• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권5호
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• pp.355-374
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• 2022

쏘일 컨디셔닝(soil conditioning)은 굴착토의 전단강도를 감소시키고 작업성(workability)을 확보하여, EPB 쉴드 TBM의 굴진면 전방을 지지하며 TBM의 굴진 성능을 향상시키는 기술이다. 다양한 지반 조건에 대한 최적의 첨가제 주입 조건을 결정하기 위해서는 첨가제를 혼합한 굴착토의 역학적 유동학적 거동을 평가해야 한다. 따라서, 본 연구에서는 TBM 챔버 내 압력 상태를 모사하고 시료의 유동학적 특성을 평가할 수 있는 실내 가압 베인시험 장비를 개발하였다. 인공 사질토 시료에 대하여 폼(foam)과 폴리머(polymer)의 주입변수인 FIR (foam injection ratio)과 PIR (polymer injection ratio)을 변화시켜가며 일련의 실내 가압 베인시험을 수행하였다. 또한, 슬럼프 시험을 통해 컨디셔닝된 흙의 작업성을 평가하였다. 실내 가압 베인시험 장비를 통해 베인 전단시험을 수행함으로써 측정된 토크 데이터로부터 컨디셔닝된 흙의 유동곡선(rheogram)을 도출하여 주입변수에 따른 첨두응력과 항복응력의 경향을 분석하였다. 시험 결과, FIR이 커지거나 PIR이 작아질수록 작업성이 증가하는 경향을 나타냈으며, 최대 토크, 첨두응력과 항복응력은 모두 감소하였다. 실내 가압 베인시험으로 측정된 시료의 첨두응력과 항복응력이 슬럼프 시험을 통해 측정된 작업성과 상응하는 결과는 제안된 시험이 굴착토 물성 평가에 활용될 수 있음을 보여준다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권2호
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• pp.65-85
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• 2023

기존 재래식 굴착 대비 안전성과 친환경의 이점으로 TBM (Tunnel Boring Machine)의 사용이 전 세계적으로 증가하였다. 특히 EPB (Earth Pressure Balanced) TBM의 경우 Open TBM 대비 다양한 지반에 적용이 가능하고 Slurry TBM에 비해 지상부지가 적게 필요하고 장비의 구조가 간단하며 가격면에서도 이점이 있어 더욱 널리 사용되고 있다. EPB TBM은 주로 토사지반에 널리 사용되는데 사용될 수 있는 지반 범위를 넓히기 위해서 가장 중요한 것은 적절한 첨가제의 사용이다. 첨가제를 사용해 버력을 소성유동화 시키는 것은 EPB TBM의 굴착성능을 높이는데 큰 도움을 줄 수 있다. 다양한 연구를 통해 첨가제의 적절한 배합비와 주입비율이 제시되어 있지만 이는 주로 slump test 등 대기압 상태에서의 실내시험에 국한되어 있어 실제 현장에서의 상황은 지반별, 장비 상태 등에 따라 상이할 수 있다. 본 연구에서는 먼저 경암부터 토사까지 다양한 지반을 가진 현장의 첨가제 사용량을 실내실험을 통해 추정하여 설계치 및 실제 굴진 시 사용량과 비교하였으며, 추가적으로 폐색, 지하수 유입 등 굴진 중 발생한 다양한 문제들에 대한 첨가제 사용을 통한 해결 방안을 모색하였다. 마지막으로 굴진이 어려운 복합지반에서의 첨가제 사용에 대한 제언을 수록하였다.

• 터널과지하공간
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• 제28권1호
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• pp.38-58
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• 2018

갱내환기는 지하광산 안전성에 직접적인 영향을 미친다. 갱내환기는 정상시에는 작업공간내 유해물질의 희석을 위한 충분한 량의 급기를 통하여 쾌적한 환경을 유지하는 것이 목적이나 갱내화재와 같은 비상시에는 화재의 확산제어와 구조활동의 지원을 목적으로 한다. 본 연구를 통하여 작업공간 국부환기 뿐만 아니라 화재연 제어를 위한 방재팬을 개발하였다. 방재팬은 풍관없이 가동되며 작업공간내 유해물질의 희석 및 배기 기능을 갖추고 있으며 동시에 화재시 화재연 배기를 목적으로 한다. 본 논문은 개발된 방재팬과 기존 국부팬의 연결 운전을 통한 화재연의 배기효율 연구가 목적이다. 일련의 현장 실험 및 CFD분석을 통하여 맹갱도 작업공간내 방재팬의 화재연 배기효율을 분석하였으며 이를 위하여 SF6 추적가스를 이용한 공간내 기류 및 유해물질 유동을 검토하였다. 대단면 석회석 광산에서 수행한 현장실험과 CFD분석 결과를 비교한 결과, 갱내에서 가장 리스크가 큰 맹갱도 굴진 작업장에서 기존 국부팬 1대와 조합 운전하는 경우, 팬의 설치 위치 및 운전모드의 적절한 선택시에 효율적인 화재연 배기가 가능함을 보였다. 또한 CFD분석을 통하여 벤츄리효과에 의한 배기효율도 확인할 수 있었다. 팬 설치 위치 및 운전모드가 배기효율을 결정하는 가장 중요한 변수임을 보였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제35권9호
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• pp.37-45
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• 2019

