• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권3호
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• pp.593-608
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• 2018

흙막이벽체 시공 중 버팀대에 문제가 발생하여 변형되거나 제 기능을 상실하게 되면 흙막이벽체에 과다한 변형의 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 모형시험을 통해 시공 중 흙막이벽체의 버팀대 일부가 기능을 상실하게 되었을 때 흙막이 벽체의 거동특성 및 배면에 인접한 터널의 거동을 파악하고자 하였다. 연구 결과, 흙막이벽체의 변형으로 인해 배면지반의 토압이 재배치되고 지표변위를 발생시켜 인접한 터널의 변형에 영향을 미쳤으며, 터널에서 가장 가까운 측벽에 위치한 버팀대를 제거하였을 때 흙막이벽체 변형 및 터널변형이 가장 크게 나타났다. 터널의 위치에 따른 평균 전이토압은 터널 심도가 0.65D에서 2.65D로 깊어짐에 따라 평균 25.6% 증가하였으며, 흙막이벽체와 터널과의 이격거리가 0.5D에서 1.0D로 증가함에 따라 전이토압이 평균 16% 증가하였다. 버팀대 제거에 따른 흙막이벽체의 수평변위는 제거되는 버팀대 부근에 집중되는 경향을 보였으며 버팀대 제거위치가 하부로 내려갈수록 수평변위는 비선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 터널 내공변위는 토피고 1.15D, 수평거리 0.5D일 때 최대 내공변위가 발생하였고, 토피고 2.65D, 수평거리 1.0D에서 최소 내공변위가 발생하였다. 가상파괴면이 터널의 중심부를 통과하는 범위인 토피고 1.15~1.65D, 수평거리 0.5D에서 터널의 내공변위가 크게 증가하는 것으로 검토되었으며, 최대 내공변위와 최소 내공변위의 차이는 약 2배 정도 발생하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.375-388
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• 2017

교통난 해소와 녹지공간의 확보를 위해서 도심지 소형차 전용 소단면 터널이 증가하는 추세이나 소단면 터널에 대한 방재시설 설치를 위한 기준은 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 대배기구 방식을 적용한 소단면 터널에서 화재가 발생하는 경우 열환경 및 유해가스(CO)의 농도 특성을 고찰하기 위해 A86터널, 서울시에서 계획한 바 있는 U-Smartway터널, 서부간선터널을 모델로 하여 터널 단면적, 화재강도 및 배연풍량에 따른 화재시 터널내 온도 및 유해가스농도를 수치해석적인 방법으로 해석하고 비교 검토하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다. 터널 단면적이 감소하면 화원부의 온도는 증가하나 온도 상승률이 화재강도변화에 미치는 영향은 적다. 그러나 배연풍량 변화에 따라 큰 차이가 발생한다. 대배 기구 방식의 배연풍량으로 Q3+2.5Ar을 적용하는 경우, 화원부 온도는 서부간선터널($Ar=46.67m^2$)을 기준으로 하는 경우, A86($Ar=25.3m^2$)은 7.1배, U-smartway($Ar=37.32m^2$)는 5.4배가 증가하는 것으로 나타났다. 또한 화원부의 CO농도도 동일한 경향을 보이고 있으며, 서부간선터널 대비 A86터널은 10.7배 U-Smartway는 9.5배로 나타났다. 따라서 소단면 터널의 경우, 단면적감소에 따른 열환경 및 유해가스농도는 단면적 감소율 보다 상당히 크게 증가할 것으로 예상된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.421-435
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• 2017

