• Geomechanics and Engineering
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• 제16권1호
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• pp.35-47
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• 2018

This paper investigates the mechanisms of tunnel spalling and massive tunnel failures using fracture mechanics principles. The study starts with examining the fracture propagation due to tensile and shear failure mechanisms. It was found that, fundamentally, in rock masses with high compressive stresses, tensile fracture propagation is often a stable process which leads to a gradual failure. Shear fracture propagation tends to be an unstable process. Several real case observations of spalling failures and massive shear failures in boreholes, tunnels and underground roadways are shown in the paper. A number of numerical models were used to investigate the fracture mechanisms and extents in the roof/wall of a deep tunnel and in an underground coal mine roadway. The modelling was done using a unique fracture mechanics code FRACOD which simulates explicitly the fracture initiation and propagation process. The study has demonstrated that both tensile and shear fracturing may occur in the vicinity of an underground opening. Shallow spalling in the tunnel wall is believed to be caused by tensile fracturing from extensional strain although no tensile stress exists there. Massive large scale failure however is most likely to be caused by shear fracturing under high compressive stresses. The observation that tunnel spalling often starts when the hoop stress reaches $0.4^*UCS$ has been explained in this paper by using the extension strain criterion. At this uniaxial compressive stress level, the lateral extensional strain is equivalent to the critical strain under uniaxial tension. Scale effect on UCS commonly believed by many is unlikely the dominant factor in this phenomenon.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제7권4호
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• pp.323-333
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• 2005

최근 세계적으로 터널 및 지하구조물에 대형화재가 발생하고 있으며 이로 인해 경제 사회적으로 심각한 손실이 발생하고 있는 실정이다. 이처럼 폐쇄된 공간인 터널 및 지하구조물내 화재 발생 시 구조체의 강도저하로 인한 붕괴 및 인명피해 뿐만 아니라 사회기반시설인 교통망을 장시간 끊어놓게 되는 등 큰 문제를 야기한다. 이에 본 연구에서는 터널에 화재 발생시 구조물 안정성에 대한 한국도로공사 관련 시방 규정을 도출하기 위한 기초 자료를 구축하는 것으로서 콘크리트의 폭열 방지에 효과적인 것으로 알려져 있는 폴리프로필렌 섬유를 혼입한 폴리프로필렌 섬유보강 콘크리트를 이용하여 터널내 화재시 터널 콘크리트 라이닝의 폭열 현상에 대한 방지를 위한 실험을 실시하였다. 본 연구결과 폴리프로필렌 섬유의 혼입률에 따른 모르타르의 내화시험결과를 토대로 폭열이 일어나지 않는 폴리프로필렌 섬유 혼입률을 0.2%~0.25% 인 것으로 분석되었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2009년도 세계 도시지반공학 심포지엄
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• pp.584-590
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• 2009

One of the critical design problems involved in deep tunnelling in brittle rock, is the creation of surface spalling damage and breakouts. If weak fault zone is developed in deep tunnel, squeezing problem is added to the problems. According to the results of ground investigation in the study area, hard granitic rockmass and distinguished high angle fault zone are distributed on the tunnel level over 400m depth. To analyse the probability of brittle failure and squeezing, ground characterization with special lab. and field test were carried out. By the results, probability of brittle failures like spalling and rock burst is very low. But squeezing may be probable, if weak fault zone observed surface and drill core is extended to designed tunnel level.

• 터널과지하공간
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• 제30권2호
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• pp.109-135
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• 2020

전 세계적으로 지하의 고심도화는 다양한 시설 개발의 목적으로 관심도가 높은 상황이다. 고심도 지하공간의 개발은 암반의 구조적 안정성이 바탕이 되어야 한다. 고심도 지하공간에서는 스폴링이 구조적 안정성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 스폴링을 예측하기 위해서 많은 연구자들은 터널 주변에서 발생하는 응력상태, 암반상태 및 암종에 따라 제안하였다. 또한, 현지에서 측정된 결과와 FLAC, EXAMINE, UDEC, Insight 2D, FRACOD 등의 컴퓨터 모델링을 이용하여 스폴링 해석 방법에 대한 검증이 수행되었다. 캐나다 URL(Underground Research Tunnel)에서는 스폴링 현상에 대한 정확한 예측을 위해 CWFS(Cohesion Weakening Frictional Strengthening)모델을 제안하고 이를 비교 분석하였다. CWFS 모델은 스폴링 현상을 예측하는데 신뢰도 높은 방법으로 확인되었다. 본 연구에서는 고심도 암반에서의 스폴링 발생에 대한 사례들을 분석하고 스폴링 발생조건과 CWFS 모델의 예측 결과를 비교하였다. 이를 통해 고심도 조건에서의 광주를 대상으로 스폴링 예측에 대한 적용성을 검토하고자 하였다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제24권3호
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• pp.145-151
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• 2010

터널의 화재는 초동진압에 실패할 경우 터널의 내부는 상당한 화재하중이 존재하고, 제연설비의 영향으로 화재전파속도가 빨라 단시간 내에 화재의 확산과 함께 고온으로 발전하여 터널 구조체 및 인명에 대한 피해를 증대시킨다. 이에 본 연구에서는 초기 가장 급격한 온도상승이 발생하는 시나리오인 MHC(Modified Hydrocarbon) 화재곡선을 대상으로 하중비를 0, 20, 40, 60, 70%를 조정한 화재실험을 수행하여 하중재하에 의한 콘크리트 폭렬영향성 및 화재손상범위에 대한 열적특성을 규명하고자 하였다. 실험체는 EFNARC에서 규정한 소규모 실물실험체 형상조건을 준용하였으며, 배합강도는 일반강도인 24MPa로 실험제반조건을 선정하였다. 실험수행결과 비재하조건의 라이닝의 경우 16mm의 폭렬이 발생하였으나 하중비 20%와 40%에서는 폭렬이 발생하지 않았다. 재하 하중비를 증가시킨 60%의 경우 24mm의 폭렬이 발생하였으며, 70% 재하조건의 경우 가열시작 10분 이후에 파괴되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제13권1호
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• pp.9-18
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• 2011

