• 한국지반공학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.245-259
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• 2003

본 논문은 강관 다단 그라우팅 터널 보강에 대한 메카니즘 규명에 대한 연구이다. 본 보강공법을 구성하고 있는 보강요소들의 복잡한 기하학적 특성과 각 보강요소들이 전체 보강 메카니즘에 기여하는 정도의 불명확성에 기인하여 본 공법으로 보강된 터널을 합리적으로 해석하기란 무척 어려운 문제로 여겨지고 있다. 따라서 본 연구에서는 균질화 기법을 도입하여 본 공법으로 보강된 지반매질을 하나의 복합체로써 정의하고 수치 모델화하여, 이를 기반으로 3차원 탄소성 유한요소코드를 개발하였다. 이때 균질화 기법과 연계된 굴착단계별 해석 등과 같은 터널해석을 위해 요구되는 다양한 실용적인 알고리즘들 또한 제안되었다. 이러한 과정으로 개발된 3차원 탄소성 유한요소코드를 이용하여 본 보강공법의 이방성 보강 메카니즘에 관하여 고찰되었으며, 이를 위해 다양한 주요 설계인자들에 대한 매개변수 연구가 수행되었다. 이를 통해 유도된 복합 보강 지반체의 역학적 거동특성은 각 구성 매질들의 기하학적 특성과 기여도 등을 잘 모사하고 있는 것으로 판단되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.345-363
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• 2024

강관보강그라우팅 공법은 터널 시공 중 막장면 천단의 보강과 차수를 목적으로 시공현장에서 널리 적용되고 있다. 가장 보편적인 강관다단그라우팅 공법은 주입재의 역류를 막기 위해 강관과 보어홀 사이에 실링재를 주입하도록 규정되어 있으며 이 공정에서 긴 시간이 요구되는 실정이다. 따라서 실링 주입 공정을 제거한 강관보강그라우팅 공법이 여러 종류 제안되었으며, 대표적으로 구획을 나누어 동시에 주입하는 공법과 외부 패커를 활용해 다단으로 주입하는 공법이 있다. 시공 기간과 장비 면에서 이러한 대체 공법들의 장단점이 논의된 바 있으나 실제 지반에 각 주입 방법 별로 얼마나 주입 범위를 확보할 수 있는지에 대해서는 정량적으로 검토된 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 실제 주입 공정에 기반하여 그라우트 주입 방법에 따른 주입 범위를 평가하고자 한다. 우선 그라우트의 점도를 실내 실험을 통해 계측하였다. 그리고 전산유체역학 상용 프로그램을 사용하여 수치해석 모델링을 구성하였다. 수치해석 모델링에 측정된 그라우트 물성과 현장에서의 주입 절차를 반영하여 매개변수 해석을 수행하였으며, 그 결과 주입 방식에 따라 주입 범위와 거동이 크게 달라지며 특히 비균질한 지반에서 더 두드러짐을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 확인한 주입 방법과 지반 종류, 그리고 그라우트 종류에 따른 주입 범위를 기반으로 효과적인 주입공법의 선정에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권3호
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• pp.97-106
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• 2004

토피고가 낮아 지반의 자립성이 적은 토사층, 풍화암층에서 시공되는 터널 구조물의 경우, 시공중 붕락을 방지하고 단기적인 안정성을 확보하기 위해서 보조공법들이 사용되는데 특히, 터널의 보강과 차수효과를 동시에 얻을 수 있는 강관 다단 그라우팅 공법(Umbrella Arch Method)이 많이 적용되고 있다. 그러나, 국내에서는 아직 본 공법의 적용에 있어 외국자료나 경험적 방법에 의한 설계 및 시공이 이루어지고 있는 실정임을 감안할 때, 합리적이고 이론적인 설계 및 해석기법의 도입이 필요하다. 본 논문에서는 강관 다단 그라우팅 공법을 적용한 NATM 현장에서 계측을 통해 터널 굴착에 따른 강관의 거동을 분석하고, UAM 설계시에 적용할 수 있는 하중계를 제안하였다. 그리고, 제안된 하중계를 바탕으로 실제 현장에서 적용할 수 있는 UAM의 설계지침 즉, 강관길이$(L_e , L_b)$, 중첩시공거리(x), 횡방향 설치간격 등을 결정할 수 있는 설계법을 제안하였다.

