• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제8권4호
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• pp.545-552
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• 2020

본 연구에서는 터널 지보재로서의 역학적 성능을 충분히 발휘하면서 시공성 및 안정성을 보다 향상시키기 위한 목적으로 개발된 숏크리트용 섬유 그물망 일체형 터널 지보시스템의 지보 성능을 4점 굽힘 시험, 2차원 유한요소해석 및 단면 해석을 통해 평가하였다. 4점 굽힘 시험을 통한 휨 성능 평가 결과, 섬유 그물망 보강 숏크리트의 경우, 강섬유 보강 숏크리트와는 달리 섬유 그물망의 인장 성능이 발휘되면서 균열 이후에도 하중이 지속적으로 증가하는 결과가 나타났다. 또한, 지반 조건에 대한 터널 단면 구조 해석, 섬유 그물망 및 강섬유 보강 숏크리트의 단면 해석 결과, 섬유 그물망 보강 숏크리트의 타설 두께를 기존에 비해 감소시켜도 충분한 지보 성능이 발휘될 수 있는 것으로 나타났다. 추가적으로, 이와 같은 결과를 종합하여, 암반등급 3등급 지반 중 보다 높은 안정성을 요구하는 시공 구간에 효율적으로 적용될 수 있는 숏크리트용 섬유 그물망 일체형 터널 지보시스템의 지보패턴이 제안되었다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제24권3호
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• pp.267-278
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• 2012

본 논문은 신형식 사각 격지지보의 구조 성능 평가를 다룬다. 지금까지 NATM 공법을 이용한 터널 시공 시 콘크리트 라이닝 시공 전까지 터널 배면을 지지하는 구조체로서 H형 단면 강지보 및 삼각 격자지보가 주로 사용되었다. H형 단면 강지보는 동일 단면 높이를 갖을 때 삼각 격자지보보다 우수한 휨 성능을 보이지만, 단면이 복부판 및 플랜지로 구성되어 있어서 숏크리트 타설 후 콘크리트 라이닝 내부에 배면 공동이 많이 발생한다. 이를 해소하기 위해 개발된 삼각 격자지보는 숏크리트와 우수한 부착성을 보이나 부재와 부재 간 용접부에서의 파손이 빈번하게 발생한다. 이러한 문제점을 개선하기 위해 사각 격자지보가 개발되었고, 본 논문에서는 유한요소해석 및 하중재하실험을 통해 사각 격자지보의 구조 성능을 객관적으로 분석하였다. 해석연구에서는 강지보의 일반적인 성능평가방법인 4점 재하 휨 하중 해석을 수행하였고, 여기에 더하여 아치 해석을 통해 아치의 항복 하중 및 좌굴 하중 역시 검토하였다. 4점 재하 휨 하중 실험을 통해 사각 격자지보의 극한 상태 하중을 분석하였고, 기존의 격자지보에서 문제되었던 부재 간 접합부의 파손 여부를 검토하였다. 이렇게 해석 및 실험을 통해 신형식 사각 격자지보의 주요한 구조 성능을 평가하였고 이를 기존 격자지보와 비교하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.201-214
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• 2013

격자지보재는 기존의 H형강 지보재를 대체하여 현재 국내의 터널현장에서 널리 사용되고 있다. 그러나 격자지보재는 H형강 지보재에 비하여 강성이 떨어지며 이음부를 연결하는 용접에 만전을 기해야 한다는 단점이 있다. 이러한 문제를 개선하기 위하여 연결용 부재가 추가되고 용접부위를 편평하게 만든 개량형 격자지보재가 국내 기술에 의하여 개발되었다. 본 연구에서는 기존 격자지보와 개량형 격자지보에 대한 실내시험 및 현장계측을 수행하여 개량형 격자지보의 성능을 평가하였다. 실내 압축시험결과에 의하면 개량형 격자지보가 기존 격자지보에 비하여 약 16% 정도 큰 지지하중을 보였다. 현장 계측 결과에 의하면 개량형 격자지보가 기존 격자지보보다 강봉의 휨이 적게 발생하여 터널의 안정성 측면에서 더 우수하였다.

