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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
14권 5호
초록
공간이 한정된 도심지에서 인구가 밀집되는 가운데 도심의 복합지하공간에 대한 개발은 날로 늘어나고 있다. 이러한 가운데 홍수피해의 90% 이상이 도심지 홍수피해라고 할 만큼 도심지의 수재해에 대한 대비가 필요한 실정이다. 이러한 요구에 따라 도심지 복합지하공간 하부에 지하저류공동 시설물을 시공하여 도심지 홍수피해 시 복합지하공간에 대한 안정성을 확보하고자 한다. 지하저류공동에서 저장된 빗물을 원활히 제어하기 위해서는 한 개의 공동보다 다수의 저류공동 시설로 설계하는 것이 유리하다. 다수의 저류공동으로 시공을 할 경우 공동과 공동 사이의 필라 구조물에 상부의 하중이 집중되기 때문에 필라 구조물에서 안정성 확보 방안이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 필라부의 안정성을 확보하기 위한 필라부 보강공법을 개발하였다. 필라부 보강공법은 철근과 PC강연선으로 구성된 보강재를 필라부에 삽입한 후 가압 그라우팅을 하고, 프리스트레스를 가하는 공법이다. 따라서 기존의 프리케스트 콘트리트 구조물로 필라부를 보강하는 것과 달리 원지반을 직접 보강하는 공법으로 원지반의 강도를 최대한 활용할 수 있다는 장점이 있다. 먼저, 가압 그라우팅을 하였을 경우 지반 보강효과뿐만 아니라 필라부에 가해지는 상부의 하중을 경감시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 프리스트레스를 가하게 되면 필라부에 내압을 가하는 효과로 인하여 지반강도를 증가시키는 역할을 기대할 수 있다. 본 논문에서는 이러한 보강효과를 통해서 필라부 주변지반의 거동이 어떻게 변화할 것인지를 판단하고자 한다. 먼저, 수치해석을 통해서 각 시공단계별 필라부 지반의 응력 변화 양상을 판단하였다. 이를 통해서 가압 그라우팅과 프리스트레스에 의한 효과를 검증할 수 있었다.
Abstract
Usage of underground space is increasing at metropolitan city. More than 90% of flood damages have occurred at downtown of metropolitan cities. In order to prevent and/or minimize the flood-induced damage, an underground rainwater detention cavern was proposed to be built underneath existing structures. As for underground caverns to be built for flood control, multi-caverns will be mostly adopted rather than one giant cavern because of stability problem. Because of the stress concentration occurring in the pillars between two adjacent caverns, the pillar-stability is the Achilles' heel in multi-caverns. So, a new pillar-reinforcing technology was proposed in this paper for securing the pillar-stability. In the new pillar-reinforcing technology, reinforced materials which are composed of a steel bar and PC strands are used by applying pressurized grouting, and then, by applying the pre-stress to the PC strands and anchor body. Therefore, this new technology has an advantage of utilizing most of the strength that the in-situ ground can exert, and not much relying on the pre-cast concrete structure. The main effect of the pressurized grouting is the increase of the ground strength and more importantly the decrease of stress concentration in the pillar; that of the pre-stress is the increase of the ground strength due to the increase of the internal pressure. In this paper, ground reinforcing effects were verified the stress change in pillar is obtained by numerical analysis at each construction stage. From these results, the effects of pressurized grouting and pre-stress are verified.
