• 한국지반공학회논문집
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• 제23권8호
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• pp.87-95
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• 2007

본 연구에서는 대심도 풍화대에 시공되는 2차로 도로터널을 기준으로 터널의 굴착방법과 지반보강그라우팅에 의한 지반변위 및 지반응력의 분석을 통하여 최적의 시공방안을 찾고자 하였다. 터널 직경은 약 12m를 적용하였으며, 상부 강관다단그라우팅 및 측벽 보강그라우팅을 적용하였다. 검토된 굴착방법은 링컷 굴착방법과 중벽분할 굴착방법이다. 터널 천단의 소성율과 연직응력비를 분석한 결과, 풍화대지반에 굴착되는 터널에서 토피고(H)가 터널직경(D)의 4배 이상일 경우(H>4D) 대심도 터널로 판단할 수 있었다. 해석결과 중벽분할 굴착방법이 링컷 굴착방법에 비하여 대심도 풍화대 NATM터널에서 안정성이 높은 굴착방법으로 판단할 수 있었다. 또한, 측벽 보강그라우팅 실시로 터널 내공변위 및 침하 발생을 억제할 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제22권4호
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• pp.435-450
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• 2020

복층터널의 분기구간은 터널 형상이 모자 모양의 대단면 구간인 '분기 전 확폭구간'과 본선과 분기터널 간 이격이 생기는 '분기 후 구간'으로 나눌 수 있으며, 분기 전 확폭구간의 터널 단면이 분기 후 구간의 단면에 비해 매우 크기 때문에 이러한 차이에 따른 굴착 영향이 분기구의 전체적인 굴착 안정성 검토 시 고려되어야 한다. 본 연구에서는 암반에서 시공되는 NATM 방식의 2차로 대심도(40 m) 본선 복층터널에서 1차로 단층터널로 분기가 되는 조건을 대상으로 3차원 유한요소해석을 통해 분기 전 확폭구간 굴착(선행굴착) 시 굴착공법과 벤치길이 변화에 따라 선행굴착이 분기 후 구간의 굴착 안정성에 미치는 영향을 검토하였다. 그 결과, 굴착공법과 벤치길이 변화에 따른 차이는 상대적으로 작은 편이었으나, 2차원 수치해석에 의한 선행굴착을 고려하지 않은 경우와 강도응력비 비교를 통해 선행굴착이 분기 후 구간의 굴착 안정성에 영향을 미칠 정도로 큰 응력의 변화를 유발함을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제17권6호
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• pp.245-255
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• 2001

기존 개탁식터널은 굴착경사와 관계없이 터널상부에는 되메움지반의 자중이 그리고, 터널벽체에는 정지토압이 작용하는 것으로 가정하여 설계되고 있다. 그러나 개착식터널에 실제 작용하는 토압은 개착규모에 따라 다르며 이에 따라 터널라이닝의 구조적거동 또한 다르게 나타난다. 본 연구에서는 수치해석적방법을 사용하여 굴착경사가 터널라이닝에 미치는 영향을 다음과 같이 조사하였다. 첫째로, 지반범용수치해석프로그램인 FLAC2D를 사용하여 개착공법으로 시공된 기존 터널의 변형거동을 모사할 수 있는 수치해석방법을 활용하여 현장의 계측결과와 비교하므로써 수치해석방법의 타당성을 검증하였고, 둘째로, 동일한 수치해석기법을 적용하여 굴착경사가 $30^{\circ}\;, 456{\circ},\; 60^{\circ},\; 75^{\circ}%인 개착식터널에 작용하는 토압 및 변위와 터널라이닝에 발생하는 단면력을 조사하였다. 수치해석에 사용된 개착식터널은 2차로 도로터널이며, 터널라이닝과 되메움지반 사이의 마찰력을 고려하기 위하여 접합면 요소를 사용하였다. 수치 해석결과, 되메움지반과 터널라이닝 및 굴착사면 사이의 마찰력에 의한 되메움지반 내부의 아칭현상으로 인하여 굴착 경사가 클수록 터널벽체에 상대적으로 작은 토압이 작용하였으며, 이에 따라 터널라이닝의 변형, 모멘트, 전단력이 증가하였음을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권4호
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• pp.731-742
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• 2018