• 터널과지하공간
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• 제18권3호
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• pp.226-238
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• 2008

숏크리트의 지보성능을 보완하기 위해 사용되는 강지보재는 매우 효과적인 것으로 평가되지만 강지보재 종류별 성능이 파악되지 못하여 설계에 제대로 반영하지는 못하고 있다. 본 연구에서는 여러 가지 강지보재에 의해 보강된 숏크리트의 특성을 휨인성 시험을 통하여 파악하고, 그 결과를 수치해석에 반영하고자 하였다. 시험결과 철근보강 숏크리트는 H 형강이나 격자지보에 비해 지보능력이 다소 못 미치는 것으로 나타났는데, 이는 시험체가 휨인장 파괴를 유도하기에는 다소 짧아서 전단파괴가 발생하였기 때문인 것으로 나타났다. 수치해석을 이용한 안정성 해석 시 숏크리트와 강지보재를 별도로, 그리고 이들 복합체에 대한 등가물성을 구하여 각각 해석한 바 두 결과가 잘 일치하여 등가물성을 이용한 복합체 해석으로도 간편하게 강지보재의 효과를 모사할 수 있었다.

• 터널과지하공간
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• 제22권2호
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• pp.130-143
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• 2012

케이블볼트는 장공의 볼트가 필요한 경우나 대용량의 보조지보재로 사용되어졌으나, 지보능력의 상승과 다루기가 용이하다는 점에서 경쟁력을 갖추게 되었다. 다양한 연구로부터 얻어진 실험결과에 근거하여 길이와 고정조건을 변화시켜가며 케이블볼트의 성능을 수치해석적으로 분석하였다. 지보효과는 변위와 숏크리트 응력을 바탕으로 평가하였다. 케이블볼트에 긴장을 가하지 않고 그라우팅만 하였을 때에는 록볼트에 비해 지보효과가 떨어졌다. 그러나 긴장이 가해졌을 경우의 지보능력은 록볼트를 대신하기에 충분하였다. 케이블볼트의 긴장 후에 즉시 그라우팅을 시행하면 지보능력이 오히려 감소되지만 굴착면의 영향을 벗어난 후에 그라우팅을 수행하면 지보능력도 감소되지 않고 장기적인 안정성도 확보할 수 있을 것으로 판단되었다. 주 지보재로서 케이블볼트를 현장에 적용하기 위해서는 보다 다양한 조건에서의 실험실 시험과 현장 시험 등을 포함한 연구가 수행되어야 할 것이다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권5호
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• pp.459-470
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• 2014

최근 터널의 건설심도는 점차 깊어지고 길이 및 단면은 증가하는 추세를 보이고 있다. 따라서 굴착 직후 주변 지반의 지압에 대해 보다 높은 지보효과를 발휘하고 지표침하 억제효과가 있는 조기고강도 숏크리트에 대한 필요성이 증대되고 있다. 따라서 본 논문에서는 3차원 수치해석을 통해 조기고강도 숏크리트의 지보성능을 분석하여 실제 현장에서의 적용가능성을 높이고자 일반 숏크리트와 같은 지보효과를 발휘하는 조기고강도 숏크리트 라이닝의 두께를 추정하기 위해서 조기고강도 숏크리트 라이닝의 두께를 5단계로 변경하며 해석을 수행하여 지보성능을 분석하였다. 또한 숏크리트가 경화될 때까지 지반을 지지하기 위하여 설치하는 강지보재를 조기에 강도발휘가 가능한 조기고강도 숏크리트로 대체할 수 있는 가능성을 판단하였다. 수치해석 결과, 조기고강도 숏크리트는 지반조건이 불리할수록 지반변위 억제 효과가 증대되며 강지보재의 숏크리트 경화 전 지보효과를 보완할 수 있을 것으로 판단하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.357-367
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• 2017

강지보로 보강된 터널 숏크리트 라이닝은 그 기하학적 형태로 인해 외부하중이 작용됨에 따라 휨 모멘트와 축력이 동시에 발생하게 된다. 숏크리트는 축력 수준에 따라 휨 강성이 달라지며, 이로 인한 심한 비선형 거동을 보인다. 또한 강지보 유형에 따라 역학적으로 상이한 지보 성능을 가진다. 본 연구에서는 화이버 단면 요소(fiber section element)를 이용해 압축력과 휨 모멘트를 동시에 받는 강지보-숏크리트 라이닝의 비선형합성거동을 평가할 수 있는 수치모델을 제시하였고, 이를 활용해 강지보 유형에 따른 합성지보 성능을 수치적으로 분석하였다. 또한, 지반-구조물 상호작용을 구현하기 위해 지반의 연화(softening) 거동을 고려하여 수정된 hyperbolic 모델을 제시하였다. 제시된 수치모델은 기존 아치형 실험체의 하중실험 결과와 해석결과를 비교하여 검증하였으며, 수치해석을 통해 강지보 유형에 따른 라이닝의 합성거동을 분석하였다. 해석결과를 통해, 복철근 형태의 강지보가 기존 H형강과 유사한 극한 하중 지지력을 가지는 것을 확인하였다. 또한 강재량 증가가 잔류 지지력 향상에 크게 기여하였으며, 지보재 주변의 지반강성이 증가함에 따라 강지보 유형에 따른 최대 하중지지력 개선 효과는 작아짐을 확인하였다.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제17권4호
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• pp.93-102
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• 2018

