• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제7권3호
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• pp.115-124
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• 2003

본 연구에서는 공사중 계측 결과와 유지관리 계측 결과를 토대로 다양한 분석방법을 통하여 터널의 변위와 응력 등을 분석하였으며, 지반조건이 비교적 연약한 풍화대를 통과하는 지하철 터널의 거동을 분석하여 터널 라이닝의 역학적 특성을 분석하였다. 공사중 계측결과 상부 및 하부 반단면 굴착 완료시의 계측결과를 단순화하여 터널 굴착시 천단침하가 지표침하와 내공변위보다 크다는 것을 확인하였으며, 천단침하와 천단숏크리트 라이닝응력이 역해석 시에 가장 많이 사용되는 계측항목임을 알 수 있었다. 그리고, 간극수압 분석결과를 통해 배수형 터널에 설계시 적용되고 있는 잔류수압의 타당성을 분석하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제26권5호
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• pp.489-506
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• 2024

지하수위 아래에서 이루어지는 터널 굴착은 수리경계조건을 변화시켜 굴착면을 향한 흐름을 유발한다. 터널 내 유입량은 굴착 전 시행된 그라우팅, 숏크리트 타설 및 방배수 시스템의 도입, 배수재의 수리적 열화 등에 영향을 받는다. 연속체이론 관점에서 굴착에 따른 지하수의 유입거동은 터널굴착 거동 이론인 내공변위-제어개념과 유사하다. 터널굴착에 따른 지하수 유입거동은 수리적 수렴거동(hydraulic convergence) 개념으로 설명할 수 있고, 지보재인 숏크리트가 유입량을 억제하는 거동은 수리적 제어거동(hydraulic confinement)으로 유추할 수 있다. 본 연구에서는 이론과 수치해석을 이용하여 터널 굴착에 따른 수리적 convergence 및 confinement 거동특성을 조사하였다. 터널 굴착에 따른 수리적 유입량 제어거동은 역학적 내공변위 제어 개념과 일치하며, 터널의 기하학적 조건, 그라우트 두께와 투수성, 그리고 숏크리트와 같은 지보재의 두께와 투수성에 지배됨을 확인하였다.

• 한국강구조학회 논문집
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• 제24권1호
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• pp.47-58
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• 2012

본 연구에서는 터널 내 통과차량에 의하여 발생하는 풍하중으로 인한 터널라이닝의 동적거동에 대하여 분석하였다. 차량으로 인한 풍하중은 목표지점을 지나가는 차량에 대하여 압력과 팽창을 나타내는 시간함수를 이용하여 모형화 하였으며, 파형강판으로 이루어진 터널라이닝은 3차원 쉘 요소를 사용하였다. 쉘 요소로 모델링된 3차원 터널라이닝의 동적해석은 많은 양의 메모리와 시간이 요구되지만 파형강판의 동적특성을 반영하는 한편 최대한 단순화된 모형을 제시하여 해석에 이용하였다. 터널라이닝의 변위를 분석하기 위해 다양한 차량 주행 조건 및 맞바람 풍속이 고려되었다. 차량과 풍속이 증가하면 응답 또한 증가하였으며, 최대변위는 차량이 120km/h로 교차주행 시 25mm로 나타났다. 연속주행 시 응답에 미치는 영향은 단독주행 응답보다 2.5% 이내로 크지 않게 나타났다. 따라서 숏크리트가 적용되지 않는 독립구조체 터널라이닝의 경우동적거동은 반드시 고려해야하는 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
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• 제37권2호
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• pp.357-367
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• 2017

