• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.1-12
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• 2016

TBM 시공 중에는 설계단계에서 예측하지 못한 지반과 조우할 수 있다. 그 중에서 TBM 굴진의 안정성을 저해하는 위험지반과 조우할 경우, 예상치 못한 문제로 인한 공사비 증가, 공기 지연 등으로 상당한 경제적 손실이 발생하게 된다. 따라서 시공 중 예상치 못한 리스크를 최소화하는 것은 TBM 프로젝트에서 매우 중요한 문제이다. 본 논문에서는 TBM 시공 중 막장전방의 위험지반을 사전에 예측하는 방안과 해당 위험지반으로 인해 발생 가능한 리스크 사건을 제시하였다. 또한 리스크 사건의 위험도를 평가하고, 대응이 필요한 리스크 사건에 대하여 대책공법을 제시할 수 있는 TBM 리스크 관리 시스템을 개발하였다. 먼저 TBM 굴진 중 안정성을 저해하는 위험지반들로 인해 발생 가능한 리스크 사건을 정리하였으며, 시공 중 막장전방의 위험지반을 예측하기 위한 방법으로 전기비저항 탐사기법을 활용하였다. 이렇게 예측한 위험지반에서 발생 가능한 리스크 사건의 위험도 평가는 위험지반 조우 시 리스크 사건의 발생확률과 리스크로 인한 다운타임의 크기에 대한 상호 영향도를 고려하여 수행한다. 평가 결과 등급에 따라 대응이 필요한 리스크 사건에 대하여 대책공법들을 제시하였으며, 여러 대책공법 중 최적의 대책공법을 객관적인 기준으로 선정하기 위하여 공사비와 공사기간 등을 속성으로 한 다기준 의사결정론을 활용하였다. 마지막으로 본 시스템의 검증을 위해 실제 리스크가 발생했던 EPB Shield TBM 현장에 개발 시스템을 적용하여, 시공 중 효과적인 리스크 관리를 통해 발생 가능한 리스크의 사전 대응이 가능함을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권3호
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• pp.323-345
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• 2019

토사지반과 핵석지반에서 EPB 쉴드 TBM을 통한 성공적인 터널 시공을 위해서 굴착면 전방의 지반 정보를 정확히 파악하는 것이 필요하다. 본 연구에서는 전기비저항 탐사와 유도분극(induced polarization) 탐사를 함께 활용하여 복합토사지반과 핵석지반에 대한 전방 예측 방안을 제시하고자 하였다. 토사지반의 구성은 EPB 쉴드 TBM에서 첨가재 선택에 필수요소이며, 핵석지반은 기계화 시공에서 난이도가 높은 지반이기 때문이다. 탐사는 TBM이 굴진을 멈추고 세그먼트 1링을 조립할 시에 커터헤드에 설치된 4개의 전극을 활용하여 수행된다고 보았다. 토사지반의 경우 화강풍화토, 모래, 점토로 구성된 복합지반에 대해 축소모사하여 실내실험을 수행하였다. 실험 결과 전기비저항은 복합지반 이론해와 상당히 일치하였으며 유도분극은 경우에 따라 전기비저항과 경향성이 일치하거나 완전히 상반되었다. 이러한 결과를 토대로 실제 현장에서 적용 가능한 토사지반 예측방안을 제시하였다. 핵석지반의 경우 균질지반에서 핵석지반으로 굴착해 나가는 상황을 축소모사하였으며 핵석의 불규칙성을 난수를 통해 모사하였다. 실험결과 전기비저항은 핵석지반에 접근할수록 증가하였고 유도분극은 불규칙하게 오르내림을 거듭하는 경향을 나타내었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.227-242
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• 2019

