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수치해석적 방법을 통한 저토피 및 암질불량구간의 터널 안정성 검토 (Stability of Tunnel under Shallow Overburden and Poor Rock Conditions Using Numerical Simulations)

  • 김정국;김희수;반호기;김동규
    • 한국지반환경공학회 논문집
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    • 제22권11호
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    • pp.39-47
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    • 2021
  • 우리나라는 국토 전체 면적 중 70% 이상 산악지형으로 철도공사 시 주행성능 확보를 위해 터널 공사가 매년 증가하고 있다. 터널공사가 증가함에 따라 터널굴착 방법 또한 다양해지고 있다. 굴착부의 지반이 풍화암으로 구성되어있으면 다양한 터널굴착 공법이 적용될 수 있지만 굴착부가 파쇄대를 지나거나 저토피의 계곡부를 지나는 경우 터널 굴착 시 붕괴의 위험성을 지니고 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 지반에서의 보강공법을 제시하고자 저토피 및 암질불량구간의 굴착 중인 대표터널을 선정하였다. 수치해석은 암질불량구간일 때 강관을 미적용한 경우와 적용한 경우, 저토피 구간일 때 터널 상부에 고화토를 성토한 경우 강관보강을 적용하여 수치해석을 통해 안정성 분석을 수행하였다.

하수처리수의 방류를 받는 하천감조부에서의 N2O생성 (Production of Nitrous Oxide in Tatara Estuary Receiving Treated Wastewater)

  • 이승윤
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제42권8호
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    • pp.631-641
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    • 2009
  • 본 연구는 부영양화되어 있는 하구감조역에서의 $N_2O$생성과 거동을 파악하는 것을 목적으로 도시역에서의 N2O발생에 착안하여 그 중에서도 인위적 임팩트가 크다고 판단되는 하수처리수 생활폐수 등이 유입되는 도시하천감조역을 대상으로 현지 정점조사를 실시하여 수역의 사계절에 걸친 각 질소성분의 농도변화와 flux를 상세히 파악하고 저질간극수 중의 연직분포를 측정하였다. 그 결과, 완혼합이고 염수쐐기설(楔)가 형성되는 Tatara천(川)에서 하수처리수는 해수의 혼합형태의 영향을 크게 받고 고농도수괴(水塊)로서 표층을 이동하고 있으며, 이 수역의 질소변환기구 및 $N_2O$생성과정에 큰 영향을 미치고 있는 것이 밝혀졌다. 이 수역에서 관측된 $N_2O$농도는 1.8-20.9 $\mu M$로서 대기중의 포화농도와 담수중의 포화농도를 고려하면 항상 포화농도상태이며, 주발생원은 수역저토였다. 저질간극수 중의 각 질소성분의 농도분포는 호소와 인근해역에서의 분포와는 달리 분자확산 이외의 수송경로가 있다는 것이 시사되었다.

터널 갱구부 저토피 및 관통부 변경에 따른 안정성 검토 사례 연구 (A Case Study of Tunnel Stability due to the Shallow Shaft and Change Penetrating Location)

  • 이사익;최영철;정우용;김국한;김동인
    • 터널과지하공간
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    • 제23권2호
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    • pp.87-98
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    • 2013
  • 국토의 70%가 산지인 우리나라는 도로건설 등에 필요한 토지가 매우 부족할 뿐만 아니라 환경에 대한 국민들의 관심이 고조되어 터널 시공이 증가하는 추세이다. 남해고속도로 냉정~부산간 확장공사 대동1터널 시공 시 계곡부 위치 및 갱문 이격으로 저토피가 발생하였고, 민원 등으로 착공이 지연되어 관통부 변경이 불가피하였다. 이에 다중TSP를 적용하여 관통부 위치를 변경하였고 안정해석을 실시하였다. 해석결과 터널의 안정성에 문제가 없는 것으로 나타났으며, 시공 중 추가적인 안정성을 확보하고자 계측기 설치 및 기계굴착, 저토피 구간 추가 보강, 반단면 굴착을 실시하였다.

