• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권5호
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• pp.543-561
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• 2020

본 논문은 터널 강지보 지지구조의 효과에 대한 연구 결과이다. 터널 굴착에 있어 상·하 반단면 굴착 공법은 상반굴착 후 지반이 불량한 경우, 강지보재의 지지력 부족으로 강지보재의 침하가 발생한다. 상반 굴착부에 설치된 강지보재 기초부가 하반을 굴착함에 따라 자체 하중, 측압 등 여러 영향으로 강지보재의 침하가 발생된다. 이로 인하여 터널 내공유지 곤란 및 안전성에 문제가 발생하게 된다. 이러한 문제들을 해결하기 위해 강지보재 지지구조체를 개발하였다. 이를 검증하기 위해 Terzaghi 이론식을 이용한 하중 및 하반 굴착으로 발생하는 ΔP를 구해 수치해석을 통한 구조검토 및 검증, 숏크리트 및 강지보재의 재료상사를 통한 축소모형 실험으로 지지구조체 유·무에 따른 거동특성을 분석하였다. 그 결과, 풍화토~연암 각 지반의 경우 토피고 10~40 m 구간에 대해 20.100~198.423 kN의 지지구조가 필요한 것으로 나타났다. 또한 축소모형 실험 결과 강지보재 지지구조체 설치 시 강지보재의 침하는 미설치시의 50% 수준으로 나타났다. 본 연구를 통하여 강지보재 지지구조체의 설치로 시공 시 발생하는 불확실성 및 여러 문제점을 보완할 수 있을 것으로 보여진다. 또한 강지보재 지지구조체 설치로 안정성, 경제성 및 공기 단축등과 같은 여러 효과로 적용성 또한 클 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제8권1호
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• pp.31-40
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• 2006

최근 부각되고 있는 환경친화적인 설계의 결과로서 터널 입출구의 구조물이 연약한 지반(붕적층) 에 불가피하게 건설 되곤 한다. 그런 터널 공사의 경우, 주변 지반뿐만 아니라 라이닝 지보재의 충분한 지지력을 확보해야 한다. 이와 관련하여, 높은 강성을 갖는 H형 강지보재가 라이닝을 지지하기 위해 흔히 사용되었다. 그러나 수치해석에 의한 구조적인 안정성을 평가하는데 있어서 그 효과는 무시되는 젓이 관례였다. 본 연구에서는 붕적층에 적용된 터널에 대하여 강지보재로 사용된 H형강을 수치해석 모델에서 강성 적용을 0%, 50%, 75%, 100%로 반영하여 3차원 유한요소해석을 수행하였고, 각 강성 적용율에 따른 숏크리트 용력 감소효과를 비교 검토하였다. 수치해석으로부터 얻어진 데이터는 현장계측결과와 비교하였다, 연구 결과로부터 강지보재의 숏크리트에 대한 효과가 검증되었고 적절한 강성률은 50~75%의 범위 내에서 적절한 것으로 판단되었다.

• 터널과지하공간
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• 제18권3호
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• pp.226-238
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• 2008

숏크리트의 지보성능을 보완하기 위해 사용되는 강지보재는 매우 효과적인 것으로 평가되지만 강지보재 종류별 성능이 파악되지 못하여 설계에 제대로 반영하지는 못하고 있다. 본 연구에서는 여러 가지 강지보재에 의해 보강된 숏크리트의 특성을 휨인성 시험을 통하여 파악하고, 그 결과를 수치해석에 반영하고자 하였다. 시험결과 철근보강 숏크리트는 H 형강이나 격자지보에 비해 지보능력이 다소 못 미치는 것으로 나타났는데, 이는 시험체가 휨인장 파괴를 유도하기에는 다소 짧아서 전단파괴가 발생하였기 때문인 것으로 나타났다. 수치해석을 이용한 안정성 해석 시 숏크리트와 강지보재를 별도로, 그리고 이들 복합체에 대한 등가물성을 구하여 각각 해석한 바 두 결과가 잘 일치하여 등가물성을 이용한 복합체 해석으로도 간편하게 강지보재의 효과를 모사할 수 있었다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제13권2호
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• pp.155-168
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• 1997

