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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
11권 3호
초록
본 논문은 콘크리트 라이닝의 배면공동 현상, 초기 균열 등과 같은 콘크리트 라이닝 타설시 문제점들을 해결하기 위해 개선 방안을 제시하고 이를 단면크기의 변화에 따른 영향을 연구하였다. 연구를 수행하기 위해 초기 균열 형태와 발생 원인에 대한 분석을 실시하였으며 균열발생 최소화를 위한 개선된 타설 방안을 제시하였다. 제시한 타설 방안의 효율성 및 터널 단면크기에 따른 영향을 확인하기 위하여 기존의 1/20 축소모형실험 및 1/7 축소모형실험을 실시하여 타설율을 비교･분석하였다. 이에 따른 실험 결과는 기존의 타설 방안의 경우 1/20 축소모형실험 보다 1/7 축소모형실험의 타설율이 증가하여 차이를 보였지만 개선된 타설 방안의 경우 유사한 타설율을 나타내 2가지 실험 모두 신뢰성을 갖는 것으로 판단된다.
Abstract
This paper presents the concrete placement method of tunnel lining to improve the concrete lining quality such as cavities, cracks of the concrete lining. In order to perform this study, the occurred cracks initially in the concrete lining are reviewed and analyzed. From the review, the improvement methods to minimize the defects of concrete lining are suggested. To confirm the efficiency of new concrete placement approaches and the scale of tunnel section, two types of the scaled model tests are carried out and analyzed in model scales of 1/20 and 1/7. The 1/20 scaled model tests are carried out using the existing experimental rigs. The 1/7 scaled model tests are carried out in new test rigs developed in this study. The concrete placement rates obtained from the experimental results are analyzed and compared with themselves. In the existing concrete placement method, 1/20 scale model test than 1/7 scale model test have increased concrete placement rates but It is clearly found that two kinds of experimental studies show the similar results in improvement methods and good agreement with new concrete placing approach.
초록
본 연구는 터널 내 화재 시 온도층 및 연기층의 유동성향을 분석한다. 이를 위해 전산 시뮬레이션을 활용하였다. NIST 의 FDS를 통해 국도 및 고속도로 표준단면을 기준으로 화재 시나리오를 설정하였다. 연기층의 이동거리는 터널의 단면적이 증가할수록 내부 풍속에 의한 영향력이 감소하였으며, 내부 풍속이 상승할수록 경사에 의한 영향력이 감소하였다. 온도층의 이동거리는 내부풍속이 상승할수록 경사에 의한 영향력이 감소하였으며, 1 m/s 이상의 풍속에 냉각효과가 나타나 경사에 의한 영향력이 감소하였다.
Abstract
The aim of this research is to analyse the dynamic characteristics of the hot upper smoke layer in case of fire in a tunnel. In order to get the result, computer simulation technique has been used. The fire scenarios were set on the basis of standard cross section of national and express highways through NIST’s FDS. As the area of a tunnel increased, the influence of the wind velocity decreased. Furthermore, the influence of the slope of a road was reduced as the wind velocity increased. On the other hand, as the wind velocity increased, the influence of the slope of a road decreased. This phenomena is believed to be caused by the cooling effect of wind which is over 1 m/s in speed, hence, reducing the influence of the effect of slope.
초록
본 논문에서는 터널굴착으로 발생한 지표면에서의 최대 침하 및 수평변위와 총 침하부피량을 추정하기 위하여 서로 상이한 지층에서 다양한 깊이 및 직경, 서로 다른 시공조건(지반손실량)을 가진 터널에 대해 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과로부터 얻어진 지표면에서의 최대 침하량은 터널 굴착부 천단에서의 최대 침하량과 지층별, 터널직경 및 깊이, 시공조건(지반손실량)별로 비교되었으며, 또한 지표면에서의 최대 침하량은 지표면에서의 최대 수평변위량과도 비교하였다. 뿐만 아니라, 터널굴착부에서 발생한 지반손실량(VL)과 지표면에서 형성된 총 침하부피량(Vs)을 지층 및 터널깊이와 직경을 달리하여 상호 비교하였다. 수치해석을 통해 얻어진 결과는 그 적용성과 타당성을 검증하기 위하여 기존 현장계측자료와의 비교가 수행되었으며, 이를 통해 본 연구의 수치해석 결과가 향후 터널굴착으로 발생된 주변 지반의 거동을 파악하고 분석하는 실무자료로서 활용될 수 있다는 것을 파악하였다.
