• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권1호
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• pp.49-63
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• 2015

본 논문에서는 가상 해저터널의 세그먼트 라이닝의 부재력 평가하여 수심별 세그먼트 최적 두께 산정 및 하중식에 따른 부재력 변화에 관한 내용을 다루었다. 가상 해저터널의 세그먼트 부재력을 평가하기 위해 먼저 다양한 설계 조건을 도출하고 이에 대해 2-Ring Beam 모델을 이용한 구조해석을 수행하여 부재력을 산출하였다. 산출한 부재력을 이용하여 예비 철근 배근을 통해 단면검토를 수행하여 각각의 지층별로 철근 배근을 조절하여 최적 두께를 산정하였다. 검토 결과를 토대로 시공조건에 따른 부재력 변화 경향을 검토하였으며 아울러 다양한 시공조건에 따른 최적 라이닝 단면을 제시하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.13-30
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• 2016

본 연구에서는 해저 터널의 특수성을 고려한 TBM 세그먼트 라이닝의 최적 설계 시스템을 개발하였다. 해저 터널은 일반적으로 일정 수압 하의 토사나 암반 등으로 구성된 해저 지반 내에 시공된다. 본 설계 시스템은 특정 해저 터널 단면에서의 지반 조건, 시공 조건 및 터널 조건을 고려하여 인공신경망 기반의 세그먼트 라이닝 부재력 예측 시스템을 구축하고, 시공성이 확보된 단면 DB를 구축하여 해저터널에서 최적 단면 설계가 가능하도록 구성하였다. 결과적으로 본 시스템은 해저 터널 설계에 사용되는 BIM과 연동되어 자동으로 설계가 가능하도록 하였다. 단면 검토 및 설계에 사용되는 세그먼트 라이닝 부재력 예측은 유한요소해석을 토대로 구축한 인공신경망을 통해 일반화한 후 BIM 시스템에 접목시켜 별도의 추가 해석이 필요없이 유사 단면의 해저 터널 설계에 적용이 가능하도록 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권2호
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• pp.179-194
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• 2017

쉴드터널의 세그먼트 라이닝 단면 설계는 일반적으로 빔-스프링 모델을 사용하여 이루어지며, 산정되는 단면력은 모델구성요소인 작용하중, 지반반력계수, 세그먼트 조인트 위치 및 강성 등의 영향을 받는다. 국내 쉴드터널 세그먼트라이닝의 설계는 해외에서 사용되고 있는 구조해석 모델과 이음부 강성을 주로 이용하고 있으며, 기존 설계에서 사용하고 있는 구조해석 모델이나 조인트 강성을 적합여부 검토 없이 관행적으로 사용해오고 있다. 본 연구에서는 쉴드터널 세그먼트 라이닝의 부재력을 산정하기 위해 필요한 지반반력계수, 모델링 방법 등 빔-스프링 모델의 기본 구성요소들에 대한 비교 검토를 통하여 세그먼트 라이닝 설계법을 구성하는 기본 요소들의 적용방법을 제안하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제35권2호
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• pp.387-396
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• 2015

기존 쉴드터널은 일률적으로 비배수 개념이 적용되고 있지만 시공 및 운영 과정에서 고질적인 누수 발생이 문제가 되고 있으며, 쉴드 세그먼트의 경우 토압 및 수압까지 고려한 설계로 인해 단면이 과다하게 증가되고 세그먼트 재료비 상승을 유발하고 있다. 이러한 문제점들을 개선하기 위해 쉴드터널에 배수 개념을 적용한 부분배수형 쉴드터널에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 부분배수 쉴드터널의 적용 가능성을 평가하기 위해 축소모형실험을 통해 배수 및 비배수 조건에서의 토압 및 수압 변화를 측정하였다. 실험 결과를 통해 도출된 수압 저감 효과를 바탕으로 지하수위 아래 위치한 쉴드터널 설계사례에 적용하여 구조 안정성을 검토하였고, 수압 저감을 통한 세그먼트 단면 축소 효과에 대해 평가하였다.