• 터널과지하공간
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• 제25권3호
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• pp.244-254
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• 2015

모래와 자갈이 암반 위에 퇴적된 지층에서 터널의 윗부분이 지하수가 많은 모래자갈층을 통과하는 상황에서 터널을 시공하였다. 지상의 일부 곡선구간에 빌딩들도 있는 저심도 터널을 안전하게 시공하기 위하여 강도가 작고 지하수가 많은 터널천정부의 모래자갈이 터널 내로 낙하하는 유사현상(sand flow)을 예방해야 하였다. 이를 위하여 대구경강관다단그라우팅이나 제트그라우팅으로 터널주변 충적층을 굴착 전에 미리 보강한 후 터널을 시공하였다. 이와 같이 터널을 보강한 효과와 지상빌딩의 안전을 시공 중 계측을 통하여 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제5권1호
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• pp.3-11
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• 2003

터널 시공 시 막장의 안정은 주요 관심사이다. 그러나, 터널 지보재에 비해 상대적으로 터널 막장의 안정성 문제는 그리 많은 연구가 이루어지지 않은 실정이다. 또한 지하수위 하에서 터널 시공 시 터널 내로 지하수 흐름에 의해 발생된 침투수력은 막장의 안정성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 두 가지 요소를 고려하여 터널 막장의 안정성을 평가하였다. 하나는 극한이론 중 상한치 이론으로 산출된 유효응력이며, 다른 하나는 정상류 흐름조건에서 수치해석으로부터 산출된 침투수력이다. 열악한 지반조건에서 터널 시공 시 터널의 안정과 인접 구조물의 손상을 방지하기 위해 보조공법이 적용된다. 강관 다단 그라우팅 공법은 근래 국내에서 적용되고 있는 보조공법 중의 하나이다. 본 논문에서는 강관 다단 그라우팅으로 보강된 터널의 막장 안정성도 함께 평가되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권5호
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• pp.773-786
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• 2018

본 연구에서는 강관다단공법에 사용되는 씰링재의 점도특성에 대한 연구를 수행하였다. 씰링재는 차수 및 공벽 안정성 확보 기능과 더불어 후속공정인 그라우트재 주입 시 주입이 원활히 될 수 있도록 최소한의 강도를 보유하여야 한다. 교반조건에 따른 씰링재의 특성을 점도를 통하여 간접적으로 파악하였다. 초기 물과 벤토나이트의 사전 교반 특성에 따라 점도의 급격한 증가 시점이 상이하게 나타났다. 사전교반 시간이 길수록 벤토나이트가 팽윤 할 기회가 많아지므로 상대적으로 짧은 시간에 점도의 급격한 증가 현상이 나타났다. 또한 급격한 점도 증가 이전 단계에서는 물/시멘트/벤토나이트 혼합물이 틱소트로피 거동을 보이다가 점도 증가 이후부터는 레오펙시 거동을 보인다. 또한 사전 교반 시간은 혼합물이 재료분리 거동에도 영향을 미침이 확인이 되었다. 따라서 본 연구결과를 바탕으로 씰링재의 요구성능 및 배합절차에 대해서 추가 논의가 필요하며, 향후 시멘트와 벤트나이트의 상호작용에 대해 심도 깊은 연구를 통하여 현장에서 적용 가능한 가이드 도출이 필요하다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권4호
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• pp.701-715
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• 2018

