• 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.

• 지질공학
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• 제30권3호
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• pp.237-251
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• 2020

본연구는 H형강 대체 지보재로 개발된 고강도 격자지보재의 성능을 평가하기 위하여 터널에서의 지보재에 대한 구조해석과 계측에 의한 터널 변위와 지중응력 변화를 살펴보았다. 터널 지보재 3차원 비선형 구조해석 결과에 의하면, H형강과 고강도 격자지보재의 하중과 변위 관계는 거의 동일한 거동을 보였으며, 고강도 격자지보재의 최대하중은 H형강보다 1.0~1.2배 크게 나타났다. 터널 지보재 3차원 터널단면해석 결과에 의하면, 축력은 터널 좌측 및 우측 하단부에서 크게 발생했으며 현장시험 계측값과 유사한 경향을 나타냈다. 천단침하 및 내공변위 계측결과에 의하면, 터널 내 강지보(H형강)와 고강도 격자지보 구간의 최종변위량은 1차 관리기준인 23.5 mm 이내의 큰 차이 없이 일정한 값으로 수렴되었다. 지중변위 계측 결과에 의하면, 두 지보재 구간의 최종변화량은 미소한 변위 변화를 보였으나, 1차 관리기준인 10 mm 이내의 일정한 값으로 수렴되었다. 숏크리트 및 강지보 응력 계측 결과에 의하면, 두 지보재 구간의 최종변화량은 미소한 응력 변화를 보였으나, 1차 관리기준인 81.1 kg/㎠과 54.2 tonf 이내의 일정한 값으로 수렴되었다. 결과적으로 강지보재와 고강도 격자지보재가 설치된 터널구간에서 계측 결과는 매우 미미한 차이를 나타냈으며, 이것은 H형강 대신 고강도 격자지보재를 터널에 적용하더라도 구조적으로 충분히 안정성을 확보할 수 있음을 의미한다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제39권7호
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• pp.31-37
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• 2023

터널은 지중에 건설되는 구조물이므로 육안으로 터널 강지보재의 위치 등의 확인이 불가능하다. 이에, 터널 유지관리시에는, 일반적으로 GPR 이미지를 활용하여 강지보재 탐지를 수행한다. 인공신경망을 통한 GPR 이미지 분석에 대한 연구는, 주로 지하배관, 도로 손상 등의 탐지에 집중되어 있으며, 강지보재 등의 터널 GPR 데이터를 분석한 사례는 해외와 국내 모두 제한적이다. 본 연구에서는, 합성곱 신경망을 기반으로 하는 1단계 객체인식 알고리즘인 YOLO를 활용하여, GPR 데이터를 바탕으로 한 터널 강지보재의 위치 탐지를 자동화하고, 그 성능을 분석한다. 원본 이미지 데이터는 총 512개이며 원본 이미지 데이터로 이루어진 데이터 세트와 원본 이미지 데이터와 증식기법이 적용된 이미지 데이터를 병합한 2,048개의 데이터로 이루어진 데이터 세트를 해석에 활용하였다. 증식한 데이터를 사용한 모델의 강지보재 누락율(전체 강지보재와 탐지하지 못한 지보재 숫자의 비율)은 0.38%, 원본 데이터만을 활용한 모델의 강지보재 누락율은 7.18%로 나타났다. 따라서, 분석 자동화 측면에서는, 증식기법이 적용된 데이터 세트를 활용하는 것이 더 실용적일 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권6호
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• pp.571-583
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• 2013

박층 뿜칠 라이너(Thin Spray-on Liner, TSL)는 1990년대에 개발되어 광산에 처음 적용된 이후로 숏크리트의 대체 재료로서의 활용이 증가하고 있다. 본 연구에서는 폴리머 함량이 다른 두 가지 TSL 재료에 대하여 인장강도시험, 부착강도시험, TSL 코팅 시험편에 대한 압축강도시험 및 EFNARC(2008)에서 제안한 TSL의 지지 성능평가 시험을 수행하여 지보재로서 사용하기 위한 TSL의 역학적 성능을 평가하였다. 실험결과, 본 연구에서 사용된 두 가지 재료 모두 지보재로서의 최소 성능 규정은 만족하는 것으로 나타났으며, 특히, 폴리머 성분이 높을수록 인장강도가 증가하는 반면, 시멘트계 성분이 높을수록 상대적으로 초기 재령에서 부착강도가 크게 나타남을 실험적으로 확인하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제14권6호
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• pp.124-131
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• 2010

록볼트는 주변 지반의 지보 기능을 유리하게 활용하기 위한 부재로서 일반적으로 소요의 강도 이상을 가진 강재로 된 이형봉강을 활용하고 있다. 그러나, 부식성 요소가 많은 지하수 조건에서는 강재의 부식으로 인한 록볼트의 파괴로 터널 및 사면안정의 보수, 보강 및 유지관리 문제가 많이 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하고 영구적으로 사용가능한 터널 지보재로 활용하기 위한 실질적인 거동을 모사하여 GFRP 록볼트의 거동에 대한 실험적 평가를 실시하였다. 이 연구는 GFRP 록볼트의 인장성능 평가시험 및 전단성능 평가시험을 통해 도출된 GFRP 록볼트의 구조적 특성을 바탕으로 구조해석을 통한 사면안정해석을 실시하여 안전율을 평가하였다. 실험 결과 기존에 사용하던 강재 록볼트의 대체 재료로서 충분히 터널 지반의 안정성을 확보 할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.617-628
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• 2022

