• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.583-603
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• 2023

최근 기계식 터널 굴착기술의 발전과 수압을 받는 해저철도 터널의 특성 상 쉴드TBM 공법이 해저철도 터널 설계 및 시공에 널리 적용되고 있다. 해저철도 터널은 일반적인 지중응력상태에서 거동하지 않고 외부 수압이 상시재하되는 상태이며 지진 시 지진파의 증폭에 의한 영향을 받게 된다. 특히 연약지반, 연약토사-암반 복합지반, 단층파쇄대 등 다양한 지반조건 하에서 작용하는 지진하중은 터널 변위 및 지보재 응력의 급격한 변화를 초래하여 터널 안전성에 큰 영향을 미친다. 또한 지진하중의 주기특성, 지진파형, 최대가속도 등의 재하조건에 따라 지반 및 터널의 동적 응답이 달라지며 이는 지반조건과 결합하여 더욱 복잡한 지반-터널 구조물계의 거동을 보여주게 된다. 본 연구에서는 해저철도 터널의 동적거동 평가를 위하여 수압을 고려하여 지반-터널 구조물계 전체를 유한차분해석 기법으로 모델링 하고 상호 지진 시 구조물 응답을 분석하였다. 해저철도 터널의 지진 시 동적 거동에 영향을 미치는 주요 인자는 지반조건과 지진파이므로 가상 지반조건에 따라 총 6가지의 해석 Case를 설정하였다. 가상 지반조건은 해석 대상영역의 지반이 모두 토사(풍화토)인 경우(Case-1), 모두 암반(경암)인 경우(Case-2), 터널 진행방향(종방향)으로 토사와 암반의 복합지반인 경우(Case-3), 암반 내 폭이 상대적으로 좁은 파쇄대(w = 2.0 m)를 터널이 통과하는 경우(Case-4), 터널 진행방향(종방향)으로 연약토사와 암반의 복합지반인 경우(Case-5), 암반 내 폭이 상대적으로 넓은 파쇄대(w = 10.0 m)를 터널이 통과하는 경우(Case-6)으로 구분하여 각각 모델링을 수행하였다. 해석 결과 지진에 의한 수평변위는 지반물성 증가에 따라 커지는 경향을 나타내었으나 주변 지반의 구속효과와 강성 세그먼트로 결합된 쉴드터널 구조물의 특성으로 인하여 다소 억제되는 경향도 함께 관찰되었다. 세그먼트의 부재력은 변위 발생 경향과는 달리 지반 강성이 약할수록 현저히 증가하는 경향을 나타내었으며 오히려 변위 억제 효과에 따른 부재력 증가가 뚜렷하게 관찰되는 특성을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.441-451
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• 2016

본 연구에서는 쉴드 TBM에 의한 대심도 복층터널의 계획 시 세그먼트 라이닝의 거동을 주요 구조물인 내부 슬래브의 연결구조 형식에 따라 검토하였다. 복층터널의 내부슬래브와 세그먼트 라이닝 설계 요구조건을 정립하기 위하여 용도에 따라 내부 구조물의 형식을 정의하고, 터널 라이닝과 내부 슬래브의 연결구조를 비교하였다. 그리고 MIDAS Civil 2012 프로그램으로 빔-스프링 모델을 이용하여 수치해석을 수행하였다. 본 연구결과 중간슬래브 및 하부슬래브, 내부슬래브와 세그먼트 라이닝의 연결 형식 그리고 측압계수들은 복층터널 계획시 주요 설계사항임을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제19권6호
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• pp.905-913
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• 2017

세그먼트 라이닝 설계시 고려하는 하중은 자중, 연직하중, 수평하중, 지반반력, 수압, 뒤채움 주입압, 부력 등이 있으며, 이 가운데 토압과 수압은 세그먼트 라이닝 설계시 콘크리트 강도, 세그먼트 라이닝의 두께 및 철근량 등을 결정하는데 가장 큰 영향을 미치는 주요 인자이다. 따라서 본 연구에서는 쉴드터널 시공단계별 계측결과를 토대로 세그먼트 라이닝에 발생하는 휨모멘트 계산하였으며, 이를 역해석 결과와 비교분석을 통하여 세그먼트 라이닝에 작용하는 토압 등을 분석하였다.