이완하중을 받는 터널라이닝의 거동분석 (Analysis of Tunnel Lining Behavior under Tunnel Load)

  • 박정진;김도현;정상섬
    • 한국지반공학회논문집
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    • 제28권8호
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    • pp.79-88
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    • 2012
  • 본 연구에서는 Terzaghi 수정표, Terzaghi 이론식과 본 논문에서 제안하고자 하는 지반-라이닝 상호 작용(Groundining Interaction) 모델을 적용하여 다양한 암반등급, 토피고 및 측압계수($K_0$)의 변화에 따라 콘크리트 라이닝에 작용하는 이완하중의 영향을 비교분석 하였다. 본 연구 결과, Terzaghi 수정표는 토피고와 측압계수의 영향을 반영할 수 없었으며 Terzaghi 이론식은 토피고와 측압계수의 영향은 적으며 연암 및 토사지반에서만 적용이 가능하였다. 지반-라이닝 상호작용(G.L.I) 모델은 다양한 암반등급에서 적용 가능할 수 있었으며 토피고와 측압계수의 영향까지도 고려할 수 있었다. 특히, G.L.I 모델은 Terzaghi 방법에 비해 풍화토 지반에서 최대 약 30% 정도의 이완하중 감소효과가 있었으며, 특히 40m이하 저토피와 측압계수 1.0이상일 경우 효과가 높았다.

풍화파쇄대에서 발생하는 터널 붕락 유형 연구 (A Study on the Pattern of Tunnel Collapse in Weathered Rockmass)

  • 김낙영;박영호;심재원;박용석
    • 한국지반환경공학회 논문집
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    • 제10권1호
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    • pp.55-61
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    • 2009
  • 국토의 70%가 산지인 우리나라는 최근들어 도로터널 건설이 급증하고 있다. 본 논문에서 최근 풍화파쇄대 구간에서 흔히 붕락되는 터널 붕락 유형을 분석하였다. 터널붕락 유형을 분석한 결과, 과거와는 붕락 유형이 다른 양상을 보이고 있는것을 분석되었다. 과거의 터널 붕락 유형은 저토피고 구간 계곡부에서 강우 직후, 터널굴착 주변 지반의 전단강도 감소로 인하여 국부적인 붕락이 발생하였으나 최근의 붕락 유형을 조사해 보면 대심도 구간에서 또는 굴착후 1차 지보재를 설치한후, 붕락이 발생하고 있다. 또한 지반조건이 전반적으로 매우 연약하여 적절한 지보가 설치되지 못하여, 막장 후방에 위치한 숏크리트에 과다한 균열 발생, 또는 국부적인 붕락이 발생하고 있는 경우가 종종 발생하고 있다. 본 논문에서는 최근에 발생되었던 터널 붕락 사례 분석을 통하여 붕락원인과 보강공법에 대하여 조사분석을 실시하였다.

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남강댐의 운영수위와 버들류 군락의 상호관계 (Correlation between Salix Communities and Water level in Namgang-Dam)

  • 정혜련;김기흥
    • 한국수자원학회:학술대회논문집
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    • 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
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    • pp.767-771
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    • 2012
  • 남강댐은 평지에 위치하여 댐 높이가 낮고 댐운영 수위의 편차가 작기 때문에 계획홍수위 아래 완경사 비탈면이 갈수기인 3월부터 5월 사이에 장기간 노출되어 5월 전후에 발아하는 식생 특히, 버들류가 이입, 성장하여 대규모 군락을 이루고 있다. 현재 형성된 대규모의 버들류 군락은 댐수질을 악화시킬 뿐만 아니라 자기솎음질(self-thinning)에 의해 고사한 버들류의 유목으로 인하여 댐운영에 많은 애로를 초래하고 있다. 본 연구에서는 버들류 군락 형성과 댐운영수위와의 상관관계를 도출하여 버들류를 적절하게 제어할 수 있는 댐운영 방안을 마련하기 위한 기초자료로 활용하고자 하였다. 따라서, 버들류의 이입시점을 명확히 파악하기 위하여 현재의 남강댐 건설 직후인 1979년, 2003년 2010년의 항공사진과 수심측량에 의한 지형도를 이용하여 버들류 군락의 확장 경향을 분석하였다. 또한, 버들류의 이입시점을 명확히 파악하기 위하여 방형구를 설치하여 버들류의 밀도 및 흉고직경을 조사하고, 성장추에 의한 수령을 조사, 분석하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 남강댐 연안대에 분포하는 버들류는 총 17종이며, 출현빈도가 높은 종은 선버들(Salix nipponica), 버드나무(Salix nipponica), 왕버들(Salix gracilistyla), 등으로서 선버들(Salix nipponica)이 우점종인 것으로 조사되었다. 남강댐 연안대에 분포하는 버들류의 수령을 조사한 결과 수령은 약 9년~10년, 흉고직경 10~15cm, 수고 7~8m인 것으로 조사되었다. 댐운영수위와 버들류의 수령을 분석한 결과 2002년 5월 댐수위 38.5~41.0m 일 때 연안대의 수면부근에서 1단계로 이입, 정착한 것으로 보이며, 2004년 및 2005년 5월경에 댐수위 36m일 때 2단계로 이입, 정착하여 현재 대규모 군락을 형성한 것으로 추정된다. 남강댐 버들류 군락의 형성은 버들류의 발아기에 댐수위 부근의 습지에서 발아환경이 최적인 온도와 저토환경에서 일시에 이입, 성장한 것으로 보인다. 따라서, 남강댐과 같이 평야부에 위치한 댐에서 댐운영 및 댐수질에 영향을 미치는 버들류를 제어하기 위해서는 버들류의 발아기에 댐운영 수위를 최대한 높여 현재의 버들류 군락에 의하여 발아, 성장이 불가능하도록 하거나 아니면 댐운영 수위를 낮추어 발아해도 홍수기 동안 장기간의 침수에 의하여 고사되도록 하는 댐운영 방안을 마련해야 할 것이다.

