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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
11권 2호
초록
최근, 도로의 고속화와 직선화로 인해 대단면 장대터널이 증가하고 있다. 그 때문에 터널굴착시 효율성이 극대화된 방법이 요구되고 있는데, 그 중 카트리지형의 기존 화약류 대신 기계화 장전 시스템을 활용한 벌크에멀젼시스템의 도입이 적극적으로 검토되고 있다. 이 연구는 대단면 장대터널에서의 다양한 효율과 터널발파에서의 새로운 공법인 벌크에멀젼시스템 을 소개하고자 한다. 그리고 현장 실험을 통해 카트리지 시스템과 벌크에멀젼 시스템의 효율을 비교해보고자 한다.
Abstract
Lately, the length of tunnel, the number of large-long tunnel over three lanes are steeply increased because of the request for high speed and straight road. Therefore, the maximization of excavation efficiency is needed in tunnel construction. Bulk Emulsion explosives charging system is the spearhead equipment using the radio remote control & mechanization system compare with a traditional method Cartridge type. This study introduced the bulk emulsion explosives which is new method in tunnel blasting and verified the efficiency of bulk emulsion explosives for long-large tunnel. And we tried to compare Cartridge type efficiency with bulk emulsion explosives efficiency by the field test.
초록
원형수직터널에서 3차원적인 아칭효과를 고려한 토압산정을 위해 여러 연구가 수행되었고 실내시험 및 수치해석을 통해 이를 검증하였으나, 다층지반과 지반에서의 적용이 어려웠다. 본 연구에서는 지반에서의 토압 산정을 위해 지반에서 적용 가능한 토압계수 산정식을 구하였으며, 기존 토압식을 수정 제안하였다. 점착력이 토압에 미치는 영향을 파악하기 위해 지반을 가정하여 각 경우별로 토압을 산정하여 비교하였으며, 다층지반에서 파괴면을 가정하는 방법으로 토압을 구하였다. 이 논문은 두 개의 연속된 논문(Companion paper)의 첫 번째로서 모델개발을 위한 이론전개를 다루고 있으며, 대형 모형실험에 의한 실증은 두 번째 논문에서 다룰 것이다.
Abstract
Several researches have been done to estimate the earth pressure on a vertical circular shaft considering three dimensional arching effect and verified them by conducting model tests. However, any equation suggested so far is not applicable in case of multi-layered soils and/or soils. In this study, new equation for estimating the earth pressure acting on the vertical shaft in soils is proposed. A parametric study is performed to investigate the significance of the cohesion when estimating the coefficient of earth pressure in soils and estimating earth pressures in vertical shafts. A method which can estimate the earth pressure on vertical shafts in layered soils is also proposed by assuming a failure surface in layered soils and using the modified equation. This paper is Part I of companion papers focusing on the theoretical aspect of model developments; the experimental verification will be made in Part II.
초록
쉴드 터널의 세그먼트라이닝은 일반적으로 배수시스템을 채용한 재래식 터널과 달리, 비배수 방식을 채택하여 건설된다. 하지만 비배수 터널로 건설된 경우 시간의 경과에 따른 열화의 진행으로 누수가 증가하여, 장기적으로는 설계 시 적용된 비배수 개념이 유지되지 않는다. 세그먼트 터널에서 이음부는 변위와 누수가 주로 발생되는 부분으로, 특히 누수는 이음부를 통하여 일어나는 경우가 대부분이다. 이에 본 논문에서는 전력구 터널을 모델로 선정하여 라이닝 이음부의 열화로 인한 누수가 터널의 세그먼트 라이닝에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 라이닝 전반열화 조건과 이음부의 전반 열화 및 국부 열화 조건으로 설정하여 수치해석을 수행하였으며, 라이닝 이음부의 열화로 인한 누수가 기준량 초과 시 그라우트 주입구를 이용하여 재주입시 누수제어가 가능한지 여부를 수치해석을 통하여 조사하였다. 해석결과 세그먼트 라이닝 및 이음부의 누수로 인한 터널과 지반 간 수리 상호작용 메커니즘을 알 수 있었으며, 시공 중 라이닝 투수성 품질관리, 운영 중 누수관리의 기준을 설정하는데 활용할 수 있음을 확인하였다.
