• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.333-344
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• 2013

본 연구에서는 절리 암반 내 터널굴착 시 지하수 유출량 예측량이 실제 계측치와 큰 차이가 나는 이유 중 하나인 터널주변 절리암반의 투수계수의 감소 현상에 대해 논의하였다. 현재 터널 설계 시 일반적으로 사용되고 있는 지하수 유출량 산정식은 터널주변 암반이 등방, 균질하고 일정한 투수계수를 유지한다고 가정한다. 하지만, 실제로는 터널주변 절리암반의 투수계수는 터널주변 유효응력 상태에 따라 변화하며, 절리 내 지하수 흐름에 따라 다시 터널주변 유효응력 분포가 영향을 받는 수리-역학적 상호거동을 보인다. 터널굴착 직후 터널 접선방향 유효응력이 응력집중과 간극수압 감소로 인해 급증하고 그에 따라 절리의 닫힘현상이 발생하며, 결과적으로 터널인접 절리암반 링 구간에서 투수계수가 급격히 감소하게 된다. 이러한 터널인접 링 구간 내에서 상당히 큰 간극수압 감소가 발생하게 되어 터널주변 간극수압 분포는 등방 균질의 절리암반으로 가정한 산정식과 큰 차이를 보인다. 본 연구에서는 절리암반의 수리-역학적 상호거동의 개념을 도입하여 터널주변 간극수압 분포와 터널 내 지하수 유입량 산정방법을 제안하고 이를 수치해석을 통해 검증하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.271-287
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• 2013

본 연구는 쉴드 TBM을 적용한 국내 지하철 현장의 계측 자료를 분석하고 기존 이론식에 의한 모델 및 수치해석 결과와의 비교를 통해 보다 간편한 지표침하 예측 S-모델을 개발하였다. 이를 위해 전체 굴착 구간 중, 대표 station을 선정하여 횡방향 지표침하 특성과 굴착 진행에 따른 종방향 지표침하 특성을 분석하였다. 분석 결과를 바탕으로 횡방향 지표침하 형태는 이완영역과 탄성영역으로 구성된다고 가정하고 실제 계측 자료와의 비교를 통해 최대 지표침하량과 침하 영향 범위를 산정할 수 있는 모델을 제안하였다. 이에 의하면 굴착 진행에 따른 종방향 지표침하 형태는 3차 함수 특성과 유사하였으며 각각의 계수를 터널 직경 및 토피고의 함수로 하여 S-모델을 제안하였고, 실제 계측 값 및 수치해석 결과와 상당히 유사한 형태의 지표침하를 얻을 수 있었다. 따라서 본 연구결과를 통해 다소 연약한 풍화토, 풍화암 지층을 통과하는 쉴드 TBM 굴착 시공 시, 간편 S-모델을 이용하여 굴착에 따른 지표침하의 예측이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권3호
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• pp.355-373
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• 2017

도심지에서의 터널굴착은 상부구조물과의 상호거동에 대한 이해가 필수적이다. 도심지에 사용중인 대부분의 구조물은 말뚝기초로 상부의 하중을 지지하고 있어, 터널 굴착 시 반드시 영향을 받는다. 따라서 본 연구에서는 실내모형시험을 통해 기존의 군말뚝 기초 하부 터널굴착에 따른 축력 분포와 지반의 거동을 분석하였다. 말뚝 기초는 2, 3 열 말뚝으로 가정되었으며, 말뚝 선단부와 터널 천단부의 이격거리는 터널직경에 대한 일반화를 위해 터널 직경(D) 대비 0.5D, 1.0D 그리고 1.5D로 고려되었다. 지반은 약 30%의 상대밀도(Dr)를 가지는 느슨한 사질토로 형성되었으며, 말뚝의 축력 분포를 측정하기 위해 말뚝에 변형률게이지(strain gauge)를 부착하였다. 또한, 이격거리에 따른 군말뚝의 침하와 인접지반의 침하를 변위센서(linear variable differential transformer; LVDT)와 다이얼게이지(dial gauge)를 통해 측정였으며, 터널굴착에 따른 지중의 변형을 근거리사진계측기법(close range photogrammetric technique)을 통해 측정하였다. 수치 해석을 통해 실내모형시험 및 근거리사진계측 결과와 비교 분석하였다. 본 연구에서는 체적손실율(volume loss; $V_L$) 개념을 이용하여 터널굴착을 모사하였으며, 1.5%로 적용되었다. 연구결과, 이격거리가 멀어질수록 말뚝의 축력감소는 작게 나타났으며, 침하량은 모두 유사한 경향을 나타내었다. 특히, 말뚝 선단부와 터널 천단부의 이격거리가 0.5D에서 1.0D로 증가할 때 축력과 침하량의 가장 큰 감소율이 가장 큰 것으로 나타났다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제15권6호
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• pp.5-15
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• 2014

