• 화약ㆍ발파
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• 제39권3호
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• pp.15-23
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• 2021

통기 수갱은 지하공간 개발시 분진 또는 매연 등을 제거하기 위해 광산과 터널에서 사용되는 통로이다. 광산에서는 통기 수갱 개발을 위해 10~20m 구간의 크라운필라 영역을 1회의 장공발파로 굴착하는 공법이 적용 가능하다. 이 경우 천공오차를 파악하기 위해 장약공을 완전히 천공하였을 때 장약공 하부가 구속되지 않으며, 또한 이는 폭약 장약과 발파효율을 떨어트리는 문제를 발생시킨다. 이는 장약공 하부에 전색을 사용함으로 장약공 하부를 전색하여 폭약 장약의 문제를 해결하고 발파효율을 증가시킬 수 있다. 본 연구에서는 ANSYS AUTODYN 2D SPH(Smooth particle hydrodynamics) 해석기법을 이용하여 장약공 직경(45, 76mm)과 다양한 전색장을 달리한 통기 수갱 발파 시뮬레이션을 실시하였다. 또한 발파에 따른 하부의 대괴 사이즈, 저항선을 확인하여 최적의 하부전색장을 도출하였다. 해석 결과 하부전색장 30cm 이하의 경우 발파효율이 저하되며, 발파효율을 높이기 위해서 30cm 이상의 전색장을 적용하여야 함을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제28권6호
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• pp.692-705
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• 2018

발파를 이용한 터널의 굴착 시 수반되는 가장 큰 문제 중 하나는 발파 시 발생하는 지반진동으로 이를 저감시키기 위한 노력의 일환으로 와이어쏘 장비를 이용하여 터널 심발공 주변에 인공 자유면을 형성하고 이를 통해 파쇄도를 향상시키며 동시에 발파 진동을 저감시키는 기술이 개발되어 오고 있다. 본 연구에서는, 실규모 발파 실험 및 3D-DFPA 해석 기법을 통해 인공 자유면의 구조조건에 따른 진동저감 및 발파 효과에 대한 고찰을 수행하였으며, 이에 더불어 인공 자유면 발파에서의 효율적 설계를 위한 경험적 기준을 제안하였다. 분석 결과, 인공 슬롯 자유면은 홉킨슨 효과에 의한 스폴파괴 유발 및 충격진동의 전파경로 차단 등 발파 진동 저감을 야기하는 것으로 판단되었으며, 인공 자유면이 존재하는 경우, 존재하지 않는 경우에 비해 파쇄체적 및 파쇄효율이 모두 증가하는 경향을 보였다. 이는 인공 자유면이 실제 자유면과 동일한 역할을 수행함에 따라 최소저항선의 감소효과를 야기하는 것으로 판단되었으며, 실험 결과를 토대로 발파 공경 및 최소저항선에 대한 발파 파쇄체적의 상관관계를 도출 및 경험적 설계 기준을 제안하였다. 결론적으로, 인공 자유면 발파를 수행 시 발파 공경 대 최소저항선의 비가 약 5에서 8사이의 값을 갖도록 설계하는 것이 가장 이상적인 표준발파 조건에서의 파쇄효과를 기대할 수 있을 것으로 판단되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권1호
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• pp.1-29
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• 2019

