• Geomechanics and Engineering
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• 제29권3호
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• pp.301-310
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• 2022

Accurate prediction of mixed ground conditions ahead of a tunnel face is of vital importance for safe excavation using tunnel boring machines (TBMs). Previous studies have primarily focused on electrical resistivity surveys from the ground surface for geotechnical investigation. In this study, an FE (finite element) numerical model was developed to simulate electrical resistivity surveys for the prediction of risky mixed ground conditions in front of a tunnel face. The proposed FE model is validated by comparing with the apparent electrical resistivity values obtained from the analytical solution corresponding to a vertical fault on the ground surface (i.e., a simplified model). A series of parametric studies was performed with the FE model to analyze the effect of geological and sensor geometric conditions on the electrical resistivity survey. The parametric study revealed that the interface slope between two different ground formations affects the electrical resistivity measurements during TBM excavation. In addition, a large difference in electrical resistivity between two different ground formations represented the dramatic effect of the mixed ground conditions on the electrical resistivity values. The parametric studies of the electrode array showed that the proper selection of the electrode spacing and the location of the electrode array on the tunnel face of TBM is very important. Thus, it is concluded that the developed FE numerical model can successfully predict the presence of a mixed ground zone, which enables optimal management of potential risks.

• 터널과지하공간
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• 제27권4호
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• pp.185-194
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• 2017

본 논문은 싱가포르 케이블 터널NS2 현장 SCL(NATM)터널구간에서 숏크리트 라이닝의 역학적 변형거동을 평가하기 위하여, 터널 막장관찰(Face Mapping)자료에 근거한 암반분류결과와 현장계측을 통한 내공변위결과를 바탕으로 NATM 터널의 공학적 거동 특성을 분석하고자 하였다. 또한 본 현장의 수직구, Adit 터널 및 Enlargement 터널의 NATM 터널 전체를 3차원 모델링하였으며, 시공중 암반분류값에 근거한 암반하중을 산정하여 3차원 유한요소해석을 실시하였으며, 해석결과를 현장계측결과와 비교 검토하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권1호
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• pp.23-46
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• 2020

본 연구에서는 터널 근접 시공으로 인한 기 존재 단독말뚝의 공학적 거동을 파악하기 위하여 터널로부터 말뚝선단의 이격거리와 막장압의 변화를 고려한 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 수치해석에서는 터널 막장압을 고려하여 말뚝의 거동을 분석하였으며, 터널굴착으로 유발되는 지반침하, 말뚝두부침하, 말뚝축력 및 말뚝-지반 사이의 경계면에서 발생하는 전단응력을 고찰하였다. 말뚝이 터널 크라운(crown) 바로 상부에 위치하고 말뚝선단까지의 수직 이격거리가 0.25D (여기서, D는 터널직경)인 경우 초기 응력의 50%에 해당하는 막장압을 적용할 경우 25%의 막장압을 적용한 것과 비교한 결과 말뚝두부의 침하가 약 38% 감소하였다. 또한, 막장압의 크기가 작을수록 지반침하, 말뚝의 축력 및 말뚝-지반 사이에서 발생하는 전단응력이 증가하며, 말뚝이 터널굴착 영향권 밖에 존재할 경우 말뚝에는 압축력 형태의 축력이 발생하였다. 따라서 막장압의 크기 및 터널-말뚝선단의 상대위치는 지반 침하와 말뚝 침하에 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 수행된 연구결과의 경우 기존에 보고된 연구결과를 바탕으로 비교분석을 실시하였으며, 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동을 심도 있게 분석하였다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제10권2호
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• pp.41-56
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• 1994

지하수위 하에서 터널이 시공될 경우, 터널막장은 시공 중 용수에 의한 영향을 받게 되며 지보 System은 시공 후 지하수 흐름이 문제시 될 수 있다. 븐 연구는 터널막장 및 라이닝에 대해 배수조건에 따른 지하수 흐름을 고려한 적절한 해석 및 설계방법을 제시하고 있다. 첫째, 시공 완료 후 터널 라이닝이 배수조건에 따라 받게 되는 지하수의 영향을 라이닝에 작용하는 응력 및 변위로써 검토하고 각 배수조건별로 적절한 해석 및 설계방법을 제안하였다. 둘째, 시공 중 굴착에 의한 지하수의 흐름이 문제가 되는 터널막장에 대해서 지하수 흐름의 3 차원 모델링을 수행하였으며, 그 결과를 막장의 안정성에 대한 이론적 검토에 반영하여 침투력이 막장의 안정성 미치는 영향에 대하여 검토하였다. 또한 막장을 평면변형률조건(plane strain condition)으로 모델링 하여 침투 고려시와 지하수의 미고려시에 막장면에 작용하는 응력 및 변위를 산출하여 침투력이 막장면에 미치는 영향을 검토하였다. 연구 결과, 터널 시공시 지하굴착 및 배수에 의한 지하수위 저하가 크지 않은 구간에서 터널막 장은 정상류 흐름에 의한 침투력을 고려한 적절한 안정대책이 요구되며, 터널 라이닝 또한 침투를 고려한 배수개념이나 내부 라이닝이 정수압을 견뎌야 하는 비배수 개념에 의해 설계 및 시공이 이루어져야 함을 보여준다.

