• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권1호
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• pp.51-61
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• 2014

발파가 인근 시설물에 미치는 영향을 수치적으로 규명하기 위해서는 발파하중 시간이력을 적용한 동적 해석을 수행해야 한다. 발파하중은 실측하기 어렵기에 다양한 참고문헌에서 제시된 경험적 시간이력이 일반적으로 사용된다. 경험적 폭굉압과 시간이력은 다양한 환경변수를 고려하여 보정해야 하지만 이에 대한 가이드라인이 명확하게 제시되지 않아 해석에 어려움이 있다. 본 연구에서는 시험발파를 모사하는 2차원 동적 수치해석을 수행하여 계측기록과 상응하는 경험적 발파하중 시간이력을 도출하였다. 발파로 인한 파쇄영역은 원형으로 가정하여 모델링 하였으며 발파하중을 경계벽에 수직방향으로 재하하였다. 특히, 해석 결과에 지반의 감쇠비는 큰 영향을 미칠 수 있으므로 이를 정확하게 산정해야 한다. 시험적으로 계산된 감쇠식의 기울기는 발파하중의 크기에는 영향을 받지 않으며 하중의 주파수와 지반의 감쇠비에 의해서만 결정되므로 지반 감쇠비는 발파 감쇠식에 상응하도록 결정하였다. 해석 결과, 발파하중은 암반의 파쇄에 소요되는 에너지 손실을 고려하지 않으므로 이를 보정없이 적용할 경우 발파로 인하여 유발되는 진동을 크게 과대예측하므로 이를 감소시켜야 하는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제10권3호
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• pp.245-256
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• 2008

터널 주지보재의 하나인 강지보재는 굴착 후 숏크리트 또는 록볼트의 지보기능이 발휘되기까지 터널 굴착면의 안정을 도모하는데 매우 중요한 역할을 수행한다. 일반적으로 수평터널의 강지보재는 중력방향으로 설치되고 있으며 시공성 및 안정성 측면에서 모두 유리한 것으로 알려져 있다. 그러나 경사터널의 경우는 터널 벽면에 작용하는 주응력 방향과 중력방향이 서로 다르기 때문에 최적의 강지보재 설치방향은 수평터널에서의 중력방향과는 다를 수 있다. 본 연구에서는 수치해석 방법을 이용하여 경사터널 벽면에 작용하는 힘의 작용방향을 규명하였으며 그 방향이 최적의 강지보재 설치방향이 될 수 있다. 즉, 강지보재의 지보효율은 터널 변위가 발생하는 방향으로 저항하도록 설치하는 경우에 최대가 될 수 있다. 국내 터널설계기준에서 제안하고 있는 경사터널에서의 세 가지 강지보재 설치방향을 모델로 설정하여 단계별 해석을 통한 비교검토를 수행하였다. 연구결과 경사터널 벽면에서의 변위 발생각은 막장경사와 관계없이 모두 터널 굴착면에 수직한 방향과 유사한 각도로 발생하므로 경사터널에서의 강지보재는 터널 굴착면에 수직인 방향으로 설치하는 경우가 지보효율 측면에서 보다 유리한 것으로 검토되었다.

• 터널과지하공간
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• 제11권2호
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• pp.109-119
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• 2001

우리나라의 양수발전소는 지금까지 단일공동을 굴착하였다. 그러나 양양 양수발전소는 두 개의 대공동 즉, 발전소와 주 변전소로 구성된다. 이 경우 공동 구조물의 안정성, 특히 두 공동사이에 형성되는 암주를 영구적으로 안전하게 유지할 수 있도록 보장되어야 한다. 본 연구에서는 개별요소법을 이용하여 두 공동과 암주의 구조적 안정성을 평가하였으며, 구성모델로 Barton-Bandis의 절리모델을 이용하였다. 현지 암반의 초기응력, 자연절리면의 거칠기계수, 불연속면의 공간적 분포 특성과 같은 중요한 요인들은 현지 조사를 통하여 구하였다. 이외에 두가지 경우 즉, 무보강과 보강의 경우 지보시스템의 최적화를 분석하였으며, 또한 보강효과를 검토하였다. 연구결과 보강의 경우 수평변위와 절리의 전단변위가 감소되었으며 암주내 이완영역 역시 감소됨을 확인하였다. 두 공동사이에 있는 약 36 m 두께의 암주에 적절한 보강조치를 취하여 안정성을 확보할 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제2권2호
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• pp.50-61
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• 2000

