• 한국지반공학회논문집
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• 제22권12호
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• pp.77-88
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• 2006

지중연속벽 시공을 위한 트렌치 굴착시 굴착배면지반의 침하거동을 규명하기 위한 모형실험을 실시하였다. 트렌치 굴착을 모사하는 모형실험장치를 제작하였으며 계측시스템을 이용하여 트렌치 굴착시 굴착배면지반의 침하를 측정하였다. 모형실험결과 트렌치 굴착시 굴착배면지반의 침하량은 굴착면에 가까워질수록 크게 증가하는 경향을 보이는 것으로 나타났다. 지반의 상대밀도가 작고, 지하수위가 높을수록 굴착시 배면지반에서의 침하량은 크게 발생하였다. 그리고, 굴착배면지반에서의 침하량은 최종 굴착깊이의 약40%에 해당하는 이격거리에서 급격하게 증가함을 알 수 있었다. 한편, 트렌치 굴착완료후 굴착면내 안정액의 수위를 저하시킬 경우 굴착측벽에서는 벌징(Bulging) 현상이 발생되고, 굴착배면지반에서는 침하현상이 발생되어 종국에는 굴착면 상부에서 지반붕괴가 발생되었다. 모형실험에서 측정된 굴착배면지반에서의 침하량은 Clough and O'Rourke(1990)에 의해 제안된 침하량보다 작게 발생하였으며, 굴착배면지반의 침하기준선은 굴착벽면 주변에서 급격하게 증가하는 쌍곡선형태로 관찰되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제16권5호
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• pp.179-191
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• 2000

본 연구에서는 화강토 지반상의 자립식 diaphragm wall의 거동을 연구하기 위하여 벽체의 근입깊이비, 지하수위 및 굴착조건(연속 및 단계굴착)을 변화시키면서 원심모형시럼을 수행하였다. 원심모형실험시 지반굴착은 흙과 동일한 밀도로 혼합된 zine chloride 용액이 배수되도록 밸브를 조작하여 실시하였으며, 굴착에 의해 발생되는 지반의 변형괴 벽체의 변위 및 휨모멘트를 시간경과에 따라 측정하였다. 실험결과, 벽체의 근입깊이비가 증가함에 따라 벽체의 휨모멘트는 증가하는 반면, 굴착과정동안 배면측에서의 간극수압 감소속도는 감소하였다. 최종 굴착단계에서 굴착후 시간경과에 따른 침하량은 굴착과정중의 침하？에 비해 5~7% 정도를 나타내었다. 최대표면침하량과 벽체변위를 굴착깊이로 정규화한 결과 최대 침하량은 벽체 변위량의 0.8~1.2배9평균0.91배)사이에 분포하였다. 굴착깊이로 전규화한 벽체변위와 근입깊이와의 관계는 지수함수식으로 제안하였다. 파괴면은 직선적인 형태로 파괴면내의 배면측 지반은 벽체를 향하여 하향의 변위를 일으키면서 벽체의 회전에 의해 파괴되었으며, 퐈괴면의 각도는 66~72.5$^{\circ}$정도로 이론적인 파괴면의 각도보다 크게 평가되었다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2001년도 추계학술발표회
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• pp.67-70
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• 2001

터널 굴착에 따른 연구지역내 지하수체의 거동 특성을 파악하기 위하여 터널 굴착시 그라우팅 이전의 초기 유출량과 초기 그라우팅 이후의 구간별 유출량을 측정하였고 단열구조와 비교, 분석하였다. 초기 유출량은 120,990 m$^3$/day이며, 초기 유출이 심했던 구간은 크게 6개 구간으로 세분할 수 있다. 초기 그라우팅 후 지하수 유출이 심했던 구간 역시, 그라우팅 이전과 마찬가지로 6개 구간으로 세분할 수 있다. 그라우팅 전, 후의 유출량을 비교해 보면 그라우팅후의 유출량은 42,844m$^3$/day으로, 그라우팅 전에 비해 많이 감소되었다. 터널 굴착시 터널내로 유출되는 지하수의 대부분은 터널과 직교 혹은 사교하여 관통하고 있는 단층 및 단층 파쇄대와 연장성이 양호한 절리면들을 따라서 유동되고 있다. 터널내의 지하수 유출에 영향을 미치는 단열들은 대체로 4조의 불연속면군으로 분류 할 수 있는데, 주 분포방향은 크게 TSet 1 : N60-85$^{\circ}$W, TSet 3 : N40-50$^{\circ}$E, TSet 3 : N10-20$^{\circ}$E, TSet 4 : N70-80$^{\circ}$E이다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2006년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.259-262
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• 2006