Abstract
It has been repeatedly reported that a drainage system of a drained tunnel is deteriorated. And consequently the water pressure on the lining increases with time. However, little research on the watertight tunnel was found in the literatures. According to field measurements, leakage of the undrained tunnel has increased with time, which is completely opposite to the behavior of the drained tunnel. It is evident that the hydraulic deterioration of the tunnel lining changes the water pressure on the lining and the amount of leakage, thus the design concept in terms of groundwater is not maintained tightly throughout the life time of the tunnel. The Segment lining is generally constructed as watertight. However, it is frequently reported that the leakage in the segment tunnel increases with time. It is also reported that the leakage is generally concentrated at the joints of the segments. In this study structural and hydraulic interaction of the segment lining due to the hydraulic deterioration of the segments and the joints is investigated using the numerical modeling method. An electric utility tunnel below groundwater table is considered for the analyses. The effects of hydraulic deterioration of the segment lining are identified in terms of ground loading, water pressure and lining behavior. A remedial grouting measure for leakage is also numerically simulated, and its appropriateness is evaluated.
초록
불연속면이 발달한 암반 내에서 해저터널을 시공할 경우 절리 내의 지하수 흐름이 터널 거동에 커다란 영향을 미치므로 안정성 평가 시 수리-역학적 연계해석이 필요하다. 실무에서는 일반적으로 암반이완하중을 고려하여 터널의 콘크리트 라이닝을 설계한다. 연속체 해석 시 잠재적 이완영역을 터널 주변의 국부안전율 분포를 이용하여 수치해석에 의해 산정하는 방법이 제안된 바 있다. 그러나 절리가 발달한 암반의 경우는 절리의 거동이 터널 전체 거동에 큰 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 불연속 암반 내에 터널 굴착으로 인해 발생하는 잠재적 이완영역을 산정하는 방법을 제안하고 민감도 분석 및 연속체 해석 결과와 비교를 통해 제안된 방법의 타당성을 검증하였다.
Abstract
When constructing a subsea tunnel in discontinuous rock mass, fluid flow in joints has a great influence on the behavior of the tunnel so that hydro-mechanical coupled analysis should be performed for the stability estimation. In practice, relaxed rock load is generally used for the design of tunnel concrete lining. In a continuum analysis, a method based on the distribution of local safety factor around a tunnel was proposed for the estimation of a potential relaxed zone. However, in the case of discontinuous rock mass in which joints are developed, the whole stability of tunnels depends on the behavior of the joints. In this study, therefore, a method is proposed for the estimation of a potential relaxed zone occurred by the excavation of a tunnel in discontinuous rock mass. The suggested method is validated by sensitivity analysis and the comparison with the results of continuum analysis.
초록
본 연구에서는 터널 설계구간의 대부분을 차지하는 미시추 구간의 지반 등급 분류를 정량적으로 수행할 수 있는 새로운 접근방법을 제안한다. 본 제안방법은 시추공에서 얻은 직접조사 결과와 시추구간의 전기 비저항 탐사결과를 이용해 인공 신경망을 학습시키고, 학습된 인공 신경망은 미시추 구간의 암반분류 등급을 추론하는데 적용된다. 지반등급 추론은 미시추 구간 영역에서 움직이는 격자형 창(window)의 중심점에서 이루어 지며 창내 귀속된 전기 비저항들은 추론을 위한 참고자료로 사용된다. 인공 신경망 학습은 최신 RPROP(Resilient backpropagation) 인공 신경망 학습 알고리즘과 early-stopping 기법을 이용하여 수행되었다. 본 연구에서는 실제 시추조사가 이루어진 터널현장에 제안기법을 적용하여 미시추 구간의 지반 등급을 추론하였으며, 전통적인 지구통계학적 크리깅(kriging) 기법에 의한 결과와도 상호 비교하였다. 결과적으로 본 연구를 통해 학습된 인공 신경망은 전통 크리깅 방법에 비해 매우 구체적이고 현실적인 예측결과를 제공하였다. 또한, 인공 신경망 추론으로부터 얻어진 터널 종단 방향의 RMR과 Q-값의 분포에서는 전기 비저항 탐사로부터 추정된 취약지반 구간의 위치와 잘 일치하였으며, 두 값 상호간의 관계도 선행 연구 결과와 부합하였다.
Abstract
This study proposes a new methodology for quantitative rock classification in unsampled rock zone, which occupies the most of tunnel design area. This methodology is to train an ANN (artificial neural network) by using results from a drilling investigation combined with electric resistivity survey in sampled zone, and then apply the trained ANN to making a prediction of grade of rock classification in unsampled zone. The prediction is made at the center point of a shifting window by using a number of electric resistivity values within the window as input reference information. The ANN training in this study was carried out by the RPROP (Resilient backpropagation) training algorithm and Early-Stopping method for achieving a generalized training. The proposed methodology is then applied to generate a rock grade distribution on a real tunnel site where drilling investigation and resistivity survey were undertaken. The result from the ANN based prediction is compared with one from a conventional kriging method. In the comparison, the proposed ANN method shows a better agreement with the electric resistivity distribution obtained by field survey. And it is also seen that the proposed method produces a more realistic and more understandable rock grade distribution.