터널 건설 시 암반 등급에 따라 다양한 지보재를 적절히 병용하여 지보패턴을 결정하고 시공이 이루어진다. 이 과정에서 시공 경험이 풍부한 전문가의 기술적 판단이 필요한데, 터널 설계의 초기 단계인 타당성 조사 및 기본설계 단계에는 상대적으로 짧은 수행기간과 부족한 자료 및 예산으로 인해 설계에 많은 어려움이 존재한다. 터널 건설의 급증과 함께 축적된 설계 데이터와 머신러닝을 활용한다면, 지보패턴 설계를 보다 신속하고 신뢰도 있게 수행할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 암반등급 판정 및 해당 암반등급에 적합한 지보패턴 설계를 자동화하고자 국내 48개 도로터널의 설계자료 및 지반조사 자료를 수집하였으며, 8개의 입력항목(암종, 전기비저항, 심도, 터널연장, 터널연장에 따른 방재등급, 위험도지수에 따른 방재등급, 터널 종류, 터널 단면적)과 11개의 출력항목(암반등급, 숏크리트 제원 2개 항목, 록볼트 제원 3개 항목, 강지보 제원 3개 항목, 콘크리트 라이닝 2개 항목)에 대한 데이터를 정리하였다. 이와 같이 정리된 데이터를 활용하여 2가지 머신러닝 알고리즘(SVM, ANN)을 활용하여 3가지 머신러닝 모델(S1, A1, A2)을 개발하였으며, 세 가지 모델의 성능을 비교해본 결과 출력값의 데이터 형식에 따라 서로 다른 손실함수를 적용한 ANN 기반의 A2 모델이 가장 뛰어난 성능을 보였다. 본 연구를 통해 머신러닝을 활용한 지보패턴 설계의 가능성을 확인할 수 있었으며, 향후 지속적으로 실제 설계에 사용함으로써 단점을 보완하고 적용성을 개선해 나간다면 설계에 보다 큰 도움을 줄 수 있는 지보패턴 설계 모델을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.

• 지질공학
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• 제30권1호
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• pp.43-57
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• 2020

본 연구는 기존의 강지보재보다 우수한 고강도 격자지보재를 개발하여 그 성능을 평가하기 위함이다. 이를 위해 수치해석을 이용한 지보재의 구조적 특성을 분석하였고, 시작품에 대한 최대 굽힘하중시험과 용접이음부 인장강도시험을 실시하여 그 성능을 평가하였다. 구조해석 결과에 따른 최적의 상하부부재와 플레이트의 규격은 50 mm × 31.8 mm × 25.4 mm로 시공성과 경제적이 우수한 것으로 나타났다. 굽힘 하중시험으로부터 확정된 규격 55 mm × 30 mm × 20 mm와 85 mm × 30 mm × 20 mm의 고강도 격자지보재는 기준값과 H형강 100과 125의 목표값 모두 만족하는 것으로 나타났다. 이론 처짐량과 실제 처짐량의 비를 검토한 결과, 이 연구에서 개발된 고강도 격자지보재는 독일연방 철도국에서 제시하고 있는 격자지보재 처짐량의 평가기준 5 이하로 나타났다. 마지막으로 용접이음부에 대한 인장시험 결과는 고강도 격자지보재의 주봉-보조봉-플레이트가 접하는 용접이음부 인장강도가 목표값 이상으로 나타나 용접이음부에 대한 안정성은 충분한 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제28권10호
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• pp.17-25
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• 2012

NATM공법을 적용한 터널에서 숏크리트, 락볼트, 강지보재 등은 터널 굴착 후에 지반을 지지하기 위해 설치되는 주요한 지보재이다. 이전에는 H형강 지보재와 같은 강지보재가 많이 사용되었지만, 시공성이 떨어지는 등의 문제가 있어 격자지보재의 사용이 증가하였다. 본 연구에서는 기존의 격자지보재에서 스파이더와 강봉간의 접촉면적을 넓혀 강도가 증진된 신형 격자지보재를 개발하여 그 효과 및 성능을 검증하고자 LG-$50{\times}20{\times}30$, LG-$70{\times}20{\times}30$, LG-$95{\times}22{\times}32$ 세 가지 규격으로 3점 휨강도 실험과 4점 휨강도 실험을 실시하였다. 그 결과 기존의 격자지보재와 비교하여 신형의 격자지보재는 스파이더와 주강봉 접촉부에서는 평균 17.95%의 강도증진 효과가 있었고, 스파이더와 스파이더 사이에서는 평균 19.37%의 강도증진 효과가 있었으며 이는 스파이더와 주강봉 사이의 기계적 결합과 접촉면적 증가에 의한 격자지보재의 강성증가에 따른 결과로 사료된다.

• 터널과지하공간
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• 제31권6호
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• pp.428-439
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• 2021

뿜칠 멤브레인은 폴리머로 구성된 재료로서 지보 또는 차수 목적으로 기존 방수포와 같은 재료를 대체 할 수 있을 것으로 기대되는 뿜어 붙이는 방식의 재료이다. 이전의 해외 연구에서 기존 시멘트계 지보 재료들에 추가로 뿜칠 멤브레인을 시공할 경우 숏크리트와 같은 지보재의 시공 두께를 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있으나 국내에서는 아직까지 실험이나 분석 결과가 많이 보고되고 있지 못하다. 본 연구에서는 고성능 숏크리트에 뿜칠 멤브레인을 바깥면에 타설하여 3점 휨시험을 수행하고 고성능 숏크리트와 뿜칠 멤브레인이 시공된 경우를 비교하여 분석하였다. 실내 표준 시험과 실대형 휨시험을 통해 산정된 값을 서로 비교한 결과 휨강도 측면에서는 큰 차이를 보이지 않았으나 휨인성 부분에서 차이를 보이는 것으로 나타났다.

• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2006년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.305-310
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• 2006