• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권1호
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• pp.57-78
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• 2022

TBM의 굴착효율을 높이는 가장 중요한 인자인 디스크커터와 커터비트는 커터헤드 설계 및 시공 시 핵심요소로 지반조건에 맞는 디스크커터의 배치, 간격, 개수, 크기, 재질 등은 TBM 공사의 성패를 좌우한다. 또한, 디스크커터는 대표적인 소모성 부품으로 교체횟수에 대한 정확한 예측이 수반되지 않으면, 공사비는 물론 공사에 막대한 지장을 초래 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 대구경 이수식 쉴드TBM 현장에 대하여 설계 시 산정된 디스크커터의 교체횟수와 실제 시공 시 발생한 디스크커터의 마모깊이 및 교체위치에 대하여 현장데이터를 분석하여 비교·연구하였다. 정량적인 비교를 위하여 일정한 굴진데이터를 나타내는 구간에서 지반에 따라 풍화토/풍화암, 연암, 경암으로 나누어 구분하였으며, 디스크커터의 위치에 따라 동심원의 궤적이 다르므로 위치에 따라 비교분석 하였다.

• 문화기술의 융합
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• 제9권1호
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• pp.539-544
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• 2023

연구 대상은 경상북도 ◯◯시 ◯◯동에 위치한 마애여래입상 암반으로서 안정성이 우려되는 중생대 백악기 화강섬록암 마애불상이다. 안정성 해석을 위해 마애불 암반의 3차원 face mapping과 절리의 지질공학적 특성, 3차원 스캐닝, 초음파속도, 편광현미경 분석, 전자현미경 분석 및 XRD 분석을 수행하였다. 더불어 손상상태 조사, 평사투영해석, 암반분류 및 한계평형해석으로 마애불 암반의 안전율을 산정하였다. 구간별로 손상 및 가능한 붕괴의 유형과 규모는 암석의 풍화도와 절리면의 배향과 특성에 따라 다르나 쐐기파괴와 전도파괴가 소규모로 예상된다. face-mapping 자료, RMR, 암석의 물성·역학시험, 평사투영해석 및 한계평형해석으로 종합·검토한 결과, 마애불 암반의 건기 시와 우기 시의 허용안전율 1.2에 미달하여 안정성이 우려된다. 손상유형은 박리, 균열, 입상분해 및 초목생장, 균열 방향별 점유율은 전면이 가장 우세한 것으로 나타난다. 마애불 암석은 화강섬록암이며, 표면 변색의 물질은 K, Fe, Mg로 판명되었고, 4조의 절리 중 J1은 인장절리이고 나머지는 전단절리이다. 초음파탐사로 추정한 일축압축강도는 514kgf/cm2로서 대부분 연암과 일부 풍화암에 해당한다. 암반분류 결과 5등급으로 추산되며, 마애여래입상 전면부 불안정성이 예상된다. 기존의 문화재 안전진단의 방법과 더불어 이들 기법은 석조문화재의 객관적인 해석 및 안정성 검토의 합리적인 도구가 될 것으로 예상한다.

• 터널과지하공간
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• 제12권4호
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• pp.259-267
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• 2002

연약 지반에 건설되는 지하철, 철도, 도로 등의 터널은 터널자체의 안정성을 향상시키고 지표침하로 인한 인접구조물의 안정성을 확보하기 위하여 UAM(Umbrella Arch Method)이 많이 적용되고 있다. 그러나 이 공법은 현장 시공사례를 통한 경험적인 방법에 의해 설계와 시공이 이루어지고 있어 체계적인 설계.시공방법과 보강효과를 정량적으로 판단할 수 있는 방안이 요구된다. 본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 지반의 탄성계수와 지층두께에 대한 매개변수 연구를 수행하였으며, UAM의 보강효과를 변위에 대해 정량적으로 분석하였다. 그 결과, UAM 적용시 토사지반의 터널은 9%~27%, 풍화암지반의 터널은 4%~24% 그리고 연암지반의 터널은4%~17%의 지표침하량이 감소하였다. 또한, 지반의 탄성계수와 지층두께에 대해 회귀분석을 실시하여 최대 지표침하량(S$_{max}$)과 미지계수 i, k로 표현되는 지수함수 형태의 횡방향 지표침하량 예측식을 제안하였다.

• 한국산림과학회지
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• 제89권2호
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• pp.275-284
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• 2000