토압식(Earth Pressure-Balanced, EPB) 쉴드 TBM 기계데이터 분석을 통해 토사터널의 특징이 반영된 막장 전방 예측 방법을 제안하였다. 기존에 암반과 토사가 혼합된 복합 지반의 예측에 적용하였던 시계열 분석 모델을 토사터널에 적용가능하도록 수정하였다. 또한 수정된 모델을 사용하여, 토사 종류에 따라 쏘일 컨디셔닝 재료를 선택하는 것이 타당한지 연구하였다. 이를 위해 Self-Organizing Map (SOM) 군집화(clustering) 분석을 수행하였다. 그 결과 무엇보다도 지반타입이 #200체 통과량 35% 기준으로 분류되어야 한다는 것을 확인하였다. 또한 TBM 기계데이터 분석을 통해 수정된 모델이 지반 타입을 예측하는데 사용될 수 있음을 확인하였다. 수정된 기준에 따라 지반 타입을 분류하고 시계열 분석을 수행하면, 10막장 전방 지반에 대해서 98%의 높은 예측 정확도를 보였으며, 이를 통해 수정된 방법의 우수성이 입증되었다. 특히 지반 타입 변화 구간에 대한 예측 정확도도 약 93%로, 10막장 전방에서 지반 타입 변화 여부를 미리 확인할 수 있게 되었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제29권2C호
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• pp.81-90
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• 2009

본 연구에서는 터널의 강관삽입형 천단보강공 설계 시 강관의 작용하중을 내공변위-제어법으로 산정하고, 주변지반과 보강공의 상호거동을 보다 실제적으로 고려할 수 있는 하중전이법을 적용하여 지반변위와 보강용 강관의 단면력 등 터널의 거동을 분석하였으며, 그 결과를 FLAC-3D 및 실제 계측결과와 비교 분석하였다. 본 연구결과, 제안기법으로 산정한 굴착단계별 터널의 변위는 수치해석 및 계측결과와 유사한 경향을 보이나, 강관의 보 거동에 따른 국부적인 변위발생에 따라 수치해석 결과보다는 약간 큰 결과를 보였다. 본 제안기법은 해석과정이 용이하며 수치해석 결과 및 계측결과와 잘 일치하여 터널 천단보강공의 예비설계에 적용 가능함을 확인할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제19권2호
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• pp.132-145
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• 2009

암반내 존재하는 단층은 암반의 거동에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 암반사면, 터널과 같은 암반구조물의 설계 및 시공에 있어서 단층특성에 대한 조사는 무엇보다 중요하다 할 수 있다. 그러나 설계단계에서 이러한 특성을 파악하기에 한계가 있기 때문에 시공중 막장관찰과 추가지반조사를 통하여 터널주변에 존재하는 단층의 분포 및 공학적 특성에 대하여 조사하여야 한다. 본 연구에서는 운모편암지역에서의 대단면 터널 공사중 설계시 파악되지 않은 대규모 스러스트 단층대가 확인됨에 따라, 단층대의 특성을 규명하기 위하여 다양한 지질조사 및 현장시험을 실시하였다. 이러한 지반조사결과를 바탕으로 단층의 성인, 구조지질적 분포특성 및 단층암의 공학적 특성을 파악하였으며, 단층대 통과구간에서 안전하게 터널을 굴착할 수 있도록 합리적인 지보 및 보강대책을 수립하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.733-747
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• 2017

터널을 굴착하면 터널주변과 상부의 지반이 느슨해지고 변형되며, 이로 인해 터널주변지반의 응력이 변화된다. Terzaghi는 터널굴착으로 인한 천단 상부지반의 이완형태를 Trapdoor 실험을 통해 규명하였다. 그러나 Terzaghi는 터널천단부가 등변위 되는 조건만 생각하였으며, 터널천단부가 오목곡선이나 볼록곡선 등의 형태로 변형될 경우에 대해서는 생각하지 않았다. 따라서 본 과제에서 지반이완 형태와 터널천단부 변위형태의 상관관계에 대하여 실험적으로 연구하였다. 이를 위하여 터널천단부의 이완형태를 등변위, 오목곡선, 볼록곡선의 세가지 형태로 모사하여 실험을 수행하고 그 결과를 비교 하였다. 실험결과 이완지반의 하중전이는 지반변형특성에 따라 다양한 형태로 발생될 수 있음을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권4호
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• pp.441-455
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• 2015

