• 한국강구조학회 논문집
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• 제24권1호
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• pp.47-58
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• 2012

본 연구에서는 터널 내 통과차량에 의하여 발생하는 풍하중으로 인한 터널라이닝의 동적거동에 대하여 분석하였다. 차량으로 인한 풍하중은 목표지점을 지나가는 차량에 대하여 압력과 팽창을 나타내는 시간함수를 이용하여 모형화 하였으며, 파형강판으로 이루어진 터널라이닝은 3차원 쉘 요소를 사용하였다. 쉘 요소로 모델링된 3차원 터널라이닝의 동적해석은 많은 양의 메모리와 시간이 요구되지만 파형강판의 동적특성을 반영하는 한편 최대한 단순화된 모형을 제시하여 해석에 이용하였다. 터널라이닝의 변위를 분석하기 위해 다양한 차량 주행 조건 및 맞바람 풍속이 고려되었다. 차량과 풍속이 증가하면 응답 또한 증가하였으며, 최대변위는 차량이 120km/h로 교차주행 시 25mm로 나타났다. 연속주행 시 응답에 미치는 영향은 단독주행 응답보다 2.5% 이내로 크지 않게 나타났다. 따라서 숏크리트가 적용되지 않는 독립구조체 터널라이닝의 경우동적거동은 반드시 고려해야하는 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제8권4호
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• pp.365-375
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• 2006

일반적으로 터널2차라이닝의 구조해석에는 골조해석모델이 적용되고 있다. 본 모델은 경험적 방법에 의한 지반 이완하중을 고려하고 있으나 주관적이고 과대평가되는 경향이 있다. 2차라이닝에 작용하는 지반하중은 숏크리트 및 록볼트와 같은1차지보재의 지지력 상실에 기인한다. 그러므로 2차라이닝에 작용하는 지반하중 산정에는 1차지보재와 지반의 평형상태가 고려되어야 한다. 지반-라이닝 상호작용(Ground-Lining Interaction, GLI)모델은1차지보재의 지지력 상실에 의해 야기된 지반의 변형을2차라이닝이 지지하는 개념을 토대로 수립되었다. 따라서 GLI모델은 복잡한 지반조건과 1차 지보재의 설치조건을 합리적으로 반영한 지반하중을 고려할 수 있다. 2차라이닝에 작용하는 하중은 지반하중 외에 지하수압, 지진하중 등이 있다. 극한강도 설계법을 이용한 라이닝 구조보강을 위해서는 계수하중 및 다양한 하중조합이 고려되어야 한다. GLI모델은 계수하중을 고려하기 곤란하기 때문에 개별 하중에 대해 산정된2차라이닝 단면력에 하중계수를 곱하는 중첩의 원리를 적용하였다. 끝으로, 본 연구에서 제시된 GLI모델을 이용한 2차라이닝 설계방법을 저심도 지하철 터널에 적용하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제7권2호
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• pp.97-108
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• 2005

본 논문에서는 터널굴착과 지히수의 상호작용이 터널의 거동에 미치는 영향에 대한 내용을 다루었다. 이를 위해 먼저 터널 굴착으로 인해 지하수유동이 발생하는 구간에서의 설계주안점을 고찰하였으며 서울지역의 지하철 건설시 접하는 일반적인 지반조건에 시공되는 가상의 터널조건에 대해 응력-간극수압 연계해석을 이용한 매개변수 연구를 수행하였다. 매개변수 연구 결과를 토대로 지하수 유동에 따른 막장거통 및 지표변위 특성을 고찰하였으며 터널-지히수 상호작용 관점에서 지반/라이닝 투수성에 따른 솟크리트 라이닝 응력 발생 경향을 고찰하였다. 검토결과 터널-지히수 상호작용은 지표침하량 및 변위를 증가시키며 솟크리트 라이닝 축력을 증가시키는 것으로 나타났다. 아울러 솟크리트 축력은 지반과 솟크리트 라이닝의 상대적 투수성에 좌우되는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 종합하여 설계시 고려하여야 할 주안점을 제시하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권10호
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• pp.77-91
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• 2006