격자지보는 NATM에서 터널굴착 후 곧바로 설치되는 강지보재의 한 종류로서 기존의 H형강 지보재를 대체하고자 유럽에서 개발된 새로운 종류의 지보재이다. 격자지보는 강봉을 삼각형태로 엮어 만들었기 때문에 숏크리트 타설이 용이하고 지보재 배면에 생기는 공동을 최소화 할 수 있는 장점이 있다. 또한 격자지보와 숏크리트 복합구조체는 결합력이 우수하여 일체화된 구조체로서 거동하기 때문에 지압을 효과적으로 지지할 수 있다. 본 연구에서는 격자지보와 숏크리트 복합구조체의 특성파악을 위해 실시한 모형벽체 시험, 모형벽체에 타설된 숏크리트의 강도특성시험, 격자지보와 숏크리트의 부착강도시험 결과를 제시하였다. 실험결과 숏크리트가 타설된 격자지보는 숏크리트가 타설된 H형강 지보재에 비해 숏크리 트 리바운드, 타설된 숏크리트의 강도, 부착특성 등이 우수한 것으로 판명되었고, 이로써 격자지로는 적절한 터널지보재로서의 역할을 할 것으로 판단되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권5호
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• pp.459-470
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• 2014

최근 터널의 건설심도는 점차 깊어지고 길이 및 단면은 증가하는 추세를 보이고 있다. 따라서 굴착 직후 주변 지반의 지압에 대해 보다 높은 지보효과를 발휘하고 지표침하 억제효과가 있는 조기고강도 숏크리트에 대한 필요성이 증대되고 있다. 따라서 본 논문에서는 3차원 수치해석을 통해 조기고강도 숏크리트의 지보성능을 분석하여 실제 현장에서의 적용가능성을 높이고자 일반 숏크리트와 같은 지보효과를 발휘하는 조기고강도 숏크리트 라이닝의 두께를 추정하기 위해서 조기고강도 숏크리트 라이닝의 두께를 5단계로 변경하며 해석을 수행하여 지보성능을 분석하였다. 또한 숏크리트가 경화될 때까지 지반을 지지하기 위하여 설치하는 강지보재를 조기에 강도발휘가 가능한 조기고강도 숏크리트로 대체할 수 있는 가능성을 판단하였다. 수치해석 결과, 조기고강도 숏크리트는 지반조건이 불리할수록 지반변위 억제 효과가 증대되며 강지보재의 숏크리트 경화 전 지보효과를 보완할 수 있을 것으로 판단하였다.

• 터널과지하공간
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• 제9권3호
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• pp.204-213
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• 1999

터널 굴착 방법 중 NATM에서는 숏크리트, 록볼트, 강지보재 등이 주요 지보재로 사용되고 있다. 강지보재 중에서 격자지보(Lattice Girder)라 불리는새로운 지보재가유럽에서 개발되어 기존의 H형강 지보재를 대체하여 사용되고 있다. 격자지보는 강봉을 삼각형태로 용접하여 만든 것으로 가벼워 시공이 빠르고, 또한 숏크리트와의 결합특성이 좋아 앞으로 NATM 터널에 널리 사용될 전망이다. 본 연구에서는 국내 터널에 있어서 격자지보의 현장 적용성을 평가하기 위하여 대단면 고속철도 터널에서 현장시험시공을 실시하였으며, 기존의 H형강 지보재와 비교분석 하였다. 현장시험 결과 격자지보는 터널굴착 후의 지반하중을 충분히 지지할 수 있으며 지반변위를 효과적으로 억제할 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권3호
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• pp.269-282
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• 2008

일반적으로 터널설계와 관련된 수치해석에서 강지보의 효과가 고려되지 않고 있다. 최근 연약한 지반에 위치하는 얕은 터널 건설의 증가에 따라 터널의 안정성 해석에 강지보가 굴착으로 재 분포된 하중의 일부를 부담한다는 개념 하에 숏크리트와 함께 강지보의 효과를 적용한 사례가 늘고 있다. 이와 같은 해석에서 강지보는 여러 방법으로 고려될 수 있다. 본 논문에서는 숏크리트와 강지보의 발생응력을 알아보기 위하여 FLAC 2D를 이용하여 (1) 강지보를 고려하지 않는 일반적인 방법, (2) 숏크리트의 모멘트를 고려하지 않는 등가합성단면법, (3) 숏크리트와 강지보의 압축력과 휨모멘트를 모두 고려하는 등가합성단면법, 그리고 (4) 각각의 빔 요소로서 모델링하는 방법을 포함하는 4가지 방법에 대해 수치해석을 실시하였다. 그 결과, 강지보의 지보효과를 고려한 경우가 그렇지 않은 방법에 비해 현실적이며 경제적인 설계에 접근할 수 있는 것으로 나타났다. 강지보를 고려하는 3가지 해석방법은 지반 조건에 따라 조금씩 다른 경향을 나타내므로 설계조건 및 상황에 맞는 적절한 사용이 필요하다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권10호
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• pp.17-25
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• 2012

