• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2007년도 춘계학술발표회 논문집
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• pp.112-121
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• 2007

지보재의 파괴가 고려된 터널의 안전율을 산정하기 위해 허용응력 설계법에 기초하여 숏크리트 내에 발생하는 응력이 허용응력을 초과하면 숏크리트가 파괴된다고 가정하고, 전단강도 감소기법을 이용하여 수치해석적(2차원)으로 구하는 방법이 유광호 등(2005)에 의해 제시되었다. 하지만 허용응력 설계법에 근거한 방법은 숏크리트의 허용 휨응력을 과소평가하여 터널의 안정성 및 안전율을 과소평가하는 경향이 있다. 따라서 본 논문에서는 숏크리트의 파괴거동을 갱도모형실험을 통해 확인하고 3차원 수치해석에 의해 검증하였다. 갱도모형실험에 사용된 터널은 실제 터널의 거동을 모사하기 위해 폭 3.3m, 높이 2.9m, 깊이 0.5m의 마제형으로 제작되었다. 지보재인 숏크리트는 거푸집을 이용하여 타설하고 28일간 양생하였고 7개의 실린더와 30cm의 모래 뒷채움을 이용하여 지보재에 최대한 등방하중이 가해질 수 있도록 하여 실험을 수행하였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.47-51
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• 2013

본 논문은 연약지반 쉴드 TBM 축소 모형실험을 통하여 슬러리에 의해 가해지는 막장 지보압의 변화에 따른 터널 막장면 안정성 변화 양상을 파악하고자 토피고에 따라 0.5D, 0.75D, 1.0D, 1.25D, 1.5D의 총 5개 Case에 대하여 모형실험을 수행하였으며, 이론적인 터널 막장면 지보압 및 모형실험으로 선정된 적정 지보압 값을 상호 비교하였다. 암반 쉴드 TBM과 달리 연약지반 쉴드 TBM의 경우 균질한 지반조건임에 따라 모형실험으로부터 산정된 적정 지보압이 터널 심도에 따른 막장면 토압 및 수압으로부터 이론적으로 산정된 막장압 범위($P_{min}{\leq}P_{slurry\;pressure}{\leq}P_{max}$)와 잘 일치하고 있음을 확인하였다.

• 터널과지하공간
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• 제20권5호
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• pp.352-359
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• 2010

병설터널에서 근접 굴착으로 인한 영향은 터널간 이격거리에 따라 달라진다. 본 논문에서는 수평절리암반에 형성된 병설터널의 이격거리에 따른 영향을 파악하기 위하여 콘크리트 블록으로 균일 수평 절리 모형 지반을 조성하고 이격거리를 변화시키면서 모형터널을 설치한 후에 대형 모형실험을 수행하였다. 병설터널의 이격거리(필라폭)는 터널 폭 D를 기준으로 0.29D, 0.59D, 0.88D, 1.18D로 변화시켰다. 실험중에 필라 응력, 터널변위, 지반 변위를 계측하였다. 측압계수는 1.0을 유지하였다. 실험결과, 터널 및 주변지반의 변위와 필라 응력은 필라 폭이 감소함에 따라 증가하였다. 각 계측항목에서 최대 변화폭이 발생하는 단계는 후행터널의 상반굴착 직후로 나타났다. 병설터널 굴착 시 가장 큰 영향을 받는 위치는 필라부와 맞닿아 있는 선행터널의 어깨부로 확인되었다. 이러한 결과는 병설터널의 안정성은 시공 시 천단변위보다 내공변위 관리를 통해 평가되어야 한다는 것을 보여준다. 또한, 병설터널의 영향권이 양호한 지반조건에 대한 경험이론의 근접시공 영향권(0.8D~2.0D)보다 근접한 0.59D~0.88D 범위에서 형성되었으며 이러한 영향범위 감소는 병설터널의 안정성에 수평절리의 영향이 있는 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제12권2호
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• pp.129-144
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• 2010

