• 한국지반공학회논문집
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• 제34권11호
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• pp.71-80
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• 2018

본 연구에서는 박스형 개착식 철도 터널의 지진 응답을 유사정적 프레임 해석으로부터 평가하였으며 취약도 곡선을 도출하였다. 지반의 영향을 평가하기 위하여 다양한 이상화된 주상도를 사용하였으며 20개의 계측지진기록을 적용하였다. 기존 연구에서 제시된 탄성 모멘트와 항복 모멘트 비로 정의된 손상지수를 사용하여 Minor, Moderate, Extensive 손상상태에 대한 취약도 곡선을 각각 최대지반가속도의 함수로 적용하였다. 연구 결과, 지반 조건은 취약도에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났으며 이를 고려하는 곡선의 개발이 중요한 것으로 나타났다. 개발된 취약도 곡선은 기존의 연구에서 도출된 곡선들과 비교하였다. 기존에 제시된 경험적 취약도 곡선은 지반조건의 영향을 고려할 수 없으며 특히 연약 지반에서는 취약도를 과소예측하는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권3호
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• pp.543-560
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• 2018

도심지 지하공간의 개발과 운행선 하부를 저토피로 입체 교차화하는 시설 증가에 따라 비개착식 공법의 수요는 점차 증가추세에 있으나 대다수의 공법은 중대구경 강관을 압입하여 루프를 형성하고 내부를 굴착하는 파이프루프(Pipe roof) 계열의 공법이 주로 적용되고 있다. 강관 압입 시 발생되는 이완영역 및 하중은 여러 인자의 영향을 받게 되나 가장 큰 요소는 압입하는 강관의 크기에 좌우되며 이는 강관 루프 내 지중구조물에 작용하는 하중의 크기로 볼 수 있다. 지반의 교란 및 이완하중 발생을 최소화시키기 위해 개발된 SEM공법(Super Equilibrium Method)은 기존의 중대구경 강관 대신 ${\Phi}114mm$ 내외의 소구경 강관을 사용한다. 이 소구경 강관을 SEM파일로 명명하였으며 강관의 선 압입 및 그라우팅 보강을 실시한 후 지반의 침하나 융기 없이 지반 내 횡단구조물을 유압잭을 이용하여 압입하게 된다. 이와 같이 SEM공법의 구성 중 지보역할을 하는 SEM파일은 선단부 굴착 시 지반의 붕락을 방지하고 상재하중을 지지하기 위한 길이 5 m 내외의 Fore poling 파일이며 이 파일의 배치간격, 시공연장, 부재의 강성 등을 산정하기 위해서는 이완영역의 적절한 산정이 필수적이다. 본 논문은 SEM공법의 최적설계를 위하여 SEM파일 압입 시 발생되는 이완하중 산정 값을 비교분석하였다. 이완영역 산정에 근거한 주요 이론식 및 경험식들의 영향인자를 고려하여 분석하고 FEM analysis (유한요소 해석)를 수행하여 SEM파일에 적합한 이완하중 산정을 검토하였다. 또한 실제 SEM파일 압입 및 굴착 시 발생되는 지반이완을 확인하기 위해 강관압입 축소모형실험을 수행하였으며 토피고/강관(H/D)에 따른 지표침하 및 지반이완을 정량적으로 검토하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제21권9호
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• pp.25-32
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• 2020

