• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권3호
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• pp.257-272
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• 2016

TBM으로 터널 시공 중 막장면에서 갑작스럽게 문제가 발생하는 경우 공간적인 제한 때문에 NATM공법으로 시공되는 터널에 비해서 적절한 대처를 하기가 어렵다. TBM으로 터널 시공 중에 막장전방의 지반상태를 예측하는 것은 매우 중요하기 때문에 탄성파, 전자기파 등을 이용하여 TBM 면판 전방의 지반상태를 예측하는 연구 및 기술개발이 이루어졌다. 대부분의 TBM 현장에서는 공사기간 및 비용을 고려하여 1개의 막장전방 예측기법을 적용한다. 그러나 막장전방 예측기법의 종류에 따라서 탐사심도, 적용 가능한 지질조건, 예측할 수 있는 대상, 예측 정확도 등이 다르다. 복합적인 지질조건에 위치한 TBM 터널 시공 시에는 여러 가지 막장전방 예측기법을 적용하는 것이 막장 전방의 지질 조건을 정확하게 예측할 수 있을 것으로 판단된다. 여러 가지 막장전방 예측기법을 동시에 적용하였을 경우 각각의 기법으로부터 얻어진 지반상태는 다른 결과를 나타낼 수 있다. 따라서 본 연구에서는 각각의 막장전방 예측기법으로부터 얻어진 막장전방의 지반상태를 종합적으로 평가하기 위한 방법을 제안하였다. 확률론적 분석과 계층분석기법을 이용하여 막장전방의 지반 상태를 종합적으로 평가할 수 있는 통합 모델을 제시하였다. 또한 본 연구에서 제안한 모델을 가상의 지반에 적용하여, 종합적으로 지반 상태를 평가할 수 있음을 확인하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.35-45
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• 2018

터널을 굴착할 때 터널 막장 전방의 지반 상태를 예측하는 것은 중요하다. 따라서 국내외에서 TBM 현장에 적용 가능한 터널 막장 전방의 지반조건을 예측할 수 있는 기법에 대한 다양한 연구가 수행되었다. 본 연구에서는 TBM 현장에서 적용되는 막장전방 예측기법에 대한 사례를 조사하였다. TBM 현장에서 필요한 막장전방 예측기법과 탐사심도에 대한 요구사항을 결정하기 위하여 10년 경력 이상의 TBM 오퍼레이터들을 대상으로 설문조사를 수행하였다. 설문조사 결과를 바탕으로 TBM 현장에 적용 가능한 막장전방 예측기법들을 제안하였다. 그중 TBM 현장에 적용 가능한 막장전방 예측기법 중 한 가지는 커터헤드에 위치한 디스크 커터를 전극으로 이용하여 전기비저항 탐사를 수행하는 것이다. 따라서 본 연구에서는 TBM 현장에서 전기비저항 탐사를 통한 막장전방 예측기법의 적용성을 평가하기 위해 실내 시험을 수행하였다. 그 결과, TBM 직경의 0.3배까지 막장 전방의 지반상태를 예측할 수 있는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제13권6호
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• pp.476-485
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• 2003

본 연구의 목적은 막장전방에 파쇄대가 존재할 때 터널 3차원 내공변위를 여러 가지 방법으로 해석하여 변위의 변화 경향을 밝히고 지질변화를 예측하는 계측해석기법을 제시하는 것이다. 안정된 지하 암반에 터널을 굴착하게 되면, 터널 막장면을 포함한 무지보 굴착면 주위에 3차원적인 하중전이 현상이 나타나는데 막장 전방의 지반 상태가 변화하거나 연약 파쇠대층이 존재하면 특정한 변위 경향을 보이는 것으로 기존 연구결과 알려져 있다. 터널 천단부 축방향 변위/수직변위 비 등으로부터 터널 막장 전방에서 지반의 강성이 변화하는 불연속면의 존재를 예측할 수 있다. 그러므로, 시공중인 터널 내에서 3차원 절대 내공 변위를 측정하여 본 연구에서 제시된 계측해석 기법을 적용하면 터널 막장 전방의 지층변화나 파쇄대층의 존재를 사전에 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제6권1호
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• pp.71-83
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• 2004