국내 숏크리트 관련 기술들은 지금까지 많은 발전을 이루어 왔으나 재료, 시공 및 관련 품질규격 등에서 여전히 문제들을 가지고 있다. 국외의 경우 $39.2{\sim}58.8 MPa$에 이르는 고강도 숏크리트 시공이 가능하여 터널에서 2차 라이닝의 대체나 장기내구성의 확보가 충분히 가능한 반면, 국내의 경우 설계강도가 20.6MPa 내외로 낮은 편이며 장기내구성도 신뢰하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 국내 숏크리트의 강도 증진을 위해 고품질 혼화재와 고성능 급결제를 적용한 현장실험을 실시하였고, 유럽통합규격(EFNARC)에 의거하여 품질평가를 수행하였다. 또한, 탄산화와 동결융해의 복합인자에 의한 열화시험을 수행하여 고강도 숏크리트의 장기내구성을 평가하였다. 실험결과 알칼리 프리계 급결제를 사용한 경우 초기강도 증진율이 $90{\sim}97%$로 가장 높게 나타났고, 실리카 흄을 혼입한 숏크리트의 압축강도는 $45.2{\sim}55.8MPa$, 휨강도는 $5.01{\sim}6.66MPa$로 혼입하지 않은 경우에 비해 각각 $37{\sim}79%$, $17{\sim}61%$의 강도 증진 효과가 나타났다. 또한, 실리카 흄 치환율이 $7.5{\sim}10%$일 때 강도증진 효과가 가장 우수한 것으로 나타났다. 특히, 실리카 흄의 치환은 강섬유 혼입에 의한 숏크리트의 열화현상을 최소한으로 감소시켜, 숏크리트의 장기내구성을 확보하는데 효과가 있음을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.221-234
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• 1999

본 논문에서는 불연속암반내 시공되는 터널의 유한요소해석에 있어서 절리요소를 이용한 불연속면의 모델링에 관한 내용을 다루었다. 불연속 암반터널의 모델링이 가능한 유한요소해석 프로그램의 개발을 위해 기존의 유한요소해석 프로그램 GEOFE2D에 불연속면의 모델링이 가능한 절점변위 절리요소를 적용하고 모형실험 및 기존의 상용프로그램과의 비교를 통해 그 타당성을 검증하였다. 또한 검증된 GEOFE2D를 이용하여 불연속면이 터널의 거동에 미치는 영향을 고찰하기 위해 불연속면이 터널을 관통하는 경우에 대한 해석을 수행하고, 그 과정에서 불연속면과 숏크리트 라이닝 교차부에서의 변위 적합조건을 만족시킬 수 있는 불연속면 모델링 기법을 제시하였다. 한편, 해석결과를 분석한 결과 불연속면은 터널 주변의 응력-변형률 상태에 현저한 영향을 미치며, 특히 불연속면이 관통하는 부위에서의 숏크리트 라이닝 축력 및 휨 모멘트가 현저히 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 불연속면을 포함하는 터널의 거동해석시에는 불연속면에 대한 보다 상세한 모델링이 수반되어야 실제 거동에 보다 근접하는 해석결과를 도출시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제8권1호
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• pp.31-40
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• 2006

최근 부각되고 있는 환경친화적인 설계의 결과로서 터널 입출구의 구조물이 연약한 지반(붕적층) 에 불가피하게 건설 되곤 한다. 그런 터널 공사의 경우, 주변 지반뿐만 아니라 라이닝 지보재의 충분한 지지력을 확보해야 한다. 이와 관련하여, 높은 강성을 갖는 H형 강지보재가 라이닝을 지지하기 위해 흔히 사용되었다. 그러나 수치해석에 의한 구조적인 안정성을 평가하는데 있어서 그 효과는 무시되는 젓이 관례였다. 본 연구에서는 붕적층에 적용된 터널에 대하여 강지보재로 사용된 H형강을 수치해석 모델에서 강성 적용을 0%, 50%, 75%, 100%로 반영하여 3차원 유한요소해석을 수행하였고, 각 강성 적용율에 따른 숏크리트 용력 감소효과를 비교 검토하였다. 수치해석으로부터 얻어진 데이터는 현장계측결과와 비교하였다, 연구 결과로부터 강지보재의 숏크리트에 대한 효과가 검증되었고 적절한 강성률은 50~75%의 범위 내에서 적절한 것으로 판단되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.255-264
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• 2009

본 연구에서는 2-Arch 터널의 3차원 거동 메카니즘에 관한 내용을 다루었다. 이를 위해 도심지 지하철에 적용된 2-Arch 터널을 고려하였으며 3차원 유한요소해석을 수행하여 좌우 터널의 이격거리, 지반조건, 토피고 등에 대한 매개변수연구를 실시하였다. 해석결과 토대로 다양한 조건에 대한 터널 천단침하 및 쇼크리트 응력, 중앙기둥 작용하중 등을 중점으로 분석하였으며, 그 결과를 토대로 좌우 터널 이격거리, 지반조건, 토피고에 따른 2-Arch 터널의 거동 메카니즘을 고찰하였다. 그 결과 숏크리트 라이닝 응력 및 중앙 기둥 작용하중은 후행터널 시공에 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며 터널관통지층이 취약할 경우 후행터널이 선행터널의 거동에 영향을 미치는 영향거리가 증가하는 것으로 분석되었다. 본 논문에서는 해석 결과를 토대로 2-Arch 터널의 시공중 변위 및 숏크리트 라이닝 응력 변화 경향에 대한 구체적인 내용을 기술하였다.

