• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.947-956
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• 2018

고심도에 건설되는 해저터널은 지하수 등에 의해 높은 수압을 받는 환경에 노출되며, 고수압 해수에 의해 용탈현상이 촉진될 수 있다. 특히, 공사 중 지하수가 유입되기 쉽기 때문에 차수에 대한 많은 문제를 야기 할 수 있어 안정성을 확보하기 위해서는 시공환경에 적합한 그라우팅 장비 및 재료의 적용이 필수적이다. 이에 따라 본 연구에서는 해저터널 시공 시 적용할 수 있는 그라우팅 재료에 대한 물리적 특성(주입재료와 조건별 양생방법에 따라 강도특성, 용탈특성 등)을 평가하였다. 연구결과 CA계 및 CSA계에서 안정적인 강도증가를 발현하였으며, 내구성 저하가 발생되지 않아 해수 영향을 받는 구조물에서 안정적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제12권1호
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• pp.35-52
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• 2017

In order to evaluate the grouting effects of water-rich fault in tunnels systematically, a feasible and scientific method is introduced based on the extension theory. First, eight main influencing factors are chosen as evaluation indexes by analyzing the changes of permeability, mechanical properties and deformation of surrounding rocks. The model of evaluating grouting effects based on the extension theory is established following this. According to four quality grades of grouting effects, normalization of evaluation indexes is carried out, aiming to meet the requirement of extension theory on data format. The index weight is allocated by adopting the entropy method. Finally, the model is applied to the grouting effects evaluation in water-rich fault F4-4 of Qingdao Jiaozhou Bay Subsea Tunnel, China. The evaluation results are in good agreement with the test results on the site, which shows that the evaluation model is feasible in this field, providing a powerful tool for systematically evaluating the grouting effects of water-rich fault in tunnels.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권6호
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• pp.545-556
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• 2016

운영 중 해저 터널의 안정성 평가에 다양한 계측 정보를 사용해서 역해석하면, 효율적인 오차율 이내의 결과를 획득할 수 있다. 선행 연구에서 검증된 차분진화 알고리즘 기반의 역해석 수행 시 FLAC3D 등 범용 지반해석 프로그램을 사용했지만, 상대적으로 해석시간이 오래 걸리고, 제어가 어려운 단점이 있다. 이러한 이유로, 상대적으로 해석시간이 짧게 소요되는 beam-spring 모델기반의 FEM solver를 Python 언어로 개발하여, 기구축된 차분진화 알고리즘과 결합하였다. 계측 데이터로부터 실시간에 가깝게 운영 중 터널의 안정성 평가가 가능할 것으로 판단되며, 우선 솔버 개발에 용이한 종단방향 터널에 대해서 프로그램을 개발하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.1061-1071
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• 2018

초대형 지하구조물인 해저터널은 평상시는 물론 지진 시에도 안정성을 확보하여야 한다. 특히 해저터널의 지진 시 주위 지반과의 상대적인 강성, 변위 차이에 의하여 다양한 지진 응답거동이 유발되므로 그 거동 특성을 예측하기가 쉽지 않다. 본 연구의 목적은 주위 지반과 물성이 다른 단층대를 통과하는 가상해저터널의 지진 시 동적 거동특성 파악이며, 이를 위하여 3차원 내진해석의 결과를 토대로 실내시험을 통해 단층대를 통과하는 해저터널의 동적 응답거동을 파악하였다. 이 때, 해저터널은 내진성능 향상을 위하여 가동세그먼트(Flexible Segment)가 적용된 형태를 고려하였다. 추후, 다양한 조건에서의 해석 및 시험을 통하여 검증된 결과를 획득하고 이를 바탕으로 다양한 지반의 3차원 내진해석을 통한 D/B 구축이 가능할 것으로 판단된다. 본 연구에서는 3차원 내진해석의 결과를 검증하기 위하여 1 g 진동대 시험(1 g Shaking table test)을 수행하였다. 축소 모형시험의 상사율(1:100)을 고려하여 아크릴로 모형을 제작하고 3가지 Case의 시험을 수행하였다. 입력 지진파는 장, 단주기 지진특성을 모두 가진 인공지진파를 터널 진행방향과 직교하는 수평방향으로 가진 하였으며 단층대를 모델링하였다. 수치해석시 단층대를 모사하기 위하여 단층대의 탄성계수는 터널 주위 각 해당지반의 탄성계수의 1/5에 해당하는 값으로 가정하여 적용하였다. 그 결과 단층대의 물성이 증가함에 따라 가속도 감소를 확인할 수 있었으며 진동대 시험결과도 3차원해석결과와 동일한 경향을 나타냄을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권3호
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• pp.295-303
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• 2015

본 논문은 해저터널 시공 및 운영 시 발생되는 돌발용수 및 이상누수에 의한 사고에 대비하기 위한 해저터널 급속차폐시스템의 Inflater 분할구조에 따른 터널 내 차수효율에 대한 실험적 연구이다. 해저터널 특성상 해수 유입 또는 지하수 유입, 호우로 인한 침수 등 물과 관련된 피해에 대한 방호시스템은 필수적이다. 이 연구에서는 이러한 급속차폐를 위해 고안된 Inflater 구조에 대하여 형태 및 분할에 따른 차폐능력, 누수량, 수압 그리고 축방향 변위 등을 연구하기 위하여 27:1 축소율을 적용한 실내모형을 다양한 Inflater 분할구조별로 실시하였다. 연구결과에 의하면 2분할 Inflater 구조인 경우가 다른 분할에 비해 시간당 누수량 및 축방향 변위가 낮아 차폐능력이 좋은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 해저터널의 제원에 따라 다소 차이는 있을 것으로 예측되나 기본적으로 차폐시스템 설계 및 개발기술 발전에 매우 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권5호
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• pp.431-443
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• 2014

