초록

최근 복잡한 도심지 개발이 포화상태에 이르러 지하공간 개발에 많은 관심이 집중되고 있으며, 건물의 대형화 및 고층화로 지하공간의 활용도를 높이기 위해 대심도 굴착이 자주 발생하고 있다. 또한, 도심지 기존도로 하부로 지하철, 경전철등이 건설되고 있어 대형건물 신축을 위한 흙막이 굴착 시 기존 지하구조물과 인접하여 주의를 요하는 사례가 자주 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 모형시험을 통해 흙막이벽체 강성과 터널 이격거리에 따른 흙막이벽체의 거동특성 및인접한 터널의 거동을 파악하고자 하였다. 연구 결과, 흙막이벽의 변형은 벽체의 강성이 증가함에 따라 감소하는 경향을보였으며, 버팀대에 작용하는 축력도 벽체의 강성에 따라 다른 양상을 보였다. 흙막이벽체의 강성이 작은 경우(2 mm) 버팀대 축력이 최대가 되는 지점은 벽체의 0.3H 부근에서 나타났고, 흙막이벽체의 강성이 큰 경우(5 mm)에는 벽체의0.7H 부근에서 버팀대 축력이 최대로 나타났다. 또한, 터널 내공변위는 흙막이벽체와의 이격거리가 가까울수록, 벽체의강성이 작을수록 뚜렷하게 발생하였으며 내공변위가 우측하부로 집중되는 경향을 보였다. 지반굴착에 따른 지표침하량은 터널과 흙막이벽체의 이격거리가 가까울수록 지표침하 영향범위가 감소하는 경향을 보였으며 이는 터널의 강성이 영향을 미친것으로 판단된다

Abstract

In recent years, the development of complex urban areas has become saturated and much attention has been focused on the development of underground space, and deep excavation is frequently performed in order to increase the utilization of underground space due to the enlargement of buildings and the high rise of buildings. Therefore, in this study, we tried to understand the behavior of the braced wall and the behavior of the tunnel adjacent to the wall according to the stiffness of the wall and the distance between the tunnel and wall. As a result of the study, the deformation of the braced wall tended to decrease with increasing the stiffness of the wall, and the axial force acting on the struts was also different according to the stiffness of braced wall. When the stiffness of the braced wall is small (2 mm), the point at which the axial force of the braces maximizes is near 0.3H of the wall. When the stiffness of the braced wall is large (5 mm), the axial force is maximum at around 0.7H of the wall. Also, the tunnel convergence occurred more clearly when the separation distance from the braced wall was closer, the stiffness of the wall was smaller, and the tunnel convergence was concentrated to the lower right part. The ground settlement due to the excavation of the ground tended to decrease as the distance between tunnel and braced wall was closer to that of the tunnel, which is considered to be influenced by the stiffness of the tunnel.

초록

최근 경주, 포항 인근에서 지진이 발생하여 대도시의 초고층 빌딩과 그에 인접한 지하구조물의 내진해석에 대한 사회적 요구가 증가하고 있다. 그러나 기존에 수행되어 왔던 대부분 내진해석 연구는 초고층 빌딩과 지하구조물을 개별적으로 분석하여 구조물간 동적 상호거동 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기반암과 표층으로 이루어진 지반에 건물과 인접 지하구조물이 설치된 복합지하시설물을 대상으로 지반과 구조물을 동시에 고려한 동적해석을 수행하였다. 특히 신뢰도를 높이기 위해 유사정적해석을 추가로 수행하여 동적해석 결과와 비교 ․ 분석하였다. 종합적으로 복합시설물에 대한 SSI 해석 시 인접 지하구조물을 고려하는 것이 보다 보수적인 방법이라고 결론 내렸다.

Abstract

Recently, earthquakes have occurred near Gyeongju and Pohang and the social demands are thus being increased for seismic analysis of tall buildings and their adjacent underground structure in big cities. Since most of the previous seismic analysis studies considered a tall building and an adjacent underground structure separately, however, they lack the analysis on dynamic mutual behavior between two structures. Therefore, in this study, a dynamic analysis with a full soil-structure interaction was performed for a complex underground facility with a tall building and an adjacent underground structure constructed on the bedrock with a surface layer. To improve the reliability, in particular, a pseudo-static analysis was performed and compared with the dynamic analysis results. It is comprehensively concluded that the analysis of adjacent underground structures being considered is more conservative than that of not considered.

