• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제24권5호
• /
• pp.431-449
• /
• 2022

지금까지 국내에서는 수 많은 터널들이 완공되어 오면서 시공에서뿐 아니라 설계에서도 다양한 경험과 기술이 지속적으로 축적되어 왔다. 따라서 이제는 매우 복잡한 지질조건 또는 특수한 터널구조가 아니라면 일반적인 터널설계작업은 설계 항목에 따라 기존 유사 설계사례를 수정 또는 보완하는 것만으로도 충분한 경우도 적지 않다. 특히 터널발파설계의 경우, 실제 터널시공시 현장에서 시험발파를 통해 시공을 위한 발파설계를 추가로 수행하는 것이 일반적이라는 것을 감안할때, 설계단계에서 수행하는 발파설계는 예비설계 성격을 지니고 있어 기존의 유사 설계사례를 참고하는 것도 타당하다고 사료된다. 한편 최근 4차산업혁명시대에 들어서면서 전 산업분야에 걸쳐 그 활용도가 급증하고 있는 인공지능은 터널 및 발파분야에서도 다양하게 활용되고 있지만, 발파터널의 경우 발파진동 및 암반분류 등의 예측 분야에서 주로 활용되고 있을 뿐 터널발파패턴 설계에 활용된 사례는 많지 않다. 따라서 본 연구에서는 터널발파설계를 인공지능의 한 분야인 머신러닝 모델을 이용하여 자동화하기 위한 시도를 하였다. 이를 위하여 25개 학습용 터널설계 자료 및 2개의 시험용 설계자료에서 4가지의 입력데이터(지보패턴, 도로유형, 상반 및 하반 단면적) 및 16개의 출력데이터(심발공 종류, 비장약량, 천공수, 각 발파공 그룹별 공간격과 저항선 등)를 발췌하였다. 이를 기반으로 3가지 머신러닝 모델, 즉, XGBoost, ANN, SVM 모델을 시험한 결과 XGBoost모델이 상대적으로 최상의 결과를 나타내었다. 또한 이를 이용하여 실제 발파설계 상황을 가정하여 발파패턴을 제안하도록 한 결과 일부 항목에서 보완이 필요하긴 하지만 일반적 설계와 유사한 결과를 나타내었다. 본 연구가 기초연구 성격이어서 전체 발파설계를 완벽하게 수행하기는 아직 부족하지만, 향후 충분한 발파설계데이터를 확보하고 세부적인 처리과정을 보완하여 실용적인 활용이 가능하도록 추가 연구를 수행할 계획이다.

• 터널과지하공간
• /
• 제19권3호
• /
• pp.236-247
• /
• 2009

도심지에서의 인구 및 시설물 과밀화 현상으로 인해 지하 공간의 효율적 활용 문제가 대두되고 있으며, 이에 대한 해결책으로 저심도 지하공간의 개발이 증가되고 있다. 그러나 저심도 터널 굴착시 예상치 못한 붕락 문제도 함께 증가하고 있으므로, 터널 붕락으로 인한 인명과 재산의 피해를 줄이기 위해서는 굴착 개시전에 암반거동 유형을 파악하고 분류하는 것이 필요하다. 특히 붕락(cave-in)의 경우 낙반이나 소성변형보다 발생규모가 크고 빠르게 일어나는 특징이 있으므로 이에 대한 대비책이 마련되어야 한다. 본 연구에서는 7가지의 매개변수-일축압축강도, 암질지수, 절리면 상태, 응력 상태, 지하수, 지진 및 진동, 터널 폭을 이용하여 붕락 거동 유형을 파악하고자 하였다. 이러한 매개변수로부터 붕락 거동을 예측하기 위해서는 현장 사례로부터 충분한 자료를 확보하여야하나 현장자료의 부족 등의 현실적인 한계를 고려하여 7가지 매개변수들간의 상호영향성과 가중치를 산정하기위해 전문가 집단의 의견과 암반공학시스템의 원리를 이용하였다. 그 결과로 저심도 암반터널에서의 붕락 거동 지수를 서울 지하철 9호선 000구간에 적용하였다. 한편 288가지 경우의 불연속체 해석을 통해 붕락 발생 유무를 확인하였고 이를 붕락 거동 지수와 비교하였다. 또한 로지스틱 회귀분석을 통해 도출된 회귀식으로 지보패턴별 파괴확률을 산출하였고 이를 붕락 거동 지수와 비교하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제28권5호
• /
• pp.442-456
• /
• 2018

