• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권5호
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• pp.675-687
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• 2019

최근 대도시에는 교통량의 증가와 높은 토지 보상비 등으로 인해 도로 확충 시 대심도 복층 터널의 필요성이 증가하고 있으며, 국내에서도 일반적인 터널보다 단면이 작고 지하에서 다른 터널과 교차하는 네트워크형 터널이 계획되고 있다. 본 연구에서는 쉴드 터널 분기부에 있어서 기존 터널과 확폭부를 연결하는 연결상세에 있어 기존의 전단면 강재 접합부 대신 휨모멘트가 크게 발생하는 연결부에만 강재를 사용하는 부분 강재-콘크리트 접합부 상세와 쉴드 터널 분기부의 확폭 구간의 해석은 3차원 거동효과를 반영하기 위해 확폭부 시종점 구간의 기둥 효과와 종방향 부재의 강성효과를 고려할 수 있는 2차원 해석모델을 검토하였다. 2차원 해석기법으로 확폭부 시종점 구간에서 종방향 부재의 강성을 횡방향 모델에서 연결부의 탄성스프링 지점으로 고려하여 종방향 부재의 강성과 시종점부의 기둥효과를 반영하는 방법을 제안하였다. 제안된 2차원 해석기법을 이용한 구조해석 결과 일정값 이상의 강성을 갖는 종방향부재를 도입하면 접합부와 박스부의 휨모멘트를 저감 시킴으로써 부분 강재-콘크리트 접합부의 구조 안전성을 확보할 수 있는 것으로 검토되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권3호
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• pp.159-181
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• 2012

본 논문에서는 쉴드 터널 세그먼트 라이닝의 부재력을 산정하는 방법에 대한 비교연구를 다루었다. 현재 쉴드 터널 라이닝의 부재력 산정에는 이론해에 근거한 산정식을 적용하고 있다. 쉴드 터널 시공 시 사용되는 콘크리트 세그먼트는 동일한 강성으로 이루어진 구조물이 아닌 이음부를 가지는 구조물이므로 모든 요소를 고려하여야 하나 현재의 설계 실무에서는 세그먼트라이닝의 구조해석 모델이나 설계하중 및 세그먼트 이음부의 영향 등에 대한 정확한 검증 없이 과거의 국내외의 설계 자료를 관행적으로 적용해왔다. 따라서 본 연구에서는 국내외에서 현재 사용하고 있는 쉴드 터널 세그먼트 해석 및 설계 모델 중 관용계산방법과 Duddeck & Erdmann 모델을 이론식으로 해석을 수행하여 비교 하였고 수치해석에 의한 설계모델 중 보-스프링 모델과 연속체모델의 해석을 수행하여 상호 비교를 통해 세그먼트 라이닝의 설계에 적합한 구조모델을 검토하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제16권4호
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• pp.1-8
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• 2012

본 연구에서는 실물모형 화재시험 후 쉴드터널 라이닝의 손상평가를 수행하였다. 먼저 고온에 노출된 쉴드터널 라이닝의 코어 채취를 통해 잔존압축강도를 측정하고, X선 회절분석 및 열중량 분석으로 수열온도를 예측하였다. 코어 채취에 의해 측정된 잔존 압축강도를 통해 고온에 의한 부재의 강도저하를 평가할 수 있었다. 또한 정확한 수열온도 예측이 이루어진다면 기존의 연구결과를 통해 부재의 잔존압축강도를 추정할 수 있다. X선 회절분석 및 열중량 분석은 약 $450^{\circ}C$의 온도를 기준으로 수열온도 예측이 가능하지만 정량적인 수열온도의 판단에는 한계가 있었다. $400{\sim}600^{\circ}C$의 수열온도범위에서는 기기분석에 의한 평가와 더불어 해석적 기법이 병행된다면 보다 정확한 수열온도 예측이 가능할 것이다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.799-812
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• 2017

