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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
16권 6호
초록
본 연구는 점성토 지반에서 터널 굴착장비를 이용하여 터널을 굴착할 때 토피고 변화에 따라 발생하는 지표변위 특성을 고찰하였다. 이를 위하여 현장조건과 유사한 시료를 이용하여 실내축소모형시험을 수행하였다. 토피고에 따라 1.5D, 2.0D, 2.5D, 3.0D의 총 4개의 Case 에 대하여 모형시험을 수행하였다. 이러한 모형시험을 통하여 터널굴착 시 발생하는 지표변위를 측정하여 3차원적 영향분포를 정량적으로 분석하였으며, 더불어 변위양상도 규명하였다.
Abstract
In this study, the surface displacement was investigated according to the various depth of cover when the tunnel excavation equipment was used in a clay soil. For this the laboratory scaled model test was carried out using the soil sample similar to the in-situ conditions. We carried out four tests according to tunnel depth(1.5D, 2.0D, 2.5D, 3.0D). The distribution of impact due to tunnelling was quantitatively analyzed in the three-dimension by measuring the surface displacement. In addition, the pattern of surface displacements was figured out.
초록
이 논문은 케이블 인발하중이 작용하는 현수교의 지중정착식 앵커리지 캐번 터널에 대한 거동과 관련된 연구이다. 수치해석 결과와 이중곡선 관계식에 의한 추정식에서 얻어진 극한인발저항력(Pu) 결과와 비교를 통하여 앵커리지 거동, 앵커리지 설계 방법, 파괴면의 각도, δ 등을 분석하였다. 연구결과 P/γ/H와 변위와의 선형 상관관계, Pu/γ/H와 H/b와의 선형 상관관계를 활용하면 앵커리지 캐번 터널의 설치 심도를 쉽게 결정 할 수 있을 것으로 나타났다. 또한 수치해석에 의한 최대전단변형률 분포도와 소성영역 분포도를 분석한 결과 지반파괴 형태는 현재 사용되는 지반 콘 보델 보다는 원호모델에 더 가까운 것으로 나타났다. 이 연구에서는 계산이 간편하도록 원호모델을 단순화한 이중곡선 모델을 제안하였다. 수치해석 결과로부터 얻어진 평균 파괴각을 이중곡선 모델에 적용한 결과, 이중곡선 모델을 적용한 추정식에서 얻어진 극한인발저항력은 수치해석에서 얻어진 극한인발저항력 결과와 잘 일치하는 것으로 나타났다.
Abstract
This paper is a study for behaviour of cavern type anchorage tunnels for suspension bridges with cable tension. Anchorage behaviour, design method for anchorage, and failure surface angle, δ are analyzed by comparing numerical analysis results and ultimate pullout capacities(Pu) using bilinear corelation equation. Results show that design depths for cavern type anchorage tunnels are easily checked with linear relationships for P/γ/H vs. displacement and Pu/γ/H vs. H/b. The analysis results of maximum shear strain distribution and plastic status show that failure shapes are closer to circular arc model than soil cone model which frequently used. To an easy calculation of the ultimate pullout capacity, we propose a simple bilinear failure model in this study. The calculated ultimate pullout capacities from the proposed bilinear corelation equation using two failure angles results are similar to the ultimate pullout capacities from numerical analysis.
초록
본 연구에서는 Gehring, CSM, NTNU 모델을 이용한 디스크 커터 수명 예측 방법과 각 모델이 가지는 특징을 살펴보았다. 디스크 커터 수명에 크게 영향을 주는 요소인 관입깊이, 암석의 일축압축강도, 마모지수의 변화가 각각의 예측 모델들에 미치는 영향을 분석하였다. 디스크 커터 수명은 1회전당 관입깊이에 선형적으로 증가하였고, 일축압축강도의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였다. 마모지수인 CAI 값이 증가함에 따라 Gehring과 CSM 모델에서의 디스크 커터 수명은 감소하였으나, CLI 값이 증가할수록 NTNU 모델의 디스크 커터 수명은 증가하는 경향을 보였다. 그리고 실제 현장 자료를 이용하여 디스크 커터 수명을 상호 비교하였다
Abstract
In this study TBM disc cutter prediction models including Gehring, CSM and NTNU models were investigated and the characteristics of the models were examined. The influence of penetration, uniaxial compressive strength and abrasiveness index on the models was analyzed. The life of disc cutter linearly increases with penetration per revolution and decreases with increasing uniaxial compressive strength of rocks. As the abrasiveness index, CAI, increases, the life of disc cutter in Gehring and CSM model decreases. On the contrary, the life of disc cutter life in NTNU model decreases with increasing CLI. Also, comparisons of predicted disc life were made between models using actual job site data.
