• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.451-468
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• 2020

단면이 작게 만들어진 노후화된 터널은 만성적인 교통정체를 유발한다. 이는 터널의 확폭을 통하여 해결할 수 있다. 일반적으로 터널을 확폭할 경우, 기계식 또는 발파식 굴착방법을 통하여 기존터널의 외곽부를 굴착하게 된다. 이러한 굴착은 주변 지반뿐만 아니라 기존터널에도 영향을 미치게 된다. Pre-cutting 공법의 적용은 이러한 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 방법이 될 수 있다. 따라서 Pre-cutting을 적용하여 확폭을 수행할 경우, 이에 따른 영향분석은 필수적으로 수행되어야 한다. 본 연구에서는 터널 확폭에서 Pre-cutting을 적용할 경우, 이에 따른 영향을 분석하기 위하여 6가지의 지반등급에서 수치해석을 수행하였다. 해석에서는 확대차로와 Pre-cutting의 굴착길이를 변수로 하여 수행하였으며, 기존터널과 확폭터널의 천단침하에 주목하여 분석하였다. 그 결과, 확폭터널의 천단침하는 확폭이 완료가 되면, Pre-cutting의 굴착 길이와 상관 없이 동일한 값으로 수렴하는 것을 확인하였다. 기존터널의 경우, 굴진면의 전방 5 m 내에서 융기가 발생하였으며, Pre-cutting의 굴착 길이가 짧을수록 융기 발생 예방에 효과적인 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.537-546
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• 2013

최근 교통량의 증가와 차량의 대형화로 인해 기존 터널에서 상습적인 정체가 발생되는 경우가 증가하고 있다. 이러한 문제해결의 일환으로 기존 터널을 확폭하는 경우는 신설 터널을 건설하는 경우와 비교하여 용지매입 비용의 절감과 자연환경의 훼손을 최소화 시킬 수 있다는 장점이 있다. 실제로 일본과 유럽 등 해외에서는 기존 터널을 확폭 시공하는 사례가 많이 보고되고 있다. 이러한 흐름에서 국내에서도 향후 기존터널의 확폭 시공에 대한 수요는 꾸준히 증가할 것으로 예상되나, 현재까지는 기존 터널의 확폭에 관한 실적과 경험이 많지 않아 이에 관한 기반 연구가 필요한 상황이라고 볼 수 있다. 본 연구에서는 유한요소해석과 기존의 이론, 경험식 등을 이용하여 기존 병설터널을 확폭하는 경우 확폭방식과 그에 따른 필라폭 변화가 터널의 거동과 필라 안정성에 미치는 영향을 평가하였다. 조사 결과, 필라폭은 동일하나 편측과 양측으로 확대하는 경우의 차이에 따라 편측 확대 터널의 천단침하는 양측 확대 터널에 비해 약 5~20%의 큰 값을 보이는 한편, 최소 필라폭을 갖게되는 편측 확대 터널에서 숏크리트 응력이 최대를 보이는 것으로 나타났다. 또한, 강도/응력비의 경우 조사된 네 종류의 확폭 패턴에 대하여 모두 1.0 이상을 나타내었고 Matsuda의 방법이 Peck의 방법에 비해 약 50% 정도 강도/응력비를 크게 산정하게 됨을 확인하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 춘계 학술발표회
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• pp.1382-1387
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• 2010

A 3D FEM numerical analysis was performed to observe the changes of supporting system of a old 1-lane tunnel when it is enlarged to 2-lane, 3-lane and 4-lane. The standard Type-III supporting pattern was applied to the new tunnel because the ground was assumed as Type-III. The observation was carried out at the middle supporting system of the old 1-lane tunnel alignment. The results shows that the changes of old tunnel supporting system began when the new tunnel was excavated at 2D(D is the equivalent diameter of 1-lane tunnel) behind of the observation place and became very rapid from 1D.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제13권12호
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• pp.81-89
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• 2012

