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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
12권 6호
초록
현재 널리 적용되고 있는 대표적인 터널보조공법인 강관다단그라우팅공법은 그라우팅 기술을 도입하여 지반의 물성치를 개선하는 개념이나, 풍화토 지반조건에서는 그라우트재 주입 시 입자의 막힘현상으로 주입범위가 극히 제한되어 계획했던 보강 범위 형성이 어려운 문제가 있다. 본 연구에서는 천공홀 가압 팽창 개념을 도입하여 터널 막장면에 Umbrella Type으로 천공홀을 설치하고 팽창형 강관을 삽입하여 터널을 보강하는 신공법에 대한 연구를 수행하였다. 신공법은 삽입된 강관을 팽창시킴으로서 주변 지반 다짐으로 인한 지반응력상태 변화를 유도하고 이로 인하여 터널 굴착에 의한 지반 거동을 안정하게 하는 공법이다. 본 연구에서는 천공홀 팽창으로 인한 주변 지반의 거동을 연구하기 위해서 챔버모형실험을 실시하였다. 세 가지 형태의 시험적인 팽창관에 대해 팽창 실험을 실시하여 천공홀 벽면에서의 응력과 변위를 측정하였고, 공팽창 이론과 챔버모형실험을 모델링한 수치해석 결과와 실험결과를 비교하였으며. 그 결과가 유사한 것을 확인하였다. 신공법의 터널 보강 효과를 평가하기 위하여 신공법과 강관다단그라우팅공법을 적용한 2차원 터널 수치해석과 Trapdoor 모형토조실험을 수행하였으며, 수치해석 결과와 실험 결과에서 모두 삼방향 팽창형 강관(하부 방향 무가압) 신공법을 적용하였을 경우에 터널 굴착 시 내공변위가 감소하는 결과를 보여주어 신공법의 적용가능성을 확인하였다.
Abstract
A new tunnel auxiliary method is proposed in this paper which utilizes the concept of cavity expansion for tunnel reinforcement by forming an umbrella arch on the roof of tunnel. When an inflatable pipe is inserted and expanded by pressure in the bore hole of umbrella arch, the ground around the bore hole can be compacted so that the stress condition above the tunnel perimeter is favorably changed. In order to verify the reinforcement effect of new concept, pilot-scale chamber test, trapdoor test and numerical analysis were performed and compared. In pilot-scale chamber test, three types of inflatable pipes are tested to verify the capability of expansion, and the results are compared with analytical results obtained by applying cavity expansion theory and with results obtained from finite element analysis, and the experimental results showed agreeable matches with analytical and numerical ones. Numerical analysis of a tunnel and trapdoor test applied with the inflatable pipes are also performed to figure out the reinforcement effect of the proposed techniques, and the results implied that the new method with 3 directional inflatable pipe (no pressure to downward direction) can contribute to reduce tunnel convergence and face settlement.
초록
기존 터널 하부에 근접 교차하여 새로운 터널을 건설하는 경우에, 신설터널의 종방향 아칭이 기존 상부 터널의 간섭으로 인하여 영향을 받으나 이에 대한 연구는 많지 않다. 특히 기존터널의 상부에 존재하는 지상 구조물에 의한 영향을 연구한 경우는 찾아보기 힘들다. 따라서 본 연구에서는 기존터널 하부에 근접 교차하여 새로운 터널을 굴착하는 경우에, 기존터널과 하부 터널 막장의 상대적 위치에 따른 아칭현상과 지상구조물에 의한 영향을 실내모형실험을 실시하여 규명하고자 하였다. 이를 위하여 기존 원형터널 하부에서 신설터널 막장 위치를 변화시키면서 지중응력과 변위를 측정하였다. 또한, 지상 구조물의 위치에 따른 영향을 측정하였다. 연구 결과, 상부 터널의 간섭에 의하여 하부 터널 종방향 응력전이가 영향을 받는 것을 알 수 있었으며, 하부 터널 굴착에 따른 종방향 아칭에 의해 상 ․ 하부 터널 사이에서 지반의 토압이 변하는 것을 확인하였다. 또한, 지상구조물의 위치가 막장과 일치하였을 때 종방향 아칭으로 인한 간섭이 가장 크게 측정되었다.