쉴드 TBM 터널에 대한 2차원 수치해석 시 기존 연구에서는 뒤채움재 및 실제적인 내공변위 분포를 적절히 고려하지 않았다. 따라서 본 연구에서는 이를 보완하고자 gap parameter 적용 시 굴착면에서 발생하는 실제적인 내공변위분포를 고려하고, 적정한 뒤채움재 물성치를 적용한 모델링 방법을 제시하였다. 이를 위해 단일층 풍화토 지반을 대상으로 gap parameter와 토피고가 굴착면의 지반손실량과 지표손실량으로 구성되는 체적손실량에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 대부분의 지표침하가 굴착 직후에 발생하였으며, 토피고 및 gap parameter가 증가할수록 수치해석을 통해 얻은 지표침하곡선의 영향범위가 제안된 이론식보다 넓게 나타났다. 따라서 2차원 수치해석 시 쉴드 TBM 터널의 거동을 정확히 평가하기 위해서는 하중분담률을 이용하여 gap parameter를 적용하고, 뒤채움재의 물성치도 적절히 고려해야 한다고 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권3호
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• pp.249-259
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• 2020

지중 구조물의 한계상태설계를 위한 설계 기준이 해외에서는 이미 발표된 바 있고 국내에서도 설계법 개정을 위한 연구가 수행되고 있다. 지진 시 파괴확률을 추정하기 위해서는 신뢰성 분석에서 확률변수를 고려해야 한다. 본 연구에서는 국내 지반 확률 특성치를 고려한 토압에 대한 변동계수와 지진하중 효과에 대한 변동계수를 적용하여 기존 쉴드 터널 설계 단면에 대한 지진 시 파괴확률을 계산하였다. 산정된 파괴확률로부터 신뢰도지수(β)를 산정하고 하중 계수의 변화에 따른 신뢰도지수를 분석한 결과와 국내외 연구결과를 토대로 쉴드 터널 세그먼트 라이닝의 지진 시 목표 신뢰도지수(β_T)는 2.3이 합리적인 것으로 분석되어, 지진 시 한계상태설계를 위한 목표 신뢰도 지수로 제안하였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2011년도 정기 학술대회
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• pp.512-515
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• 2011

터널 해석은 주로 지표침하와 터널 라이닝 내 단면력 산정에 초점이 맞춰지며 이는 시공단계를 고려한 3차원 수치해석 모델을 이용해 결정할 수 있다. 수치해석 시 shield는 응력 제어, shell element로 모델링하는 방법 등으로 모사될 수 있다. 한편 변위 제어를 통한 쉴드 모사는 shield를 적절한 경계조건으로 처리함으로서, 다른 shield 모사 방법에 비해 모델링 작업을 간소화하고 해석의 효율성을 높일 수 있다. 본 연구에서는 변위 제어에 의한 shield 모사를 위한 적정 경계조건을 제안한다. 이를 위해 시공단계가 고려된 유한요소해석을 사용하여, 쉴드 및 굴착면에서의 경계조건 변화와 이에 따른 지표침하 관측 수행하였다. 제안된 shield 변위 제어로부터 얻어진 해석결과를 이론적인 해와 비교함으로서, 제시된 shield 모델링 방법의 적정성과 지반 거동 변화를 평가하고자 한다. 해석 결과는 지반 모델의 지표침하를 기준으로 관찰되었으며, 변위제어에 의한 결과와 요소에 의한 모델링 결과가 유사하게 얻어짐을 보여준다. 또한 변위제어의 쉴드 모사에서 회전 구속보다 변위 구속 조건에 지배적으로 영향을 받음을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.677-683
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• 2016

도심지에서는 고도의 경제성장과 더불어 증가되는 교통량을 수용하기 위하여 도로와 철도 신설에 따른 지하터널 공사가 활발히 진행되고 있다. 지하공간 개발에서는 토사터널 구간이 많을 수 있고 이에 따른 막장 및 천단부 안정성을 고려한 여러 공법들이 개발 적용되고 있다. 그 중 최근에 적용예가 많은 공법으로 DSM(divided shield method)를 들 수 있는데, 이는 Messer Shield 공법에 근간을 두고 있으며, Messer Shield 공법의 장점을 흡수하고 문제점을 개선하여 안정성 및 시공성을 크게 개선한 비개착 특수터널 공법이다. 이 연구에서는 DSM 공법에서 터널 막장면 그라우팅이 터널의 시공성 향상에 미치는 영향을 대형 토조와 수치해석을 수행하여 검토하였다. 실제도로 크기의 1/2인에 해당하는 터널을 모사하기 위한 토조를 제작하여 실험 수행하였다. 또한 MIDAS GTS를 사용하여 수치해석 분석을 통해 DSM모사 토조의 지반 거동과 비교하였다. 터널 표면 침하와 안정성을 단계별 굴착을 통해 측정하였으며, 수치해석과 비교분석하였다. 연구 결과 그라우팅을 통한 막장 안정을 지표의 침하뿐만 아니라 터널 각 부재의 응력은 모두 안정성 범위에 들어가 있었으며, 이를 통하여 DSM 공법의 기술을 개선하고 터널의 안정성 및 시공성 향상을 기대할 수 있는 기초자료를 확보하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권4호
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• pp.429-440
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• 2015

