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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
22권 1호
초록
국내 폐광산은 다양한 형태의 침하를 발생시키고 있으며 이러한 침하의 예측 및 위험도의 평가는 대단히 어려운 실정이다. 기존 수치해석을 활용한 침하 예측 및 위험도 평가 연구에서는 지질구조와 지반조건에 대해 통합 물성을 적용하고 채굴적 주변 소성영역을 해석하는데 그치고 있다. 또한 입력정보를 확보하는데 있어 제한된 자료밖에 파악할 수 없는 현실적인 한계점이 존재하며 이는 곧 수치해석 결과의 신뢰성 저하로 연결된다. 본 연구에서는 실제 침하가 발생한 폐광산을 대상으로 현장 지질구조 및 지반정보를 적용하여 2차원 모델링을 수행하였다. 또한 지반물성을 수정하여 해석결과와 실제 침하지 정보(규모, 위치)의 차이가 최소가 되도록 수치해석을 반복하여 해석모델을 보정하였다. 이러한 보정에 있어 최적화 기법을 적용하여 자동화하였으며 다수의 지반물성을 나누어 고려하는 단계적 최적설계 기법을 개발하였다.
Abstract
The domestic abandoned mines are generating subsidence and it is difficult to predict this subsidence and evaluate the risk. The study of the subsidence risk evaluation using the existing numerical analysis only applies the integrative property to the geological structure and ground condition, and analyzes the goaf peripheral plastic domain. Also, there is a realistic limit that only restricted materials can be apprehended in securing the input information, which leads to the low reliability of the numerical analysis result. In this study, 2-dimensional modeling was performed by applying the field geological structure and ground information targeting abandoned mine where the subsidence occurred. Also, the analysis model was revised by repeating the numerical analysis for the difference between the real subsidence ground information and the analysis result to be minimized by modifying the ground property. This revision was automated by applying the optimization technique and the gradational optimal design method dividing multiple ground properties was developed.
초록
본 연구에서는 터널 근접 시공으로 인한 기 존재 단독말뚝의 공학적 거동을 파악하기 위하여 터널로부터 말뚝선단의 이격거리와 막장압의 변화를 고려한 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 수치해석에서는 터널 막장압을 고려하여 말뚝의거동을 분석하였으며, 터널굴착으로 유발되는 지반침하, 말뚝두부침하, 말뚝축력 및 말뚝-지반 사이의 경계면에서 발생하는 전단응력을 고찰하였다. 말뚝이 터널 크라운(crown) 바로 상부에 위치하고 말뚝선단까지의 수직 이격거리가0.25D (여기서, D는 터널직경)인 경우 초기 응력의 50%에 해당하는 막장압을 적용할 경우 25%의 막장압을 적용한 것과 비교한 결과 말뚝두부의 침하가 약 38% 감소하였다. 또한, 막장압의 크기가 작을수록 지반침하, 말뚝의 축력 및 말뚝-지반 사이에서 발생하는 전단응력이 증가하며, 말뚝이 터널굴착 영향권 밖에 존재할 경우 말뚝에는 압축력 형태의 축력이 발생하였다. 따라서 막장압의 크기 및 터널-말뚝선단의 상대위치는 지반 침하와 말뚝 침하에 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 본 연구에서 수행된 연구결과의 경우 기존에 보고된 연구결과를 바탕으로 비교분석을 실시하였으며, 터널굴착으로 인한 말뚝의 거동을 심도 있게 분석하였다.
Abstract
In the current work, a series of three-dimensional finite element analyses have been carried out to understand the behaviour of pre-existing single piles to adjacent tunnelling by considering the tunnel face pressures and the relative location of pile tips with respect to the tunnel. The numerical modelling has analysed the effect of the face pressures on the pile behaviour. The analyses concentrate on the ground settlements, the pile head settlements, the axial pile forces and the shear stress transfer mechanism at the pile-soil interface. The head settlements of the pile (the vertical distance between the pile and the tunnel: 0.25D, where D is the tunnel diameter) directly above the tunnel crown with the face pressure 50% of the in-situ horizontal soil stress at the tunnel springline decreased by about 38% compared to corresponding settlements with a face pressure 25% of the in-situ horizontal soil stress at the tunnel springline. Furthermore, it was found that the smaller the face pressure, the larger the tunnelling-induced ground movements and the axial pile forces were and the higher the degree of the shear strength mobilisation at the pile-soil interface. When the piles were outside the tunnel influence zone, compressive pile forces were developed due to tunnelling. It has been found that the ground settlements and the pile settlements are heavily affected by the face pressures and the position of the pile tip relative to the tunnel. In addition, the computed results have been compared with relevant studies previously reported in literature. The behaviour of the piles has been extensively examined and analysed by considering the key features in great detail.