NATM (무근)터널의 라이닝 균열을 분석한 논문과 연계하여 NATM (철근)터널의 결함을 정밀안전진단 사례를 정리하여 결함별 원인을 분석하고자 하였다. NATM (철근)터널에서 콘크리트라이닝은 그 역할에 따라 철근과 같은 보강재를 사용하게 된다. 지반이 불량하거나 안전성 확보를 위한 라이닝 두께의 증가는 굴착단면의 증가와 라이닝 타설 물량의 증가를 유발하나, 철근보강 단면을 설계하여 경제성과 안전성을 함께 도모하게 된다. 시설물안전법에 의한 국내 1종 터널 시설물 중에서 NATM으로 시공된 구간에 철근보강을 실시한 라이닝의 결함 특성을 정리하여 형태별 발생원인을 분석하고자 하였다. 단철근, 복철근과 무근라이닝에 발생되는 균열을 비교하여 철근으로 인한 균열제어 효과를 분석하였다. 다양한 위치에서의 철근노출 사례와 함께 기술하였고 터널에서 고려될 수 있는 라이닝 두께 부족의 원인으로 정밀시공 미흡, 박락, 공용중 라이닝 화재에 의한 폭열, 지진, 용탈의 사례를 기존 연구와 비교하여 분석하였다. 향후 본 연구를 통해 정밀안전진단(터널) 세부지침의 보완 및 개정방향 등을 제시하고자 한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.287-301
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• 2009

최근 고성토 및 장지간 개착식 터널구조물의 구조적 안정성을 확보하기 위하여 리브 보강형 프리캐스트 아치 세그멘트를 이용한 개착식 터널공법이 연구 개발되어 시공되고 있다. 이러한 개착식 터널 구조물은 비개착식 터널 구조물에 비해 토피고가 상대적으로 작기 때문에 지진등에 의한 뒤채움 지반의 동적 거동에 의한 피해가 발생되는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 리브 보강형 프리캐스트 아치 개착 터널에 대한 내진 해석을 수행하여 지진동에 대한 리브 보강의 효과와 개착 터널의 동적 거동 특성을 분석하고자 하였다. FLAC2D를 이용하여 2차로 규모의 일반 현장타설 복개 아치 터널, 리브 보강형 프리캐스트 아치 복개 터널에 대한 동적 내진해석을 수행하였다. 또한 토피고, 굴착사면, 성토사면 조건에 따른 동적 거동특성을 비교 분석하였다. 리브 보강으로 인한 터널 구조물의 강성증가는 지표면으로 전달되는 지진동의 증폭현상을 감소시키는 것으로 평가된다. 합리적인 동적 내진해석을 통해 리브 보강형 프리캐스트 아치 복개 터널이 일반 현장 타설식 복개 터널보다 동적 하중에 대하여 보다 효과적임을 확인하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권6C호
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• pp.385-393
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• 2006

쏘일네일링공법은 굴착벽체나 사면을 안정화시키기 위한 보강공법으로서, 시공성과 경제성의 이점으로 인해서 그 사용량이 증가하고 있다. 그러나 쏘일네일링공법은 대지경계선 뒤쪽으로의 시공이 불가피하며 이는 대지점용료의 문제를 초래하게 된다. 이러한 이유로 제거식 쏘일네일링공법이 개발되었으나 제거식 쏘일네일의 제거율은 50 ~ 70% 정도 밖에 미치지 못하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 제거가 불필요하고 대지경계선 뒤쪽의 삽입시 지주의 동의가 필요없는 섬유보강플라스틱(FRP) 쏘일네일이 개발되었다. 본 연구에서는 시험시공 및 인발시험과 같은 현장시험과 수치해석을 통하여 FRP 쏘일네일링 시스템의 안정성과 거동특성을 평가하였다. 그리고 다양한 지반조건에서 현장시험시공과 인발시험을 묘사하기 위한 수치해석(FLAC 2D)을 실시하였다. 본 연구결과, 제거식 쏘일네일링 시스템과 비교하여 FRP 쏘일네일링 시스템은 제거식 쏘일네일과 유사한 거동특성을 나타냈다. 따라서, FRP 쏘일네일의 사용성과 안정성이 사용하기에 충분한 것으로 나타났으며 기존의 제거식 쏘일네일에 대한 좋은 대안이 될 것으로 기대된다.

