• 한국지반공학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.87-94
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• 2002

최근 들어 국내에서는 경제적이고 효율적인 지하굴착공법으로 쏘일네일링 벽체와 지하구조물 외벽을 합벽처리하는 사례가 많아지고 있으며, 이같은 지하외벽 일체식 쏘일네일링 공법은 기존의 지보공법과 비교해 볼 때 굴착면적을 최소화하고 시공성을 개선할 수 있는 특징 이 있다. 또한 지하외벽 일체식 쏘일네일링 공법은 지하외벽의 단면 축소와 지하수에 의한 양압력의 영향에도 대처할 수 있는 장점이 있으나 아직까지는 이에 대한 연구가 미흡하여 보수적으로 설계되고 있는 실정이다. 이를 위해 본 연구에서는 실내모형실험을 통해 전면벽체의 강성에 따른 쏘일네일링 보강토체의 거동 및 네일의 두부에 작용하는 인발력을 분석하여 전면벽체의 강성에 따른 쏘일네일링 벽체의 파괴유형을 규명하고 사용상태 및 한계상태에서의 변위양상 및 네일 두부에서의 인장력 분포를 분석하였다. 또한 전면판의 강성이 쏘일네일링 벽테의 전체 안정성에 미치는 영향을 분석하였으며, 향후 전면벽체의 강성에 따른 지반-네일의 상호작용에 대한 모델개발에 필요한 기초적인 자료를 제공하고자 한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권2호
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• pp.231-248
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• 2017

서울시는 도심지 교통체증을 해결하기 위해 최근 경부고속도로의 일부 구간을 복층터널로 계획하는 방안을 검토하고 있다. 도심지에 복층터널을 건설할 경우, 교통난 해소뿐만 아니라 말레이시아 스마트 터널과 같이 홍수 시 침수방지를 위한 저류시설로도 활용할 수 있을 것으로 본다. 그러나 도로터널을 복층터널로 계획할 경우에는 각 지역을 연결하는 분기터널이 필요하며, 분기터널은 토피가 낮은 구간에 편평율이 큰 대단면 또는 복잡한 터널 단면형상으로 이루어지게 된다. 이때 토피가 낮은 지역에서는 지하 공동구나 건물 기초 등에 인접하여 위치하게 되며 터널 건설로 인해 지장물에 미치는 영향에 대해 반드시 검토해야 한다. 본 연구에서는 복층터널에서 분기되는 터널 굴착 시, 지하 공동구에 미치는 영향을 수치해석을 통해 분석하였다. 변위조절모델(Displacement Controlled Model)을 이용하여 터널 주변의 지반손실률을 1.0%, 3.0%, 그리고 5.0%까지 모사하였다. 복층터널에서 분기되는 각도를 $45^{\circ}$와 $36^{\circ}$로 다르게 설정하여 공동구 측면 및 하부로의 접근을 고려할 수 있도록 하였다. 그 결과, 일반적으로 분기터널이 공동구에 근접할수록 그리고 지반손실률이 클수록 변위, 각변위 그리고 안정성에 미치는 영향이 큰 것으로 타나났다. 공동구 바닥부의 침하와 공동구 부재의 안정성에는 이격거리 보다는 공동구의 하부에 근접하여 큰 변위와 부등침하를 유발할 수 있는 각도 $36^{\circ}$, 이격거리 10 m가 가장 취약한 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 근접시공 시 구조물의 안정성 평가를 위한 각변위-거리/직경 관계를 제시하였으며, 지하 공동구 안정성에 영향을 미치는 한계 임계 지반손실률을 산정하였다.

