• 대한토목학회논문집
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• 제34권2호
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• pp.505-513
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• 2014

본 논문은 암반지층에서 다양한 암반종류 및 절리조건들을 고려하면서 굴착벽체에 작용하는 토압에 대한 절리의 영향을 조사한 것이다. 이를 위해 본 연구는 먼저 기존 선행연구에 대해서 살펴보고 그 다음으로 기존 선행연구의 한계를 극복하기 위하여 개별요소법에 근거한 수치해석적 매개변수해석을 수행하였다. 수치해석은 매개변수로서 암반종류 및 절리조건(절리면의 전단강도, 절리경사각 및 절리군의 수)을 고려하였으며, 지반과 굴착벽체의 상호작용하에 발생된 토압의 크기 및 분포특성이 조사되었다. 이와 더불어, 암반지층에서 발생된 토압과 토사지반에서의 경험토압인 Peck토압이 서로 비교되었다. 비교결과 절리가 형성된 암반지층에서 발생된 토압은 암반의 종류 및 절리조건에 따라서 크게 영향을 받았으며 토사지반에 대한 Peck의 경험토압과 서로 다른 결과를 나타내었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권6호
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• pp.29-39
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• 2022

도심지 원형 수직구 굴착 시 주변 지반의 침하는 포장 하부에 설치된 인프라시설의 안정성 뿐만 아니라 상부구조의 안정성에 큰 영향을 미친다. 배면지반의 침하량을 예측하는 방법은 지반조건, 벽체 변위, 해석 방법 등에 따라 달라지므로 근접시공 설계자는 합리적으로 침하량을 예측해야한다. 본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 활용하여 굴착심도별로 지하수의 침투에 따른 영향을 고려하기 위해 비정상류, 정상류, 지하수를 고려하지 않은 조건으로 배면지반의 침하와 벽체의 변위 그리고 토압분포를 검토하였다. 수치해석결과, 배면지반의 침하량과 침하영향범위는 비정상류 상태가 정상류 상태보다 크게 발생하였으나 벽체의 수평변위는 반대로 정상류 상태가 비정상류 상태보다 크게 나타났다. 침하량의 크기는 굴착 깊이에 따라 다르게 나타났으며 굴착 깊이 별로 토사층에서 가장 크고 풍화암층, 연암층 순으로 감소하였다. 또한 수압을 포함한 수평응력값을 기존의 Rankine 토압식과 비교했을 때 토사지반에서는 유사한 경향을 보이나 암반층에서는 수치해석 결과보다 작은 토압형태가 나타남을 확인 할 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.1003-1022
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• 2018

본 연구에서는 Shield TBM 터널굴착이 기 시공된 단독말뚝의 하부를 근접하여 통과할 경우 터널 막장압에 따른 말뚝의 공학적 거동을 파악하기 위해 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 이때 터널 막장압의 크기를 터널굴착 이전 springline 위치에서 수평토압의 25~100%로 변화시키면서 그 영향을 고찰하였다. 수치해석에서는 막장압의 변화에 따른 터널굴착으로 유발된 말뚝의 침하, 축력 및 전단응력을 고려하였다. 말뚝의 두부침하는 막장압의 크기를 가장 크게 적용한 조건이 막장압의 크기를 가장 작게 적용한 조건에 비해 약 44% 감소하여 발생하였다. 말뚝의 최대축력은 막장압의 크기를 가장 작게 적용한 조건에서 가장 크게 나타났으며, 이는 막장압의 크기를 가장 크게 고려한 조건에 대비하여 약 21% 큰 것으로 분석되었다. 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동은 막장압의 변화에 따른 지반침하의 영향을 크게 받는 것을 알 수 있었으며, 막장압의 크기에 따른 말뚝 및 지반의 거동을 등고선을 이용하여 재분석하였다. 또한 모든 막장압 조건에 대하여 말뚝의 겉보기안전율이 1.0 이하로 산정되어 터널굴착이 인접말뚝에 유해한 영향을 끼치는 것으로 판단된다. 따라서 본 연구를 통해 말뚝의 거동에 영향을 미치는 주요인자를 막장압의 변화에 따라 심도 있게 고찰하였다.