Abstract
Numerical analysis has been performed to estimate maximum settlement, maximum horizontal displacement and total settlement volume at the ground surface due to tunnel excavation varying ground condition, tunnel depth and diameter, and construction condition (volume loss at excavation face). The maximum surface settlement from the numerical analysis has been compared with the maximum settlement at tunnel crown considering ground condition, tunnel depth and diameter, and construction condition, and it has been also compared with the maximum horizontal displacement. In addition, the volume loss (VL) at tunnel excavation face has been compared with the total surface settlement volume (Vs) with the variation of ground condition, tunnel depth, and tunnel diameter. The results from the numerical analysis have been compared with field measurements to confirm the applicability and validity of the results and by this comparison it is believed that the numerical results in this study can be utilized practically in analyzing the ground movements due to tunnel excavation.
초록
지하수 작용과 관련하여 현장에서 발생하는 문제는 1차 라이닝의 투수계수의 저하에 따른 영향뿐만 아니라 배수재의 투수성능에 따른 복합적인 요인의 상호 작용의 결과로 볼 수 있다. 본 연구에서는 이중구조라이닝 연계 FEM 해석을 통해 지반-라이닝-배수재의 투수영향에 중점을 두고 배수시스템의 성능저하에 따른 터널구조물에 미치는 영향을 조사하였다. 해석 결과 배수장애가 발생할 경우의 수압증가는 2차라이닝에 심각한 구조적 부담을 줄 수 있음이 확인되었다. 배수공이 모두 폐색되는 경우 비배수 터널이 되어 수직으로 뜨는 형태의 거동을 보였다. 그리고 배수공의 폐색이 비대칭적으로 발생하는 경우 터널 축방향 비틂 거동을 야기하여 2차라이닝 구조에 심각한 영향을 미칠 수 있음이 확인되었다.
Abstract
Tunnel problems relate to pore water pressure generally occur due to the restriction of groundwater flow into the tunnel which is generally caused by the deterioration of drainage systems. Previous studies have identified the problem as combined mechanical and hydraulic interaction occasions. In this study, detrimental effects of pore water pressure on the lining were investigated using the finite element method considering deterioration of the drainage system. Particularly, double-lined linings with drain-holes are considered. Deterioration of drainage system is represented as blockages of drain-holes. It is identified that the secondary lining can be influenced by the deterioration of drainage system. It is shown that a tunnel with all drain-holes blocked moved upward, and unbalanced drain-hole blocking may result in torsional behavior of the tunnel which causes significant damages to the secondary linings.
초록
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 매개변수 연구를 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 터널관통 지층이 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.
Abstract
This paper concerns the behavior of 2-Arch tunnel constructed under various conditions. A 2-Arch tunnel section adopted in a subway tunnel construction site is considered in this study. A calibrated 3D finite element model was adopted to conduct parametric studies on a variety of construction scenarios including lagged distance between left and right tunnels, overburden, and geological condition. The results of analyses were examined in terms of crown settlement, shotcrete lining stress, and load on center column in relation to the lagged distance, cover depth, and the ground condition. The results indicate that the shotcrete lining stress and the center pillar load are more influenced by the second tunnel excavation than the tunnel deformation. Also shown is that a greater lagged distance is required to minimize the interaction between two tunnels when the ground condition becomes weaker. Fundamental mechanisms of 2-arch tunnel were also discussed based on the results.
초록
프리캐스트 세그먼트를 이용한 개착식 터널구조물의 설계 및 시공은 고성토 또는 광폭터널 조건에서는 시공성 및 구조적 안정성 등과 같은 단점 때문에 그 활용이 제한적이다. 따라서 시공성 및 품질관리 등 측면에서 유리한 프리캐스트 세그먼트를 이용한 개착식 터널구조물의 시공이 가장 효과적인 대안이라 할 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 수치해석기법을 이용하여 기존 3분절 리브 보강형 프리캐스트 세그먼트를 이용한 터널구조물 시공기술의 문제점 분석하였으며, 대형 정적하중재하 실험을 통하여 개선된 리브 보강형 프리캐스트 세그먼트 구조물의 역학적 거동 특성을 분석하였다. 개선된 리브 보강형 프리캐스트 세그먼트 구조물의 극한하중은 기존 리브 보강 프리캐스트 세그먼트 구조물 대비 리브 보강단면은 55% 감소하였으나, 구조적 성능은 약 3% 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 리브 보강에 의한 터널구조물 내공단면 축소를 최소화 및 구조물의 하중지지 효과를 크게 향상된 것으로 나타났다.