터널 굴착 시 신속한 막장면 상태 파악 및 적절한 지보패턴 결정은 터널 붕락사고의 예방 및 안정적인 굴진에 매우 중요하다. 본 연구에서는 딥러닝 기법을 활용하여 막장면 상태에 따른 암반상태 분류를 신속하게 결정할 수 있는 기술을 개발하였으며, CNN 기법을 이용한 암반상태 분류방법 및 예측 정확도 개선 방법 등을 제시하고 있다. 수 만개의 이미지가 사전 학습된 VGG16 모델을 알고리즘으로 적용하였고, 1,469개의 터널 막장면 이미지에 대한 학습을 통하여 5개 등급으로 암반상태를 분류하였다. 본 연구에서의 예측 정확도는 최대 83.9% 수준을 나타내었으며, 향후 추가적인 이미지 축적을 통해 암반상태 평가자에 따른 편차를 줄인 객관적이고 정량적 암반상태 분류방법으로 활용 가능할 것으로 판단된다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 1991년도 추계학술발표회 논문집 지반공학에서의 컴퓨터 활용 COMPUTER UTILIZATION IN GEOTECHNICAL ENGINEERING
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• pp.133-151
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• 1991

본 논문에서는 서울지하철 NATM 터널 표준지보단면을 대상으로 실시한 유한요소해석 결과에 관하여 논술하였다. 터널 굴착단계별 해석에 따른 영향과 터널막장으로부터의 굴진거리에 의한 영향을 증점적으로 분석하였다. 터널 굴착단계별 하중조건을 적절히 반영할 수 있도록 지반특성곡선의 개념을 적용하여 터널굴착면 내부에 가상 지지압력을 재하하였다. 유한요소해석 결과에 대한 분석은 지반침하, 터널변위, 지중응력, 지보재 응력 등을 대상으로 실시되었다. 또한 터널 막장에 의한 3차원적 변위 억제효과 분석을 위하여 터널 변위 특성곡선 개념과 2차원적 축대칭 해석방법을 제시하였다.

• 화약ㆍ발파
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• 제22권1호
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• pp.23-32
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• 2004

터널 발파를 원활히 수행하기 위해서는 암반조건에 적합한 합리적인 설계와 정밀한 천공, 정확한 기폭초시가 기본요소로서 이는 현재 국내 터널 설계.시공 기술 및 기자재의 발달로 만족할 만한 성과를 얻을 수 있다. 특히. 터널발파에서 정확한 기폭초시 부여는 굴진율 및 버럭 파쇄율, 굴착예정선 미려도, 잔여 암반 손상도 등의 시공성에서 뿐만 아니라 소음 및 진동 발생율을 좌우하는 환경적인 측면에서 매우 중요한 요소이다. 기폭요소는 최초 도화선을 활용한 공업뇌관에서 전기뇌관, 비전기식뇌관의 순으로 기폭안전성과 정밀성 면에서 눈부신 성장을 이룩하여 왔으며 특히, 90년대 초에 개발되어 전 세계적으로 최근까지 지속적으로 사용량이 급증하고 있는 전자뇌관은 기폭방식에 일대혁신을 이루었다. 전자기폭 시스템은 기존뇌관의 초시를 결정하는 화약성분의 지연요소 대신에 IC board(전자회로)에 의한 Digital timer로 신호를 발생하여 초시를 결정하는 방식이다. 본 논문에서는 국내 최초로 전자기폭시스템을 활용하여 2003년 9원 23일에서 동년 11월 2일까지 강원도 양구 지역의 $\bigcirc\bigcirc$터널에 전자뇌관을 이용한 시험발파를 실시하였고, 발파에 의한 진동 등을 조사하여 그 효율성을 검토하였다. 이를 위해 전자뇌관의 특성과 장점을 최대한 샅리기 위하여 각공을 발파하는 방식, 즉 1지발에 1공을 발파하는 방식을 채택하고 일반 뇌관과 전자뇌관으로 설계를 하여 각각의 발파효율을 비교하여 보았다. 그 결과 발파진동의 경우 기존뇌관을 이용하여 1공씩을 1지발로 발파를 한 경우에는 18~56%의 진동저감 효과가 있었고. 본선 설계에 의해 진행된 발파에 비하여는 최대 70% 이상의 진동저감 효과가 있는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제2권3호
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• pp.13-24
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• 2000

