numerically simulate the advance of EPB TBM, various type of numerical analysis methods have been adopted including discrete element method (DEM), finite element method (FEM), and finite difference method (FDM). In this paper, an EPB TBM driving model was proposed by using coupled DEM-FDM. In the numerical model, DEM was applied in the TBM excavation area, and contact properties of particles were calibrated by a series of triaxial tests. Since the ground around the excavation area was coupled with FDM, the horizontal stress considering the coefficient of earth pressure at rest could be applied. Also, the number of required particles was reduced and the efficiency of the analysis was increased. The proposed model can control the advance rate and rotational speed of the cutter head and screw conveyor, and derive the torque, thrust force, chamber pressure, and discharging during TBM tunnelling.
참고문헌 (16)
- 최순욱, "TBM 운전조건을 고려한 스포크형 쉴드TBM의 굴진모사 연구", 터널과 지하공간, 29(6), pp.456~467 (2019), 한국암반공학회[DOI]
- 최순욱, "개별요소법을 이용한 중단면 토압식 쉴드TBM의 수치해석 연구", 한국지반신소재학회 논문집, 17(4), pp.129~139 (2018), 한국지반신소재학회[DOI]
- Hasanpour, R., "Advance numerical simulation of tunneling by using a double shield TBM", Computers and Geotechnics, 57, pp.37~52 (2014)
- Hu, X., "A DEM-based study of the disturbance in dry sandy ground caused by EPB shield tunneling", Tunnelling and Underground Space Technology, 101, pp.103410~ (2020)
- Kim, K., "Critical face pressure and backfill pressure in shield TBM tunneling on soft ground", Geomechanics and Engineering, 15(3), pp.823~831 (2018)
- Itasca, "Particle Flow Code in 3 Dimensions (PFC3D) 6.0 documentation", Itasca Consulting Group, ~ (2019)
- Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions(FLAC3D)7, "Itasca", Itasca Consulting Group, ~ (2020)
- Lambrughi, A., "Development and validation of a 3D numerical model for TBM–EPB mechanised excavations", Computers and Geotechnics, 40, pp.97~113 (2012)
- 이철호, "개별요소법을 활용한 면판형 토압식 쉴드TBM의 수치해석 연구", 한국지반신소재학회 논문집, 16(4), pp.163~176 (2017), 한국지반신소재학회[DOI]
- 이철호, "개별요소법을 활용한 스포크 타입 토압식 쉴드TBM의 예비 해석 연구", 한국터널지하공간학회 논문집, 19(6), pp.1029~1044 (2017), 사단법인 한국터널지하공간학회[DOI]
- 이기준, "개별요소법을 이용한 스크래퍼 비트방향이 토사지반에서의 쉴드 TBM 굴진에 끼치는 영향 연구", 한국터널지하공간학회 논문집, 21(5), pp.689~698 (2019), 사단법인 한국터널지하공간학회[DOI]
- 이기준, "EPB-TBM 암반굴착시 스크류컨베이어의배토 거동에 대한 DEM 기반 수치해석적 연구", 한국터널지하공간학회 논문집, 21(1), pp.127~136 (2019), 사단법인 한국터널지하공간학회[DOI]
- Maynar, M. J., "Discrete numerical model for analysis of earth pressure balance tunnel excavation", Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, 131(10), pp.1234~1242 (2005)
- Nematollahi, M., "Three-dimensional numerical simulation of pile-twin tunnels interaction–Case of the Shiraz subway line", Tunnelling and Underground Space Technology, 86, pp.75~88 (2019)
- Tongming Qu, "Coupled Discrete Element–Finite Difference Method for Analysing Effects of Cohesionless Soil Conditioning on Tunneling Behaviour of EPB Shield", KSCE Journal of Civil Engineering, 23(10), pp.4538~4552 (2019), 대한토목학회[DOI]
- Wang, J., "Face Stability Analysis of EPB Shield Tunnels in Dry Granular Soils Considering Dynamic Excavation Process", Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 145(11), pp.04019092~ (2019)