원형수직터널에 작용하는 토압은 아칭효과로 인해 2차원 일반 흙막이벽에 작용하는 토압보다 작으므로 원형수직터널 설계 시 벽체에 작용하는 실질적인 토압의 예측이 필요하다. 본 논문은 두 개의 연속된 논문(Companion papers)의 두번째로서 원형수직터널 설계 시 건조한 사질토뿐만 아니라 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 적용 가능하도록 새롭게 제안된 토압식(김도훈 등, 2009)을 증명하기 위해 대형 모형실험을 수행하였다. 고안된 모형실험 장비는 단계별 굴착이 가능하도록 제작 벽체의 반경을 변화시켜가며 실험을 수행하였다. 또한 강사 방법으로 지반을 조성하기 전 건조한 시료에 물을 첨가하고 불포화사질토를 형성시켜 겉보기 점착력을 발현시킴으로써 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 실험을 진행하였다. 실험 결과로서, 단계별 굴착을 모사하였을 때, 아칭효과에 의해 굴착된 지반에서 굴착되지 않은 지반으로 하중이 전이가 일어나는 확인할 수 있었다. 또한, 동시에 굴착했을 때의 토압은 예측한 값에 비해 상당히 작게 나타났지만, 단계별로 굴착했을 때의 최종 토압은 동시 굴착 시의 토압에 비해 크게 나타나며 새롭게 제안된 토압식과 잘 일치하였고 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 수행한 실험의 결과도 겉보기 점착력의 효과로 인해 토압의 감소를 보이며 이론적인 값과 잘 일치하는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제17권5호
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• pp.165-172
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• 2001

본 연구에서는 하천인접구간에서와 같이 지하수가 풍부한 지반에서 시공되는 터널의 막장 안정성을 평가하기 위하여 터널 막장에 작용하는 힘의 두 가지 요소를 고려하였다. 하나는 극한해석 중 upper bound solution으로부터 산출된 유효응력이며, 또 하나는 지하수의 정상류 흐름조건을 고려한 수치해석으로부터 산출된 침투력이다. 지하수가 풍부한 토사지반에서의 터널 시공시 터널 막장에 작용하는 힘을 구하기 위하여 침투력을 고려한 극한해석의 해를 구한 결과 터널 막장의 안정성을 유지하기 위한 최소 지보력은 터널 막장에 작용하는 유효응력과 침투력의 합으로 나타낼 수 있었다. 또한 터널 막장에 작용하는 평균침투압은 지하수위에 비례하여 작용하는 것으로 나타났으며, 이를 실내모형 실험 결과를 통하여 검증하였다. 지하수의 정상류 조건 하에서의 토사터널에 대한 실내모형 실험 결과, 터널 막장에 작용하는 침투력은 수치해석 결과 비슷한 양상을 보여주어 제안된 이론의 타당성을 입증하였다.

• 터널과지하공간
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• 제24권4호
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• pp.308-315
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• 2014

본 연구에서는 도로터널 화재 시 외부 바람에 의한 영향을 평가하기 위하여 축소모형 실험을 실시하였다. $1.1m{\times}0.5m{\times}50.4m$ 모형 터널에서 휘발유 4.5리터를 사용하여 실험을 실시하였다. 터널 내부의 온도, 산소와 일산화탄소 농도를 측정하였다. 외부 바람의 영향에 따라 연기의 출구 도달 시간에 차이를 보였다. 최성기 이후에는 외부 바람의 영향이 초기에 비하여 작은 것을 확인할 수 있었다. 화재로 인하여 발생한 일산화탄소가 1,500 ppm 이상 도달하여 피난자에게 치명적인 위해를 가할 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제7권1호
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• pp.27-36
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• 2005

본 연구에서는 장대 터널 화재시 연기의 거동 특성 파악과 수직갱에 의한 배연 능력을 검토하기 위하여 축소 모형실험을 실시하였다. Froude 상사를 기본으로 수직갱을 포함하는 터널을 1/50로 축소하여 20m의 모형 터널을 제작하였다. 화재시 발생되는 연기의 배연실험을 수갱의 높이를 변화시키며 한 결과, 수직갱에 의한 배연은 화재 후방으로의 역기류 전달 시간을 지체시키는 효과를 보였으며, 수직갱의 높이가 증가할수록 온도도 감소하였고, 중앙 높이에서의 온도차이는 수직갱이 없을 경우보다 다소 감소하기는 하나 그 영향은 미비하였다. 수직갱을 지난 지점에서 화재가 발생하였을 경우 수직갱의 높이가 증가하면 수직갱으로의 배연에 의한 역기류 활성화로 CO농도의 전파속도가 증가되며, 단면의 온도도 증가한다. 즉, 수직갱을 지난 지점에서 화재가 발생할 경우 수직갱은 화재 발생으로 인한 연기의 배연에는 유리하나, 오히려 역기류를 증가시켜 화재 초기 승객들의 안전한 대피에는 불리한 상황을 초래한다.

