• 대한토목학회논문집
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• 제26권5C호
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• pp.359-368
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• 2006

시공후 터널의 거동에 영향을 주는 대표적인 인자들로 시간에 따른 투수상태와 지반의 장기거동을 들 수 있다. 본 연구에서는 이러한 인자들과 관련된 터널거동을 분석하기 위한 수치해석모델을 개발하고 터널이 겪을 수 있는 다양한 시공 후 하중 조건에 대하여 수치해석을 수행하였다. 터널 변상에 대한 영향인자와 터널거동의 메카니즘을 파악하기 위해 가능한 모든 변상 발생 시나리오를 구성하였으며, 부직포의 투수계수, 수위상승, 장기적인 이완하중과 과발파로 인한 손상 등 터널의 시공 후 장기 변상에 관련된 인자들이 조사되었다. 시공 후 터널 변상 발생 시나리오는 터널형식과 그에 따른 하중 메카니즘에 따라 크게 두 가지로 구분할 수 있음을 알 수 있었다. 토사터널에 대해서는 투수상태와 관련된 거동이 주요 변상의 원인으로 분석되었으며 배수재의 투수계수 저하와 수위상승에 의한 영향에 대해 분석하였다. 암반 터널에서는 암반의 점소성 거동을 분석하였고 암반의 이완과 크립에 의한 장기적인 이완하중의 영향에 대해 연구하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2005년도 지반공학 공동 학술발표회
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• pp.570-580
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• 2005

NATM 터널에 작용하는 토압(이완하중)의 크기는 지형조건, 지질조건등에 따라 다르므로 정량적으로 산정하기에는 다소 어려움이 있으며, 실무적으로 Terzaghi(1946)가 제안한 암반의 이완하중을 적용하고 있다. Terzaghi 암반이완하중은 지형상 저토피, 편경사등을 고려하기에는 다소 무리가 있고 특히, 설계시 시공중 공용후 터널에 편토압이 작용한다고 예측하는 것은 더욱 어렵다고 할 수 있다. 본 연구에서는 저토피 편경사지형에서 터널의 문제점 보강대책방안에 대하여 종합 검토하였으며, 실제 지형상 저토피, 편경사를 이루나 암질이 양호하다고 판단되어 아칭 효과를 기대할 수 있을 것으로 예상되는 터널이 굴착과정중 설계시 추정된 지반조건과 상이하여 터널지보재(숏크리트)의 균열 및 이상 변위가 발생된 터널에서 보강대책방안으로 인버트폐합을 실시하여 안정된 터널굴착을 할 수 있었던 사례를 소개하고 저토피 편경사 지형에서 NATM 터널의 설계 시공시 유의사항에 대하여 검토하였다.

• 터널과지하공간
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• 제14권5호
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• pp.381-390
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• 2004

본 연구에서는 터널간 이격거리, 지반종류, 하중조건 등이 서로 다른 11가지 쌍굴터널 모형에 대한 축소모형실험을 통하여 터널 주변지반의 변형거동을 조사하였다. 이를 위해 모래, 석고, 물의 중량비를 달리한 모형재료에 대한 물성 실험을 통해 모형재료의 특성을 연구하였다. 쌍굴터널 사이의 이격거리가 좁은 모형일수록 낮은 압력 수준에서 균열이 개시되었고 필러의 spatting현상도 잘 발달하였으며 터널의 내공변형량도 증가하였다. 경암모형은 연암 모형에 비해 평균 50% 이상 큰 하중에서 균열이 개시되었고 동일 하중하에서 내공변형량도 2배정도 작게 나타났다. 모형터널의 파괴 및 변형양상은 측압 하중조건에 따라 매우 상이하게 나타났으며, FLAC을 사용한 수치해석 결과는 모형실험의 결과와 정성적으로 부합하였다.

