• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권1호
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• pp.91-104
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• 2014

발파충격 또는 응력재분배에 의해 발생하는 암반손상대(Excavation Damaged Zone, EDZ)는 암반의 여러 물성들을 변화시킴으로써 구조물의 거동과 안정성에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 EDZ를 고려한 터널에 대한 2차원 연속체 해석 코드인 FLAC을 이용하여 역학적 안정성을 해석하고 안정성에 관련된 인자들을 대상으로 부분요인설계법(Fractional Factorial Design)을 이용한 민감도 분석을 실시하였다. 모델링 결과 터널 주변의 거동과 안전율은 손상대 유 무에 따라 많은 차이가 있었다. 민감도 분석 결과 터널주변의 안전율에 많은 영향을 미치는 인자는 측압계수와 심도, 점착력, 물성 감소비, 터널의 폭, 내부 마찰각, 터널의 높이 순이었다. EDZ는 터널 주변의 역학적 안전성에 많은 영향을 미칠 수 있기 때문에 터널 설계 시 고려하는 것이 필요하다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제10권6호
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• pp.35-48
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• 2009

일반적으로 단층대는 지반의 공학적 특성이 불량하므로 터널 시공시 굴착으로 인한 지반변위가 과다하게 발생하여 인접구조물에 악영향을 줄 수 있으며, 지하수 유입으로 인한 지반강도의 급격한 저하로 터널의 안정성 확보가 어렵다. 따라서, 인접구조물의 영향을 최소화하고 터널의 안정성을 확보하기 위하여 지반안정을 위한 차수 및 보강대책이 수립되어야 한다. 본 연구에서는 경부고속철도 노선 중 양산단층대를 통과하는 약 570m구간의 터널시공 사례를 분석하여 보강대책의 적정성에 대하여 분석하였다. 침하량 검토결과, Loganathan 등(1998, 2000) 식을 활용하여 산정한 침하량은 수치해석 결과와 유사하게 나타나 예측식의 적정성을 확인하였다. 단층대 구간에서 수행된 시험시공결과를 분석하여 적용공법의 적정성을 검토하였으며, 수치해석적 방법을 통하여 보강공법의 적용성을 검토하였다. 검토결과 대책공법 적용으로 터널변위가 감소하고 지보재 응력이 허용치 이내로 발생하였으므로 적용된 대책공법은 적정한 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권3호
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• pp.207-219
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• 2008

도심지내 굴착공사는 기존 지하구조물의 근접시공의 시계가 증가하는 추세이다. 근접시공에 따른 터널의 안정성은 가이드라인이 제시되어 있으나, 굴착공사에서 유발되는 발파신동이 터널구조물에 미치는 영향에 대한 연구는 미미한 실정이다. 본 연구는 국내외의 터널 안전영역 기준과 발파진동의 허용기준을 검토하고 진동가이드라인을 추정하기 위하여 수치해석적인 방법을 사용하여 수행하였다. 해석에 사용된 발파하중은 이론식인 International Society of Explosive Engineers(2000) 제안식을 이용하여 폭굉압력(detonation pressure)을 산정하였고 해석 모델은 서울지하철을 대상으로 하였다. 실제발파현장에 인접한 지하철 구간의 진동계측치를 수치해석결과와 비교하여 수치해석의 적정성을 검토하였다. 동적수치해석 결과 라이닝의 절점에 작용하는 진동속도의 영향원으로부터 허용값을 만족하는 영역을 제시하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.99-112
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• 1999