본 연구의 목적은 막장전방에 연약대가 존재할 때 터널 3차원 내공변위를 여러 가지 방법으로 해석하여 변위의 발생경향을 밝히고 지질변화를 예측하는 해석기법을 제시하는 것이다. 안정된 지하 암반에 터널을 굴착하게 되면, 터널 막장면을 포함한 무지보 굴착면 주위에 3차원적인 하중전이 현상이 나타나는데 막장 전방의 지반 상태가 변화하거나 연약대가존재하면 특정한 변위 경향을 보이는 것이 3차원 계측 및 수치해석결과 확인되었다. 그러므로, 시공중인 터널 내에서 3차원 절대 내공 변위를 측정하여 본 연구에서 제시된 계측해석 기법 (L/C비, $C/C_o$ 등)을 적용하면 터널 막장 전방의 지층변화나 연약대의 존재를 사전에 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제8권2호
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• pp.101-113
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• 2006

안정된 암반에 터널을 굴착하는 경우 아칭효과에 의해 막장주변에 응력재배치가 발생하고 터널 막장 전방에 연약대가 존재하는 경우 응력재배치가 충분히 이루어지지 않아 막장과 연약대 사이의 응력집중으로 인해 변위가 발생하게 된다. 만일 막장에 근접하여 측점에서 종방향, 횡방향, 연직방향의 3차원 절대좌표가 측정되는 경우 막장전방의 지반거동이 반영된 3차원 절대변위가 산정되고, 이러한 3차원 절대변위의 분석을 통해 막장전방의 지반조건을 예측할 수 있게 된다. 본 연구에서는 4개 현장에서 측정된 3차원 변위비의 경향선과 천단침하의 영향선/경향선 분석을 실시하여 연약대 위치를 추정하였고, 3차원 절대변위의 분석에 의해 추정된 연약대 위치를 동일한 구간에서의 TSP탐사로 추정된 연약대 위치와 비교함으로써 3차원 절대변위 해석기법의 현장 적용성을 검증하였다.

• 화약ㆍ발파
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• 제31권2호
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• pp.40-49
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• 2013

터널 막장전방의 지반조건을 예측하는데 굴절법 탄성파탐사가 주를 이루어 왔으나, 최근에는 탄성파탐사 기기 및 기법의 발전에 힘입어 시추공을 이용한 토모그래피 등이 활발히 적용되고 있다. 본 논문은 TSP (Tunnel Seismic Prediction) 탐사장비를 이용하여 막장전방의 지반조건을 예측함으로써 암질 변화구간이나 단층, 파쇄대등 지질이상대를 파악하여 터널 굴착 시 시공 및 안정상의 문제점을 예방하는데 목적이 있다. 본 연구에서는 ${\bigcirc}{\bigcirc}$-${\bigcirc}{\bigcirc}$ 도로개설현장에서 적용된 TSP탐사에 의한 터널전방의 지질이상대를 파악한 사례로 막장탐사 방법의 타당성을 살펴보고자 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제6권4호
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• pp.327-343
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• 2004

터널 시공 도중이나 터널 굴착 직후 주지보재에 의한 보강 전에 터널막장 전방에 존재하는 연약암반 혹은 단층파쇄대로 인해 유발되는 터널막장의 붕괴사고가 빈번이 일어나고 있다. 기존의 지반탐사방법으로는 터널막장부근에 있는 연약암반이나 단층파쇄대를 찾기 어렵다. 본 연구에서는 이러한 문제점들을 극복하고 기존의 탐사방법들을 보완하기 위해 전자기파를 이용한 터널전방 예측방법을 제안하였다. 전기장의 특성을 고려한 Coulomb 및 Gauss 법칙을 이용하여 절리를 가지는 암반에서의 전기장을 해석하였다. 이를 바탕으로 터널막장 전방에 구형연약암반과 단층파쇄대가 존재하는 경우에 대하여 각각 전기장해석을 수행하여 이론식을 도출하였다. 또한 개발된 해석기법을 작용하여 터널 전방에 구형연약이역과 단층파쇄대가 존재하는 경우에 대하여 예제해석을 수행하였다. 해석결과는 터널 전방에 부착된 몇 개의 전극에서 측정된 암반의 저항으로부터 역함수기법을 이용하여 터널 전방에 존재하는 연약지역의 등가 크기, 위치 및 성질을 정확하게 예측할 수 있음을 보여주었다. 암반에서의 전기저항 가탐심도는 터널막장의 크기, 자연전위 및 기타 전기적 신호에 의해 영향을 받음을 알 수 있었다. 제시된 해석기법은 실내시험을 통하여 검증하였다. 가로, 세로, 높이가 각각 5cm인 콘크리트 블록 1800여 개를 가지고서 3방향 절리를 가진 암반상태를 구현하였고 터널 전방에 전기전도도가 콘크리트 블록보다 상대적으로 높은 물질을 이용하여 연약지반을 구현하였다. 모델링을 통한 실험결과는 해석결과와 거의 일치함을 보여주었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.1-12
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• 2016

