• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.543-552
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• 2014

본 연구에서는 EPB 쉴드 TBM 시공현장에서 얻은 기계데이터와 굴진당시의 지반상태와의 상관관계를 분석하여, 지반상태의 변화에 따른 기계데이터의 변화를 단일 및 복합변수분석을 통하여 규명하였다. 그 결과 경암지반에서 연암지반으로 지반이 변화할 때, 총추력과 커터토크의 비가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 총추력대비 커터토크의 비율(커터토크/총추력)을 굴착속도와 쌍대비교하면 경암지반에서의 데이터는 일정한 범위 내에 있음을 확인 할 수 있으며, 연암지반에서는 경암지반일 때와 비교하면 추력대비 커터토크의 비율이 높은 값을 가진다. 이러한 결과를 바탕으로 총추력대비 커터토크의 비율과 굴착속도의 비교를 통해서 연약대 출현의 징후를 감지할 수 있다. 이와 같은 분석결과는 목적변수 커터토크가 설명변수 총추력이 증가할수록, 또 다른 설명변수 지반일축 압축강도가 감소할수록 증가한다는 중회귀분석의 결과를 통해서도 증명된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권2호
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• pp.193-201
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• 2014

본 논문은 토압식 쉴드TBM(EPB shield TBM)의 후드부에 대한 시뮬레이션 시스템 개발에 대한 연구결과이다. 최근 토압식 쉴드TBM은 터널굴착에 많이 활용되고 있다. 토압식 쉴드TBM의 후드부 시스템은 터널굴착에서 매우 중요하기 때문에 후드부 시스템의 설계 및 operation parameter의 평가를 위하여서는 시공전에 사전 시뮬레이션이 요구된다. 본 연구를 위하여 모형 시뮬레이션 장비 시스템을 설계 개발하였다. 개발된 시스템의 검증을 위하여 모형실험을 실시하였으며, 개발된 시스템을 이용하여 얻은 결과는 현장에서 얻을 수 있는 토압식 쉴드TBM의 거동과 유사한 결과를 보여주었다. 이 결과로부터 토압식 쉴드TBM 굴진시 지반 loss는 후드부 챔버에 발생되는 토압의 변화에 많이 의존되는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 개발된 시뮬레이션 장비 시스템은 토압식 쉴드TBM공사 전 operation parameter를 평가하는데 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 다양한 지반조건에서의 TBM operation에 관한 정보를 제공할 것이다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.39-47
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• 2003

암반파열 현상은 암반 내에 축적된 변형에너지의 급작스러운 방출로 인해 발생한다. 심부 광산에서는 이런 현상이 자주 발생하여 주요한 재해 중 하나로 다루어졌으나, 터널에서는 극히 드물게 나타나는 현상이었다. 따라서 터널 내암반파열 현상에 대한 국내역사는 짧은 편이며, 정보도 제한적이어서 그와 관련된 연구는 거의 없는 실정이었다. 그러나 최근에는 터널의 심도가 깊어짐에 따라 터널내 암반파열 현상이 종종 보고되고 있어 터널의 안정성 문제뿐만 아니라 시공 중 재해 측면에서 볼 때 이에 대한 연구가 절실히 필요할 것으로 사료된다. 본 연구에서는 TBM 터널에서 취득한 암반파열현상 관련 자료의 분석을 통하여 그 현상을 포괄적으로 이해하는 방법을 제시하고자 하였다. 암반파열이 발생한 본 연구 터널의 현장자료 분석결과에 의하면, 대부분의 암반파열은 터널의 막장과 운전석 내에서 주로 발생하였으며, 일부 구간에서는 파열현상이 20일 이상 지속되기도 하였다. 또한 본 터널에서의 암반파열은 터널막장, 터널측벽 및 터널천장 등 터널의 모든 주변에서 발생하였고, 그 파열 깊이는 대부분 100cm 이하인 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 이러한 암반파열 자료를 이용하여 암반파열 가능성을 취성도와 일축압축강도를 이용해 평가할 수 있도록 새로운 규준을 제시하였으며, RMR, 굴착공법, 굴착속도 및 터널심도 등이 서로 연관되어 암반파열 현상에 큰 영향을 준다고 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제17권5호
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• pp.389-410
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• 2007