• 한국콘크리트학회:학술대회논문집
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• 한국콘크리트학회 2008년도 춘계 학술발표회 제20권1호
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• pp.305-308
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• 2008

이 연구에서는 최근 연구가 활발히 진행되고 있는 조립식 프리캐스트 세그먼트 콘크리트 교각공법에서 사용되어지는 기성 콘크리트 세그먼트의 횡 방향 구속철근에 의한 구속효과에 대한 연구를 수행하였다. 일반적으로 횡방향 구속철근에 의한 콘크리트의 구속효과는 구속효과계수에 의하여 결정되며 구속효과계수는 유효 구속 콘크리트 단면적과 구속 콘크리트 단면적의 비로서 결정된다. 유효 구속 콘크리트 단면적은 횡 방향 구속철근간의 간격에서 발생하는 Arching action에 의하여 결정되어지며 구속 콘크리트 단면적은 교각의 주철근비에 의하여 결정되어진다. 그러나 프리캐스트 콘크리트 세그먼트의 경우 세그먼트 상, 하부에 존재하는 피복을 고려하여야 한다. 즉 최상단 및 최하단에 배근되는 횡방향 구속철근에서 상, 하부 콘크리트 표면의 피복까지의 구속효과를 고려하여야 한다. 이 연구에서는 이에 대한 고려 방법을 제안하였다. 제안한 프리케스트 구속효과를 고려한 콘크리트 재료 모델을 RCAHEST에 적용하여 그 타당성을 검증하였다.

• 터널과지하공간
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• 제26권3호
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• pp.192-200
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• 2016

대심도 지하 네트워크 구축을 위한 대심도 복층터널의 계획 시 세그먼트 라이닝의 거동을 주요 구조물인 중간슬래브와 측압계수(K)에 따라 검토하였다. 연구를 위하여 세그먼트 라이닝 해석법을 검토하였고, 대심도 복층터널에 적합한 해석 모델을 결정하였다. 또한 연직하중에 대해 검토하였고, 중간슬래브 하중은 슬래브 자중인 정하중과 차량에 의한 활하중을 고려하였다. 연구결과 중간슬래브 하중 적용에 따른 단면력은 터널 하부에 주로 발생하였고 휨모멘트의 크기에 가장 큰 영향을 미쳤다. 또한 휨모멘트 작용 방향의 변화가 큰 변수로 나타났고, 중간슬래브 하중 적용에 따른 단면력의 크기는 비교적 일정하여, 단면력의 발생이 가장 작은 측압계수 1.00에서 세그먼트 라이닝에 미치는 영향이 제일 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. 본 연구의 결과로 복층터널의 슬라브와 측압계수(K)의 영향에 의한 세그먼트 라이닝의 거동을 파악하여 합리적이고 경제적인 복층터널 구조물 설계의 방향을 제시할 수 있을 것이다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권3호
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• pp.255-280
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• 2024

쉴드TBM 터널에서 단면 부족이나 큰 변형이 세그먼트 라이닝의 안정성에 우려될 경우 터널 외부에 지반 그라우팅으로 보강하거나 터널 내부에 강판 보강, 링 빔 보강, Inner double layer lining으로 보강하는 경우가 있다. 또한, 기존의 쉴드 TBM 터널의 해석은 세그먼트라이닝의 분절 특성을 고려하지 않는 연속체의 강성일체법으로 해석되어왔다. 본 연구는 내부 강재 라이닝으로 보강한 double layer 보강 단면에 대해 보강 메커니즘을 연구하였다. 본 연구는 세그먼트 라이닝에 대한 모델링을 개선하여 세그먼트 라이닝의 분절 특성을 고려한 분절체 모델링(BJM)을 적용하였고 이를 통해 세그먼트 라이닝의 변형 특성을 반영한 double layer 보강 단면을 해석하였다. 연구 결과 기존 콘크리트 세그먼트 라이닝은 하중을 일정부분 분담하는 역할이 아닌 터널 주변 지반을 보강한 것과 같은 역할을 하였다. 일반적으로, 세그먼트 라이닝의 분절을 고려한 BJM 모델과 분절을 고려하지 않는 강성일체법 모두 하중을 받은 라이닝의 변형 형상과 응력 분포가 유사하게 나타났다. 그러나 하중의 강도가 임계치를 넘는 경우 변형의 양상에 차이가 있으며 변형 특성을 보다 면밀히 검토할 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권3호
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• pp.321-339
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• 2014

본 논문에서는 인공신경망 기술을 이용한 TBM 터널 세그먼트 라이닝의 설계 시스템 개발에 관한 내용을 다루었다. 먼저 개발 시스템에 대한 개념 및 개발 과정과 시스템을 구성하는 각 요소기술 및 개별 모듈 개발에 관한 내용을 기술하였다. 본 시스템의 요소기술인 ANN-기반의 세그먼트 라이닝 부재력 예측 시스템에 대해 그 개념과 ANN 학습과정 및 검증과정을 기술하였다. ANN-기반의 세그먼트 라이닝 부재력 예측은 유한요소해석을 토대로 구축한 DB를 ANN을 통해 일반화 한 후 개발된 엔진을 세부 모듈에 접목시켜 별도의 해석 없이 유사 단면 혹은 현장에 적용이 가능하도록 하였다. 또한 해석 대상 단면에 대하여 상용 유한요소해석 프로그램과 연계하여 해석 Input파일의 자동생성이 가능하도록 하였으며 유한요소해석 결과를 통한 단면 검토가 가능하도록 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.265-275
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• 2009