초록
본 연구에서는 기존 도로나 철도 하부에 비개착 공법을 적용하여 입체교차 구조물을 시공할 경우, 비개착공법에 사용되는 사각형 강관의 1개 관입과 전체 강관들의 관입에 따른 상부 지반의 침하와 강관 주변의 변위를 3차원 수치해석으로 분석하여 비개착공사에 따른 지상의 안정성을 파악하고자 하였다. 이상의 수치해석 결과, 사각형 강관 관입에 의한 주변지반의 거동은 수평방향보다 연직방향의 변위에 크게 좌우되며, 토피고가 낮을수록 침하량이 보다 커지는 것으로 파악되었다. 강관 전체를 추진하는 해석에서는 강관들의 추진순서에 따라 침하량이 다소 다르게 나타났으며, 상부에 위치한 사각형 강관들 추진에 의해 발생하는 침하량이 총 침하량의 약 75%를 차지하는 것으로 나타나, 상부 강관 추진 시에 주의 깊은 시공관리가 필요할 것으로 판단되었다.
Abstract
This study aims to numerically investigate ground movement around a square steel pipe as well as a group of square steel pipes induced by its and their ground penetration for trenchless construction of a concrete box. From numerical results, ground movement induced by a square steel pipe is much more dominantly governed by vertical displacement rather than horizontal displacement. Ground settlement induced by pipe penetration is much larger as the overburden becomes lower. The settlement is also shown to be slightly dependent upon the sequence of pipe penetration. More careful construction management is highly in demand during the penetration of upper pipes since their induced settlement occupies approximately 75 percent of total ground settlement after the whole construction of steel pipes.
초록
본 연구에서는 비개착 공법에서 상부구조물의 하중을 지지하는데 유용한 사각형 강관의 관입이 지반에 미치는 영향을 파악하고자, 모형토조에 강사장치를 이용하여 상대밀도가 일정한 모래지반을 조성하고, 조성된 모래지반에 모형 오거에 의한 굴착과 동시에 사각형 강관이 관입되는 모형 토조실험을 실시하였다. 실험 결과, 토피고가 낮을 경우에는 사각형 강관 주변의 모든 방향으로 대체로 균등하게 영향범위가 나타난 반면, 토피고가 높아질수록 사각형 강관 관입에 의한 영향범위는 주로 강관 상부에서 넓게 나타나고, 특히 상부 영역의 수평 변형률에 크게 영향을 미치는 것으로 나타났다. 특히, 사각형 강관 상부의 모래 표면의 변위는 무차원 관입속도가 약 0.2일 경우에 최소로 나타났다. 또한 사각형 강관의 관입속도가 일정할 경우, 오거의 회전속도에 따라 모래 표면의 변위량이 달라지는 것으로 나타나, 안전 시공을 위해서는 시공조건에 적합한 무차원 관입속도의 선정이 중요하다는 것을 알 수 있다.
Abstract
This study aims to experimentally investigate ground settlement and ground movement around the square pipe by its penetration in sandy ground. A series of laboratory model tests were carried out with a small-scale auger equipment for penetration of a square pipe as well as a newly designed test box with a sand raining equipment. From the experiments, it is shown that a square pipe induces ground movement evenly around it in a low overburden condition. However, as the overburden becomes higher, ground movement by a square pipe is concentrated mainly above it. Especially, horizontal strain above the square pipe was mainly dominated by its penetration. In addition, sand surface movement is the smallest in case of the dimensionless penetration rate equal to 0.2. When its penetration rate of the square pipe is fixed, the rotation speed of auger controls surface movement whether it is settlement or heaving. Therefore, the selection of an optimal dimensionless rate for the square pipe is a key design factor to minimize ground settlement in a trenchless construction.
초록
터널 시공 중 암반등급은 지보패턴의 결정에 큰 영향을 주는 요소이다. 따라서 터널 설계 시에 터널이 시공되는 노선의 암반등급을 파악하기 위해서 시추조사를 수행한다. 시추구간 사이의 미시추 구간에서는 전기비저항 탐사, 탄성파 탐사 등과 같은 지구물리탐사를 통해 암반등급을 파악한다. 따라서 전기비저항과 암반등급의 상관관계를 찾기 위한 연구가 다수 수행되었다. 그러나 대부분의 연구는 실내시험 또는 전기비저항 탐사로부터 얻어진 전기비저항과 암반등급의 상관관계에 대한 연구이다. 따라서 본 연구에서는 현장의 전기비저항 검층 시험으로부터 얻어진 전기비저항과 RMR의 상관관계를 분석하였다. 현장 데이터 분석 결과, 전기비저항과 RMR은 약 90%이상의 매우 높은 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 또한 RMR 평가 요소들과 전기비저항의 상관관계 분석을 수행한 결과, 전기비저항과 불연속면상태는 약 80%이상의 양호한 상관관계가 나타났으나 지하수상태는 약 57%이하의 낮은 상관관계가 나타났다.