본 연구는 지하처분연구시설(URT : Underground Research Tunnel)시설 건설공사와 관련하여 굴착 후의 지하수유동체계 변화를 예측하기 위하여 수행되었다. 지하수유동체계 모사를 위해 사용된 모델은 연속체 매질 개념의 Visual Modflow이며, URT 주변의 시추공에서 조사된 자료를 초기 입력자료로 이용하였다. 1단계 터널굴착 후에 계측된 지하수위 및 터널 내 지하수 유입량을 토대로 모델교정을 수행하였고, 교정된 모델을 이용하여 2단계 터널굴착 후의 지하수유동체계를 예측하였다. 1단계 굴착 후 약 4.3m의 수위강하가 발생한 KP-2번공은 2단계 굴착 후에는 약 0.05m의 수위강하가 예측되었다. 또한 2단계 굴착 후의 지하수위는 터널 입구를 기준으로 약 108m지점부터 터널 종점부 175m까지는 터널 상부에 분포하며, 종점부 175m지점에서는 지하수위가 터널 천장(roof)부로부터 약 12.7m 상부에 위치하는 것으로 예측되었다. 지하수위의 강하범위는 터널 중심부로부터 반경 약 300m까지 발생되는 것으로 예측되었고, 예상 지하수 유입량은 24.7ton/day로 1단계 공사 후보다. 약 2.7ton/day 증가하며, 공동굴착 전 터널 중심부의 지하수가 지표까지 도달하는 시간은 약 39.8년이 소요되는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제14권6호
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• pp.429-439
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• 2004

국내 원전에서 발생되는 36,000톤의 사용후핵연료를 처분하기 위해서는 약 $4km^2$의 지하 처분장이 필요하다. 본 연구에서는 굴착량과 처분장 면적을 최소화하기 위한 지하 심부 처분장 배치의 최적화를 실시하였다. 열 해석 결과를 토대로 처분 터널과 처분공 간격이 처분장 배치에 미치는 영향을 고려한 결과, 처분장 면적과 굴착량은 처분 터널의 길이가 길어짐에 따라 감소하였다. 주어진 열적 기준을 만족하면서 처분장 면적을 줄이기 위해서는 처분 터널의 간격을 줄이고 처분공 간격을 늘리는 것이 유리하였으며, 반면에 굴착량을 최소화하는 경우 처분공 간격을 줄이고 처분 터널 간격을 늘려주는 것이 효과적인 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.229-242
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• 2009

본 논문에서는 터널굴착으로 발생한 지표면에서의 최대 침하 및 수평변위와 총 침하부피량을 추정하기 위하여 서로 상이한 지층에서 다양한 깊이 및 직경, 서로 다른 시공조건(지반손실량)을 가진 터널에 대해 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과로부터 얻어진 지표면에서의 최대 침하량은 터널 굴착부 천단에서의 최대 침하량과 지층별, 터널직경 및 깊이, 시공조건(지반손실량)별로 비교되었으며, 또한 지표면에서의 최대 침하량은 지표면에서의 최대 수평변위량과도 비교하였다. 뿐만 아니라, 터널굴착부에서 발생한 지반손실량($V_L$)과 지표면에서 형성된 총 침하부피량($V_s$)을 지층 및 터널깊이와 직경을 달리하여 상호 비교하였다. 수치해석을 통해 얻어진 결과는 그 적용성과 타당성을 검증하기 위하여 기존 현장계측자료와의 비교가 수행되었으며, 이를 통해 본 연구의 수치해석 결과가 향후 터널굴착으로 발생된 주변 지반의 거동을 파악하고 분석하는 실무자료로서 활용될 수 있다는 것을 파악하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권7호
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• pp.57-64
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• 2007

본 연구는 지반의 회전굴착에 필요한 굴착 토크(torque)를 회전 오거 구동에 소요되는 전기에너지를 활용하여 예측할 수 있는 방법을 제시한다. 지반회전굴착은 선굴착 말뚝 시공, 연약지반 개량을 위한 소일-시멘트 그라우팅(soil-cement grouting), 사전 지반조사 등 지반공학 분야에 흔히 사용되고 있다. 오거를 통한 회전굴착에 소요되는 전기에너지와 회전 토크의 상호 관계를 이해하기 위하여 소형 실내 실험기기를 제작하고 파일럿(pilot)실험을 수행하였다. 실험기기는 직경 $D=5{\sim}10mm$의 일반 드릴 비트를 회전하여 CBR몰드에 다짐 제작된 토사공시체를 굴착할 수 있도록 설계되었다. 드릴 비트는 감속기어를 통하여 19RPM의 정격 속도로 회전하며, 구동 모터는 25Watt 용량의 교류 유도 전동기이다. 드릴 비트로 공시체를 회전 절삭하며 구동 모터에 소요되는 전류의 증가량과 실제 비트에 작용하는 토크(torque)를 측정하였고, 선형 회귀분석을 통하여 전류 증가량과 토르크 증가량의 상호관계를 파악하였다. 구하여진 회귀분석 결과를 활용하여 굴착시 소요되는 전류 증가량으로부터 굴착토크를 예측하여 계측된 토크값과 비교하였다. 비교로부터 굴착에 소요되는 전기력을 활용하여 굴착토크를 예측할 수 있다는 결론을 얻었으며, 이로부터는 굴착 전기력의 분석을 통해 지반의 전단강도 특성을 예측할 수 있음을 증명하고자 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.1105-1123
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• 2018