막장 전방에 파쇄대 등의 불연속면이 존재할 경우, 이를 미리 예측하지 못한채로 굴진을 하게 되면 파쇄대로 인해 터널 굴진에 따라 발생된 종방향 아칭에 영향을 주어 막장면 전방에 응력이 집중하게 된다. 터널 및 지하공간의 설계시에는 불확실한 설계요소를 과다하게 내포하고 있으므로 경제적이고 안정성이 확보된 터널 시공을 위해서는 터널 막장면에서의 정확한 계측으로 막장 전방의 파쇄대를 예측하여 터널 지보체계에 신속히 대비함이 필요하다. 최근의 연구결과에 의하면 3차원 절대변위계측에 의해 터널의 시공 시 굴진에 따라 지반의 강도차이로 인해 발생된 종방향 변위의 변화를 측정하여 막장 전방의 불연속면을 미리 예측할 수 있다고 하였다. 본 연구는 혼합법을 사용한 3차원 수치해석으로부터 얻어지는 변위로부터 L/C (천단부의 종방향 변위[L]와 천단부의 침하량[C]의 비 )와 S/C (측벽의 수평방향 변위[S]와 천단부의 침하량[C]의 비), (Ll-Lr)/C (좌측벽의 종방향변위[Ll]와 우측벽의 종방향변위[Lr]의 차와 천단부의 침하량[C]의 비), 평사투영법을 중심으로 지반에 파쇄대가 존재할 경우에 대해 여러 가지 초기 지중응력조건에서 터널 굴착에 따른 3차원 절대 변위를 분석하여 그 존재를 예측할 수 있는 기법을 제시하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제8권6호
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• pp.783-799
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• 2015

In this study, effect of horizontal in situ stress on failure mechanism around underground openings excavated in isotropic, elastic rock zones is investigated. For estimating the plastic zone occurrence, an induced stress influence area approach (Bray Equations) was modified to define critical stress ratio according to the Mohr-Coulomb failure criterion. Results obtained from modified calculations were compared with results of some other analytical solutions for plastic zone thickness estimation and the numerical modelling (finite difference method software, FLAC2D) study. Plastic zone and its geometry around tunnels were analyzed for different in situ stress conditions. The modified equations gave similar results with those obtained from the other approaches. However, safer results were calculated using the modified equations for high in situ stress conditions and excessive ratio of horizontal to vertical in situ stresses. As the outcome of this study, the modified equations are suggested to use for estimating the plastic zone occurrence and its thickness around the tunnels with circular cross-section.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권6호
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• pp.49-56
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• 2014

터널 구조물 안정성은 굴착하는 지반강도에 전적으로 좌우되는 특성이 있다. 지반강도가 약한 경우에는 터널 굴착 공사중 붕락이 자주 발생하게 된다. 일반적으로 이러한 조건에서는 분할굴착 또는 사전 보강을 실시하여 굴착 중 붕락에 대비하게 된다. 그럼에도 불구하고 연약대에서는 상반굴착 중 천단부 붕락이 발생할 수 있는데 이러한 사례는 많고 붕락 부위에 대해서 보강공법 적용을 통해 복구가 가능하다. 터널 바닥부에서 융기가 발생하는 경우에는 상부구간까지 악영향을 미치므로 터널 구조물 전체적인 안정성에 치명적인 영향을 줄 수 있다. 따라서 하부구간이 불량한 경우에는 반드시 심도 있는 보강검토가 필요하다. 터널 바닥부 융기로 인해 터널 안정성에 위해한 영향을 주는 사례가 최근에 터널 장대화와 관련되어 증가하고 있으므로 보강적용 기준에 대한 연구가 필요하고 본 연구에서는 실제 현장 하부구간 융기사례들을 조사하여 거동특성과 보강방안을 분석하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제38권1호
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• pp.1-13
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• 2024

The construction adit plays a pivotal role in enhancing the working face during the excavation of long-distance and deep hydraulic tunnels. However, the intersection zone between the main tunnel and the construction adit exhibits more intricate deformation patterns in surrounding rock, posing a significant threat to stability during excavation. Taking the Xianglushan tunnel in Yunnan Province, China, as a case study, the FLAC3D software is employed to simulate the excavation process at the intersection. The simulation results are verified combined with the field deformation monitoring results, and the spatial distribution of tunnel rock deformation in the intersection area are analyzed. Five excavation conditions with different intersection angles are simulated, and the surrounding rock deformation of the tunnel intersection area with different intersection angles is analyzed, and its influence range is discussed. The results show that: (1) The surrounding rock deformation in the intersection area increases rapidly during the tunnel excavation. With the increase of construction distance, the deformation of intersection area is gradually stable. (2) The deformation distribution of the tunnel rock is uneven, and the deformation of main tunnel near the intersection area is larger than that far away from the intersection area. (3) With the increase of the intersection angle, the surrounding rock deformation of the tunnel intersection and its influence range decreases gradually. The research results have certain guiding significance for the construction safety of the tunnel intersection area.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2004년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.1007-1013
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• 2004

