• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권4호
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• pp.415-428
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• 2015

국내의 장대터널 및 도심지내 터널시공과 시공계획이 증가함에 따라 터널굴착기술의 개발이 요구되고 있다. 국내의 터널 굴착방법으로 drilling & blasitng method가 주로 쓰이고 있는 실정이나 이 공법은 극심한 발파진동으로 현장주민의 민원과 인근 암반구조물에 피해를 입히는 단점이있다. 따라서 문제발생예측 지역에는 무발파 굴착공법인 TBM터널링을 사용하는 것이 효율적이다. 하지만 TBM 터널링은 drilling & blasitng method와 비교하였을 때 비경제적이므로 현장에서 꺼리는 실정이다. 이러한 한계를 극복하기 위하여 다양한 TBM 장비 및 시공기술이 요구된다. 또한 관련된 기술의 기준이 될 수 있는 시방서 및 설계기준의 지속적인 개정도 필요한 상황이다. 본 연구에서는 2015년 고시된 터널표준시방서내 TBM에 대한 개정 내용 및 관련 해설에 대한 내용을 다루고 있다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제20권3호
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• pp.97-106
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• 2004

토피고가 낮아 지반의 자립성이 적은 토사층, 풍화암층에서 시공되는 터널 구조물의 경우, 시공중 붕락을 방지하고 단기적인 안정성을 확보하기 위해서 보조공법들이 사용되는데 특히, 터널의 보강과 차수효과를 동시에 얻을 수 있는 강관 다단 그라우팅 공법(Umbrella Arch Method)이 많이 적용되고 있다. 그러나, 국내에서는 아직 본 공법의 적용에 있어 외국자료나 경험적 방법에 의한 설계 및 시공이 이루어지고 있는 실정임을 감안할 때, 합리적이고 이론적인 설계 및 해석기법의 도입이 필요하다. 본 논문에서는 강관 다단 그라우팅 공법을 적용한 NATM 현장에서 계측을 통해 터널 굴착에 따른 강관의 거동을 분석하고, UAM 설계시에 적용할 수 있는 하중계를 제안하였다. 그리고, 제안된 하중계를 바탕으로 실제 현장에서 적용할 수 있는 UAM의 설계지침 즉, 강관길이$(L_e , L_b)$, 중첩시공거리(x), 횡방향 설치간격 등을 결정할 수 있는 설계법을 제안하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권4호
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• pp.305-330
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• 2023

쉴드TBM 터널은 NATM 터널과 달리 라이닝이 세그먼트로 분절되어 있다. 따라서 라이닝에 동일 하중이 발생되어도 NATM 터널 라이닝과 쉴드TBM 터널 라이닝의 응력 분포가 다르게 발생된다. 쉴드TBM 터널에서 라이닝에 발생되는 응력을 분석하는 대표적 방법은 연결부를 고려하지 않는 강성일체법과 링간 이음 및 세그먼트 연결을 고려하는 2링 빔스프링 모델이 있다. 본 연구는 라이닝 분절 Segmentaion을 고려한 Break-joint Mode 해석 방법이지만 세그먼트 라이닝 연결부의 구조적 역할을 고려하지 않고 마찰력 성분인 수직강성과 전단강성 만 도입된 쉘 인터페이스 요소를 이용한 모델링을 적용하여 진동하중 발생 시 라이닝의 응력 및 변위에 대한 응답결과를 분석했다. 토압 등 정적 하중에 대해 천 정부에서 가장 큰 응력이 발생되는 강성일체법과 달리 본 연구의 해석방법에 의해 발생된 세그먼트 라이닝 응력 분포는 세그먼트 연결부가 집중된 천정부 Key 세그먼트에서 가장 작은 응력이 발생하였고 연결부를 경계로 응력의 분포가 뚜렷이 구분되었다. 그리고 정적 해석 결과는 강성일체법에 발생된 라이닝 응력이 본 연구 방법에 의해 발생된 세그먼트 라이닝의 응력에 비해 최대 7배의 큰 응력이 발생되었다. 이러한 결과는 세그먼트 연결부를 고려한 기존의 2링 빔-스프링 모델의 응력분포 양상과 일치하는 결과다. 그러나 열차 진동하중에 대한 응력값은 Break-joint Mode로 해석한 본 연구방법의 응력이 강성일체법에 비해 더 큰 응력을 발생되었다. 이는 짧은 부재들의 조합으로 이루어진 세그먼트 Ring이 원주방향으로 일체로 되어 부재의 길이가 상대적으로 더 긴 강성일체법 결과에 비해 더 작은 응력이 발생되는 정역학적 개념과 상이한 결과다. 진동하중에 대해 Break-joint Mode에서 세그먼트 라이닝에 응력이 더 크게 발생된 원인은 부재의 고유주기, 감쇠비 등 동역학적 요인의 차이보다는 열차 진동하중에 대해 라이닝에 발생되는 변위의 차이에 기인하는 것으로 판단되지만 이에 대한 증명은 추후의 과제로 남겨두었다. 본 연구 방법의 Break-joint Mode를 이용하면 정지상태의 열차 하중에 의해 발생되는 라이닝의 응력과 변위값을 비교하여 쉴드TBM 터널의 충격계수(DIF)를 비교적 간단하게 추정할 수 있다. 본 연구는 쉴드TBM 터널의 Segmentaion을 고려한 3차원 모델링으로 추후 지진파 등 다양한 하중조건의 검토를 통해 기존 해석방법 결과와 비교하여 모델링의 추가적 신뢰성을 확보할 필요가 있다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제58권5호
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• pp.869-886
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• 2016