본 연구는 집중호우로 인하여 임도사면의 붕괴가 발생된 변성암지역 및 화성암지역의 임도를 대상으로 성토사면의 토질역학적 특성파악과 사면안정해석을 실시하였다. 그 결과는 다음과 같다. 1) 통일분류법에 의한 임도성토사면의 토질의 분류는 화성암과 변성암지역 모두 토사사면은 SW, 풍화암사면은 SP, 연암사면은 GP로 나타났으나, 호박돌 섞인 토사사면에서는 화성암지역은 SP, 변성암지역은 GW로 나다났다. 2) 화성암지역의 성토사면 흙의 건조말도는 $1.34g/cm^2{\sim}1.59g/cm^2$, 비중은 2.57~2.61, 간극비는 0.66~0.93으로 나타났고, 변성암지역의 흙의 건조밀도는 $1.35g/cm^2{\sim}1.51g/cm^2$, 비중은 2.67~2.77, 간극비는 O.78~1.01로 나타났다. 3) 흙의 강도정수인 내부마찰각과 점착력의 시험결과, 화성암지역에서의 내부마찰각은 $29.51^{\circ}{\sim}41.82^{\circ}$ 점착력은 $0.03kg/cm^2{\sim}0.38kg/cm^2$, 변성암지역에서의 내부마찰각은 $21.43^{\circ}{\sim}41.43^{\circ}$, 점착력은 $0.05kg/cm^2{\sim}0.44kg/cm^2$로 나타났다. 4) 사면안정해석을 실시한 결과 안전율은 전체적으로 화성암지역의 경우에는 풍화암사면, 변성암지역의 경우에는 토사사면과 풍화암사면이 1 이하로 붕괴발생위험이 가장 큰 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권5호
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• pp.87-98
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• 2004

본 연구에서는 현장타설말뚝에 보강재를 정착시킴으로써 주변지반의 강성을 높이고 보강재의 저항력에 의해 지지력을 향상시키기 위한 연구를 수행하였다. 보강형 및 무보강 현장타설말뚝에 대하여 보강효과에 영향을 미치는 인자들인 보강재의 단수, 경사, 배열에 따른 일련의 실내모형실험 및 3차원 수치해석을 수행하였다. 또한 보강효과의 검증과 실제 현장에서의 적용성을 알아보기 위하여 현장재하시험을 수행하였다. 실내모형실험 및 수치해석 결과, 보강재3단, 8개, 40$^{\circ}$ 경사의 교차배열에서 최적의 보강효과가 발현됨을 알 수 있었다. 1/8 모형재하실험에서는 압축, 인발, 수평 모두 보강재에 의한 지지력 증가효과가 나타났으며, 변위 25mm를 기준으로 압축 및 수평실험에서는 100% 이상의 보강효과가 나타났다. 또한 무보강 현장타설말뚝의 하중 단계에 따른 변위와 주면마찰력 검토결과, 철탑기초와 같은 대규모 현장타설말뚝 설계 시 사용되는 주면마찰력 값인 풍화암 10t/$\textrm{m}^2$, 연암 15t/$\textrm{m}^2$ 보다 큰 주면마찰력 값을 얻을 수 있었다. 1/2 모형재하실험에서는 약 25m의 변위가 발생하였을 때 인발하중 650ton에서 파괴가 일어났으며, 약 22%의 보강재에 의한 지지력 증가효과가 있는 것으로 나타났다.

• 대한토목학회논문집
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• 제31권4C호
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• pp.147-154
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• 2011

현재 NATM 터널의 설계 시 지반하중을 시공중에는 숏크리트, 강지보재 및 록볼트로 구성된 1차지보재가 부담하고, 장기적으로 1차지보재는 기능을 상실하고 2차지보재인 콘크리트라이닝이 부담하는 것으로 간주하는 것이 일반적이다. 그러나, 지반조건이 불량한 경우에 적용되는 강지보재는 숏크리트로 피복되어 있어 부식가능성이 작으므로 장기적으로 기능이 완전히 손실된다는 것은 지나치게 보수적인 개념이다. 숏크리트의 경우에도 장기적으로 열화가 진행되는 것은 사실이지만 하중지지 능력이 완전히 손실된다고 간주하는 것 역시 매우 보수적인 개념이다. 본 연구에서는 이론식 및 수치해석을 통하여 1차지보재가 장기적으로 지지할 수 있다고 판단되는 합리적인 지보압과 허용 이완하중고를 산정하였으며, 산정된 1차지보재의 지보압을 고려하였을 경우 콘크리트라이닝의 단면력 변화에 대하여 분석하였다. 검토 지반조건은 지하철 저토피터널을 대상으로 하였으며 주변 지반조건은 풍화암과 연암인 경우에 대하여 분석하였다. 검토결과 강지보재의 지보압을 고려할 경우 콘크리트라이닝의 경제적인 설계가 가능한 것으로 분석되었다.

• 지질공학
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• 제20권3호
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• pp.319-327
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• 2010

19개의 절리면에 대해 레이저 스캐너를 이용하여 형상을 측정한 후, 각 절리면의 30개 단면에 대하여 절리 거칠기 계수(Joint Roughness Coefficient)를 계산하였다. JRC 값은 단면의 위치에 따라 매우 큰 차이를 보이고 있으나 3개의 단면에서 측정된 JRC의 평균값은 절리면 전체의 JRC 평균값을 잘 대표할 수 있을 것으로 판단된다. 9개의 절리면에 대해서 석고를 이용한 복제 시료를 제작하여 절리면 전단시험을 실시하였다. 최대마찰각(${\phi}_p$)은 JRC의 평균값과 ${\phi}_p=41.037+1.046JRC$의 직선의 관계를 보인다. 그러나 절리면 전단시험에서 측정된 전단강도는 절리면에서 측정된 JRC의 평균값을 사용하여 Barton의 관계식에서 추정된 전단강도보다 상당한 오차를 보여, 절리면 전단시험에서 역산된 $JRC_R$과 JRC의 관계를 $JRC_R=f{\cdot}JRC$로 정의하고 회귀분석하여 수정계수 $f=3.15JRC^{-0.5}$를 도출하였고, 이 수정계수를 적용하여 Barton의 전단강도 관계식을 ${\tau}={\sigma}_n{\cdot}tan(3.15JRC^{0.5}{\bullet}{\log}_{10}\frac{JCS}{{\sigma}_n}+{\phi}_b)$로 수정하여 제안하였다. 이 관계식은 강도가 비교적 낮고 연성의 특성을 보이는 풍화암이나 연암의 절리면 전단강도 추정에 적용될 것으로 기대된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권4호
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• pp.201-209
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• 2003

