• 터널과지하공간
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• 제19권6호
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• pp.479-489
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• 2009

터널 굴착시 굴진면 전방의 지반상태를 사전에 파악하는 것은 터널의 안정성을 증가시킴과 동시에 시공성을 향상시켜 경제적인 터널 시공을 할 수 있도록 한다. 이에 본 연구에서는 터널 천공시 획득되는 천공데이터를 이용하여 굴진면 전방의 암반강도를 예측하고자 하였다. 이는 암반강도가 현장에서 암반분류 및 지보패턴 설계 등의 핵심인자로 가장 보편적으로 활용될 뿐만 아니라, 암반강도의 변화를 통해 굴진면 전방의 지반상태 변화를 예측하는데도 활용할 수 있기 때문이다. 이를 위해 본 연구에서는 다양한 강도 특성을 보이는 균질한 암석시험편을 대상으로 착암기 종류를 변화시켜가며 천공실험을 수행하였다. 실험결과 천공속도는 다른 천공데이터들과 착암기의 종류 및 암석의 강도에 따라 고유한 값을 보이는 것으로 나타났다. 또한, 동일한 암석에 대해 천공시 타격압이 증가하면 천공속도는 선형적으로 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 본 연구에서는 터널 시공 현장에서 착암기의 제원, 현장 계측 데이터 및 천공속도와 암반강도의 상관관계를 이용하여 터널 굴진면 전방의 암반강도를 예측할 수 있는 방안을 제안하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.487-497
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• 2016

터널을 굴착하면 굴진면 주변지반은 응력이 해방되고, 해방된 응력이 주변지반으로 재분배 되어 터널주변지반의 응력상태와 터널지보공에 작용하는 하중이 변한다. 굴진면에 변위가 발생하면 굴진면 전방지반이 이완되고 굴진면에 작용하는 토압은 감소하며, 변위가 일정한 크기 이상 커지면 굴진면 전방지반이 파괴상태에 이른다. 이때에 터널의 종방향으로 하중전이가 발생하며, 토피고나 굴진면의 변위정도에 따라 그 경향이 다르다. 굴진면 파괴에 따른 터널 종방향 하중전이에 대해서는 연구된 사례가 있으나, 굴진면 변위와 종방향 하중전이를 결부시켜서 연구한 사례는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 토사터널에서 모형실험을 수행하여 굴진면이 과다변위로 인해 파괴됨에 따른 종방향 하중전이의 특성을 파악하였다. 즉, 정지토압 상태에서 시작하여 굴진면의 변위가 진행됨에 따른 터널 종방향 하중전이를 모형실험을 수행하여 측정하였다. 연구 결과, 종방향 하중전이는 굴진면 변위 초기에 대부분이 발생하고 굴진면 변위가 한계변위에 근접할수록 완만한 기울기로 한계치에 수렴하였다. 즉, 종방향 하중전이는 굴진면 전방지반이 아직 탄성상태일 때 급격히 증가하였고, 지반이 한계상태에 근접하면 완만하게 증가하는 경향을 나타내었다. 굴진면에서 변위에 의한 토압감소와 터널 종방향 하중전이는 같은 추세로 발생하는 것을 알 수 있었다.

• 지질공학
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• 제26권2호
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• pp.187-196
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• 2016

터널 굴진면에서 측정된 수평 변위를 이용하여 터널 굴진면 전방에서의 단층대 예측을 검토하기 위하여 총 28개 단층모델을 대상으로 3차원 유한요소해석을 실시하였다. 그리고 터널 굴착에 의해 발생하는 수평변위를 x-MR (moving range) 관리도 기법을 이용하여 정량적으로 분석하여 굴진면 전방에 분포하는 단층의 존재를 예측하였다. 단층대는 단층점토 및 단층각력, 단층 손상대로 구분하여 모델링하였으며, 단층핵의 폭은 1 m (단층점토 0.5 m, 단층각력 0.5 m), 단층 손상대의 폭은 2 m로 설정하였다. 분석 결과, 굴진면으로부터 약 2~26 m 전방에서 단층의 예측이 가능하였고, 5개의 측정지점에서 대부분 경사 45°인 경우 예측이 가장 빠른 것으로 나타났다. 또한 굴진방향과 단층면 사이의 각도가 작을수록 예측 가능시점이 빠른 것으로 분석되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권5호
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• pp.855-867
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• 2018

