• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권1호
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• pp.105-115
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• 2014

터널내의 연기거동 및 대피안전성을 평가하기 위하여 수치해석을 수행하였다. 본 연구의 목적은 최근 더욱 길어지고 있는 장대터널의 화재로 인한 연기 및 온도 분포와 안전성을 평가할 수 있는 수치적 방법을 구현하는데 있다. 계산에 사용되는 컴퓨터자원을 최소화하기 위하여 모델로 선정한 터널의 전체길이인 3 km을 사용하는 대신 여러 개의 대피터널이 포함되는 1.5 km만을 해석영역으로 사용하였다. 터널내의 연기거동에 의한 대피자의 안전성을 평가하기 위하여 연기의 밀도에 의한 기시도와 바닥으로부터의 높이를 고려한 SE (smoke environment)값을 사용하였다. 공기 중에 포함된 연기의 밀도는 3차원 전산유체역학을 통하여 구하였다. 이러한 연기 거동에 영향을 미치는 온도분포를 정확하게 모사하기 위하여 터널 벽면을 단열 혹은 일정한 열유속(heat flux) 가정을 사용하는 대신 1차원 열전도(heat conduction)방정식을 이용하여 터널벽면의 온도를 계산하였다. 대피터널간의 거리가 가까울수록 대피자의 안전성은 높아지겠지만 상대적으로 건설비용이 증가하게 된다. 본 연구에서 대피터널의 길이는 250 m로 하였으며 화재 시 제연팬의 운전 조건을 3가지 (팬이 가동되지 않는 조건, 임계풍속이하조건, 임계풍속이상조건)로 나누어 연기의 거동과 온도분포를 고찰하였다. 그리고 화재가 발생한 시간부터 플래쉬오버가 발생한 시간까지의 연기의 거동과 대피자의 상황을 SE를 이용하여 고찰하였다.

• 한국광물학회지
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• 제22권1호
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• pp.13-22
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• 2009

연구지역은 울산시 울주군의 양산단층대를 통과하는 터널(복안터널) 구간으로서 터널 상부에 경부고속도로와 국도 35호선이 위치한다. 기존의 조사결과 양산단층대 통과 터널 구간은 최대 폭 100 m에 이르는 단층비지와 단층각력암이 넓게 분포한다. 연구결과 양산단층 동측부에는 셰일로 대표되는 퇴적암이 분포하는데 이들은 기계적인 파쇄작용이나 열수변질작용의 영향을 거의 받지 않았다. 양산단층 서측부에는 데사이트질응회암이 분포하며, 양산단층의 영향으로 기계적 파쇄작용과 열수변질작용이 진행되었다. 양산단층 구간은 단층운동과 관련된 기계적 파쇄작용과 녹니석화작용, 견운모화작용, 고령석화작용으로 대표되는 열수변질작용이 복합적으로 작용하여 폭 $50{\sim}130m$에 이르는 단층대가 발달한다. 기계적 파쇄작용과 열수변질작용의 특징에 의해 양산단층대는 지질공학적으로 비변질대, 변질대, 변질.파쇄대, 단층비지대 등 4개의 구간으로 구분된다. 이들 구간은 기계적 파쇄작용과 변질작용의 정도 및 양상을 달리하며, 공학적 특성을 달리한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권2호
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• pp.133-141
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• 2007