초록
최근 국내에서는 쉴드 TBM (Tunnel Boring Machine)을 이용한 터널 굴착에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 쉴드 TBM 터널은 비배수 터널로써 세그먼트 이음부에서 누수가 발생할 경우에는 터널의 사용성 및 안정성에 문제가 될 수 있다. 본 연구에서는 쉴드 TBM 터널의 세그먼트 시공 시 시공오차 및 세그먼트 과다변형에 의한 수팽창 지수재의 방수 성능을 검토하였다. 특히, 수팽창 지수재 1열 배열 및 2열 배열 각각에 대하여 방수 성능을 검토하여, 2열배열의 효율성을 검증하였다. 실험결과, 1열 배열 및 2열 배열 수팽창 지수재는 동일한 방수 성능을 보였다. 즉, 1열 배열 및 2열 배열 모두, 수팽창 지수재는 엇갈림에 대해서는 대응성이 좋으나, 틈새 간격에 대해서는 대응성이 불리한 것으로 나타났다
Abstract
The interest in the use of shield TBM (Tunnel Boring Machine) on the tunnel excavation has been increased rapidly in Korea. The shield TBM tunnel is generally designed as non-drainage tunnel. Consequently, if water leakage through the segment joints happens, big problems on the usage and stability of tunnel can be occurred. In this study, the variation of waterproof capacity of hydrophilic rubber waterstop by the construction error and excessive displacement of segment was studied. In particular, the waterproof capacity of each of single and double layer arrangements of hydrophilic rubber waterstop was examined to verify the efficiency of the double layer arrangement. The test results show that the single layer and double layer hydrophilic rubber waterstop showed the same waterproof performance. hydrophilic rubber waterstop has favorable on the offset, however unfavorable on the gap.
초록
지속적인 수도권 교통 인프라 수요의 증가에 따른 광역 ‧ 도시철도 노선의 급행화를 위해서는 완행과 급행철도를 동시에 운영할 수 있도록 하는 부본선의 건설이 요구된다. 그러나 기존 지하철 노선의 운행을 중단한 후 부본선을 건설하는 것은 많은 경제적 손실을 발생시키므로 기존 지하철 터널의 운영 중 확폭 방안에 대한 연구가 필수적이다. 따라서 본 논문에서는 기존 노선 급행화에 필요한 부본선 건설을 위해 기존 지하철 터널의 운영 중 확폭 방안에 대한 기초연구를 수행하였다. 기존선 운영 중 부본선 건설방안 모색을 위해 지하철 4호선 과천선의 정부과천청사역을 부본선 건설 가상 역사로 선정하고, 4가지 방안의 구간별 단면 및 공법계획을 검토하였으며, 해당 역사에 대하여 부본선을 시공하였을 경우 시공성 ‧ 경제성에 비해 상대적으로 안정성이 우려된다고 판단되는 방안을 선정하여 부본선 시공과정을 고려한 3차원 수치해석을 통한 안정성 검토를 수행하였다.
Abstract
As a continuous increase in demand for the transportation infrastructure in the metropolitan area, the renovation of existing metropolitan and urban railway lines for the rapid transport system requires the construction of sidetrack that can operate localand express trains simultaneously. However, the construction of sidetrack after stopping the operation of the existing subway line causes a lot of economic losses, therefore it is essential to study the tunnel enlargement scheme during the operation of the existing subway tunnel. Accordingly, in this paper, basic research on theenlargement plan of the existing subway tunnel was carried out for the renovation of the existing subway line. In order to investigate the method for the sidetrack construction, the Government Complex Gwacheon station on the Gwacheon line of subway line 4 was selected as a virtual research station. Subsequently, four construction plans including tunnel cross-sectional plan for each section were reviewed and constructability and economic feasibility were compared. Finally, the stability assessment was conducted for the selected construction plan which was considered to be relatively unstable by 3-D full numerical analysis considering the sidetrack construction process.