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연화모델을 이용한 저토피 NATM 터널의 변형거동의 예측 (Prediction of Deformation Behavior of a Shallow NATM Tunnel by Strain Softening Analysis)

  • 이재호;아쿠타가와 신니치;김영수
    • 한국지반공학회논문집
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    • 제23권9호
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    • pp.17-28
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    • 2007
  • 도심지 지하 터널은 주변 구조물의 존재 하에서 미고결성 저토피고 지반에 건설되는 경우가 많기 때문에 일반 산악 터널이나 대심도 암반층에 건설되는 지하공동과는 달리 터널 주변의 지반 변위, 지표면 침하와 기울기가 터널 설계의 주요인자가 된다. 본 논문은 도심지 NATM 터널의 변형거동에 대한 합리적 해석 방법의 확립을 위한 연구로서 변형률 연화 모델을 이용한 수치해석적인 방법을 통하여 굴착에 따른 지반 평가와 거동 예측을 수행하였다. 적용되어진 변형률 연화모델은 지반이 항복후 전단변형률의 증가에 따른 전단강성와 강도정수의 저하를 고려한 것이다. 현장 계측 결과는 시공중 설계물성치의 재설정에 이용되어졌다. 연화모델의 결과와 현장 계측값과의 비교에서 적용되어진 모델이 지표 침하, 기울기, 지중 침하 및 지중 수평변위의 변형 양상을 어느 정도 재현될 수 있음을 알 수 있었다. 본 논문에서 제안된 모델을 토대로 시공조건이 엄밀한 도심지 터널의 변형거동에 정량적인 평가 및 예측이 가능할 것으로 기대된다.

반개착식으로 굴착한 천층터널에서 Braced Rib Arch의 거동 (Behavior of Braced Rib Arch in Shallow Tunnel Excavated by Semi-Cut and Cover Method)

  • 안정환;이상덕
    • 한국터널지하공간학회 논문집
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    • 제11권4호
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    • pp.419-425
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    • 2009
  • 최근에 저토피 및 터널 갱구부에 반개착식 공법을 적용하여 구조적인 안전성과 자연친화성을 높인 사례가 증가하고 있다. 반개착식 공법은 저토피구판에시 원지반을 터널 천단아치에 해당하는 기초까지만 굴착하고 아치형 구조달을 설치하여 복토한 후에 터널하반을 굴착하여 기존 개착공법에서 발생되는 지반 과다절취에 따른 대절토 비탈면 발생과 굴착면 보강에 따른 고비용과 불안정성 증대 문제를 해결할 수 있는 공법이다. 본 논문에서는 저토피 구간에서 반개착식으로 굴착한 Braced Rib Arch의 거동에 대하여 연구하였다. 아치형구조물의 Rib Arch는 지간이 1.8 m인 아치형 강재를 간격재는 목재를 사용하였으며 1:10의 축척으로 4.0 m(폭)$\times$3.3 m(높이)$\times$4.0 m(연장)의 크기를 가진 대형토조에서 실험을 수행하였다. 모형실험결과 아치형 구조물에 작용하는 성토하중은 기존 개착터널에서 사용하는 하부구조물의 폭에 해당하는 상부토체의 크기보다 작은 것으로 나타났다.