최근 국내 지상 구조물의 포화 및 파이프 라인 시설 과밀화 현상과 난개발로 인해 지상 구조물의 대안으로 지하 구조물에 대한 개발이 지속적으로 요구되고 있다. 도심지 인프라 구축을 위한 NATM 터널 공사에 발생하는 진동 및 소음 문제를 예방하기 위해 기계식 터널 공법인 쉴드 TBM 공법의 기계화 터널 시공이 증가하는 추세이다. 따라서 본 연구에서는 기계화 터널의 직선 시공과 급곡선 시공 시 쉴드 TBM의 구조적 안정성을 위한 쉴드 TBM 추력에 대한 중절잭, 쉴드 잭, 스킨 플레이트의 구조적 안정성 기술에 대해 연구하였다. 시공 사례 및 쉴드 TBM의 작동원리를 이론적 접근 방법으로 검토, 분석한 결과, 쉴드 TBM의 직선 및 급곡선 시공시 주요 인자에 의해 커터헤드의 회전력, 중절잭, 쉴드 잭에 대한 추력 및 커터헤드의 여굴량이 중요한 것으로 나타났다. 또한 굴진 내부 작업자의 안전 및 장비의 원활한 작동을 위해 스킨 플레이트 구조의 안정성 확보는 매우 중요 사안이므로 이번 연구를 통해 장비의 일반적인 구조 및 구성을 검토하여 직선 및 급곡선 시공 시 스킨 플레이트 구조에 미치는 주요 인자 및 구조 안정성을 실험적인 시뮬레이션 수치해석을 통해 검토하였다. 이에 직선 및 급곡선 시공 시 작용 되는 가상의 토질을 선정하여 중절잭의 하중을 비교 검토 하여 스킨 플레이트의 구조 안정성을 평가하고 형상을 최적화 하였다. 현재 국내 시공 중인 쉴드 TBM 타입의 구조 및 작동 방식이 매우 유사하므로, 추후 국산화 기술 개발 및 신규 장비 개발과 쉴드 TBM의 취약부 및 안정성을 검토하는데 기여 할 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.347-365
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• 2020

도시지역의 교통난 해소와 녹지공간의 확보를 위해 도심지 터널이 증가하면서 차량의 정체 가능성이 높은 터널에 대한 제·배연방식으로 대배기구에 의한 집중배기방식의 적용이 증가하는 추세에 있다. 집중배기방식의 배연성능은 배연풍량 뿐만 아니라 배기구(댐퍼)의 형상이나 배기풍속 등 다양한 인자에 의해서 영향을 받는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 각국의 배연시스템 설계기준 및 설치현황을 알아보고 배연풍량이 동일한 경우에 배연댐퍼 사이즈에 따른 배연성능을 연기 이동거리 측면에서 수치시뮬레이션을 수행하여 비교·평가하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다. 배연댐퍼의 단면적이 증가할수록 배기팬에 근접한 댐퍼에서 배기풍량이 집중되어 화재 하류의 댐퍼의 배연풍량이 감소하여 하류측의 연기 이동거리가 증가하는 현상이 발생한다. 이와 같은 현상을 방지하기 위해서는 배연댐퍼의 단면적을 작게하여 통과풍속을 높게 함으로써 댐퍼통과 시 압력손실이 증가하도록 하여 배기구간에서 배연풍량의 불균일성을 완화할 필요가 있다. 본 해석범위에서는 배연댐퍼의 설치간격이 50 m인 경우에는 설계통과풍속이 4.4 m/s (댐퍼면적: 2.34 ㎡ = 1.25 × 1.85 m) 이상, 댐퍼의 설치간격이 100 m인 경우에는 설계통과풍속이 4.84 m/s (댐퍼면적: 3.38 ㎡ = 1.5 × 2.25 m) 이상일 때 배연성능확보에 유리한 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권4호
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• pp.669-683
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• 2017

