• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.733-747
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• 2017

터널을 굴착하면 터널주변과 상부의 지반이 느슨해지고 변형되며, 이로 인해 터널주변지반의 응력이 변화된다. Terzaghi는 터널굴착으로 인한 천단 상부지반의 이완형태를 Trapdoor 실험을 통해 규명하였다. 그러나 Terzaghi는 터널천단부가 등변위 되는 조건만 생각하였으며, 터널천단부가 오목곡선이나 볼록곡선 등의 형태로 변형될 경우에 대해서는 생각하지 않았다. 따라서 본 과제에서 지반이완 형태와 터널천단부 변위형태의 상관관계에 대하여 실험적으로 연구하였다. 이를 위하여 터널천단부의 이완형태를 등변위, 오목곡선, 볼록곡선의 세가지 형태로 모사하여 실험을 수행하고 그 결과를 비교 하였다. 실험결과 이완지반의 하중전이는 지반변형특성에 따라 다양한 형태로 발생될 수 있음을 확인하였다.

• 건설안전세미나
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• 통권1호
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• pp.75-114
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• 1990

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제7권2호
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• pp.133-141
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• 2005

저토피 구간에서 기존터널 하부에 새로운 터널을 교차하여 신설할 때에 하부 터널굴착으로 인하여 발생하는 교차부 주변지반의 거동을 대형모형실험과 수치해석을 통하여 연구하였다. 모형실험결과 교차 전 후의 하부터널 굴착에 따른 종방향 응력전이가 상부터널에 의하여 차단됨을 알 수 있었다. 수치해석결과에 의하면 측압계수 K = 0.38인 경우에 응력그림자 현상으로 단일터널 천단부에서의 최소주응력 감소는 상하교차터널의 천단에서보다 크게 발생한다. 직각교차터널에서는 기존상부터널의 영향으로 응력그림자 현상이 나타나 단일터널에 비하여 작은 응력감소를 보인다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제7권3호
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• pp.115-124
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• 2003

본 연구에서는 공사중 계측 결과와 유지관리 계측 결과를 토대로 다양한 분석방법을 통하여 터널의 변위와 응력 등을 분석하였으며, 지반조건이 비교적 연약한 풍화대를 통과하는 지하철 터널의 거동을 분석하여 터널 라이닝의 역학적 특성을 분석하였다. 공사중 계측결과 상부 및 하부 반단면 굴착 완료시의 계측결과를 단순화하여 터널 굴착시 천단침하가 지표침하와 내공변위보다 크다는 것을 확인하였으며, 천단침하와 천단숏크리트 라이닝응력이 역해석 시에 가장 많이 사용되는 계측항목임을 알 수 있었다. 그리고, 간극수압 분석결과를 통해 배수형 터널에 설계시 적용되고 있는 잔류수압의 타당성을 분석하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제9권2호
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• pp.41-50
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• 2010

터널 구조물은 다른 사회간접시설과 마찬가지로 시공과정에서부터 사용연한까지 지속적으로 안전성이 확보되어야 한다. 특히, NATM 공법으로 시공되는 터널 콘크리트 라이닝은 터널의 외장재로 취급되어 왔지만, 근년에 와서 노후화된 터널의 콘크리트 라이닝에서 발생하는 심각한 구조적 균열에 대한 문제가 야기되면서 터널의 장기적인 안전성을 유지하는 최종 지보수단인 구조재로 고려되고 있다. 콘크리트 라이닝 천단부의 종방향 균열 발생은 콘크리트 시공방법과 같은 연관관계를 가지고 있다. 콘크리트 라이닝 타설시 강재 거푸집의 천단부 부터 콘크리트를 주입함으로 콘크리트가 측벽 쪽으로 유동하면서 충전되어 천단부 라이닝 콘크리트는 마지막으로 콘크리트가 타설되기 때문에 천단부의 상부에 공동이 발생할 우려가 크며, 이로 인해 콘크리트 라이닝의 두께도 부족하게 되는 경우가 발생한다. 본 연구에서는 터널 콘크리트 라이닝에서 여러 요인으로 발생하는 균열을 보다 효율적으로 제어하기 위하여 콘크리트 라이닝에서 발생하는 균열 특성, 기존 강섬유보강 콘크리트 라이닝과 복합섬유보강 콘크리트 라이닝의 수치해석적 접근을 시도하였다. 즉, 터널 라이닝 천단부에 강섬유와 복합섬유의 혼입률에 따른 콘크리트 라이닝 부재의 파괴하중과 변위에 대하여 분석하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.887-903
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• 2017

