• 터널과지하공간
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• 제28권6호
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• pp.596-608
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• 2018

도시 기반시설이 노후화됨에 따라 도시 재난 발생 가능성이 증가하고 있다. 특히, 하수관로, 상수도관망, 지하철 등 노후화된 지하 시설물은 도심지 지반함몰을 유발하는 잠재적 원인이 된다. 도심지 지반함몰은 토양 침식 혹은 유실로 인해 생성된 지하 공동이 확장하여 지역적이고 갑작스런 지반 붕괴까지 이르는 현상으로 정의할 수 있다. 이는 석회암과 같은 용해성 암반에서 발생하는 싱크홀과는 구분된다. 지반 거동과 관련된 전통적인 계측 방식은 좁은 측정 범위와 각 센싱 지점에서의 계측값을 제공하기 때문에 불특정 다수 지역에서 발생할 수 있는 지반함몰 감시체계로서 한계가 있다. 따라서, 도시에 발생하는 지하 공동에 의한 지반함몰을 예방하기 위한 감시체계로서는 적절하지 않으며 지반 내 물리적 환경변화를 감시할 수 있는 새로운 상시 영역 감시 기술이 필요하다. 본 연구에서는 비방사 유도 자기장(자기공명) 기반 감시 체계의 기술적 타당성을 실험적으로 검토하였다. 공기, 물, 흙 등 매질과 공진 주파수, 임피던스 그리고 송 수신기 거리 등과 같은 환경변수에 따른 경로 손실 변화를 측정하는 방식으로 이루어졌다. 이론적으로 자기장의 전달 특성은 매질의 밀도와 독립된 것으로 알려졌으나, 실험 결과 매질의 조건에 따라 경로 손실에 의미있는 차이를 보이는 것으로 나타났다. 또한, 매질의 물리적 환경변화에 따라 경로손실보다는 반사계수가 명확한 차이를 보였으며, 입력 반사계수가 출력 반사계수에 비해 보다 판별이 용이한 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권4호
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• pp.455-478
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• 2019

본 논문에서는 고강도 강관을 이용한 강관 보강 그라우팅의 보강 효과 검증을 통해 현장 적용성에 관한 실험적 내용을 다루었다. 기존 강관보강 그라우팅 공법에는 SGT275 (구 STK400) 강관을 일반적으로 적용하고 있으나, 강관 보강 그라우팅이 적용된 터널의 붕락사례를 보면 강관의 과도한 꺾임, 파단 등의 사례가 발생되고 있다. 이러한 사례가 발생하는 여러 원인 중 굴착에 따른 터널의 이완하중에 대응하는 강관의 강성 부족이 그 원인이 될 수 있다. 최근 들어 고강도 강관(SGT550)의 개발로 강관의 강도가 증가했으나, 강도 증대를 고려한 보강방안에 대한 연구가 미흡하므로 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 고강도 강관과 일반 강관의 이음 유무, 주입재의 충전 여부 등 다양한 조건에 대해 인장강도 및 휨 전단력 실험을 수행하고, 기존 제시된 설계법을 통해 강관의 강도 차이에 따른 효율적인 현장 적용성에 대한 기초 연구를 수행하였다. 특히, 실제 현장에 고강도 강관과 일반 강관을 시공하고 굴착에 따른 강관의 변위형상과 응력에 대한 계측 결과를 통해 고강도 강관의 보강 효과를 검증하였다. 연구결과 고강도 강관은 휨 강도가 우수하여 보강효과가 우수한 것으로 나타났으며, 강도 증진효과로 인해 아칭효과도 기대된다.

• 터널과지하공간
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• 제31권1호
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• pp.52-65
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• 2021

본 연구에서는 멕시코시티 외곽에 있는 프로판 저장기지인 PEMIX 터미널에서 발생한 프로판 누출에 따른 증기운 폭발을 분석하였다. 누출된 4750 kg의 프로판에 대한 TNT 등가량은 9398 kg으로 평가되었다. 폭원으로부터 40~400 (m) 떨어진 지점에서의 최대과압, 양의 압력 지속시간, 충격량과 같은 폭발변수를 TNT 등가법과 다중에너지법을 적용하여 구하였다. 폭발 변수들을 이용하여 구한 프로빗 함수를 적용하여 폐 손상, 고막 파열, 머리 충격, 전신 전위 충격으로 인한 손상 확률을 평가하였다. 고려한 모든 거리에서 다중에너지법을 이용하여 구한 최대과압이 TNT 등가법을 적용하여 구한 최대과압보다 큰 것으로 나타났으나, 200 m 이후 지점부터는 큰 차이가 없는 것으로 평가되었다. 다중에너지법에 의해 구해진 최대과압을 적용하여 구조물 손상 범위를 평가한 결과 폭원으로부터 100 m 이내에 있는 구조물의 경우 완전히 붕괴될 것으로 예측되고, 400 m 떨어진 구조물의 유리창도 거의 파손될 것으로 추정되었다. 폐 손상에 의한 사망 확률은 충격파 진행방향으로 위치하고 있는 인체의 자세에 따라 달라지는 것으로 나타났으며, 인체 주변에 반사면이 있는 경우 사망 확률이 가장 큰 것으로 평가되었다. 충격파가 폐 손상, 고막 파열, 머리 충격, 전신 전위 충격에 미치는 영향을 평가한 결과 전신 전위 충격 < 폐 손상 < 고막파열 < 머리 충격 순으로 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제32권6호
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• pp.451-463
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• 2022

