• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권2호
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• pp.193-215
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• 2022

최근 지상구조물이 포화상태에 이르렀고 증가하는 교통난과 환경문제를 해결하기 위한 방안으로 터널과 같은 지하구조물을 활용한 지하화 건설이 각광 받고 있다. 그러나 증가하는 지하구조물로 인해 지속적인 지하화 개발을 위해서는 근접 시공이 불가피한 상황이다. 새로운 지하구조물을 근접 시공할 시 기존구조물에 미치는 영향으로 인해 안정성이 취약해져 붕괴를 일으킬 수 있다. 따라서 기존구조물의 안정성을 분석하는 것은 필수적으로 고려해야 하는 사항이다. 본 연구에서는 지하구조물인 병렬터널의 하부에 신설터널을 굴착하여 근접시공으로 인한 기존 병렬터널에 미치는 영향을 수치해석을 사용하여 분석하였다. 변위조절모델(Displacement Control Model, DCM)을 이용하여 시공 시 발생하는 지반손실률을 세 가지(0.5%, 1.0%, 1.5%)로 모사하였다. 필라 중심을 기준으로 신설터널이 위치하는 거리를 5 m, 6 m, 7 m, 8 m, 9 m로 설정하고 각 거리별로 간격을 5가지(0D₁, 0.37D₁, 0.75D₁, 1.13D₁, 1.5D₁)로 설정하였다. 일반적으로 지반손실률이 증가하고 거리가 근접할수록 최대변위, 각변위가 증가하였고 필라의 안정성을 평가하는 강도/응력비 또한 감소하였다. 결과적으로 신설터널과 필라 중심과의 거리가 5 m, 간격이 0D₁, 지반손실률이 1.5%인 경우 기존 병렬터널의 안정성이 가장 취약한 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.279-299
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• 2019

최근 발생한 경주 및 포항지진은 한반도가 더 이상 지진으로부터 안전지대가 아님을 상기시키는 계기가 되었다. 그에 따라 내진설계에 대한 중요성이 대두되고 있으며, 설계응답스펙트럼(design response spectrum)에 대한 연구 또한 많은 연구자들에 의해 활발히 이루어지고 있다. 현재 터널의 내진설계는 라이닝(Lining) 설치 완료 후 동적해석을 수행하여 안정성을 검토하는 과정으로 수행되어 시공 중에 지진 발생에 대한 고려는 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 단층파쇄대에 시공 중인 터널의 현장계측 결과를 이용하여 역해석을 수행한 후 지진파를 고려한 수치해석을 수행하여 그로 인한 1차 지보재(록볼트, 숏크리트)의 거동 특성을 분석하였다. 지진파는 주기특성에 따라 단주기와 장주기로 구분하여 적용하였다. 수치해석 결과 지진의 주기 특성에 의한 영향은 미미한 것으로 나타났으며, 터널 천단 변위(crown displacement)는 28~31%, 단층파쇄대에 접한 좌측부의 변위는 약 14~16% 증가하는 것으로 나타났다. 기반암과 접하고 있는 우측부의 경우 약 13~27%가량 증가하는 것으로 나타났다. 숏크리트의 경우, 지진하중 고려에 따라 천단부에서의 축력이 약 113~115% 증가하였으며, 단층파쇄대와 접하고 있는 좌측부의 경우 102%, 기반암과 접하고 있는 우측부의 경우 106~110%가량 증가하는 것으로 각각 나타났다. 록볼트는 천단부, 좌측부, 우측부에서 정착지반이 단층파쇄대, 단층파쇄대와 기반암, 기반암인 경우로 선정하여 변위와 축력을 분석하였으며, 단층파쇄대와 기반암에 동시에 정착되어 있는 록볼트의 변위 및 축력이 지진으로부터 가장 취약한 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.431-449
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• 2022