초록
대형 지하구조물은 지진 시 지하구조물 자체의 동적특성보다는 주변 지반의 동적특성과 지하구조물의 체적에 더 큰 영향을 받는다. 따라서 본 연구의 목적은 다양한 내진해석 영향 인자들(지반조건-Q값, 지반의 동적 특성치, 단면 형상비 및 체적, 지하구조물 동적 특성치, 및 내진등급)을 포함하고 있는 대형 지하구조물의 대표적인 캐번(Cavern)에 대해 수치해석 프로그램(SAUS: 지하구조물 지진 해석 프로그램)을 이용하여 내진해석을 수행하는 것이다. 본 연구 결과 단면형상 비의 변화에 따라서 최대 변형률, 최대 모멘트, 최대 전단력에 별 영향을 주지 못한 반면에 지반조건(Q값), 지하구조물의 체적변화, 및 내진등급에는 상당히 만감하게 반응을 하였다. 본 연구의 결과를 기초로 내진 해석의 영향 인자들의 평가가 가능해졌다.
Abstract
The large underground structure under earthquake is affected more by soil dynamic characteristic and volume of structure than by structural dynamic characteristic itself. Therefore, it is the purpose of research that the aseismic analysis for caverns including various aseismic analysis factors (rock quality-Q value, soil dynamic characteristic, shape ratio & volume, underground structural dynamic characteristic, and aseismic level) are applied by using the numerical analysis program (SAUS; seismic analysis of underground structures). The result of research is stated that maximum strain, maximum moment, and maximum shear are not sensitive with respect to shape ratio. However those values are sensitive with respect to Q value, volume of underground structure and aseismic level. Based on the results of this research, the assessment for the influence factors of aseismic analysis for large underground structure could be possible.
초록
도심지 등 지역적인 여건에 의하여 기존의 지하 공동 또는 터널에 근접하여 발파를 이용한 새로운 터널을 굴착할 경우, 새로운 터널의 굴착으로 인하여 지반이 이완되고 따라서 기존 지하 공동의 안정성에 문제가 발생할 수 있다. 이러한 기존 지하 공동의 안정성에 문제를 발생시킬 수 있는 가장 큰 요소로는 기존 지하 공동과 신설 터널의 이격거리가 될 수 있으며, 또한 신설 터널 굴착으로 인한 소성영역의 발생에 따른 지반 이완을 문제 삼을 수 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 광역 상수관과 신설 터널의 이격거리에 따른 기존 광역 상수관의 안정성을 평가하기 위하여 이격거리가 다른 여섯 가지 모델에 대해 석고를 이용한 2차원 축소 모형실험을 실시하였다. 실험 결과는 터널 굴착과정과 파괴 단계에서 발생된 변위 벡터와 균열양상으로 표현하였다. 터널 굴착과정 중 발생하는 변위를 분석하면, 터널과 광역 상수관의 간격이 상수관 직경의 2.5배(2.5D)까지는 이격거리가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보인다. 그러나 중심 간격이 2.5D를 넘으면 추가변위는 발생하지 않았다.
Abstract
When a new tunnel is excavated by the drill and blast method near pre-existing underground structures or tunnels due to the region restricted condition such as urban area, the ground will be relaxed by the excavation. In this case, issues can be created in terms of stability of pre-existing underground structures. One of major factors determining the stability of pre-existing underground structures can be a separation distance between pre-existing underground structures and a newly excavated tunnel. The region of ground relaxation defined by the plastic zone due to new excavation can be varied by separation distance. In this study, in other to estimate an influence of new tunnel excavation in terms of separation distance on the stability of pre-existing large pipelines, two-dimensional scaled model tests using plaster were performed for six models which have a different separation distance. The results show that based on the analysis of induced displacement during tunnel construction, the displacement decreases as the separation distance between large pipeline and new tunnel is increased until the distance is 2.5 times of pipeline diameter. Beyond this point, however, the displacement has become stabilized.