본 연구는 고수압 해저터널의 차수를 위한 동결공법 적용성 평가를 위해 국내 적용사례가 없는 동결공법의 해외 시공사례를 조사하였으며, 지반 동결공법에서 보편적으로 사용하는 냉매인 브라인(brine)과 액체질소($LN_2$)에 대한 분석을 수행하였다. 고수압 조건의 해수는 순수한 물에 비하여 어는 점이 더 낮기 때문에 지상에서보다 동결시간이 더 길 수 있고 해저터널과 같이 폐쇄된 공간에서의 적용 시 냉매는 안정성을 확보할 수 있어야 하고 공기 단축이 가능해야 한다. 브라인은 재사용이 가능하고 독성이 적어 인체에 미치는 영향이 적으나, 동결에 상대적으로 장시간 필요하고 동결장비가 복잡한 특징을 가지고 있으며, 액체질소는 냉매의 재사용이 불가하며 기화 시 공기 중 질소농도 증가로 질식의 위험성이 있으나, 상대적으로 동결시간이 짧으며, 동결장비가 간단한 특징을 가지고 있는 것으로 파악되었다. 또한 향후 추가적인 연구가 필요한 해저터널 연결구 및 막장면 주변 지반에 대한 동결공법의 주요 설계요소를 도출하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.13-30
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• 2016

본 연구에서는 해저 터널의 특수성을 고려한 TBM 세그먼트 라이닝의 최적 설계 시스템을 개발하였다. 해저 터널은 일반적으로 일정 수압 하의 토사나 암반 등으로 구성된 해저 지반 내에 시공된다. 본 설계 시스템은 특정 해저 터널 단면에서의 지반 조건, 시공 조건 및 터널 조건을 고려하여 인공신경망 기반의 세그먼트 라이닝 부재력 예측 시스템을 구축하고, 시공성이 확보된 단면 DB를 구축하여 해저터널에서 최적 단면 설계가 가능하도록 구성하였다. 결과적으로 본 시스템은 해저 터널 설계에 사용되는 BIM과 연동되어 자동으로 설계가 가능하도록 하였다. 단면 검토 및 설계에 사용되는 세그먼트 라이닝 부재력 예측은 유한요소해석을 토대로 구축한 인공신경망을 통해 일반화한 후 BIM 시스템에 접목시켜 별도의 추가 해석이 필요없이 유사 단면의 해저 터널 설계에 적용이 가능하도록 하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제18권6호
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• pp.5-19
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• 2017

본 연구에서는 편마암지역의 NATM 해저터널 막장 9개소에서 실시한 차수 주입홀 315공에 대한 주입재 주입량에 대하여 RMR 분류요소들과 주입재 주입량, 루전값과 RQD, 루전값과 시멘트 주입량의 상관관계를 분석하여 암반 차수 주입 효과를 연구하였다. 연구대상 해저터널에서 막장별 주입재 총주입량은 일부 막장에서 다소 변화폭은 있으나, 불연속면의 간격(R3, Js)과 지하수상태(R5)에서 분류요소의 평점이 높을수록 감소하는 것으로 나타났으며, 막장별 총주입량은 RMR 분류요소들보다는 탄성파탐사(3D, TSP)의 지질이상대 및 감지공의 유입량과 상관관계가 큰 것으로 나타났다. 단위주입량은 불연속면의 상태(Jc, R4)의 풍화도를 제외한 RMR 분류요소들에서 평점이 높을수록 감소하는 것으로 나타났다. RQD와 루전값은 상관관계가 크지 않으나, RQD 값이 클수록 루전값이 감소하는 경향을 확인할 수 있었다.

• 자연, 터널 그리고 지하공간
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• 제21권1호
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• pp.32-48
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• 2019

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권3호
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• pp.383-392
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• 2015

해저터널 건설 중 터널 굴착면 전방에 존재하는 고수압 조건의 함수대 (또는 포화상태의 파쇄대)의 상태를 정확히 예측하는 것은 터널 안전시공의 핵심적인 요소이다. 이 연구는 해저터널 굴착면에서 전방지반의 상태를 예측하기 위해 유도분극(Induced Polarization, IP) 탐사의 활용 가능성을 입증하였다. 모래지반에서의 충전성(chargeability)을 산정하기 위해 간극모델을 제안하고, 충전성과 이에 영향을 미치는 변수들 사이의 관계식을 유도하였다. 관계식을 사용하여 매개변수 분석을 실시하였으며 그 결과 입자 사이의 간극 중 좁은 간극($r_1$)의 크기와 간극수의 염도가 충전성에 가장 큰 영향을 미쳤다. 또한, 실내실험으로 유도분극 현상에 영향을 미치는 지반조건을 파악하기 위해 간극수의 염도와 파쇄대의 두께 변화 그리고 가우지(gouge) 존재 여부에 따른 충전성과 전기비저항의 변화 추이를 규명하고자 하였다. 그 결과 파쇄대의 절리 사이에 가우지가 충진된 경우, 해수조건에서도 충전성이 높게 나타났다. 이는 가우지가 좁은 간극($r_1$)의 크기를 감소시키기 때문이라고 판단된다.