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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
12권 5호
초록
대부분의 터널은 시간이 지남에 따라 유입량 증가, 작용수압의 변화 등 지하수의 영향을 받는다. 이러한 수리영향에 대응하기 위하여 터널 시공 시 지하수의 유입과 라이닝의 간극수압을 줄이기 위한 그라우팅을 적용한다. 본 연구에서는 효과적인 그라우팅을 위해 수치 해석결과를 바탕으로 다양한 그라우팅 조건에 대한 영향을 분석하였다. 그라우팅 영향 특성을 분석하기 위하여 그라우팅의 상대 투수계수 해석, 그라우팅의 두께, 그라우팅의 거리 등을 영향요소로 다르게 하였다. 해석결과는 지반하중, 수압, 라이닝 위치에 따른 수압, 라이닝 주변 수압분포, 유입량으로 나누어서 고찰하였다. 라이닝의 작용하는 지반 하중은 모든 조건에서 거의 동일 했으며, 라이닝에 작용하는 수압은 그라우팅의 투수계수가 감소할수록, 두께가 증가 할수록, 그라우팅 영역 거리가 가까울수록 감소하였다. 유입량은 그라우팅 투수계수가 작을수록 감소하며, 그라우팅 두께와는 반비례한다. 본 그라우팅 영향 평가를 활용하여 지반 조건에 따른 그라우팅의 효과적인 적용을 할 수 있다.
Abstract
In the long-term, most tunnels suffer from the increase in ground water inflow and in pore water pressure on the lining. To reduce such hydraulic effect, generally grouting methods are adopted. In this paper effective grouting design is proposed based on numerical simulation. To investigate the optimal grouting layout, factors such as relative permeability, grouting thickness, and distance from the lining are considered. The results are analysed in terms of pore water pressure, inflow rate, and earth pressure. It is revealed that the pore water pressure has increased with a decrease in grout permeability, an increase in grouting thickness and an increase in grouting distance. Meanwhile the inflow rate has decreased with a decrease in grout permeability and is inversely proportional to grouting thickness. Effective grouting design guideline are proposed based on this study.
초록
국내의 경우 터널 지반보강중 강관다단그라우팅 공법이 폭넓게 사용되지만 해외의 경우 시공성 및 경제성이 우수한 막장볼트 공법이 흔히 적용되고 있다. 본 논문에서는 국내 도로터널 붕락 발생시 적용한 강관다단그라우팅 및 막장볼트의 적용효과에 대해서 수치해석을 통해 분석해 보았다. 또한 해외 시공사례의 계측데이터를 바탕으로 두 공법의 보강효과에 대해 분석해 보았다. 본 연구를 통해 막장 전면에 파쇄대가 발달하는 경우 페이스공법도 막장보강에 효과적임을 알 수 있었다.
Abstract
Unlike in Korea where Steel Pipe-reinforced Multistep Grouting is of commonly used methods for tunnel reinforcement, face bolt method is more widely used due to its better workability and lower construction cost in other countries. In this paper, the effects of both methods after tunnel failure were numerically analyzed and verified based on the oversea construction experiences. As a result it is concluded that the face bolt method may be effective to reinforcement especially when there are some fractured zones developed in the face of tunnel.
초록
본 논문은 터널굴착 시 야기되는 지반의 응력과 지표면의 침하량을 감소시키기 위한 터널막장 폐합시키는 기법에 대한 연구이다. 이 연구를 수행하기 위하여 실내모형실험과 수치해석적 분석을 실시하였다. 실내모형실험에 있어서는 터널막장의 폐합비, 터널깊이 그리고 터널굴착장에 따른 지반의 거동을 실험하였다. 이 들 모형실험 결과를 검증하기 위하여 3차원 수치해석을 실시하였으며 서로의 결과들을 비교 분석하였다. 그 결과 막장 폐합비가 작아질수록 터널막장과 지반침하에 안정성은 저하되는 것으로 나타났으며 막장 폐합비가 80% 이상일 경우에는 막장 안정성에 큰 문제가 없는 것으로 나타났다. 이러한 연구결과는 향후 경제적인 터널막장폐합시스템을 개발하는데 매우 유용 할 것으로 기대된다.
Abstract
This paper presents a new approach of closing the tunnel face with sprayed concrete to reduce the stress at the tunnel face and displacement occurring at the ground surface during tunnel excavation. In order to carry out this research, the experimental and numerical studies are performed. In the experimental study, the model tests are carried out according to the closure ratio of tunnel face, tunnel depth and tunnel excavation length. The model test results are analyzed and interpreted by numerical calculation in order to verify both results obtained from experimental and numerical studies. It is clearly found that the tunnel face stability is decreased in decreasing the closure ratio of tunnel face. The results also show that the tunnel face is stabile when the closure ratio of tunnel face is larger than 80%. This research will be very useful to develop the economical tunnel face closing system.