Abstract
Rock mass rating (RMR) is the key factor when designing the appropriate support pattern of tunnel projects. Borehole drilling is usually performed along the tunnel route in order to determine the rock mass rating to be used for tunnel design. The rock mass rating at the non-boring region between boreholes is usually assessed through geophysical surveys such as electrical prospecting, seismic prospecting, etc. Many studies were carried out to find out the correlation between electrical resistivity and rock mass rating. However, most researches were aimed at obtaining the relationship between the two parameters utilizing experimental results obtained from laboratory tests or electrical prospectings. In this paper, efforts were made to analyze and obtain relationships between the electrical resistivity obtained from in-situ electrical resistivity logging data and the rock mass rating. Correlation studies using field data showed that the electrical resistivity is highly correlated with the rock mass rating with the determination coefficient more than 90%. The correlation analysis was also carried out between RMR classification parameters and the electrical resistivity. It was shown that the correlation between the condition of discontinuities and the electrical resistivity was very high with the determination coefficient more than 80%; that between the groundwater condition and the electrical resistivity was very low with the determination coefficient less than 57%.
초록
연마재 워터젯을 이용하여 암반을 굴착하기 위해서는 노즐이 삽입되고 절삭하는 연속적 공정이 요구된다. 본 연구에서는 노즐이 삽입되기 위한 충분한 절삭 폭을 확보하기 위해 한 쌍의 연마재 워터젯 노즐을 이용하여 암석 절삭실험을 실시하였다. 한 쌍의 노즐형태와 위치에 따른 기하학적 변수에 따라 암석 절삭형상과 절삭 폭이 달라지는 것을 확인하였다. 정의된 기하학적 변수에 따라 절삭 깊이 및 폭을 측정하여 암반에 형성되는 절삭단면 형상을 분석하였다. 그 중 노즐 삽입이 가능한 기하학적 변수를 제시하고 현장적용 가능성에 대해 검증하였다.
Abstract
Inserting a nozzle assembly into a removed cutting space during a continuous cutting operation is necessary in rock excavation using an abrasive waterjet. In this study, a combined two nozzle assembly is used to secure enough removal width. The shape of the cut space is affected by the geometric parameters (standoff distance, nozzle angle, and vertical distance between the nozzle tips) of the combined nozzle assembly. Abrasive waterjet cutting tests are performed with various geometric parameters for granite rock specimens. Optimized geometric parameters for the nozzle inserting process are determined and verified through the experimental tests
초록
본 연구에서는 3차원 유한요소해석을 실시하여 견고한 점토에 기시공되어 있는 단독말뚝의 하부에서 실시된 open face 터널굴착에 의한 말뚝의 거동을 분석하였다. 수치해석에서는 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동을 규명하기 위하여 지반, 말뚝의 침하 및 전단응력전이 메커니즘을 심도 있게 분석하였다. 터널굴착으로 인해 Greenfield 조건의 지표면의 침하를 크게 초과하는 말뚝침하가 발생하였으며, 말뚝과 인접지반 사이 경계면에서의 전단응력전이현상으로 인해 말뚝에 작용하는 축력의 분포가 매우 크게 변화하였다. 말뚝침하의 증가로 인하여 말뚝의 겉보기지지력 (apparent pile capacity) 이 약 30% 감소하는 것으로 분석되었다. 터널굴착에 따른 지중응력 및 변형에 의해 말뚝의 마찰력이 증가하는 현상이 발생하고 이에 따라 말뚝의 축력이 터널의 굴착에 따라 지속적으로 감소하였다. 순수하게 터널굴착에 의하여 단독말뚝에는 설계하중의 최대 21%에 상응하는 인장력이 유발되는 것으로 분석되었다. 말뚝은 터널의 시공이 말뚝의 중심에서 종방향으로 ±1-2D (D: 터널직경)에서 실시될 때 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. 말뚝선단 인근에서는 (-)의 과잉간극수압이 발생하였으며, 말뚝상부 부근에서는 (+)의 과잉간극수압이 발현하였다. 터널굴착에 의한 말뚝의 사용성은 축력변화에 비해서는 말뚝의 침하에 의해 큰 영향을 받는 것으로 분석되었다.
