• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제12권6호
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• pp.407-416
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• 2010

현재 널리 적용되고 있는 대표적인 터널보조공법인 강관다단그라우팅공법은 그라우팅 기술을 도입하여 지반의 물성치를 개선하는 개념이나, 풍화토 지반조건에서는 그라우트재 주입 시 입자의 막힘현상으로 주입범위가 극히 제한되어 계획했던 보강 범위 형성이 어려운 문제가 있다. 본 연구에서는 천공홀 가압 팽창 개념을 도입하여 터널 막장면에 Umbrella Type으로 천공홀을 설치하고 팽창형 강관을 삽입하여 터널을 보강하는 신공법에 대한 연구를 수행하였다. 신공법은 삽입된 강관을 팽창시킴으로서 주변 지반 다짐으로 인한 지반응력상태 변화를 유도하고 이로 인하여 터널 굴착에 의한 지반 거동을 안정하게 하는 공법이다. 본 연구에서는 천공홀 팽창으로 인한 주변 지반의 거동을 연구하기 위해서 챔버모형을 실시하였다. 세 가지 형태의 시험적인 팽창관에 대해 팽창 실험을 실시하여 천공홀 벽면에서의 응력과 변위를 이론과 챔버모형실험을 모델링한 수치해석 결과와 실험결과를 비교하였으며, 그 결과가 유사한 것을 확인하였다. 신공법의 터널 보강 효과를 평가하기 위하여 신공법과 강관다단그라우팅공법을 적용한 2차원 터널 수치해석과 Trapdoor 모형토조실험을 수행하였으며, 수치해석 결과와 실험 결과에서 모두 삼방향 팽창형 강관(하부 방향 무가압) 신공법을 적용하였을 경우에 터널 굴착 시 내공변위가 감소하는 결과를 보여주어 신공법의 적용가능성을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제25권4호
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• pp.383-396
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• 2015

모래자갈층에서 터널굴착 시 발생하는 지표침하에 의해 지상빌딩에 발생하는 손상도를 분석하였다. 모래자갈층의 두께와 터널까지의 심도는 약 20m이고 터널의 폭과 높이는 각각 12m, 8.6m이다. 터널은 막장전방을 3열의 강관다단그라우팅으로 보강하면서 시공하였다. 터널시공 중에 빌딩주변 36개소에서 지표침하를 계측하였고 이를 이용하여 3차원 지표침하면을 구하고 빌딩의 위치에 따라 처짐비와 수평변형율로 빌딩의 손상도를 평가하였다. 시공 중 계측된 지표침하는 약 1~4mm로 작았고 빌딩은 수평압축변형을 받는 상태가 되어 빌딩에 손상이 발생하지 않았다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권4호
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• pp.687-699
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• 2018

해저터널의 시공은 육상터널의 시공과 몇 가지 다른 부분이 존재하는데 지하수 이외에 해수가 존재하여 고수압을 받으며, 시공 중 지반보강이 육상터널보다 매우 어려운 점 등이 대표적이다. 그러므로 해저터널 시공 시 시공트러블 발생의 예방은 매우 중요하다. 본 고에서는 서해안 해저 약 60 m에 시공한 소형 슬러리 TBM의 굴진 성능을 분석하기 위하여 대상 지반의 지질학적 특성들과 기계적 특성들을 DB로 구축하였다. 구축한 DB 중 추력, 토크 및 RPM 등이 순굴진율에 주는 영향을 확인하고자 각 변수들 간의 상관분석을 실시하였다. 또한 구축된 DB로부터 비에너지와 FPI와의 상관관계를 분석하고 순 굴진율을 예측할 수 있는 경험식을 제시하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제24권12호
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• pp.53-60
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• 2023

최근들어 고속철도 및 도로 설계속도 향상과 더불어 터널건설공사가 차지하는 비중이 비례하여 높아지고 있다. 특히, 우리 나라 지형특성인 산악지가 많으므로 장대터널공사가 급증하고 있다. 이와같이 터널 장대화 추세로 단층대 구간을 회피하여 터널 설계 및 시공이 어려운 것이 현실이고 산악지에 터널건설은 설계 시에도 지반조사가 지형조건상 어려운 경우가 많아서 정밀한 지반 조사가 어렵고 이로 인하여 터널시공 중에 터널 주변 지반에 풍화 취약구간인 단층대들이 존재하는 경우에는 단층대 분포와 강도특성, 지하수 분포범위에 따라 굴착 중 터널 안정성에 직접적인 영향을 주게된다. 특히 본 연구대상 터널과 같이 터널 천정부에 일정 간격 이격되어 터널 상부에 단층대가 분포하고 있어 설계 시 지반조사에서 파악이 안된 경우에는 굴착 시간이 경과 후 터널바닥부 변형이 발생하게 되어 막장면 관찰을 통해 변위 발생 여부를 분석하는데는 한계가 있다. 따라서 유사사례 분석을 통해 변형 등이 발생하였을 때 적절한 보강방안에 대한 분석이 필요하다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권1호
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• pp.57-70
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• 2009