본 연구에서는 터널의 축소모형실험을 통해 이방성 암반에 설치되는 록볼트의 보강효과를 검토하였다. 이를 위해 터널규격, 암석강도, 이방성 경사, 측압계수를 달리한 두 가지 터널사례를 실험하였다. 구슬달린 자수용 시침핀을 사용하여 전면접착식 D25 이형봉강 록볼트를 모델링하였고 이들을 모형터널의 천반과 측벽에 체계적으로 설치하였다. 첫 번째 사례에서, 무지보 모형은 터널 천정부에서 초기균열이 발생하였지만 록볼트 설치 모형은 록볼트가 설치되지 않은 영역인 터널 바닥부에서 초기균열이 발생하였다. 또한, 록볼트 설치 모형은 무지보 모형에 비해 균열개시압력과 최대압력이 각각 11%, 7% 더 컸고, 이방성 암반의 불연속면이 터널의 파괴거동에 미치는 영향은 작아져서 록볼트의 보강효과를 실험적으로 검증할 수 있었다. 지보패턴을 달리 적용한 두 번째 사례에서는, 록볼트의 길이와 수량이 큰 모형일수록 균열개시압력이 크고 하중에 따른 터널면적 축소비율은 작게 나타나, 록볼트의 길이와 수량을 증가시킬수록 록볼트의 성능이 향상됨을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제6권3호
• /
• pp.237-245
• /
• 2004

터널의 설계에 있어서 RMR 분류방법은 암반을 분류하고 암반등급에 따른 지보패턴을 결정하기 위하여 널리 사용하여 왔다. 하지만 이러한 RMR 분류방법은 현장상태를 고려하여야만 구할 수 있는 변수들을 사용하고 암반을 분류하는 기술자의 경험적 판단에 의존될 수 밖에 없다. RMR 암반분류 방법을 설계단계에서 활용할 때 RMR의 평가요소들을 모두 고려하는 것은 실무적으로 불가능하다. 따라서 설계시 정량적인 요소만을 사용하여 RMR 분류 가능성을 확인하기 위하여 판별분석을 수행하였다. 정량적 데이터인 암석강도 혹은 RQD는 RMR 값과의 상관계수가 높으며, 기존 암반분류기준을 살펴볼 때 암석강도와 RQD는 암반분류를 위한 중요한 요소이다. 기존의 RMR 암반분류 방법을 통한 암반분류와 두 가지 변수만을 고려한 판별분석을 수행한 암반분류 결과 암석강도를 독립변수로 사용한 판별분석시 74.8%, RQD를 독립변수로 사용한 판별분석시 74.3%의 정확도로 RMR 암반분류가 가능하였다. 암석강도와 RQD를 함께 고려한 판별분석을 하였을 때 82.5%의 정확도로 RMR 암반분류가 가능하였다. 기존의 사례분석에서 RMR 전체 요소를 통하여 수행된 설계단계의 전체 적중률은 40.3% 정도 수준임을 감안할 때 설계단계에서는 암석강도와 RQD 만으로도 충분한 RMR 암반분류가 가능할 것이다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제33권3호
• /
• pp.29-36
• /
• 2017

NATM 공법에서 터널을 확대하거나 피난갱과 같이 좁은 단면에 록볼트를 설치하는 경우에는 록볼트를 경사지게 설치하거나 또는 짧은 볼트를 연결하여 시공할 수밖에 없다. 국내외에서 실시된 경사 록볼트에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이며 실제 현장에 적용하기 위해서는 경사 록볼트의 거동특성에 대한 연구가 필요하다고 사료된다. 본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 사용하여 경사 록볼트 시공 시 록볼트의 설치각도와 설치길이에 따른 최대 중립점 발생위치의 변화를 확인하고 이에 따른 록볼트에 의한 원지반 아치형성영역의 두께 변화를 비교 분석하여 지반보강효과에 대해 확인하였다. 해석결과 표준지보패턴(설치길이 4m)에선 설치각도가 감소할수록 터널 주변지반의 변형범위는 증가하여 지반보강효과가 감소하는 것을 알 수 있었다. 또한, 설치길이가 증가함에 따라 설치각도에 의한 영향을 적게 받은 것으로 나타났으며 설치각도 $45^{\circ}$ 이하에서는 설치길이의 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 이러한 결과로부터 경사록볼트의 설치각도는 $45^{\circ}$이상으로 하여 아칭영역을 확보하도록 하여야 하며, 설치각도 $75^{\circ}$이상인 경우 직각으로 설치하는 경우와의 보강효과의 차이가 크지 않음을 확인하였다. 또한 추가적인 상세 검토를 통하여 NATM 터널에서의 경사록볼트 설계지침을 제시하고자 하였다.