최근 이동거리와 물류수송의 급격한 증가로 인해 거리의 단축과 지형의 한계를 극복하기위해 장대터널의 수요가 급격히 증대되고 있으며 이에 따라 터널내화재사고에 대한 우려가 함께 증가하고 있다. 특히 터널 화재 온도는 일반 화재 온도와 달리 초기에 급격히 증가하는 현상을 보이고 있다. 하지만 국내에서는 이에 대한 대책마련이 미흡하고 실제시공한 사례가 없으므로 일본의 히다터널에 사용된 고인성 내화모르터의 사용과 국내에서 개발한 신기술의 현장적용을 통해 시공한 사례와 함께 그에 따른 앞으로의 터널구조물의 내화 및 내구성에 대한 방안을 제시해 보았다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2008년도 추계학술대회 논문집
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• pp.928-934
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• 2008

Resently, Fiber Reinforced Concrete is used for not only preventing crack of concrete but also reinforcing general methods. Steel Fiber and PP(poly-propylene) Fiber are usually used as fiber reinforced materials. However, using these materials for shotcrete on Railway tunnel can cause some problems such as damage of pressure hose and shotcrete rebound. In addition, Steel fiber is an expensive material and it can cause safety problems during applying to shotcrete. PP Fiber can cause a problem in fiber balling during applying to shotcrete railway tunnel construction. A purpose of the research is applying a development of PET(Poly Etylene Terephtalate) fiber by recycling pet bottles to the shotcrete tunnel exposed to explosion spalling. To investigate the reinforcement effect of the PET fiber, some basic tests are accomplished to physical properties and explosion spalling by fire. As a result of the tests, a concrete mixing the PET fiber has stronger resistance effect in the explosion spalling by high temperature than another strong fiber concrete does, and that the former concrete is also equal or more effective on the result of the above tests to physical properties like compression and strain than the latter one is demonstrated.

• 한국화재소방학회:학술대회논문집
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• 한국화재소방학회 2008년도 춘계학술논문발표회 논문집
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• pp.341-344
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• 2008

By investigating a series of catastrophic tunnel fires, this research aims to evaluate the fire resistance design method as applied to tunnel structures in Korea. It is shown that the current strategy is oriented towards smoke control and ventilation to reduce the loss of life. As structural collapse is not regarded, a general guide is proposed to obtain the fire safety.

• Advances in concrete construction
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• 제8권4호
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• pp.269-276
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• 2019

The cracking and spalling caused by fracture of concrete lining have adverse impacts on serviceability and durability of the tunnel, and the subsequent maintenance work for damaged structure needs to be specific to the damaging causes. In this paper, a particular case study of an operational tunnel structure is presented for the serious cracking and spalling behaviours of concrete lining, focusing on the multi-factors inducing lining failure. An integrated field investigation is implemented to characterize the spatial distribution of damages and detailed site situations. According to results of nondestructive inspection, insufficient lining thickness and cavity behind lining are the coupled-inducement of lining failure bahaviors. To further understanding of the lining structure performance influenced by these multiple construction deficiencies, a reliable numerical simulation based on extended finite element method (XFEM) is performed by using the finite element software. The numerical model with 112 m longitudinal calculation, 100 m vertical calculation and 43 m vertical depth, and the concrete lining with 1450 solid elements are set enrichment shape function for the aim of simulating cracking behavior. The numerical simulation responses are essentially in accordance with the actual lining damaging forms, especially including a complete evolutionary process of lining spalling. This work demonstrates that the serious lining damaging behaviors are directly caused by a combination of insufficient thickness lining and cavity around the surrounding rocks. Ultimately, specific maintenance work is design based on the construction deficiencies, and that is confirmed as an efficient, time-saving and safe maintenance method in the operational railway tunnel.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제23권3호
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• pp.110-120
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• 2009

터널의 경우 타구조물에 비해 화재빈도가 상대적으로 높지는 않으나, 밀폐된 공간이라는 특성상 5분 이내 $1000^{\circ}C$ 이상으로 급격한 온도상승이 발생할 수 있으므로, 화재발생시 대형 인명피해 및 화재 후 막대한 보수 보강비용이 파생된다. 이러한 터널화재로 인한 구조적 손상을 규명하기 위해, KS F 2257-1과 EFNARC 규정에 부합하고 터널 콘크리트 라이닝의 화재손상평가가 가능한 가열로를 개발하였다. 개발된 가열로를 실증실험에 사용하여 터널화재 시나리오(ISO, $1^{\circ}C$/SEC, MHC, RWS)에서의 콘크리트 PC패널라이닝의 폭렬특성과 화재손상범위를 ITA기준을 적용하여 평가하였다. 실증실험결과 ISO 화재조건에서는 30mm, $1^{\circ}C$/SEC에서는 20mm, MHC에서는 100mm, RWS에서는 50mm로 화재손상범위가 평가되었으며, 폭렬깊이는 RWS와 MHC 화재조건에서 30mm가 발생하는 것으로 나타났다.