• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.583-603
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• 2023

최근 기계식 터널 굴착기술의 발전과 수압을 받는 해저철도 터널의 특성 상 쉴드TBM 공법이 해저철도 터널 설계 및 시공에 널리 적용되고 있다. 해저철도 터널은 일반적인 지중응력상태에서 거동하지 않고 외부 수압이 상시재하되는 상태이며 지진 시 지진파의 증폭에 의한 영향을 받게 된다. 특히 연약지반, 연약토사-암반 복합지반, 단층파쇄대 등 다양한 지반조건 하에서 작용하는 지진하중은 터널 변위 및 지보재 응력의 급격한 변화를 초래하여 터널 안전성에 큰 영향을 미친다. 또한 지진하중의 주기특성, 지진파형, 최대가속도 등의 재하조건에 따라 지반 및 터널의 동적 응답이 달라지며 이는 지반조건과 결합하여 더욱 복잡한 지반-터널 구조물계의 거동을 보여주게 된다. 본 연구에서는 해저철도 터널의 동적거동 평가를 위하여 수압을 고려하여 지반-터널 구조물계 전체를 유한차분해석 기법으로 모델링 하고 상호 지진 시 구조물 응답을 분석하였다. 해저철도 터널의 지진 시 동적 거동에 영향을 미치는 주요 인자는 지반조건과 지진파이므로 가상 지반조건에 따라 총 6가지의 해석 Case를 설정하였다. 가상 지반조건은 해석 대상영역의 지반이 모두 토사(풍화토)인 경우(Case-1), 모두 암반(경암)인 경우(Case-2), 터널 진행방향(종방향)으로 토사와 암반의 복합지반인 경우(Case-3), 암반 내 폭이 상대적으로 좁은 파쇄대(w = 2.0 m)를 터널이 통과하는 경우(Case-4), 터널 진행방향(종방향)으로 연약토사와 암반의 복합지반인 경우(Case-5), 암반 내 폭이 상대적으로 넓은 파쇄대(w = 10.0 m)를 터널이 통과하는 경우(Case-6)으로 구분하여 각각 모델링을 수행하였다. 해석 결과 지진에 의한 수평변위는 지반물성 증가에 따라 커지는 경향을 나타내었으나 주변 지반의 구속효과와 강성 세그먼트로 결합된 쉴드터널 구조물의 특성으로 인하여 다소 억제되는 경향도 함께 관찰되었다. 세그먼트의 부재력은 변위 발생 경향과는 달리 지반 강성이 약할수록 현저히 증가하는 경향을 나타내었으며 오히려 변위 억제 효과에 따른 부재력 증가가 뚜렷하게 관찰되는 특성을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제38권11호
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• pp.69-86
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• 2022

철도는 정시성과 수송능력을 갖춘 여객 및 물류 운송 수단으로서 널리 사용되고 있다. 근래의 급격한 건설기술의 발전으로 철도는 대륙과 대륙, 대륙과 섬을 잇는 다양한 해저철도의 건설이 계획되고 있으며 국내에는 보령 해저터널(2021), 가덕 해저터널(2010) 등 유사 설계 및 시공 경험이 축적되고 있다. 그러나 최근 국내외적으로 다양한 규모의 지진이 빈번하게 발생함에 따라 지진위험에 대한 인식이 증대되고 있으며, 국내 지진의 발생빈도 또한 증가하고 있다. 해저터널에 대한 지진의 영향은 매우 복잡하나 주로 지반조건, 지진하중 등에 의하여 큰 차이를 보일 수 있다. 본 연구에서는 외부수압이 작용하는 가상의 해저철도 쉴드터널에 대하여 지반구성과 지진파 의한 영향을 파악하기 위하여 토사, 암반, 복합지반 및 파쇄대로 구성된 4 가지 지반조건을 반영한 3차원 수치해석 모델을 구축하였다. 각 해석 모델에 대하여 장주기, 단주기, 그리고 장단주기 특성을 모두 가지는 인공지진파를 각각 적용하여 유한차분해석법에 의한 동적해석을 수행하여 변위 및 터널 부재력 응답을 검토하였다. 그 결과 터널 변위는 토사지반에서 터널 진행방향에 연직방향 지진하중이 작용 시 장주기파의 영향이 우세하고 암반지반에서는 단주기파의 영향이 우세한 결과를 얻었다. 또한 국부적 취약구간인 파쇄대에서는 인공지진파의 영향이 우세하였다. 터널 세그먼트의 부재력 검토 결과 지반 및 세그먼트의 구속효과로 인하여 지진하중이 변위보다 부재력에 미치는 영향이 크게 나타남을 확인하였다. 