• 한국지반공학회논문집
• /
• 제19권4호
• /
• pp.167-178
• /
• 2003

발파설계가 터널 굴착 시 암반손상 및 여굴에 미치는 영향을 분석하고 암반손상 및 여굴이 터널 안정성에 미치는 영향을 분석함으로서 발파설계가 터널 지보설계에 미치는 영향을 연구하였다. 도로터널의 일반적인 발파패턴에 대해 동적발파 수치해석을 시행하고 연속체 손상역학(continuum damage mechanics)의 손상변수(damage variable)를 이용하여 여굴과 암반손상 정도를 분석함으로서 터널 굴착면 주위의 암반손상 정도와 영역을 구분하였다. 또한 발파하중 같은 동적하중이 암반내를 전파할 때 변화하는 암반의 동적파괴기준에 대한 연구를 수행하였다. 발파 암반손상 영향을 터널 안정성 해석에 반영하기 위하여 손상된 암반강성과 파괴기준을 적용하였다. 손상된 암반강성은 손상역학의 강도감소 모델을 이용하여 감소시켰다. 손상된 암반의 파괴기준은 암반강성과 지질강도지수의 관계식에서 도출한 손상된 지질강도지수(GSI$GSI_d$)를 적용함으로서 산출한 수정 Hoek-Brown 파괴기준을 적용하였다. 암반손상을 고려하여 터널안정성을 해석한 결과, 암반손상을 고려하지 않는 경우와 비교하여 소성영역 범위가 확대되고 변위량이 증가하였다. 이는 발파암반손상을 고려하지 않고 터널설계를 하는 경우 단기적 혹은 장기적으로 터널안정성이 위협받을 수 있음을 나타내었다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제36권6호
• /
• pp.1161-1167
• /
• 2016

본 연구에서는 대단면 고속철도 시공중 단층파쇄대 구간과 조우시 터널의 안정성 확보를 위해 보조 및 보강공법을 적용했음에도 불구하고 추가적인 지반이완과 원지반 지지력 부족에 따른 터널 전체의 안정성 저감 및 과다변위가 발생한 시공사례를 분석하였다. 그리고, 이러한 터널굴착 중 단층파쇄대 구간 통과시 현장계측분석을 통하여 터널지보패턴의 적정성 및 우각부 보강(레그파일) 효과를 현장계측결과와 비교분석하여 평가하였다. 또한, 우각부보강 시공조건(레그파일 각도 및 길이에 대한 영향)에 따른 보강효과를 수치해석적으로 검토하여 현장적용시 최적의 보강조건을 분석한 결과 단층대 구간에서의 우각부 적용조건은 상반바닥면 수직에 가까운 방향으로 설치할 경우 변위제어에 가장 효과적이고, 시공성 및 경제성 고려 레그파일의 적용조건은 45도 각도 이내로 설치하고 하반굴착 바닥면 까지인 6m의 길이를 적용하는 것이 터널주변지반 이완하중의 분산 전달 및 측방변형 억제에 가장 효과적인 유리한 조건으로 확인되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제14권5호
• /
• pp.503-516
• /
• 2012

터널 시공 중 암반등급은 지보패턴의 결정에 큰 영향을 주는 요소이다. 따라서 터널 설계 시에 터널이 시공되는 노선의 암반등급을 파악하기 위해서 시추조사를 수행한다. 시추구간 사이의 미시추 구간에서는 전기비저항 탐사, 탄성파 탐사 등과 같은 지구물리탐사를 통해 암반등급을 파악한다. 따라서 전기비저항과 암반등급의 상관관계를 찾기 위한 연구가 다수 수행되었다. 그러나 대부분의 연구는 실내시험 또는 전기비저항 탐사로부터 얻어진 전기비저항과 암반등급의 상관관계에 대한 연구이다. 따라서 본 연구에서는 현장의 전기비저항 검층 시험으로부터 얻어진 전기비저항과 RMR의 상관관계를 분석하였다. 현장 데이터 분석 결과, 전기비저항과 RMR은 약 90%이상의 매우 높은 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 또한 RMR 평가 요소들과 전기비저항의 상관관계 분석을 수행한 결과, 전기비저항과 불연속면상태는 약 80%이상의 양호한 상관관계가 나타났으나 지하수상태는 약 57%이하의 낮은 상관관계가 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제22권3호
• /
• pp.239-248
• /
• 2020