불연속면의 빈도가 높지 않은 견고한 암반의 경우 굴착시 공동 주변 영역에서의 파괴나 변형 특성은 형성되어 있는 초기응력 조건과 강도 특성에 절대적인 영향을 받는다. 과도한 초기응력장은 굴착 공동 주변에 점진적이고 국부적인 취성파괴를 유발시킴으로서 시공의 안정성과 경제성을 확보하는데 장애요인으로 작용할 수 있다. 이 논문에서는 응력 수준과 터널형상에 따른 공동 주변의 취성파괴 거동 특성을 파악하기 위해 축소된 터널 시험체를 이용한 이축압축시험과 입자 결합모델을 이용한 개별요소법의 일종인 $PFC^{2D}$ 해석에 의한 연구를 수행하였다. 실내 이축압축시험을 통해 취성파괴의 발생 영역과 형태 면에서 실제 암반 공동 주변에서 발생된 파괴 특성과 유사한 파괴 거동을 모사할 수 있었다. 모형시험체에 대한 이축압축시험 결과 최소 주응력 방향의 공동 단면 곡선부에서는 균열이 표면에서 개시된 후 내부로 진행되어 국부적인 노치형 파괴영역이 형성되었다. 이에 비해 모서리와 직선부의 경우 공벽 표면과 내부에서 발생된 균열들의 상호 연결, 결합에 의해 대규모의 노치형 분리면이 유도되고 곡선부에 비해 큰 파괴영역이 형성되는 것으로 조사되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권5C호
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• pp.231-238
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• 2012

록볼트는 터널 주변 원지반의 소성영역 확대를 방지하고 원지반의 안정성을 증가시키므로 굴착면 개방에 따른 취약점을 보완하여 2차 변형을 억제하는 주 지보재 역할을 할 수 있어 지반조건이 불량한 경우에는 시스템 볼팅하는 것이 일반적이다. 시스템 볼팅은 보통 굴착방향과 수직하게 설치하게 되는데 장소가 협소하거나 시공여건상 볼트 삽입이 어려운 곳에서는 짧은 볼트를 연결하여 사용하거나 경사지게 설치하는 경우가 있다. 본 연구에서는 록볼트 보강효과를 분석하기 위하여 경사 볼트로 보강된 지반을 단순보로 가정한 실내모형시험을 실시하였다. 경사볼트의 설치각도, 종방향 및 횡방향 설치간격, 토피고 등을 변화시켜 99회의 모형시험을 수행하였으며, 단순보로 조성된 모형지반의 토피하중에 의한 처짐량 및 연직토압을 측정하였다. 모형시험결과 볼트의 설치각도가 $75^{\circ}$ 이하인 경우 처짐량이 급격히 증가하는 경향이 나타났으며, 모형지반의 이완하중 발생률도 모형볼트의 설치각도가 $75^{\circ}$ 이하인 경우 급격히 증가하는 것으로 나타나 경사 볼트의 최적 설치각도는 $90^{\circ}{\sim}75^{\circ}$ 범위인 것으로 판단하였다. 또한, 볼트의 종방향 및 횡방향 설치간격이 좁아질수록 보강효과가 증가하는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.1215-1224
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• 2013

1997년 "기후 변화에 관한 국제연합 규약의 교토의정서"가 채택된 이후 우리나라를 비롯한 세계의 여러 나라에서 이산화탄소를 포함한 온실가스 배출을 줄이기 위한 노력을 진행해 왔다. 각 산업별로 온실가스 배출을 저감시키는 산업 구조로 개편 및 녹색 기업으로 체질 개선에 힘쓰고 있으나 타 산업에 비하여 건설 산업은 온실가스 배출의 효율적인 관리를 위한 정확한 배출량 저감을 위한 논의가 미흡한 상황이며 오히려 환경을 파괴시키는 산업이라는 오명을 가지고 있는 실정이다. 우리나라는 경제규모에 비해 환경오염물질 배출량이 많으며 이는 에너지 다소비 업종의 비중 증가에 따른 것이다. 이에 따라 에너지 다소비업종 중 하나인 건설관련 공사에 대한 효율적인 에너지 절약이 이루어지지 않은 문제점이 대두되고 있다. 뿐만 아니라 근래에는 대규모 건설이 많으므로 에너지 절감효과를 갖기 위해서는 건설공사의 전과정(Life Cycle) 중 시공단계에서 발생하는 에너지소비량, 환경오염물질 배출량, 환경비용 등 기본적인 데이터베이스 및 활용방안 개발이 필요하다. 그러나 건설현장 특성상 정량화가 어렵다는 이유 등으로 친환경 건설에 관한 연구는 대부분 구조물 사용 및 유지 보수 단계에 집중되어 있다. 이에 본 연구에서는 지식경제부와 환경부에서 제시하는 LCI DB를 활용하여 굴착작업 시 발생하는 환경오염물질 배출량을 산출하고 환경오염물질별 환경비용을 환산하여 토공사에 대한 환경경제성을 평가하고자 한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제2권2호
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• pp.50-61
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• 2000

