• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.599-614
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• 2014

TBM으로 시공되는 터널은 기계에 의해 전단면 굴착(full face tunnelling)이 이루어지므로, 굴착면에 접근하는 것이 매우 제한적이다. 이러한 한계를 극복하고 TBM 터널에서 굴착면 전방의 지반상태를 정확히 예측할 수 있는 기술은 매우 드물다. 본 연구는 TBM에서 전기비저항을 사용하여 굴착면 전방의 이상지반을 예측할 수 있는 TBM 비저항 예측(TRP)시스템을 개발하고, TBM 현장에서의 적용성과 예측 정확성을 검증하기 위해 EPB 쉴드 TBM으로 시공 중인 지하철 터널에서 현장 실험을 수행하였다. TBM 비저항 예측 시스템은 전극을 사용하여 지반의 전기비저항을 측정하고, 이를 바탕으로 역해석을 수행하여, 이상지반의 위치와 두께 및 전기적 특성을 예측한다. 전극이 부착된 강관을 유압으로 굴착면에 압입하여, 전극이 지반과 완전히 접촉하도록 장치를 제작하였다. 또한, 전극이 챔버 내부를 관통하여 나아가도록 하는 동시에 토사유출을 방지하도록 설계하여 현장에서의 전방예측을 가능하게 하였다. 1차 실험 결과, 굴착면 근접 지반과 굴착면 전방 지반의 전기비저항 및 유전율이 동일하게 나타나 이상지반이 존재하지 않음을 예측하였다. 2차 실험 결과, 굴착면 전방 약 1 m 지점부터 상대적으로 낮은 유전율 비를 가지는 이상지반 구간이 약 5 m 길이로 존재함을 예측하였다. 이는 각각 지표에서 물리탐사 또는 시추를 통해 조사된 지반상태 및 TBM 굴착 중 예측 구간에서 반출되었던 버력을 관찰한 기록과 잘 일치하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권3호
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• pp.239-248
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• 2020

터널 굴착 시 정확한 암반 분류는 적합한 지보패턴을 설치하는 데 도움을 준다. 암반의 분류를 위해 주로 RMR (Rock Mass Ration)과 Q값을 산정하여 수행되며, 페이스 매핑(face mapping)을 바탕으로 산정된다. 점보드릴 및 프로브드릴의 기계 데이터을 활용하거나 딥러닝을 활용한 굴착면 사진 분석 등의 방법이 암반등급 분류를 예측하기 위해 사용되고 있으나, 분석 시 오랜 시간이 소요되거나, 굴착면 전방의 암반등급을 파악할 수 없다는 점에서 한계를 갖는다. 본 연구에서는 순환인공신경망(Recurrent neural network, RNN)을 활용하여 굴착면 전방의 Q값을 예측하는 방법을 개발하였고 페이스 매핑으로부터 획득한 Q값과 비교/검증하였다. 4,600여개의 굴착면 데이터 중 70%를 학습에 활용하였고, 나머지 30%는 검증에 사용하였다. 학습의 횟수와 학습에 활용한 이전굴착면의 개수를 변경하여 학습을 수행하였다. 예측된 Q값과 실제 Q값의 유사도는 RMSE (root mean square error)를 기준으로 비교하였다. 현재 굴착면과 바로 직전의 굴착면의 Q값을 활용하여 600회 학습하여 예측한 Q값의 RMSE값이 가장 작은 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 학습에 사용한 데이터 값 등이 변화하는 경우 변화할 수 있으나 터널에서의 이전 지반상태가 앞으로의 지반상태에 영향을 미치는 시스템을 이해하고, 이를 통해 터널 굴착면 전방의 Q값의 예측이 가능할 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권1A호
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• pp.163-171
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• 2006

본 논문에서는 프리스트레스를 이용한 가시설 공법(IPS)에 적용되는 띠장을 이용한 굴착면의 해석 및 설계절차에 대한 연구를 수행하였다. 받침대의 갯수에 따라 설계토압을 받는 IPS 띠장의 초기 긴장력 계산식을 유도하였다. IPS 띠장으로 구성된 빌딩 굴착면의 전산해석을 위해 띠장은 뼈대요소, 지반은 압축력 전담요소, 케이블은 인장력 전담요소를 사용하여 등분포토압 및 편토압을 받는 굴착평면의 전산해석을 수행하였다. 긴장력과 설계토압에 의한 축력과 휨모멘트를 계산하여 축응력과 휨응력을 산출하고 합성응력검토를 수행하여 굴착면의 안전성을 검토하였다.

• 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.