초록
본 논문에서는 고속국도 제 12호선 담양-성산간의 양방향 터널의 설계 시, 지반 물성치의 불확실성을 고려하기 위해 위험도 분석에 근거하여 최적의 지보패턴 및 굴착방법을 결정하는 사례를 소개하였다. 이를 위해 지보량과 굴착방법이 다른 3 가지 적용 안을 선정하고, 터널의 안정성을 정량화할 수 있는 개념인 안전율을 사용하여 각각의 경우에 대해 Monte Carlo simulation 기법을 사용하여 위험도를 구하였다. 이때 결과의 신뢰도를 높이기 위하여 정규분포를 만족하는 총 729가지 경우의 지반물성치 조합 (변형계수, 점착력, 내부마찰각)을 생성하여 사용하였다. 또한 터널의 발생변위 및 숏크리트 휨응력 분포를 비교･분석하여 터널의 안정성을 확인하였다.
Abstract
In this study, a case study was introduced for the design of a twin tunnel along high speed national highway Route 12 from Damyang to Sungsan. It was related to determine the optimal tunnel support pattern and excavation method based on a risk analysis in order to incorporate the uncertainty of ground properties. To this end, 3 alternatives with different amounts of support and excavation method were selected and risk analysis was performed by applying Monte Carlo simulation technique, respectively. Stability of the tunnel was quantified by the factor of safety. To improve the result, the 729 cases of the combination of ground properties (deformation modulus, cohesion, and internal friction angle) satisfying a Gaussian distribution were generated and applied. Also, stability of the tunnel was confirmed by analyzing the distribution of both displacement and shotcrete bending stress.
초록
본 논문은 철근을 보강한 일반강관을 이용하여 지반을 보강할 경우 터널안정성의 효과에 대하여 연구한 것이다. 본 연구를 위하여 철근 보강형 강관과 일반강관의 휨강성을 이론과 실험을 통하여 비교 분석하였으며, 실질적으로 터널 안정성에 미치는 보강효과를 분석하기 위하여 수치해석을 실시하였다. 그 결과 일반강관에 비해 철근 보강형 강관의 경우 휨강성은 65% 증가되며, 터널 안정성 보강효과는 약 10% 내외 증가되는 것으로 나타났다. 따라서 철근 보강형 강관을 이용한 터널 보강공법의 경우 터널의 안정성을 경제적으로 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
Abstract
This paper presents the effects of the tunnel stability using re-bar steel pipe which is the steel pipe reinforced by re-bar. In order to carry out this research, not only the theoretical and experimental study for bending stiffness of normal steel pipes and re-bar steel pipes but also numerical analysis of tunnel stability are performed. It is clearly found from the results that 65% of bending stiffness of the re-bar steel pipe is larger than that of the normal steel pipe. The results obtained from the numerical analysis of tunnel stability show that about 10% of tunnel stability is increased in case of the re-bar steel pipe. The re-bar steel pipe, therefore, may be very useful to develope the tunnel stability economically.
초록
동결융해과정이 지속적으로 반복되면서 발생되는 응력이력현상으로 인해 암반내의 피로현상이 누적되면서 암반 내 누적 변위가 증가할 뿐 아니라 강도 역시 지속적으로 감소된다. 동결융해로 인한 응력의 hysteresis 현상은 대기온도의 영향에 의한 것으로, 일반적으로 점탄성 거동을 하게 된다. 그러므로, 이상물체를 이용한 암반해석을 위해, 일반적으로 점탄성 거동해석에 사용되는 Kelvin 모델을 적용할 수 있다. 또한 다공질암의 동결융해에 따른 열화 과정을 정량적으로 파악하기 위한 새로운 지표를 설정하고자 동결-융해 실험을 실시하였다. 본 연구에서는 다공성 응회암을 이용 동결-융해 실험을 실시 암석의 열화과정의 분석을 시도하였다. 실내실험 결과, 공극률의 변화를 정량화하여 열화특성을 설명하였다. 탄성계수 및 일축압축강도 등 암석의 물성변화를 공극률을 이용 열화 특성 함수로써 표현하였다
Abstract
The accumulated displacements and fatigues of rock are increased by the stress-hysteresis, induced from repeated frost-thawing. Also the shear strength is decreased by them continuously. The stress-hysteresis is affected by the atmospheric temperature changes, whose behavior is visco-elasticity, usually. Therefore, to do ideal body analysis, Kelvin model could be used to analyze the frost-thawing behavior in winter. In general, rock slope failure occurs by the deterioration of rocks, which is caused by the repetition of freezing-thawing process. In order to keep the safety of such rock mass structures the deterioration process of rock needs to be described quantitatively using some meaningful parameters. In this work, the deterioration process in freezing-thawing cycle of tuff, which is a famous soft porous rock, is investigated through laboratory tests and successfully described as a differential equation for the change of porosity. And then, the deterioration of the mechanical properties of rock, such as Young’s modulus and uniaxial compressive strength, are quantitatively described as a function of the porosity.