터널이 시공되는 환경은 다양하여 지형이 평탄하지 않거나 지표가 경사가 진 경우가 많으며, 이런 경우에는 지반내 응력의 분포가 일정하지 않다. 그러므로 이와 같은 환경에서는 얕은 터널 굴착에 따라 종방향 하중전이 특성이 달라서 그 영향이 불명확하다. 또한, 시공방법이나 지반조건 및 굴진면의 변위형태 등이 종방향 하중전이 발생경향에 영향 줄 것이므로, 이를 종합적으로 고려한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 지반의 경사를 $0^{\circ}$, $10^{\circ}$, $20^{\circ}$, $30^{\circ}$로 모사하고, 굴진면의 변위형태(상부 큰 변위, 등변위, 하부 큰 변위)에 따른 굴진면의 토압과 터널 천단상부의 종방향 하중전이 특성을 실험적으로 규명하였다. 연구결과 굴진면에서 변위가 발생하면 굴진면 토압이 감소하고 터널의 천단 하중이 증가하며, 굴진면의 토압변화량에 따라 터널 천단상부의 하중전이의 크기와 발생경향이 변화되었다. 따라서 굴진면의 토압변화가 터널 종방향 하중전이에 직접적인 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 지표경사가 작으면 하중전이 영역이 넓어지며 지표경사가 커질수록 종방향으로 전이되는 경향이 감소하고 굴진면 부근에서 집중되었다. 또한, 굴진면의 변위형태에 따라 종방향으로 전이되는 하중의 분포경향도 달라지므로 종방향 지반의 응력조건과 굴진면의 변위형태는 터널 종방향 하중전이의 형태와 크기에 영향을 주는 것으로 분석되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.761-778
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• 2017

도시 내에서 기반시설을 확충하기 위해 지하공간의 활용이 급증하고 있으며, 이에 따라 얕은터널의 수요가 늘고 있다. 도시 내 얕은터널은 자체 안정성 뿐만 아니라 상부 건축물과 터널 주변 지중매설물의 안전성도 확보해야 하는 특성이 있다. 지금까지 얕은터널에 대한 연구는 천단부나 측벽부 등 국부적 변형에 따른 주변지반 거동에 집중되었고 터널 전체의 변형에 따른 주변지반의 거동을 연구한 예가 거의 없다. 따라서, 본 연구에서는 터널 전체의 변형에 의해 발생되는 주변지반 거동의 모형시험을 수행하여 분석하고 그 안정성을 검토하였으며, 이를 위해 터널 상부지표의 경사와 토피별로 구분하여 모형시험을 수행하였다. 모형터널(폭 300 mm, 높이 200 mm)은 도로 2차선 터널 단면을 기준으로 수직 수평방향으로 동시에 내공변위가 일어나도록 제작하였으며, 모형지반은 3가지 규격(직경 4 mm, 6 mm, 8 mm)의 탄소봉으로 조성하였고, 터널 전체를 변형시키면서 터널 토피와 상부지표의 경사에 따른 지표침하, 천단하중, 측벽하중, 하중전이를 측정하였다. 그 결과 얕은터널의 지표침하는 터널상부에서 가장 크게 발생하였고, 터널에서 멀어질수록 감소하여 일정영역을 벗어나면 발생하지 않았으며, 경사지에서는 토피가 높은 곳의 지표침하가 넓게 나타났다. 천단하중과 측벽하중은 지표경사의 영향이 뚜렷하였으나 토피가 일정깊이 이상이면 지표경사의 영향을 받지 않았다. 터널의 하중전이는 수평지표에서는 토피가 높을수록, 경사진 지표에서 지표가 높을수록 하중전이 폭이 넓고 크기가 작게 나타났으며, 경사진 지표 하부 얕은 터널에서는 토피가 낮은 쪽의 터널 측벽부 주변 하중전이가 뚜렷하게 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권3호
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• pp.640-655
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• 2018

