• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제12권2호
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• pp.129-144
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• 2010

원형수직터널에 작용하는 토압은 아칭효과로 인해 2차원 일반 흙막이벽에 작용하는 토압보다 작으므로 원형수직터널 설계 시 벽체에 작용하는 실질적인 토압의 예측이 필요하다. 본 논문은 두 개의 연속된 논문(Companion papers)의 두번째로서 원형수직터널 설계 시 건조한 사질토뿐만 아니라 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 적용 가능하도록 새롭게 제안된 토압식(김도훈 등, 2009)을 증명하기 위해 대형 모형실험을 수행하였다. 고안된 모형실험 장비는 단계별 굴착이 가능하도록 제작 벽체의 반경을 변화시켜가며 실험을 수행하였다. 또한 강사 방법으로 지반을 조성하기 전 건조한 시료에 물을 첨가하고 불포화사질토를 형성시켜 겉보기 점착력을 발현시킴으로써 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 실험을 진행하였다. 실험 결과로서, 단계별 굴착을 모사하였을 때, 아칭효과에 의해 굴착된 지반에서 굴착되지 않은 지반으로 하중이 전이가 일어나는 확인할 수 있었다. 또한, 동시에 굴착했을 때의 토압은 예측한 값에 비해 상당히 작게 나타났지만, 단계별로 굴착했을 때의 최종 토압은 동시 굴착 시의 토압에 비해 크게 나타나며 새롭게 제안된 토압식과 잘 일치하였고 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 수행한 실험의 결과도 겉보기 점착력의 효과로 인해 토압의 감소를 보이며 이론적인 값과 잘 일치하는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제11권1호
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• pp.30-35
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• 2001

본 연구에서는 전단면굴착에 가까운 작업 사이클(cycle)로 굴진을 하면서 분할효과를 거두기 위해 적절한 벤치길이를 결정하는 것이 중요한 요소로 판단하여 전단면, 미니벤치, 숏벤치로 풍화암 구간에 굴착한 터널을 모델링하여 이에 대해 3차원 탄소성해석을 수행하였다. 그리고 터널내 암반과 지보재의 거동에 영향을 미치는 주요 요소로 무지보 굴착구간의 길이, 측압계수, 숏크리트 두께 등의 설계변수를 변화시켜가며 암반의 변형거동을 분석하였다. 해석결과 내공변위는 숏벤치보다 미니벤치일때 벤치길이에 민감하게 반응하는 것으로 나타났으며 무지보길이가 길 때 하반굴착이 상반변위에 미치는 영향이 더 크게 나타나며 상반과하반측벽에서의 변위타이가증가하였다 K값의 증가에 따라 천정, 바닥보다 상하반 측벽부에서 변위와 선행변위비의 증가가 훨씬 크게 나타났다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제19권1호
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• pp.11-23
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• 2020

본 본문에서는 도심지 지하굴착 및 터널현장의 예비설계 및 지반침하를 예측이 가능한 인공신경망 개발에 대한 내용을 다루었다. 인공신경망의 개발을 위해 먼저 다양한 도심지 터널 및 지하굴착 현장 계측자료를 수집하여 데이터베이스를 구축하고 이를 인공신경망 학습에 필용한 학습데이터를 구축하는데 활용하였다. 개발된 인공신경망은 학습에 활용되지 않은 검증 데이터 세트를 및 현장계측자료를 활용하여 결정계수(R²), 평균제곱근오차(Root Mean Square Error; RMSE), 절대평균오차(Mean Absolute Error; MAE) 등 통계적 파라메타를 근거로 하여 신뢰도를 검증하였다. 개발된 인공신경망은 도심지 굴착현장의 예비 설계 및 이에 따른 주변침하를 예측하는데 효율적으로 활용될 수 있는 것으로 평가되었다.

• 터널과지하공간
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• 제20권5호
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• pp.360-368
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• 2010

이 논문은 발파석의 비산과 낙하를 조절하여 파쇄석이 사면의 낮은 쪽 소단에 분산될 수 있도록 한 노천발파에 대한 사례연구이다. 비산이 횡적인 분산과 파쇄석 더미의 이완을 초래하는 동안 낙하는 굴착기에 의한 굴착이 용이하도록 파쇄석 더미의 높이를 낮춰주는 역할을 한다. 이런 면에서 이 논문에서는 몇몇 발파설계 변수들을 조정하는데 주안점을 두었다. 대상 사면은 사암 벤치로서 벤치의 평균 높이는 22~24 m이다. 이 사면은 굴착심도가 14 m인 10 $m^3$ 용량의 로우프 쇼벨 작업이 가능하도록 조성되었다. 비산과 낙하를 조절한 새로운 발파설계 결과를 이 현장에서 적용되고 있던 상단(10~14 m)과 하단(12~15 m)의 이단식 발파 결과와 비교하였다. 파쇄석의 입도와 그 분포 및 쇼벨의 굴착 싸이클 시간들을 비교하였다.

