• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권1호
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• pp.39-58
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• 2024

TBM (Tunnel boring machine)은 터널 굴착 과정에서 여러 디스크 커터를 이용하여 암석을 절삭한다. 디스크 커터는 암석과의 지속적인 접촉과 마찰로 인해 마모된다. 디스크 커터의 표면이 마모되면 절삭 능력이 감소하고 굴착 효율이 떨어진다. 암석의 마모성은 디스크 커터 마모에 큰 영향을 미친다. 높은 마모도를 가진 암석은 커터에 더 큰 마모를 일으키며, 이는 디스크 커터의 수명을 단축시킨다. 세르샤 마모지수(Cerchar abrasivity index, CAI)는 암석의 마모성을 평가하는데 널리 사용되는 지표로 CAI는 암석의 마모특성을 나타내며, 디스크 커터의 수명과 성능 예측에 필수적인 요소로 인식되고 있다. 본 연구의 목적은 암석의 강도, 암석학적 특성과 선형회귀, 머신러닝 기법을 이용하여 CAI를 효과적으로 추정하는 새로운 방법을 개발하는 것이다. 문헌 조사를 통해 CAI, 일축압축강도, 압열인장강도, 등가석영함량이 포함된 데이터베이스를 구축하고 파생변수를 추가하였다. 통계적 유의성과 다중공선성을 고려하여 다중선형회귀분석을 위한 입력변수를 선정하였고, 머신러닝 모델의 입력변수는 변수중요도 분석을 통해 선정하였다. 머신러닝 예측모델 중 Gradient Boosting 모델의 예측 성능이 가장 높게 나타나 최적의 CAI 예측 모델로 선정되었다. 마지막으로 본 연구에서 도출한 다중선형회귀분석과 Gradient Boosting 모델의 예측 성능을 선행연구들의 CAI 예측모델과 비교하여 연구 결과의 타당성을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권4호
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• pp.345-363
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• 2024

강관보강그라우팅 공법은 터널 시공 중 막장면 천단의 보강과 차수를 목적으로 시공현장에서 널리 적용되고 있다. 가장 보편적인 강관다단그라우팅 공법은 주입재의 역류를 막기 위해 강관과 보어홀 사이에 실링재를 주입하도록 규정되어 있으며 이 공정에서 긴 시간이 요구되는 실정이다. 따라서 실링 주입 공정을 제거한 강관보강그라우팅 공법이 여러 종류 제안되었으며, 대표적으로 구획을 나누어 동시에 주입하는 공법과 외부 패커를 활용해 다단으로 주입하는 공법이 있다. 시공 기간과 장비 면에서 이러한 대체 공법들의 장단점이 논의된 바 있으나 실제 지반에 각 주입 방법 별로 얼마나 주입 범위를 확보할 수 있는지에 대해서는 정량적으로 검토된 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 실제 주입 공정에 기반하여 그라우트 주입 방법에 따른 주입 범위를 평가하고자 한다. 우선 그라우트의 점도를 실내 실험을 통해 계측하였다. 그리고 전산유체역학 상용 프로그램을 사용하여 수치해석 모델링을 구성하였다. 수치해석 모델링에 측정된 그라우트 물성과 현장에서의 주입 절차를 반영하여 매개변수 해석을 수행하였으며, 그 결과 주입 방식에 따라 주입 범위와 거동이 크게 달라지며 특히 비균질한 지반에서 더 두드러짐을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 확인한 주입 방법과 지반 종류, 그리고 그라우트 종류에 따른 주입 범위를 기반으로 효과적인 주입공법의 선정에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권5호
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• pp.449-461
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• 2024

NATM 공법과 비교하여 소음 및 진동이 적고 안전성이 높은 기계화 굴착공법인 TBM (tunnel boring machine)의 사용이 전 세계적으로 증가하였다. 특히 이수식(slurry shield) TBM의 경우 EPB (earth pressure balanced) 방식에 비해 고수압에 유리하므로 하저 및 해저 구간 등에서 많이 사용된다. 이와 같이 이수식 TBM의 사용수는 오폐수처리시설을 거쳐 방류된다. 대단면 TBM의 경우, 사용되는 물의 양이 막대하기 때문에 재활용을 통해 비용 저감 및 환경 보호가 가능하다. 이수식 TBM에서는 지상의 이수처리시설인 STP (slurry treatment plant)와 필터프레스(filter press)의 성능을 향상시키기 위해 다양한 종류의 첨가제를 사용한다. 이 중 응집제는 버력의 응집도를 높여 필터프레스의 생산성을 향상시킨다. 본 연구에서는 응집제가 투입된 후 필터프레스를 통해 걸러진 사용수에 대한 실내시험을 시행하여 재사용 가능 여부를 평가하였다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제1권2호
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• pp.41-54
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• 1985