지반의 하부에 설치되는 지하매설물은 중요한 토목구조물로서 상·하수도관, 지중전력선, 각종 통신선로, 도시가스관 등이 이에 해당한다. 이런 지중매설물들은 시공 시 집중강우, 차량하중 등과 같은 외부적인 요인에 의해서 위험에 노출될 수 있고 이로 인한 피해가 발생할 수 있어 적절한 뒤채움재의 선정과 시공이 중요하다. 현재 주로 사용하는 공법으로는 지하매설물 주변을 흙으로 메우고 다짐을 하는 방법이 사용되고 있는데 이는 매설관 하부의 다짐이 어렵고 다짐효율이 떨어져서 지하매설물의 안정성을 저감시키고 이로 인해 각종 파손이 발생한다. 또한 개착 시 원지반 교란에 따라 지반의 강도가 저하되고 시공 과정이 복잡하며 공기가 길어져 공사비가 증가하는 등의 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하는 방법 중 하나가 유동성 채움재를 활용하는 것이다. 유동성 채움재는 자기 수평능력, 자기다짐, 유동성, 인위적인 강도조절, 유지보수를 위한 재굴착이 가능한 저강도 발현 등의 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 지하매설물을 설치한 후 되메움을 하는 재료로서 해양점토와 고화재 및 현장에서 발생하는 현장토를 활용한 유동성 채움재의 특성을 규명하기 위하여 일축압축강도 시험과 유동성 시험을 수행하였으며, 동결에 의한 강도 특성을 파악하기 위하여 동결융해시험을 수행하였고 채움재가 지중배관의 부식에 미치는 영향을 검토하기 위하여 전기비저항시험과 pH시험을 수행하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권6D호
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• pp.623-629
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• 2010

최근 도심지 굴착 시 고효율 급속시공이 가능한 쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법의 도입이 점진적으로 증가하고 있다. 그러나 해당 장비에 대한 이해부족과 현지 지반조건을 충분히 고려하지 않은 상태로 쉴드 TBM의 설계 및 선정시 시공능력의 저하, 시공기간의 연장 및 공사비의 증가를 초래하는 경우가 빈번히 발생되고 있다. 이에 따라 본 사례연구에서는 풍화토, 풍화암 굴착에 적합하도록 설계된 쉴드 TBM 터널 굴착현장을 대상으로 쉴드 TBM 굴진 시 사전 지반조사의 결과와 달리 예기치 못한 경암구간 돌출로 굴진 중단 및 공기지연을 최소화하고자 적용된 대체공법의 적용성을 비교 분석하였다. 또, 터널 상 하행선 경암굴착에 적용된 대체공법의 선정부터 적용 후 결과에서 얻어진 굴진자료와 쉴드장비의 굴진속도, 공사기간, 공사비 등을 검토하여 연구대상 현장에 가장 적합한 대체공법을 판단 및 평가하였다. 본 연구의 결과를 요약하면 다음과 같다. 첫째, 굴진중단 및 대체공법 적용으로 인한 공사비, 공사기간의 증가를 방지하려면 대상현장의 정확한 지반조사가 선행되어야 하며, 이를 바탕으로 현장 지반조건에 가장 적합한 쉴드장비를 선정하는 것이 중요하다. 둘째, 대상현장에서 시행한 대체공법의 적용성을 분석한 결과, 경암구간 굴착을 위한 대체공법의 최선안은 개착 공법 후 경암 발파제거 공법임을 알 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.677-683
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• 2016

도심지에서는 고도의 경제성장과 더불어 증가되는 교통량을 수용하기 위하여 도로와 철도 신설에 따른 지하터널 공사가 활발히 진행되고 있다. 지하공간 개발에서는 토사터널 구간이 많을 수 있고 이에 따른 막장 및 천단부 안정성을 고려한 여러 공법들이 개발 적용되고 있다. 그 중 최근에 적용예가 많은 공법으로 DSM(divided shield method)를 들 수 있는데, 이는 Messer Shield 공법에 근간을 두고 있으며, Messer Shield 공법의 장점을 흡수하고 문제점을 개선하여 안정성 및 시공성을 크게 개선한 비개착 특수터널 공법이다. 이 연구에서는 DSM 공법에서 터널 막장면 그라우팅이 터널의 시공성 향상에 미치는 영향을 대형 토조와 수치해석을 수행하여 검토하였다. 실제도로 크기의 1/2인에 해당하는 터널을 모사하기 위한 토조를 제작하여 실험 수행하였다. 또한 MIDAS GTS를 사용하여 수치해석 분석을 통해 DSM모사 토조의 지반 거동과 비교하였다. 터널 표면 침하와 안정성을 단계별 굴착을 통해 측정하였으며, 수치해석과 비교분석하였다. 연구 결과 그라우팅을 통한 막장 안정을 지표의 침하뿐만 아니라 터널 각 부재의 응력은 모두 안정성 범위에 들어가 있었으며, 이를 통하여 DSM 공법의 기술을 개선하고 터널의 안정성 및 시공성 향상을 기대할 수 있는 기초자료를 확보하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.455-468
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• 2013