지금까지 국내에서는 수 많은 터널들이 완공되어 오면서 시공에서뿐 아니라 설계에서도 다양한 경험과 기술이 지속적으로 축적되어 왔다. 따라서 이제는 매우 복잡한 지질조건 또는 특수한 터널구조가 아니라면 일반적인 터널설계작업은 설계 항목에 따라 기존 유사 설계사례를 수정 또는 보완하는 것만으로도 충분한 경우도 적지 않다. 특히 터널발파설계의 경우, 실제 터널시공시 현장에서 시험발파를 통해 시공을 위한 발파설계를 추가로 수행하는 것이 일반적이라는 것을 감안할때, 설계단계에서 수행하는 발파설계는 예비설계 성격을 지니고 있어 기존의 유사 설계사례를 참고하는 것도 타당하다고 사료된다. 한편 최근 4차산업혁명시대에 들어서면서 전 산업분야에 걸쳐 그 활용도가 급증하고 있는 인공지능은 터널 및 발파분야에서도 다양하게 활용되고 있지만, 발파터널의 경우 발파진동 및 암반분류 등의 예측 분야에서 주로 활용되고 있을 뿐 터널발파패턴 설계에 활용된 사례는 많지 않다. 따라서 본 연구에서는 터널발파설계를 인공지능의 한 분야인 머신러닝 모델을 이용하여 자동화하기 위한 시도를 하였다. 이를 위하여 25개 학습용 터널설계 자료 및 2개의 시험용 설계자료에서 4가지의 입력데이터(지보패턴, 도로유형, 상반 및 하반 단면적) 및 16개의 출력데이터(심발공 종류, 비장약량, 천공수, 각 발파공 그룹별 공간격과 저항선 등)를 발췌하였다. 이를 기반으로 3가지 머신러닝 모델, 즉, XGBoost, ANN, SVM 모델을 시험한 결과 XGBoost모델이 상대적으로 최상의 결과를 나타내었다. 또한 이를 이용하여 실제 발파설계 상황을 가정하여 발파패턴을 제안하도록 한 결과 일부 항목에서 보완이 필요하긴 하지만 일반적 설계와 유사한 결과를 나타내었다. 본 연구가 기초연구 성격이어서 전체 발파설계를 완벽하게 수행하기는 아직 부족하지만, 향후 충분한 발파설계데이터를 확보하고 세부적인 처리과정을 보완하여 실용적인 활용이 가능하도록 추가 연구를 수행할 계획이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권6C호
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• pp.395-406
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• 2006

상부의 큰 하중을 지탱해야 하는 경우에는 일반적인 기초 형식으로서 현장타설말뚝공법이 많이 사용된다. 이러한 현장타설말뚝의 시공은 연약한 토사 지반을 관통하여 암반까지 굴착을 실시하는 것이 일반적이며, 지지력의 대부분은 암반층 근입부에서 발휘되게 된다. 현장타설말뚝의 지지력은 선단지지력과 주면저항력의 조합으로 이루어지게 되며, 과도한 침하가 발생하지 않고 지지력을 얻기 위해서는 근입부의 직경과 길이가 충분하여야 한다. 말뚝의 극한지지력에 있어서 선단지지력은 큰 비중을 차지한다. 그러나, 일반적으로 주면저항력은 선단지지력에 비해서 훨씬 작은 두부 침하량에서 발현된다. 또한 선단부 거동특성은 천공과정에서 발생하는 근입부 바닥에서의 잔류물에 의해서 영향을 받게 된다. 그러나 이러한 잔류물을 근입부에 잔류시키지 않기 위해서는 시공과 검사가 제대로 이루어져야 한다. 이것은 매우 어려우며 비경제적이다. 특히 암반층 근입부가 깊은 경우에는 물이나 천공 슬러리를 사용하여야 하므로 더욱 어렵다. 이러한 이유들로 인해서 작용 하중하에서 말뚝의 거동은 주면부 거동특성에 따라 좌우되게 된다. 따라서 복잡한 발현기구를 가진 주면저항력에 대해서 주로 관심을 가지게 되는 것이다. 본 연구에서는 주면저항력에 관해서만 연구를 하였다. 콘크리트 말뚝체와 주변 암반 사이의 상호작용은 말뚝 거동특성에 있어서 가장 중요한 요소이며, 시공방법에 따라서 큰 영향을 받는다. 본 연구에서는, 탄소성 해석(FLAC 2D)을 통하여 근입부의 거칠기 경사, 높이와 같은 거칠기 특성, 근입부를 형성하는 주변 암반의 강도 특성과 변형 특성, 근입부의 깊이와 길이 등이 최대단위주면저항력에 미치는 영향에 대한 검토를 실시하였다. 변수 연구를 통하여 최대단위주면저항력에 있어서는 근입부의 연직응력, 거칠기 높이와 근입부 암반의 점착력 및 포아슨비가 중요한 요소임을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권4호
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• pp.479-499
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• 2019