• 대한지질공학회:학술대회논문집
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• 대한지질공학회 2004년도 암반의 조사와 적용(단행본)
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• pp.21001-21090
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• 2004

지반에 터널을 굴착하는 경우 지중 응력은 교란되게 되며 굴착면 근처에서는 응력이 재분포하게 된다. 그러므로 굴착면 주변의 응력분포를 알기 위해서는 굴착 전의 지중 응력을 측정하거나 예측해야 한다. Hoek과 Brown(1980)은 여러 지역에서 수집한 지중 응력의 실측자료를 그림2.1-1과 그림 2.1-2와 같이 나타내었다. 그림2.1-1에 의하면 다음 식에서 수직응력 ($\sigma_z$)이 단위 중량($\gamma$)과 심도(ｚ)에 의해서 예측하는 값과 잘 일치하고 있음을 보여준다. (중략)

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.55-72
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• 2018

본 연구에서는 시공 중 TBM 터널에서 전기비저항과 유도분극(induced polarization, IP) 탐사를 활용하여 굴착면 전방의 복합지반(mixed-ground)을 예측하기 위한 방안을 제시하였다. TBM이 토사를 굴진하며, 굴착면 전방에서 상부 토사지반과 하부 암반으로 이루어진 복합지반을 조우하는 과정과 동시에 전기비저항과 유도분극에 의한 충전성(chargeability)을 측정하며 굴진하는 과정을 실내실험으로 모사하였다. 전기비저항과 충전성의 측정은 4전극을 이용하였으며, 복합지반을 효과적으로 예측하기 위하여 2개의 전극은 굴착면에, 나머지 2개의 전극은 조립된 세그먼트에 설치됨을 가정하였다. 실험 결과, TBM이 토사 굴진 중 토사-암반의 복합지반으로 진입할 경우 전기비저항과 충전성이 모두 증가하였다. 또한, TBM이 굴착면 전방에서 복합지반을 조우할 것임을 예측하기 위하여 굴착면의 전극 2개, 세그먼트의 전극 2개를 활용한 탐사와 동시에 굴착면 4전극 탐사를 수행하면 더욱 효과적인 예측이 가능함을 확인하였다.

• 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.

• 터널과지하공간
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• 제31권1호
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• pp.1-9
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• 2021

최근 도시화가 가속화됨에 따라 지하공간 개발을 위한 굴착공사가 지속적으로 이루어지고 있으며, 암반 굴착 시 해당 구간의 지질 상태를 정확히 파악하는 것은 안전한 시공을 위해 매우 중요하다. 본 논문에서는 터널 발파 진동을 저감시키기 위해 대구경 무장약공을 천공하는 MSP 공법을 활용하여 굴착면 전방의 지질 특성을 파악하기 위해 천공경로 및 지반탐사 복합시스템을 개발하였다. 제안된 탐사 시스템은 NATM 터널 공사를 위해 천공된 대구경 심발공을 활용해 굴착면 전방 50 m 구간의 지질 정보를 획득할 수 있다는 큰 장점이 있다. 또한, 제안된 탐사 시스템을 현장에 적용하고 대구경 무장약공 내부를 모니터링하여 터널 굴착면 전방의 지질 상태를 평가한 사례를 소개한다.

• 터널과지하공간
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• 제33권1호
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• pp.1-9
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• 2023

국내 터널현장에 도입된 드럼타입 로드헤더의 작동방식 및 현장 운영 사례를 소개하였다. 축방향 타입과 횡방향 타입의 작동에 따른 절삭력과 반력의 방향을 분석하였다. 텔레스코픽 실린더의 사용 유무에 따른 터널면 형성의 차이점을 설명하였다. 실린더를 사용하지 않는 경우, 오목한 작은 반경의 터널면이 형성되어 터널면을 좌우로 구분하여 굴진하는 것으로 조사되었다. 그리고 국내 경암 터널 굴착환경에서 썸핑과 쉬어링 공정의 적용방안을 도해적으로 설명하고, 굴착공정에 대한 기존 설명자료를 일부 보완하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제7권3호
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• pp.197-207
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• 2005

지하공간의 설계는 막장파괴와 관련한 안정성에 대한 평가를 필요로 한다. 막장파괴모드는 전통적인 안정성 평가법에서 중요하게 다루어져 왔다. 본 연구에서는 점착력이 없는 토사지반에 대한 모형실험을 실시하여 토피고와 지반경사의 변화에 따른 터널막장의 종방향 파괴모드를 파악하고자 하였다. 모형실험은, 대형지하공간의 폭원이 충분히 크다는 가정 하에 평면변형조건의 터널 축방향 굴착면 모델에 대하여 실시되었다. 실험결과 토피고와 지반경사는 파괴모드에 중요한 영형을 미치는 것으로 나타났다. 토피고가 증가할수록 지반의 파괴영역이 감소하여 국부 전단 파괴의 형태를 보였다. 또, 지반경사가 증가할수록 굴착면과 사면방향으로 확대되는 유형의 파괴모드를 확인할 수 있었다. 실험모델을 수치해석 모델로 재현하는 해석을 실시하였고, 이로부터 수치해석법을 통해서도 굴착면의 파괴모드의 추정이 가능함을 보였다.