• 대한토목학회논문집
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• 제26권1C호
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• pp.53-61
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• 2006

본 논문은 미고결 층상 지반에서 터널을 굴착함으로써 발생하는 응력 재분배 메커니즘을 모형 실험을 통해 규명한 것이다. 미고결 층상 지반을 모사하기 위해서는, 지반재료 자체만으로 자립이 가능케 하여 모형토조와의 마찰을 배제시킬수 있는 알루미늄 봉과 블록을 이용한 2차원 모형 실험을 실시하였다. 지층이 경사진 모형 지반에 대하여 터널 굴착에 따른 지반 변형과 응력 재분배 현상을 계측기를 통하여 각각 측정하였다. 지반변형에 대해서는, 지표면의 침하형상을 측정하여 굴착에 따른 변형 특성을 살펴보았다. 응력 재분배 현상에 대해서는, 터널 작용 토압과 터널 주변부 작용 토압의 변화를 각각 측정하여 상호 검토를 실시하였다. 이러한 실험 결과를 토대로 미고결 층상 지반에서 터널 굴착에 따른 지반의 변형 및 응력 재분배 메커니즘에 대한 상세한 검토를 수행하였다.

• 터널과지하공간
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• 제28권2호
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• pp.170-185
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• 2018

단층대에 위치한 근접병설터널에 대하여 단층의 폭과 경사, 단층암의 물성을 달리한 수치해석과 모형실험을 통해 단층이 터널 안정성에 미치는 영향을 알아보았다. 병설터널 사이에 존재하는 필라의 강도/응력비를 구할 때는 필라 중앙부의 응력, 필라 전체의 평균응력, 필라 좌우단부의 응력을 각각 적용하였는데, 이중 마지막 방법은 단층대의 유무에 관계없이 터널 안정성의 보수적 평가에 적합하였고 터널 굴착시점을 실시간적으로 반영하였다. 필라 좌우단부의 응력을 적용하여 구한 강도/응력비는 단층의 폭과 경사가 커질수록, 단층암의 물성이 연약할수록 감소하는 경향을 보였다. 축소모형실험에서 단층을 포함한 모형은 불포함 모형에 비해 균열개시압력이 작았고, 단층의 폭이 큰 모형일수록 터널 안정성은 낮게 나타났다. 단층은 터널의 파괴거동에도 큰 영향을 미쳤는데, 단층이 없는 모형에서는 필라의 좌우하단부와 양쪽터널 측벽부에서 수평방향의 균열이 발생하였지만, 단층을 포함한 모형에서는 필라부 단층대에서 경사진 균열이 발생하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제8권4호
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• pp.335-344
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• 2006

국내에서 제트팬 설치 간격 기준으로 사용되고 있는 일본도로공단 기준은 제트팬의 구경에 따라 설치간격을 제시하고 있지만 국제 상설도로 협회(PIARC)에서는 터널 직경에 10배를 유지할 것을 권장하고 있다. 이 기준들에 의해 결정된 설치 간격은 최대 약 2배 정도의 차이를 나타내고 있으며 이러한 설치 간격의 차이는 터널 환기 방식 선정에 불리한 요건으로 작용될 수 있기 때문에 터널 내부의 기류분석을 통한 적정 설치 간격 기준이 필요하다. 본 논문에서는 Froude 상사이론에 기초하여 아크릴 재질의 축소비 1/40의 모형 터널(직경 215mm, 연장 6.9m)과 모형 제트팬(구경 26.3mm, 31.6mm)을 제작하여 터널 내부에서의 기류분석을 위해 터널연장을 따라서 압력과 속도의 변화를 측정하였고, 제트팬 가동시 제트팬 주위에서 외부 공기의 영향으로 발생될 수 있는 재유입 현상을 확인하기 위해서 제트팬 주변에서 압력변화를 측정하였다. 모형실험 결과에서는 터널 내부기류는 제트팬 구경에 영향을 받지 않고 터널직경에 약 9배 정도가 되는 지점에서 압력과 속도의 변화가 안정되는 것으로 나타났으며 제트팬이 가동되면서 발생되는 재유입 현상을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통해 터널 내부에서의 제트팬 설치 시에는 터널 직경에 약9배 이상을 확보해야 한다고 판단된다.