UAM(Umbrella Arch Method)의 효과 및 역학적 보강메커니즘에 대한 연구는 국내외에서 수치해석 및 실험 등을 통하여 상당한 진척이 이루어졌으나 실제 설계 및 적용에 있어서는 아직도 3차원 해석의 해석시간과 복잡성 등의 제약 때문에 UAM의 보강영역과 지반과의 환산물성을 이용하는 정량적이지 못한 2차원해석이 주로 사용되고 있다. 이러한 이유로 합리적, 이론적, 정량적이면서도 손쉽게 수행할 수 있는 설계 및 해석기법이 요구되고 있다. 본 연구에서는 UAM의 보강효과가 미치는 범위를 파악하고 그라우팅 전 후의 강관저변지반 물성변화를 파악하기 위하여 연직방향의 UAM 현장실험 및 실내시험을 수행하였다. 풍화토, 풍화암 지반에 UAM 적용시 그라우트의 주입에 의한 주변지반의 물성치 증가는 미미하며, 강관외부와 천공구경 사이의 공간 및 강관내부에 형성된 시멘트구근과 강관으 강성만이 지반보강 효과에 기여한다는 것을 확인하였다. 이러한 결과와 내공변위제어법(CCM; Convergence Confinement Method) 개념을 바탕으로, 2차원 축대칭해석을 실시하여 막장효과, UAM효과와 지보재효과를 종단변위곡선(LDP)으로 나타내었다. 또한, 2차원 평면변형률 해석시 UAM의 지보효과를 내압의 크기로 변환하여 이를 고려하는 하중분담법을 제안하였다. 이 방법과 기존의 등가환산물성을 적용하는 해석을 비교한 결과, 지반조건, 터널의 심도 및 크기, 강관조건, 초기응력상태 등에 따라 차이가 있지만, 기존의 해석방법에서의 변위량이 새로운 방법에 비해 더 크게 발생하는 것으로 나타나, UAM의 종방향 빔 지지효과를 제대로 평가하지 못하는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권3호
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• pp.233-243
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• 2008

터널 건설시 조사 및 설계 단계에서 예측한 터널의 거동은 지반의 지질 구조 및 재료 특성의 복잡함 등으로 인해 실제 시공 중의 거동과 일치하지 않는 경우가 많다. 따라서 시공 중에는 관찰과 계측을 통하여 지반과 지보재의 거동을 확인하고 위험이 예상될 경우 신속히 굴착 방법 및 보강 방법 등을 변경하므로써 터널의 안정성을 확보해야 한다. 그리고 이러한 목적을 위해서는 가급적 굴착 초기 단계에서 터널의 변형 거동을 파악하고 이로부터 최종적인 변위를 예측하는 과정이 필요하다. 본 연구에서는 NATM 방식에 의해 시공 중인 국내 두 곳의 도로터널 현장에서 수집한 변위 계측 data를 분석하여 굴착 초기 측정 내공변위량과 최종 내공변위량과의 관계를 통계적으로 유도하였다. 이 때 굴착 후 계측 전 까지 미측정 내공변위량을 추정하기 위하여 기존의 근사함수식을 수정하여 회귀분석하는 방법과 본 연구에서 제안하는 막장거리 1D(D:터널직경)까지의 계측 data를 이용하여 현장에서 용이하게 적용할 수 있는 간단한 선형 회귀분석을 이용하는 방법을 적용하였다. 최종적으로, 계측 전 변위량을 포함한 굴착 초기 내공변위와 최종 내공변위와의 관계를 통계적 방법을 통해 선형관계식으로 근사적으로 표현할 수 있었으며, 이 때 계측 전 변위량 추정방법으로 지수함수를 이용한 경우와 선형 회귀분석을 이용한 경우에 대해서 결과의 차이는 그다지 크지 않은 것으로 나타났다.

• 지질공학
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• 제24권4호
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• pp.643-648
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• 2014