Abstract
In the case that a new cross tunnel is constructed under the existing tunnel, development of a longitudinal arching would be influenced by the existing tunnel. But it is not enough to investigate. Especially, the influence of the structure loads on the ground surface on the new tunnel, which the under-passes existing tunnel has been rarely studied. This study, therefore, aimed to clarify the effect of the existing tunnel and the structure on the ground surface on the development of a longitudinal ground arching during the excavation of a cross tunnel under the existing tunnel. Two-dimensional model tests were carried out in the test box, whose dimension was 30 cm (wide) × 113 cm (deep) × 87 cm (high). The existing tunnel was made of S21 steel tube in 16 cm diameter and 1 mm thickness. The ground surface load was 4.9 kPa and was loaded on the model structure in the size with 30 cm width × 16 cm height. New tunnel was excavated in 250 mm height by a bench cut method. As results, the longitudinal arching would be developed but it was severely influenced by not only the existing upper tunnel but also the ground surface load. The influence of the ground surface load on the development of longitudinal ground arching around a new tunnel showed the highest value when the tunnel face located direct under the surface load.
초록
본 연구에서는 뿜어붙임 방식의 모르타르 내화재가 시공된 침매터널 벽체구조물을 모사한 철근콘크리트 블록시험체에 대해 HCinc 화재시나리오와 ISO834(4시간) 화재시나리오 하에서 침매터널 내화재의 화재저항성 평가결과를 비교하였다. HCinc 화재시나리오 하에서는 내화재와 시험체 계면으로부터 0, 25, 50 mm 위치에서의 최대온도가 각각 311°C, 194°C, 142°C로 나타났으며, ISO834(4시간) 화재시나리오 조건에서는 0, 25, 50 mm 위치에서의 최대온도가 각각 332°C, 222°C, 179°C로 측정되었다. 이상의 결과로부터 본 연구에서 적용된 두 가지 화재시나리오들은 최대온도개념에서 유사한 화재강도임을 확인할 수 있었다. 이와 더불어 내화재 설치여부에 따른 침매터널 구조물의 안정성을 확인하기 위한 구조안정성 해석을 수행하였다. 이때 내화재가 설치되지 않은 시험체에 대한 화재시험을 수행하여 화재에 의한 콘크리트의 단면손실과 강도저하를 확인하고 그 결과를 이용하여 구조안정성 해석을 수행하였다. 이상의 해석 결과, 본 연구에서 적용된 강력한 화재시나리오 조건에서는 침매터널 구조물의 안정성 확보를 위하여 내화재가 필수적임을 확인할 수 있었다.
Abstract
In this study, fire resistance of a fireproof material sprayed upon an immersed tunnel was experimentally evaluated under HCinc and ISO834(duration of 4 hours) fire scenarios. Under HCinc fire scenario, the maximum inner temperatures of a concrete specimen at the depth of 0, 25 and 50 mm from the interface between the structure and the fire-proofing layer were 311°C, 194°C and 142°C respectively. Similarly, the corresponding maximum temperatures under ISO834 fire scenario were 332°C, 222°C and 179°C respectively. From the results, it was revealed that the two different fire scenarios assumed in this study have almost the same fire capacity as each other in the maximum temperature concept. In addition, a structural analysis of the immersed tunnel under HCinc fire scenario was carried out to verify the effects of the fireproof material on its structural stability. Material loss and deterioration of a concrete specimen without any fire-proofing measure was also experimentally evaluated to obtain input parameters for the structural analysis under such a severe fire scenario. From the results, it was confirmed that the application of fireproof measures to the immersed tunnel is essential for its structural stability even under a severe fire scenario.
