• 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.

• 한국지반공학회논문집
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• 제23권3호
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• pp.25-40
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• 2007

얕은 터널의 개착식 터널 라이닝에 발생하는 과잉토압은 라이닝의 변형과 손상을 유발하는 역학적 주요인자들 중의 하나이며(Kim, 2000), 과잉토압은 되메움토의 다짐불량, 자중에 의한 압밀, 강우의 침투에 의한 다짐, 차량에 의한 진동 등에 의해 발생할 수 있다(Komiya et al., 2000; Taylor et al., 1984; Yoo, 1997). 터널 라이닝에 발생하는 토압을 구하기 위한 많은 시험이 행해졌지만, 부등침하와 과잉토압을 줄일 수 있는 보강대책을 수립하기 위한 사례는 없다. 본 연구는 모래 지반에 $1.0D\sim1.5D$ 깊이에 개착식으로 시공하는 원형의 강성 터널에 작용하는 토압에 관한 것으로 진동다짐의 영향을 모형실험에서 충분히 반영하기 위하여 100Hz의 진동주파수를 사용하였다. 본 연구에서는 개착식 터널 라이링에 작용하는 부등침하와 과잉토압을 줄이기 위해서 지오텍스타일 매트를 설치하였다. 지오텍스타일 매트의 보강에 의한 부등침하와 토압의 감소효과를 확인하기 위해 실내모형실험을 수행하였다. 실내모형실험에서 토피, 매트 보강형태, 절취면의 거칠기 등을 달리하여 가장효과적인 방법을 구하였다. 절취면의 거칠기 달리하기 위해 사면에 사포#100, 사포#400과 acetate 부착하였습니다. 무보강과 매트 보강에 대한 모형실험을 실시하여 구한 토압을 비교하여 매트 보강효과를 살펴보았으며, 사진분석법(Park, 2003)을 이용하여 지반의 변형을 분석하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제22권6호
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• pp.27-40
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• 2006

개착식 터널라이닝의 파괴 원인은 물리적 요인과 공학적 요인으로 나눌 수 있다. 물리적 요인으로서는 재료특성, 보강재 부식 등이 있으며, 공학적 요인은 수압과 교통진동 등이 있다. 본 연구에서는 공학적 요인 중 부가하중 즉, 공사를 완료한 뒤에 라이닝의 변형 및 파괴를 유발하는 증가 토압에 초점이 맞추어져 있다. 증가 토압은 되메움토의 다짐 불량, 자중 및 강우에 의한 침하, 교통하중에 의한 진동 등이 원인이 되어 발생한다. 본 연구는 모래 지반에 $1.0D{\sim}1.50D$ 깊이에 개착식으로 시공하는 원형의 강성 터널에 작용하는 토압에 관한 것으로 진동다짐의 영향을 모형 실험에서 충분히 반영하기 위하여 100Hz의 진동주파수를 사용하였다. 본 연구에서는 개착식 터널 라이닝에 작용하는 토압과 주변 지반의 변형 양상을 파악하고 기존 토압 계산공식을 검토하기 위해 실내 터널모형실험을 실시하였으며, 개착식 터널 라이닝에 작용하는 측정 토압과 토압공식에 의해 산출한 토압을 비교 분석하여 기존 공식에 대한 안전율을 제시하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제13권6호
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• pp.431-450
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• 2011

원형수직터널의 시공시 지하수가 존재하는 경우 굴착에 의해 지하수의 흐름이 발생되어 추가적인 힘이 작용하게 된다. 원형수직터널의 지하수의 흐름은 일반적인 수평터널과 달리 깊이방향으로 다르게 작용되며, 수직터널의 벽체에 경사방향으로 작용하게 된다. 본 연구에서는 원형수직터널에 작용하는 침투력의 영향을 파악하기 위해 깊이에 따라 변하는 경사방향의 흐름성분을 수직과 수평방향으로 나누어 각각을 이론식에 적용하였다. 지하수가 영향을 미치는 범위는 토압을 야기하는 이완영역과 같은 것으로 가정하여 이론식을 유도하였다. 침투력에 의해 발생되는 추가적인 힘으로 인하여 원형수직터널의 이완영역에 작용되는 응력이 달라짐에 따라 침투력을 고려한 토압계수 산정식과 원형수직터널 벽체에 작용하는 응력 산정식을 본 연구를 통해 제안하였다. 가상지반을 설정하고 제안식을 적용한 결과, 침투를 고려하지 않은 건조한 지반에 비하여 수직방향응력은 약 1.4배, 토압은 2.5배 증가하는 결과를 보였다. 침투해석을 통하여 "유효응력+침투력"으로 구한 값과 제안식을 이용하여 산정한 값은 유사한 경향을 보여 제안식은 침투력을 적절히 고려하여 토압을 예측하는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권1호
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• pp.49-62
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• 2007

본 연구에서는 사질토 지반에 설치된 수직갱에 작용하는 토압에 대한 기존 제안식을 수정하였다. 이를 검증하기 위하여 깊이에 관계없이 동일한 반경방향 변위를 일으킬 수 있는 실내 모형시험장치를 개발하였으며, 벽면마찰각과 상대 밀도를 변수로 시험하였다. 실내 모형시험 결과는 수정식에서 접선방향 토압계수(수직응력에 대한 접선방향 응력 비)인 $\lambda$값을 $\lambda=1-sin\phi$와$\lambda=1$을 사용하였을 경우의 토압 사이에 분포하였다. 다층지반에 설치된 원형수직갱 배면지반의 파괴면을 가정하고 수정식을 적용하여 다층지반에 설치된 원형수직갱에 작용하는 토압 산정방법을 제안하였다. 시공현장의 3개의 수직갱으로부터 계측 데이터를 획득하였으며 이를 토압으로 환산하여 제안된 방법을 검증하였다. 계측 데이터로부터 환산된 대부분의 환산 토압은 제안된 방법의 토압과 잘 일치하였다.