터널의 갱구부는 터널에서 3차원 거동을 가장 뚜렷하게 보이는 부분이며 대체로 풍화가 진행되어 거의 토사화되어 있는 취약한 암반에 시공됨에 따라 비탈면은 잠재적인 활동체가 되게 된다. 터널 갱구부 비탈면에서 안정에 위해되는 요인이 발생했을 경우 파괴가 급속히 진행되어 대형사고로 이어질수 있으므로 특별한 안정화 대책이 필요하여 경제적으로 큰 부담이 된다. 이를 해결하기 위한 방안으로 갱구부 비탈면을 수평 아치형으로 굴착하게 되면 굴착량이 줄어서 경제적이고 자연훼손이 줄어들며 보다 안전하고 아름다운 형상을 기대할 수 있다. 그러나 인식부족으로 인하여 이와 같은 시도는 거의 이루어지지 않고 있어서 면벽식 갱구부가 보편화 되어 있는 실정이다. 본 연구에서는 아치형 갱구부 비탈면의 이점을 알아보기 위하여 3차원 수치해석을 ㄷ형과 아치형 비탈면에 대하여 각각 수행하여 그 결과를 서로 비교하였으며 터널 굴진과 암반강성에 따른 갱구부 비탈면의 안정성은 비탈면에서 발생되는 최대전단변형율과 막장면에서 터널굴진에 따른 소성접근도를 분석하여 검토하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권6호
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• pp.614-627
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• 2018

국내 도시철도 노선은 이용자의 접근을 편리하게 하기 위하여 주거단지 및 도심지 인근 지역에 시공되는 사례가 많다. 도시 인구 증가로 인하여 교통망 확충과 재건축 등이 지속적으로 이루어짐에 따라 도시철도 인접 지역 굴착이 불가피하며 굴착 시 발생하는 지반 응력 및 지하수위 변화는 도시철도 궤도틀림을 유발한다. 이에 본 논문에서는 삼차원 유한차분 해석 상용프로그램 FLAC3D를 이용하여 도시철도 인접지반 대규모 굴착 시 지하수위에 따른 굴착 부 벽체 수평변위 및 배면지반의 침하와 궤도틀림량 산정 후 이들의 상관관계를 분석하고 궤도틀림 및 지하 박스구조물 안정성 평가를 실시하였다. 그 결과 깊은 굴착 시 지하수위에 따른 궤간틀림은 매우 미소하게 발생하였으나 줄틀림 72.5%, 수평틀림 83.3%, 면틀림 61.9%, 평면성틀림 43.3%로서 상대적으로 큰 차이가 발생하는 것으로 나타났다. 또한, 흙막이 벽체의 최대 수평 변위 및 벽체 배면 침하 차는 각각 65.1%, 21.4%가 발생하는 것으로 나타났으며 지하수위가 지표면에 위치한 경우 지하 박스구조물의 인장 응력이 허용 기준을 초과하는 것으로 나타났다. 그러므로 도시철도 구조물에 인접하여 깊은 굴착이 시공된 경우 궤도틀림으로 인한 사고를 미연에 방지하기 위해 본 연구에서 수행한 삼차원 수치해석과 실시간 모니터링을 실시하는 것이 바람직하다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권5호
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• pp.497-504
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• 2013

본 연구에서는 도로터널 조명설계에 있어서 내부조명의 밝기 수준에 영향을 미치는 갱구부 경관을 L20법 측정을 통하여 수치 해석적으로 고찰하였다. 갱문 형식별로 휘도인자를 추출하고 갱구부 주변시설물의 재료적 특성이 미치는 영향을 평가하기 위해서 동영상 휘도계 HI-LAND ELF SYSTEM과 면휘도계 LMK Mobile advanced로 촬영하여 휘도 분석을 하였다. 국내의 터널은 대부분 산악지대에 분포되어 L20각도 내에서 휘도가 가장 높은 하늘이 점하는 비율이 거의 없으며, 터널 입구주변이나 도로노면에 의한 휘도가 대부분을 차지하고 있다. 그러나, L20각도 내에서 갱문의 면적이 넓게 보이는 면벽식의 경우는 주변이나 노면에 비해 밝은 휘도를 나타냄으로서 터널내 경계부 휘도를 높이는 요인이 되고 있으며, 터널 갱구주변의 도로시설물도 휘도에 영향을 미치고 있음을 파악하였다. 따라서, 휘도기반의 터널조명 설계 시 갱문의 형식 및 갱구부 주변시설물에 대한 면적, 재료, 색상 등이 외부휘도에 영향을 미치고 이로 인해 터널 내부조명의 밝기 레벨 설정에 영향을 주는 요인이 되므로 갱구부 경관설계 시 이에 대한 검토가 반드시 필요한 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.871-885
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• 2017

최근 도심지 등에서 활용도가 높아지고 있는 얕은터널은 구조물에 인접하여 얕은 심도에 건설하므로 그 거동에 따른 주변지반 변위에 대한 연구는 아직 충분하지 않다. 특히, 얕은터널의 측벽에서 변위가 일어나면 주변지반의 이완형태 및 주변지반으로 전이되는 하중의 분포와 크기가 영향을 받을 수 있다. 그러나 지금까지 터널의 측벽변위에 관련된 연구는 많지 않고 그나마 터널과 주변지반을 평면변형률조건(plane strain state)으로 단순화하고 터널 전체의 안정이나 파괴메커니즘 규명에 대한 연구에 국한되어 있고, 터널 측벽일부의 변위에 따른 영향을 연구한 사례는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 터널측벽의 변위가 터널 주변 횡방향 하중전이에 미치는 영향을 규명하였다. 이를 위하여 탄소봉으로 지반을 조성하고 알미늄으로 터널의 형상을 모형화하여 터널의 한쪽측벽에 수평으로 변위를 주어 토피(0.5D, 0.75D, 1.0D, 1.25D)를 변화시키면서 모형시험을 수행하였고, 일부 측벽의 파괴에 따른 주변지반의 하중전이 거동을 분석하였다. 연구 결과, 얕은터널에서 토피가 일정깊이(0.75D) 이상이면 토피고에 무관하게 일정한 형태로 터널 측벽파괴가 발생하였고 반대측벽에 영향을 미치지 않았다. 그러나, 토피고가 일정깊이 이하일 경우에는 한쪽 측벽의 파괴가 반대쪽 측벽에까지 영향을 미칠 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 터널 굴착시 측벽변위가 예상변위량의 50% 발생하면, 터널 파괴는 75% 이상 진행되는 것을 발견하였다. 그러나, 지반조건에 따라 차이를 보일 수 있으므로 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.535-547
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• 2021