초록
수중 부유식 터널은 터널 세그먼트가 부력에 의해 수중에 부유하도록 하는 터널의 한 유형으로, 최근 활발히 연구되고 있다. 수중터널이 지면에 연결되면 수중터널과 지반 내부의 지중터널이 연결되어야 하는데, 두 터널의 서로 다른 구속조건과 거동 특성에 의해 두 터널의 연결부위에 응력이 집중될 가능성이 매우 높다. 따라서 연결부 주변의 안정성을 보장하기 위해 특별한 설계 및 시공 방법을 적용해야 한다. 그러나 연결부 안정성에 대한 기존 연구가 충분히 수행되지 않아서 기본적인 단계의 연결부 안정성 검토에 대한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 수중터널과 지중터널의 연결부를 수치해석을 통해 모사하여 연결부 주변 지반에서 전단 변형 집중이 발생하는 것을 확인하였고, 시공 시 처리할 수 있는 구조적 인자가 연결부 주변 지반의 안정성 확보에 어떠한 영향을 가지는지에 대해 분석하였다. 수치해석 결과는 두 종류의 터널이 가지는 변위의 불균형으로 인한 위험이 그라우팅 재료 및 조인트 자유도 구성을 통해 완화될 수 있음을 보였다. 이 연구에서 도출된 결과는 비록 수치해석을 통한 정성적인 결과이지만, 향후 연구에서 수중터널과 지중터널의 연결의 설계 시 주요하게 고려해야 하는 구조적 인자 및 위험 지역을 판단하는 것에 기여할 것이라 판단된다.
Abstract
Submerged floating tunnel (SFT) is a type of tunnel that allows tunnel segments to float underwater by buoyancy, and is being actively studied in recent years. When the submerged floating tunnel is connected to the ground, the tunnel and the bored tunnel inside the ground must be connected. There is risk that the stress will be concentrated at the connection between the two tunnels due to the different constraints and behavior of the two tunnels. Therefore, special design and construction methods should beapplied to ensure the stability around the connection. However, previous studies on the stability at the connection site have not been sufficiently carried out, so study on the basic stage of the stability at connection site are necessary. In this study, numerical analysis simulating the connection between submerged floating tunnel and the bored tunnel confirmed that the shear strain concentration occurred in the ground around the connection, and it was analyzed that the structural factors can be handled during construction to have effects on the stability of the ground around the connection. Numerical results show that the risks from disproportionate displacements in the two tunnels can be mitigated through the construction of grouting material and joint design. Although the results from this study are qualitative results, it is expected that it will contribute to the determination of structural factors and risk areas that should be considered in the design of connections between the submerged floating tunnel and bored tunnel in the future studies.
초록
본 연구는 Shield TBM의 챔버 내 교반봉의 영향범위 및 배토효율 향상을 위한 기초연구이다. 현재 국내Shield TBM의 연구에 있어 디스크 커터, 커터 비트, 세그먼트에 관한 연구는 많이 이루어져 있다. 하지만 Shield TBM 굴착 시 막장면에서 유입되는 토사 및 암반들을 교반시켜 스크류 컨베이어로 배토시키는 연구는 해외에 비해 미비하다. 본 연구에서는 기존 Shield TBM 챔버를 축소모형으로 제작하여 실험을 진행하였다. 챔버 내부는 크기(4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm)와 색(검은색, 흰색, 빨간색, 파란색)이 다른 시료를 사용해 층을 형성하였다. 이에 대하여 RPM과 교반봉의 형상 및 크기에 차이를 두어 실험을 진행하였다. 또한 중력의 방향이 교반 효율에 끼치는 영향을 파악하기 위하여 축소모형을 세웠을 때와 눕혔을 때의 교반 차이를 확인해 보았다. 이는 중력방향의 차이 외의 다른 조건은 모두 동일하게 진행하였다. 본 실험을 통해 챔버모형의 설치 방향, 내부의 교반봉 크기 및 형상, RPM에 따른 교반효과 및 Torque를 파악하였다. 교반효과 및 Torque를 비교 검토한 결과 교반봉의 형상 및 크기는 시료의 교반에 영향을 끼치며, 중력방향은 Torque에 영향을 끼치는 것을 확인하였다.