Abstract
Three-dimensional (3D) finite element analyses have been performed to study the behaviour of a single pile to open face tunnelling in stiff clay. Several key factors such as tunnelling-induced ground and pile settlement, and shear transfer mechanism have been studied in detail. Tunnelling resulted in the development of pile settlement larger than the Greenfield soil surface settlement. In addition, due to changes in the shear transfer between the pile and the soil next to the pile with tunnel advancement, axial force distributions along the pile change drastically. The apparent allowable pile capacity was reduced up to about 30% due to the development of tunnelling-induced pile head settlement. The skin friction on the pile was increased with tunnel advancement associated with the changes of soil stresses and ground deformation and hence axial pile force distribution was reduced. Maximum tunnelling-induced tensile force on the pile was about 21% of the designed pile capacity. The zone of influence on the pile behaviour in the longitudinal direction may be identified as ±1-2D (D: tunnel diameter) from the pile centre (behind and ahead of the pile axis in the longitudinal direction) based on the analysis conditions assumed in the current study. Negative excess pore pressure was mobilised near the pile tip, while positive excess pore pressure was computed at the upper part of the pile. It has been found that the serviceability of a pile experiencing adjacent tunnelling is more affected by pile settlement than axial pile force changes.
초록
국내의 콘크리트 구조설계는 허용응력 설계법(ASD) 및 극한강도 설계법(USD)을 사용하고 있다. 허용응력설계 및 극한강도설계법은 경제적인 설계에 제한이 따르기 때문에 최근에 지하구조물의 설계에 극한한계상태 설계법의 채택을 다각적으로 검토하고 있는 상황이다. 이를 뒷받침하고자 본 연구에서는 일본 한계상태 설계법(LSD)에 의거한 국내 고강도 콘크리트 라이닝에 대한 발생 단면력을 산정하였으며, 이를 국내의 극한강도 설계법과 비교함으로서 경제적 설계 결과 도출 가능성 및 국내 적용성을 분석하고자 하였다. 해석결과, 철근량 산정과 밀접한 관계가 있는 최대 모멘트 발생양상은 두 설계법 모두 유사하나, 발생 부재력은 일본 한계상태 설계법이 극한강도 설계법에 비하여 모멘트는 26.0%, 전단력은 26.7%감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 이를 통하여 안정성이 확보된 조건에서 경제적인 세그먼트 설계가 가능함을 확인하였다.
Abstract
The concrete structural design in domestic has based on the allowable stress design (ASD) method and ultimate strength design (USD) method. Recently limit state design (LSD) method has issued and attempted to adopt in geotechnical design. Because ASD method and USD method have restriction in economic design. In this study, the generated member forces were calculated about high strength concrete segment lining based on japanese LSD code. And it compared with domestic USD code for identifying the economic design possibility of LSD and domestic applicability. In analysis results, the aspect of moment had generated similarly each other but the member forces of japanese LSD code were decreased (26.0% of moment and 26.7% of shear force) comparing with USD method. For that reason, possibility of economic segment design with stable condition were identified.