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Abstract

The construction of subsea tunnel differs from that of inland tunnel because of high water pressure due to sea water level and difficulties to reinforce the ground under construction. Therefore, it is very important to prevent trouble in advance when the subsea tunnel is constructed. In this paper, we established lots of databases about characteristics of geological and mechanical parameters on the construction of subsea tunnel using micro slurry TBM which depth is about 60 m. The correlation analysis is conducted to confirm the effect of thrust, torque and RPM among the excavation database on the net penetration rate. Also, An empirical formula is suggested to predict the net penetration rate through the correlation analysis between FPI (Field Penetration Index) and specific energy from the subsea tunnel excavation database.

초록

본 연구에서는 터널주변 원지반의 불확실성을 고려한 신뢰성기반 강관다단공법의 설계기법에 대하여 논의하였다. 이를 위하여 기계학습기법의 한 부류인 adaptive support vector machine과 시공 중인 터널의 한계평형해석기법을 도입한 후, 강관다단공법을적용한 터널의 안전성 여부에 대한 훈련과정을 최소화할 수 있는 방안을 제안하였다. 제안한 기법은 전형적인 Monte Carlo 기법과의 비교를 통해 그 효과를 분석하였다. 이 결과,제안한 신뢰성기반 ASVM 기법은 원지반의 불확실성을 감안하는 경우, 보조공법 적용에 따른 터널의 시공 중 파괴확률을 효율적으로 계산할 수 있음을 입증하였다. 이 결과를 바탕으로 향후에는 한계평형해석을 적용할 수 없는 경우 등을 감안하여 최소의 수치해석 결과를 바탕으로 파괴확률을 추론해 낼 수 있는 신속 ASVM 기법을 개발할 예정이다.

Abstract

A reliability based design approach of the tunnel reinforcement with umbrella arch method was considered to better represent the uncertainties of the weak rock properties around the tunnel. For this, a machine learning approach called an Adaptive Support Vector Machine (ASVM) together with the limit equilibrium method were introduced to minimize the iteration numbers during the classification training of the tunnel stability. The proposed method was compared with the results of typical Monte Carlo simulations. It was concluded that the ASVM was very efficient and accurate to calculate the probability of failure having auxiliary umbrella arches and uncertain material properties of the tunnel. Future work will be concentrated on the refinement of the fast adaptation of the SVM classification so that the minimum number of numerical analyses can be used where the limit solution is not available.

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연약지반 수직구 굴착 중에는 주변 지반의 하중으로 인한 굴착면의 히빙이 발생할 위험이 있기 때문에 굴착 설계 시 지반안정성에 대한 고려가 필수적이다. 그러나 연약지반 히빙 안전율 산정은 2차원 산정식으로 수행하여야 하므로 수직구의3차원 형상을 고려하지 못하는 문제가 있다. 본 연구에서는 수직구 굴착 시 히빙 안전율에 대한 선행 연구를 보완하여 3 차원 효과를 반영하는 히빙에 대한 안전율 식을 제안하였으며, 해당 식이 기존 식에 비해 3차원 원형 수직구 굴착에서의히빙 안정성을 더 적절하게 반영할 수 있음을 확인하였다.

Abstract

Considering the stability of the ground in the process of excavation design is essential because there is a risk of basal heave due to the load of the surrounding ground during the vertical excavation. However, calculation of the factor of safety for basal heave should be performed with two-dimensional equation, and the equation cannot reflect three-dimensional shape of vertical excavation. In this study, an equation for factor of safety for the basal heave was proposed with considering the effect of three-dimensional shape. It is confirmed that the equation can more appropriately reflect the basal heave stability 3D circular vertical excavation than the existing equation. Using the equation proposed in this study, it is possible to derive an appropriate factor of safety according to the 3D excavation shape during the circular vertical shaft excavation.