• 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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• 제19권3호
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• pp.489-501
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• 2017

도심지 개착식 굴착공사 중 발생하는 붕괴사고는 공사장 내에서의 인명 및 물질적 피해를 불러일으킬 뿐만 아니라, 공사장 주변의 지반침하로 인한 도로함몰 및 시설물 피해를 유발한다. 따라서, 도심지에서 개착식 굴착공사를 수행함에 있어서, 계획, 설계 및 시공의 건설 전체 단계에서 굴착공사 붕괴 방지를 위한 철저한 대비가 필요하다. 본 연구에서는 이와 같은 개착식 굴착공사 중 붕괴사고 예방을 위해, 중점적으로 관리되어야 할 우선 요소 결정 연구를 수행하였다. 먼저, 과거 흙막이 굴착공사의 사고사례 조사결과를 분석하고, 전문가 합의에 의한 의사결정 방법인 델파이 기법을 이용하여 붕괴 유발 요소에 대한 중요도를 산정하였다. 그 결과, 지하수 처리, 지반조사의 부실, 시공상의 불안정 등이 흙막이 공사 붕괴 예방을 위한 중점 관리 요소로 도출되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권5호
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• pp.15-26
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• 2003

도심지에서 깊은굴착 및 근접굴착과 관련하여 흙막이 구조물의 설계와 시공에 있어서 주변지반 및 인접구조물의 안전성 확보를 위하여 신뢰할 만한 예측기술이 요구되고 있다. 깊은 굴착 및 근접굴착에서 흙막이 구조물의 지지체에 대한 사전재하의 적용이 연구되었고, 경제적인 효과가 있음은 알려져 왔으나 많은 연구자들에 의하여 완전히 이해되거나 인정될 만한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 흙막이 벽체의 수평변위를 억제하여 지반침하를 감소시키는 사전재하 적용의 효과에 대하여 연구를 수행하였고, 사질토지반에서 굴착주변지반의 변위 및 구조물의 손상을 예측하는 모형실험을 수행하였다. 본 연구의 수행결과는 사전재하하중 50%, 70%를 적용하였을 때, 20%의 벽체수평변위가 감소하였고, 지반침하 및 지중변위는 30%내지 40% 감소하였다. 또한 각 단계별 굴착시 사전재하하중에 따른 심도별 지중침하율 및 벽체에 작용하는 토압분포를 제시하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제8권4호
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• pp.289-305
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• 2006

본 논문에서는 굴착공법이 터널변위 거동에 미치는 영향에 대한 내용을 다루었다. 먼저 비교적 동일한 시공조건을 대상으로 중벽분할 굴착공법과 링컷공법을 비교하여 각 굴착공법에 따른 터널거동 메카니즘을 고찰하는데 초점을 두었다. 이를 위해3차원 유한요소해석을 수행하였으며, 각 공법별 해석결과로부터 막장 안정, 천단침하, 지표침하, 숏크리트 라이닝의 응력을 비교하였다. 전반적으로 중벽분할 공법을 적용할 경우 굴진과정에서 터널변위 제어에 탁월한 효과가 있는 것으로 나타났으며, 링컷공법 적용 시 지표침하 억제 효과에 보다 효율적인 것으로 나타났다. 본 연구결과를 종합하여 설계 시 고려하여야 할 주안점을 제시하였다.

• 기술발표회
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• 통권2006호
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• pp.331-341
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• 2006

터널 설계시 일반적으로 지반조사와 물리탐사를 시행하여 지층에 따른 적절한 터널 지보패턴을 설정하고 있으나, 다양한 지반 및 지질특성과 설계단계에서 미쳐 발견되지 못한 단층등의 연약대로 인하여 시공시 터널내에서 종종 붕락사고가 발생하고 있다. 터널 굴착시 발생하는 붕락은 터널의 안정성 저하 및 공기 지연 등의 큰 문제점들을 발생시키므로 조기에 적절한 보강방안이 요구된다. 본 논문에서는 터널 굴착시 발생한 두개의 붕락사고에 대해서 붕락원인과 붕괴유형을 파악하고 현장 여건에 맞는 신속한 보강대책을 제시하고 시공한 보강사례이다. 향 후 본 사례와 유사한 터널붕락사고가 발생할 경우 보강설계 및 보강방안을 계획.수립하는데 유용한 참고자료가 될 것이다.

• 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.