• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권2호
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• pp.161-177
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• 2017

본 연구는 해저터널에서 급격한 홍수 피해를 방지하기 위해 팽창구조체의 설계 및 현장적용을 제시하였다. 팽창구조체는 지중 구조물에 시공 및 운영 시 발생되는 돌발용수 및 이상누수에 의한 사고들에 대비한 많은 가치가 있는 수동적 급속차폐시스템이다. 특히 해저터널에 있어서는 필수적이라고 할 수 있다. 팽창구조체의 설계에서 주요인자는 인플레이터와 터널 벽면사이의 누수 와 마찰 거동이다. 팽창구조체의 설계시 설계 고려사항을 개발하고 매개 변수를 조사하기 위해 이론분석 및 실험적 연구를 수행하였다. 팽창구조체의 주요 설계 요소 및 고려사항들을 제안하기 위하여 박막이론을 적용한 이론적 분석 및 개발하였다. 또한 여러 섬유 재료의 상대 마찰 시험은 인플레이터와 터널 표면 사이의 마찰 조건에 따라 마찰거동을 결정하기 위해 수행하였다. 시험 결과는 침수조건에서의 마찰 계수가 건조조건에서의 값보다 약 20% 낮게 나타났다. 추가로 한국에서 계획중인 2개의 가상해저터널현장에 대한 보호시스템 가상 설계를 본 연구를 바탕으로 수행하였다. 이 연구 결과로부터 향후 터널 보호 구조물인 인플레이터 구조 설계 및 개발 기술을 이해하는데 매우 유용할 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.195-211
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• 2016

이 논문에서는 해저터널의 특수성을 고려한 NATM 터널의 라이닝의 설계에 대한 내용을 다루었다. 해저터널 자동화 설계 시스템 개발의 요소기술인 인공신경망(Artificial Neural Network) 기반의 터널 설계 시스템에 대한 개념, 학습과정 및 검증과정과 예측된 부재력을 통한 최적 단면 설계에 대한 내용을 기술하였다. 부재력 평가가 정확하게 구현 가능한 인공신경망을 개발하기 위해서 다양한 설계 조건과 각 조건에 따른 해석 모델을 이용한 유한요소해석을 수행하여 단면 설계에 필요한 최대부재력의 학습DB를 구축하고 인공신경망을 통해 일반화하였다. 인공신경망을 이용해 산정된 부재력은 해저 터널의 라이닝 설계 시스템에 적용시켜 빠르고 쉽게 해저터널의 라이닝 설계에 적용이 가능하도록 하였다.

• 지구물리와물리탐사
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• 제13권4호
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• pp.336-348
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• 2010

한-중 해저터널 후보지로 선정된 대천-원산도 지역의 부지조사를 위해 버블펄서(Bubble pulser) 음원을 이용한 단일채널 탄성파 탐사와 시추조사가 2008년 및 2009년에 수행되었다. 본 연구는 이 단일채널 탐사자료를 정밀 처리하고 시추자료와 연계하여 후보지역의 해저터널 안정성 평가와 시공설계에 필요한 기반암 심도 및 특성을 분석하는데 목적이 있다. 이를 위해 일반적으로 다중채널 탄성파자료에 적용되던 자료처리 기법 중 주파수-파수영역 필터링(F-K filtering)을 적용하여 교류전원잡음 등을 제거하고, 중합후 심도구조보정(post-stack depth migration) 기법을 적용하여 심도단면을 제작하였다. 수행 결과 단일채널 탄성파자료로부터 향상된 심도영역단면을 제작할 수 있음을 확인하였고, 시추자료와 통합 해석을 통하여 조사지역의 개략적인 기반암 분포와 지질특성을 파악할 수 있었다. 단층, 파쇄대 등의 세밀한 구조 파악은 버블펄서 음원과 단일채널 자료의 특성상 어려웠으나, 좀 더 해상도가 높은 탄성파자료가 있을 시 가능할 것으로 보인다. 이에 향후 해저터널 탐사 시 고해상자료를 얻기 위한 추천사항을 수록하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2008년도 춘계 학술발표회 초청강연 및 논문집
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• pp.716-724
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• 2008