초록
본 연구에서는 EPB 쉴드 TBM 시공현장에서 얻은 기계데이터와 굴진당시의 지반상태와의 상관관계를 분석하여, 지반상태의 변화에 따른 기계데이터의 변화를 단일 및 복합변수분석을 통하여 규명하였다. 그 결과 경암지반에서 연암지반으로 지반이 변화할 때, 총추력과 커터토크의 비가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 총추력대비 커터토크의 비율(커터토크/총추력)을 굴착속도와 쌍대비교하면 경암지반에서의 데이터는 일정한 범위 내에 있음을 확인 할 수 있으며, 연암지반에서는 경암지반일 때와 비교하면 추력대비 커터토크의 비율이 높은 값을 가진다. 이러한 결과를 바탕으로 총추력대비 커터토크의 비율과 굴착속도의 비교를 통해서 연약대 출현의 징후를 감지할 수 있다. 이와 같은 분석결과는 목적변수 커터토크가 설명변수 총추력이 증가할수록, 또 다른 설명변수 지반일축압축강도가 감소할수록 증가한다는 중회귀분석의 결과를 통해서도 증명된다.
Abstract
This research covers correlation analysis between the machine data measured from EPB Shield TBM construction site and the ground condition during excavation, and figures out how the machine data are affected by the change of ground conditions through single and mixed parameter analysis. It was found that when the ground is changed from hard rock to soft rock, the ratio of the cutter torque to thrust force increases. The relationship between the ratio of the cutter torque to thrust force and the penetration rate shows that the ratio has a certain range of values for hard rock; on the other hand, it increases for soft rock. It means that we can recognize a sign of appearance of weak zone by assessing the ratio of the cutter touque to thrust force according to each penetration rate. Multiple regression analysis of the machine data showed that the cutter torque increases with the increases of the total thrust force, and it decreases with the increase of the uniaxial compressive strength of the ground.
초록
도로터널에서는 환기 및 제연을 목적으로 제연펜을 설치하고 있다. 제연펜 용량(제트팬 댓수)은 환기저항 및 승압력이 평형이 되는 상태에서 결정되게 된다. 터널에 운행중이거나 정지된 차량에 의한 승압력 및 저항력은 차량의 항력계수에 영향을 받게 된다. 터널에서의 항력계수는 슬립스트림 효과(또는 shadow effect)와 폐색효과에 영향을 받게 되며, 환기팬 및 제연팬 산정시 이와 같은 효과를 적절히 고려하지 못하고 있는 실정으로 교통 환기력를 과대평가하고 있다. 이에 본 연구에서는 화재시 차량의 차간간격을 반영한 항력계수와 등가저항면적을 산정하기 위해서 터널에 실제로 차량이 정차하는 조건으로 모델링하여 수치해석을 통해 항력계수를 검토하였다. 본 연구 결과, 항력계수에 대형차량 혼입률이 미치는 영향은 명확하지 않으며, 등가저항면적은 현행 도로설계편람기준에 대비 약 86%, 또 구 기준인 한국도로공사 환기설계기준 대비 62.2%수준으로 감소하는 것으로 분석되었다.
Abstract
The road tunnel install a vent for the purpose of ventilation and smoke control. Ventilation equipment capacity(number of jet fans) depends on from the condition that of the pressure and ventilation resistance. Pressure and the resistance under operating vehicle have affected on the drag coefficient. The drag coefficient of the tunnel have affected by the blockage effect and slipstream effects. However, when calculating the ventilation fan, are not properly consider taking into account such effects. Therefore, ventilation force may have been slightly overestimated. This paper describes the drag coefficient through a numerical analysis to calculate the equivalent resistance area that reflects the vehicle distance, and examined the equivalent resistance area. The ventilation coefficient corresponding to the result heavy vehicle mixing ratio of the present study was not clear. Equivalent resistance area had reduced by about 86% compared to the road design handbook current standards. Also it had analyzed and reduced to 62.2% compared to Korea Highway Corporation ventilation design criteria ratio, which is the old standard.
초록
양방향(대면통행) 터널에 대한 자연환기에 대한 결정기준 및 제트팬 용량 검토기준이 명확하게 정립되지 못한 이유로 1km미만의 터널에 대한 기계환기 여부 및 용량산정에 있어 혼선이 나타나고 있다. 이에 본 연구에서는 자연환기량의 특성을 살펴보고, 최근 진행중인 대면통행 터널의 환기설계 기법을 크게 2가지로 분류하여 분석하였다. 또한 본 연구에서는 양방향 터널에서의 합리적인 환기용량 산출과 자연환기량에 기초한 자연풍속(Vr*)과 소요풍속(Vreq)과의 관계 검토를 통해 자연환기 방식의 적용 가능성에 대한 연구를 수행하였으며, 향후 양방향 터널의 환기기준 수립에 대한 기초자료 제공을 목적으로 하고 있다.