도심지 내에서 교통량 증가로 인하여 차선확대가 요구되는 경우, 기존 터널은 증가된 차선만큼 단면을 확대할 필요가 있다. 터널 단면확대 공사로 발생되는 터널주변의 교통정체를 해소하기 위하여 터널 내에 직사각형 단면의 프로텍터를 설치하여 프로텍터 내부로 교통흐름을 유지하기도 한다. 프로텍터를 사용하면 터널 측벽 하부에서 프로텍터와 굴착 면 사이의 공간이 협소하여 록볼트 시공이 불가능할 수도 있다. 본 연구에서는 터널 측벽 하부의 협소한 공간에서 록볼트를 시공하지 않고 숏크리트 두께를 증가시켜 터널의 안정성을 확보하는 방법을 제안하였다. 기존 2차선 재래식 터널을 3차선 및 4차선 NATM터널로 확대 시공할 경우에 대하여 수치해석을 수행하였다. 터널 측벽 하부에 록볼트를 시공한 경우, 록볼트를 시공하지 않은 경우 및 록볼트를 시공하지 않고 숏크리트 두께만 증가시킨 경우에 대하여 터널의 천단변위, 내공변위 및 숏크리트에 발생한 응력을 비교분석하였다. 천단변위 및 상반 내공변위는 차이가 거의 없었으며, 하반 내공변위는 터널 측벽 하부에 록볼트를 시공하지 않은 경우가 록볼트를 시공한 경우보다 최대 1.3mm 크게 발생하였다. 또한 숏크리트에 발생한 휨압축응력은 터널 측벽 하부에 록볼트를 시공하지 않은 경우가 록볼트를 시공한 경우보다 최대 1.3MPa 크게 발생하였다. 록볼트 미시공에 의해 추가 발생된 숏트리트 응력을 감소시키기 위하여 기존 숏트리크 두께의 20%(250mm ${\rightarrow}$ 300mm, 4차선 터널)및 25%(200mm ${\rightarrow}$ 250mm, 3차선 터널)를 추가 시공하면 록볼트를 시공할 경우와 비슷한 응력수준을 나타내는 것으로 분석되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권6호
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• pp.637-652
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• 2012

도심지내 기존터널을 단면확대 시공하는 경우, 터널내 교통흐름을 유지하기 위하여 '${\sqcap}$'형태의 프로텍터를 설치한다. 터널내 프로텍터를 설치하면 터널 측벽하부에서 작업공간이 협소하여 록볼트 시공이 불가능해 질 수가 있다. 본 연구는 터널의 측벽하부에서 록볼트를 시공하지 않고 숏크리트만으로 보강하여 터널단면을 확대된 할 경우, 터널구조물의 안정성과 보강되는 최적의 숏크리트 두께를 제시하는데 목적이 있다. 본 연구를 위하여 3차선 NATM 도로터널을 4차선 NATM 도로터널로 확대 시공하는 경우에 대하여 수치해석을 수행하였다. 수치해석결과, 4차선 NATM 도로터널의 측벽하부에서 록볼트를 시공하지 않은 경우의 천단변위와 상반 내공변위는 록볼트를 시공한 경우와 거의 유사하였다. 다만, 하반 내공변위 및 숏크리트 응력은 록볼트를 시공하지 않은 경우가 록볼트를 시공한 경우보다 최대 0.57 mm 및 최대 1,300 kN/$m^2$ 크게 나타났다. 터널 측벽하부에서 록볼트를 시공하지 않아 추가 발생한 하반 내공변위와 숏트리트 응력은 25 cm인 기본 숏크리트 두께의 20%(25 cm${\rightarrow}$30 cm)만 증가시켜도 저감시킬 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권1호
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• pp.41-56
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• 2017

최근 대도시에서는 교통량 증가 등으로 인해 대심도 터널 건설의 필요성이 날로 증대되고 있어서, 대심도 복층터널의 분기에 대한 연구가 필요한 실정이다. 때문에 본 연구에서는 FLAC 2D 프로그램을 이용하여 지반의 종류, 측압계수, 보강방법, 토피고를 매개변수로 선정하여 민감도 분석을 실시하였다. 궁극적으로 터널 분기부에서 최적의 분기부 형상 및 보강방법을 찾고자 하였다. 본 연구결과 일반적인 생각과 달리 박스형 확폭단면이 아치형보다 안정성이 높게 나타났다. 이는 아치형 굴착면적이 박스형보다 약 30% 정도 넓었기 때문인 것으로 판단된다. 또한 지반이 좋지 않은 경우는 록볼트 보강보다 강관그라우팅 보강 시의 안정성이 더 높았으며, 강관그라우팅의 보강두께와 범위는 확폭부의 안정성에 큰 영향을 끼치지 못하였다.