국내에서는 수소경제 활성화 정책을 수립하고 수소사회 실현을 위해 수소 인프라 및 수소차 보급 확대를 계획 하고 있다. 이에 따라 수소차의 보급이 급속도로 이루어질 것으로 예상되며, 동시에 수소차의 사고에 대응하기 위한 대책의 확립이 요구되고 있다. 본 연구에서는 수소차에 의해서 발생되는 수소 제트화염이 터널 내부 벽체에 미치는 영향과 내부 복사열 특성 분석을 위해 실험적 연구를 수행하였다. 실험은 수소차에서 발생되는 조건과 동일하게 하기 위해 분사압력을 700 bar로 설정하고, 분사노즐 직경은 1.8 mm로 설정하였다. 또한, 일반 터널에 적용되고 있는 콘크리트 압축강도 40 MPa의 터널 내화 시험체를 제작하고 제트화염 분사노즐과 시험체간의 이격거리에 따른 영향을 검토하였다. 분사노즐과 터널 내화시험체의 이격거리를 변수로 하여 2 m와 4 m에 대해 결과를 분석하였다. 그 결과로부터 시험체 내부 최대 온도는 1,349.9℃ (이격거리 2 m)가 측정되었고, 제트화염 주위 복사열은 최대 39.16 kW/m²까지 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제12권2호
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• pp.193-200
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• 2010

암거구조물의 특성상 암거 표준도가 제정되어 실무에 활용되고 있다. 그러나 이는 암거구조물의 설계 및 시공성을 향상시킬 수 있으나, 다양한 현장조건에 부합하는 단면형상의 선정에 제약조건으로 작용하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 프리캐스트 세그먼트 조립을 통하여 다양한 형상의 암거구조물 시공이 가능한 현장 대응형 암거구조물 설계 및 시공기술을 개발하였다. 조립식 수로암거구조물의 구조적 특성상 프리캐스트 세그먼트의 연결부가 고정 또는 내부힌지 거동 여부에 따라 부재의 두께, 철근량 등이 변화하게 되며, 이는 시공성 및 경제성에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 세그먼트 연결부의 합리적인 모델링 기법 제시를 위하여 현장실험 및 수치해석을 수행하였다. 현장실험 및 수치 해석 분석 결과, 몰타르 충진식 슬라브를 이용한 슬라브, 벽체, 기초판 프리캐스트 세그먼트는 연결시공을 통하여 조립식 수로암거구조물은 일체화된 구조물로 거동하는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제12권2호
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• pp.129-144
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• 2010

원형수직터널에 작용하는 토압은 아칭효과로 인해 2차원 일반 흙막이벽에 작용하는 토압보다 작으므로 원형수직터널 설계 시 벽체에 작용하는 실질적인 토압의 예측이 필요하다. 본 논문은 두 개의 연속된 논문(Companion papers)의 두번째로서 원형수직터널 설계 시 건조한 사질토뿐만 아니라 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 적용 가능하도록 새롭게 제안된 토압식(김도훈 등, 2009)을 증명하기 위해 대형 모형실험을 수행하였다. 고안된 모형실험 장비는 단계별 굴착이 가능하도록 제작 벽체의 반경을 변화시켜가며 실험을 수행하였다. 또한 강사 방법으로 지반을 조성하기 전 건조한 시료에 물을 첨가하고 불포화사질토를 형성시켜 겉보기 점착력을 발현시킴으로써 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 실험을 진행하였다. 실험 결과로서, 단계별 굴착을 모사하였을 때, 아칭효과에 의해 굴착된 지반에서 굴착되지 않은 지반으로 하중이 전이가 일어나는 확인할 수 있었다. 또한, 동시에 굴착했을 때의 토압은 예측한 값에 비해 상당히 작게 나타났지만, 단계별로 굴착했을 때의 최종 토압은 동시 굴착 시의 토압에 비해 크게 나타나며 새롭게 제안된 토압식과 잘 일치하였고 c-$\phi$ 지반과 다층지반에서 수행한 실험의 결과도 겉보기 점착력의 효과로 인해 토압의 감소를 보이며 이론적인 값과 잘 일치하는 것으로 나타났다.