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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
15권 5호
초록
최근 비개착공법으로 지하차도 시공 시 강관을 지반에 압입한 후 강관자체를 철근과 모르타르로 보강하는 다양한 일체형 파이프루프 공법이 적용되고 있다. 이러한 일체형 파이프루프 공법은 상재하중에 대해 지보강성 효과를 발휘하여 콘크리트 지하차도 구조물에 작용하는 응력을 한층 감소시킬 것으로 예상된다. 또한 아칭효과에 의해 주변지반의 연직방향 및 수평방향의 토압이 변화하게 된다. 본 연구에서는 일체형 파이프루프 시공에 따른 주변지반의 토압 분포 특성을 분석하고, 일체형 파이프루프 내측에 시공되는 콘크리트에 작용하는 토압을 분석하기 위하여 유한차분 수치해석을 통해 파이프루프의 체결 특성을 모델링하고 응력 및 변위거동을 분석하였다. 지반과 구조물의 경계에 인터페이스 요소를 도입하여 지반구조물의 상호작용을 분석하였다. 분석 결과, 본체 콘크리트 구조물에 작용하는 연직토압은 파이프루프의 강성과 아칭 작용에 의해 원상태의 연직토압보다 큰 폭으로 감소하여 작용하는 것을 확인하였다. 지하차도 구조물의 단면 설계 시 설계하중에 대해 이러한 아칭작용에 의한 연직토압의 감소를 고려한다면 경제성을 보다 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
Abstract
In recent, various types of steel pipe-roof methods, which is reinforced by mortar after propulsion of steel pipe into the ground, have been used for the construction of trenchless underpass. Integrated steel pipe-roof has flexural stiffness and can resist against overburden load and reduce the stress acting on the concrete underpass structures. Due to arching effect, vertical and horizontal stress distribution around the steel pipe-roof is changing. In this study, therefore, the characteristic of stress distribution around the underpass induced by the construction of integrated steel pipe-roof is investigated by using numerical method. To examine the soil-structure interaction, interface element is introduced. Results show that vertical stress acting on the concrete structure placing inside the steel pipe-roof is significantly reduced due to arching effect and flexural stiffness of integrated steel pipe-roof. Design load can be reduced and effective design of underpass will be available if the earth pressure reduction due to arching effect is considered in the design stage.
초록
워터젯 절삭기술을 이용한 자유면 생성에 있어서, 생성된 자유면 내부의 모니터링은 효율적인 작업 진행을 위해서 매우 중요하다. 본 연구에서는 레이저 센서를 이용하여 자유면 측정 실험을 수행하고 실질적 현장적용을 위한 변수의 영향 정도와 최적변수 범위를 제시하였다. 영향을 미치는 변수를 레이저의 분해각(angular resolution), 측정 이격거리(measurement distance), 그리고 자유면의 절삭형상(cutting shape)으로 나누어 실험 수행 및 결과 분석을 하였다. 그 결과 분해각과 측정 이격거리가 감소할수록 그리고 절삭 폭이 증가할수록 보다 정밀한 모니터링이 가능함을 확인할 수 있었다. 본 레이저 측정 시스템을 이용하면 자유면 형상과 깊이의 측정이 실제 현장에서 충분히 적용 가능할 것으로 판단된다.
Abstract
The monitoring of a free surface generated by waterjet cutting technology is very important for an efficient construction process. In this study, experiments using a laser sensor were performed to provide a data processing method and to determine optimized parameters. The experimental parameters here are the angular resolution, measurement distance, and free surface cutting shape. The results show that the monitoring resolution increases with a decrease in the angular resolution and the horizontal measurement distance and with an increase in the cutting (free surface) width. This laser monitoring method can be applied during the measurement of free surface shapes and depths in situ.