비교적 얕은 깊이에서 터널을 착굴하거나 개착을 하늘 경우, 열변지반에 침하 및 수평이동 등의 변위가 발생하게 된다. 이러한 변위는 주변 구조물의 안정에 큰 영향을 미치며, 심한 경우 주변 구조물이 파괴되는 상태에 까지 이른다. 인구가 밀집된 대도시에 지하철을 시공할 경우, 주변 문화재, 고층건물, 상하수도관, 가스관 등의 안정을 지하철 설계시 고려하여야 하므로 터널굴착에 따른 지반변위의 예측과 자세한 침하의 원인이 규명되어야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 지반 침하량 및 침하발생 영역을 예상하거나 침하요인을 파악하기 위하여 부산지하철 NATM회간의 지표면 침하, 지표면 수평변위, 지중침하, 천단침하 들에 관한 측정 분석이 이루어졌다. 그 결과, 횡방향 지표면 침하는 Gaussian normal probability curve, 종방향 지표면 심하하는 cumulative Gaussian probability curve로서 해석이 가능하다는 것과 가인버어트의 조기폐합이 침하량 감소에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

• 지질공학
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• 제19권4호
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• pp.483-492
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• 2009

터널 및 지하구조물 시공 중 굴착 대상 지반에 대한 정확한 정보 획득은 작업의 효율성과 안전성을 위해 매우 중요하다. 본 연구에서는 굴착 중 굴진 대상 암반의 지질 구조를 신속하고 정확하게 감지하기 위하여 천공탐사 기법을 이용하였다. 유압 착암기 천공 시 발생하는 천공속도, 회전압, 피드압 등의 기계량을 측정하여 분석하였으며, 이를 통해 암석과 지질 구조적 특성에 의해 변화되는 암반 특성을 평가 하였다. 터널 시공현장에서 굴착 중 획득된 천공데이터 분석에 의해 평가된 암반 정보는 굴착 전 수행된 선진수평시추 및 TSP 탐사 결과와 비교하여 신뢰성을 검토하였으며, 그 결과 천공 데이터의 변화가 암반 특성 및 불연속면 예측을 위해 효율적으로 활용될 수 있음을 확인하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제8권6호
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• pp.85-95
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• 2007

탄질 셰일 파쇄대의 경우, 물리탐사의 사전조사방법으로 그 여부를 파악하기 어렵고 또한, 용수등에 노출이 안되는 경우 탄질 셰일층 강도 자체는 양호한 특성이 있다. 그러나 이러한 탄질 셰일층의 경우 용수에 접하거나 대기에 노출되는 경우 단기간내에 강도가 급격히 저하되거나 풍화가 급속히 진전되는 매우 취약한 특성이 있다. 따라서 사전 예측하기가 어렵고 붕락발생시 급작스럽게 발생하는 경우가 대부분이다. 강도감소 측면에서는 용수와 접할시, 탄층 세일 파쇄대층에 대한 점하중 강도 시험결과 12시간 경과후 강도가 56%감소하였다. 또한 본 논문에서는 탄질 셰일 파쇄구간에 대한 표준 보강단면을 제시하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제17권11호
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• pp.55-64
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• 2016

최근 지하공간을 활용한 도시의 기반시설 확충으로 인하여 시설물 상호 간의 근접시공이 많이 이루어지고 있으며, 근접시공으로 인한 시설물의 안정성과 관련된 민원이 빈번하게 발생하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 근접시공으로 인한 정거장구조물의 거동특성을 파악하기 위해 김포도시철도 터널이 계획된 노선 상부의 지하철 5호선 김포공항역 정거장구조물을 대상으로 연구를 수행하였다. 정거장구조물의 안전영역 평가 및 굴착방법에 대한 개략적인 검토와 수치해석을 통한 상세검토를 수행하였으며, 손상도 평가, 궤도틀림 및 구조검토 결과 근접시공에 따른 정거장구조물의 안정성은 확보되는 것으로 평가되었다. 본 연구는 근접시공시 인접구조물에 미치는 영향을 사전에 검토하는 경우 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 화약ㆍ발파
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• 제22권1호
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• pp.57-65
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• 2004