굴착손상영역(EDZ)은 굴착으로 인해 현지 암반이 역학적으로 손상을 입게 되어 응력상태, 변위상태, 암반의 안정성, 지하수의 흐름상태 등에 변화가 일어나는 영역을 의미한다. EDZ의 역학적 특성과 관련한 많은 연구들이 수행되었지만, EDZ에서의 지하수 유동 특성에 관한 연구는 아직 부족한 수준이다. 따라서 본 연구에서는 굴착으로 인해 굴착면 주변의 수리적 간극이 늘어나는 영역을 산정하여 '수리적 굴착손상영역'이라 정의하고 이를 위해 수리-역학적 상호작용(coupling)해석을 수행하였다. 이는 개별 불연속면 망의 생성을 통한 역학적, 수리적 변화의 모사가 가능한 개별요소법(discrete element method; DEM)을 이용하여 수행하였다. 이를 통해 EDZ에서 지하수의 흐름에 영향을 미치는 각종 조건들(불연속면의 간극, 불연속면 군의 방향, 불연속면 군의 길이, 불연속면의 각도 등)의 변화와, 응력분포, 지하수의 유동 등으로 인해 수리적 간극 값이 어떻게 변화하는지를 파악하였다. 이 결과를 토대로 수리적 간극이 커지는 영역, 수리적 EDZ를 공동 주변의 불연속면 방향에 수직 방향으로 존재하는 타원형의 형태로 모델링 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권2호
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• pp.155-170
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• 2020

본 논문의 목적은 NATM 터널에 적용 가능한 리스크 관리 시스템을 구축하는 것이다. 이를 위해 먼저 NATM 터널 현장의 붕괴 사례를 조사하고, 이를 바탕으로 NATM 터널시공 중 발생 가능한 리스크 사건과 그 발생원인인 리스크 요인을 분석하였다. 리스크 요인은 지질, 설계, 시공 리스크 요인의 세 가지 카테고리로 구분하여 분석하였고, 리스크 사건은 과대변형, 과대변형 및 지표침하, 터널내부 붕락, 붕락 및 지표침하/함몰의 네 가지 유형으로 분석하였다. 또한, 리스크 요인으로부터 리스크 사건이 발생하는 일련의 리스크 시나리오를 리스크 요인별로 식별하였으며, 해당 NATM 터널 리스크 시나리오에 대한 리스크 분석 및 평가 방안을 제시하였다. 평가결과에 따라 리스크 대응이 필요한 시나리오에 대해 최적의 리스크 저감 대책공법을 선정하는 방안을 제시하였고, 일련의 NATM 터널 리스크 관리 프로세스를 효과적으로 수행할 수 있도록 NATM 터널 리스크 등록부 및 대책공법 관리대장을 개발하였다. 또한, 구축한 리스크 관리 시스템을 실제 도로터널 프로젝트에 적용하여 리스크 식별, 분석 및 평가, 대응 과정을 수행함으로써 그 타당성을 검증하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.637-658
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• 2022

쉴드TBM 터널은 지반 굴착, 세그먼트 링 빌드(Segment ring-build), 뒷채움의 반복적인 공정으로 단순하다. 재래식 터널공법인 발파공법(Drill and Blast)은 막장관찰, 천공, 장약, 발파, 환기, 버력처리, 지보재 설치의 반복으로 쉴드TBM 터널보다 공정이 복잡하고 일부 제약조건이 따른다. 하지만 굴진을 위한 준비 작업은 지반을 보강하고 갱문조성 후 터널을 형성해 나가는 Drill and Blast에 비해서 쉴드TBM 터널은 매우 상세한 계획을 바탕으로 시간과 비용이 필요하다. 이는 대상지반을 굴착하는 쉴드TBM 장비의 성능 확보가 공사의 성패를 좌우하기 때문인데, 고가의 주문제작 장비인 쉴드TBM이 조립단계에서 잘못 구성되면 본 굴진은 물론 초기굴진 단계에서부터 구동이 어렵게 되고, 조립된 쉴드TBM 장비를 다시 해체하는 경우가 발생하게 되어 재조립하는 상황으로 진행되면, 공기는 물론 경제적인 손실이 발생하여 공사 기간 내내 어려움이 발생한다. 이에 본 연구에서는 한강 하저를 통과하는 국내 최대 직경의 도로터널을 건설하기 위한 이수식 쉴드TBM 조립을 위한 발진부지의 배치와 계획, 쉴드TBM 장비의 주요 부분별 조립공정을 검토하였고, 타공정과 의 간섭 최소화 및 커터헤드 조립과 운반의 효율성을 분석하여 현장여건에 맞게 개선하여 적용하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.267-278
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• 2019