TBM 시공 중에는 설계단계에서 예측하지 못한 지반과 조우할 수 있다. 그 중에서 TBM 굴진의 안정성을 저해하는 위험지반과 조우할 경우, 예상치 못한 문제로 인한 공사비 증가, 공기 지연 등으로 상당한 경제적 손실이 발생하게 된다. 따라서 시공 중 예상치 못한 리스크를 최소화하는 것은 TBM 프로젝트에서 매우 중요한 문제이다. 본 논문에서는 TBM 시공 중 막장전방의 위험지반을 사전에 예측하는 방안과 해당 위험지반으로 인해 발생 가능한 리스크 사건을 제시하였다. 또한 리스크 사건의 위험도를 평가하고, 대응이 필요한 리스크 사건에 대하여 대책공법을 제시할 수 있는 TBM 리스크 관리 시스템을 개발하였다. 먼저 TBM 굴진 중 안정성을 저해하는 위험지반들로 인해 발생 가능한 리스크 사건을 정리하였으며, 시공 중 막장전방의 위험지반을 예측하기 위한 방법으로 전기비저항 탐사기법을 활용하였다. 이렇게 예측한 위험지반에서 발생 가능한 리스크 사건의 위험도 평가는 위험지반 조우 시 리스크 사건의 발생확률과 리스크로 인한 다운타임의 크기에 대한 상호 영향도를 고려하여 수행한다. 평가 결과 등급에 따라 대응이 필요한 리스크 사건에 대하여 대책공법들을 제시하였으며, 여러 대책공법 중 최적의 대책공법을 객관적인 기준으로 선정하기 위하여 공사비와 공사기간 등을 속성으로 한 다기준 의사결정론을 활용하였다. 마지막으로 본 시스템의 검증을 위해 실제 리스크가 발생했던 EPB Shield TBM 현장에 개발 시스템을 적용하여, 시공 중 효과적인 리스크 관리를 통해 발생 가능한 리스크의 사전 대응이 가능함을 확인하였다.

• 자연, 터널 그리고 지하공간
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• 제20권3호
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• pp.21-26
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• 2018

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.99-112
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• 1999

막장 전방에 파쇄대 등의 불연속면이 존재할 경우, 이를 미리 예측하지 못한채로 굴진을 하게 되면 파쇄대로 인해 터널 굴진에 따라 발생된 종방향 아칭에 영향을 주어 막장면 전방에 응력이 집중하게 된다. 터널 및 지하공간의 설계시에는 불확실한 설계요소를 과다하게 내포하고 있으므로 경제적이고 안정성이 확보된 터널 시공을 위해서는 터널 막장면에서의 정확한 계측으로 막장 전방의 파쇄대를 예측하여 터널 지보체계에 신속히 대비함이 필요하다. 최근의 연구결과에 의하면 3차원 절대변위계측에 의해 터널의 시공 시 굴진에 따라 지반의 강도차이로 인해 발생된 종방향 변위의 변화를 측정하여 막장 전방의 불연속면을 미리 예측할 수 있다고 하였다. 본 연구는 혼합법을 사용한 3차원 수치해석으로부터 얻어지는 변위로부터 L/C (천단부의 종방향 변위[L]와 천단부의 침하량[C]의 비 )와 S/C (측벽의 수평방향 변위[S]와 천단부의 침하량[C]의 비), (Ll-Lr)/C (좌측벽의 종방향변위[Ll]와 우측벽의 종방향변위[Lr]의 차와 천단부의 침하량[C]의 비), 평사투영법을 중심으로 지반에 파쇄대가 존재할 경우에 대해 여러 가지 초기 지중응력조건에서 터널 굴착에 따른 3차원 절대 변위를 분석하여 그 존재를 예측할 수 있는 기법을 제시하였다.