• 한국방재학회:학술대회논문집
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• 한국방재학회 2008년도 정기총회 및 학술발표대회
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• pp.573-576
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• 2008

절토사면 및 천심도 터널의 경우 불연속면을 따른 블록의 미끄러짐 및 회전 등이 안정성에 큰 영향을 미친다. 국도나 지방도 등을 확장 공사함에 따라 산악이 많은 우리나라 지형의 특성상 절토사면이 많이 발생하게 되고, 경우에 따라서는 이러한 절토사면에 터널이 위치하게 된다. 이런 상황의 터널갱구부 및 인접한 절토사면부에서 붕괴 및 균열이 빈번하게 발생되고 있다. 본 연구에서는 대절토사면과 인접한 터널갱구부에 대하여 편토압이 균열의 주원인인지를 결정하기 위하여 변위 및 응력 패턴을 분석한 사례연구를 제시하였다. 조사대상지역은 울진군에 위치한 터널굴진 현장이고, 붕괴는 터널갱구부와 인접한 절토사면부에서 발생하였으며 터널갱구부 상단의 숏크리트 타설지역에서 다수의 균열이 관찰되었다. 언급한 터널갱구부의 변위 및 응력패턴을 모사하기 위하여 유한차분법에 근거한 플랙을 사용하였으며, 세밀한 수치해석을 위해 편재절리모델을 도입하였다. 마지막으로, 터널갱구부의 균열에 영향을 미친 주원인에 대한 고찰을 다루었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권3호
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• pp.219-228
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• 2007

본 연구에서는 축소모형실험을 통하여 편토압 및 측압이 터널 거동에 미치는 영향을 연구하였다. 모형실험 결과의 타당성은 수치해석을 통하여 검토하였다. 터널에 작용하는 편토압을 감소시킬 수 있는 방안으로 편향 배치된 지보구조를 제안하고 이 방안의 적용성을 검토하였다. 실험 결과, 편향 배치된 지보구조를 적용함으로서 발생되는 변위가 전체적으로 줄어들었고, 초기 균열이 발생되는 하중도 증가되었다. 또한 터널의 안정성에 크게 문제가 되는 최대 편압 수직하중 역시 증가함을 알 수 있었다. 터널에 작용하는 측압의 영향을 검토한 결과, 측압계수의 변화에 따라 변위 발생 양상 및 균열 발생 양상이 매우 변화함을 알 수 있었다. 또한, 안정성 측면에서 취약점을 나타내는 부분도 변화함을 알 수 있었다.

• 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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• 제9권2호
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• pp.143-155
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• 2007

원형수직구 벽체에 작용하는 토압은 축대칭 아칭효과로 인하여 평면변형조건의 벽체에 작용하는 토압보다는 작으며, 원형수직구 흙막이벽이나 라이닝 등의 설계를 위해서는 벽체에 작용하는 토압의 정확한 산정이 필요하다. 따라서, 수평 및 연직방향 아칭효과에 의한 토압감소를 고려하고 수직구 벽체 반경에 대한 높이의 비로 정의되는 벽체형상비의 영향을 합리적으로 고려한 토압산정식이 제안되었다. 또한, 모래지반에서 모형실험에 의한 토압이 분석되었다. 제안된 토압산정식에 의한 토압은 벽체반경이 증가하여 벽체형상비가 감소함에 따라 평면변형조건의 토압과 정확히 일치하였으며, 모형실험에 의한 토압분포와 근사한 경향을 나타내었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권2호
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• pp.193-201
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• 2014

본 논문은 토압식 쉴드TBM(EPB shield TBM)의 후드부에 대한 시뮬레이션 시스템 개발에 대한 연구결과이다. 최근 토압식 쉴드TBM은 터널굴착에 많이 활용되고 있다. 토압식 쉴드TBM의 후드부 시스템은 터널굴착에서 매우 중요하기 때문에 후드부 시스템의 설계 및 operation parameter의 평가를 위하여서는 시공전에 사전 시뮬레이션이 요구된다. 본 연구를 위하여 모형 시뮬레이션 장비 시스템을 설계 개발하였다. 개발된 시스템의 검증을 위하여 모형실험을 실시하였으며, 개발된 시스템을 이용하여 얻은 결과는 현장에서 얻을 수 있는 토압식 쉴드TBM의 거동과 유사한 결과를 보여주었다. 이 결과로부터 토압식 쉴드TBM 굴진시 지반 loss는 후드부 챔버에 발생되는 토압의 변화에 많이 의존되는 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 개발된 시뮬레이션 장비 시스템은 토압식 쉴드TBM공사 전 operation parameter를 평가하는데 매우 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 다양한 지반조건에서의 TBM operation에 관한 정보를 제공할 것이다.