A three-arch NATM tunnel with a total length of 53.5m has been constructed for a metropolitan subway station in Daejon, Korea. The tunnel, whose crown is located 22m below the ground, crosses the old Daejon station underneath. Since the tunnel comprises a very large section (10${\times}$28 m; largest in Korea), it shows complicated mechanical behaviors, especially near portal, due to its short length relative to width. As far as its construction step is concerned, the center tunnel is excavated with pre-excavated pilot tunnel, which is a unique feature of this tunnel (first in Korea) to secure safety during construction and prevent excessive settlements. The both side tunnels are then excavated along with the center tunnel. Since significant amount of settlement was predictable from the design stage, extensive monitoring was performed during construction. During excavation of the side tunnels, unexpected large settlements up to ${\~}$140mm (estimated 41.8 mm at design stage) was measured at the center tunnel. In this paper, we study the causes of this unusually large ground settlement. We believe that the extra-wide tunnel excavation increases the stress influence zone of portal in longitudinal direction and consequently add more settlements to the existing due to excavation and consolidation.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.13-22
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• 2015

본 연구에서는 3차원 유한요소 해석을 수행하여 터널굴착에 의한 말뚝의 거동변화를 지배하는 말뚝선단에 대한 터널의 상대 위치를 고려하여 분석하였다. 수치해석 결과를 순수하게 터널굴착으로 발생한(Tunnelling-induced) 말뚝두부의 침하, 상대변위, 체적손실률(Volume loss), 말뚝의 축력, 전단응력 그리고 겉보기안전율 등을 분석하였다. 터널과 말뚝선단의 상대위치를 고려했을 때 말뚝선단이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 내부에 존재하는 경우 Tunnelling-induced 말뚝두부의 침하는 지표면의 침하보다 크게 나타났으며, 이는 말뚝에 Tunnelling-induced 인장력을 발생시켰다. 반대로 말뚝선단이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 외부에 존재할 경우, 말뚝상부에서 유발된 하향의 전단응력으로 인해 말뚝에는 Tunnelling-induced 압축력이 작용하였다. 수치해석을 통해 분석된 하중-변위 관계를 이용하여 겉보기안전율을 분석한 결과 말뚝선단이 터널굴착으로 인한 지반침하 영향권 내부에 존재할 경우 말뚝의 겉보기안전율은 평균 약 36% 감소하는 것으로 나타났다. 터널의 상대위치에 따른 전단응력전이 매커니즘을 Tunnelling-induced 말뚝축력, 전단응력과 말뚝의 겉보기안전율을 고려하여 심도 있게 고찰하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권6호
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• pp.825-835
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• 2019

터널 설계 시 조사를 통하여 지반을 여러 개의 등급으로 분류한 후 지보패턴표에 따라 해당 지보시스템을 적용하게 된다. 그러나 암반 등급을 기준으로 한 단순한 패턴 적용방식은 암반 등급 경계부에서 발생하는 종방향 응력 전이를 고려하지 못한다. 본 연구는 NATM 터널의 종방향 암반 등급 변화부에서 응력 변화를 추정하기 위한 3차원 수치해석을 실시하였으며 Influence Line (영향선) 및 Trend Line (경향선)을 이용하여 하중전이 영향권을 파악하고자 하였다. 연구 결과 터널 굴착방향으로 암반 등급이 하향 변화하면 등급변화 경계를 중심으로 강성이 약한 암반에서 강성이 큰 암반 방향으로 0.35~0.7D 범위에서 응력 전이가 발생하며 이를 고려하여 암반 등급의 종방향 하향 변화부에서는 연구결과의 0.35~0.7D 영향권을 감안하여 안전측으로 1.0D 정도의 하향패턴을 추가 적용하는 것이 필요하다.