• 터널과지하공간
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• 제12권2호
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• pp.107-114
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• 2002

터널 2차라이닝은 지반하중의 합리적인 산정기준의 부재와 보수적 경향의 지반이완하중법이 적용되고 있기 때문에 과다한 경향으로 보강되고 있는 실정이다. 2차라이닝에 고려되는 주요하중으로는 지반이완하중과 수압을 들 수 있으며, 배수터널의 경우에는 지반하중이 가장 큰 하중이 된다. 터널 주변 지반에 별도의 외력이 작용하지 않는다면, 2차라이닝에 작용하는 하중의 직접적인 원인은 1차지보재의 지지력 저하이다. 따라서, 2차라이닝의 설계시에는 지반과 1차지보재와의 상호작용을 고려한 합리적인 해석방법이 요구된다. 본 논문에서는 단순한 질량-스프링 모델을 통하여 지반-1차지보재-2차라이닝의 상호작용을 개념적 모델로 설명하였으며, 이를 원형터널에 대한 이론해석을 통하여 지반-1차지보재-2차라이닝 의 상호작용에 대한 하중전이 특성을 입증하였다. 그리고, 복잡한 터널해석조건에 대한 본 모델의 적용성을 검토하기 위하여 수치해석법의 적용성을 검증하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권5호
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• pp.761-778
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• 2017

도시 내에서 기반시설을 확충하기 위해 지하공간의 활용이 급증하고 있으며, 이에 따라 얕은터널의 수요가 늘고 있다. 도시 내 얕은터널은 자체 안정성 뿐만 아니라 상부 건축물과 터널 주변 지중매설물의 안전성도 확보해야 하는 특성이 있다. 지금까지 얕은터널에 대한 연구는 천단부나 측벽부 등 국부적 변형에 따른 주변지반 거동에 집중되었고 터널 전체의 변형에 따른 주변지반의 거동을 연구한 예가 거의 없다. 따라서, 본 연구에서는 터널 전체의 변형에 의해 발생되는 주변지반 거동의 모형시험을 수행하여 분석하고 그 안정성을 검토하였으며, 이를 위해 터널 상부지표의 경사와 토피별로 구분하여 모형시험을 수행하였다. 모형터널(폭 300 mm, 높이 200 mm)은 도로 2차선 터널 단면을 기준으로 수직 수평방향으로 동시에 내공변위가 일어나도록 제작하였으며, 모형지반은 3가지 규격(직경 4 mm, 6 mm, 8 mm)의 탄소봉으로 조성하였고, 터널 전체를 변형시키면서 터널 토피와 상부지표의 경사에 따른 지표침하, 천단하중, 측벽하중, 하중전이를 측정하였다. 그 결과 얕은터널의 지표침하는 터널상부에서 가장 크게 발생하였고, 터널에서 멀어질수록 감소하여 일정영역을 벗어나면 발생하지 않았으며, 경사지에서는 토피가 높은 곳의 지표침하가 넓게 나타났다. 천단하중과 측벽하중은 지표경사의 영향이 뚜렷하였으나 토피가 일정깊이 이상이면 지표경사의 영향을 받지 않았다. 터널의 하중전이는 수평지표에서는 토피가 높을수록, 경사진 지표에서 지표가 높을수록 하중전이 폭이 넓고 크기가 작게 나타났으며, 경사진 지표 하부 얕은 터널에서는 토피가 낮은 쪽의 터널 측벽부 주변 하중전이가 뚜렷하게 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제13권3호
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• pp.215-231
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• 2011

본 논문에서는 연직 불연속면을 포함하는 지반에서 얕은 심도 2-arch 터널 굴착에 따른 거동특성을 실험적으로 연구하였으며, 2-arch 터널 굴착에 따른 필러부 하중전이 특성을 관찰하였다. 연직 불연속면의 위치를 변화시키고, 2-arch터널 시공단계별로 모형실험을 수행하였다. 실험결과, 2-arch 터널 굴착에 따른 이완하중이 불연속면이 위치한 곳에 집중되었고, 불연속면에 차단되어 불연속면을 넘어서까지 하중이 전이되지는 않았다. 또한 인접한 터널의 하반을 굴착할 때보다 상반을 굴착할 때에 필러부와 지반변형에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

• 한국암반공학회:학술대회논문집
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• 한국암반공학회 2007년도 특별심포지엄 논문집
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• pp.365-374
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• 2007