초록
현재 국내･외에서는 유류 지하 비축 공동, 식품 저장 공동 등과 같은 지하구조물 건설에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 지하공동의 안정성을 평가할 때 형상비나 굴착면적을 비롯하여 지하공동이 굴착될 암반의 절리 발달 상태는 매우 중요하다. 따라서 본 연구는 형상비가 지하공동의 안정성에 미치는 영향을 안전율 중심으로 분석하였다. 이를 위해 양호한 암반 내에 시공되는 공동의 네 가지의 형상비를 가정하고, 토피고, 측압계수, 절리의 간격, 강도 및 방향을 달리하여 민감도 분석을 실시하였다. 공동의 안정성은 강도감소기법을 이용하여 수치해석에 의해 얻은 안전율을 사용하여 평가되었다. 본 논문은 향후 불연속면을 포함한 암반에 시공되는 지하공동 설계 및 안정성 평가에 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다.
Abstract
Recently the concern about the construction of underground structures such as oil and food storage caverns is increasing in Korea and abroad. The stability of those underground caverns is greatly influenced by shape factor and the size of excavation area as well as the joint conditions. In this study, therefore, the effect of the shape factor of an underground cavern on its stability was analyzed in terms of safety factor. To this end, four different shape factors of a cavern excavated in good rock conditions were investigated and sensitivity analyses were performed based on overburden, lateral earth pressure coefficient, joint spacing, properties, and orientation. The stability of a cavern is evaluated in terms of safety factor estimated numerically based on the shear strength reduction technique. In future, this study is expected to be helpful in designing and evaluating the stability of caverns excavated in discontinuous rock masses.
초록
쾌적한 지상공간의 삶을 위하여 전세계적으로 지하공간 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 그 규모도 점차 대형화하고 있는 추세이다. 하지만 밀집한 상부 구조물에 대한 피해 우려와 기존 지하공간과의 간섭 등으로 인하여 새로운 지하공간 건설 시 많은 주의가 필요한 실정이다. 천층에 굴착되는 터널의 경우, 굴착으로 인한 상부 구조물의 피해를 최소화하기 위하여 구조물 하부 및 터널 주변지반의 보강이 필수적이나 그 적정범위에 대한 기준은 마련되어있지 않은 실정이다. 본 논문에서는 직경 20 m의 대단면 터널이 구조물 하부에 시공되는 경우에 대해서 수치해석을 실시하여, 터널과 구조물간의 수직 및 수평이격거리에 따른 구조물 피해정도를 조사하였고 보강이 필요한 경우에는 각각의 경우별로 최적의 보강범위를 제시하였다. 본 논문에서 다룬 지반조건에 대한 해석결과, 수직이격거리가 0.5D(D: 터널등가직경)인 경우에는 수평이격거리가 0D에 근접하면서부터 보강이 필요한 것으로 나타났으며, 수직이격거리가 0.75D인 경우에는 터널이 구조물 하부에 위치할 때 보강이 필요하였다. 또한 수직이격거리가 1D 이상인 경우에는 수평이격거리에 상관없이 보강이 필요 없는 것으로 나타났다. 구조물 기초지반 보강범위는 깊이 7 m, 폭은 구조물 전체를 포함하여 터널 측벽에서 5 m 벗어난 곳까지이다. 상황에 따라 적절한 보강공법을 선택하였을 경우, 이와 같은 보강범위는 구조물 안정에 충분한 것으로 나타났다.
Abstract
Development of underground space is actively performed globally for better life in the surface, and the scale of the space is increasing. Extreme care should be taken in the construction of the underground space in urban areas in order to avoid damage of adjacent structures and interference with existing underground space. In case of shallow tunnels, reinforcement of ground and structures is necessary to minimize the damage to structures due to excavation but any standard for optimum range of the reinforcement has not been established yet. In this paper, a series of numerical analyses have been performed for a 20 m diameter tunnel excavated underneath a structure to investigate the degree of damage of the structure according to vertical and horizontal spacing between the tunnel and structure. In addition to that, optimum range of reinforcement is presented for each case where reinforcement is required. It has been observed that the reinforcement is necessary for the ground condition adapted in the analyses as follows: (1) if horizontal spacing (SH) approaches to 0D (D: equivalent diameter of tunnel) for vertical spacing (SV) of 0.5D, and (2) if tunnel exists underneath the structure for vertical spacing (SV) of 0.75D. The reinforcement is not necessary for SV of 1D regardless of SH. It also has been obtained that the optimum ranges of the reinforcement around structure foundation are 7 m in depth and whole width of the structure and 5 m beyond tunnel sidewall. These reinforcememt ranges have been confirmed to be enough for stability of the structure if types of reinforcement method is appropriately selected.