강지보로 보강된 터널 숏크리트 라이닝은 그 기하학적 형태로 인해 외부하중이 작용됨에 따라 휨 모멘트와 축력이 동시에 발생하게 된다. 숏크리트는 축력 수준에 따라 휨 강성이 달라지며, 이로 인한 심한 비선형 거동을 보인다. 또한 강지보 유형에 따라 역학적으로 상이한 지보 성능을 가진다. 본 연구에서는 화이버 단면 요소(fiber section element)를 이용해 압축력과 휨 모멘트를 동시에 받는 강지보-숏크리트 라이닝의 비선형합성거동을 평가할 수 있는 수치모델을 제시하였고, 이를 활용해 강지보 유형에 따른 합성지보 성능을 수치적으로 분석하였다. 또한, 지반-구조물 상호작용을 구현하기 위해 지반의 연화(softening) 거동을 고려하여 수정된 hyperbolic 모델을 제시하였다. 제시된 수치모델은 기존 아치형 실험체의 하중실험 결과와 해석결과를 비교하여 검증하였으며, 수치해석을 통해 강지보 유형에 따른 라이닝의 합성거동을 분석하였다. 해석결과를 통해, 복철근 형태의 강지보가 기존 H형강과 유사한 극한 하중 지지력을 가지는 것을 확인하였다. 또한 강재량 증가가 잔류 지지력 향상에 크게 기여하였으며, 지보재 주변의 지반강성이 증가함에 따라 강지보 유형에 따른 최대 하중지지력 개선 효과는 작아짐을 확인하였다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권3호
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• pp.253-270
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• 2013

본 연구에서는 파쇄대의 공간적 분포 특성이 터널의 거동에 미치는 영향에 대한 내용을 다루었다. 이를 위해 발파굴착 공법이 적용되는 터널을 대상으로 다양한 파쇄대 조건을 도출하고 이에 대한 2차원 및 3차원 해석을 수행하여 파쇄대의 주향 및 경사, 터널과의 이격거리, 토피고, 측압계수 등에 대한 매개변수 연구를 실시하였다. 해석결과를 토대로 매개변수 조건에 대한 터널 변위 및 지보재 부재력의 변화경향을 고찰하였으며 그 결과 파쇄대의 경사각 및 주향에 따라 터널의 변위 및 지보재 부재력에서 큰 차이를 보였으며 전반적으로 터널의 심도가 깊어질수록 그리고 초기측압계수가 클수록 파쇄대의 공간적 분포 특성에 따른 터널 거동의 차이가 더 심화되는 것으로 나타나 대심도 터널의 경우가 저심도 터널에 비해 파쇄대의 영향이 가중될 수 있는 것으로 검토되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권3호
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• pp.255-264
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• 2009

본 연구에서는 2-Arch 터널의 3차원 거동 메카니즘에 관한 내용을 다루었다. 이를 위해 도심지 지하철에 적용된 2-Arch 터널을 고려하였으며 3차원 유한요소해석을 수행하여 좌우 터널의 이격거리, 지반조건, 토피고 등에 대한 매개변수연구를 실시하였다. 해석결과 토대로 다양한 조건에 대한 터널 천단침하 및 쇼크리트 응력, 중앙기둥 작용하중 등을 중점으로 분석하였으며, 그 결과를 토대로 좌우 터널 이격거리, 지반조건, 토피고에 따른 2-Arch 터널의 거동 메카니즘을 고찰하였다. 그 결과 숏크리트 라이닝 응력 및 중앙 기둥 작용하중은 후행터널 시공에 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며 터널관통지층이 취약할 경우 후행터널이 선행터널의 거동에 영향을 미치는 영향거리가 증가하는 것으로 분석되었다. 본 논문에서는 해석 결과를 토대로 2-Arch 터널의 시공중 변위 및 숏크리트 라이닝 응력 변화 경향에 대한 구체적인 내용을 기술하였다.

• 터널과지하공간
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• 제17권4호
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• pp.266-284
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• 2007