초록
본 논문에서는 연약지반에 건설되는 Shield TBM 터널의 시공기술을 제시하였다. 이 연구를 수행하기 위하여 Shield TBM 장비를 축소･제작하여 축소모형 시험을 수행하였으며, 쉴드터널 굴착을 모사하기 위하여 다양한 장비들이 적용되었다. 또한 축소모형 시험 중 Shield TBM 장비로 인해 발생되는 지반의 거동을 계측하였으며, 지반의 안정성은 시뮬레이션 결과를 토대로 평가하였다. 이를 바탕으로 쉴드터널의 안전한 시공을 위한 기초자료로 활용하고자 한다. 결론적으로 Shield-TBM 구간에 대한 실내축소모형시험을 통하여 설계의 신뢰성을 확보하고, 시공 시 안전을 위한 개선사항 등과 특히, Shield TBM 추진시 쉴드터널이 통과하는 공항 활주로의 안정성을 확보하기 위한 시공방안을 제시하고자 한다.
Abstract
This paper presents the shield TBM technology in soft ground tunnelling. In order to perform this study, a scale model test was carried out using the developed small scaled shield TBM machine. The various instrumentations were conducted during the simulation of tunnelling. In addition, the ground behavior due to the shield TBM operation parameters was measured during the simulation. Based on the simulation results, the stability of the ground was evaluated and the fundamental shield TBM tunnelling technique in the soft ground was suggested. In conclusion, design’s reliability through laboratory small scale model test about Shield-TBM section was obtained, and both the improvement plan for safety during construction and the construction plan for securing airport runway’s safety during tunnel passing by Shield-TBM propulsion were suggested.
초록
본 연구에서는 도로터널 조명설계에 있어서 내부조명의 밝기 수준에 영향을 미치는 갱구부 경관을 L20법 측정을 통하여 수치 해석적으로 고찰하였다. 갱문 형식별로 휘도인자를 추출하고 갱구부 주변시설물의 재료적 특성이 미치는 영향을 평가하기 위해서 동영상 휘도계 HI-LAND ELF SYSTEM과 면휘도계 LMK Mobile advanced로 촬영하여 휘도 분석을 하였다. 국내의 터널은 대부분 산악지대에 분포되어 L20각도 내에서 휘도가 가장 높은 하늘이 점하는 비율이 거의 없으며, 터널 입구주변이나 도로노면에 의한 휘도가 대부분을 차지하고 있다. 그러나, L20각도 내에서 갱문의 면적이 넓게 보이는 면벽식의 경우는 주변이나 노면에 비해 밝은 휘도를 나타냄으로서 터널내 경계부 휘도를 높이는 요인이 되고 있으며, 터널 갱구주변의 도로시설물도 휘도에 영향을 미치고 있음을 파악하였다. 따라서, 휘도기반의 터널조명 설계 시 갱문의 형식 및 갱구부 주변시설물에 대한 면적, 재료, 색상 등이 외부휘도에 영향을 미치고 이로 인해 터널 내부조명의 밝기 레벨 설정에 영향을 주는 요인이 되므로 갱구부 경관설계 시 이에 대한 검토가 반드시 필요한 것으로 나타났다.
Abstract
This research uses numerical analysis to examine the tunnel portal landscape affecting the brightness level of interior lighting when designing lights for road tunnels through the L20 method. In order to extract the brightness recognition per form of a tunnel entrance and to evaluate the effects of the characteristics of the materials of facilities near a tunnel portal, brightness analysis was conducted by filming brightness on a video photometer called Hi-land Elf System, and a surface brightness photometer called LMK Mobile Advanced. Tunnels in Korea are mostly distributed in mountain areas; thus, the ratio occupied by the sky, which has the highest brightness within the angle of L20, is close to zero, while most of the ratio was occupied by brightness by the area near the tunnel entrance or road surface. However, for a tunnel portal retaing wall, which allows the width of a tunnel entrance to seem wider within the L20 angle, appeared to be have higher brightness compared to nearby areas or the surface, which is an element increasing the tunnel portal brightness within the tunnel, and the road facilities near the tunnel portal appeared to have an effect on the brightness as well. Thus, when designing tunnel lights based on brightness, the form of the tunnel entrance and the area width, material, and color of areas near the tunnel portal appeared to affect outside brightness and become an element affecting the establishment of the brightness level of the interior lights of tunnels. Consequently, reviewing such matters is a prerequisite when designing tunnel portal landscape.