도심지 터널굴착 시 지반침하는 지반조건, 굴착방법, 지하수 상태, 터널 지보방법 등 다양한 조건이 복합적으로 작용하여 발생할 수 있으며 대표적인 위험요인은 크게 터널굴착에 의한 지반침하와 지표면함몰로 나눌 수 있다. 터널굴착에 의한 지반침하를 예측하기 위해서는 대상구간의 현황 및 시공조건 등을 반영하고 응력 및 변위를 고려한 수치해석을 수행하여야 한다. 그러므로 터널 전체 노선 및 인근 지장물 현황을 포함하는 영역에 대해, 터널 심도가 변하는 다양한 조건을 고려해야 하는 수치해석의 복잡한 과정을 단순화하여 터널굴착으로 인한 지표면 및 심도별 지반침하를 간편하게 예측하고 평가할 수 있는 기법이 필요하다. 본 연구에서는 지하안전영향평가 수행 시 주요 평가항목인 터널굴착으로 인한 지반침하를 연구대상으로 선정하고, 지층조건, 지반특성, 토피고(터널심도) 및 터널 중심선으로부터 횡방향 이격거리와 같은 지반침하 영향요소를 고려한 매개변수해석을 수행하여 심도별 지반침하 특성 및 침하 발생경향을 분석하고, 터널굴착으로 인한 지반침하를 간편하게 예측할 수 있는 침하량 평가도표를 도출하였다. 도출된 침하량 평가도표는 수치해석 결과와 비교 분석을 통해 적정성이 검증되었으며 침하량 평가도표를 이용하여 터널굴착 시 지표침하뿐만 아니라 지중 매설물의 위치와 심도에 따른 침하량을 간편하게 예측하고 평가할 수 있다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2005년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.389-392
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• 2005

Visual MODFLOW를 이용하여 서울지하철 7호선 706공구에 계획된 터널 굴착에 따른 지하수 유동계의 변화를 모사하였다. 경계조건은 모델 영역 내 하천(굴포천)의 경우 일정수두경계, 터널 굴착 구간의 경우 $0.39{\sim}0.58m^2/day$의 전도계수를 갖는 배수경계(Drain), 터널 개착구간은 Inactive cell이 존재하는 일정수두경계 조건으로 설정하였다. 모델 보정은 현장시험을 통해 구해진 수리상수는 일정하게 유지하고 함양률을 변화시키면서 실시하였으며, 정류모사를 반복 수행하여 최적의 함양률(150 mm/yr)을 결정하였다. 모사 결과 터널 구간으로의 지하수 유입량은 굴착 및 개착 완료 시 $623m^3/day$, 터널 완공 후 정류상태의 경우 $584m^3/day$인 것으로 나타났다. Zone Budget을 이용한 유출입량 분석 결과 정류 상태 시 터널 내로 유입되는 지하수의 69%는 터널 인근 하천수의 유입에 기인하며, 나머지 31%는 주변 지역에서 함양된 지하수에 의한 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권4호
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• pp.417-430
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• 2014

도심지 내 지하공간의 효율적인 활용을 위해서 연마재 워터젯 시스템(abrasive waterjet system)을 이용한 새로운 형태의 암반굴착 공법이 개발되어 활용 중에 있다. 연마재 워터젯 시스템을 활용한 굴착(절삭) 수행 시 적정량의 연마재를 투입하고 연마재입자의 유동성을 원활하게 유지하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 실내실험을 통해 연마재 입자의 유동성과 관련된 영향인자들을 연마재 관 설치높이, 연마재 관 길이, 연마재 관 굴곡도 그리고 연마재 관 내경으로 나누어 연마재 투입량 및 유동성 수준을 평가하였다. 또한, 실험결과를 바탕으로 연마재 투입량 및 연마재 입자 유동성에 관한 최적 조건을 제시하였다. 본 연구결과를 바탕으로 향후 암반 굴착용 워터젯 공법이 도심지 내 터널, 공동구, 수직구 건설 등 다양한 지반 구조물 굴착 작업 시, 최적 연마재 투입을 위한 기초자료로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.