터널의 굴착과정에서 막장전반부에 분포하는 절리를 예측하여 그들로 인한 붕괴를 예방하기위해 보강계획을 수립하는 것은 매우 중요한 사안이다. 그러나 빠른 굴착공정에서 절리의 분포를 충분히 조사하고 예측하는 것은 쉽지 않은 일이다. 본 연구는 굴착면 선단부에 분포하는 절리를 예측할 수 있는 새로운 통계적 기법을 제시하고자 한다. 제시될 방법은 단일 절리군에 대한 절리간격의 누적분포도를 이용한 절리분포의 예측이다. 누적분포도는 수평축에 절리를 동일간격으로 순차적 배열을 한 후, 수직축에 누적간격을 기준으로 각 절리를 하나의 점으로 표기한다. 이 도표에서, 표기된 점들이 선형을 이루면 절리의 분포양상이 규칙적임을 의미하며, 직선의 기울기는 절리의 간격을 의미한다. 기울기가 낮으면 절리사이의 간격이 적은 것 이다. 점들의 분포가 군집형을 이루면 이는 절리의 분포양상이 군집형을 이룸을 의미한다. 현장에서 조사된 자료를 누적분포도에 점기하면 특정 절리군에 대한 분포양상이 분포도에 표기될 것이고, 이 분포양상을 연장하면 앞으로 굴착될 굴착면 전방의 절리분포를 예측할 수 있을 것이다. 실 터널현장에서 10 m 간격에서 측정된 특정 절리군에 대한 누적분포도 분석이 수행되었으며 이를 기반으로 3 m 전방의 미 굴착구간에 대한 절리분포가 예측되었다. 예측결과를 실제 현장자료와 비교한 결과 누적분포도는 전방절리를 적절히 예측하고 있었다. 분포도의 특성상 점기된 절리들의 선형과 등간격의 군집형태는 그 자체로 절리의 분포가 규칙적이며 누적분포도의 예측이 정확할 수 있음을 의미하는 것이다. 그러므로 본 연구는 향후 누적분포도의 분포양상에 대한 고찰과 그 결과의 넓은 공유가 있기를 바란다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.637-658
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• 2022

쉴드TBM 터널은 지반 굴착, 세그먼트 링 빌드(Segment ring-build), 뒷채움의 반복적인 공정으로 단순하다. 재래식 터널공법인 발파공법(Drill and Blast)은 막장관찰, 천공, 장약, 발파, 환기, 버력처리, 지보재 설치의 반복으로 쉴드TBM 터널보다 공정이 복잡하고 일부 제약조건이 따른다. 하지만 굴진을 위한 준비 작업은 지반을 보강하고 갱문조성 후 터널을 형성해 나가는 Drill and Blast에 비해서 쉴드TBM 터널은 매우 상세한 계획을 바탕으로 시간과 비용이 필요하다. 이는 대상지반을 굴착하는 쉴드TBM 장비의 성능 확보가 공사의 성패를 좌우하기 때문인데, 고가의 주문제작 장비인 쉴드TBM이 조립단계에서 잘못 구성되면 본 굴진은 물론 초기굴진 단계에서부터 구동이 어렵게 되고, 조립된 쉴드TBM 장비를 다시 해체하는 경우가 발생하게 되어 재조립하는 상황으로 진행되면, 공기는 물론 경제적인 손실이 발생하여 공사 기간 내내 어려움이 발생한다. 이에 본 연구에서는 한강 하저를 통과하는 국내 최대 직경의 도로터널을 건설하기 위한 이수식 쉴드TBM 조립을 위한 발진부지의 배치와 계획, 쉴드TBM 장비의 주요 부분별 조립공정을 검토하였고, 타공정과 의 간섭 최소화 및 커터헤드 조립과 운반의 효율성을 분석하여 현장여건에 맞게 개선하여 적용하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권5호
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• pp.281-302
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• 2021

철도망 구축이 확대되는 추세 속에 도심지나 한강을 통과하기 위해 TBM 굴착공법 적용사례가 증가하고 있다. 특히, 도심지나 한강하저를 통과하는 경우 불량한 지반 및 지하수조건을 조우하게 되며 안정적인 굴진 및 커터교체(Cutter Head Intervention, CHI)를 위해서 그라우팅을 적용하고 있다. 본 논문에서는 TBM 굴착공법을 적용한 철도 터널 시공 시 적용한 그라우팅에 대하여 소개하고자 한다. 특히, CHI를 위해 그라우팅을 수행한 사례에 대한 소개나 분석이 많지 않은 것으로 판단하여 CHI를 위한 그라우팅 범위산정, 수행결과, 고찰 및 제언(Lessons Learned)을 기술하고자 한다. 그라우팅은 막장안정성을 확보하는 목적이 있으며, 작업위치에 따라 지상(수직)그라우팅과 TBM 장비 내에서 수행하는 갱내 그라우팅으로 나눌 수 있다. 갱내그라우팅을 수행한 결과 공기 및 보강효과 측면에서 지상(수직) 그라우팅에 비해 비효율적이라고 판단되어 지상그라우팅으로 계획을 변경하였다. 한강하저 구간의 경우 슬러지 발생으로 인한 환경오염, 주입재 유실 등이 우려되어 고압분사그라우팅을 적용할 수 없었으며 대안으로 수중불분리 주입재를 적용한 저압그라우팅을 적용하였다. 육상구간은 지상 작업부지를 확보할 수 있어 고압분사그라우팅을 적용하였다. 실제 그라우팅을 수행한 결과를 소개함으로써 향후 쉴드 TBM을 적용한 터널 시공 중 CHI 시 지반조건에 따른 적합한 그라우팅 공법 및 방법을 결정하는데 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.