Abstract
This study is the basic study for improving the range of influence and potency of mixing bars in the chamber of Shield TBM. Currently, there are many studies on disk cutters, cutter bits and segments in the study of the domestic Shield TBM. However, studies that mix soil and rocks that come from the membrane during the Shield TBM excavation and scatter them with screw conveyors are not as good as those abroad. In this study, the existing Shield TBM Chamber was manufactured as a miniature and the experiment. Inside the chamber, different sizes (4 mm, 6 mm, 8 mm, 10 mm) and colors (black, white, red, and blue) were used to form layers. This experiment was carried out by different shapes and sizes of RPM and mixing bars. In addition, the difference between a miniature model and a reclining one was checked to determine the effect of the direction of gravity on the mixing efficiency. This was done in the same way for all other conditions other than differences in the direction of gravity. Through this experiment, we identified the orientation of the chamber model, the size and shape of the mixing bar inside, and the mixing effect and torque depending on RPM. A comparative review of the mixing effect and torque confirmed that the shape and size of the mixing bar affect the mixing of samples, and that the direction of gravity affects torque.
초록
공용중인 시설물의 성능기반 평가에서 보유 성능은 성능별 평가지표를 유목화 한 후 각 성능에 대한 평가지표의 중요도를 고려하여 가중평균하여 평가한다. 본 연구에서는 NATM 터널의 성능기반 평가기법을 제시하기 위해 이전 연구에서 도출된 평가지표의 지표별 특성과 유사성 등을 분석하여 최종 평가지표를 도출하였다. 평가지표별로 상대적 중요도를 산출하여 평가지표의 가중치를 도출하였다. 정량적인 평가모형을 개발하기 위하여 지표별 성능등급 평가기준을 관련 문헌 및 선행연구 분석을 통해 도출하고, 도로 및 철도 터널의 유지관리 시 적용할 수 있는 성능평가표를 제시하였다. 제시된 성능평가 모형의 유의미함을 제시된 평가표를 실제 공용중인 터널에서 정밀안전진단을 통하여 측정된 조사자료에 적용하여 각 평가지표와 최종 평가결과와의 상관분석을 실시함으로써 검증하였다. 본 연구에서 제시된 공용중인 터널의 성능평가를 위한 평가지표, 가중치, 그리고 용도별 평가모형은 추후 터널의 성능중심 유지관리 체계에 적용되어 유지관리 전략 수립 시 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Abstract
In a performance-based evaluation of structures in use, the current performance is assessed by summing up the weighting of the evaluation indices for each performance. In this study, to suggest a performance-based evaluation technique for NATM tunnels in use, the performance evaluation indices were derived by examining thecharacteristics and similarities of each index developed from previous study. Theweighting of the evaluation indices was derived by calculating the relative importance of each evaluation indices from the AHP analysis. In order to develop a quantitative evaluation model, grading criteria for each performance index was derived through literature review, and performance evaluation tables for road and railway tunnels were presented. In order to verify the significance of the proposed performance evaluation model, the correlation analysis was performed between each evaluation index and the final evaluation result. In the correlation analysis, the survey data measured through precision safety diagnosis in the tunnel in use was applied. It may be said that the proposed evaluation indices, weighting, criteria and evaluation models for tunnels in use can be applied to the performance-based maintenance system of tunnels.