NATM공법을 적용한 터널에서 숏크리트, 락볼트, 강지보재 등은 터널 굴착 후에 지반을 지지하기 위해 설치되는 주요한 지보재이다. 이전에는 H형강 지보재와 같은 강지보재가 많이 사용되었지만, 시공성이 떨어지는 등의 문제가 있어 격자지보재의 사용이 증가하였다. 본 연구에서는 기존의 격자지보재에서 스파이더와 강봉간의 접촉면적을 넓혀 강도가 증진된 신형 격자지보재를 개발하여 그 효과 및 성능을 검증하고자 LG-$50{\times}20{\times}30$, LG-$70{\times}20{\times}30$, LG-$95{\times}22{\times}32$ 세 가지 규격으로 3점 휨강도 실험과 4점 휨강도 실험을 실시하였다. 그 결과 기존의 격자지보재와 비교하여 신형의 격자지보재는 스파이더와 주강봉 접촉부에서는 평균 17.95%의 강도증진 효과가 있었고, 스파이더와 스파이더 사이에서는 평균 19.37%의 강도증진 효과가 있었으며 이는 스파이더와 주강봉 사이의 기계적 결합과 접촉면적 증가에 의한 격자지보재의 강성증가에 따른 결과로 사료된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.357-367
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• 2017

강지보로 보강된 터널 숏크리트 라이닝은 그 기하학적 형태로 인해 외부하중이 작용됨에 따라 휨 모멘트와 축력이 동시에 발생하게 된다. 숏크리트는 축력 수준에 따라 휨 강성이 달라지며, 이로 인한 심한 비선형 거동을 보인다. 또한 강지보 유형에 따라 역학적으로 상이한 지보 성능을 가진다. 본 연구에서는 화이버 단면 요소(fiber section element)를 이용해 압축력과 휨 모멘트를 동시에 받는 강지보-숏크리트 라이닝의 비선형합성거동을 평가할 수 있는 수치모델을 제시하였고, 이를 활용해 강지보 유형에 따른 합성지보 성능을 수치적으로 분석하였다. 또한, 지반-구조물 상호작용을 구현하기 위해 지반의 연화(softening) 거동을 고려하여 수정된 hyperbolic 모델을 제시하였다. 제시된 수치모델은 기존 아치형 실험체의 하중실험 결과와 해석결과를 비교하여 검증하였으며, 수치해석을 통해 강지보 유형에 따른 라이닝의 합성거동을 분석하였다. 해석결과를 통해, 복철근 형태의 강지보가 기존 H형강과 유사한 극한 하중 지지력을 가지는 것을 확인하였다. 또한 강재량 증가가 잔류 지지력 향상에 크게 기여하였으며, 지보재 주변의 지반강성이 증가함에 따라 강지보 유형에 따른 최대 하중지지력 개선 효과는 작아짐을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권1호
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• pp.55-77
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• 2012

현대식 Rock TBM공법은 TBM에 의한 굴착과 지반 타입에 따른 능동적인 지보가 어우러진 공법으로 세그먼트를 사용하지 않고 숏크리트, 링빔, 록볼트, 와이어매쉬 등의 지보재에 의해 터널을 지보한다. 현대식 Rock TBM에서 사용되는 링빔은 H-형강을 사용하여 NATM의 강지보재와 유사하나 원형으로 완전히 폐합되어 설치됨에 따라 강지보재보다 더 효과적이다. 따라서 현대식 Rock TBM에서 링빔은 터널의 안정성 향상에 기여하는 바가 크며, 본 연구에서 소개하는 가압형 링빔(pressurized ring beam)은 그 효과를 더욱 향상 시킬 수 있다. 가압형 링빔의 효과를 검증하기 위해 3차원 수치해석을 수행하였으며 그 결과 최소주응력 증가, 과대변위를 발생시키는 소성변형률의 감소, 링빔 설치 후 발생하는 변위인 상대변위감소 그리고 링빔 간격 증가 효과를 확인하였다.