• 터널과지하공간
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• 제15권2호
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• pp.157-167
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• 2005

암반 내 작용하는 초기응력은 굴착되는 공동의 안정성이나 파괴 거동을 평가하는데 요구되는 주요 매개변수들 중의 하나이며 그 중요성은 암반 구조물의 시공 심도가 깊어지고 단면 규모가 커질수록 증가하게 된다. 이 논문에서는 경기육괴의 동북부에 위치한 춘천-양구 산악지역의 초기응력 분포 특성을 파악하기 위한 연구를 수행하였다. 현장 초기응력 측정은 연구지역내 9개 개별 시추공을 대상으로 심도 220m\~290m 구간의 49개소에서 시행되었다. 모든 수압파쇄 균열 조사는 초음파 주사검층을 이용하여 수행하였다. 연구 결과 조사지역 내에서 분포 암종의 차이에 따라 서로 상이한 분포 특성을 나타내는 초기응력장이 관찰되었고 특히 심도 200 m 이상의 관입 화강암체내에는 3.0에 가까운 측압계수를 가지는 높은 수준의 과잉 수평응력장이 형성되어 있는 것으로 분석되었다. 그리고 조사지역내에서 초기응력 조건에 의한 취성파괴 가능성을 평가한 결과 화강암 분포 지역내 심도 100 m이상인 영역에서는 굴착된 암반 구조물 주변에서 취성파괴의 가능성이 있는 것으로 분석되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권4호
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• pp.265-280
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• 2021

도시화로 인한 인구의 집중은 도심지 지하공간 개발을 촉발시켰으며, 그로인해 진동과 소음으로 인한 환경문제 및 민원이 많은 발파공법보다 진동과 소음에 대한 영향이 없는 TBM공법에 많은 관심을 가지게 되었다. 이런 이유로 TBM에 대한 많은 연구가 진행되었으나 TBM 장비의 커터헤드 개구부가 굴착되는 지반조건에 따라 폐색되는 특성에 대한 연구는 미비한 실정이다. 그렇기 때문에 쉴드 TBM 굴진 시 커터헤드 개구부의 폐색현상을 연구하기 위해 축소모형시험을 진행하였다. 쉴드 TBM 장비의 커터헤드 개구부 폐색현상을 규명하기 위해 점토비(10%, 30%, 50%), 커터헤드 개구율(30%, 50%, 60%), 커터헤드 회전방향(일방향, 양방향) 및 회전속도(3 RPM, 6 RPM)을 변수로 실험조건을 달리하여 36가지의 Case에 대해 축소모형실험을 진행하였다. 쉴드 TBM 폐색현상에 대한 축소모형실험 결과, 점토가 함유된 지반 조건은 양방향 회전이 일방향 회전보다 폐색영향이 증가하고 커터헤드의 회전속도가 낮을수록 폐색영향이 적은 것으로 나타났다. 그에 따라 지반 굴착 시 지반조건을 고려하여 커터헤드 회전 방향, 회전 속도 및 개구율을 산정한다면 폐색 영향을 저감할 수 있을 것이다. 폐색영향이 저감됨에 따라 공사기간의 단축에 효과적일 것으로 사료된다. 따라서 본 연구는 해당연구가 전무한 국내 쉴드 TBM 시공 시 그 활용에 있어 중요한 자료가 될 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.267-278
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• 2019

터널의 안정적인 시공을 위해 터널 굴진 도중 터널 전방의 이상영역을 확인할 수 있는 다양한 방법의 터널전방예측 기법들이 사용되고 있다. 터널전방예측 방법 중 하나인 2전극 전기비저항 탐사(Pole-Pole array)는 터널직경 5배 이내의 함수대, 연약대 등을 확인하기 위해 자주 사용되고 있다. 2전극 전기비저항 탐사 시 가장 중요한 것 중 하나는 원지반의 전기비저항값을 유추하는 것이며, 원지반의 전기비저항은 1) 지반과 전극의 접촉면적을 계산하고, 2) 그와 동일한 표면적을 가지는 반구형으로 가정하는 과정을 거쳐 얻어진다. 이러한 가정은 지반과 전극이 접촉하는 면적이 적고 충분한 거리가 떨어져야 한다. 하지만 전극의 크기, 형태 및 전극사이의 거리에 따라 실제 측정되는 저항이 달라지므로 이에 대한 정확한 평가가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 전기비저항 탐사에서 주로 사용되는 원기둥형 전극의 크기와 전극사이의 거리에 따른 영향에 관한 이론식을 유도하고, 실험 연구를 통해 검증하였다. 이를 바탕으로 원기둥형 전극의 관입깊이가 반지름에 비해 큰 경우, 등가 반구형 전극의 가정을 사용하면 에러가 증가하므로 적용 시 주의해야 함을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권4호
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• pp.455-478
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• 2019