최근 도심지에서 기존터널 상부에 구조물을 신설하는 경우가 증가하고 있다. 특히 지반굴착 후 구조물이 시공되는 경우 굴착 저면 하부 지반 내에서는 하중 제하, 재하 과정이 반복되므로 기존 터널에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 지반굴착으로 인한 기존 터널의 안정을 유지하기 위해서는 인접부에서의 굴착 및 구조물 하중에 의한 영향을 정확히 파악하여야 한다. 본 연구에서는 기존터널 상부지반 굴착 및 신설 구조물로 인한 하중이 기존터널에 미치는 영향을 대형 모형시험과 수치해석으로 통하여 파악하였다. 이를 위해 실제 크기의 1/5로 축소한 모형시험과 수치해석을 수행하여 굴착저면과 터널 천단 간의 거리를 일정하게 유지하고 지반굴착, 구조물 하중의 폭을 변화하여 그에 따른 영향을 파악하였다. 연구 결과, 동일 하중 크기에 대하여 굴착 깊이가 깊어져 굴착 저면과 기존터널이 가까울수록 더 큰 영향이 작용하는 것을 확인하였다. 동일 이격 거리에서 기존터널에 영향은 건물하중 폭 증가에 따라 터널 내공변위가 증가하는 것을 확인하였고, 지중응력은 최대 2.4배까지 증가하는 것을 확인하였다. 이로부터 건물하중 폭이 증가하면 지중응력의 증가 영향으로 기존 터널에 영향을 주는 것을 확인하였고, 기존터널을 중심으로 신규하중의 재하 폭이 터널직경의 3배 이상으로 이격되면 지중응력의 영향이 감소하는 것을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권4호
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• pp.387-402
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• 2014

혼잡한 도심지에서는 지상의 공간부족에 따른 터널 구조물에 대한 시공의 필요성이 늘어나고 있다. 터널은 굴착 시 주위 지반의 교란 및 변위를 발생시키는데, 그에 따른 안정성 검토가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 터널굴착에 따른 지반의 거동을 측정하기 위해 모형터널 장비를 개발하였다. 모형터널은 터널굴착을 모사하기 위해서 터널 내부의 일정한 물의 양을 조절하면서 외경을 축소한다. 그에 따라 발생하는 체적손실이 터널굴착에 따른 지반의 변위를 발생시킨다. 지반의 변형 측정은 근거리 사진계측기법을 사용하였으며, 이를 변위분포도와 변위벡터로 나타내었고, 유한요소 수치해석, 기존 문헌, 이론 및 경험식들과 비교하였다. 또한, 터널 천단부 강관 보강 및 무보강의 터널굴착에 따른 모형시험을 진행하여 지반의 거동을 분석하였다. 본 연구의 실내모형터널시험은 지반의 자세한 변위 데이터를 얻기 위해 흙으로 가정한 알루미늄봉과 근거리 사진계측을 사용한 이상화된 2차원의 연구이다. 그 결과, 유한요소 수치해석에서의 흙의 변형 패턴이 실제 모형 시험과 상당히 유사함을 확인 및 검증 할 수 있었다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2005년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.389-392
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• 2005

Visual MODFLOW를 이용하여 서울지하철 7호선 706공구에 계획된 터널 굴착에 따른 지하수 유동계의 변화를 모사하였다. 경계조건은 모델 영역 내 하천(굴포천)의 경우 일정수두경계, 터널 굴착 구간의 경우 $0.39{\sim}0.58m^2/day$의 전도계수를 갖는 배수경계(Drain), 터널 개착구간은 Inactive cell이 존재하는 일정수두경계 조건으로 설정하였다. 모델 보정은 현장시험을 통해 구해진 수리상수는 일정하게 유지하고 함양률을 변화시키면서 실시하였으며, 정류모사를 반복 수행하여 최적의 함양률(150 mm/yr)을 결정하였다. 모사 결과 터널 구간으로의 지하수 유입량은 굴착 및 개착 완료 시 $623m^3/day$, 터널 완공 후 정류상태의 경우 $584m^3/day$인 것으로 나타났다. Zone Budget을 이용한 유출입량 분석 결과 정류 상태 시 터널 내로 유입되는 지하수의 69%는 터널 인근 하천수의 유입에 기인하며, 나머지 31%는 주변 지역에서 함양된 지하수에 의한 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.685-703
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• 2017

최근, 도심지에 초고층 아파트, 롯데월드타워와 같은 초고층빌딩의 수가 증가하면서 말뚝기초에 작용하는 풍하중, 지진하중, 토압 등 수평하중의 중요성이 높아지고 있다. 또한 도심지의 지상공간이 포화되면서 발생하는 다양한 문제를 해결하기 위하여 지하공간 개발은 유용한 해결책으로 언급되고 있다. 따라서 도심지 지하공간 개발에서 터널굴착에 대한 수직하중과 수평하중을 받는 말뚝의 거동, 지하공간의 개발을 모사하는 터널굴착과 관련된 연구는 많은 연구자들에 의해 수행되고 있다. 하지만, 수직하중과 수평하중을 받는 말뚝과 터널굴착으로 야기되는 상호거동에 관한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 도심지의 상황을 반영하여 수직하중과 수평하중을 받는 기존 구조물 하부에 터널을 굴착함으로써 야기되는 말뚝의 거동을 실내모형시험, 근거리사진계측 및 수치해석을 통해 비교 및 분석하였다. 말뚝과 터널의 수평이격거리(0.0D, 1.0D, 2.0D: D = 터널직경)와 허용수평하중의 크기($0.34P_{ah}$, $0.67P_{ah}$, $P_{ah}$)에 따라 총 9 CASES로 분류하여 터널굴착에 따른 말뚝의 축력과 거동을 관찰하였다. 그 결과 말뚝과 터널의 수평이격거리가 가까울수록 말뚝은 터널 굴착의 영향을 크게 받는 것을 알 수 있었고 수평이격거리가 멀어질수록 터널굴착의 영향보다는 허용수평하중의 영향을 더 크게 받는 것을 알 수 있었다. 또한, 수평이격거리가 증가하고 허용수평하중의 크기가 증가할수록($P_{ah}$) 말뚝 축력의 변화양상이 크게 발생하는 것을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.1105-1123
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• 2018