터널의 갱구부는 터널에서 3차원 거동을 가장 뚜렷하게 보이는 부분이며 대체로 풍화가 진행되어 거의 토사화되어 있는 취약한 암반에 시공됨에 따라 비탈면은 잠재적인 활동체가 되게 된다. 터널 갱구부 비탈면에서 안정에 위해되는 요인이 발생했을 경우 파괴가 급속히 진행되어 대형사고로 이어질수 있으므로 특별한 안정화 대책이 필요하여 경제적으로 큰 부담이 된다. 이를 해결하기 위한 방안으로 갱구부 비탈면을 수평 아치형으로 굴착하게 되면 굴착량이 줄어서 경제적이고 자연훼손이 줄어들며 보다 안전하고 아름다운 형상을 기대할 수 있다. 그러나 인식부족으로 인하여 이와 같은 시도는 거의 이루어지지 않고 있어서 면벽식 갱구부가 보편화 되어 있는 실정이다. 본 연구에서는 아치형 갱구부 비탈면의 이점을 알아보기 위하여 3차원 수치해석을 ㄷ형과 아치형 비탈면에 대하여 각각 수행하여 그 결과를 서로 비교하였으며 터널 굴진과 암반강성에 따른 갱구부 비탈면의 안정성은 비탈면에서 발생되는 최대전단변형율과 막장면에서 터널굴진에 따른 소성접근도를 분석하여 검토하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제8권4호
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• pp.165-174
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• 2004

본 연구에서는 고속철도 ${\bigcirc}{\bigcirc}$역사 공사구간 중 굴착구간에 인접하여 하천이 위치하고 공사구간 좌측에는 항상 만수위 상태의 저수지가 있어 지반 굴착시 지하 5m 깊이에서 지하수위가 존재하는 구간에 설치된 부력앵커의 수평재하시험에 관한 연구이다. 따라서 본 연구에서는 지하수위 면이 발생하는 구간에 설치된 부력앵커의 현장 수평재하시험을 통해 영구적으로 지하수위에 의해 부력을 받는 구조물의 장기적인 안정성을 평가하고자 한다. 이를 위해 고강도 강봉이나 강연선을 사용, 지반과의 마찰력을 이용하여 부력에 저항하는 방법으로 충분한 인발력을 확보할 수 있는 Bar Type 앵커를 사용하였다. 고속철도의 제동과 가속에 의해 수평력을 받는 지하구조물 바닥 슬래브에 부력방지용 앵커를 설치하였다. 이로 인해 Bar Type 부력앵커에 발생되는 거동특성을 파악하기 위해 수평재하시험을 실시하여 고속철도의 주, 정차시 열차의 급제동및 출발에 의해 발생되는 수평력에 대한 부력앵커의 거동특성을 파악하고자 하였다.

• 터널과지하공간
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• 제29권6호
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• pp.379-393
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• 2019

경제적인 TBM 시공을 위해서는 현장 조건에 맞는 최적의 TBM 선정과 함께, 선정된 TBM의 굴착 성능을 예측하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 개별요소법 (Discrete Element Method, DEM) 기법에 근거한 입자 역학 전용 해석 상용 소프트웨어를 사용하여 경사각에 따른 토압식 쉴드TBM의 버럭 배토 장비인 스크루 컨베이어의 각도에 따른 성능을 종합적으로 평가하였다. 굴착 토사를 모사하기 위해 점성 특성을 갖는 입자들을 사용하였으며, 스크루 컨베이어의 경사각에 따른 성능을 평가하기 위해 11가지 스크루 컨베이어 모델을 적용하였다. 해석에는 네 가지 스크루 컨베이어 회전 속도 조건이 적용되었으며 스크루 컨베이어의 성능을 평가하기 위한 지표로 토크, 소요 동력 이외에도 배토를 위해 추가로 소요되는 작업량 및 단위 시간당 배토량을 선정하였다. 마지막으로 평가된 네 가지 성능 지표를 종합하여 주어진 해석 조건에서의 최적의 스크루 컨베이어 경사각을 선정하였으며, 이는 실제 TBM 현장에서 많이 사용되는 스크루 컨베이어 경사인 20.0°~30.0° 범위와도 부합하는 것으로 파악되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.51-59
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• 2002

이 논문에서는 터널막장 주변지반의 3차원적 지반거동을 고려한 인접건물의 손상위험도 평가시스템 개발에 관한 내용을 다루었다 이 시스템은 크게 건물 및 지반정보 모듈, 계측데이터 모듈, 침하평가모듈 및 건물 손상평가모듈로 구성되어 있다. 지반 침하평가 및 건물 손상평가 모듈은 이 시스템의 핵심 모듈로서 Attewell 등(1982)이 제안한 침하평가 모형을 토대로 터널시공으로 인한 침하량 및 범위를 정량적으로 평가한 후, 터널노선에 인접한 건물의 손상위험도를 Mair 등(1996)이 제시한 건물손상 평가방법을 근거로 평가한다. 터널굴착으로 인한 지반거동 평가에서 가장 큰 영향인자인 지반손실률($V_{s}$)또는 최대침하량($w_{max}$)및 변곡점(i)의 위치는 계측자료, 수치 해석 결과 그리고 각종 경험식을 사용하여 자동적으로 계산되도록 구축하였다. 한편, 건물 손상평가는 터널막장의 위치를 변화시키며 임의 구간의 인접건물에 대한 손상위험도 평가가 수행될 수 있는 기능을 부여하였다. 개발된 시스템 검증은 Boscardin과 Cording(1989)이 워싱턴 DC의 매트로 터널에 인접한 2층 조적식 건물의 계측사례를 적용하여 수행하였다.