• 한국지리정보학회지
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• 제26권4호
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• pp.17-26
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• 2023

지하공간통합지도는 7종의 지하시설물, 6종의 지하구조물, 3종의 지반을 포함한 16종이 하나로 통합된 3차원의 지도이다. 지하공간통합지도의 체계적인 구축·관리·활용을 위해 「지하안전관리에 관한 특별법」으로 제도화 되었다. 그러나 지하공간통합지도 갱신 자동화 기술 등 새로운 기술의 개발과 지하공간통합지도 활용성 확대를 위한 제도적 장치가 부족한 실정이다. 이에 본 연구에서는 지하공간통합지도의 현황을 살펴보고 「지하안전관리에 관한 특별법」의 개정방안과 세부 운영관리규정(안)을 통해 현행 제도의 개선방향을 제시하고자 했다. 개선방향은 크게 3가지로 지하공간통합지도의 제출 창구를 명시화 하고 운영관리규정을 통해 절차를 세분화함으로써 업무의 혼란을 줄일 수 있을 것이다. 그리고 지하공간통합지도 활용 의무대상 사업의 공간적 제약에 대한 내용을 삭제함으로써 모든 굴착공사에서 활용할 수 있도록 하는 등의 개선 방향을 제시하였다. 이와 같은 개선 사항이 제도적으로 반영된다면 디지털트윈 국토의 핵심정보로 지속적인 활용이 될 수 있을 것이다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.469-478
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• 2023

도심지 대심도 터널은 자동차와 열차가 다니던 지상공간을 친환경적인 공원으로 시민에게 돌려주고, 지하는 복합적인 교통인프라 시설의 구축이 가능한 미래지향적인 건설방안이다. 하지만 일부 언론과 영화에서 터널공사는 지반침하, 붕괴 등의 재난의 대상으로 묘사하는 경우가 종종 있었다. 실제로 대부분의 도심지 대심도 터널공사 진행 과정에서 노선 부근 주민의 굴착 반대 민원으로 인해 사업추진에 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 대심도 터널과 관련된 시민여론조사를 통해서 지하 공간개발에 대한 인식과 대심도 터널 공사에 대한 시민 우려사항을 파악하고 이해관계자의 손실보상에 대한 의견을 조사하였다. 대심도 터널공사와 관련된 현행법령을 검토하여 공사단계별 공공참여 가능성을 분석하고 지하공간의 보상과 관련된 구분지상권에 대하여 살펴보았다. 여론조사에서 시민이 우려하는 대심도 터널공사의 이슈사항이 현행기술로 해결 가능한 문제임을 파악하고 공공참여를 통해 터널공사의 안정성을 확신시키기 위한 제도적 개선 방향과 구분지상권 설정에 이해관계자의 협조를 증진하려는 개선방안을 제시하였다.

• 문화기술의 융합
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• 제10권3호
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• pp.839-844
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• 2024

본 연구는 인접굴착공사, 지반열화 및 지하수위의 변화에 따른 지하구조물 변위거동이 궤도 손상에 미치는 영향을 해석적으로 분석하였다. 연구대상인 콘크리트궤도는 침목플로팅궤도(STEDEF)와 사전제작형궤도(B2S)를 대상으로 분석하였다. 침목플로팅궤도는 콘크리트 도상과 침목이 분리된 궤도구조이다. 사전제작형궤도는 프리캐스트 슬래브를 이용하여 레일 및 체결장치를 조립하여 레일의 탄성거동을 유도하는 궤도구조이다. 수치해석을 위해 콘크리트 궤도별로 레일부터 콘크리트 도상까지 모두 3차원 요소로 모델링하였다. 또한 지하구조물 변위거동을 변수로 설정하여 콘크리트 도상의 손상영향을 분석하였다. 수치해석을 이용하여 융기 및 침하에 따른 콘크리트 도상 응력을 분석하였으며, 인장강도 및 전단강도와 비교하여 균열 발생 수준을 분석하였다. 분석결과, 동일한 융기 및 침하발생 시 사전제작형궤도보다 침목플로팅궤도가 취약한 것으로 분석되었다. 또한 최대 융기 및 침하부 기준으로 침목플로팅궤도의 균열발생 영향범위가 큰 것으로 분석되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.453-467
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• 2016