최근 비개착공법으로 지하차도 시공 시 강관을 지반에 압입한 후 강관자체를 철근과 모르타르로 보강하는 다양한 일체형 파이프루프 공법이 적용되고 있다. 이러한 일체형 파이프루프 공법은 상재하중에 대해 지보강성 효과를 발휘하여 콘크리트 지하차도 구조물에 작용하는 응력을 한층 감소시킬 것으로 예상된다. 또한 아칭효과에 의해 주변지반의 연직방향 및 수평방향의 토압이 변화하게 된다. 본 연구에서는 일체형 파이프루프 시공에 따른 주변지반의 토압 분포 특성을 분석하고, 일체형 파이프루프 내측에 시공되는 콘크리트에 작용하는 토압을 분석하기 위하여 유한차분 수치해석을 통해 파이프루프의 체결 특성을 모델링하고 응력 및 변위거동을 분석하였다. 지반과 구조물의 경계에 인터페이스 요소를 도입하여 지반구조물의 상호작용을 분석하였다. 분석 결과, 본체 콘크리트 구조물에 작용하는 연직토압은 파이프루프의 강성과 아칭 작용에 의해 원상태의 연직토압보다 큰 폭으로 감소하여 작용하는 것을 확인하였다. 지하차도 구조물의 단면 설계 시 설계하중에 대해 이러한 아칭작용에 의한 연직토압의 감소를 고려한다면 경제성을 보다 확보할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제31권12호
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• pp.71-76
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• 2015

최근 비개착 공법 중의 하나로 도심지에서 가스관이나 유틸리티관의 건설에서 수평굴착에 대한 관심이 높아지고 있다. 수평굴착에서 가장 문제가 되는 것 중에 하나는 굴착 시 굴착경의 안정성이다. 이러한 굴착경의 불안정은 지반 전체의 붕괴로 이어질 우려가 있기 때문이다. 본 연구에서는 유한요소 해석을 이용하여 굴착경의 보호를 위해 적용하는 점토압이 굴착경의 안전성에 미치는 영향을 살펴보았다. 굴착경 바깥쪽으로 가해지는 점토압이 깊이별로 일정하게 적용되었을 경우와 굴착 깊이가 깊어짐에 따라 큰 점토압이 작용했을 경우로 나누어 그 안전성을 살펴보았다. 유한요소 해석결과 굴착경 입구(앝은깊이)에서의 큰 점토압은 굴착경의 조기 파괴를 가져왔다. 따라서 입구에는 작은 점토압, 굴착 심도가 깊은 곳에서는 큰 점토압이 요구된다. 본 연구를 통해 실제 수평굴착에서 굴착경의 안정성을 확보하기 위한 최대 점토압을 예측하는데 도움이 될 것으로 기대된다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.293-304
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• 2018

