초록

Abstract

In spite of the importance of the natural ventilation pressure(NVP) in tunnels for the optimal design of the ventilation system, there have been only few studies on the NVP because its measurement and quantitative analysis are not straightforward. This study aims at quantifying the amount of the NVP with the terrain and meteorological data for the local major tunnels. And ultimately this will lead to developing the guidelines for quantifying and applying NVP for the optimal design of tunnel ventilation system. 22 local tunnels in the major routes are studied for the NVP quantification. NVP derived from the meteorological data is in the range of 20∼140 Pa, while NVP estimated from the terrain data ranges from 20 to 200 Pa. Since the jet fan pressure is about 10∼15 Pa per unit, the minimum level of NVP expected in the local tunnels is larger than the pressure rise by one unit of the ordinary jet fan. This implies that NVP in local tunnels should be quantified and be taken into consideration for the economic and safe ventilation design. The barometric pressure difference between tunnel portals is found to be the most influential factor, accounting for 61% of the NVP, while the wind pressure acting on the portals and the chimney effects occupy 22% and 17%, respectively.

초록

본 연구에서는 TBM 터널 SFRC 세그먼트 개발을 위하여 이형철근이 보강되지 않은 SFRC 보의 휨파괴 실험을 통하여 SFRC 배합의 평가를 수행하였다. 압축강도, 강섬유의 형상비와 강섬유 혼입률을 변수로 하여 총 16개의 SFRC 보를 제작하고 휨에 의하여 파괴시까지 실험하였다. 하중-수직변위 분석결과, 큰 형상비의 강섬유를 사용하여도 소형보의 실험(Moon et al, 2013)과 달리 보의 인성거동을 증진시키는 효과는 거의 없는 것으로 나타났다. 극한상태에서 강섬유는 균열폭 7 mm까지 하중을 저항하는 것으로 확인되었다. 또한, 기존의 SFRC 보의 휨강도예측모델과 실험결과를 비교한 결과, SFRC 보의 휨강도를 최대 20배까지 과소평가하고 있는 것으로 나타났다. 그러나, TR No. 63 모델(Concrete Society, 2011)은 다른 모델에 비하여 근사하게 휨강도를 예측하는 것으로 확인되었다. 강섬유의 분포에 대한 분석결과, 소형보에서 보다 실제 규모의 보에서 강섬유의 분산도가 훨씬 개선되는 것을 확인하였다.

Abstract

In order to develop SFRC TBM tunnel segment, evaluating the SFRC mixture was conducted through flexural tests of SFRC beams without ordinary steel reinforcement in this study. Considered variables were compressive strengths of SFRC, aspect and mix ratio of steel fibers and total 16 specimens were fabricated and tested until failure. The load-vertical displacement results demonstrates that the effect of aspect ratio is minor when compared to results form small beam test(Moon et al, 2013). A SFRC beam resists the vertical load until the width of crack reaches to 7 mm due to steel fibers across cracked surfaces. Moreover, it is found that flexural moment estimated by equation of TR No. 63(Concrete Society, 2011) is useful for prediction of nominal strength for SFRC structure. From the investigation of fiber distribution in cracked section, it is found that dispersion improved in actual size beam compared to in standard small beam for evaluation of flexural strength.

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국가적으로 국토의 효율적 활용과 친환경성 등으로 인해 터널과 같은 지하공간 건설이 필요하다. 친환경적 요소의 중요성을 감안할 때, 산악지에 형성되는 도로건설에 대해 2-아치 및 대단면 터널로 계획되나 경제성, 시공성, 공사기간, 유지관리 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 2차로의 국도터널을 기준으로 현장조건과 지반조건을 고려하여 터널별 이격거리와 토피고를 변화시켜 경험식과 수치해석적으로 필라부의 안전성을 평가하였으며, 해석 프로그램으로 유한요소법을 적용한 Plaxis 2D를 활용하여 터널의 최소 필라폭 선정과 전체적인 터널의 거동특성을 분석하였다. 분석결과, Tie-Bolt에 의한 필라보강은 연직하중을 분산시켜 안전적인 근접병렬터널 계획이 가능하며, 터널 필라의 거동은 현장계측 결과와 잘 일치하는 것으로 나타났으며, 지반조건에 따라 터널 필라폭을 축소시킨다면 이전의 터널에 비해 효율적인 터널 활용이 가능하다.

Abstract

Nationally, tunnel and underground constructions are necessary for the environmental sustainability and the efficient use of land space. For the importance of eco-friendly circumstances, 2-arch or large road tunnel has been designed so far. However, such a 2-arch or large tunnel has problems in terms of cost, constructability, construction period, and maintenance. Therefore, in this study, tunnel behavior and stability of rock pillar according to the pillar width and cover depth for parallel tunnels are investigated by performing FE analysis and using empirical formula. According to the results, Rock pillar is reinforced for distributed vertical load by Tie-Bolt due to unpredicted ground deformation, and the reinforced rock pillar’s behaviour from the FE analysis shows a quite good agreement with field measurement. According to ground conditions, if the pillar width of the parallel tunnels is reduced, it can be more efficient in use of the tunnel space compared to previous tunnels.