Non-Deformable Support System (NDSS) is one of the support system analysis methods. It is likely seen as numerical analysis. Obviously, numerical modeling is the key tool for this system but not unique. Although the name of the system makes you feel that there is no deformation on the support system, it is not true. The system contains some deformation but in certain tolerance determined by the numerical analyses. The important question is what is the deformation tolerance? Zero deformation in the excavation environment is not the case, actually. However, deformation occurred after supporting is important. This deformation amount will determine the performance of the applied support. NDSS is a stronghold analysis method applied in full to make this work. While doing this, NDSS uses the properties of rock mass and material, various rock mass failure criteria, various material models, different excavation geometries, like other methods. The thing that differ NDSS method from the others is that NDSS makes analysis using the time dependent deformation properties of rock mass and engineering judgement. During the evaluation process, NDSS gives the permission of questioning the field observations, measurements and timedependent support performance. These transactions are carried out with 3-dimensional numeric modeling analysis. The goal of NDSS is to design a support system which does not allow greater deformation of the support system than that calculated by numerical modeling. In this paper, NDSS applied to the problems of Tunnel 34 of the same Project (excavated with NATM method, has a length of 2218 meters), which is driven in graphite schist, was illustrated. Results of the system analysis and insitu measurements successfully coincide with each other.

• 터널과지하공간
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• 제32권6호
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• pp.345-352
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• 2022

도심지 터널 건설에서 발파공법은 민원이 제기되는 문제점이 있어 적용에 제약받고 있다. 이에 대한 대안으로 TBM 및 기계굴착 공법 적용이 필수적으로 검토되고 있다. 이 중 쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine)은 굴진과 세그먼트 체결이 번갈아 반복되며 굴진하는 공정을 가지고 있는데, 세그먼트 체결 동안 굴진을 멈추게 된다. 이러한 가동 정지시간을 최소화하고자 세그먼트 체결 중에도 가동할 수 있는 연속굴착형 TBM 기술이 개발되고 있다. 나선형 세그먼트의 굴진 반력을 확보하기 위해 추진잭을 개조하고 신뢰성을 확보하는 연구가 진행 중이다. 또한 체결 중 세그먼트를 제외한 나머지 부분의 추진잭을 가동하는 유압제어 및 유압시스템 설계기술이 개발될 예정이다. 본 보고는 연속굴착형 TBM 과제 중 부품개조 및 유압제어 기술에 대한 일부 내용을 소개한다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제16권3호
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• pp.341-346
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• 2014

대표적인 한계상태설계법은 AASHTO LRFD와 Eurocodes가 있으며, 토목구조물 설계에 폭넓게 적용되고 있다. 그러나 이러한 설계법이 터널설계에 적용될 경우에는 NATM 터널의 라이닝설계와 쉴드터널의 세그먼트 설계에만 제한적으로 적용되고 있다. 최근 유럽에서는 유로코드를 터널설계 전분야에 적용하기 위하여 기준개정(EG12)을 추진하였으나 다른 유로코드(EC2 및 EC3)에 미치는 영향 등을 고려하여 불가피하게 구성하지 않는 것으로 결정되었다. 그러나 여전히 한계상태설계법을 터널설계에 적용하기 위한 연구를 활발히 진행하고 있다. 한계상태설계법은 가까운 장래에 터널을 포함한 토목구조물 설계법의 주류가 될 것이다. 그러므로 Eurocode 7 등 국외 한계상태설계법에 대한 충분한 이해가 중요하며, 국제적인 연구동향을 파악하고 터널설계에 적용하기 위한 연구가 필요하다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제8권3호
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• pp.249-257
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• 2006