공용중인 터널의 조사 및 평가는 시설물안전법의 안전점검 및 정밀안전진단 세부지침(터널)편에 따라 외관조사와 내구성조사를 근거하여 상태평가를 수행하고 있다. 본 연구에서는 종방향균열의 발생요인 파악을 위해 준공 후 10년이 경과되어 최초 정밀안전진단이 실시된 NATM터널 12개에 대해 균열과 라이닝의 두께를 검토하여, 이를 반영한 상태평가 수정사항을 모색하였다. 종방향균열에 대한 굴착지반의 영향을 검토하기 위해 지보패턴, 이를 구성하는 지보재 시공 조건, 라이닝의 재료적 특성, GPR탐사를 통한 라이닝 두께 등을 터널 형상 및 용도에 따라 4개의 그룹으로 나누어 자료를 분석하였다. 균열발생밀도는 숏크리트, 록볼트, 강지보재의 지보재 지지능력에 따라 변화되나 굴착지보패턴에 따른 균열발생과의 연관성은 낮은 것으로 나타났다. 라이닝 재료적인 특징인 물-시멘트비, 시멘트함유량, 강도 등이 균열발생에 영향을 주는 것으로 나타났다. 또한, GPR탐사의 라이닝 두께를 반영한 상태평가에서는 평균 0.03 정도(분포, 0.001~0.071)의 점수증가를 야기하는 것으로 확인되어 향후 라이닝 두께 부족을 고려하는 현실적인 상태평가 방안에 대한 검토가 필요하다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제27권10호
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• pp.35-43
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• 2011

본 연구의 대상지역은 영주댐 건설로 인해 이설되는 중앙선 철도 건설 예정지로 수 km에 걸쳐 연성전단작용에 의한 습곡과 압쇄암이 분포한다. 연성전단대는 지질시대 동안 작용한 단층작용으로 변형되어 복잡한 지질구조를 보인다. 연성전단대는 고온고압의 지하십부(>8km)에서 작용한 변형에 의한 광물의 재결정 작용으로 엽편상의 유동조직을 가지는 압쇄암이 발달하며, 이로 인해 지표부근(<2km)의 변형으로 형성된 단층대와 구별되는 공학적 특성을 가진다. 압쇄암의 특성을 파악하기 위해 시편으로 제작된 암석을 대상으로 변형률과 변형에 수반된 압축구조의 모양을 분석하였다. 단층대의 변형된 모양은 엽리상의 편원(oblate)한 모양이 우세한 반면 압쇄대는 광물의 신장에 의한 편장(prolate)한 형태가 우세하다. 변형률은 변형이전 상태를 기준으로 단층대가 1.2배미만의 변형을 보이는 것에 비해 압쇄대는 최대 2.5배의 변형을 나타내는 것으로 분석되었다. 불연속면을 기준으로 적용한 암반분류에서 경암의 일축압축강도는 연암정도의 강도를 보였으며, 일정 시간 수침 후에 강도의 변화가 관찰 되었다. 본 연구결과 조사된 암석들의 공학적 특성은 광물조성과 화학 조성에 기초한 풍화저항력이 비교적 높은 것을 고려할 때 압쇄작용에 수반된 미세균열구조에 의한 것으로 판단되었다. 따라서 압쇄암이 넓게 분포하는 지역에서 터널굴착을 하는 경우, 미세균열에 의한 팽창과 지하수 유입에 의한 강도저하가 발생할 수 있으므로 시공시 각별한 주의가 필요한 것으로 판단되었다.

• 한국재난관리표준학회지
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• 제3권2호
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• pp.57-64
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• 2010

본 연구는 신설 터널 발파 시 기존 터널 거동 및 시설물 안전에 관한 연구로서 설계 당시에는 신설 터널의 안전성에 초점을 맞추다 보니 기존 터널 내부에 설치되어 있는 제연 팬 등과 같이 시설물의 안전성을 확보하기 위한 세부적인 설계에 있어서 다소 미흡한 면이 있었다. 기존 터널의 최근 10년간 교통사고 유형을 분석한 결과 주행 중인 차량 간 긴급 상황 및 상호 장애요소 발생 시 미처 대처하지 못해 발생하는 사고가 대부분인 것을 알 수 있었다. 이런 점을 감안하여 신설 터널 시점 부 및 본선 구간 발파 시 장약량을 최소화하였고 피난연결통로 굴착은 대구경 심빼기 발파공법으로 변경 시공하여 진동을 최소화함으로써 기존 터널 내부의 시설물 안전성을 확보하였다. 정량적 분석 방법으로서는 각종 계측기를 설치하여 신설 터널 주변 민가, 기존 터널 내부 및 제연 팬 주위에 설치하여 실시간 변위를 파악하여 교통류 차단 없이 정상 흐름을 확보하였다. 향후 대도심지에 위치하면서 기존 터널과 인접한 터널 설계 시 터널 내부 시설물 안전성 확보를 위해 발파 장약량, 발파공법 및 계측방법의 개선 방안을 제시하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제7권2호
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• pp.153-163
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• 2005