터널 굴착 시 정확한 암반 분류는 적합한 지보패턴을 설치하는 데 도움을 준다. 암반의 분류를 위해 주로 RMR (Rock Mass Ration)과 Q값을 산정하여 수행되며, 페이스 매핑(face mapping)을 바탕으로 산정된다. 점보드릴 및 프로브드릴의 기계 데이터을 활용하거나 딥러닝을 활용한 굴착면 사진 분석 등의 방법이 암반등급 분류를 예측하기 위해 사용되고 있으나, 분석 시 오랜 시간이 소요되거나, 굴착면 전방의 암반등급을 파악할 수 없다는 점에서 한계를 갖는다. 본 연구에서는 순환인공신경망(Recurrent neural network, RNN)을 활용하여 굴착면 전방의 Q값을 예측하는 방법을 개발하였고 페이스 매핑으로부터 획득한 Q값과 비교/검증하였다. 4,600여개의 굴착면 데이터 중 70%를 학습에 활용하였고, 나머지 30%는 검증에 사용하였다. 학습의 횟수와 학습에 활용한 이전굴착면의 개수를 변경하여 학습을 수행하였다. 예측된 Q값과 실제 Q값의 유사도는 RMSE (root mean square error)를 기준으로 비교하였다. 현재 굴착면과 바로 직전의 굴착면의 Q값을 활용하여 600회 학습하여 예측한 Q값의 RMSE값이 가장 작은 것을 확인하였다. 본 연구의 결과는 학습에 사용한 데이터 값 등이 변화하는 경우 변화할 수 있으나 터널에서의 이전 지반상태가 앞으로의 지반상태에 영향을 미치는 시스템을 이해하고, 이를 통해 터널 굴착면 전방의 Q값의 예측이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국지리정보학회지
• /
• 제25권1호
• /
• pp.28-43
• /
• 2022

본 연구는 창원시 도시지역 내 공원을 대상으로 UAV 영상 기반 물리적 공간 유형을 분류하고, ENVI-met 열 쾌적성 결과와의 비교를 통해 물리적 공간 유형에 따른 열 쾌적성 특성을 분석하였다. 물리적 공간 유형은 UAV 기반 NDVI, SVF 특성에 따라 4개 유형으로 분류하였다. ENVI-met 열 쾌적성 결과는 수목 밀집지역의 T_MRT가 그 외 지역보다 최대 30℃ 이상의 차이를 보였으며, 오후 시간대 중에서는 수목 밀집지역과 다른 지역의 T_MRT 차이가 16시에 19.6℃로 가장 큰 것으로 나타났다. UAV 기반 물리적 공간 유형과 시간대별 열 쾌적성 특성 분석결과 NDVI가 높고, SVF가 높은 공간 유형에 대해 UAV 활용 시 시간대별 열 쾌적성 변화 패턴과 유사한 경향을 보이는 것을 확인하였으나, 수목 및 인공 구조물 등이 밀집된 지역에 대해서는 상대적으로 UAV 기반 물리적 환경 유형과 상관관계가 낮은 것으로 나타났다. 결론적으로 개활지 및 식생으로 이루어진 공간 유형에 대해 UAV 영상 기반 열 쾌적성 분포 파악 가능성을 확인하였으며, 수목 인접지역이 개활지보다 열적으로 쾌적한 것으로 도출되었다. 따라서, 도시계획 단계에서 개활 공간은 잔디 및 수목 등 자연피복재질을 고려하여 조성할 필요가 있으며, 인공피복재질 활용 시 수목, 건물과의 인접성 등을 고려한 공간계획이 이루어져야 할 것으로 판단된다. 향후 지상LiDAR 및 현장 측정 기반 UAV 영상 보정을 통해 신속·정확한 도시기후 현상 규명 및 열 쾌적성을 고려한 도시계획 수립이 가능할 것으로 판단된다.