본 논문에서는 고강도 강관을 이용한 강관 보강 그라우팅의 보강 효과 검증을 통해 현장 적용성에 관한 실험적 내용을 다루었다. 기존 강관보강 그라우팅 공법에는 SGT275 (구 STK400) 강관을 일반적으로 적용하고 있으나, 강관 보강 그라우팅이 적용된 터널의 붕락사례를 보면 강관의 과도한 꺾임, 파단 등의 사례가 발생되고 있다. 이러한 사례가 발생하는 여러 원인 중 굴착에 따른 터널의 이완하중에 대응하는 강관의 강성 부족이 그 원인이 될 수 있다. 최근 들어 고강도 강관(SGT550)의 개발로 강관의 강도가 증가했으나, 강도 증대를 고려한 보강방안에 대한 연구가 미흡하므로 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 고강도 강관과 일반 강관의 이음 유무, 주입재의 충전 여부 등 다양한 조건에 대해 인장강도 및 휨 전단력 실험을 수행하고, 기존 제시된 설계법을 통해 강관의 강도 차이에 따른 효율적인 현장 적용성에 대한 기초 연구를 수행하였다. 특히, 실제 현장에 고강도 강관과 일반 강관을 시공하고 굴착에 따른 강관의 변위형상과 응력에 대한 계측 결과를 통해 고강도 강관의 보강 효과를 검증하였다. 연구결과 고강도 강관은 휨 강도가 우수하여 보강효과가 우수한 것으로 나타났으며, 강도 증진효과로 인해 아칭효과도 기대된다.

• 한국건설관리학회논문집
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• 제23권1호
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• pp.64-72
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• 2022

흙막이 공사는 지하굴착을 수행하는 건설공사에서 필수적으로 적용되는 공사 기법으로, 공사 규모와 관계없이 흙막이의 계측관리는 필수적이다. 그러나 굴착깊이 10m 미만에 해당되는 소규모 건축현장(총 공사비 20억 내외)의 경우에는 1) 시공업체의 영세성, 2) 현장관리자의 역량 부족, 3) 계측기기 설치·해체 및 변위분석의 복잡성 등의 문제점으로 인해 흙막이의 계측 관리가 제대로 수행되고 있지 않는 실정이다. 상기 문제점을 해결하는 선행연구 분석 결과, 대부분의 선행연구에서는 값비싼 3D 스캐너를 활용하거나 다수의 계측기기를 설치해야 되는 문제점이 있어 소규모 건설현장에 이를 적용하는 것은 어려운 것으로 분석되었다. 따라서 본 연구의 목적은 하나의 계측기기를 활용하여 흙막이 구조체의 변위를 파악할 수 있는 레이저 센서 기반 흙막이 구조체 변위 계측 시스템의 개념 디자인을 제안하고 개념 디자인에 적용된 요소기술의 변위 인식 성능을 검증하는 것이다. 요소기술은 2D 레이저 스캐너가 선정되었으며, 선정된 2D 레이저 스캐너를 활용하여 개념디자인이 제안되었다. 2D 레이저 스캐너의 변위 인식 검증 결과, 15mm의 변위는 충분히 파악 가능한 것으로 분석되었다. 추후, 제안된 개념디자인이 개발되고 현장에 적용될 경우 소규모 건설현장의 안전사고 저감에 기여할 것으로 분석된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권5호
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• pp.387-401
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• 2023