수직갱도에서 붕괴사고가 일어났을 때, 붕괴현장의 위험도를 신속하게 평가하는 것은 매우 중요하다. 사고현장에서 추가적인 붕괴 위험 때문에 인력을 투입한 직접적인 조사는 불가능하다. 수백 미터 심도를 갖는 수직갱도에서는 무선 신호의 한계와 와류 때문에 고속 라이다 센서를 장착한 드론을 이용한 조사가 불가능하다. 기존 연구에서는 견인방식을 이용한 단일채널 Lidar 센서를 3차원 형상화 장비가 구현되어 적용되었다. 관성(IMU)센서 데이터를 바탕으로 탐사시 발생하는 회전 운동과 진자운동에 대한 보정이 이루어졌고, 인접 측정데이터 간의 유사성 검토를 통해 정밀 보정을 수행하였으나 탐사 깊이가 깊어질수록 오차가 누적되는 현상이 발견되었다(Kim et al.(2020)). 본 논문에서는 다중채널 Lidar 센서를 적용하여 견인장치에 의해 상승이동하면서 연속적인 단면데이터가 수집되었다. 다중채널 Lidar의 방사 특성 때문에 발생하는 데이터 중첩성을 이용하여 동일 심도의 측정데이터 간의 유사성을 통해 회전운동을 정밀 보정하기 위한 기법이 적용되었다. 180 m 심도의 수직갱도에서 구현된 탐사장비를 이용하여 0~165 m 구간이 조사하여 수직갱도의 형상이 3차원 그래픽으로 재구성되었다.

• 터널과지하공간
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• 제33권5호
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• pp.388-398
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• 2023

광산개발에 따른 지하수 유동의 변화는 지반의 소성 변화 및 강도 저하, 붕락과 같은 주요 문제의 발생 원인으로 작용한다. 지속적인 채광 작업이 유지되기 위해서는 계절적인 갱내수 유입량의 변화와 단전이나 펌프의 파손 및 돌발적인 유입량의 증대에 대처할 수 있도록 갱내수 유입에 대한 대책을 마련해야 한다. 본 연구는 연구 대상지와 인근에 있는 석회석 광산과의 수리적 연결성 확인을 통한 갱내 누수의 원인 규명을 목적으로 지하 매질의 연결성 확인을 위한 추적자 시험을 수행하였다. 염료계, 이온계 등 다양한 추적자를 적용한 실내실험을 통해 추적자 물질을 선정하였고, 현장 시험을 통해 대상지역의 수리지질 모델을 구현하였다. 이를 통해 광산 외부 계곡과 갱내수에 대한 수리적 연결성과 갱내 누수의 원인을 규명하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.453-467
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• 2016

본 논문에서는 쉴드 TBM 시공 시 발생 가능한 사건 및 원인의 규명, 리스크 발생의 인과관계 규명, 리스크의 위험도 판별, 리스크의 저감대책 제시를 통한 쉴드 TBM의 전반적인 시공 리스크 관리에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해서 쉴드 TBM의 사고 사례에 대한 문헌조사, 설계 및 시공 전문가 인터뷰를 수행하였다. 리스크 사건은 절삭량 저하, 막장면 붕괴, 지반 침하, 지반 융기, 이수 분출, 배토 불능, 굴착 불가, 지하수 누수의 8개의 그룹으로 나뉘어졌다. 리스크의 원인은 지질 원인, 설계 원인, 시공관리 원인의 3가지 그룹으로 나뉘어졌다. 리스크 원인과 사건간의 인과관계를 체계적으로 분석하기 위하여 베이지안 네트워크를 이용한 도식적인 관계도를 작성하였다. 리스크의 위험도를 산정하기 위하여 리스크가 발생하였을 때 이를 복구하기 위한 다운타임 및 비용을 기준으로 전문가를 대상으로 Analytic Hierarchy Process (AHP)를 수행하였으며, 위험도 결과에 기반하여 리스크 대응단계를 제시하고 이를 실제 리스크 발생사례와 비교하여 검증하였다. 또한 발생 가능한 리스크에 대응하기 위하여 설계 및 시공단계에서의 리스크 저감대책을 제안하였다. 제안된 연구는 TBM 설계자 및 시공자가 현장의 조건을 고려하여 리스크 원인을 선정하고 이로 인해 발생 가능한 리스크를 체계적으로 분석하여 파악할 수 있게 해주며, 리스크의 위험도의 판별 및 그에 대한 설계 및 시공단계에서의 저감대책을 통해 체계적인 쉴드 TBM 리스크 관리에 도움을 줄 수 있다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권3호
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• pp.543-560
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• 2018