Abstract
Due to the limitation of construction efficiency and structural safety, the application of the high covering and wide width tunnels was limited prior to the introduction of precast cut and cover tunnels. Therefore, a cut and cover tunnel structure with rib reinforcement is proposed to mechanically improve the safety on condition of high covering and wide width tunnel. Therefore, a technical problem that can provide a response similar to the actual filling conditions is analyzed by the finite element analyses, moreover, the mechanical behaviour of developed rib-reinforced precast tunnel liner through a large-sized model test will be investigated. The ultimate load of the developed rib- reinforced precast tunnel liner shows a 3% reduction compared to existing rib-reinforced precast tunnel liner, especially, the section of rib-reinforcement decreased to 55% compared to it of existing. Therefore, the stability of tunnel structure can be significantly improved through the developed rib-reinforced precast segment.
초록
본 연구는 쉴드 TBM 테일 보이드 동시주입용 가소성 그라우트의 적합성을 규명하기 위하여 강도특성, 수중 재료분리현상 및 점도특성 실험을 실시하였다. 무기계 가소성 그라우트는 쉴드 TBM 뒤채움 그라우트 주입 시 시멘트, 물, MG-A로 구성된 A액과 스칼렛, 물, MG-B로 구성된 B액을 주입하는 2액성 그라우트 주입공법이다. 적정 배합비로 제작된 무기계 가소성 그라우트의 일축압축강도는 초기강도 및 장기강도 기준을 만족하는 결과를 보였다. 지하수가 존재하는 현장에서 그라우트 주입 시 발생하는 재료분리현상을 관찰하기 위하여 기존 현장에서 적용된 규산계 그라우트와 무기계 가소성 그라우트를 비교하였으며, 그 결과 규산계 그라우트에서 발생하는 재료분리 현상이 무기계 가소성 그라우트에서는 관찰되지 않았다. 또한 무기계 가소성 그라우트의 장거리 이송에 대한 현장 적용성을 확인하기 위하여 A, B액의 점도를 측정한 결과 A, B액 모두 120분 이상 2000 cP 이하가 측정되었다. 이러한 결과는 추후 현장적용 시 A, B액의 원활한 이송이 가능한 점도를 확보하고 있음을 확인하였다.
Abstract
A suitability of a thixotropic grout developed in this study has been examined through laboratory tests on strength, segregation, and viscosity. The thixotropic grout is a mixture of two types of liquid components. The A-liquid component consists of cement, water, and MG-A and the B-liquid component consists of scarlet, water, and MG-B. Unconfined compressive strength of specimens prepared with a proper mix-proportion satisfied a design criteria for the backfilling of tail voids. A material segregation phenomenon under water condition was not observed in the thixotropic grout whereas it was observed in the existing silica-type grout. In addition, viscosity tests have been carried out on the thixotropic grout to verify the capability of a long-distance delivery in the field. Both the A-liquid component and the B-liquid component maintained a viscosity of below 2,000 cP for 120 minutes. This experimental result confirms that two liquid components guarantees a long-distance delivery in the field application.
초록
최근 고성토 및 장지간 개착식 터널구조물의 구조적 안정성을 확보하기 위하여 리브 보강형 프리캐스트 아치 세그멘트를 이용한 개착식 터널공법이 연구 개발되어 시공되고 있다. 이러한 개착식 터널 구조물은 비개착식 터널 구조물에 비해 토피고가 상대적으로 작기 때문에 지진동에 의한 뒤채움 지반의 동적 거동에 의한 피해가 발생되는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 리브 보강형 프리캐스트 아치 개착 터널에 대한 내진 해석을 수행하여 지진동에 대한 리브 보강의 효과와 개착 터널의 동적 거동 특성을 분석하고자 하였다. FLAC2D를 이용하여 2차로 규모의 일반 현장타설 복개 아치 터널, 리브 보강형 프리캐스트 아치 복개 터널에 대한 동적 내진해석을 수행하였다. 또한 토피고, 굴착사면, 성토사면 조건에 따른 동적 거동특성을 비교 분석하였다. 리브 보강으로 인한 터널 구조물의 강성증가는 지표면으로 전달되는 지진동의 증폭 현상을 감소시키는 것으로 평가된다. 합리적인 동적 내진해석을 통해 리브 보강형 프리캐스트 아치 복개 터널이 일반 현장 타설식 복개 터널보다 동적 하중에 대하여 보다 효과적임을 확인하였다.
Abstract
The novel cut-and-cover tunnel construction method using rib-reinforced pre-cast arch segments has been recently developed and applied for practice to secure a structural stability of high covering and wide width section tunnels. Cut-and-cover tunnels are usually damaged by the seismic behavior of backfill grounds in case of a low covering condition. Seismic analyses are performed in this study to characterize the dynamic behavior of rib-reinforced pre-cast arch cut-and-cover tunnels. Seismic analyses for 2 lane cast-in-place and rib-reinforced pre-cast arch cut-and-cover tunnels are carried out by using the commercial FDM program (FLAC2D) considering various field conditions such as the covering height, embankment slope, and excavation slope. It can be concluded that the amplification of seismic wave is reduced due to an increase in the structural stiffness induced by rib-reinforcement. The results show that the rib-reinforced pre-cast arch cut-and-cover tunnels are more effective against the seismic loading, compared to the cast-in-place cut-and-cover tunnels.