• 터널과지하공간
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• 제17권4호
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• pp.266-284
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• 2007

최근 국내 터널 분야에서는 현장타설 콘크리트 라이닝을 생략한, 이른바 무라이닝 터널을 적용하려는 시도가 수차례 있었으나 숏크리트가 영구 지보재로서의 성능을 확보하고 있는지에 대한 의구심으로 인해 시공으로는 이어지지 못하고 있다. 숏크리트는 시공 상 문제뿐만 아니라 강도기준이 유럽에 비해 현저히 낮고 내구성에서도 많은 문제를 내포하고 있는 것으로 파악되고 있다. 본 연구에서는 효율적인 배합개선을 통하여 압축강도 40 MPa, 휨강도 4.5 MPa 이상의 고강도 숏크리트를 개발하였으며 급결제 종류와 실리카퓸 첨가량을 주 변수로 하여 최대 2년까지의 성능변화 추이를 분석하였다. 또한 단기 내구성 평가를 위해서는 동결융해, 중성화, 염해에 따른 실험실 촉진 실험과 투수시험을 실시하였으며 장기 내구성 검증을 위해서는 실제 운영 중인 고속도로 터널 내에 시편을 적치하여 복합 환경에 대한 영향을 조사하였다. 분석결과 알칼리프리계만이 유일하게 고강도 목표기준을 만족하였으며, 또한 개발된 고성능 숏크리트가 내구성에 있어서도 매우 우수한 것을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.551-565
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• 2017

차수용 박층 멤브레인은 폴리머를 주요 구성성분으로 하는 재료로서 높은 부착성능과 시공성을 특징으로 하는 방수 재료이다. 차수용 박층 멤브레인은 일반적으로 콘크리트 또는 숏크리트 라이닝과 일체화되어 복합 구조체 형태로 방수 기능을 발현하는 재료이다. 본 연구에서는 지하구조물의 대표적인 구조물인 터널에서 차수용 박층 멤브레인 타설이 가능한 콘크리트 라이닝 재료에 차수용 박층 멤브레인을 적용할 경우 콘크리트 라이닝의 거동 변화를 수치해석적 방법으로 검토하였다. 콘크리트 라이닝의 거동은 3점 휨 시험을 수행하는 것으로 가정하고 이때 발생한 하중-변위 관계를 통해 콘크리트 라이닝의 최대 휨 하중 변화와 항복 이후 변화를 검토하는 방법으로 연구를 수행하였다. 해석결과, 콘크리트 라이닝에 차수용 박층 멤브레인 시공을 통해 고려할만한 보강효과를 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권3호
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• pp.269-282
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• 2008

일반적으로 터널설계와 관련된 수치해석에서 강지보의 효과가 고려되지 않고 있다. 최근 연약한 지반에 위치하는 얕은 터널 건설의 증가에 따라 터널의 안정성 해석에 강지보가 굴착으로 재 분포된 하중의 일부를 부담한다는 개념 하에 숏크리트와 함께 강지보의 효과를 적용한 사례가 늘고 있다. 이와 같은 해석에서 강지보는 여러 방법으로 고려될 수 있다. 본 논문에서는 숏크리트와 강지보의 발생응력을 알아보기 위하여 FLAC 2D를 이용하여 (1) 강지보를 고려하지 않는 일반적인 방법, (2) 숏크리트의 모멘트를 고려하지 않는 등가합성단면법, (3) 숏크리트와 강지보의 압축력과 휨모멘트를 모두 고려하는 등가합성단면법, 그리고 (4) 각각의 빔 요소로서 모델링하는 방법을 포함하는 4가지 방법에 대해 수치해석을 실시하였다. 그 결과, 강지보의 지보효과를 고려한 경우가 그렇지 않은 방법에 비해 현실적이며 경제적인 설계에 접근할 수 있는 것으로 나타났다. 강지보를 고려하는 3가지 해석방법은 지반 조건에 따라 조금씩 다른 경향을 나타내므로 설계조건 및 상황에 맞는 적절한 사용이 필요하다.