지반 설계 인자는 공간적으로 분포하는 특성이 있으며, 이는 터널의 설계와 시공과정 뿐만 아니라 장기 거동에 큰 영향을 미친다. 그러나 일반적으로 터널의 수치해석을 위한 설계 지반 인자는 대상 영역을 대표하는 값 또는 대상 영역의 광역적 평균값 등이 적용되고 있다. 특히, 지하공간의 크기가 증가할수록 설계 지반 인자의 불확실성 및 공간적 분포 또한 증가한다. 결국 이러한 불확실성과 공간적 분포 특성의 확대는 해석의 정확성 및 신뢰성 저하를 초래하게 된다. 따라서, 대형 터널의 구조적 안정성을 확보하기위해 지반 물성치들의 공간적인 분포에 대한 정량적인 조사가 설계시 포함되어야 한다. 본 연구에서는 지반 물성치 및 구조적 설계 인자의 공간적 분포가 터널의 변위에 미칠 수 있는 영향을 분석하였다. 여러 COV(Coefficient of Variation)에 따라 정규분포하는 지반 물성치의 공간적 특성이 이상화된 원형 터널의 변위에 미치는 영향에 대한 분석과, NATM(New Austrian Tunneling Method) 터널에서 숏크리트의 강도의 공간적 분포가 터널 변위에 미치는 영향을 분석하였다. 공간적 분포의 COV가 증가할수록 터널 주변 발생하는 변위량도 증가하는 것으로 나타났으며, 분석 결과 이들은 지반 물성치에 따라 고유한 계수를 갖는 삼차방정식으로 표현된다.

• 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.

• 터널과지하공간
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• 제15권2호
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• pp.102-110
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• 2005

익산-장수 고속도로 ○ ○ 공구에 위치한 ○ ○ 터널 저토피 계곡구간에서 시공 중 붕락이 발생하였다. 본 구간은 TSP 탐사 및 시추조사 등을 통해 불연속면이 예측되었으나, 굴착 중 실제 암질이 비교적 양호하고 막장이 안정되어 암반 등급을 상향 변경하여 시공하였다. 그러나 굴착 중 발파와 동시에 붕락이 발생하였으며, 터널 막장 상부 8 m 부분의 붕락과 함께 지상 구간의 침하에 따른 계곡수 및 지하수 유입으로 진행되었다. 붕락구간 복구를 위해 붕락원인 분석, 보강공법의 선정 및 3차원 터널 안정성 해석을 실시하였고, 막장 상부 공동부는 팽창성 경량 콘크리트로 충진 후, 강관다단 그라우팅 공법으로 안정화시키고, 터널 상부 지반 침하부에서는 계곡수로 이설 후, 시멘트밀크 그라우팅 공법에 혼용된 약액 그라우팅 공법으로 지반보강 및 차수를 실시하였다.

• 터널과지하공간
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• 제33권4호
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• pp.255-264
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• 2023

근래 들어 도심지 지하공간 개발에 대한 수요가 증가함에 따라 도심지 터널계획이 활발히 진행되고 있다. 도심지 구간에는 주민 생활환경을 고려하여 지하정거장이 계획되며, 기존 구조물의 안정성 및 환경훼손 저감 등을 위해 2-Arch터널 정거장을 적용하고 있다. 그러나 도심지 구간은 심한 풍화작용에 따라 불량지반의 심도가 깊게 발달되어 터널 안정성 확보를 고려한 신중한 계획이 요구된다. 이뿐만 아니라 도심지의 복합적인 지반상태를 고려하여 본선터널에 TBM 기계굴착 공법을 적용하는 경우, 기존 NATM형 2-Arch터널과는 시공연계성을 확보할 수 없게 된다. 본 연구에서는 쉴드TBM과 2-Arch터널을 조합한 형태인 TBM선굴진 2-Arch터널을 국내 최초로 적용한 설계사례를 중점으로 기술하고자 하였다. 중앙터널 굴착후 좌우터널 시공을 고려하여 쉴드TBM 세그먼트 설치 및 해체를 위해 고려한 설계사항을 설명하고, 수치해석을 활용한 안정성 검토를 통해 TBM선굴진 2-Arch터널의 설치효과를 검증하였다.