터널 굴진면 전방에 연약대가 존재할 때에는 종방향 아칭에 의해서 굴진면 직전영역에 응력이 증가되어 터널의 안정성이 영향을 받는다. 따라서 굴진면 전방에 연약대 존재 여부 및 연약대의 특성을 파악하여 이에 대한 대비책을 마련하는 것이 중요하다. 굴진면 전방 연약대의 예측 방법은 물리탐사 및 수치해석적 방법과 터널지보 및 보강방안에 대한 연구는 많이 이루어 졌으나 굴진면 전방 연약대의 폭과 이격거리에 따른 이완영역에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 굴진면 전방에 연약대 존재 시 연약대의 폭과 이격거리에 따른 이완영역에 대하여 실내모형실험을 통해 규명하였다. 모형시험기에 주문진 자연사를 이용하여 함수비 3.8%로 모형 원지반을 조성하였으며 모형 연약대는 모형 원지반과 같은 자연건조 상태의 주문진 자연사를 샌드커튼 방식으로 강사하여 조성하였다 연약대 폭과 굴진면과 연약대 간 이격거리를 변화시키며 실험을 수행하였다. 모형시험기는 상하반단면 굴착이 구현 가능하도록 제작하였으며, 토조 바닥에 로드셀을 설치하고 지표에 변위계를 설치하여 터널굴착에 따른 연직응력 및 지표변위를 측정하였다. 지표침하는 연약대의 폭에 상관없이 굴진면과의 이격거리가 0.25D 이내에서 급격히 증가하였고, 수직응력 및 수평응력 또한 이격거리가 0.5D 이내에서부터 증가하는 경향이 나타났다. 실험결과 종방향 아칭의 영향은 터널 전방 1.0D 영역 내부터 형성된다고 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제7권2호
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• pp.119-131
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• 2005

본 연구에서는 실내 2차원 모형실험을 통하여 상부의 기존터널과 직각으로 교차하는 하부의 신설터널 굴착에 따른 교차부 지반 및 상부터널의 거동을 분석하였다. 연구결과 단일터널 굴착에 따른 종방향 아칭에 의해 이완영역 발생 이후의 전후방 지반에서 연직토압이 증가하였다. 하부터널 굴진면 상부에 상부터널의 측벽이 위치할 경우, 굴진면에 근접한 전방지반에서 연직토압이 약간 증가하였다. 상부터널의 측벽이 굴진면 상부에 위치하고, 수직이격거리가 하부터널 전단에서 상부터널 중심까지의 거리가 0.7 H와 1.0 H인 경우에 굴진면 전방에서 연직토압이 증가하였다. 그러나, 교차터널의 수직이격거리가 1.3 H인 경우 단일터널과 통일하게 거동하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.451-468
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• 2021

터널 굴진면 전방 위험 지반 예측은 TBM (Tunnel Boring Machine) 굴진 성능 및 안정성 확보에 필수적이다. 국내·외에서 굴진면 전방 예측을 위한 전기비저항 탐사법에 대한 연구가 다수 이루어졌으나, TBM 터널 굴진을 고려한 전기비저항 탐사의 실내 실험 모사가 어렵기에 이와 관련된 실험 연구가 매우 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 전기비저항 탐사법의 터널 전방 위험 지반 예측 적용성을 분석하기 위한 TBM 굴진을 모사한 실내 축소 모형 실험을 수행하였다. 터널 굴진면 전방의 단층 파쇄대, 해수 침수대, 토사-암반 변화구간, 암반-토사 변화구간을 축소 모사하여, 굴진 중 전기비저항의 변화를 측정하였다. 본 연구에서는 실제 시공 조건을 재현하기 위해 화강암 블록을 사용하여 모형 지반을 모사하였다. 실험 결과, 터널이 굴진하면서 단층 파쇄대에 근접할수록 전기비저항이 감소하였으며, 해수 침수대도 동일한 경향을 보였으나, 단층 파쇄대와 비교하여 측정된 전기비저항이 크게 감소하였다. 토사-암반 변화구간의 경우, 전기비저항이 상대적으로 높은 암반에 터널 굴진면이 다가갈수록 전기비저항이 증가하는 양상을 보였다. 이와 반대로 암반-토사 변화구간의 경우, 전기비저항이 낮은 토사 지반에 굴진면이 근접할수록 전기비저항이 감소하였다. 실험 결과를 통해 전기비저항 탐사 굴진면 전방 위험 지반(단층 파쇄대, 해수 침수대, 토사-암반 변화구간, 암반-토사 변화구간)의 예측이 가능하다고 판단된다.

• 지질공학
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• 제26권3호
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• pp.403-411
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• 2016

3차원 수치해석을 통해 획득한 터널 굴진면에서의 수평변위와 천단부에서의 변위 특성을 이용하여 굴진면 전방의 단층대 예측 가능 거리를 비교·분석하였다. 굴진면의 수평변위는 천단부에서 가장 근접한 지점의 변위를 이용하였으며, 천단부의 변위 특성을 이용한 단층대 예측방법은 천단침하의 경향선과, L/C (천단부의 축방향 변위/천단침하) 비, C/C₀ (천단침하/평균 천단침하) 비를 이용하였다. 단층이 터널의 굴진방향과 이루는 각도와 경사가 서로 다른 총 28개의 단층 모델을 분석한 결과, 순방향의 경사를 가지는 터널은 L/C 비와 C/C₀ 비를 이용한 방법에서 가장 빨리 단층을 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 역방향 경사를 가지는 터널은 L/C 비와 수평변위를 이용한 방법이 굴진면 전방의 단층을 빨리 예측할 수 있는 것으로 나타났다. 결과적으로 굴진면 전방의 단층대를 예측하기 위해 이용된 수평변위와 천단침하의 경향선, L/C 비, C/C₀ 비는 대부분의 단층 모델에서 예측이 가능하였고, 굴진면으로부터 일정한 거리와 시간이 경과된 후에 변위 측정이 가능한 일상계측의 단점을 고려할 때 굴착과 동시에 계측을 수행할 수 있는 수평변위를 이용하는 방법이 대안이 될 것으로 판단된다.