본 연구에서는 하수관 손상 등과 같은 원인에 의해 발생한 공동을 개착식으로 복구하기 위하여 개발된 복구재료를 이용하여 평판재하시험 기반의 현장실험을 실시하였다. 또한 실험결과를 이용하여 복구재료에 대한 지지력을 비교하였으며, 하중지지특성을 분석하였다. 시험 결과, 팽창매트를 지표로부터 각각 0.1m, 0.2m 하부에 매설한 경우에 원지반의 최대 응력조건에서의 지지효과는 약 66%~70% 정도인 것으로 분석되었지만, 매설깊이에 따른 지지효과의 차이는 크지 않은 것으로 나타났다. 콘크리트매트가 적용된 경우의 지지효과는 원지반에 비하여 약 82%~90%로 나타났으며, 팽창매트로 보강된 경우에 비해서도 약 50% 정도의 지지효과를 보였다. 그리고 복구재료에 따른 허용지지력을 분석한 결과, 팽창매트와 콘크리트매트가 매설된 경우의 허용지지력은 원지반 대비 각각 약 130%~150%와 약 160% 이상을 확보하는 것으로 분석되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권11호
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• pp.119-133
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• 2020

지중공동구는 대표적인 개착식 지중구조물로, 지진시 지반의 변위로 인한 지진력이 작용하는 구조물이다. 시설안전기술공단에서는 2020년에 기존 시설물(공동구) 내진성능 평가요령을 제정하여 배포하였다. 본 논문에서는 내진성능평가요령에서 제시하고 있는 두 가지 성능평가방법인 응답변위법과 응답이력해석기법을 소개하고, 대표 공동구에 대해서 두 가지 내진성능평가방법을 적용하여 그 결과를 비교·검토 하였다. 평가에 사용된 공동구는 1988년 건설되어 내진설계가 적용되지 않은 공동구 이다. 응답변위법은 기반면 속도응답스펙트럼으로부터 단일코사인과 이중코사인 방법을 적용하여 내진성능평가를 실시하였다. 응답이력해석은 지반과 구조재료 모두 비선형 거동을 나타낼 수 있는 유한차분해석프로그램을 사용하여 2차원 평면변형율 해석을 시행하였다. 붕괴방지 수준의 지진에 대한 성능평가 결과 응답변위법은 구조물이 탄성범위내 거동하는 것으로 평가되는 반면, 응답이력해석은 구조물 일부에서 소성힌지가 발생하는 결과를 나타내었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권1호
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• pp.11-27
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• 2017

서울시 등의 국내 주요 도심은 지역적 팽창에 따라 도로망 체계가 급격하게 발전하였고 도시민이 안락하고 풍요로운 생활을 영위하도록 전력, 통신, 상수도, 하수도, 냉 난방관로, 가스관 등이 무분별하게 개별 매설되었으며 비효율적으로 개별 관리되고 있다. 국토계획법에서는 Life-Line을 공동 수용함으로써 도로의 반복 굴착을 줄이고 도시 미관의 개선, 포장 내구성 향상에 따른 주행성능 향상 그리고 원활한 교통소통 등을 기대하는 도시계획 시설물로 공동구를 정의하고 있다. 최근 기존 도심지의 재정비 측면에서 쾌적한 도시공간 조성, 지하공간 이용 효율과 도로관리 효율 향상, 지진 및 도로함몰에 대한 재난안전성, 스마트 그리드와 전기자동차 보급과 같은 미래 생활환경 변화에 대한 신속한 대응 등을 기대할 수 있는 기존 도심지의 공동구 설치 필요성이 증가하고 있으나 국내에 설치된 모든 공동구는 신도시 개발에 따라 계획된 Life-Line을 모두 수용하도록 설치한 개착식 공동구 형태이다. 기존 도심지에서는 현재 가동중인 모든 Life-line을 모두 수용할 수 없으므로 도심지 유형별 공동구 설치 타당성 평가시스템을 활용한 설계용량 최적화 등의 새로운 연구가 필요하다. 본 연구는 신도시 공동구를 탈피하고 기존 도심지를 대상으로 평가지표에 의한 정량적 평가모델을 제시 하는 등 유형별 타당성 평가시스템을 세분화하며 정량적 평가시스템의 구현이 가능한 프로그램을 개발해 궁극적으로 도심지 공동구 활성화에 기여하고자 한다.