본 연구의 목적은 지하 콘크리트 구조물에서 부분적으로 발생하는 누수를 처리하기 위하여 기존에 제안된 전단면 유도배수시스템을 수정하여 제안하는 것이다. 누수된 부분에만 유도배수시스템을 적용하기 위하여 누수된 지하수를 유도배수시스템내에서 집수 지점으로 유도하는 기술과 집수된 지하수를 지하 콘크리트 구조물의 배수 시설로 이동시키기 위한 기술을 추가 제안하였다. 유도배수시스템내로 누수된 지하수를 집수 지점으로 유도하기 위한 4가지 방수 재료들, 즉, 다공질의 고무 재료인 Durkflex, 초강력 접착력을 가진 KE-45 실리콘 접착제, 폴리머 계열 재료인 Hotty-gel 및 일반 실리콘 접착제에 대한 성능 평가를 수행하였다. 방수 재료 Hotty-gel만 완벽한 방수 성능을 보였고 나머지 3가지 방수 재료들에서는 누수가 발생하였다. 선정된 방수 재료 Hotty-gel과 집수 지점에서 배수시설로 누수된 지하수를 이동시키기 위한 배수관 및 고정 새들(saddle)을 추가한 유도배수시스템을 콘크리트 옹벽에서 시험 시공하였다. 재령 7일, 14일, 21일, 28일, 2개월, 및 3개월에 수정된 유도배수시스템 배면에 1,000 ml의 물을 주입하여 방수 성능과 유도배수 성능을 평가하였다. 재령 3개월까지 방수 성능 및 유도배수 성능에는 전혀 이상이 없는 것으로 확인되었다. 수정된 유도배수시스템의 총 공사 기간 및 공사비에 대한 평가를 위하여 표면 정리 단계, 누수 처리 단계 및 단면 복구 단계별로 기존 누수 보수 공법과 비교하였다. 작업 내용, 보수 재료, 시공 장비, 작업 시간, 작업 인원 등을 고려한 개략적인 총 공사 시간 및 공사비에 대하여 비교하였다. 각 시공 단계별로 비교 분석한 결과 수정된 유도배수시스템은 기존의 누수 처리 공법보다 총 공사 기간 및 공사비를 절감할 수 있을 것으로 판단되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권5호
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• pp.855-867
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• 2018

터널 굴진면 전방에 연약대가 존재할 때에는 종방향 아칭에 의해서 굴진면 직전영역에 응력이 증가되어 터널의 안정성이 영향을 받는다. 따라서 굴진면 전방에 연약대 존재 여부 및 연약대의 특성을 파악하여 이에 대한 대비책을 마련하는 것이 중요하다. 굴진면 전방 연약대의 예측 방법은 물리탐사 및 수치해석적 방법과 터널지보 및 보강방안에 대한 연구는 많이 이루어 졌으나 굴진면 전방 연약대의 폭과 이격거리에 따른 이완영역에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 굴진면 전방에 연약대 존재 시 연약대의 폭과 이격거리에 따른 이완영역에 대하여 실내모형실험을 통해 규명하였다. 모형시험기에 주문진 자연사를 이용하여 함수비 3.8%로 모형 원지반을 조성하였으며 모형 연약대는 모형 원지반과 같은 자연건조 상태의 주문진 자연사를 샌드커튼 방식으로 강사하여 조성하였다 연약대 폭과 굴진면과 연약대 간 이격거리를 변화시키며 실험을 수행하였다. 모형시험기는 상하반단면 굴착이 구현 가능하도록 제작하였으며, 토조 바닥에 로드셀을 설치하고 지표에 변위계를 설치하여 터널굴착에 따른 연직응력 및 지표변위를 측정하였다. 지표침하는 연약대의 폭에 상관없이 굴진면과의 이격거리가 0.25D 이내에서 급격히 증가하였고, 수직응력 및 수평응력 또한 이격거리가 0.5D 이내에서부터 증가하는 경향이 나타났다. 실험결과 종방향 아칭의 영향은 터널 전방 1.0D 영역 내부터 형성된다고 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권5호
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• pp.591-610
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• 2020

