• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권6호
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• pp.575-586
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• 2015

NATM터널의 콘크리트 라이닝에 작용하는 지반하중을 산정하는 방법으로 수치해석적 기법인 지반-라이닝 상호작용모델(Ground-Lining Interaction Model, GLI 모델)에 의한 지반하중 산정방법이 제안되었다. 그러나, 기존의 GLI 모델은 지반과 지보재 또는 콘크리트 라이닝 사이에 존재하는 계면(Interface)의 구조적 역할을 반영하지 못하였다. 이에 본 연구에서는 기존의 GLI 모델에 계면요소를 반영하여 보다 실제에 가까운 모델로 구현하였다. 그리고, 지반조건 및 토피별 지반하중을 수치해석을 통해 산정하고 기존의 GLI모델 지반하중 상관식을 수정하여 제안하였다. 연구결과, 기존 모델에 비해 계면요소 반영시 지반하중은 토피두께에 따라 IV등급 지반조건에서는 평균 88~106%, 풍화토 지반조건에서는 평균 47~57% 수준으로 감소하였다. 본 연구결과로 콘크리트 라이닝에 작용하는 지반하중을 실제에 가까운 모델로 산정할 수 있으며, 상관식을 이용하여 일관되고 경제적인 설계가 가능하게 될 것으로 예상된다.

• 터널과지하공간
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• 제12권2호
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• pp.107-114
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• 2002

터널 2차라이닝은 지반하중의 합리적인 산정기준의 부재와 보수적 경향의 지반이완하중법이 적용되고 있기 때문에 과다한 경향으로 보강되고 있는 실정이다. 2차라이닝에 고려되는 주요하중으로는 지반이완하중과 수압을 들 수 있으며, 배수터널의 경우에는 지반하중이 가장 큰 하중이 된다. 터널 주변 지반에 별도의 외력이 작용하지 않는다면, 2차라이닝에 작용하는 하중의 직접적인 원인은 1차지보재의 지지력 저하이다. 따라서, 2차라이닝의 설계시에는 지반과 1차지보재와의 상호작용을 고려한 합리적인 해석방법이 요구된다. 본 논문에서는 단순한 질량-스프링 모델을 통하여 지반-1차지보재-2차라이닝의 상호작용을 개념적 모델로 설명하였으며, 이를 원형터널에 대한 이론해석을 통하여 지반-1차지보재-2차라이닝 의 상호작용에 대한 하중전이 특성을 입증하였다. 그리고, 복잡한 터널해석조건에 대한 본 모델의 적용성을 검토하기 위하여 수치해석법의 적용성을 검증하였다.

• 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.

• 터널과지하공간
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• 제20권1호
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• pp.58-64
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• 2010

지반과 터널라이닝의 상호작용을 고려한 GLI모델은 기존의 Terzaghi 이완하중과 골조모델을 이용한 방법에 비해 터널의 2차라이닝(콘크리트라이닝)에 작용하는 지반하중을 합리적으로 경감할 수 있음이 입증된 바 있다. 이에 본 연구에서는 기존의 골조모델을 이용하여 설계된 OO선O공구의 콘크리트라이닝에 대해 GLI모델을 도입한 현장설계를 통해 경제성 및 시공성을 개선하였다. 다양한 안전측 고려사항에도 불구하고 철근량의 약 50%가 감소하여 철근자재비를 감소시킬 수 있었고 적정한 철근간격을 확보하여 콘크리트 밀실충전이 용이하였다. 지반조건이 불량한 터널일 수록 더 큰 철근량 절감효과가 있었으며, 이는 Terzaghi 이완하중이 불량한 지반에서 과도하게 산정되기 때문이다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권4호
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• pp.427-435
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• 2009

본 연구는 원형 터널에서 지반-라이닝 상호작용에 대한수학적 모델에 관한 연구를 다룬다. 정적, 동적 하중으로 인하여 터널 라이닝에서 발생하는 축력과 모멘트를 구하는 간단한 수학적 해가 제시되었다. 수학적 해를 유도하기 위하여 지반-라이닝의 경계면에서의 힘-변위 관계식을 고려하였고, 경계면에서의 상호작용을 고려하고자 새로운 계수비들을 제시하였다. 축력과 모멘트에 대한 계수비의 영향이 조사되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권8호
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• pp.79-88
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• 2012

본 연구에서는 Terzaghi 수정표, Terzaghi 이론식과 본 논문에서 제안하고자 하는 지반-라이닝 상호 작용(Groundining Interaction) 모델을 적용하여 다양한 암반등급, 토피고 및 측압계수($K_0$)의 변화에 따라 콘크리트 라이닝에 작용하는 이완하중의 영향을 비교분석 하였다. 본 연구 결과, Terzaghi 수정표는 토피고와 측압계수의 영향을 반영할 수 없었으며 Terzaghi 이론식은 토피고와 측압계수의 영향은 적으며 연암 및 토사지반에서만 적용이 가능하였다. 지반-라이닝 상호작용(G.L.I) 모델은 다양한 암반등급에서 적용 가능할 수 있었으며 토피고와 측압계수의 영향까지도 고려할 수 있었다. 특히, G.L.I 모델은 Terzaghi 방법에 비해 풍화토 지반에서 최대 약 30% 정도의 이완하중 감소효과가 있었으며, 특히 40m이하 저토피와 측압계수 1.0이상일 경우 효과가 높았다.