토압식(Earth Pressure Balanced, EPB) 쉴드 TBM (Tunnel Boring Machine) 공법은 진동과 소음이 적어 도심지 지하공간 시공에 적극적으로 활용되고 있다. 이때 첨가제 주입은 막장압 유지, 전단강도 감소, 커터의 마모량 최소화, 굴착토의 투수계수 감소 등 다양한 효과를 보인다. 이러한 기술을 쏘일 컨디셔닝이라 하며, 일반적으로 첨가제로 폼, 폴리머, 벤토나이트 슬러리 등을 적용한다. 본 연구에서는 국내 터널 현장에서 빈번하게 조우하는 화강풍화토 시료에 대해 폼과 폴리머를 첨가제로 적용하여 유동학적 특성을 평가하였다. 슬럼프 시험을 통해 작업성(Workability)을 평가하고, 동일한 시험 조건에 대해 실내 가압 베인전단 시험을 수행하여 유동학적 특성을 평가하였다. 이때 슬럼프 값이 높아 작업성이 떨어지는 경우, 폴리머를 추가 적용하여 폴리머 적용이 유동학적 특성에 미치는 영향을 검토하였다. 시험 결과, 폼 주입비(Foam Injection Ratio, FIR)가 증가함에 따라 슬럼프 값은 증가한 반면 토크, 첨두강도 및 항복응력, 겉보기 점도, 틱소트로피 면적은 감소하였다. 하지만, 폴리머 주입비(Polymer Injection Ratio, PIR)는 폼 주입비와 상반되는 결과를 확인하였다. 시험결과 비교를 통해 슬럼프 값과 항복응력 간의 상관관계를 제시하였다. 그리고 폼 만을 적용한 조건과 폼과 폴리머 모두 적용한 조건을 비교한 결과, 유사한 슬럼프 값을 보이더라도 폼과 폴리머 모두 적용한 조건에서 더 낮은 항복응력이 도출되었다.

• 화약ㆍ발파
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• 제41권4호
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• pp.9-16
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• 2023

터널의 대표적인 굴착방식인 TBM 공법과 NATM 공법의 지구온난화 영향도를 비교하기 위해 각 방식에 대한 전과정평가 (Life Cycle Assessment)를 수행하였다. 전과정평가는 제품 제조 전 단계, 제품 제조 단계, 사용 단계, 폐기 단계를 고려하여 탄소배출량의 합산으로 비교해야 마땅하나, TBM (Tunnel Boring Machine)의 제조 및 폐기 데이터에 대한 접근이 제한되어 사용단계에 초점을 맞추어 분석할 수 밖에 없었다. 일반적으로 제품 제조 전 단계 및 제품 제조 단계에서 배출되는 탄소 배출량이 제품수명주기의 전과정에서 배출되는 탄소배출량의 90%를 넘는 경우가 대부분이다. 따라서 사용 단계의 비교만으로는 분석 목표를 달성하기 어렵기 때문에 분석 범위를 확장하였고, 제조 데이터에 접근이 가능한 NATM 공법에 대해서는 제품제조 전 단계 및 제품제조 단계를 포함한 과정에 대한 탄소 배출량을 산출하여 비교해 본 결과, TBM 공법은 사용 단계만 고려했음에도 불구하고 전 과정을 고려한 NATM 공법에 비해 탄소 배출량이 많게 결과값이 산출되었다. 이러한 결과는 향후 터널 시공설계 시 최근 환경영향분야 중 관심이 집중되고 있는 기후 변화 (지구온난화)의 영향도를 고려할 때 NATM 공법이 상대적으로 친환경적이라 볼 수 있을 것이다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제1권2호
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• pp.41-54
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• 1985

비교적 얕은 깊이에서 터널을 착굴하거나 개착을 하늘 경우, 열변지반에 침하 및 수평이동 등의 변위가 발생하게 된다. 이러한 변위는 주변 구조물의 안정에 큰 영향을 미치며, 심한 경우 주변 구조물이 파괴되는 상태에 까지 이른다. 인구가 밀집된 대도시에 지하철을 시공할 경우, 주변 문화재, 고층건물, 상하수도관, 가스관 등의 안정을 지하철 설계시 고려하여야 하므로 터널굴착에 따른 지반변위의 예측과 자세한 침하의 원인이 규명되어야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 지반 침하량 및 침하발생 영역을 예상하거나 침하요인을 파악하기 위하여 부산지하철 NATM회간의 지표면 침하, 지표면 수평변위, 지중침하, 천단침하 들에 관한 측정 분석이 이루어졌다. 그 결과, 횡방향 지표면 침하는 Gaussian normal probability curve, 종방향 지표면 심하하는 cumulative Gaussian probability curve로서 해석이 가능하다는 것과 가인버어트의 조기폐합이 침하량 감소에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.