본 연구는 A호와 B호를 연결하는 도수로터널 굴착 및 가물막이 공사가 주변 지하수계에 미치는 영향을 정량적으로 평가하고자 수행하였으며, 이를 통해 인근 지하수 환경 변화 예측 및 터널의 라이닝 타설에 대한 효과를 검토하였다. 그 결과 터널 굴착 및 가물막이 공사기간 동안 터널 갱구부에서 최대 3.58 m의 지하수위 강하가 나타났으며, 터널 완공 및 라이닝 타설 시공 후 약 2년 경과 시점에서 자연상태 지하수위의 최대 90 %까지 회복하는 것으로 모사되었다. 터널 굴착에 따른 터널 내 지하수 유입량은 주향이동단층과 접하는 구간에서 터널의 배수설계기준을 초과하는 것으로 분석되었다. 이후 터널의 라이닝 타설이 완료된 후 지하수 유입량은 최대 $0.006m^3/min/km$로 감소하여, 라이닝 타설에 의한 효과는 93 % 이상으로 평가되었다. 또한 공사로 인한 인근 지역의 지하수 환경에 대한 분석 결과 민가, 사찰 및 견사 등에서 약 0.04~0.31 m의 수위강하가 발생하였으며, 이는 연구지역 인근에 위치한 국가지하수관측소의 연간 수위 변동량(1.3 m)의 24 %에 해당하는 수치로 분석되었다.

• 지질공학
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• 제22권1호
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• pp.27-37
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• 2012

미고결대수층에서 우물 굴착 시 대수층 교란이 수리특성에 미치는 영향을 파악하기 위하여 우물굴착 이후의 우물개량 공법인 서지블록과 에어서징을 실시하였다. 그리고 우물 굴착 및 개량의 대수층 변화를 비교 분석하기, 위하여 단계 및 장기 양수시험을 수행하였다. 그 결과 우물 굴착 및 개량 이후의 단계양수시험에서 동일 양수율 $700m^3/day$에 대한 수위강하와 비교하였을 때 수위강하는 각각 26.01 m, 21.62 m로 4.39 m정도 감소되었다. 이때 우물특성을 파악하기 위한 우물 굴착 및 개량 이후의 스킨계수는 7.92에서 5.04로 감소되어 우물상태가 개선된 것으로 나타났다. 우물 굴착 및 개량 이후의 장기양수시험에서 양수정을 중심으로 주변 MW-2, 3, 4호정의 투수량계수 범위는 각각 $1.684{\times}10^{-3}{\sim}4.490{\times}10^{-3}m^2/sec$, $4.002{\times}10^{-3}{\sim}4.939{\times}10^{-3}m^2/sec$ 범위로 우물개량 이후의 수리전도도 값이 조금 증가되었으며, MW-1호정은 $1.018{\times}10^{-2}m^2/sec$에서 $6.988{\times}10^{-3}m^2/sec$로 감소되었다. 이는 서징하는 동안 대수층의 공기 차단 및 폐색의 잠재적인 요인으로 인하여 MW-1호정 주변 대수층의 투수성이 미세하게 감소되는 효과로 나타났다. 따라서 미고결대수층에서 우물 굴착 시 미세입자가 양수정 주변의 수리특성에 영향을 미칠 수 있음을 반드시 유의해야 한다.