차수용 박층 멤브레인은 폴리머로 구성된 재료로 기존 방수포(sheet membrane)를 대체할 수 있는 뿜어 붙이는 방식의 차수 재료이다. 시공에 있어서 뿜어 붙이는 방식을 사용하기 때문에 타설이 용이하고 상대적으로 높은 부착성능을 보인다. 차수용 박층 멤브레인의 배합은 영구 지보재로 쓰이는 TSL(Thin Spray-on Liner)와 매우 유사한 구성을 갖으나 적용 목적에 따라 차수와 지보재로 구분하고 있다. 본 연구에서는 차수용 박층 멤브레인의 차수 성능을 확보한 상태에서 구조적인 성능을 보강할 수 있도록 배합비를 조절하였다. 이를 검토하기 위해, 영구 지보재용 멤브레인 재료에 사용되는 성능 기준에 따라 시험을 수행하고 결과를 검토하였다. 시험결과 본 연구에서 고려한 차수용 박층 멤브레인의 구조적 성능은 영구 지보재로도 사용이 가능한 정도의 성능을 보였다.

• 터널과지하공간
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• 제25권3호
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• pp.293-302
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• 2015

박층 뿜칠 라이너(TSL)는 숏크리트와 철망을 대체하는 새로운 암반 지보재로서 고려되고 있다. 하지만 아직까지 TSL의 핵심 제작기술이 공개되지 않은 관계로 독자적인 TSL 개발이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에는 TSL의 개발을 위한 첫 번째 단계로서, 2가지의 경제적인 분말형 TSL 시작품 배합조건들을 도출하였고 이들을 액상 및 분말 재료가 혼합되는 2성분 외국산 TSL의 역학적 성능들과 실험적으로 비교하였다. 실험결과, 1가지 TSL 시작품 배합조건은 파괴 시의 신장률이 낮게 나타나 지보재로서의 활용이 어려운 것으로 나타났으나, 나머지 TSL 시작품 배합조건은 기존 외국산 TSL보다 큰 인장강도와 부착강도를 발현하는 등 우수한 성능을 나타내었으며 유럽 EFNARC(2008)의 모든 성능기준을 만족하여 지보재로서 활용이 가능한 것으로 검증되었다. 단, 외국산 2성분 TSL과 비교할 때 TSL 시작품의 연성을 추가적으로 향상시키기 위한 보완이 필요한 것으로 나타났다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제8권1호
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• pp.72-78
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• 2020

본 연구에서는 그물망 형태의 터널 지보용 섬유 및 섬유 그물망 지보재용 숏크리트를 포함하는 터널 지보용 섬유 그물망 지보재와 지보재간의 일체화 기술로 구성된 숏크리트용 섬유 그물망 일체형 터널 지보시스템을 개발하였다. 또한, 개발된 터널 지보시스템의 현장 적용성을 평가하고 강섬유 보강 숏크리트의 성능과 비교하기 위하여, 터널 모사 구조물을 대상으로 부재 실험(mock-up test)이 수행되었다. 그 결과, 굵은 골재가 포함된 숏크리트(S20A5RP10-C)의 경우 섬유 그물망과의 부착성능 저하로 인해 2차 숏크리트가 시공 도중 탈락됨으로써 과도한 리바운드율이 발생되었으며, 강섬유 보강 숏크리트의 경우 강섬유의 뭉침 현상 및 압송성 저하로 인해 숏크리트의 타설량이 목표치에 미치지 못하였다. 한편, 본 연구를 통해 개발된 모르타르 숏크리트(S20A5RP10-M)의 타설량 및 섬유 그물망의 설치 위치가 목표치에 거의 근접하였으며, 강섬유 보강 숏크리트에 비해 낮은 리바운드율이 발생하였다.