본 논문에서는 고속도로터널의 붕락형태와 원인분석, 보강방법에 대하여 다루었다. 고속도로터널의 붕락형태를 분석해 보면 3가지 유형으로 분류된다. 지반풍화로 인해 터널붕락이 지표면까지 함몰된 경우 35%, 불리한 암반절리로 인한 터널내 국부적인 쐐기형 암반블럭 붕락의 경우 50%, 터널굴진방향과 미끄럼면의 교차로 인해 터널내 침하가 발생한 경우 15%의 비율로 조사되었고 터널붕락이 발생된 위치는 입출구 40m 이내와 입출구와 인접한 계곡부에서 85%, 비상주차대과 본선접속부에서 15% 발생되었다. 고속도로터널에서 발생한 붕락을 파괴개념으로 분석하면 활동파괴가 83%이상을 차지하는 것으로 분석되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제8권1호
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• pp.65-76
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• 2006

기존의 NATM과 같은 터널공법에서는 불착 직후 벽연은 숏크리트나 록볼트에 의하여 지지되기 때문에 재래공법과 비교하여 암반의 느슨함을 감소시킬 수 있으나, 막장은 통상 무지보 상태로 놓여있기 때문에 붕괴의 위험성을 항상 내포하고 있는 것이 현실이다 현재 국내 터널시공시에는 막장이 굴진방향에 직립합A로써 응력의 집중이 발생하며 또한 막장의 안정성을 우려하여 단연분할공법을 채택하는 것이 일반적 공법으로 되어왔다. 그러나 이러한 방법은 경제적우로 큰 부당이 되며 공사기간 연장의 한 원인이 된다. 따라서 곡연막장 굴착공법을 개발하여 적용한다면 보다 나은 응력상태를 유지할 수 있어 1회 불진장의 증대 및 분할공법을 피함으로써 공사비절감 및 공사기간 단측에 매우 유리할 것이라 판단된다.

• 대한화약발파공학회:학술대회논문집
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• 대한화약발파공학회 2008년도 추계학술발표회 논문집
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• pp.17-28
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• 2008

국책사업이나 SOC의 확충을 위한 도로 및 철도의 건설에서 적용되는 터널의 단면크기를 보면, $50m^2$에서부터 $100m^2$이상의 중 대단면 터널이 주를 이루고 있으나, 전력구, 통신구, 소규모로 운영되는 광산의 채광용 터널, 용수를 위한 도수로터널 등 특수한 용도로 설계, 시공되고 있는 터널에서는 $20m^2$이하의 단면크기를 갖는 경우가 있다. 이러한 소단면 터널의 경우에는 협소한 작업공간으로 인하여 적용공법 뿐만 아니라 장비의 사용 또한 제약을 받게 되어 작업효율이 저하되고 공사기간이 늘어나게 되는 등 여러 가지 문제점을 안고 있다. 특히, 에멀젼 폭약을 사용하는 발파에서 먼저 기폭된 발파공의 충격압력에 의해 인접공의 폭약이 예비압축(Precompression)되어 사압현상을 일으키고 잔류약을 발생시키는 사례가 종종 발생하고 있다. 사압현상은 당해 발파의 실패와 함께 2차적인 사고의 위험요인이 될 수 있으므로 이를 방지하기 위한 대책을 수립하여야 한다. 이를 위해 기존 문헌을 통하여 사압현상의 원인과 발생 가능성을 검토하였고, 국내에서 주로 사용되는 에멀전폭약의 수중 내충격성시험과 충격압력 전달시험을 실시하여 사압현상의 발생정도를 측정하였으며, 사압현상이 발생한 소단면 터널현장을 대상으로 대책을 수립하여 적용하였다. 심발방법을 변경하여 전단의 충격압력을 견딜 수 있는 공간격을 확보하고 뇌관의 초시간격을 적절하게 배치한 발파패턴을 적용한결과, 사압현상을 억제하고 잔류약의 발생을 감소시켜 계획 굴진장을 확보하고 파쇄석의 크기를 감소시키는 등 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제11권1호
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• pp.30-35
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• 2001

본 연구에서는 전단면굴착에 가까운 작업 사이클(cycle)로 굴진을 하면서 분할효과를 거두기 위해 적절한 벤치길이를 결정하는 것이 중요한 요소로 판단하여 전단면, 미니벤치, 숏벤치로 풍화암 구간에 굴착한 터널을 모델링하여 이에 대해 3차원 탄소성해석을 수행하였다. 그리고 터널내 암반과 지보재의 거동에 영향을 미치는 주요 요소로 무지보 굴착구간의 길이, 측압계수, 숏크리트 두께 등의 설계변수를 변화시켜가며 암반의 변형거동을 분석하였다. 해석결과 내공변위는 숏벤치보다 미니벤치일때 벤치길이에 민감하게 반응하는 것으로 나타났으며 무지보길이가 길 때 하반굴착이 상반변위에 미치는 영향이 더 크게 나타나며 상반과하반측벽에서의 변위타이가증가하였다 K값의 증가에 따라 천정, 바닥보다 상하반 측벽부에서 변위와 선행변위비의 증가가 훨씬 크게 나타났다.