최근 도심지 공사가 급증하여 기존 지하구조물의 상부에서 지반굴착 공사가 빈번하게 이루어지고 있다. 특히 지반굴착 후 구조물이 시공되는 경우 굴착 저면 하부 지반 내에서 하중 제하, 재하 과정이 반복되므로 기존 지하구조물에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 지반굴착으로 인한 기존 지하구조물의 안정을 유지하기 위해서는 인접부에서의 굴착 및 구조물 하중에 의한 영향을 정확히 파악해야 한다. 본 연구에서는 기존터널 상부에 지반 굴착 및 신규 구조물 하중이 가해지는 경우를 실험적으로 구현하여 인접시공이 기존 터널에 미치는 영향을 파악하였다. 이를 위해 실제 크기의 1/5로 축소한 대형모형시험기를 제작하여 굴착저면과 터널 천단 간의 거리를 일정하게 유지한 체 지반굴착, 구조물 하중의 폭, 기존 터널 중심과 지반 굴착 저면 중심과의 이격거리에 따른 영향을 파악하였다. 연구 결과, 동일 하중 크기에 대하여 굴착 깊이가 깊어질수록 기존 터널에 더 큰 영향을 작용하는 것을 확인하였다. 동일 이격거리에서 기존 터널에 영향은 건물하중 폭 증가에 따라 터널 내공변위가 최대 3배까지 증가하는 것을 확인하였다. 건물하중 폭의 영향이 굴착 깊이보다 더 크게 나타났다. 또한 수평으로 이격하는 경우는 터널 중심에서 1.0D 이격되면 터널 천단변위가 48% 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 이로부터 기존 터널 상부에 터파기 시공 위치에 따른 영향이 가장 크게 발생하는 위치는 1.0D (D: 터널직경)인 것으로 확인하였다.

• 지질공학
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• 제19권1호
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• pp.43-50
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• 2009

터널 굴착 중 지반에 존재하는 연약대의 방향 특성에 따른 거동 및 응력 분포 특성을 3차원 수치해석을 이용하여 정량적으로 평가하였다. 수치모델에서 연약대의 방향은 RMR의 취약 불연속면에 대한 보정인자를 기준으로 설정되었으며, 위치는 각 방향 조건에 대하여 연약대가 천단부 상부 1D, 천단부, 막장 중앙부를 지나는 경우로 설정되었다. 지반정수는 현장 계측변위를 기반으로 하는 역해석을 통해 산정하였다. 최종적으로 터널 천단부에서 발생하는 변위의 크기를 기반으로 연약대 방향 및 위치 조건에 따른 영향도를 평가하여 5등급으로 분류하였다.

• 지질공학
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• 제27권1호
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• pp.81-90
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• 2017

터널에서의 일상계측은 공정 특성상 굴착 후 바로 수행되기 어렵고, 일정 간격마다 수행되기 때문에 굴착 전 발생하는 선행변위를 측정할 수 없다. 본 연구에서는 굴착과 동시에 측정할 수 있는 굴진면 수평변위를 이용하여 단층대가 터널 상부에 분포하는 경우 천단부에서 발생하는 선행변위를 분석하였다. 단층이 터널의 굴진방향과 이루는 각도와 경사가 서로 다른 24개 모델에 대해 3차원 유한요소해석을 실시하여 굴진면 수평변위와 선행 천단변위의 상관성을 분석하였다. 분석결과, 선행 천단변위에 대한 굴진면 수평변위의 비($L_{face}/C$ ratio)는 순경사 모델의 경우 약 2~12%, 역경사 모델은 2~13%로 각 모델별로 일정한 비율을 보이는 것으로 나타났다. 또한 회귀분석을 통한 선행 천단변위와 굴진면 수평변위의 상관성을 분석한 결과, 대부분의 모델에서 약 0.8 이상의 높은 결정계수($R^2$)를 보여 굴진면에서 발생하는 수평변위를 이용하면 계측 전 터널 천단에서 발생하는 선행변위의 산정이 가능한 것으로 나타났다.