Abstract
The standards of ventilation system for bi-directional tunnel have not been established now. For this reason, with regard to the bi-directional tunnel below 1km, some problems have been appeared in ventilation capacity designing and in determiningwhether the mechanical ventilation system is needed or not for each case. In this study, we examine the characteristics of natural ventilations, analyze ongoing ventilation design casesfor bi-directional tunnels and classifythose cases into two groups. This study is carried out about the capability of using natural ventilating system by calculation of reasonable ventilation capacity in bi-directional tunnel and review of relationship between natural wind speed (Vr*) and required speed(Vreq). This paper aims at providing a basis data for bi-directional tunnel ventilation design standards.
초록
본 연구에서는 로드헤더 커팅헤드 설계의 기본 사항인 절삭조건에 따른 커터작용력의 변화를 살펴보는 기초 연구를 진행하기 위하여 연암 및 보통암을 대상으로 하는 슬림 코니컬커터를 사용하여 받음각과 커터관입깊이, 커터간격의 조건에 따른 선형절삭시험을 수행하였다. 각 시험조건에서 커터작용력인 연직력, 절삭력, 구동력을 측정하였고 그 측정결과의 평균값을 사용하여 분석을 실시하였다. S/d비와 비에너지의 관계, 관입깊이와 비에너지의 관계, S/d비와 커터작용력의 관계로부터 받음각이 50°, 커터간격이 12 mm, 커터관입깊이가 9 mm인 조건이 모르타르시험체에 대한 최적의 절삭조건임을 확인할 수 있었다. 특히 받음각이 50°인 경우가 45°인 경우에 비해 장비사양 설계를 위해 더 효과적임을 알 수 있었다.
Abstract
In this study, the variations of cutter acting forces depending on cutting conditions were examined to obtain basic data for roadheader cutting head design. The linear cutting tests were performed in the condition of different attack angles, penetration depths, cutter spacings by using a slim conical pick for the light cutting condition. Cutter acting forces were measured by 3-directional load cell under different test conditions, and the analysis for cutting performance were carried out after calculating average values of the measured results. It is confirmed that the optimal cutting condition for the mortar specimen is the 50 degree attack angle, the cutter spacing of 12 mm, the cutting depth of 9 mm which are obtained from the analysis results. In addition, 50 degree attack angle is more effective than 45 degree attack angle to design optimal specifications of cutting head.
초록
본 연구에서는 받음각이 45°인 경우에 대해 사각이 0°와 6°이고 S/d비가 1.3~12사이인 시험조건에 대해 슬림 코니컬커터를 사용하여 선형절삭시험동안 발생하는 커터작용력을 측정하였다. 각 시험조건에서 커터작용력인 연직력, 절삭력, 구동력을 측정하였고 그 측정결과의 평균값을 사용하여 분석을 실시하였다. 커터관입깊이가 깊어질수록 비에너지가 감소하였고 커터관입깊이에 따른 커터작용력의 변화는 사각이 6°인 경우가 작게 나타났다. 이와 같은 결과로부터 사각이 6°인 경우가 0°인 경우에 비해 장비설계측면에서 효과적인 것으로 판단된다. 또한 Fc/Fn은 사각이 6°일 때가 0°인 경우에 비해 작게 나타났다. 그러나 사각이 있을 경우 구동력의 증가가 나타날 수 있으므로 이에 대한 고려가 필요하다.
Abstract
In this study, the cutter acting forces were measured by 3-directional load cell at two different skew angles and various S/d ratios during a series of linear cutting tests using a slim conical pick. The analysis for cutting performance were carried out after calculating average values of the measured results. The increase of penetration depth results in the decrease of specific energy. And the variations of the cutter acting forces depending on penetration depth in the case of 6 degree skew angle were smaller than in the case of 0 degree skew angle. From this results, 6 degree skew angle is more effective than 0 degree skew angle in designing optimal specifications of cutting head. In addition, Fc/Fn under the setting of 6 degree skew angle was smaller than under the setting of 0 degree skew angle. However, it should be considered that the increase of cutter acting force in the cutting direction accompanied the increase of driving force in the case of the setting for 6 degree skew angle.