In the case of subsea tunnels, hydro-mechanical coupled analysis is necessary for an exact design and construction. The consideration of the overstretched ground condition is also required because they are usually located at the great depth unlike the usual tunnels. Many researches have been performed on the estimation of relaxed rock mass height. However, there have been no researches on the estimation of relaxed rock mass height under overstretched ground conditions. In this study, therefore, hydro-mechanical coupled analyses were performed under the overstressed ground conditions and the relaxed rock mass heights were estimated based on the contour of the local safety factor around a tunnel.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.109-117
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• 2016

본 연구는 팽창구조체 설계에서 중요한 인자인 마찰계수의 결정에 대하여 중점을 두었다. 팽창구조체는 지중 구조물 의 시공 및 운영 시 발생되는 돌발용수 및 이상누수에 의한 사고들에 대비한 많은 가치가 있는 수동적 급속차폐시스템이다. 특히 해저터널에 있어서는 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구는 팽창구조체를 구성하는 섬유재료의 상대적인 마찰거동에 대한 결과를 제시하였다. 이러한 마찰거동을 평가하기 위하여 마찰실험과 모형터널마찰실험을 실시하였다. 마찰시험으로부터 서로 다른 표면 조건에서 마찰계수를 결정하였으며, 이 결과로 얻어진 마찰계수는 실질적인 모형 미끄럼시험 결과를 통하여 분석 비교하였다. 이 들 결과로부터 터널과 팽창구조체 상호 마찰거동에 대하여 검토하였다. 이 연구 결과로부터 모형터널마찰실험으로부터 얻어진 마찰계수 값은 실내마찰시험으로부터 얻은 마찰계수 값보다 약 12%작게 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권1호
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• pp.25-36
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• 2008

해저 지하구조물을 시공할 경우는 높은 수압 및 침투압 등의 영향이 무시될 수 없으므로 지하구조물의 정확한 거동평가를 위해서는 수리-역학적 연계해석이 수행되어야만 한다. 또한, 실무에서는 암반이완하중을 고려하여 터널의 콘크리트 라이닝을 설계하며, 이를 위해 이완하중고($H_{relaxed}$)를 터널 주변의 국부안전율 분포를 이용하여 수치해석에 의해 산정하는 방법이 제안된 바 있다. 따라서 본 연구에서는 해저터널을 대상으로 수리-역학적 연계해석 시 국부안전율을 이용한 이완하중고 산정 기법의 타당성을 살펴보았다. 3 등급 암반을 대상으로 숏크리트 수리특성을 이용한 유도 배수방법과 집수정펌핑을 이용한 유도 배수 방법을 비교한 결과 집수정 펌핑을 이용한 유도 배수방법이 보다 신뢰할 수 있는 결과를 준다고 발표된 바 있다. 따라서 본 연구에서는 집수정의 펌핑을 이용한 유도 배수방법을 이용하여 1, 3, 5 등급 암반을 대상으로 이완하중고를 산정하여 제안식들과 적용성을 비교하였다. 연구 결과 연계해석 시 해저 시설물의 이완하중고를 정확하게 산정하기 위해서는 기존에 제시된 이론식 보다는 집수정의 펌핑을 이용하여 유도 배수하는 모델링 방법이 보다 정확하고 일관성 있는 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권2호
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• pp.141-150
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• 2009

불연속면이 발달한 암반 내에서 해저터널을 시공할 경우 절리 내의 지하수 흐름이 터널 거동에 커다란 영향을 마치므로 안정성 평가 시 수리-역학적 연계해석이 필요하다. 실무에서는 일반적으로 암반이완하중을 고려하여 터널의 콘크리트 라이닝을 설계한다. 연속체 해석 시 잠재적 이완영역을 터널 주변의 국부안전율 분포를 이용하여 수치해석에 의해 산정하는 방법이 제안된 바 있다. 그러나 절리가 발달한 암반의 경우는 절리의 거동이 터널 전제 거동에 큰 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 불연속 암반 내에 터널 굴착으로 인해 발생하는 잠재적 이완영역을 산정하는 방법을 제안하고 민감도 분석 및 연속제 해석 결과와 비교를 통해 제안된 방법의 타당성을 검증하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.1147-1159
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• 2018