• 터널과지하공간
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• 제27권4호
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• pp.195-204
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• 2017

본 사례연구에서는 신림~봉천터널 지하환기소 대단면 터널의 시공 사례를 소개하였다. 환기갱(폭 7.8 m, 높이 6.6 m)에서 환기소(축류팬실, 폭 20.8 m, 높이 12.3 m)로 터널 단면이 확대되는 구간에 대해 안전성 및 시공성 등을 고려하여 점진적인 확대 굴착 방안 및 Q 시스템을 이용한 확폭 구간의 임시 보강 방안이 검토되었다. 확폭이 완료된 이후 대단면 터널은 현장의 암반조건을 확인하고, 전산해석을 이용한 터널의 안정성 검토 등을 통해 암반등급에 따라 굴진장을 일부 조정하고, 터널 상부 굴착을 분할 없이 전단면 굴착으로 변경하여 시공성을 향상시켰다. 본 사례연구에서 소개한 시공 사례가 향후 유사한 조건의 지하환기소 또는 4차로 도로 등의 대단면 터널의 설계 및 시공에 유용한 참고 자료가 될 수 있기를 기대한다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제24권1호
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• pp.47-58
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• 2012

본 연구에서는 터널 내 통과차량에 의하여 발생하는 풍하중으로 인한 터널라이닝의 동적거동에 대하여 분석하였다. 차량으로 인한 풍하중은 목표지점을 지나가는 차량에 대하여 압력과 팽창을 나타내는 시간함수를 이용하여 모형화 하였으며, 파형강판으로 이루어진 터널라이닝은 3차원 쉘 요소를 사용하였다. 쉘 요소로 모델링된 3차원 터널라이닝의 동적해석은 많은 양의 메모리와 시간이 요구되지만 파형강판의 동적특성을 반영하는 한편 최대한 단순화된 모형을 제시하여 해석에 이용하였다. 터널라이닝의 변위를 분석하기 위해 다양한 차량 주행 조건 및 맞바람 풍속이 고려되었다. 차량과 풍속이 증가하면 응답 또한 증가하였으며, 최대변위는 차량이 120km/h로 교차주행 시 25mm로 나타났다. 연속주행 시 응답에 미치는 영향은 단독주행 응답보다 2.5% 이내로 크지 않게 나타났다. 따라서 숏크리트가 적용되지 않는 독립구조체 터널라이닝의 경우동적거동은 반드시 고려해야하는 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제31권10호
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• pp.29-36
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• 2015

본 논문에서는 굴착 및 가시설 설치로 인한 기존 지하철 터널 라이닝에 발생되는 균열에 대한 모니터링과 분석을 실시하였다. 균열은 터널의 확폭부 근처에서 발생하였다. 균열 게이지, 내부변위계, 3D레이저 스캐너 같은 여러 계측 장비들은 발생된 균열과 균열이 터널에 미치는 영향에 대해 모니터링 하기 위해 설치되었다. 라이닝의 변형과 균열의 추가적인 확장 상태를 파악하기 위하여 균열 게이지와 내부변위계로 현장 계측을 실시하였다. 전체적인 변상 평가를 위하여 3D 레이저 스캐너를 활용하였다. 스캐너 데이터로부터 터널과 철도의 전체적인 변상 상태를 평가하였다. 지하 공사시 지반의 불연속성으로 인해 균열확장의 정확한 변형을 측정하는 것은 어려운 일이다. 본 논문에서는 터널 라이닝의 변형과 레일에 미치는 영향에 대하여 기존 계측방법과 전체적인 변상 상태에 대하여 분석하였다.

• 화약ㆍ발파
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• 제27권1호
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• pp.21-31
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• 2009

터널의 굴착이나 응력 재분포에 의해 터널 주변에는 암반 손상대(EDZ) 구간이 발생하게 되며, 이는 암반의 역학적 수리적 물성변화를 초래하여 추가적인 균열발생 및 지하수의 주요 공급로 역할을 하게 된다. 본 연구에서는 방사성폐기물 처분연구시설(KURT)을 대상으로 현장실험을 통해 암반변형계수를 측정하였고, 이를 바탕으로 손상대 영역을 세분화하여 FLAC2D를 이용한 전산해석을 실시하였다. 실험결과 KURT 주변에는 측정지점에 따라 0.6~1.8m의 손상영역이 발생하였으며, 손상대 구간의 변형계수 값은 주변 암반 변형계수의 약 40%에 해당하였다. 암반손상대로 인해 KURT 내 터널변위는 약 65%의 추가변위가 발생하였고, 최대 주응력은 58% 감소되었음을 확인하였다. 또한 손상대 영역의 고려로 인해 터널의 좌 우측 하단부에 발생되었던 소성 영역이 터널의 천정 및 바닥부근으로 확대되는 경향을 보였다.