• 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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.15-24
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• 2015

본 논문에서는 지반 시추시 공벽붕괴 방지를 위해 적용되는 시추 안정액(drilling fluid)의 다양한 배합설계에 따른 공벽붕괴 방지 효과에 대한 실험적 연구 결과를 다루었다. 이를 위해 먼저 벤토나이트 계열 안정액의 공벽 붕괴 방지 메카니즘을 검토하였으며 아울러 벤토나이트계 안정액의 배합(conditioning)에 따른 안정액의 성능지표 변화에 대한 실험결과를 간략히 기술하였다. 또한 지반시추(굴착) 및 안정액 투입을 간략히 모사하는 토조 장치를 구축하여 세립분이 20% 포함된 화강풍화토 및 모래지반을 대상으로 다양한 배합으로 조성된 벤토나이트계 안정액에 대한 실험을 수행하고 안정액 투입량, 수평 침투범위, 굴착가능 깊이 등을 측정하여 공벽붕괴 방지 효과를 고찰하였다. 그 결과 벤토나이트에 폴리머를 추가할 경우 안정액 투입량 및 수평 침투범위가 굴착가능 깊이가 증가하는 것으로 나타났으며 폴리머의 공벽유지 기능 향상 정도는 모래층보다 화강풍화토 지반에서 보다 뚜렷하게 발휘되는 것으로 검토되었다. 본 논문에서는 도출된 연구결과가 실무적 차원에서 지니는 의미에 대한 내용을 기술하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권6호
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• pp.675-683
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• 2015

주방식 지하구조물은 주방식 채광법의 개념을 이용한 지하구조물 건설 방법이다. 주방식 공법에서 배수는 터널의 싱글쉘 개념과 유사하며, 주방식 지하구조의 장기적인 안정화를 위해서 복공 뒷면의 지하수를 배수하여 지하수위를 사전 저감시키는 방식이 유효하다. 그러나 배수공에 의한 지하수위 저감 방식은 지하 굴착시 굴착면에 지하수압이 작용하지 않거나 발생 용수량이 크지 않다면 배수공은 필요치 않게 된다. 본 연구에서는 지하 굴착시 발생용수량에 따른 배수공 적용 유무를 검토하여 주방식 지하구조에서 배수공 적용 유무를 판단하는 기준을 제안하고자 하며, 배수공 적용이 불필요한 구간에 대해서는 숏크리트를 통한 유도 배수시스템을 제안하고자 한다.

• 터널과지하공간
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• 제25권6호
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• pp.515-526
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• 2015

터널의 안정성 평가와 경제적인 NATM 시공을 위해서는 터널의 내공변위에 대한 예측과 계측이 매우 중요하다. 본 연구에서는 계측 결과를 활용하여 굴착 전과 굴착 후에 지반에서 발생하는 변위를 추정하는 방법을 문헌조사를 통하여 제시하였다. 일반적으로 터널 건설과 관련하여 지반에서 발생하는 전체 변위량은 계측 변위값의 약 2.5배 정도일 것으로 판단되었다. 또한 본 연구에서는 암반등급이 유사한 화강암 지반에 건설된 두 터널에서의 현장 계측 결과를 분석하여 내공변위에 영향을 미치는 인자들을 분석하였다. 경주 A터널이 대전 B터널보다 변위량이 6.7배 더 크게 측정되었으며 이에 대한 원인이 제시되었다. 터널 내공변위를 예측하기 위해서는 터널 내부에서의 굴착면의 막장관찰뿐만 아니라 지표면에서의 지질구조 특성과 터널에 응력을 증가시킬 외부적인 요인에 대한 면밀한 검토가 수반되어야 한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.79-89
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• 2024

터널굴착 중 지하수의 과다유입은 터널의 안정성 및 시공성에 영향을 줄 뿐만 아니라 지하수위 저하에 따른 상부지반의 침하를 발생시키는 주요 원인 중 하나이다. 지하수위 하부 토사구간과 파쇄구간 내 터널굴착 중 지하수 과다유입에 대한 대책으로 가장 일반적으로 적용되는 방법은 사전 그라우팅을 통한 지반 투수계수의 감소이다. 일반적으로 그라우팅 범위는 터널굴착 중 발생하는 소성구간을 목표구간으로 설정하지만 이는 그라우팅을 통한 강도증진을 목적으로 하는 경우 적절한 범위이다. 차수를 목적으로 하는 사전 그라우팅의 범위를 결정하기 위해서는 원지반의 투수계수와 차수그라우팅의 적용에 따른 투수계수의 감소량을 고려하여야 한다. 본 연구에서는 원지반의 투수계수와 그라우팅의 적용에 따른 투수계수의 감소량을 고려한 차수그라우팅의 범위산정 방법을 수학적으로 유도하고 이를 수치해석을 통해 검토하였다.