• 터널과지하공간
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• 제15권1호
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• pp.39-46
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• 2005

터널 단층대에서 수평시추로 조사한 막장전방의 암반 상태를 공학적 암반분류법인 RMR값으로 평가하였고 이를 터널 굴착 후 막장을 관찰하여 결정한 RMR값과 비교 분석하였다. 수평시추로 예측한 RMR값은 비교적 정확하여 터널 굴진 후 막장을 관찰하여 구한 RMR값과 큰 차이가 없었다. 그러나 일부 구간에서는 수평시추와 막장관찰로 구한 RMR값의 차이가 약 50까지 발생하였고 이를 RMR 평가항목으로 분석한 결과 불연속면의 상태에 대한 평점에서 24의 차이가 나타났고 암질지수와 단축압축강도 평점에서 각각 15와 13의 차이로 나타났다. 두 방법에서 평가한 RMR값의 차이를 줄이기 위해서는 터널 내 수평시추공의 위치를 터널의 안정성에 가장 큰 영향을 줄 수 있는 곳으로 선정하고 불연속면의 상태에 대한 평가는 불연속면의 연속성, 분리 틈, 풍화도 등 5개의 소항목 각각에 대해 5단계로 구분한 세부평점을 적용하여야 할 것이다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 1993년도 봄 학술회 논문집
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• pp.9-14
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• 1993

Practical solutions that are available today for assessing stability of tunnel working face are largely based on the concept of critical stability ratio. The accuracy of a prediction of the soil behavior in the working face, thus, depends on the ability of the solution to completely and accurately describe the stress fields or kinematics generated by the excavation and the accuracy of the undrained shear strength of the soil introduced in the computation. This paper reviews the selected solutions describing stability of the tunnel heading in squeezing ground, and suggests a reference solution which is established based on comparison of the solutions and field data on stability of tunnel headings in clays. Although dealing with the shear strength determination is an important companion part of the geotechnical prediction for stability of the tunnel heading in clays, this part is beyond the scope of this paper at this time.

• 터널과지하공간
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• 제5권2호
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• pp.95-103
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• 1995

In this paper the stress redistribution around tunnel face was analyzed by using a three-dimensional finite element model. The effects of in-situ stress levels, excavation sequences, stiffness difference between the hard ground and the weak zone on the stress redistributions were considered. Displacement and stress changes at tunnel crown, side wall, and invert were investigated throughout the sequential excavation. To show ground response, percentage of the displacement and stress variations are used as a function of normalized distance that is between the face and monitoring section. Preceding displacements and stress variations were presented to be adopted in the two-dimensional tunnel analysis.

• 지질공학
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• 제17권2호
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• pp.197-204
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• 2007

터널은 굴착에 의해 지반의 변형을 일으키며, 지보를 설치하고 시간이 지남에 따라 점차 안정화된다. 터널 굴착이 지반 거동에 미치는 영향은 계측지점과 막장간의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 터널의 변위가 수렴하여 안정화되는 시점을 예측할 수 있다면, 안정화 이후 이루어지는 여러 공정들을 앞당김으로써 시간적, 경제적 손실을 줄일 수 있다. 따라서 본 연구에서는 변위 수렴 시점을 예측하기 위하여 관리도 기법을 적용하였다. 퇴적암을 기반으로 하는 터널에 대한 관리도 판정 결과, 막장에서부터의 거리가 최대 100 m 이내에서 변위가 수렴하였다.

• 터널과지하공간
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• 제13권6호
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• pp.476-485
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• 2003

본 연구의 목적은 막장전방에 파쇄대가 존재할 때 터널 3차원 내공변위를 여러 가지 방법으로 해석하여 변위의 변화 경향을 밝히고 지질변화를 예측하는 계측해석기법을 제시하는 것이다. 안정된 지하 암반에 터널을 굴착하게 되면, 터널 막장면을 포함한 무지보 굴착면 주위에 3차원적인 하중전이 현상이 나타나는데 막장 전방의 지반 상태가 변화하거나 연약 파쇠대층이 존재하면 특정한 변위 경향을 보이는 것으로 기존 연구결과 알려져 있다. 터널 천단부 축방향 변위/수직변위 비 등으로부터 터널 막장 전방에서 지반의 강성이 변화하는 불연속면의 존재를 예측할 수 있다. 그러므로, 시공중인 터널 내에서 3차원 절대 내공 변위를 측정하여 본 연구에서 제시된 계측해석 기법을 적용하면 터널 막장 전방의 지층변화나 파쇄대층의 존재를 사전에 예측할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제8권3호
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• pp.197-204
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• 2006

대단면 쉴드 TBM을 이용한 터널굴착공법은 여러 기계화 시공법과 함께 향후 터널 연장의 장대화 추세에 부합하여 국내 활용도가 더욱 높아질 것으로 예상되는 터널 굴착공법이다. 특히 쉴드공법은 지반조건이 열악한 얕은 심도의 터널에 적용성이 우수한 공법으로 인식되고 있으나, 부적절한 장비선정, 터널 시공중 장비결함, 예상치 못한 지반조건 조우 등의 문제로 인하여 시공 중 사고 트러블 사례가 종종 발생되고 있다. 특히 터널막장에서의 트러블 발생 빈도가 매우 높아, 안정적이고 효율적인 굴착을 위해서는 굴착중 막장압 관리가 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 터널막장의 안정화를 위한 이론적 막장지보압 산정방법의 고찰과 수치해석적 방법에 의한 지보압에 따른 지반거동 양상을 비교 분석 하였다.