초록
NATM 터널의 콘크리트라이닝은 국내 도입 초기에는 내장재로서 고려되었으나, 최근에는 구조재로서의 역할로 고려되고 있다. 따라서 설계 시 여러 가지 하중을 고려해야 하며, 그중에서도 지반이완하중은 콘크리트라이닝의 두께 및 철근보강유무를 결정하는 주요 하중이다. 도심지 지하철터널에서는 한계평형이론식 Terzaghi 암반분류 등을 사용하여 비교적 높은 이완하중을 적용하여 설계하고 있다. 본 연구에서는 이완하중 산정식들에 대해 검토하고 이완하중 산정법에 따른 구조계산을 수행하여 콘크리트라이닝의 거동을 파악하고자 한다.
Abstract
A concrete lining of NATM tunnel had been considered as interior materials. But recently we consider it as structural materials. Therefore we must consider various loads. Relaxed rock load is a main load which decides thickness and reinforcement presence of concrete lining. In practice conservatively, Terzaghi's rock load theory has been accepted to estimate relaxed rock loads in urban subway tunnel design. This study investigates the equations of relaxed rock loads used in the design of NATM concrete lining. Structural analysis are executed based on various equations of relaxed rock loads, and concrete lining forces are compared.
초록
장기 부식 등 일반적인 건설재료의 문제점을 보완할 수 있는 대체재료로서, 섬유강화 복합재료의 활용이 증대되고 있다. 하지만 일반적으로 선형의 섬유강화 복합재료를 아치형인 터널구조물의 부재로서 활용하는 데는 많은 문제점이 대두된다. 따라서, 본 연구에서는 섬유강화 복합부재를 일정곡률로 인발성형 할 수 있는 신개념의 곡면 FRP 부재 성형장비를 개발하고 시제품을 생산하였으며, 시제품에 대한 물리적 특성 시험을 수행하였다. 이어, 곡면 FRP 시제품과 합체되어 제작된 콘크리트 복합부재에 대한 수치해석 검토 및 분석을 통하여 시제품의 터널 구조체로써의 적용성을 평가하였다. 수치해석적 적용성 검토 결과, 곡면 FRP 부재를 터널 구조물로 적용함에 있어서 터널 안정성을 충분히 확보할 수 있는 것으로 파악되었다.
Abstract
Utilization of the fiber reinforced polymer (FRP) material has been enlarged as a substitution material to the general construction materials having certain long-term problems such as corrosion, etc. However, it could be difficult to apply the FRP material, which has a linear shape generally, to an arch-shaped tunnel structure. Therefore, an attempt has been made in this study to develop a device to form a designed cross section of FRP material by pulling out with a curvature. A sample of the circled FRP product was successfully produced and then the sample has been tested to identify its physical characteristics. Then, intensive feasibility studies on the circled FRP panel to be used for a tunnel lining structure have been carried out by numerical analyses. As a result, it appears that the new circled FRP-concrete composite panel has a high capability to be used for a tunnel lining material without any structural problem.
초록
통계 관리도 기법을 활용한 터널 굴착면 전방 단층대 예측 기법을 제시하고 적용성을 검토하였다. 5개의 RMR 변수와 기초 RMR에 대한 관리도를 작성하여 단층대로 접근함에 따른 각 변수의 변화 분석을 통해 이상 구간을 통계적인 기준에 의해 판정하였으며, 이러한 이상 구간을 단층대 구간으로 간주하였다. 관리도 평가 기법을 터널 시공현장에 적용한 결과, 선진수평시추 및 막장 관찰을 통해 확인된 3개소의 단층대 구간은 관리도 판정에 의해 단층대가 출현하는 시점보다 각각 1~3 굴착면 이전에 인지되었으며, 거리로 환산하면 2.2 m, 5.0 m, 6.0 m 이전에 해당된다.
Abstract
A new approach for prediction of a fault zone ahead of tunnel face by using statistical control charts is suggested and applied to the construction site. control charts of RMR parameters were investigated as approaching and passing through fault zone. The abnormal signal from the control charts was observed and analyzed based on statistical criteria. Fault zones in the application area were predicted in advance using this method and it was verified by comparing with observation data like horizontal boring and face mapping.