• 지질공학
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• 제26권3호
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• pp.393-401
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• 2016

본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 통하여 단층이 출현하기 직전의 굴진면에서 발생한 최대 수평변위의 변화 양상을 분석함으로써 단층의 자세와 굴진면 내 단층의 출현 위치를 예측하였다. 해석에는 총 28개의 단층 자세 모델이 이용되었다. 순경사를 가지는 단층은 터널 굴착이 진행됨에 따라 굴진면의 상부에서 처음 출현하고, 최대 수평변위가 굴진면 중앙부에서 상부로 이동하는 경향을 보인다. 역경사를 가지는 단층은 굴진면의 하부에서 처음 출현하고, 굴착에 따라 굴진면의 중앙부 또는 중앙 상부에서 하부로 최대 수평변위가 이동하는 경향을 보인다. 또한 최대 수평변위가 이동하는 방향은 순경사 모델의 경우 단층의 경사가 고각일수록 좌측 상부에서 측벽부를 향해 이동하며, 역경사 모델은 단층의 경사가 고각일수록 좌측 하부에서 측벽부를 향해 이동한다. 결과적으로 최대 수평변위는 굴진면 내 단층이 출현하는 위치를 따라 이동하는 경향을 보인다. 따라서 굴착에 따른 굴진면의 수평변위 변화 양상을 분석하여 굴진면 전방에 분포하는 단층의 자세와 굴진면 내 단층이 출현하는 위치에 대한 예측이 가능한 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.55-72
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• 2018

본 연구에서는 시공 중 TBM 터널에서 전기비저항과 유도분극(induced polarization, IP) 탐사를 활용하여 굴착면 전방의 복합지반(mixed-ground)을 예측하기 위한 방안을 제시하였다. TBM이 토사를 굴진하며, 굴착면 전방에서 상부 토사지반과 하부 암반으로 이루어진 복합지반을 조우하는 과정과 동시에 전기비저항과 유도분극에 의한 충전성(chargeability)을 측정하며 굴진하는 과정을 실내실험으로 모사하였다. 전기비저항과 충전성의 측정은 4전극을 이용하였으며, 복합지반을 효과적으로 예측하기 위하여 2개의 전극은 굴착면에, 나머지 2개의 전극은 조립된 세그먼트에 설치됨을 가정하였다. 실험 결과, TBM이 토사 굴진 중 토사-암반의 복합지반으로 진입할 경우 전기비저항과 충전성이 모두 증가하였다. 또한, TBM이 굴착면 전방에서 복합지반을 조우할 것임을 예측하기 위하여 굴착면의 전극 2개, 세그먼트의 전극 2개를 활용한 탐사와 동시에 굴착면 4전극 탐사를 수행하면 더욱 효과적인 예측이 가능함을 확인하였다.

• 지질공학
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• 제23권1호
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• pp.67-77
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• 2013

주암댐 보조여수로 건설공사 터널 구간 중 사전 조사가 미치지 못하는 구간의 정보취득과 파쇄대의 정확한 위치 및 크기를 예측하기 위하여 일부 구간에 대하여 터널 내 탄성파반사법(TSP)탐사를 실시하였다. 공사 착공 전에 실시한 사전조사 결과(지표 지질조사, 전기비저항 탐사, 시추조사 등), TSP탐사 결과, 그리고 실제 현장 굴진면에 대한 지질매핑 결과를 비교하였다. TSP탐사는 사전조사에서 감지하지 못한 주요 파쇄대를 잘 감지해내었으며 이에 따라 초기에 계획된 보강 계획을 변경하였다. TSP탐사 예측결과와 현장 막장면 비교 결과 파쇄대가 발달한 지점이 대부분 일치하는 것을 확인할 수 있었고, 이를 통해 터널 굴진면 예측에 비용 및 시간을 최소화 할 수 있고, 높은 정확성을 갖고 있는 TSP탐사의 현장 적용이 유용한 것으로 판단하였다. 다만 TSP탐사법이 갖는 몇 가지 단점으로 인하여 현장 적용에 일부 제약이 뒤따르나 이를 보완한다면 터널 굴착시 전방 예측을 위해 비교적 높은 효율성과 신뢰성을 갖고 TSP탐사를 활용할 수 있을 것이라 사료된다.