남강 유역에서 환경 구배에 따른 버드나무속의 분포와 생태적 지위 (Distribution and Community Structure of Salix Species along the Environmental Gradients in the Nam-River Watershed)

  • 이인순;이팔홍;손성곤;김철수;오경환
    • The Korean Journal of Ecology
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    • 제24권5호
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    • pp.289-296
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    • 2001
  • 버드나무속(Salix)을 대상으로 각 종별 생태적 지위폭, 생태적 지위 중복역 및 분포에 미치는 환경 요인을 규명하기 위하여 2000년 7월부터 9월까지 남강 유역에서 버드나무속의 군집 구조, 종조성, 저토 환경 등을 조사하였다 조사지역에 출현한 버드나무속 11분류군의 기저직경을 토대로 상대우점도에 따라 구분한 우점종은 버드나무였고, 그 다음으로 선버들, 갯버들, 왕버들 등의 순이었다. 저토 환경은 pH 5.3∼6.3, 전기전도도 14∼351 μmho /cm, 함수량 0.1∼3.4%, 유기물량 0.5∼7.3%, 총질소량 0.01∼0.2%, 유효인량 0.1∼0.4 mg/100g, 점토 1.7∼22.0%, 미사 0.2∼40.8%, 모래 39.7∼98.0% 등이었고, 조사지점의 해발고도는 20∼620 m 그리고 연평균기온은 9.3∼13.0℃ 등의 범위이었다. 토성의 차이를 자원 상태의 차이로서 취급하여 정량화한 생태적 지위폭은 왕버들이 0.77로서 가장 넓었고, 버드나무 0.69, 선버들 0.54 등의 순이었다. 종간 경쟁의 정도를 나타내는 생태적 지위 중복역은 키버들과 개키버들이 0.94로서 가장 높았고, 눈갯버들과 키버들 0.92, 눈갯버들과 개키버들 0.87등의 순이었다. 버드나무속 11분류군과 11가지 환경요인과의 상관관계를 분석한 결과, 갯버들은 전기전도도, 함수량, 총질소량, 점토, 미사, 연평균기온 등과 음의 상관을, 모래 및 해발고도와는 양의 상관관계를 보였다. 눈갯버들은 전기전도도, 함수량, 유기물량, 점토, 미사, 연평균기온 등과 음의 상관을, 총질소량, 모래, 해발고도 등과 양의 상관관계를 보였다. 선버들은 모래 및 해발고도와 음의 상관을, 함수량, 총질소량, 점토, 미사, 연평균기온 등과 양의 상관관계를 보여 갯버들과는 반대의 결과를 보였다. 남강 유역에서 버드나무속의 분포에 영향을 미치는 환경요인은 저토의 토성, 함수량, 총질소량, 해발고도 및 연평균기온이었다.

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박실늪의 식생 구조와 환경 요인 (Vegetation structure and environmental factors in Paksil-nup Wetland, Hapcheon)

  • 김철수;이팔홍;손성곤;오경환
    • 한국습지학회지
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    • 제2권1호
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    • pp.31-40
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    • 2000
  • 자연늪의 육상화 과정에서 자연늪의 환경과 식물 군집의 특징을 구명하고자 경상남도 합천군 황강변에 위치한 박실늪에서 1990년 8월부터 1998년 9월까지 식물상, 식생 구조 및 저토 환경 요인을 조사한 결과는 다음과 같다. 퇴적에 따른 수평적 저토 환경은 pH 4.36~4.34, 전기전도도 $19.0{\sim}1260.0\;{\mu}mho\;cm^{-1}$, 유기물량 0.01~6.35%, 총질소량 0.001~0.14%, 유효인량 0.01~0.31 mg/100g, 치환성 칼륨 1.01~13.98 ppm, 치환성 칼슘 16.75~143.80 ppm, 치환성 마그네슘 0.93~14.85 ppm, 치환성 나트륨 0.21~3.86 ppm 등이었고, 입경 조성은 모래 13.0~93.3%, 미사 5.4~71.7%, 점토 0.5~37.5% 등으로서 조사 지소에 따라 차이가 있었다. 조사 지역에서 채집된 수생 및 습생 관속식물은 72과 182속 223종 36변종 2품종 총 261종류였다. 이들은 Sculthorpe (1967)의 생활형으로 분류한 결과 수생식물은 45종류로 그 중 정수식물이 27종류 (60%), 침수식물 8종류 (18%), 부수식물 6종류 (13%) 및 부엽식물 4종류 (9%)의 순이었고, 습생식물은 216종류였다. 교목과 관목층의 중요치는 선버들, 왕버들, 키버들 등의 순이었고, 초본층에서는 마름, 고마리, 달뿌리풀, 부들, 나도미꾸리낚시, 줄 등의 순이었다. 식생의 군총 분석 결과 7종으로 구성된 조하대 군총과 19종으로 구성된 진연안대 군총으로 뚜렷하게 구분되었다. 군집 분류에 의해 7개 군집으로 분류되었으나, 대응분석에 의한 식분 서열 분석 결과와는 일치하지 않았으며, PCA 분석 결과 이들의 분포에 영향을 주는 환경 요인은 고도 경사, 즉 수심 및 조토의 입경이었다.

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