본 연구에서는 RBM공법을 이용하여 역암지반 내 연장 98m, 직경 3.05m의 수직구를 시험시공 하였다. 시험시공 결과를 토대로 설계 단계에서의 예상 관입률을 산정하기 위하여, 시추조사 및 실내실험 결과들과 RBM 가동인자들과의 상관성을 비교ㆍ검토하였다. 연구결과, 평균 순관입률은 2.233mm/rev으로 분석되어 국내외 TBM 시공실적의 평균 관입률에 비해 낮게 나타났고, 평균 굴진율도 TBM의 경우에 비해 다소 적은 0.382m/hr로 분석되었다. RBM 가동 설계인자와 순관입률과의 관계에서는 암석의 강도특성(일축압축강도, 인장강도, 반발경도 등)들이 증가할수록 순관입률이 증가하는 것으로 분석되었고, TBM에 관한 기존의 연구결과와 반대의 경향을 보이고 있다. 합경도와 순관입률과의 관계는 Pe=0.0039$\times$H$_T$ + 2.07로서 합경도가 증가할수록 순관입률이 증가하고 있다. 이상과 같은 경향은 일반적으로 경암반에 시공되는 TBM의 연구결과와 반대의 경향을 보이고 있는데, Barton이 제시한 Q$_TBM$에 의한 예상 관입률의 경향에서도 볼 수 있듯이 본 연구의 연암 및 풍화암 지반에 대해서는 정상적인 결과인 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권6호
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• pp.623-641
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• 2020

터널식 전력구는 약 5 km 이내의 연장을 기계식 굴착장비인 밀폐형 쉴드TBM을 이용하여 건설된다. 공기지연 예방 및 적기가압을 위해서는 암반등급별 공사기간의 예측정확도를 향상시켜야하며, 투입된 장비의 성능을 고려한 최적운전이 필수적이다. 이에 본 연구에서는 3.6 m급 쉴드TBM에 적합한 순굴진율 모델을 개발하고자 실대형 굴진시험을 수행하였다. 대표적인 일축압축강도에 대해서 소요추력과 커터헤드 회전속도를 바탕으로 약 100회의 실험을 수행하였다. 이에 풍화암, 연암, 경암분류에 따라 일축압축강도와 장비의 소요추력 조건이 고려된 연직력과 압입깊이 및 일축압축강도와 토크와의 상관관계를 제시하였다. 개발된 순굴진율 모델을 바탕으로 구동부 성능분석과 최적운전 조건에 대해 제시하였다. 본 연구결과를 통해 터널식 전력구 공사기간 단축 및 조기사용에 대한 사용자 편익증대를 기대할 수 있다.

• 한국산림과학회지
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• 제88권2호
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• pp.240-248
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• 1999

본(本) 연구(硏究)는 집중호우로 인하여 임도재해가 발생된 강원도(江原道) 춘천지역(春川地域)의 5개 임도(林道)를 대상으로 임도구조요인 4항목과 입지요인 4항목을 이용하여 수량화(數量化)II류(類)에 의한 임도성토사면(林道盛土斜面)의 붕괴요인(崩壞要因) 평가(評價) 및 예측(豫測)을 실시하였다. 그 결과는 다음과 같다. 임도구조요인(林道構造要因)인 종단(縱斷)물매는 $2^{\circ}$ 이하 및 $4^{\circ}$ 이상, 유하거리(流下距離)는 80m 이상, 성토사면(盛土斜面)길이는 6m 이상, 성토사면경사(盛土斜面傾斜)는 $35^{\circ}$ 이상에서 성토사면의 붕괴위험도가 높은 것으로 나타났으며, 임도입지요인(林道立地要因)인 임도노선위치(林道路線位置)는 능선부, 사면구성물질(斜面構成物質)은 풍화암과 연암, 산지경사(山地傾斜)는 $35{\sim}45^{\circ}$, 사면종단면형(斜面縱斷面形)은 철(凸)형과 요(凹)형 사면에서 붕괴위험도가 높은 것으로 나타났다. 또한 사면붕괴에 영향을 미치는 인자는 성토사면길이, 사면구성물질, 임도노선위치 등의 순으로 나타났으며, 판별적중율(判別的中率)은 86.5%로서 높은 적중률을 나타냈다.