본 연구는 팽창구조체를 이용한 급속차폐 자동화 시스템 검증에 중점을 두었다. 팽창구조체는 해저터널의 침수사고 발생시 막대한 인적 및 물적 피해가 발생하는데 이를 대비한 자동 급속차폐시스템이다. 특히 해저터널의 시공 및 운영에 있어 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구는 이러한 문제에 대하여 고안된 팽창구조체를 이용한 급속차폐 자동화 시스템을 실험적으로 검증하였다. 이러한 검증을 하기 위해 모형터널을 40:1 축소율을 적용한 실내모형을 제작하여 0.1 bar, 0.15 bar의 공기압을 주입하여 10 sec, 20 sec로 팽창속도에 따라 나누어 4 case로 실험을 진행하여 누수량, 수압 등을 분석하였다. 연구 결과에 의하면 팽창구조체의 팽창 시 0.1 bar 보다 0.15 bar일 때 차폐효율이 좋았으며 팽창구조체의 공기압 주입 시간에 따른 차폐효율 및 유입수 제어효율의 차이도 나타났다. 본 연구 진행 결과 팽창구조체가 완벽하게 팽창한다는 가정조건에서는 팽창구조체의 내부공기압이 높고 팽창속도가 빠를수록 더욱 효과적으로 나타났다. 본 연구 결과로 향후 추가적인 팽창구조체의 보관방법, 형상과 팽창유도체 및 차폐시 팽창구조체의 이동억제와 유입수 제어에 도움이 되는 쐐기형 구조물에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.145-160
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• 2018

초장대 해저터널은 환기를 위한 연직갱 또는 경사갱 설치에 공간적으로 많은 제한을 받게 되므로 일부 인공섬을 건설하여 환기를 수행할 필요가 있다. 그러나 인공섬 설치는 건설의 어려움뿐만 아니라 건설비용이 증가하게 되므로 인공섬 설치를 최소화할 필요가 있다. 이에 따라 환기거리가 증가하여 누풍에 의한 공급 풍량이 커지게 되면, 공사 중 환기를 위한 덕트 설치가 불가능해지거나 팬 정압 및 동력이 상당히 증가하게 된다. 따라서 초장대 해저터널을 건설하기 위해서는 이러한 현실적인 문제를 극복하고 시공 중 터널 내 환경을 쾌적한 상태로 유지할 수 있는 기술력이 필요하다. 선행 연구에서 우리는 누풍이 이 문제들을 해결하는 핵심 인자이며 실험 결과 새로운 접속방식의 누풍율은 대략 $1.46mm^2/m^2$임을 밝혔다(Jo et al., 2017). 본 연구에서는 새로운 접속방식이 적용된 시제품의 누풍율 측정 결과를 제시하고 기존 접속방식의 누풍 성능 개선을 위해 덕트 내부에 연질막 적용시의 누풍 성능 개선을 실험적으로 분석하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.235-244
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• 2016

해저터널 시공 중 단층, 파쇄대 및 미고결층 등의 취약한 지반조건에서 일어나는 문제점을 극복하기 위해 시공 중 그라우팅을 진행한다. 암반에서 그라우팅은 주로 불연속면을 따라 주입되므로 절리의 분포, 거칠기 또는 폭과 같은 절리 인자들이 그라우팅 보강암반의 물성에 지대한 영향을 미친다. 해저터널 주변의 그라우팅 보강암반은 해저환경에서 정수압을 다 부담하여 장기적인 열화와 미세구조변화 및 균열 등이 발생하며 암반물성이 시간에 따라 변하므로 그라우팅으로 인한 해저터널 주변암반의 장기적인 거동평가가 요구된다. 본 연구에서는 실내실험을 통해 다양한 축 응력, 양생기간 및 절리조건에서 그라우팅 보강암반의 탄성파 전달특성을 분석하였고 국내에서 사용되는 다양한 암반분류법들의 탄성파 기준을 고려하여 그라우팅 보강암반의 보강정도를 탄성파 속도로 추론하였다.