• 터널과지하공간
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• 제11권2호
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• pp.96-108
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• 2001

NATM 터널의 콘크리트라이닝은 계획, 지반조사, 지반-라이닝 상호작용해석, 시공, 관찰, 시공중 수정 등의 과정을 거쳐 시공된다. 따라서, 설계자는 라이닝의 여러 기능, 시공과정, 지반조건 등을 고려하여야 한다. NATM 터널 콘크리트라이닝 설계시 지반조건이 열악하거나 숏크리트의 부식 등으로 1차 지보재가 지보능력을 상실할 경우에 대비하여야 한다. 그러나, 암반이완하중과 잔류수압의 크기, 형태 및 산정방법이 설계자에 따라 다양하게 적용되고 있는것이 현실이다. 본 논문에서는 NATM 터널 콘크리트라이닝 설계시 적용할 수 있는 암반이완하중 산정 법들에 대하여 고찰하고, 설계시 국내에서 주로 적용하는 다양한 암반하중과 잔류수압모델을 조합하여 구조해석을 실시한 후 콘크리트라이닝에 발생 하는 부재력의 크기를 비교하였으며, 적절한 하중조합을 제시하였다.

• 터널과지하공간
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• 제8권4호
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• pp.307-320
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• 1998

터널 라이닝은 터널의 최종 지보수단이며, 지반응력과 터널 지보재 사이의 상호작 용의 결과가 총체적으로 드러나는 면이다. 최근 콘크리트 라이닝에 발생하는 많은 균열로 인해 터널의 유지, 관리 측면에서 큰 어려움이 따르고 있어 이에 대한 해석이 요구되고 있 다. 본 연구에서는 실험과 수치해석을 통해 터널 라이닝의 역학적 거동 특성을 규명하였다. 특히 숏크리트오 콘크리트 라이닝을 모두 포함하는 복층 라이닝에대해 실험과 수치해석을 실시하여 두 라이닝 사이의 상호작용을 규명하였다. 실험은 터널 라이닝 모형 시험체에 대 해 하중, 측압, 라이닝 두께, 복층 라이닝, 복층 라이닝의 배면공동, 지반 모델 타설 등에 다양한 조건에 대해 실시하였다. 측압의 영향으로 라이닝 전반에 걸쳐 압축력이 분포하여 내하력을 증가시켰다. 라이닝의 두께가 50% 증가함에 Efkk 균열하중은 2배 정도 증가하였 다. 복층 라이닝의 배면공동으로 이해 라이닝의 내하력은 콘크리트 라이닝 두께 감소량고 k 같은 수준으로 감소하였다. 라이닝의 측벽부에 지반 모델을 타설한 경우 라이닝라이닝 어깨 부분의 밀림을 억제하여 균열하중 및 파괴하중이 크게 증가하였다. 수치해석에서는 인터페 이스 요소를 도입하여 복층 라이닝을 해석할 수 있는 수치해석 프로그램을 개발하여 실험 결과와 비교 해석을 실시하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.357-367
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• 2017

강지보로 보강된 터널 숏크리트 라이닝은 그 기하학적 형태로 인해 외부하중이 작용됨에 따라 휨 모멘트와 축력이 동시에 발생하게 된다. 숏크리트는 축력 수준에 따라 휨 강성이 달라지며, 이로 인한 심한 비선형 거동을 보인다. 또한 강지보 유형에 따라 역학적으로 상이한 지보 성능을 가진다. 본 연구에서는 화이버 단면 요소(fiber section element)를 이용해 압축력과 휨 모멘트를 동시에 받는 강지보-숏크리트 라이닝의 비선형합성거동을 평가할 수 있는 수치모델을 제시하였고, 이를 활용해 강지보 유형에 따른 합성지보 성능을 수치적으로 분석하였다. 또한, 지반-구조물 상호작용을 구현하기 위해 지반의 연화(softening) 거동을 고려하여 수정된 hyperbolic 모델을 제시하였다. 제시된 수치모델은 기존 아치형 실험체의 하중실험 결과와 해석결과를 비교하여 검증하였으며, 수치해석을 통해 강지보 유형에 따른 라이닝의 합성거동을 분석하였다. 해석결과를 통해, 복철근 형태의 강지보가 기존 H형강과 유사한 극한 하중 지지력을 가지는 것을 확인하였다. 또한 강재량 증가가 잔류 지지력 향상에 크게 기여하였으며, 지보재 주변의 지반강성이 증가함에 따라 강지보 유형에 따른 최대 하중지지력 개선 효과는 작아짐을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권2호
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• pp.131-140
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• 2009

쉴드 터널의 세그먼트라이닝은 일반적으로 배수시스템을 채용한 재래식 터널과 달리, 비배수 방식을 채택하여 건설된다. 하지만 비배수 터널로 건설된 경우 시간의 경과에 따른 열화의 진행으로 누수가 증가하여, 장기적으로는 설계시 적용된 비배수 개념이 유지되지 않는다. 세그먼트 터널에서 이음부는 변위와 누수가 주로 빌생되는 부분으로, 특히 누수는 이음부를 통하여 일어나는 경우가 대부분이다 이에 본 논문에서는 전력구 터널을 모델로 선정하여 라이닝 이음부의 열화로 인한 누수가 터널의 세그만트 라이닝에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 라이닝 전반열화 조건과 이음부의 전반 열화 및 국부 열화 조건으로 설정하여 수치해석을 수행하였으며, 라이닝 이음부의 열화로 인한 누수가 기준량 초과 시 그라우트 주입구를 이용하여 재주입시 누수제어가 가능한지 여부를 수치해석을 통하여 조사하였다. 해석결과 세그먼트 라이닝 및 이음부의 누수로 인한 터널과 지반 간 수리 상호작용 메커니즘을 알 수 있었으며, 시공 중 라이닝 투수성 품질관리, 운영 중 누수관라의 기준을 설정하는데 활용할 수 있음을 확인하였다.