초록
기존 연구를 통하여 주어진 지반조건과 대응한 시공 상황에 대해 터널 굴진에 따른 매 막장의 붕괴 위험도를 정량적으로 지수화 할 수 있는 수단이 개발된 바 있다(Shin et al, 2009a). 본 논문에서는 기 제안된 터널 붕괴 위험도 지수(KTH-index)를 산정하는데 있어서 각 영향인자에 부여되는 가중치가 고정된 ‘선형’ 모델과 주어진 영향인자의 입력값에 따라 가중치가 변화하는 ‘비선형’ 모델을 소개하고, 100여개의 붕괴현장자료를 이용해 ‘비선형’ 모델의 타당성을 검토하였다. 이를 통해 신개념의 ‘비선형’ 가중치 모델은 위험도를 평가코자 하는 터널현장의 특성을 감안하여 가중치가 합리적으로 조정되어 위험도 평가를 수행할 수 있음을 보였다. 또한, 기 개발된 터널 시공 위험도 관리 시스템의 이해와 효과적인 활용을 돕기 위해 일련의 터널 시공 위험도 평가 체계를 수립하여 제시하였다. 본 시스템은 수립된 평가체계에 따라 개발 취약한 지반조건상에 있는 실제 도로터널 현장의 전 구간에 적용되어 그 현장 적용성을 검토하였다. 이를 통해 터널 막장의 지반조건과 함께 터널 붕괴 가능성에 영향을 미칠 설계 및 시공 현황 정보와도 잘 연계 고려되어 붕괴 위험도가 평가됨을 보였으며, 산정된 위험도 지수 변화추이는 기존 전기 비저항 분포 특성과 설계자료 및 지보/보강 현황 등 현장 시공조건들의 변화추이와 잘 부합됨을 보였다. 또한, 본 시스템은 실시간으로 수집되는 막장관찰자료의 활용도를 극대화 시키고, 사전에 위험수준과 민감한 영향인자를 파악하여 적절한 현장대응을 유도할 수 있음을 보였다.
Abstract
Previously, a new concept of indexing methodology has been proposed for quantitative assessment of tunnel collapse hazard level at each tunnel face with respect to the given geological data, design condition and the corresponding construction activity (Shin et al, 2009a). In this paper, ‘linear’ model, in which weights of influence factors are invariable, and ‘non-linear’ model, in which weights of influence factors are variable, are taken into account with some examples. Then, the ‘non-linear’ model is validated by using 100 tunnel collapse cases. It appears that ‘non-linear’ model allows us to have adapted weight values of influence factors to characteristics of given tunnel site. In order to make a better understanding and help for an effective use of the system, a series of operating processes of the system are built up. Then, by following the processes, the system is applied to a real-life tunnel project in very weak and varying ground conditions. Through this approach, it would be quite apparent that the tunnel collapse hazard indices are determined by well interlinked consideration of face mapping data as well as design/construction data. The calculated indices seem to be in good agreement with available electric resistivity distribution and design/construction status. In addition, This approach could enhance effective usage of face mapping data and lead timely and well corresponding field reactions to situation of weak tunnel faces.
초록
해저터널은 육상의 지하구조물과 달리 시공 및 운영 중의 안전성을 확보하기 위해서는 기존의 육상터널에 적용된 응력과 변위계측과 더불어 해저터널의 특성을 고려한 계측이 필수적으로 요구된다. 따라서 해저터널의 안정성을 평가하고자 NATM에 적용되는 개념을 정리하고, 계측계획 수립을 위한 관측 시스템(observation system), 터널의 안전관리를 위한 임계변형률 이론과 국부적으로 발생하는 암석과 지보재의 파괴나 균열의 생성을 파악할 수 있는 미소파괴음 계측을 소개하고, 이러한 방법들을 사용한 해저터널 계측 및 관리방안을 제시하였다.