활성탄(Activated carbon) 및 이산화티탄(TiO₂)이 혼합된 콘크리트는 질소산화물(NOx) 저감에 있어 우수한 성능을 나타내기 때문에 지하공간 및 터널 내부의 미세먼지 저감 목적으로 활용되고 있다. 환경 및 구조물 노후 영향으로 터널 내부에 설치된 미세먼지 저감 콘크리트 표면에서 손상이 발생된다. 따라서 미세먼지 저감 콘크리트의 성능 유지를 위해 손상(박리) 유무평가가 필요하다. 본 연구에서는 전기비저항 특성을 이용하여 콘크리트 박리 유무 평가를 위한 기초연구를 수행하였다. 활성탄(0~15%) 및 TiO₂ (0~25%) 혼합비(시멘트 중량 기준)가 증가함에 따라 전기비저항 값은 감소하였다. 건조 조건에서 활성탄 및 TiO₂가 혼합된 시멘트 경화시편은 일반 시멘트 경화시편보다 전기비저항 값이 최대 2.3배 감소되었다. 또한, 포화 조건(포화도 = 85~98%)에서 활성탄만 혼합된 경화시편은 일반 시멘트 경화시편보다 전기비저항 값이 최대 3.5배 감소하는 결과를 보였다. 시편 상태(건조 또는 포화)와 관계없이 활성탄(15%) 및 TiO₂ (25%)가 혼합된 미세먼지 저감 시편의 경우, 일반 시멘트 시편과 비교하여 전기비저항 값은 약 2.3~2.8배 차이를 보였다. 본 연구결과는 전기비저항을 이용하여 터널 내 미세먼지 저감 콘크리트의 박리를 평가하기 위한 기초자료로 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.505-522
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• 2013

기존 연구를 통하여 주어진 지반조건과 대응한 시공 상황에 대해 터널 굴진에 따른 매 막장의 붕괴 위험도를 정량적으로 지수화 할 수 있는 수단이 개발된 바 있다(Shin et al, 2009a). 본 논문에서는 기 제안된 터널 붕괴 위험도 지수(KTH-index)를 산정하는데 있어서 각 영향인자에 부여되는 가중치가 고정된 '선형' 모델과 주어진 영향인자의 입력값에 따라 가중치가 변화하는 '비선형' 모델을 소개하고, 100여개의 붕괴현장자료를 이용해 '비선형' 모델의 타당성을 검토하였다. 이를 통해 신개념의 '비선형' 가중치 모델은 위험도를 평가코자 하는 터널현장의 특성을 감안하여 가중치가 합리적으로 조정되어 위험도 평가를 수행할 수 있음을 보였다. 또한, 기 개발된 터널 시공 위험도 관리 시스템의 이해와 효과적인 활용을 돕기 위해 일련의 터널 시공 위험도 평가 체계를 수립하여 제시하였다. 본 시스템은 수립된 평가체계에 따라 개발 취약한 지반조건상에 있는 실제 도로터널 현장의 전 구간에 적용되어 그 현장 적용성을 검토하였다. 이를 통해 터널 막장의 지반조건과 함께 터널 붕괴 가능성에 영향을 미칠 설계 및 시공현황 정보와도 잘 연계 고려되어 붕괴 위험도가 평가됨을 보였으며, 산정된 위험도 지수 변화추이는 기존 전기 비저항 분포 특성과 설계자료 및 지보/보강 현황 등 현장 시공조건들의 변화추이와 잘 부합됨을 보였다. 또한, 본 시스템은 실시간으로 수집되는 막장관찰자료의 활용도를 극대화 시키고, 사전에 위험수준과 민감한 영향인자를 파악하여 적절한 현장대응을 유도할 수 있음을 보였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.761-778
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• 2017