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최근 도심지에서 기존터널 상부에 구조물을 신설하는 경우가 증가하고 있다. 특히 지반굴착 후 구조물이 시공되는 경우굴착 저면 하부 지반 내에서는 하중 제하, 재하 과정이 반복되므로 기존 터널에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 지반굴착으로 인한 기존 터널의 안정을 유지하기 위해서는 인접부에서의 굴착 및 구조물 하중에 의한 영향을 정확히 파악하여야 한다. 본 연구에서는 기존터널 상부지반 굴착 및 신설 구조물로 인한 하중이 기존터널에 미치는 영향을 대형 모형시험과 수치해석으로 통하여 파악하였다. 이를 위해 실제 크기의 1/5로 축소한 모형시험과 수치해석을 수행하여 굴착저면과 터널천단 간의 거리를 일정하게 유지하고 지반굴착, 구조물 하중의 폭을 변화하여 그에 따른 영향을 파악하였다. 연구 결과, 동일 하중 크기에 대하여 굴착 깊이가 깊어져 굴착 저면과 기존터널이 가까울수록 더 큰 영향이 작용하는 것을 확인하였다. 동일 이격 거리에서 기존터널에 영향은 건물하중 폭 증가에 따라 터널 내공변위가 증가하는 것을 확인하였고, 지중응력은 최대 2.4배까지 증가하는 것을 확인하였다. 이로부터 건물하중 폭이 증가하면 지중응력의 증가 영향으로 기존 터널에 영향을 주는 것을 확인하였고, 기존터널을 중심으로 신규하중의 재하 폭이 터널직경의 3배 이상으로 이격되면 지중응력의 영향이 감소하는 것을 확인하였다.

Abstract

Recently, the construction of the urban area has been rapidly increasing, and the excavation work of the ground has been frequently performed at the upper part of the existing underground structure. Especially, when the structure is constructed after the excavation of the ground, the loading and unloading process is repeated in the lower ground of the excavation so that it can affect existing underground structures. Therefore, in order to maintain the stability of the existing underground structure due to the excavation of the ground, it is necessary to accurately grasp the influence of the excavation and the structure load in the adjoining part. In this study, the effects of the ground excavation and the new structure load on the existing tunnel were investigated by large - scale experiment and numerical analysis. For this purpose, a large model tester with a size reduced to 1/5 of the actual size was constructed, and model tests and numerical analyzes were carried out to investigate the effects of the excavation of the body ground by maintaining the distance between the excavation floor and the tunnel ceiling constant, The impacts were identified. As a result of the study, it was confirmed that the deeper the excavation depth, the larger the influence on the existing tunnel. At the same distance, it was confirmed that the tunnel displacement increased with the increase of the building load, and the ground stress increased up to 2.4 times. From this result, it was confirmed that the effect of the increase of the underground stress on the existing tunnel is affected by the increase of the building load, and the influence of the underground stress is decreased from the new load width above 3.0D.

초록

터널은 지하공간과 유사한 반밀폐 형태로서 화재 발생 시 연기가 빨리 차오르고 외부로 연기가 천천히 빠져나가는 구조이다. 이에 따라 교통사고로 인한 화재 발생 시 사고차량 뒤에 차량이 연속으로 정차되어 차량을 이용한 피난이 어려우며, 화재 현장에 소방차 진입이 어렵기 때문에 소화하기가 매우 어렵다. 따라서 국내외적으로 터널 방재등급을 설정하고이에 맞는 방재시설을 설치하고 운영하고 있다. 우리나라 도로터널은 1 km 미만의 터널의 80.0%를 차지하고 있으며, 1 km 미만의 터널은 방재등급 3등급으로서 제연시설을 설치하지 않아도 된다. 본 연구에서는 내열시로코 팬을 이용한에어커튼 시스템을 1 km 미만 터널에 제연설비로 활용하기 위해서 실물화재실험을 통하여 성능평가를 수행하였다. 이에 따라, 250°C의 온도에서 60분 이상 작동하는지 내열시험을 통해서 확인하였으며, 실물화재실험을 수행하여 에어커튼 내부(터널 화재방향)에서는 온도 및 이산화탄소 농도가 급격히 상승하였지만, 에어커튼 외부(터널 외기방향)에서는초기의 상태를 유지하고 있는 것을 확인하였다.

Abstract

Tunnel is a semi-closed structure similar to underground space where the smoke generated from fire fills the space fast while escaping from the space slow. Because of such characteristics, when the fire breaks out by traffic accident, the vehicles are jammed making it difficult for the people to evacuate from the scene as well as for the fire engine to gain access to the scene. For such reasons, tunnels are globally categorized into some disaster classes for differentiated facilities and operation approaches. In Korea, less than a 1 km-long tunnel accounts for 80.0% and such a short tunnel which is categorized into Class III is not required to have smoke control system. In this study, a full-scale fire test was conducted in a bid to apply air curtain system using heat-resistant sirocco fan to a less than 1 km-long tunnel. To that end, heat resistance test to verify the normal operation at 250°C for 60 minutes was conducted. Consequently, despite of rapid rising-temperature and increasing-carbon dioxide inside the air curtain (direction of fire in tunnel), initial condition was found to have been sustained outside the air curtain (opposite direction of fire in tunnel).