초록
암석 절리면의 거칠기의 발현에 따른 돌출부의 손상 특성을 연구하기 위해 전단시험 한 절리면 시편에 대한 이미지 분석을 수행하였다. 동일한 절리면에 대한 반복적인 시험에는 복제 시편을 사용한 모델시험이 가장 적합하였으므로 암석 절리면으로부터 각기 다른 4종류의 3차원 거칠기를 복제하고, 고강도 석고를 사용한 시편을 제작하였다. 연직응력 수준을 변화시키며 총 20여회의 전단시험을 실시하였으며, 전단된 시편의 디지털 사진의 이미지 분석을 통하여 손상된 거칠기의 국지적 양상과 규모를 분석하였다. 분석 결과 거칠기의 손상 특성은 연직응력의 수준에 크게 의존하며, 돌출부의 파괴와 마모로 규정할 수 있는 것으로 나타났다. 돌출부 손상은 첨두 전단변위에서 가장 많이 발생하며, 변위가 증가하면 작은 돌출부들이 새롭게 손상되어 평균적인 돌출부의 손상 규모는 일정한 것으로 나타났다. 고강도 석고를 사용한 전단시험 결과에 자연 암석절리의 돌출부를 구성하는 광물입자의 물리적 특성이 완전하게 반영될 수는 없다. 그러나 첨두 전단변위와 돌출부 손상과의 상관관계에 대한 정량적 연구 결과는 돌출부 손상 특성의 파악이 암석 절리면 역학적 특성과 전단모델의 연구에 매우 중요한 수단이 될 수 있음을 보여준다.
Abstract
Image analyses for sheared joint specimens are performed to study asperity degradation characteristics with respect to the roughness mobilization of rock joints. Four different types of joint specimens, which are made of high-strength gypsum materials, are prepared by replicating the three-dimensional roughness of rock joints. About twenty jointed rock shear tests are performed at various normal stress levels. The characteristic and scale of asperity degradation on the sheared joint specimens are analyzed using the digital image analysis technique. The results show that the asperity degradation characteristic mainly depends on the normal stress level and can be defined by asperity failure and wear. The asperity degradation develops significantly around the peak shear displacement and the average amount of degraded asperities remains constant with further displacement because of new degradation of small scale asperities. The shear strength results using high-strength gypsum materials can not fully represent physical properties of each mineral particles of asperities on the natural rock joint surface. However the results of this quantitative estimation for the relationship between the peak shear displacement and the asperity degradation suggest that the characterization of asperity degradation provides an important insight into mechanical characteristics and shear models of rock joints.
초록
아치형 개착식 터널은 종래의 박스형 개착식 터널과 비교하여 외력에 따른 축력으로 지지하는 형식이므로 보다 얇은 부재로 시공이 가능하고, 구조물 특성상 적절한 변형에 의하여 지반반력을 기대할 수 있어 역학적으로 우수한 구조물로서 최근 프리캐스트화되어 그 시공실적이 증가하고 있는 추세이다. 그러나 프리캐스트 아치형 개착식 터널은 굴착식 터널 및 박스형 개착식 터널 등과 시공방법과 형상이 상이하여 구조물 주변 지반응력 거동이 다르며, 이는 터널구조물 단면설계시에 반영 되어야만 하는 중요한 사항이다. 따라서 본 연구에서는 프리캐스트 아치형 개착식 터널의 시공과정을 고려하여 유한요소해석을 실시하여, 지반과 구조물간 상호작용을 고려한 아치형 개착식 터널의 역학적 거동에 대하여 검토하였다.
Abstract
The thickness of the material can be thinned because arch cut-and-cover tunnel has the support mechanism by the axial force, and the ground reaction force due moderate deformation can be expected thereby making it be dynamically advantageous, therefore the arch cut-and-cover tunnel has become more widely used. An important characteristic of the arch cut-and-cover tunnel is that the thickness of the material can be thinned because precast arch type has the support mechanism by the axial force. However, there is a different stress state surrounding the structures between normally excavated tunnels and cut-and-cover tunnels, it should be considered at designing. Therefore, finite element method was carried out to examine the mechanical behavior of the precast arch cut-and-cover tunnel considering construction procedure.