도시 내에서 기반시설을 확충하기 위해 지하공간의 활용이 급증하고 있으며, 이에 따라 얕은터널의 수요가 늘고 있다. 도시 내 얕은터널은 자체 안정성 뿐만 아니라 상부 건축물과 터널 주변 지중매설물의 안전성도 확보해야 하는 특성이 있다. 지금까지 얕은터널에 대한 연구는 천단부나 측벽부 등 국부적 변형에 따른 주변지반 거동에 집중되었고 터널 전체의 변형에 따른 주변지반의 거동을 연구한 예가 거의 없다. 따라서, 본 연구에서는 터널 전체의 변형에 의해 발생되는 주변지반 거동의 모형시험을 수행하여 분석하고 그 안정성을 검토하였으며, 이를 위해 터널 상부지표의 경사와 토피별로 구분하여 모형시험을 수행하였다. 모형터널(폭 300 mm, 높이 200 mm)은 도로 2차선 터널 단면을 기준으로 수직 수평방향으로 동시에 내공변위가 일어나도록 제작하였으며, 모형지반은 3가지 규격(직경 4 mm, 6 mm, 8 mm)의 탄소봉으로 조성하였고, 터널 전체를 변형시키면서 터널 토피와 상부지표의 경사에 따른 지표침하, 천단하중, 측벽하중, 하중전이를 측정하였다. 그 결과 얕은터널의 지표침하는 터널상부에서 가장 크게 발생하였고, 터널에서 멀어질수록 감소하여 일정영역을 벗어나면 발생하지 않았으며, 경사지에서는 토피가 높은 곳의 지표침하가 넓게 나타났다. 천단하중과 측벽하중은 지표경사의 영향이 뚜렷하였으나 토피가 일정깊이 이상이면 지표경사의 영향을 받지 않았다. 터널의 하중전이는 수평지표에서는 토피가 높을수록, 경사진 지표에서 지표가 높을수록 하중전이 폭이 넓고 크기가 작게 나타났으며, 경사진 지표 하부 얕은 터널에서는 토피가 낮은 쪽의 터널 측벽부 주변 하중전이가 뚜렷하게 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.915-936
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• 2017

본 논문에서는 2016년을 기준으로 강화된 터널 방재시설 설치 및 관리지침과, 점차 강화되고 있는 터널 CCTV설치 터널등급 기준과 터널 영상유고감지 시스템의 설치 운용에 대한 요구의 증가 상황을 정리해 보고하였다. 그럼에도, 가동중인 알고리즘 기반의 터널 영상유고감시 시스템의 정상 인지율은 50%가 채 되지 않는 것으로 파악되었으며, 그에 대한 주원인은 터널 내 낮은 조도, 심한 먼지로 인한 영상 선명도 저하, 낮은 CCTV 설치위치로 인한 이동객체의 겹침현상 등으로 파악되었다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 열악한 조건에서도 영상유고 정상 인지율을 확보할 수 있는 딥러닝 기반 영상유고감지 시스템을 개발하였으며, 이에 대한 이론적 배경 제시와 시스템의 타당성 검토 연구가 진행되었다. 개발 시스템의 타당성 검토 연구는 터널 방재시설 및 관리지침 내 영상유고감지 항목중 정지 및 역주행 차량을 감지하는 주요 정보인 차량 객체 인식과 보행자 감지를 중심으로 진행되었다. 또한, (1) 동일 터널 내에서 학습과 추론이 이루어 지는 경우와 (2) 다양한 터널의 영상 정보를 통합 학습하고, 각 터널의 영상유고감지에 투입되는 경우, 두개의 시나리오를 설정하여 타당성 검토를 진행하였다. 두 시나리오 모두 일정 시간의 학습 자료와 유사한 상황에 대해서는 열악한 터널환경과 무관하게 그 감지성능이 80% 이상으로 우수하나, 추가 학습 없이 학습된 시간 구간과 멀어질수록 그 추론 성능은 상대적으로 낮은 40% 수준으로 떨어짐을 알 수 있었다. 그러나, 시간이 지남에 따라 자동으로 누적되어 확장되는 영상유고 빅데이터를 반복적으로 학습함으로써, 설치된 영상유고감지 시스템의 보완이나 보정절차 없이도 자동으로 그 영상유고감지 성능이 향상될 수 있음을 보였다.