초록
전 세계적으로 이상기후 현상의 빈도와 강도는 높아지고 있는 추세이다. 이는 인명과 재산에 직접적인 피해를 줄 수 있으므로 이상기후에 대응하여 적정한 유지관리 전략을 수립하고 실천하는 것이 중요하다. 한파 또는 폭설이 빈번하게 발생하는 한랭지역에 건설되는 시설물의 경우에는 다른 지역에 위치하고 있는 시설물에 비하여 동결-융해에 의한 피해를 많이 받을 수 있으며, 해를 거듭할수록 그 피해 정도는 증가할 가능성이 매우 높다. 그러나 동결-융해의 피해를 정량적으로 확인할 수 있는 명확한 기준과 이에 대한 대응방안은 아직 제시되고 있지 않은 실정이다. 따라서 실내 동결시험 결과를 기반으로 지역별 기후특성을 고려한 동결조건을 -14°C에서 1일, -7°C에서 2일 또는 -5°C에서 3일 지속될 경우로 선정하였으며, 그 결과, 강원지역의 대관령(8.3회), 철원(5.3회), 태백(4.9회)의 순으로 동결-융해 환경에 노출되어 있는 것으로 판단되었다. 이러한 연구결과를 기반으로 도로터널의 동결-융해 평가기준을 새롭게 제시하였다. 본 연구에서 제시된 도로터널의 동결-융해 평가기준은 추후 한랭지역 터널의 정량적 평가와 유지관리 전략의 수립 시 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
Abstract
Globally, the frequency and intensity of abnormal climate events are increasing. Since this can directly damage lives and property, it is important to establish and implement an appropriate maintenance strategy in response to abnormal weather. Facilities built in cold regions where cold wave or heavy snow occurs frequently can be more damaged by freeze-thaw than facilities located in other regions. However, there are no clear criteria for quantitatively identifying the damage of freeze-thaw and how to cope with it. Therefore, based on the results of indoor freezing tests, the freezing conditions considering regional climate characteristics were selected as one day at -14°C, two days at -7°C or three days at -5°C. As a result, it was confirmed that they were in the freeze-thaw environment in order of Daegwallyeing (8.3 times), Cheorwon (5.3times) and Taebeak (4.9 times) in Gangwon region. Through this study, the evaluation criteria of freeze-thaw of road tunnels were newly proposed. The freeze-thaw evaluation criteria of the road tunnel presented in this study can be used for the quantitative evaluation and maintenance strategy of tunnels in cold regions.
초록
국내에서 TBM 공법을 활용한 터널건설 시 점차 건설심도가 깊어지고 있으며, 이로 인해 상부 지반조사 단계에서 충분한 예측 정확도를 획득하기 위해서는 시추조사 및 물리탐사 비용이 증가하게 된다. 이러한 문제를 극복하기 위해 터널 시공 중 터널 굴착면 전방 예측을 위한 방법들이 제시되었다. 프로브 드릴링을 활용한 굴착면 전방 예측은 코어회수, 시추공 내부 이미지 등을 활용할 수 있는 장점이 있지만 실제 TBM 내에 설치가 어렵고 터널 막장 전체가 아닌 국부적인 지반만을 파악할 수 있다. TSP 등 탄성파를 활용한 방법은 100 m 이상의 긴 탐사거리를 가지지만 신호발생을 위해 발파를 사용하므로 세그먼트 라이닝, 백필 등의 안정성에 영향을 미칠 수 있다. TEPS를 포함한 전자기파 탐사는 지하수 층 등 전도성 있는 이상대를 파악하는 데 적합하지만 소구경 TBM에 설치할 수 있는 전극의 개수가 한정적이며 이는 탐사 범위의 감소 등을 야기한다. 본 연구에서는 전기비저항 탐사 시 굴착면에 설치되는 전극의 개수를 최소화하기 위해 TBM의 굴착면과 측면에 전극이 설치되었을 때에 대한 탐사 이론식을 제시하고 실내실험을 통해 검증하였다.
Abstract
Since the depth of tunneling with tunnel boring machine (TBM) becomes deeper and deeper, the expense for site investigation for coring and geophysical survey increases to obtain the sufficient accuracy. The tunnel ahead prediction methods have been introduced to overcome this limitation in the stage of site investigation. Probe drilling can obtain the core and borehole images from a borehole. However, the space in TBM for the probe drilling equipment is restricted and the core from probe drilling cannot reflect the whole tunnel face. Seismic methods such as tunnel seismic prediction (TSP) can forecast over 100 m ahead from the tunnel face though the signal is usually generated using the explosive which can affect the stability of segments and backfill grout. Electromagnetic methods such as tunnel electrical resistivity prospecting system (TEPS) offer the exact prediction for a conductive zone such as water-bearing zone. However, the number of electrodes installed for exploration is limited in small diameter TBM and finally the reduction of prediction ranges. In this study, the theoretical equations for the electrical resistivity survey whose electrodes are installed in the face and side of TBM to minimize the installed electrodes on face. The experimental tests were conducted to verify the derived equations.