프리캐스트 세그먼트를 이용한 개착식 터널구조물의 설계 및 시공은 고성토 또는 광폭터널 조건에서는 시공성 및 구조적 안정성 등과 같은 단점 때문에 그 활용이 제한적이다. 따라서 시공성 및 품질관리 등 측면에서 유리한 프리캐스트 세그먼트를 이용한 개착식 터널구조물의 시공이 가장 효과적인 대안이라 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 수치해석기법을 이용하여 기존 3분절 리브 보강형 프리캐스트 세그먼트를 이용한 터널구조물 시공기술의 문제점 분석하였으며, 대형 정적하 중재하 실험을 통하여 개선된 리브 보강형 프리캐스트 세그먼트 구조물의 역학적 거동 특성을 분석하였다. 개선된 러브 보강형 프리캐스트 세그먼트 구조물의 극한하중은 기존 리브 보강 프리캐스트 세그먼트 구조물 대비 리브 보강단면은 55% 감소하였으나, 구조적 성능은 약 3% 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 리브 보강에 의한 터널구조물 내공단면 축소를 최소화 및 구조물의 하중지지 효과를 크게 향상된 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.423-446
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• 2023

쉴드 TBM 터널 라이닝은 세그먼트와 링으로 분절되어 있다. 2-링 빔-스프링 모델은 세그먼트 라이닝의 링과 세그먼트의 연결부 경계조건을 통해 불연속성을 고려하며 단면 설계 시 주로 활용하는 모델링 방법이다. 그러나 3차원 해석이 필요한 경우 대체로 Segmentation에 대한 고려 없이 연속체 라이닝으로 간주하여 세그먼트 라이닝에 대한 응력과 변위를 검토하는 경향이 일반적이다. 본 연구는 세그먼트와 링의 접촉면에 Coulomb의 마찰 법칙에 근거한 Shell interface element를 적용하여 세그먼트 간 계면 거동하는 모델링으로 지진 시 세그먼트 라이닝의 응력과 변위에 대한 응답 특성을 연구한다. 세그먼트 라이닝은 건설 과정에서 Ovaling 변형이 발생된다. 국내 세그먼트 라이닝의 Ovaling 변형에 대한 관리 기준은 없다. 스웨덴이나 중국의 경우 내경 7.0 m의 라이닝인 경우 5~10‰의 Ovality 기준을 갖고 있으나 이는 현실적으로 실현하기 어려운 기준치이다. 본 연구는 Shell interface element를 활용한 세그먼트 라이닝 모델링을 통해 지진 시 라이닝에 발생되는 응력과 변위의 특성을 연속체 모델링 결과와 비교하여 Segmentation이 고려된 라이닝의 지진에 대한 응답 특성을 연구하고 이를 통해 세그먼트 라이닝의 Ovality 기준과 의미를 연구한다. 연속체 라이닝과 세그먼트 라이닝의 지진 시 응력과 변위의 분포 양상은 유사하였다. 그러나 응력과 변위의 최댓값은 세그먼트 라이닝과 차이를 보여주었다. Shell로 모델링 된 연속체 라이닝의 지진 시 응력 분포는 3차원 원통형 형상에 연속성을 갖는 응력 분포를 보이지만 세그먼트 라이닝은 분절된 세그먼트 외측으로 응력이 집중되었고 세그먼트와 링의 접촉면이 집중되는 위치에서 가장 큰 응력이 발생되었다. 이러한 단속적이고 국부적 응력 분포는 라이닝의 Ovality가 클수록 지진 시 더욱더 국부적 집중도가 커진다. 응력 분포가 급격하게 커지는 Ovality는 150‰ 정도에서 발생되기 시작했으며 그보다 작은 Ovality 에서는 원형 단면 라이닝에서 발생되는 응력보다 작은 응력이 발생되었다. 그러나 Ovality 150‰는 실제 라이닝에서 실현될 수 없는 비현실적 값이다. 따라서 세그먼트 라이닝의 Ovality는 심도에 따라 증가될 수 있으나 지진 하중에 대한 안정성에는 큰 영향을 미치지 않는다. 그러나 터널의 단면 확보 및 품질관리를 위해서는 Ovality에 대한 계측과 관리가 요구된다.