화약발파를 이용한 터널굴착은 지반진동 및 소음과 같은 발파공해적 요소가 수반됨으로써 주위 환경조건에 따라 여러 가지 형태의 피해를 유발할 수 있으며 시공 중에 종종 발생하는 민원의 주요 원인이 되고 있다. 본 연구는 터널 건설과정에서 노선이 통과하는 직상부 지역에 위치한 민가들과 인근의 아파트를 대상으로 발파로 인한 지반진동의 영향여부를 검토함으로써 사전에 발파작업으로부터의 안전성을 확보할 수 있는 근거를 마련코자 실시되었다. 먼저, 대상지역에 위치한 건물들에 대한 발파진동 허용수준은 보수적인 관점에서 0.5cm/sec를 관리수준으로 설정하였고, 터널 굴착과정에서 발생하는 발파진동 발생특성을 실측하기 위하여 총 6회의 굴진 발파에 대하여 총 70개소 이상의 측점에서 현장계측을 실시하였다. 발파진동 영향평가에서는 현장계측으로부터 획득한 자료들을 처리하여 발파로 발생하는 최대진동수준을 예측하기 위한 전파식들을 지상과 지하의 계측장소별로 유도하였다. 지반진동의 영향여부를 결정하기 위한 진동 예측식은 엄격한 기준을 적용하여 전체자료의 95%를 포함하는 식을 채택하였고, 지표 및 지하터널에 대해 각기 별도의 식을 사용할 것을 제안하였다.

• 터널과지하공간
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• 제10권2호
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• pp.237-248
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• 2000

역학적으로 안정한 공동 및 처분공 간격을 결정하기 위해, 현재 수행 중인 열 해석의 중간 결과를 근거로 범용 해석 프로기램인 ABAQUS 버전 5.8을 이용해 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 세 가지 초기지압을 조건으로 공동간격과 처분공 간격을 바꿔가면서 선형탄성해석을 수행하였고. 그 결과를 분석하여 굴착 후 응력재분배에 의한 암반의 거동은 어떤 경향을 가지고 있으며, 적절한 공동 간격 및 처분공 간격은 어느 정도가 좋은지를 분석하였다. 또한 각 경우 역학적인 안전계수는 어느 정도인지도 계산하였다. 국내지압분포를 근거로 도출한 초기지압 하에서는 공동간격 40m, 처분공간격 3m인 경우 안전계수 3.42가 계산되어 아주 안정한 결과를 얻었고, 스웨덴이나 캐나다의 초기지압 경힘식의 경우의 안전계수는 각각 1.19와 1.27로 비교적 낮은 값이지만 1 이상의 값이므로 응력재분배로 인한 파괴는 일어나지 않는다는 결과를 얻었다.

• 터널과지하공간
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• 제10권4호
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• pp.497-505
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• 2000

고속도로 건설을 위한 본 조사지역과 그 주위에는 중생대 백악기의 퇴적암류와 화산암류인 응회암, 치밀 안산암 및 조립 안산암들이 분포하며, 이 암석들을 산성 및 염기성 암맥들이 관입하며 분포하고 있다. 조사지역에서의 주요 불연속 면들은 퇴적암의 충리, 절리 및 단층들로 구성되고 있다. 퇴적암의 층리의 주향은 시점구간에서는 거의 동서방향으로 발달하고 있으나 점차 북동방향으로 휘어졌다가 공구의 중간부이후에서는 거의 남북방향으로 방향이 변하고 있다. 공구내의 절리는 다양한 방향에 걸쳐 발달하며 경사각은 대체로 70도 이상으로 급경사를 이루고 있다. 퇴적암 내에서는 3 내지 4조의 절리군이 발달하나 암맥류가 분포하는 구간에서는 절리의 방향이 훨씬 분산되어 있다. 삼포단층이 공구내의 이리재를 중심으로 북동방향으로 골짜기를 따라 발달하며 구간 STA50k+600에서 STA51k+000구간에는 북서방향의 정단층이 자주 발달하고 있다. 터널굴착시 단층대를 제외한 구간에서는 불연속면들의 방향성에 따른 영향은 없을 것이지만, 층리의 간격이 좁고 많은 절리의 발달로 터널굴착시 터널벽면에서 여굴이 일어날 수 있다.