• 한국항해항만학회지
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• 제32권1호
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• pp.47-56
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• 2008

동북아가 급성장하기 시작하면서 단절된 인프라 연계에 대한 관심이 계속 커져가고 있다. 같은 맥락에서 UN-ESCAP은 대륙횡단철도와 아시안 하이웨이 사업 등을 추진하고 있다. 본 연구는 이러한 관심의 연결선상에서 논의되고 있는 한일간 해저터널 사업이 공간에 미치는 영향을 살펴보는 것을 목적으로 하였다. 수도권 과밀이나 지역간 불균형 심화, 남북교류 및 통일에 대비한 국토기반의 취약 등의 문제를 해소코자 하는 국토균형 개발측면에서 어떤 영향을 미치는 지를 살펴보기 위한 분석방법으로 성장잠재력모형을 이용하였다. 분석을 위해 구상된 시나리오는 24개로 이는 한일간 해저터널 검토대안 3, 해저터널 구간 내 운송교통수단 4, 인접 인프라 2를 조합한 모든 경우를 포함한다. 이때 해저터널 구간 내 검토가능 운송형태는 철도 전용방식, 카트레인 전용방식, 철도${\pm}$카트레인 혼용방식, 도로${\pm}$철도 혼용방식이며 인접 인프라는 철도와 도로를 적용하였다. 분석결과 어떠한 시나리오이든 일본보다 한국이 높은 성장잠재력을 나타내었다. 또한 검토대안 C노선이 타 검토대안보다 상대적으로 국토의 균형발전에 더 도움을 주는 것으로 나타났다. 해저터널 연결 시 비수도권 지역의 연계가 강화되어 성장잠재력은 상대적으로 높게 나타나는 것으로 분석되었다. 동북아차원에서도 인프라 연계를 통해 아시아권내 긴밀한 네트워크 형성의 기회를 제공하고 교역의 증대를 가져오는 것으로 분석되었다. 그러나 본 분석은 여객의 고려가 적고, 경제성장에 영향 미치는 다양한 변수들을 고려하지 못한 한계가 있다. 따라서 이러한 부분까지 고려한 심도있는 연구가 지속적으로 도출되길 기대한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.829-843
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• 2017

최근 국가간 대륙간의 정치 경제 문화의 통합에 따른 여객 및 물류수송의 증가로 인해 이를 수용할 수 있는 교통 시스템 건설을 위한 필수적 요소 중 하나인 해저터널의 필요성이 대두됨에 따라 해저터널의 연장이 점차 증가되는 추세에 있다. 하지만, 현재 연장 5 km 이상의 해저터널은 19개가 건설되어 있으나, 연장 50 km 이상의 해저터널 시공 및 운영사례는 전무한 실정이다. 우리나라의 경우에는 한 중 해저터널, 한 일 해저터널, 호남~제주 해저터널 등 연장 50 km 이상의 해저터널이 계획 중에 있으며, 지역특성상 국가간 연결터널이 대다수로서, 해저터널 건설에 대한 기술선점의 중요성이 더욱더 크게 대두되고 있다. 이러한 해저터널은 대부분 초장대의 고수압 조건에 건설됨에 따라, 초장대 터널에서의 환기 및 방재기술, 고수압 조건에서의 구조적 안정성 확보기술, 열차고속화에 의한 공력저감기술 등 육상터널과는 다른 새로운 개념의 건설기술들이 종합적으로 요구되나, 유로터널 등 기존사례의 기술수준 반영 시에는 과도한 건설비와 건설기간이 소요된다. 이에, 본 논문에서는 호남~제주 구간에 대한 가상설계를 통하여 현재 설계 및 시공사례가 없는 고수압(최대수심 160 m), 초장대(총 연장 108 km), 고속철도(설계속도 350 km) 터널의 구조적 안정성 확보, 시공 중 및 운행 시 효율적 환기 방재 시스템 확립 등 다양한 문제점들에 대한 합리적인 해결방안을 제시하였다.

• 한국건설관리학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.36-47
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• 2017

대표적인 국내 해저터널 시공사례로 침매공법을 적용한 가덕 해저터널이 완공되어 운영 중이고, NATM 공법을 적용한 보령~태안간 해저터널이 건설중이다. 호남~제주 간 고속철도 해저터널이 구상중 이고, 일본, 중국과도 해저터널 건설에 대한 타당성이 검토되고 있다. 그러나 Shield TBM 공법을 적용한 해저터널에 대한 국내 시공사례가 없어, 현재의 기술력으로는 장대 해저터널 사업성 분석 및 적정 공사기간 예측 등 공사수행을 위한 공정계획정보 제공이 어렵다. 경제성 등 이유로 정부기관 및 발주기관도 Shield TBM 공법 적용에 소극적이고, Shield TBM 공법을 적용한 공정관리분야 기술적 자료도 부족한 실정이다. 따라서, 장대 해저터널 사업성 분석 및 적정 공사기간 예측하기 위한 표준공정관리체계가 필요하다. 본 연구를 통해 WBS, Network Diagram, 단위 공사기간 산출모델 등 해저터널 표준공정관리 체계를 제시하므로써, 장래 건설되어질 해저터널 사업에 기술적, 경제적으로 기여하고자 한다.