Abstract
In order to ensure the safety of the subsea tunnel during its construction and operation, unlike the underground structures on land, the special monitoring system is essential which considers the characteristics of subsea tunnels in addition to conventional stress and displacement measurements applied to existing land tunnels. Therefore, the concept applied to NATM is reorganized to evaluate the stability of subsea tunnels. And the observation system for making a monitoring plan, the critical strain theory for tunnel safety management and MS monitoring methods for detecting the local failure and crack initiation of rock and supports, are introduced. Finally, the scheme of monitoring and management for subsea tunnels by using these methods is suggested.
초록
최근 교통량의 증가와 차량의 대형화로 인해 기존 터널에서 상습적인 정체가 발생되는 경우가 증가하고 있다. 이러한 문제 해결의 일환으로 기존 터널을 확폭하는 경우는 신설 터널을 건설하는 경우와 비교하여 용지매입 비용의 절감과 자연환경의 훼손을 최소화 시킬 수 있다는 장점이 있다. 실제로 일본과 유럽 등 해외에서는 기존 터널을 확폭 시공하는 사례가 많이 보고되고 있다. 이러한 흐름에서 국내에서도 향후 기존터널의 확폭 시공에 대한 수요는 꾸준히 증가할 것으로 예상되나, 현재까지는 기존 터널의 확폭에 관한 실적과 경험이 많지 않아 이에 관한 기반 연구가 필요한 상황이라고 볼 수 있다. 본 연구에서는 유한요소해석과 기존의 이론, 경험식 등을 이용하여 기존 병설터널을 확폭하는 경우 확폭방식과 그에 따른 필라폭 변화가 터널의 거동과 필라 안정성에 미치는 영향을 평가하였다. 조사 결과, 필라폭은 동일하나 편측과 양측으로 확대하는 경우의 차이에 따라 편측 확대 터널의 천단침하는 양측 확대 터널에 비해 약 5~20%의 큰 값을 보이는 한편, 최소 필라폭을 갖게되는 편측 확대 터널에서 숏크리트 응력이 최대를 보이는 것으로 나타났다. 또한, 강도/응력비의 경우 조사된 네 종류의 확폭 패턴에 대하여 모두 1.0 이상을 나타내었고 Matsuda의 방법이 Peck의 방법에 비해 약 50% 정도 강도/응력비를 크게 산정하게 됨을 확인하였다.
Abstract
Traffic congestion in existing tunnels has increased due to increased traffic volume and enlarged vehicles. Enlarging existing tunnels has advantages over constructing new tunnels by reducing land purchasing costs as well as minimizing natural environment destruction. In fact, many overseas projects for enlarging existing tunnels have been reported. Thus, it appears that the demand on enlarging existing tunnels continues to rise in Korea in near future. Nonetheless, the studies related to the enlarged tunnels have been relatively rare since there have been few tunnel enlargement projects in Korea. In the present study, the tunnel behavior and the stability of rock pillar when enlarging existing parallel tunnels were investigated by performing FE analysis and using existing theory and empirical relationships. Four different enlarging cases, depending on the enlargement types and directions, were examined in the study. According to the results, for the tunnels with the same pillar width after enlarged, the uni-laterally enlarged tunnel indicated 5 to 20% higher crown settlement compared to the bi-laterally enlarged tunnel, and for the tunnel with the narrowest pillar, the highest shotcrete stress was observed. Also, the strength/stress ratio for rock pillar was more than 1.0 for all four enlargement cases, and the Matsuda’s method was found to give higher strength/stress ratio by about 50% compared to the Peck’s method.