터널의 안정적인 시공을 위해 터널 굴진 도중 터널 전방의 이상영역을 확인할 수 있는 다양한 방법의 터널전방예측 기법들이 사용되고 있다. 터널전방예측 방법 중 하나인 2전극 전기비저항 탐사(Pole-Pole array)는 터널직경 5배 이내의 함수대, 연약대 등을 확인하기 위해 자주 사용되고 있다. 2전극 전기비저항 탐사 시 가장 중요한 것 중 하나는 원지반의 전기비저항값을 유추하는 것이며, 원지반의 전기비저항은 1) 지반과 전극의 접촉면적을 계산하고, 2) 그와 동일한 표면적을 가지는 반구형으로 가정하는 과정을 거쳐 얻어진다. 이러한 가정은 지반과 전극이 접촉하는 면적이 적고 충분한 거리가 떨어져야 한다. 하지만 전극의 크기, 형태 및 전극사이의 거리에 따라 실제 측정되는 저항이 달라지므로 이에 대한 정확한 평가가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 전기비저항 탐사에서 주로 사용되는 원기둥형 전극의 크기와 전극사이의 거리에 따른 영향에 관한 이론식을 유도하고, 실험 연구를 통해 검증하였다. 이를 바탕으로 원기둥형 전극의 관입깊이가 반지름에 비해 큰 경우, 등가 반구형 전극의 가정을 사용하면 에러가 증가하므로 적용 시 주의해야 함을 확인하였다.

• 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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• 제24권5호
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• pp.431-449
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• 2022

지금까지 국내에서는 수 많은 터널들이 완공되어 오면서 시공에서뿐 아니라 설계에서도 다양한 경험과 기술이 지속적으로 축적되어 왔다. 따라서 이제는 매우 복잡한 지질조건 또는 특수한 터널구조가 아니라면 일반적인 터널설계작업은 설계 항목에 따라 기존 유사 설계사례를 수정 또는 보완하는 것만으로도 충분한 경우도 적지 않다. 특히 터널발파설계의 경우, 실제 터널시공시 현장에서 시험발파를 통해 시공을 위한 발파설계를 추가로 수행하는 것이 일반적이라는 것을 감안할때, 설계단계에서 수행하는 발파설계는 예비설계 성격을 지니고 있어 기존의 유사 설계사례를 참고하는 것도 타당하다고 사료된다. 한편 최근 4차산업혁명시대에 들어서면서 전 산업분야에 걸쳐 그 활용도가 급증하고 있는 인공지능은 터널 및 발파분야에서도 다양하게 활용되고 있지만, 발파터널의 경우 발파진동 및 암반분류 등의 예측 분야에서 주로 활용되고 있을 뿐 터널발파패턴 설계에 활용된 사례는 많지 않다. 따라서 본 연구에서는 터널발파설계를 인공지능의 한 분야인 머신러닝 모델을 이용하여 자동화하기 위한 시도를 하였다. 이를 위하여 25개 학습용 터널설계 자료 및 2개의 시험용 설계자료에서 4가지의 입력데이터(지보패턴, 도로유형, 상반 및 하반 단면적) 및 16개의 출력데이터(심발공 종류, 비장약량, 천공수, 각 발파공 그룹별 공간격과 저항선 등)를 발췌하였다. 이를 기반으로 3가지 머신러닝 모델, 즉, XGBoost, ANN, SVM 모델을 시험한 결과 XGBoost모델이 상대적으로 최상의 결과를 나타내었다. 또한 이를 이용하여 실제 발파설계 상황을 가정하여 발파패턴을 제안하도록 한 결과 일부 항목에서 보완이 필요하긴 하지만 일반적 설계와 유사한 결과를 나타내었다. 본 연구가 기초연구 성격이어서 전체 발파설계를 완벽하게 수행하기는 아직 부족하지만, 향후 충분한 발파설계데이터를 확보하고 세부적인 처리과정을 보완하여 실용적인 활용이 가능하도록 추가 연구를 수행할 계획이다.