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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
16권 5호
초록
본 연구는 고수압 해저터널의 차수를 위한 동결공법 적용성 평가를 위해 국내 적용사례가 없는 동결공법의 해외시공 사례를 조사하였으며, 지반 동결공법에서 보편적으로 사용하는 냉매인 브라인(brine)과 액체질소(LN2)에 대한 분석을 수행하였다. 고수압 조건의 해수는 순수한 물에 비하여 어는 점이 더 낮기 때문에 지상에서보다 동결시간이 더 길 수 있고 해저터널과 같이 폐쇄된 공간에서의 적용 시 냉매는 안정성을 확보할 수 있어야 하고 공기 단축이 가능해야 한다. 브라인은 재사용이 가능하고 독성이 적어 인체에 미치는 영향이 적으나, 동결에 상대적으로 장시간 필요하고 동결장비가 복잡한 특징을 가지고 있으며, 액체질소는 냉매의 재사용이 불가하며 기화 시 공기 중 질소농도 증가로 질식의 위험성이 있으나, 상대적으로 동결시간이 짧으며, 동결장비가 간단한 특징을 가지고 있는 것으로 파악되었다. 또한 향후 추가적인 연구가 필요한 해저터널 연결구 및 막장면 주변 지반에 대한 동결공법의 주요 설계요소를 도출하였다.
Abstract
In this paper case studies of artificial ground freezing, which have not been applied in Korea, have been investigated for the water cut-off in a subsea tunnel under high water pressure and the most commonly used cooling mediums of brine and liquid nitrogen are examined. Since sea water with pressure has the lower freezing point than pure water, the lower temperature cooling medium is required in the application of subsea tunnel. Also, the cooling medium must have refrigeration safety and is able to reduce executing time. Brine freezing system can reuse cooling medium and is safer than liquid nitrogen freezing. But it takes more time to freeze ground and needs complex circulation plants. On the other hand, liquid nitrogen freezing system can’t recycle cooling medium and may cause breathingproblemsorasphyxiationthroughoxygendeficiency. But, freezing with liquid nitrogen is fast and requires simple refrigeration equipment. Principal elements of design for ground freezing in subsea tunnel have been extracted and these elements are needed further research
초록
터널 시공 중 측정된 계측 데이터는 굴진면 전방에 분포하는 지반과 터널 거동을 예측하는데 있어 중요한 요소이다. 그러나 현장에서 측정된 계측 데이터의 변동성을 객관적으로 분석할 수 있는 관리 기준이 명확하게 설정되어 있지 않다. 본 연구에서는 응용 통계 관리기법의 일종인 x-MR 관리도기법을 이용하여 시공 중 붕괴 또는 구조물 균열 등을 발생시키는 현장의 계측 데이터를 분석하고 분석기법의 적용성을 검토하였다. x-MR 관리도를 통해 관리 한계선을 설정하여 분석한 결과, 붕괴 발생 전 약 5~13 m 이전에 이상 거동에 대한 예측이 가능하였으며, 시간에 따른 변위의 분석 결과, 최소 1일 전에 예측이 가능하였다. 또한, x-MR 관리도 작성시 이동 범위(k)는 5~10으로 설정하는 것이 이상 거동 예측에 적절한 것으로 판단된다.
Abstract
The displacement data monitored during tunnel construction play a crucial role in predicting the behaviour of ground around and ahead of excavation face. However, the management criteria for monitoring data are not well established especially for the reliable analysis on varying aspect of displacement data along with chainage. In this study, we evaluated the applicability of x-MR control chart method, which is kind of applied statistical management method, for the analysis of displacement monitoring data in terms of prediction of possible collapse or induced cracks. As a result, a possible abnormal behaviour could be predicted beforehand at 5 ~ 13 m ahead or on at least one day before it occurred by using x-MR control chart method. In addition, it is noted that the moving range for the x-MR control chart should be set to 5 ~ 10 for this pur
초록
최근 터널의 건설심도는 점차 깊어지고 길이 및 단면은 증가하는 추세를 보이고 있다. 따라서 굴착 직후 주변 지반의 지압에 대해 보다 높은 지보효과를 발휘하고 지표침하 억제효과가 있는 조기고강도 숏크리트에 대한 필요성이 증대되고 있다. 따라서 본 논문에서는 3차원 수치해석을 통해 조기고강도 숏크리트의 지보성능을 분석하여 실제 현장에서의 적용가능성을 높이고자 일반 숏크리트와 같은 지보효과를 발휘하는 조기고강도 숏크리트 라이닝의 두께를 추정하기 위해서 조기고강도 숏크리트 라이닝의 두께를 5단계로 변경하며 해석을 수행하여 지보성능을 분석하였다. 또한 숏크리트가 경화될 때까지 지반을 지지하기 위하여 설치하는 강지보재를 조기에 강도발휘가 가능한 조기고강도 숏크리트로 대체할 수 있는 가능성을 판단하였다. 수치해석 결과, 조기고강도 숏크리트는 지반조건이 불리할수록 지반변위 억제 효과가 증대되며 강지보재의 숏크리트 경화 전 지보효과를 보완할 수 있을 것으로 판단하였다.