• 교통기술과정책
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• 제6권3호
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• pp.167-178
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• 2009

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.495-507
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• 2023

지속해서 논의 중인 한일 해저터널 건설과 관련해 단층대에서 일어날 것으로 예상되는 대규모 지반 변위에 따른 터널의 변형에 대한 연구가 필요하다. 이 연구는 고무 재료 기반 면진라이닝에 관한 수치해석 결과를 제시한다. 변형 구배를 산정하기 위해 사용자정의 서브루틴을 이용했다. 또한 극 분해를 통해 데이터를 분석하였으며, 주 신축 방향으로 정렬된 여러 평면 좌표계를 이용해 데이터를 도시하여 재료 변형에 대한 심층적인 이해를 얻을 수 있었다. 터널 기술자는 초탄성 재료의 변형 관련 연구에 이 연구를 참고할 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.679-697
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• 2022

본고에서는 호남~제주, 한중 및 한일 해저 철도에 대한 구상이 지속되고 있는 여건을 고려해 해저 철도 공사 방법 중 하나인 침매 터널 기술에 대해 조사한다. 본고는 현황조사를 통해 침매 터널을 대륙별 및 기능별로 분류해 분석한다. 본고는 준설방법을 요약해 정리하고 준설토 처리시설에 대해 설명한다. 또한 본고에서는 준설 작업이 해양 생태 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 취해진 조치 사례들을 소개한다. 본고는 침설 조인트 등 수중 함체 연결 과정 및 원리에 대해 설명한다. 본고는 기초공사를 성토와 지반개량으로 분류해 요약 정리하고, 관련된 지반 타공 및 수중 시멘트 사용이 주변 생태 환경에 미치는 영향에 대해 고찰한다.

• 한국항해항만학회지
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• 제31권3호
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• pp.165-172
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• 2007

동북아는 최근에 중국의 급격한 경제성장에 따라 세계 경제발전의 성장축으로 물류에 있어서도 많은 변화를 겪고 있다. 아시안하이웨이, 대륙횡단철도 등 동북아 역내 교통 인프라를 증진시키고, 운송수단의 다각화를 모색함으로써 경제의 부흥과 정치적 안정, 국가간의 배타적인 부분을 완화하여 NAFTA, EU에 대항하는 하나의 경제 블럭을 만들어 가기 위해 노력하고 있다. 이러한 사업의 기종점을 부산이 아닌 일본으로 연장하려는 노력으로 한일간 해저터널이 거론되고 있으나 아직 구체화된 수준은 아니다 따라서 본 연구에서 한일간 해저터널에 대해 그간 논의된 내용을 정리 요약하고, 경로분석을 통해 건설 전후의 철도와 해상수송수단의 소요시간 및 소요비용을 분석 비교해 향후 동북아와 한국에 미치는 영향분석을 시도하였다. 이 결과는 앞으로의 한일 해저터널에 대한 연구에 촉진적 역할을 할 것으로 기대된다. 분석결과 해저터널 건설 가정 시 소요시간과 비용측면에서는 효용이 있는 것으로 도출되었고, 이를 바탕으로 동북아차원, 국가 균형발전차원, 부산 지역경제차원, 부산 해상물류차원에서 그 효과를 간단히 살펴보았다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권2호
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• pp.153-166
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• 2015

일반적인 장대 철도터널에 비해 해저터널은 환기 및 방재를 위한 별도의 연직갱 또는 경사갱 설치에 공간상 많은 제약을 받게 되므로, 인공섬을 건설하여 환기를 수행할 필요가 있다. 그러나, 인공섬 설치에는 시공상의 문제 뿐만 아니라 건설비용이 증가하게 되므로, 인공섬 설치를 최소화하여 환기구간 거리를 늘려야 한다. 이에 따른 환기거리의 증가시, 누풍에 의한 신선공기 공급량이 커지게 된다. 공급풍량이 과대해지면, 구조물 한계에 의해 설치가능한 덕트직경이 제한적이므로, 팬 정압 및 동력도 상당히 증가하게 된다. 따라서, 초장대 해저터널을 건설하기 위해서는 이러한 현실적인 문제를 극복하고, 시공중 터널내 환경을 쾌적한 상태로 유지할 수 있는 기술력이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 초장대 해저터널에 적합한 공사중 환기 방식을 개발하기 위한 기본연구로써, 국내외의 공사중 환기용량 산정방법 비교를 통해, 스위스의 SIA 196 코드가 초장대 해저터널계획에 적합함을 확인하였다. 또한, 덕트 접속부의 누출에 관한 실험을 통해, 국내의 덕트 접속방식은 100 m당 누풍율이 1.5~3.0% 사이임을 확인하였다. S등급 덕트의 경우 환기가능거리가 10.2 km 이므로, 덕트의 접속방법을 개선한다면, 환기가능거리는 더 길어질 수 있다. 따라서, 공사중 덕트의 누풍개선이 초장대 해저터널의 공사중 환기의 주요 이슈임을 확인하였다.