본 연구에서는 터널주변 원지반의 불확실성을 고려한 신뢰성기반 강관다단공법의 설계기법에 대하여 논의하였다. 이를 위하여 기계학습기법의 한 부류인 adaptive support vector machine과 시공 중인 터널의 한계평형해석기법을 도입한 후, 강관다단공법을 적용한 터널의 안전성 여부에 대한 훈련과정을 최소화할 수 있는 방안을 제안하였다. 제안한 기법은 전형적인 Monte Carlo 기법과의 비교를 통해 그 효과를 분석하였다. 이 결과, 제안한 신뢰성기반 ASVM 기법은 원지반의 불확실성을 감안하는 경우, 보조공법 적용에 따른 터널의 시공 중 파괴확률을 효율적으로 계산할 수 있음을 입증하였다. 이 결과를 바탕으로 향후에는 한계평형해석을 적용할 수 없는 경우 등을 감안하여 최소의 수치해석 결과를 바탕으로 파괴확률을 추론해 낼 수 있는 신속 ASVM 기법을 개발할 예정이다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제4권2호
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• pp.155-165
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• 2002

본 논문은 영동선 동백산역에서 도계역사이를 연결하는 장대터널 (솔안터널)의 시공사례에 대한 연구결과를 제시하였다. 본 터널은 완공시 길이 16.2Km로 국내최장터널이 된다. 본 터널 현장은 단층, 공동 및 함탄층으로 구성된 지질학적으로 복잡한 지역에 위치한다. 2번사갱 굴착을 위하여 사전에 전기비저항탐사 및 지하레이다탐사 등의 지구물리학적인 탐사방법이 단층, 공동 및 함탄층을 사전에 찾아내는데 활용되었으며, 이 방법은 상당한성과가 있었다. 이 물리탐사결과 및 현지 시추자료는 터널 보강설계를 개선하기 위한 자료로 활용되었다. 강관다단 그라우팅 방법은 단층 및 공동이 발달한 지역에서 좋은 보강 및 그라우팅효과를 발휘함이 입증되었다. 함탄층에서는 스웰렉스 록볼트와 공내 몰탈 그라우팅을 병행한 방법이 효과적임이 확인되었다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.55-64
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• 2016

산악지 풍화대를 관통하는 도로 NATM터널에서 록볼트+숏크리트 타설과 강관다단 그라우팅 보강작업 진행 중, 터널 천단부붕락(토피고 25m) 및 지표면 함몰($V=12m{\times}14m{\times}$높이 5m = $840m^3$)과 터널 내 과다한 변위가 발생하였다. 원활한 후속 공사를 위해 각종 조사 자료와 시험, 분석을 통해 함몰(땅꺼짐) 원인을 분석하고 수치해석을 통하여 적절한 갱내외 보강범위를 다양하게 검토한 후 대책공법을 제시하였다. 수치해석 결과 터널 종횡방향 0.5D, 터널 상단 1.0D에서 보강효율이 가장 좋은 것으로 분석되었다. 터널 지상부는 시멘트밀크그라우팅으로, 터널 내부는 대구경강관다단 3열 중첩으로 보강하였다. 라이닝에 철근을 보강하고 잔여 터널구간에 선진수평보링을 적용하여 사전에 막장 전방상태를 파악하고 필요시 적절한 보강을 하도록 하였다.

• 터널과지하공간
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• 제11권4호
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• pp.328-338
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• 2001

Fiber Glass Tube(FGT) 또는 steel pipe를 이용한 터널막장의 수평보강공법 그리고 강관다단공법 등은 터널 굴착시 터널막장의 안정성이 확보되지 못할 경우에 흔히 사용된다. 그러나 이러한 공법이 사용된 터널의 역학적 거동은 아직 충분히 알려진 바가 없으며, 따라서 설계와 전산해석 과정에서 경험에 의존하는 경우가 많고 공법의 합리적인 적용이 어려운 실정이다. 본 연구에서는 복합체 역학을 이용한 보강공법의 전산해석 단순화 방법의 적용성을 검증하였고, 강화지반의 등가탄성계수는 평균장 이론과 변형률 에너지 이론을 사용하여 도출하였다. 다양한 보강패턴에 따른 터널막장의 거동에 관한 매개변수 연구를 수행하였다.