도심지 지하공간의 개발과 운행선 하부를 저토피로 입체 교차화하는 시설 증가에 따라 비개착식 공법의 수요는 점차 증가추세에 있으나 대다수의 공법은 중대구경 강관을 압입하여 루프를 형성하고 내부를 굴착하는 파이프루프(Pipe roof) 계열의 공법이 주로 적용되고 있다. 강관 압입 시 발생되는 이완영역 및 하중은 여러 인자의 영향을 받게 되나 가장 큰 요소는 압입하는 강관의 크기에 좌우되며 이는 강관 루프 내 지중구조물에 작용하는 하중의 크기로 볼 수 있다. 지반의 교란 및 이완하중 발생을 최소화시키기 위해 개발된 SEM공법(Super Equilibrium Method)은 기존의 중대구경 강관 대신 ${\Phi}114mm$ 내외의 소구경 강관을 사용한다. 이 소구경 강관을 SEM파일로 명명하였으며 강관의 선 압입 및 그라우팅 보강을 실시한 후 지반의 침하나 융기 없이 지반 내 횡단구조물을 유압잭을 이용하여 압입하게 된다. 이와 같이 SEM공법의 구성 중 지보역할을 하는 SEM파일은 선단부 굴착 시 지반의 붕락을 방지하고 상재하중을 지지하기 위한 길이 5 m 내외의 Fore poling 파일이며 이 파일의 배치간격, 시공연장, 부재의 강성 등을 산정하기 위해서는 이완영역의 적절한 산정이 필수적이다. 본 논문은 SEM공법의 최적설계를 위하여 SEM파일 압입 시 발생되는 이완하중 산정 값을 비교분석하였다. 이완영역 산정에 근거한 주요 이론식 및 경험식들의 영향인자를 고려하여 분석하고 FEM analysis (유한요소 해석)를 수행하여 SEM파일에 적합한 이완하중 산정을 검토하였다. 또한 실제 SEM파일 압입 및 굴착 시 발생되는 지반이완을 확인하기 위해 강관압입 축소모형실험을 수행하였으며 토피고/강관(H/D)에 따른 지표침하 및 지반이완을 정량적으로 검토하였다.

• 콘크리트학회논문집
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• 제25권5호
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• pp.485-496
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• 2013

2001년 9.11테러로 인한 미국 세계무역센터 및 미국 국방성 펜타곤이 붕괴된 이후, 전 세계적으로 충돌, 폭발 등의 극한하중에 의한 테러가 빈번하게 발생하고 있으며, 극한하중에 의한 구조물의 거동에 대한 사회적 불안감은 더욱 증가되고 있다. 그러나 지금까지의 사회기반시설구조물에는 폭발 및 충돌 등과 같은 극한하중에 대한 방호 및 방재개념을 설계에 고려하지 못하고 있는 실정이며, 원전격납건물, 가스탱크, 교량, 터널 등에 널리 사용되는 프리스트레스트 콘크리트 구조물에 대한 극한하중 연구는 전 세계적으로 미흡하다. 충돌과 같은 극한하중은 집약된 에너지의 급작스런 방출로 인한 높은 충돌압력을 형성하므로, 극한하중의 특성 및 전파 메커니즘을 이해하는 것이 필요하다. 그러므로 이 연구에서는 이방향 비부착 프리스트레스트 콘크리트 패널의 충돌저항성능을 비교검토하기 위하여, $1400mm{\times}1000mm{\times}300mm$의 철근콘크리트(RC), 프리스트레스 텐던으로만 보강된 콘크리트(PS), 프리스트레스 텐던과 철근으로 보강된 콘크리트(PSR, 일반적인 PSC) 시편을 제작하였다. 실험 조건에 맞춰 14 kN의 추를 10 m, 5 m, 4 m 높이에서 낙하하는 예비 실험과 3.5 m 높이의 본 실험으로 구성하여 충돌하중에 대한 프리스트레스트 콘크리트 구조물의 실험적 평가를 수행하였다. 또한, 충돌실험을 위한 기본적인 실험 구성 및 계측시스템을 구축하였다. 충돌 저항성능은 균열형상, 손상면적, 에너지 흡수, 처짐, 변형률, 가속도 등의 충돌에 의한 계측데이터를 이용한 거동분석 뿐만 아니라, 충돌 후 잔류구조성능 실험을 수행하여 이방향 비부착 프리스트레스트 콘크리트 패널의 충돌저항성능을 검토하였다. 본 실험은 향후 국내외 프리스트레스트 콘크리트에 대한 충돌 방호설계 및 충돌해석 등 관련 연구분야의 기초자료가 될 것이라고 판단되는 바이다.