본 연구에서는 배수형 쉴드터널 적용시 작용수압의 저감을 평가하기 위해 모형실험장치를 개발하여 배수 및 비배수 조건에서 작용수압 차이를 실험하였다. 모형실험 결과 배수 조건에서 간극수압 증가율이 감소하는 경향을 보였고, 비배수 조건에 비해 전응력이 더 작게 나타나 모형터널 내 지하수 유입에 의해 작용수압이 저감되는 것으로 나타났다. 현장계측 결과 쉴드터널 배면 지반 내 작용수압은 지하수위로 계산되는 수압($r_w{\cdot}H$)보다 약 11~22%정도 적게 나타났다. 모형실험 및 현장계측 결과에서 배수 및 비배수 조건의 이론적인 설계수압과 작용수압의 차이가 나타났는데, 배수형 쉴드터널 적용시 기존 설계수압보다 감소된 수압을 적용하는 것이 가능할 것으로 판단되며, 수압 감소를 통해 세그먼트 단면 축소도 가능할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.1023-1037
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• 2018

최근 국내에서는 쉴드 TBM (Tunnel Boring Machine)을 이용한 터널 굴착에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 쉴드 TBM 터널은 비배수 터널로써 세그먼트 이음부에서 누수가 발생할 경우에는 터널의 사용성 및 안정성에 문제가 될 수 있다. 본 연구에서는 쉴드 TBM 터널의 세그먼트 시공 시 시공오차 및 세그먼트 과다변형에 의한 수팽창 지수재 및 가스켓 각각의 방수 성능을 검토하였다. 실험결과, 수팽창 지수재는 엇갈림에 대해서는 대응성이 좋으나, 틈새 간격에 대해서는 대응성이 불리한 것으로 나타났다. 반면에 가스켓은 틈새 간격에 대해서는 대응성이 좋으나, 엇갈림에 대해서는 대응성이 불리한 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.637-658
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• 2022

쉴드TBM 터널은 지반 굴착, 세그먼트 링 빌드(Segment ring-build), 뒷채움의 반복적인 공정으로 단순하다. 재래식 터널공법인 발파공법(Drill and Blast)은 막장관찰, 천공, 장약, 발파, 환기, 버력처리, 지보재 설치의 반복으로 쉴드TBM 터널보다 공정이 복잡하고 일부 제약조건이 따른다. 하지만 굴진을 위한 준비 작업은 지반을 보강하고 갱문조성 후 터널을 형성해 나가는 Drill and Blast에 비해서 쉴드TBM 터널은 매우 상세한 계획을 바탕으로 시간과 비용이 필요하다. 이는 대상지반을 굴착하는 쉴드TBM 장비의 성능 확보가 공사의 성패를 좌우하기 때문인데, 고가의 주문제작 장비인 쉴드TBM이 조립단계에서 잘못 구성되면 본 굴진은 물론 초기굴진 단계에서부터 구동이 어렵게 되고, 조립된 쉴드TBM 장비를 다시 해체하는 경우가 발생하게 되어 재조립하는 상황으로 진행되면, 공기는 물론 경제적인 손실이 발생하여 공사 기간 내내 어려움이 발생한다. 이에 본 연구에서는 한강 하저를 통과하는 국내 최대 직경의 도로터널을 건설하기 위한 이수식 쉴드TBM 조립을 위한 발진부지의 배치와 계획, 쉴드TBM 장비의 주요 부분별 조립공정을 검토하였고, 타공정과 의 간섭 최소화 및 커터헤드 조립과 운반의 효율성을 분석하여 현장여건에 맞게 개선하여 적용하였다.