도심지 터널굴착 시 지반침하는 지반조건, 굴착방법, 지하수 상태, 터널 지보방법 등 다양한 조건이 복합적으로 작용하여 발생할 수 있으며 대표적인 위험요인은 크게 터널굴착에 의한 지반침하와 지표면함몰로 나눌 수 있다. 터널굴착에 의한 지반침하를 예측하기 위해서는 대상구간의 현황 및 시공조건 등을 반영하고 응력 및 변위를 고려한 수치해석을 수행하여야 한다. 그러므로 터널 전체 노선 및 인근 지장물 현황을 포함하는 영역에 대해, 터널 심도가 변하는 다양한 조건을 고려해야 하는 수치해석의 복잡한 과정을 단순화하여 터널굴착으로 인한 지표면 및 심도별 지반침하를 간편하게 예측하고 평가할 수 있는 기법이 필요하다. 본 연구에서는 지하안전영향평가 수행 시 주요 평가항목인 터널굴착으로 인한 지반침하를 연구대상으로 선정하고, 지층조건, 지반특성, 토피고(터널심도) 및 터널 중심선으로부터 횡방향 이격거리와 같은 지반침하 영향요소를 고려한 매개변수해석을 수행하여 심도별 지반침하 특성 및 침하 발생경향을 분석하고, 터널굴착으로 인한 지반침하를 간편하게 예측할 수 있는 침하량 평가도표를 도출하였다. 도출된 침하량 평가도표는 수치해석 결과와 비교 분석을 통해 적정성이 검증되었으며 침하량 평가도표를 이용하여 터널굴착 시 지표침하뿐만 아니라 지중 매설물의 위치와 심도에 따른 침하량을 간편하게 예측하고 평가할 수 있다.

• 터널과지하공간
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• 제15권5호
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• pp.359-368
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• 2005

NATM 터널을 굴착하기에 토피가 너무 낮은 경우에는 보통 개착터널공법이 적용된다. 그러나 토피가 매우 낮거나 없는 계곡부에서 개착터널을 시공하기 위해서는 추가적인 두 곳의 갱구 형성과 복토가 이루어질 때까지 임시 사면에 대한 유지관리가 필요하다. 이런 경우에는 복토를 통해 토피를 확보한 후 터널을 굴착하는 방안이 유효하다. 이 연구는 터널 굴착이전에 소일시멘트로 복토한 후 굴착작업이 이루어진 대만고속철도 C240현장에 대한 사례 연구이다. 소일시멘트의 포틀랜드 시멘트 함유량은 $2\~4\%$이고, 1회 복토층의 두께는 $130\~250\;mm$ 범위가 되도록 시공하였다. 터널 굴착에 따른 소일시멘트 사면 및 터널내 최종 구조물인 콘크리트 라이닝에 대한 수치해석을 통해 안정성을 평가하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제7권4호
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• pp.335-341
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• 2005

대단변 NATM터널에서 지반자체로 막장의 안정을 유지하기 위해 분할굴착공법을 사용한다. 분할굴착을 해야 한다면 더 나은 응력 상태를 유지할 수 있는 분할굴착공법을 강구해야할 것이다. 따라서 본 연구에서는 터널의 단면분할 굴착공법 중 CD굴착 (중벽분할굴착)공법에서 굴착순서에 따른 응력분포를 수치해석적인 방법을 이용하여 검토하고, 막장주변의 응력집중을 최소로 하는 최적의 막장 이격거리와 굴착순서를 도출하였다. 해석에 사용한 프로그램은 국내에서 상용화되고 있는 3차원 연속체 해석 프로그램인 FLAC-3D Ver 2.1을 사용하였고, 암반등급 3과 5에 대해 막장거리 2m, 4m, 6m, ${\cdots}$, 20m, 40m를 적용하여 안정성 검토를 행하였다.