본 논문에서는 쉴드 TBM 시공 시 발생 가능한 사건 및 원인의 규명, 리스크 발생의 인과관계 규명, 리스크의 위험도 판별, 리스크의 저감대책 제시를 통한 쉴드 TBM의 전반적인 시공 리스크 관리에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해서 쉴드 TBM의 사고 사례에 대한 문헌조사, 설계 및 시공 전문가 인터뷰를 수행하였다. 리스크 사건은 절삭량 저하, 막장면 붕괴, 지반 침하, 지반 융기, 이수 분출, 배토 불능, 굴착 불가, 지하수 누수의 8개의 그룹으로 나뉘어졌다. 리스크의 원인은 지질 원인, 설계 원인, 시공관리 원인의 3가지 그룹으로 나뉘어졌다. 리스크 원인과 사건간의 인과관계를 체계적으로 분석하기 위하여 베이지안 네트워크를 이용한 도식적인 관계도를 작성하였다. 리스크의 위험도를 산정하기 위하여 리스크가 발생하였을 때 이를 복구하기 위한 다운타임 및 비용을 기준으로 전문가를 대상으로 Analytic Hierarchy Process (AHP)를 수행하였으며, 위험도 결과에 기반하여 리스크 대응단계를 제시하고 이를 실제 리스크 발생사례와 비교하여 검증하였다. 또한 발생 가능한 리스크에 대응하기 위하여 설계 및 시공단계에서의 리스크 저감대책을 제안하였다. 제안된 연구는 TBM 설계자 및 시공자가 현장의 조건을 고려하여 리스크 원인을 선정하고 이로 인해 발생 가능한 리스크를 체계적으로 분석하여 파악할 수 있게 해주며, 리스크의 위험도의 판별 및 그에 대한 설계 및 시공단계에서의 저감대책을 통해 체계적인 쉴드 TBM 리스크 관리에 도움을 줄 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권4호
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• pp.233-252
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• 2021

본논문은 쉴드 TBM 챔버(Chamber) 내 배토처리 효율성 향상을 위한 연구이다. 현재 국내에서는 TBM 공법을 이용한 시공사례가 증가하는 추세이다. TBM 공법 사용의 증가에 따른 디스크 커터(Disc Cutter), 커터 비트(Cutter bit) 및 세그먼트와 같은 TBM 공법의 연구 또한 증가하는 추세를 보인다. 하지만 챔버와 챔버 내 교반 성능에 대한 연구는 미비한 실정이다. 원활한 배토처리와 굴착토의 거동을 개선하기 위하여 챔버 내 효과적인 믹싱 바 배치에 따른 교반 효율 변화에 대한 연구를 수행하였다. 축소모형 실험은 식별의 용이성을 위하여 색이 다른 플라스틱 소재를 사용하여 지반을 조성하였다. 또한 믹싱 바 배치를 상이하게 하여 4가지 Case로 분류하였으며, 입도분포를 단입도와 다입도로 분류하여 총 8가지의 Case로 실험을 진행하였다. 모든 Case의 커터헤드의 회전속도는 5 RPM으로 동일하며, 실험시간 또한 동일한 조건인 1분 30초로 진행하였다. 교반 효율을 확인하기 위하여 각 Case별 상부, 중부(좌 or 우), 하부 위치의 시료를 채취하여 분석하였다. 축소모형실험 결과 실제 사용되는 Case 1과 Case 1-1보다 새로운 배치방법인 Case 4와 Case 4-1의 교반 효율이 증가하는 양상을 보인다. 그에 따라 챔버 내 믹싱 바 배치를 변경하여 교반 효율을 증가시킬 수 있을 것으로 보이며, 교반 효율증가에 따라 공기 절약에 효과적일 것으로 판단된다. 따라서 본 연구는 국내 쉴드 TBM 공법 활용에 있어 큰 지표로써 작용할 것으로 보인다.