• 터널과지하공간
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• 제16권5호
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• pp.377-386
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• 2006

본 연구에서는 기존의 시추공 시험 발파 결과를 이용한 분석뿐만 아니라, 3차원 수치 해석으로 터널 굴착 시 실제 발파와 동일한 조건을 적용한 발파진동영향 검토를 실시하고 주변 구조물에 미치는 진동 영향을 분석하여 발파패턴 설계를 수행하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제34권10호
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• pp.29-38
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• 2018

굴착공 저면에 형성된 슬라임은 현장타설말뚝의 과도한 침하 및 지지력 감소를 야기하므로 콘크리트 타설 전 해당 슬라임에 대한 조사가 요구된다. 본 연구에서는 굴착공 내 전기적 특성을 이용하여 굴착공 저면에 형성된 슬라임을 평가하기 위한 기법으로써 슬라임미터(slime meter)를 개발하였다. 슬라임미터는 전극 및 온도센서가 설치된 프로브 및 로터리엔코더가 설치된 프레임으로 구성되어 굴착공 심도에 따라 온도영향이 고려된 전기비저항을 평가할 수 있다. 슬라임미터의 적용을 위하여 직경 3m, 심도 46.9m의 굴착공에 대해 시험시간 및 위치가 서로 다른 총 3회의 현장실험이 수행되었다. 3회의 현장실험 모두 굴착공 내 유체에서 일정한 전기비저항이 측정되었으나 슬라임 표면이 존재하는 심도에서 전기비저항이 급격히 증가하는 결과를 보였으며, 해당 심도 및 지반 굴착심도의 차를 이용하여 슬라임의 두께를 산정할 수 있었다. 슬라임 두께 산정 결과, 동일 실험위치에서의 슬라임 두께는 시간 경과에 따라 증가하였으며 가장자리에서의 슬라임이 중앙부의 슬라임보다 두껍게 평가되었다. 본 연구에서 개발된 슬라임미터는 간소화된 장비구성으로 굴착공 내 전기비저항을 평가하여 슬라임 두께를 산정하므로 향후 굴착공 저면의 슬라임 평가를 위한 기법으로써 활용될 수 있을 것이라 기대된다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제21권4호
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• pp.101-109
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• 2022

본 연구에서는 근접 굴착에 의한 지하 인프라 매설물의 변위 발생에 미치는 되메움 재료 종류의 영향을 검토하기 위하여 일련의 실내모형실험을 수행하였다. 모형실험에서는 기존 매설물 주변의 되메움 재료를 일반 토사(주문진 표준사)와 CLSM으로 적용하였으며, 실험결과를 바탕으로 굴착면과 되메움부의 이격거리에 따른 굴착 단계별 매설물의 변위를 분석하였다. 매설물 주변의 되메움 재료로 토사를 적용한 경우, 굴착으로 인한 배면의 토사가 붕괴한 후 안식각을 이루며 사면 안정화가 이루어 지는 과정이 굴착 단계마다 반복되었다. 그리고 토사의 붕괴선이 매설물 설치 위치를 지나게 되는 굴착 단계에서 매설물의 변위가 발생하기 시작하였다. 되메움 재료로 CLSM을 적용한 경우, 굴착면과의 이격 거리와 관계없이 되메움 심도까지 굴착이 진행되어도 모형지반의 수평 및 연직 변위는 거의 발생하지 않았다. 이러한 결과를 바탕으로 지하 매설물 설치 후의 되메움 재료를 선택함에 있어서 CLSM과 같은 비교적 강성이 큰 재료를 선택함으로써 근접 굴착으로 인해 발생되는 횡토압에 대한 저항과 원지반의 붕괴 억지 효과를 기대할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권6호
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• pp.637-652
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• 2015

본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 실시하여 말뚝에 인접한 터널시공으로 인한 말뚝의 거동을 터널로부터 말뚝선단의 횡방향 이격거리를 고려하여 분석하였다. 단독말뚝 및 간격 2.5d인 $5{\times}5$ 군말뚝을 고려하였다. 여기서 d는 말뚝의 직경을 의미한다. 수치해석에서는 순수하게 터널굴착(tunnelling-induced) 으로 인해 유발된 말뚝침하, 전단응력, 상대변위, 축력분포, 겉보기안전율 및 터널굴착 영향권을 고찰하였다. 말뚝이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 내부에 존재할 경우 말뚝두부의 침하는 Greenfield 조건의 지표면 침하보다 최대 대략 111% 크게 산정되었고, 군말뚝의 경우 단독말뚝과 비교하여 말뚝침하가 크고 축력이 작게 나타났는데 이는 군말뚝내의 말뚝이 인접지반과 함께 블록(block)의 형태로 거동하는 것으로 분석되었다. 또한 말뚝의 상부에서는 상향의 마찰 저항력이 발생하고 말뚝의 하부에서는 하향의 마찰 저항력이 발생하여 순수하게 터널굴착(tunnelling-induced)으로 인해 말뚝에는 인장력을 발생시켰다. 한편 말뚝이 영향권 외부에 존재할 경우 말뚝에는 tunnelling-induced 압축력이 발생하였다. 수치해석을 통해 분석된 하중-침하 관계로부터 말뚝의 겉보기안전율을 계산한 결과 터널굴착 이전에 비해 대략 45% 감소된 것으로 나타났다. 따라서 이는 말뚝의 사용성에 심각한 문제를 유발시킬 수 있는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 지반침하 영향권에 따른 단독말뚝 및 군말뚝의 거동을 심도 있게 고찰하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권4호
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• pp.337-356
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• 2012