본 연구에서는 터널 시공 중 굴진면에서의 붕괴 위험을 판단하여 작업자의 안전을 확보할 수 있는 굴진면 안전감시시스템을 개발하였다. 이 시스템은 실시간으로 측정되는 굴진면 변위를 x-MR 관리도기법으로 실시간 분석함으로써 굴진면의 이상 거동을 감시할 수 있다. 또한 관리 기준을 초과하는 측정치의 개수와 이동 범위 k를 비교하여 굴진면의 이상 거동과 작업 과정에서 발생하는 오류를 구분할 수 있도록 오경보 판단 알고리듬을 개발하였다. 본 연구결과는 위험지반 구간에서의 굴진면의 실시간 거동 감시에 적용되어 작업자의 피해를 최소화 할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2011년도 정기총회 및 추계학술대회 논문집
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• pp.1162-1170
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• 2011

Since there is 70% of the land in South Korea is forest, tunnel constructions by blasting are common for building railways and roads. The damage to the bedrock and the development of overbreak near the face of the tunnel during the blasting directly affect the safety of the tunnel and the maintenance after the construction. Therefore, there is a need to investigate the damage zone in the bedrock after the blasting. The damage zone changes the properties of the bedrock and decreases the safety. Especially, the coefficient of permeability of the damaged bedrock increases dramatically, which is considered very important in construction. There is a lack of research on the damage that bedrock is received with respect to the amount of explosives in blasting, which is required for the design of optimum support in blast excavation that maximizes the support of the bedrock. Therefore, in this research, numerical analysis was performed based on the field experiment data in order to understand the mechanical characteristics of the bedrock after to the blast load and to analyze the damage that the bedrock receives from the blast load. In addition, a method was proposed for selecting the optimum blast pressure for train tunnel design with respect to the damage zone.

• 터널과지하공간
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• 제13권4호
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• pp.245-259
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• 2003

Refering to the articles "Squeezing rocks in tunnels(Barla, 1995)" and "Tunnelling under squeezing rock conditions(Barla 2002)" this article deals with technologies for design, stability analysis and construction of the tunnel being driven in the squeezing rock mass. The definition of this type of behavior was proposed by ISRM(1994). The identification and quantification of squeezing is given according to both the empirical and semi-empirical methods available to anticipate the potential of squeezing problems in tunnelling. Based on the experiences and lessons learned in recent years, the state of the art in modem construction methods was reported, when dealing with squeezing rock masses by either conventional or mechanical excavation methods. The closed-form solutions available for the analysis of the rock mass response during tunnel excavation are described in terms of the ground characteristic line and with reference to some elasto-plastic models for the given rock mass. Finally numerical methods were used for the simulation of different models and for design analysis of complex excavation and support systems, including three-dimensional conditions in order to quantify the influence of the advancing tunnel face to the deformation behavior of the tunnel.

• Wind and Structures
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• 제5권2_3_4호
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• pp.165-176
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• 2002

Results of measurements of surface pressure and of velocity field made on a full-scale 6 m cube in natural wind are reported. Comparisons are made with results from boundary-layer wind-tunnel studies reported in the literature. Two flow angles are reported; flow normal to a face of the cube (the $0^{\circ}$ case) and flow at $45^{\circ}$. In most comparisons, the spread of wind-tunnel results of pressure measurements spans the full-scale measurements. The exception to this is for the $0^{\circ}$ case where the roof and side-wall pressures at full-scale are more negative, and as a result of this the leeward wall pressures are also lower. The cause of this difference is postulated to be a Reynolds Number scale effect that affects flow reattachment. Measurements of velocity in the vicinity of the cube have been used to define the mean reattachment point on the roof centre line for the $0^{\circ}$ case, and the ground level reattachment point behind the cube for both $0^{\circ}$ and $45^{\circ}$ flow. Comparisons are reported with another full-scale experiment and also with wind-tunnel experiments that indicate a possible dependency on turbulence levels in the approach flow.