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화재 시 고강도 콘크리트는 보통강도 콘크리트보다 강도의 감소가 빠르게 나타날 뿐만 아니라 단면손실을 발생시키는 스폴링(spalling)에 취약하다. 본 연구에서는 PET섬유가 혼입된 고강도 세그먼트 콘크리트를 대상으로 ISO834 화재곡선과 RABT 화재곡선 하에서 화재저항성을 평가하였다. 화재저항성을 시험한 결과, PET섬유가 혼입되지 않았을 경우에 ISO834 화재곡선과 RABT 화재곡선 하에서 콘크리트의 단면손실은 약 8 cm, 9.5 cm로 측정되었다. ISO834 화재곡선 하에서 PET섬유가 0.1% 혼입되었을 경우에는 단면손실이 발생하지 않았으나, RABT 화재곡선 하에서는 PET섬유가 0.1% 혼입되었을 경우에는 6.5 cm의 단면손실이 발생하였다. RABT 화재곡선 하에서는 PET섬유가 0.2% 혼입되었을 경우에 단면손실이 발생하지 않았다. 따라서 본 연구에서 사용한 세그먼트 콘크리트는 PET섬유의 혼입량이 0.1%일 때 ISO834 화재곡선 하에서 내화성능을 확보하였으며 RABT 화재곡선 하에서는 PET섬유의 혼입량이 0.2%일 때 내화성능을 가지는 것으로 나타났다. 그러나 단면손실이 발생하지 않았더라도 가열면으로부터 4 cm까지의 손상된 표면의 보수보강이 필요한 것으로 판단된다

Abstract

High strength concrete is not only vulnerable to the occurrence of spalling which generates the loss of cross-section in concrete structures but produces faster degradation in its mechanical properties than normal strength concrete in the event of fire. This study aims to evaluate fire resistance of high strength segment concrete with PET fibers mixed to prevent spalling under ISO834 (2hr) and RABT fire curve. As results, the samples without PET fibers show the concrete loss up to the depth of about 8 cm and 9.5 cm from the surface exposed to fire under ISO834 and RABT fire curve respectively. The samples mixed with PET fiber of 0.1% show no spalling under ISO834 fire curve and the spalled thickness of 6.5 cm under RABT fire curve after the fire tests. Finally, the sample mixed with PET fiber of 0.2% shows no spalling under RABT fire curve. The results indicate that the suitable amounts of PET fiber for securing fire resistance performance of this high strength segment concrete are 0.1% under ISO834 fire curve and 0.2% under RABT fire curve. However, even though spalling does not occur, it is necessary to repair the deterioration of concrete up to 4 cm from the surface exposed to fire after fire.

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본 논문에서는 인공신경망 기술을 이용한 TBM 터널 세그먼트 라이닝의 설계 시스템 개발에 관한 내용을 다루었다. 먼저 개발 시스템에 대한 개념 및 개발 과정과 시스템을 구성하는 각 요소기술 및 개별 모듈 개발에 관한 내용을 기술하였다. 본 시스템의 요소기술인 ANN-기반의 세그먼트 라이닝 부재력 예측 시스템에 대해 그 개념과 ANN 학습과정 및 검증과정을 기술하였다. ANN-기반의 세그먼트 라이닝 부재력 예측은 유한요소해석을 토대로 구축한 DB를 ANN을 통해 일반화 한 후 개발된 엔진을 세부 모듈에 접목시켜 별도의 해석 없이 유사 단면 혹은 현장에 적용이 가능하도록 하였다. 또한 해석 대상 단면에 대하여 상용 유한요소해석 프로그램과 연계하여 해석 Input파일의 자동생성이 가능하도록 하였으며 유한요소해석 결과를 통한 단면 검토가 가능하도록 하였다.

Abstract

This paper concerns the development of a knowledge-based tunnel design system within the framework of artifical neural networks(ANNs). The system is aimed at expediting a routine tunnel design works such as computation of segment lining body forces and stability analysis of selected cross section. A number of sub-modules for computation of segment lining body forces and stability analysis were developed and implemented to the system. It is shown that the ANNs trained with the results of 3D numerical analyses can be generalized with a reasonable accuracy, and that the ANN based tunnel design concept is a robust tool for tunnel design optimization. The details of the system architecture and the ANNs development are discussed in this paper.

초록

대표적인 한계상태설계법은 AASHTO LRFD와 Eurocodes가 있으며, 토목구조물 설계에 폭넓게 적용되고 있다. 그러나 이러한 설계법이 터널설계에 적용될 경우에는 NATM 터널의 라이닝설계와 쉴드터널의 세그먼트 설계에만 제한적으로 적용되고 있다. 최근 유럽에서는 유로코드를 터널설계 전분야에 적용하기 위하여 기준개정(EG12)을 추진하였으나 다른 유로코드(EC2 및 EC3)에 미치는 영향 등을 고려하여 불가피하게 구성하지 않는 것으로 결정되었다. 그러나 여전히 한계상태설계법을 터널설계에 적용하기 위한 연구를 활발히 진행하고 있다. 한계상태설계법은 가까운 장래에 터널을 포함한 토목구조물 설계법의 주류가 될 것이다. 그러므로 Eurocode 7 등 국외 한계상태설계법에 대한 충분한 이해가 중요하며, 국제적인 연구동향을 파악하고 터널설계에 적용하기 위한 연구가 필요하다.

Abstract

The representative Limit State Design(LSD) codes, AASHTO LRFD and Eurocodes, are widely being applied when designing civil structures. However, these codes are only applying tunnel lining design and segments design for shield tunnels. Recently in Europe, the Eurocode 7 committee was trying to create a research group called EG12, but they reluctantly decided not to create EG12 since it could have an impact on some of the other Eurocodes(including Eerocodes 2 and 3). Still there is an effort to continue researching LSD for tunnelling. LSD method will become the norm for the field of civil structural design in the near future. Therefore, it is important to fully understand Eurocode7:Geotechnical design in connection with Eurocode 2 and Eurocode 3. In addition, it is essential to follow international research trends and also to research for application to tunnelling.