최근 국내 터널 분야에서는 현장타설 콘크리트 라이닝을 생략한, 이른바 무라이닝 터널을 적용하려는 시도가 수차례 있었으나 숏크리트가 영구 지보재로서의 성능을 확보하고 있는지에 대한 의구심으로 인해 시공으로는 이어지지 못하고 있다. 숏크리트는 시공 상 문제뿐만 아니라 강도기준이 유럽에 비해 현저히 낮고 내구성에서도 많은 문제를 내포하고 있는 것으로 파악되고 있다. 본 연구에서는 효율적인 배합개선을 통하여 압축강도 40 MPa, 휨강도 4.5 MPa 이상의 고강도 숏크리트를 개발하였으며 급결제 종류와 실리카퓸 첨가량을 주 변수로 하여 최대 2년까지의 성능변화 추이를 분석하였다. 또한 단기 내구성 평가를 위해서는 동결융해, 중성화, 염해에 따른 실험실 촉진 실험과 투수시험을 실시하였으며 장기 내구성 검증을 위해서는 실제 운영 중인 고속도로 터널 내에 시편을 적치하여 복합 환경에 대한 영향을 조사하였다. 분석결과 알칼리프리계만이 유일하게 고강도 목표기준을 만족하였으며, 또한 개발된 고성능 숏크리트가 내구성에 있어서도 매우 우수한 것을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제40권4호
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• pp.113-126
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• 2024

NATM 터널에서 숏크리트의 응력측정은 계측기기의 신뢰도를 검증할 방법, 절차, 규정 등에 관한 연구 부족으로 인해 터널현장에서는 성능검증 없이 숏크리트 응력계가 설치 및 관리되고 있다. 본 연구에서는 일체형 및 셀타입 숏크리트 응력계의 외관검사, 구조·기능검사를 통해 불량 원인 및 문제점을 파악하고, 성능검사는 1차 시험으로 센서에 직접 하중을 재하하는 방식으로 하고, 셀타입 숏크리트 응력계는 KOLAS인증을 받은 성능검증장치를 국내 최초로 개발하여 성능검사를 실시하였다. 2차 시험으로 콘크리트 몰드시험을 통하여 일체형 및 셀타입 숏크리트 응력계의 구조적인 문제점을 파악하고 개선방안과 성능검증 절차를 제시하였다. 본 연구는 향후 숏크리트 응력계의 성능검증을 위한 규정 마련과 현장에서 계측기기를 선정하는 데 도움이 될 것으로 판단된다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제8권1호
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• pp.31-40
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• 2006

최근 부각되고 있는 환경친화적인 설계의 결과로서 터널 입출구의 구조물이 연약한 지반(붕적층) 에 불가피하게 건설 되곤 한다. 그런 터널 공사의 경우, 주변 지반뿐만 아니라 라이닝 지보재의 충분한 지지력을 확보해야 한다. 이와 관련하여, 높은 강성을 갖는 H형 강지보재가 라이닝을 지지하기 위해 흔히 사용되었다. 그러나 수치해석에 의한 구조적인 안정성을 평가하는데 있어서 그 효과는 무시되는 젓이 관례였다. 본 연구에서는 붕적층에 적용된 터널에 대하여 강지보재로 사용된 H형강을 수치해석 모델에서 강성 적용을 0%, 50%, 75%, 100%로 반영하여 3차원 유한요소해석을 수행하였고, 각 강성 적용율에 따른 숏크리트 용력 감소효과를 비교 검토하였다. 수치해석으로부터 얻어진 데이터는 현장계측결과와 비교하였다, 연구 결과로부터 강지보재의 숏크리트에 대한 효과가 검증되었고 적절한 강성률은 50~75%의 범위 내에서 적절한 것으로 판단되었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제25권2호
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• pp.123-134
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• 2021

In this paper, the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) grids embedded in polymer cement mortar (PCM) shotcrete (CFRP-PCM method) was conducted to repair the degraded tunnel linings with a cavity. Subsequently, the reinforcing effect of the CFRP-PCM method under different degrees of lining deterioration was quantitatively evaluated. Finally, the limit state design method of the M-N interaction curve was conducted to determine whether the structure reinforced by the CFRP-PCM method is in a safe state. The main results indicated that when the cavity is at the shoulder, the lining damage rate is more serious. In addition, the remarkably reinforcing effect on the degraded tunnel linings could be achieved by applying a higher grade of CFRP grids, whereas the optimization effect is no longer obvious when the grade of CFRP grids is too high (CR8); Furthermore, it is found that the M-N numerical values of the ten reinforcing designs of the CFRP-PCM method are distributed outside the corresponding M-N theoretical interaction curves, and these designs should be avoided in the corresponding reinforcing engineering.