본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 실시하여 사용 중인 단독말뚝 및 군말뚝의 측면에서 실시된 터널굴착에 의한 말뚝의 거동을 분석하였다. 수치해석에서는 터널굴착으로 유발된 말뚝-지반 경계면에서의 전단응력전이를 미끄러짐(slip)을 고려할 수 있는 접촉요소(interface element)를 이용하여 분석하였다. 본 연구는 말뚝-지반경계면에서의 전단응력, 말뚝의 축력 및 지반 및 말뚝의 변형에 대한 분석을 포함한다. 탄성이론에 근거한 기존의 연구는 말뚝의 거동에 영향을 미치는 주요인자들을 적절히 고려하지 못하여 말뚝의 거동을 명확하게 분석할 수 없는 것으로 나타났다. 터널굴착으로 유발된 말뚝-지반 사이에서의 전단응력전이로 인하여 말뚝인접 지반의 전단응력 및 말뚝의 축력분포가 크게 변하는 것으로 나타났는데, 터널 springline 상부에서는 하향의 마찰력이 발생하였으며, 그 하부에서는 상향의 저항력이 발현되어 말뚝에는 압축력이 발생하였다. 경계면에서의 전단응력 발현정도는 말뚝-지반의 상호거동에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 군말뚝의 축력분포에 대한 분석결과 단독말뚝에 비해 터널굴착의 영향을 덜 받는 것으로 나타났다. 터널굴착으로 유발된 말뚝의 침하와 관련된 말뚝의 겉보기 지지력 감소는 크지 않은 것으로 분석되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권3호
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• pp.575-592
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• 2018

최근 도심지 지상 구조물의 포화와 함께 극심한 교통난에 대한 해결책으로 터널과 같은 지하공간 개발의 중요성이 커지고 있다. 이러한 이유로 현재 국내의 많은 지역에서 터널 시공이 이루어지고 있으며, 다양한 터널 확충 정책이 건설계의 화두가 되고 있다. 하지만, 터널굴착에 의한 지반거동을 사전에 분석하는 것은 다양한 조건을 해석하고 고려해야 하므로 매우 어려운 일이다. 기존의 구조물 하부 터널굴착에 대한 연구는 많은 연구자에 의해 수행되었지만, 대부분의 연구에서는 지하수위의 영향을 거의 고려하지 못하였다. 지하수위에 따라 발생되는 간극수압은 지반의 전단강도에 지대한 영향을 미치므로, 지하수 고려 여부에 따라 지반의 거동은 크게 달라질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제점을 고려하지 못한 기존 연구의 한계에서 나아가, 얕은 기초 아래 터널굴착 시 지하수위 위치가 지반거동에 미치는 영향을 효과적으로 분석하고자 한다. 이에 따라 지하수위를 고려할 수 있는 새로운 시험 장치를 개발하였으며, 실내모형시험과 함께 근거리 사진계측을 사용하여 분석을 실시하였다. 또한, 수치해석을 통해 소성해석과 연계해석을 수행하여 실내모형시험 결과와 비교하였다. 두 가지의 수치해석 방법과 실내모형시험 결과를 비교하여 실제 도심지 터널 굴착 모델에 적합한 모델을 제시하고자 한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.451-468
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• 2020

단면이 작게 만들어진 노후화된 터널은 만성적인 교통정체를 유발한다. 이는 터널의 확폭을 통하여 해결할 수 있다. 일반적으로 터널을 확폭할 경우, 기계식 또는 발파식 굴착방법을 통하여 기존터널의 외곽부를 굴착하게 된다. 이러한 굴착은 주변 지반뿐만 아니라 기존터널에도 영향을 미치게 된다. Pre-cutting 공법의 적용은 이러한 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 방법이 될 수 있다. 따라서 Pre-cutting을 적용하여 확폭을 수행할 경우, 이에 따른 영향분석은 필수적으로 수행되어야 한다. 본 연구에서는 터널 확폭에서 Pre-cutting을 적용할 경우, 이에 따른 영향을 분석하기 위하여 6가지의 지반등급에서 수치해석을 수행하였다. 해석에서는 확대차로와 Pre-cutting의 굴착길이를 변수로 하여 수행하였으며, 기존터널과 확폭터널의 천단침하에 주목하여 분석하였다. 그 결과, 확폭터널의 천단침하는 확폭이 완료가 되면, Pre-cutting의 굴착 길이와 상관 없이 동일한 값으로 수렴하는 것을 확인하였다. 기존터널의 경우, 굴진면의 전방 5 m 내에서 융기가 발생하였으며, Pre-cutting의 굴착 길이가 짧을수록 융기 발생 예방에 효과적인 것으로 나타났다.