본 논문에서는 타이 방콕의 지하철 터널현장과 홍수방지용 터널현장에 대한 사례연구를 수행하였다. 첫 번째 사례연구는 복식터널인 방콕 MRT 지하철 현장으로써 터널연장이 대략 20 km이고 18개의 정거장으로 구성되어져 있다. 터널은 지표면으로부터 15~20m 깊이에 위치하는 첫 번째 단단한 실트성 점토층에 위치한다. 현장계측으로부터 얻어진 굴착에 의한 지반의 변위거동이 제시되었다. 평면변형율 유한요소해석을 통하여 역해석을 수행하였으며, 이로부터 나온 결과는 현장에서 계측된 결과와 일치하였다. 유한요소해석으로부터 산정된 전단변형율은 0.1~1.0%의 범위내에 존재하였으며, 자동보링 프래셔미터 시험으로부터 나온 결과와 비슷하였다. 한편, 두 번째 사례연구는 지하 장애물 밑으로 관통하는 EPB타입의 터널공사 현장과 관련이 있다. Premprachakorn 홍수방지용 터널은 장마시기에 홍수를 Choapraya강으로 전환하기 위한 지름길의 터널이다. 터널은 대략 지하 20~24m에 위치한 매우 단단한 실트성 점토층에 EPB타입 쉴드터널공법에 의하여 건설되었다. 터널이 이미 존재하고 있는 방콕의 주된 용수터널과 다리의 기초 아래에서 시공되는 동안에 현장계측이 수행되었으며, 이 계측결과를 유한요소해석으로부터 산정된 결과와 비교하였다. 또한 손상평가를 예측하기 위한 수단으로 방지 리스크 포텐셜 방법을 제시하고 논의하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권2호
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• pp.453-467
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• 2018

쉴드 TBM 공사에서 굴진율 예측과 마모량 예측은 설계 및 시공 단계에서 공사비와 공기를 추정하는데 매우 중요한 요소이다. 암반지반용 TBM의 경우 실험이나 축적된 현장 data를 기반으로 CSM 모델, NTNU 모델 등이 커터 마모량부터 굴진율 예측까지 널리 사용되고 있으나, 토사지반용 TBM은 지반의 복잡성과 정확한 실험방법의 부재로 인해 이를 정확하게 예측할 수 있는 모델이 없는 실정이다. 본 연구에서는 기존에 존재하는 토사지반용 TBM 실험장치들의 단점을 개선하여 TBM 굴착과정을 모사한 실험 장치(Soil Abrasivity Penetration Test, SAPT)를 개발하였다. 회전당 관입 깊이, RPM, 첨가재(foam) 배합비 및 농도 등의 TBM 굴진에 영향을 미치는 주요 변수들에 대한 시험을 실시하여 추력, 토크 등의 변화를 살펴보고 마모량을 측정하였다. 모래(규사) 70%와 점토(일라이트) 30%로 조성된 인공시료에 대한 실험 결과 foam 배합비가 굴진성능과 마모량에 주요한 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.887-895
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• 2019

인구 초과밀화 현상이 심해지고 있는 국내 수도권 및 대도시에서 발생되고 있는 교통문제 해결을 위해 지하도로 개발 사업이 늘어나고 있으며, 시공성과 경제성의 이점을 가지는 복층터널 기술을 적용하여 다수의 지하도로를 계획하고 있는 추세이다. 복층터널은 하나의 굴착단면을 두 개로 나눠 상하행선으로 사용하는 방식으로 대부분 층고가 낮아 소형차량 전용도로로 사용되고 있는 실정이다. 또한, 이러한 소단면 특성으로 인해 환기 및 방재 측면에서도 일반 도로터널과 상이한 특성을 가지게 된다. 본 연구에서는 복층터널과 같이 층고가 낮은 소단면 터널에 반횡류식 환기방식의 하나인 대배기구 방식을 적용한 운영안을 제시하고 FDS 시뮬레이션을 통해 화재발생 위치와 대배기구 배연 방식 등에 따른 배연 특성을 비교하여 분석하였다. 그 결과 균일배기와 달리 대배기구를 이용하여 집중배연시 연기의 확산지연 효과가 최대화 되고 연기가 화재지점 상하류 50 m안에 제한시킬 수 있었다.