• 문화기술의 융합
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• 제6권3호
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• pp.369-375
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• 2020

본 연구의 검토대상 구간은 전력구 시공을 위한 쉴드 TBM 굴착 도중 터널 막장면을 통해 지하수 유출이 발생한 구간이다. 따라서 공사 전부터 지하수위의 변화가 발생되는 시점까지의 상황을 분석하기 위해 공사 중 관찰된 지하수위 변화를 토대로 주변 지반현황을 반영하여 3차원 수치해석을 수행하였다. 이를 통해 현장 주변에서 발생한 지하수위 변화와 터널공사의 상관성을 파악하였다. 본 연구의 수치해석결과는 대상지반에서 측정된 지하수위 계측결과와 유사하며 쉴드 TBM 막장면으로의 지하수 유출량 또한 실제 측정결과와 유사한 수준으로 나타나 본 연구에서 설정한 수치해석 방법과 모델링은 현장여건을 잘 반영하는 것으로 분석되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제17권2호
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• pp.107-115
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• 2015

전력구 방식의 지중 송전선로 시공시 TBM 공법이 널리 적용되고 있으며, 세그먼트의 구조적 특징에 따라 강섬유 보강 콘크리트를 이용한 세그먼트의 개발과 사용이 크게 증가하는 추세이다. 그러나 최근 지중 송전선로 구간에서의 전자파 유해성에 대한 문제가 대두되고 있으며, 세그먼트 제작시 투입되는 강섬유의 영향으로 콘크리트의 전기전도성 등이 변화되고, 이로 인하여 더 많은 전자파가 지상에서 계측될 수 있다는 우려가 야기되고 있다. 따라서 본 연구에서는 강섬유 보강 유무 및 사용량 변화조건에 따른 전자파의 차폐효과를 분석하기 위하여, 3가지 조건에 대한 실험체를 제작하여 관련 실험을 수행하였으며, 실험결과 강섬유 보강콘크리트와 전자파 발생 상관관계는 없는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 추계 학술발표회
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• pp.1343-1349
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• 2010

This paper presents the behavior of the soil based on the Gap Parameter during the Shield TBM tunnel excavation in sandy soil. This study reproduced the tunnel before and after the excavation according to the diameter of the tunnel, water ratio and depth to execute a Scaled Model Test and analyzed the behavior change of the upper soil. As a result, tunneling after for soil stress decreased was similar in all the Case. In addition, the soil stress decreased was in water ratio increases.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2004년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.1188-1196
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• 2004

In this paper a determination of the optimal segment sealing material for a tunnel under the Han river between the Sungsoo-dong, Sungdong-Gu and the Chungdaw-dong, Kangnam-Gu in the Bundang railway. The geological investigation results show that some fractured zones exist loca]]y under the northern boundary of the Han river bed, but the other regions consist mostly of hard rocks of good Quality in the tunnel excavation level. Also, a hign water pressure of $5kgf/cm^2$ and a flash inflow of river water due to old boring holes are expected during tunnel excavation. A combined type sealing material of EPDM gasket with expansional rubber is selected as a optimal segment sealing material for the Han river tunnel considering the geological and site conditions.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권12호
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• pp.677-685
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• 2018

건설공사에서 공정관리는 기본적으로 가장 중요한 단계이며, 효율적인 공정관리를 위해서는 합리적 공정표 작성이 우선시 되어야 한다. 설계단계에서는 기상조건과 현장 특성을 고려한 다양한 조건과 공법의 비교 검토를 통해 최적의 공사 기간을 산정할 수 있으나, 기획단계에서 기본적인 자료(D/B) 분석만으로는 효율적 공법 선정과 적정한 공사 기간 산정이 어렵다. 따라서, 기획단계에서 기존시가지의 공동구 건설시 표준공기 분석을 위하여, 본 논문에서는 공동구 형식을 개착식 및 터널식으로 구분하고, 각 형식의 특성과 기존시가지의 조건을 고려한 공법을 선정 하도록 하였다. 합리적인 공기 계산을 위하여 외부 공사에 영향을 주는 기상조건을 고려하여 년 간 가동율을 산정 하였으며, 개착식은 RC 공법/터널식은 Shield TBM 공법에 대한 단위공정을 분석하였다. 각 단위공정을 종합하여 연장 1,200m, 환기구 200m 간격으로 가정한 공사의 표준공기를 산정한바, 개착식은 893일, 터널식은 616일이 소요되는 것으로 분석 되었다. 본 연구의 결과는 기획단계에서 보다 쉽게 공동구 형식 선정과 표준공기 산정에 도움이 될 것이며, 추후 설계단계에 연계하면 공정 및 공사비 산정이 용이할 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제20권6호
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• pp.931-946
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• 2018