초록
TBM으로 시공되는 터널은 기계에 의해 전단면 굴착(full face tunnelling)이 이루어지므로, 굴착면에 접근하는 것이 매우 제한적이다. 이러한 한계를 극복하고 TBM 터널에서 굴착면 전방의 지반상태를 정확히 예측할 수 있는 기술은 매우 드물다. 본 연구는 TBM에서 전기비저항을 사용하여 굴착면 전방의 이상지반을 예측할 수 있는 TBM 비저항 예측(TRP)시스템을 개발하고, TBM 현장에서의 적용성과 예측 정확성을 검증하기 위해 EPB 쉴드 TBM으로 시공 중인 지하철 터널에서 현장 실험을 수행하였다. TBM 비저항 예측 시스템은 전극을 사용하여 지반의 전기비저항을 측정하고, 이를 바탕으로 역해석을 수행하여, 이상지반의 위치와 두께 및 전기적 특성을 예측한다. 전극이 굴착면에 부착되도록 전방으로 전극을 밀어내는 장치를 제작하고, 챔버를 관통하여 전극이 나아갈 수 있도록 설계하여 TBM 제작에 반영함으로써 현장에서의 전방 예측을 가능하게 하였다. 1차 실험 결과, 굴착면 근접 지반과 굴착면 전방 지반의 전기비저항 및 유전율이 동일하게 나타나 이상지반이 존재하지 않음을 예측하였다. 2차 실험 결과, 굴착면 전방 약 1 m 지점부터 상대적으로 낮은 유전율 비를 가지는 이상지반 구간이 약 5 m 길이로 존재함을 예측하였다. 이는 각각 지표에서 물리탐사 또는 시추를 통해 조사된 지반상태 및 TBM 굴착 중 예측 구간에서 반출되었던 버력을 관찰한 기록과 잘 일치하였다.
Abstract
When tunnelling with TBM (Tunnel Boring Machine), accessibility to tunnel face is very limited because tunnel face is mostly occupied by a bunch of machines. Existing techniques that can predict ground condition ahead of TBM tunnel are extremely limited. In this study, the TBM Resistivity Prediction (TRP) system has been developed for predicting anomalous zone ahead of tunnel face utilizing electrical resistivity. The applicability and prediction accuracy of the developed system has been verified by performing field tests at subway tunnel construction site in which an EPB (Earth Pressure Balanced) shield TBM was used for tunnelling work. The TRP system is able to predicts the location, thickness and electrical properties of anomalous zone by performing inverse analysis using measured resistivity of the ground. To make field tests possible, an apparatus was devised to attach electrode to tunnel face through the chamber. The electrode can be advanced from the chamber to the tunnel face to fully touch the ground in front of the tunnel face. In the 1st field test, none of the anomalous zone was predicted, because the rock around the tunnel face has the same resistivity and permittivity with the rock ahead of tunnel face. In the 2nd field test, 5 m thick anomalous zone was predicted with lower permittivity than that of the rock around the tunnel face. The test results match well with the ground condition predicted, respectively, from geophysical exploration, or directly obtained either from drilling boreholes or from daily observed muck condition.
초록
산악지형이 많은 우리나라는 1970년대 이후 급속한 경제발전과 함께 수많은 터널이 건설되어 왔으나 터널의 필요성에 대한 인식에 비해 터널의 유지관리에 대한 관심은 부족한 상태이다. 국내 터널의 유지관리체계는 점검 후 이상이 발견 되었을 때 대처하는 대응적 유지관리 체계로서, 앞으로 노후화 터널이 급격히 증가하면서 각 기관들의 제한된 예산의 범위와 인력으로는 일일이 대응하기 어려워질 것이다. 따라서 본 연구에서는 터널의 유지관리를 전략적이고 장기적인 관점에서의 예방적인 관리 체계로 변환시키기 위한 LCCA(Life Cycle Cost Analysis)기반 터널 자산관리 시스템의 필요성과 개발방향에 대한 프레임웍을 제시하고자 한다. 국외 선진국의 사회기반시설물에 대한 자산관리 수행사례를 살펴보고 국내 터널관리에서의 자산관리기법의 필요성을 분석하였다. 또한, 터널 자산관리에서 경제적, 공학적의 정량적 의사결정 기법인 LCCA 모델을 적용하여 자산관리모델이 개발되기 위한 구체적인 발전방향을 제시하고 이를 시스템화하기 위한 연구개발 프레임웍을 설계하였다.
Abstract
As many parts of Korea are mountainous, many tunnels have been constructed to be in step with rapid economic development since 1970’s. However, the interest on maintenance of tunnels is far less than the awareness of need for tunnels. As the tunnel maintenance system is the responsive maintenance system which responds to the problems found during the inspection, it will be very difficult to respond to each problem with the limited budget and manpower of the government agencies when the number of aged tunnels rapidly increase in the future. As such, this study presents the need for the LCCA (Life Cycle Cost Analysis) based tunnel asset management system to transform the tunnel maintenance to a preventive management system in a strategic and long-term viewpoint and proposes the framework for development direction. It observed the asset management implementation cases of social infrastructure in other countries and analyzed the need for asset management technique to manage the tunnels in Korea. Moreover, it applied the LCCA model, which is the economic and engineering quantitative decision making technique, for tunnel asset management to present the concrete direction for development of an asset management model and designed the R&D framework to systemize it.