본 논문은 터널의 지반-지보재 상호 거동을 규명하기 위한 연구로서 주지보재인 숫크리트의 균열, 파괴하중 및 변형거동을 실물크기의 갱도모형실험을 통해 확인하고 3차원 수치 해석을 실시하여 각각의 결과를 비교 검증하였다. 갱도모형 실험은 실제 터널과 유사한 크기의 터널을 제작하여 11개 실린더에서 측압조건에 따라 하중을 가하여 실험을 수행하였다. 3차원 수치해석 모델링은 갱도모형실험과 가능하면 같은 조건으로 해석하기 위하여 모형실험으로부터 로드셀 및 LVDT를 통해 얻은 하중-변위곡선이 수치해석 시에도 재현되도록 하여 수행되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제14권4호
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• pp.309-320
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• 2012

본 논문에서는 곡률이 각기 다른 곡선터널 내 단독주행 통과차량에 의하여 발생하는 풍하중으로 인한 강재터널 라이닝의 동적거동에 대하여 분석하였다. 뒷채움이 없는 경우, 라이닝의 여유 공간에 대한 검토를 위하여 터널라이닝의 동적거동은 우선적으로 이루어 져야 한다. 풍하중의 영향을 보다 쉽게 파악하기 위하여 강재라이닝을 대상으로 하였으며 풍하중은 압축 및 흡인력으로 단순화시켜 모형화 하였다. 직선터널에 비해 곡선터널의 변위는 곡률반경이 작아질수록 작게 나타나며, 이는 곡률반경이 작을수록 변형형태의 비대칭성이 작아져 터널라이닝에 작용하는 변형에 대한 강성이 높아지는 것으로 판단된다. 또한, 주행속도가 증가할수록 응답변위도 증가하는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제20권5호
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• pp.369-377
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• 2010

근접굴착 시 기존터널의 안정성을 확보하는 방안을 연구하였다. 흙막이벽체의 수평변위가 생기지 않도록 선행하중을 가하였다. 이를 위해 선행하중을 가하지 않은 경우와 선행하중을 가한 경우에 대해 실대형 시험을 실시하였다. 지표면에 건물하중이 없는 경우와 건물하중이 있는 경우(0 m, 1D, 2D)에 대하여 각각 실험을 실시하였다. 그 결과 선행하중을 적용시켜 흙막이벽체의 변위를 억제시켰을때 벽체배면에 있는 기존터널의 안정성이 크게 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 본 논문에서는 흙막이벽체와 기존터널의 거동에 대하여 연구하였다. 기존터널은 지름 12 m를 사용하였으며 1:10의 축척으로 2.0 m(폭) ${\times}$ 6 m(높이) ${\times}$ 4.0 m(길이)의 크기를 가진 대형토조에서 실험을 수행하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권11호
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• pp.5-14
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• 2007

본 연구에서는 2-Arch 터널의 중앙벽체 작용하중 산정에 쓰여지는 Matsuda의 제안식을 검토하여 문제점을 분석하였으며, 현장지반조건을 반영하는 설계정수 산정을 위해 수치해석을 수행하여 Matsuda의 제안식에 계수 ${\alpha}$를 제안하여 2-Arch 터널 중앙벽체 작용하중을 재산정하였다. 지반+중앙벽체의 수치해석 결과, 중앙벽체 시공 후 선행터널 굴착에 의해 중앙벽체는 편측으로 응력이 집중되는 현상을 보였으며 터널 굴착 완료 후 중앙벽체 응력과 비교해 암반이 불량한 경우 최대 86.5%의 응력이 불균등하게 국부적으로 발현되었다. 주변지반의 특성에 따른 중앙벽체 작용하중을 수치해석으로 검토한 결과 제안식에 비해 $14{\sim}83%$의 하중이 감소되었으며, 이를 바탕으로 하중감소계수(${\alpha}$)를 산정하였다. 향후 2-Arch 터널 설계 시 하중감소계수(${\alpha}$)를 전용하면 2-Arch 터널 중앙벽체 구조물의 과다 설계를 피하고 안정성 및 경제성을 확보할 수 있을 건으로 판단된다.