도심지에서의 공동구의 활용성 증가에 따라 쉴드 TBM 공법이 적용된 터널식 공동구의 시공 및 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 터널식 공동구는 지하굴착 공사로써 건설안전에 상대적으로 취약하지만, 건설업 재해율 감소를 위한 설계안전성 검토 제도 도입에도 불구하고 터널식 공동구 건설에 적합한 위험요소가 제대로 알려져 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 터널식 공동구에 적합한 안전 위험요소를 발굴하고 이중에서 중점으로 관리되어야 할 핵심 안전 위험요소를 도출하였다. 도출된 핵심 안전 위험요소는 매트릭스 기법을 적용하여 위험성 평가를 실시함으로써 공동구 계획, 설계 및 시공 단계의 위험성 평가 및 주요 참고 자료로 사용될 수 있도록 하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제25권6호
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• pp.423-446
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• 2023

쉴드 TBM 터널 라이닝은 세그먼트와 링으로 분절되어 있다. 2-링 빔-스프링 모델은 세그먼트 라이닝의 링과 세그먼트의 연결부 경계조건을 통해 불연속성을 고려하며 단면 설계 시 주로 활용하는 모델링 방법이다. 그러나 3차원 해석이 필요한 경우 대체로 Segmentation에 대한 고려 없이 연속체 라이닝으로 간주하여 세그먼트 라이닝에 대한 응력과 변위를 검토하는 경향이 일반적이다. 본 연구는 세그먼트와 링의 접촉면에 Coulomb의 마찰 법칙에 근거한 Shell interface element를 적용하여 세그먼트 간 계면 거동하는 모델링으로 지진 시 세그먼트 라이닝의 응력과 변위에 대한 응답 특성을 연구한다. 세그먼트 라이닝은 건설 과정에서 Ovaling 변형이 발생된다. 국내 세그먼트 라이닝의 Ovaling 변형에 대한 관리 기준은 없다. 스웨덴이나 중국의 경우 내경 7.0 m의 라이닝인 경우 5~10‰의 Ovality 기준을 갖고 있으나 이는 현실적으로 실현하기 어려운 기준치이다. 본 연구는 Shell interface element를 활용한 세그먼트 라이닝 모델링을 통해 지진 시 라이닝에 발생되는 응력과 변위의 특성을 연속체 모델링 결과와 비교하여 Segmentation이 고려된 라이닝의 지진에 대한 응답 특성을 연구하고 이를 통해 세그먼트 라이닝의 Ovality 기준과 의미를 연구한다. 연속체 라이닝과 세그먼트 라이닝의 지진 시 응력과 변위의 분포 양상은 유사하였다. 그러나 응력과 변위의 최댓값은 세그먼트 라이닝과 차이를 보여주었다. Shell로 모델링 된 연속체 라이닝의 지진 시 응력 분포는 3차원 원통형 형상에 연속성을 갖는 응력 분포를 보이지만 세그먼트 라이닝은 분절된 세그먼트 외측으로 응력이 집중되었고 세그먼트와 링의 접촉면이 집중되는 위치에서 가장 큰 응력이 발생되었다. 이러한 단속적이고 국부적 응력 분포는 라이닝의 Ovality가 클수록 지진 시 더욱더 국부적 집중도가 커진다. 응력 분포가 급격하게 커지는 Ovality는 150‰ 정도에서 발생되기 시작했으며 그보다 작은 Ovality 에서는 원형 단면 라이닝에서 발생되는 응력보다 작은 응력이 발생되었다. 그러나 Ovality 150‰는 실제 라이닝에서 실현될 수 없는 비현실적 값이다. 따라서 세그먼트 라이닝의 Ovality는 심도에 따라 증가될 수 있으나 지진 하중에 대한 안정성에는 큰 영향을 미치지 않는다. 그러나 터널의 단면 확보 및 품질관리를 위해서는 Ovality에 대한 계측과 관리가 요구된다.