Abstract
Now-a-days, the trend in constructing tunnels is to build more deeper, more longer tunnels of greater cross-sections. That’s why, the demand of “Early-high-strength shotcrete” is very high because of their advantage of attaining higher strength immediately after excavation, which controls the ground subsidence. So, this study reveals the supporting phenomena of early-high-strength shotcrete, using three-dimensional numerical analysis. The crux of this study can be applied practically in construction sites also. Support Performance of two different qualities of shotcrete was checked out, by keeping the general shotcrete’s thickness constant and comparing it with early-high-strength shotcrete’s thickness decreasing it gradually in five steps, and analysing/comparing the support performance in all cases. Effect of using early-high-strength shotcrete was analysed to save the cost of steel sets, which are widely used for supporting the ground before the hardening of general shotcrete. The results of numerical analysis on the performance of early-high-strength shotcrete show that, it behaves more effectively under worse ground conditions and it can support the ground more conveniently than steel sets, before the shotcrete is hardened.
초록
미소파괴음과 미소진동을 이용한 지반구조물 계측은 구조물 내부의 미시적 변형이나 파괴거동을 음향과 진동으로 계측하는방법으로, 계측대상의 대규모 파괴에 앞서 이들의 발생량과 발생빈도가 급격히 증가하는 특성을 활용하여 파괴의 사전징후를 파악할수 있다. 이 방법의 실제 적용을 위해서는 고사양의 센서, 고속의 신호획득장치 그리고 운영프로그램으로 구성된 계측시스템이 요구된다. 근래 국내기술에 의한 현장계측용 미소파괴음과 미소진동 계측시스템이 개발되었다. 특히 계측된 신호를 분석하고 해석할 수있는 다양한 기능의 운영프로그램을 개발하고 선진외국 제품과의 상호비교를 통해 효용성을 평가하였다. 본 보고에서는 개발된미소파괴음 계측시스템의 구성과 특징 등에 대해 소개하고, 향후 해결과제와 나아갈 방향에 대하여 논의하였다.
Abstract
The monitoring method of geotechnical structures using acoustic emission(AE) and microseismicity(MS) isto detect the microscopic deformation and fracture behavior in the inner structures by measuring induced acoustics andvibrations. It can identify a pre-indication of failure by taking advantage of the characteristics that the amount and occurrencerates of AE and MS increase rapidly prior to large scale destruction of the target structures. The monitoring system consistingof high-quality sensors, high-speed data acquisition device and the operation program is required for the practical applicationof this method. Recently, the AE and MS monitoring systems have been localized. In particular, the developed operationsoftware which can analyze and interpret the measured signals was demonstrated through a number of applications todomestic fields. This report introduces the configuration and features of developed monitoring system, then the challengesand future direction of AE monitoring in geotechnical structures are discussed.
초록
본 연구에서는 주방식 지하구조물에서 지보재 설계를 위한 매개변수 연구를 수행하였다. 지보재 설계에 앞서 설계에 필요한암주와 공간의 형상별 천단변위, 최대 주응력, 소성영역에 대한 해석을 수행하였다. 해석에 사용할 매개변수를 최적화 하기위해주방식 지하구조물의 대상 심도와 지반 조건은 기존 지하철 정거장 건설 사례를 분석하여 결정하였으며 지하공간의 활용 목적에따라 암주의 형상과 공간의 형상을 설정하여 총 180가지의 경우를 선택하였다. 매개변수 해석을 통해 획득한 결과는 향후 지하구조의안정성과 공간 활용성, 시공장비의 적용성을 고려하여 지보재 설계와 설치 여부를 판단할 수 있는 근거자료로 활용될 수 있을 것으로판단된다.
Abstract
In this study, in order to suggest the design method for supports in the room-and-pillar underground structure,the case study was carried out. In the case study, shape of rock pillar and room was mainly considered. From the analysis,a displacement at the roof, the maximum principle stress and plastic state were examined. To optimize variables in the casestudy, cases from the Seoul metro station were analyzed, then a target depth of the underground structure and groundconditions were determined. And the height of rock pillar and room were chosen from the assumed purpose of undergroundspace, i.e. living/office and warehouse. Total cases of analysis was 180 cases including 3 types of ground condition, 5 typesof rock pillar and 6 types of roof span. It is expected that results from analysis can be used to determine the installation ofsupport in room-and-pillar underground structure with stability, utilization efficiency of underground space andapplicability of vehicles.
초록
본 연구에서는 동반논문에서 수행한 해석 결과를 이용하여 주방식 지하구조물의 안정성, 공간 활용성, 시공장비 적용성을검토하였다. 지하구조물 안정성은 강도응력비와 한계변형률 개념을 도입하여 적용하였으며 공간 활용성은 주어진 단면에 대한 공간의비율로 활용률을 판단하였고 시공장비 적용성은 굴착공사에서 사용되는 대표 장비를 선정하고 장비의 회전반경을 고려하였다. 제안된일련의 과정을 통해 모두 조건을 만족하는 지하구조물 형상을 선정할 수 있었으며 선정된 단면에 대한 지보재 설계가 가능할 것으로나타났다.
Abstract
In this study, analysis results described in the companion paper was used to determine shapes ofroom-and-pillar underground structure. To select optimized shapes, structural stability, space applicability and vehicleapplicability were considered. In the structural stability step, ratio between strength and stress of the pillar and the criticalstrain at the roof span were adopted. The space applicability was used to retain the sufficient space of underground structureas its purpose is for human activity. The vehicle applicability was used to consider a radius for rotation of constructionequipments in the room-and-pillar underground structure. From the given procedure in this study, proper shapes of rockpillar and room can be selected to design supports at the pillar and roof.