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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
25권 2호
초록
도심지의 인구 집중으로 지상의 구조물이 포화상태가 되어 지하 구조물의 개발이 중요시되면서, 종합적인 문제점들을 줄일 수 있는 병설 터널 시공이 적용되고 있다. 또한 안정성, 경제성, 시공성을 확보할 수 있는 근접 병설 터널의 적용이 필요할 수 있고, 터널 안정성 확보를 위해 필라부 보강공법의 적용이 불가피한 경우가 발생할 수 있다. 본 연구에서는 프리스트레스와 그라우팅을 이용한 터널 필라부 보강공법에 대해 검토하였다. 병설 터널의 문제점을 보완할 수 있는 보강법들은 다양하지만 프리스트레스와 그라우팅을 이용한 터널 필라부 공법이 현장 적용성, 안정성, 경제성에서 우수하다고 판단됨에 따라 실질적인 거동 메커니즘의 이론적 검토 및 수치해석적 검토를 진행하였다. 수치해석은 동일한 지반 조건하에 PC강연선 + 강관보강 그라우팅 + 프리스트레스(Case 1), 필라부 타이볼트 보강(Case 2), 필라부 무보강(Case 3)으로 나누어 천단변위, 내공변위, 부재력의 최대값, 안정성을 확인하였다. 수치해석을 통하여 PC강연선 보강을 한 Case1이 가장 우수한 공법임을 확인하였고 추후 현장실험을 통하여 이를 검증하고 보완해 나간다면 현재 적용되는 보강법보다 변위 제어 및 부재력 측면에서 우수한 결과를 도출해 낼 수 있을 것이라 판단되었다.
Abstract
With the concentration of the population in the city center and the saturation of the structures on the ground, the development of the underground structures becomes important and the construction of an adjoining tunnel that can reduce the overall problems is respected. In addition, it is necessary to apply the reinforcement construction method for the pillar part of the adjacent tunnel that can secure stability, economy and workability of the site. In this study, the tunnel pillar reinforcement method using prestress and grouting was reviewed. There are various reinforcement methods that can compensate for the problems of the side tunnel, but as the tunnel pillar construction method using prestress and grouting is judged to be excellent in field applicability, stability and economic feasibility, theoretical and numerical analysis of the actual behavior mechanism are conducted. Numerical analysis is divided into PC stranded wire + steel pipe reinforcement grouting + prestress (Case 1), pillar part tie bolt reinforcement (Case 2), pillar part non-reinforcement (Case 3) under the same ground conditions, and the maximum value of the celling displacement, internal displacement, and member force, the stability was confirmed. Through numerical analysis, it was confirmed that Case 1 which reinforced the PC stranded wire, was the best construction method and if it is verified and supplemented through field experiments later, it will be possible to derive superior results in terms of displacement control and member force than the currently applied reinforcement method was judged.
초록
기존 재래식 굴착 대비 안전성과 친환경의 이점으로 TBM (Tunnel Boring Machine)의 사용이 전 세계적으로 증가하였다. 특히 EPB (Earth Pressure Balanced) TBM의 경우 Open TBM 대비 다양한 지반에 적용이 가능하고 Slurry TBM에 비해 지상부지가 적게 필요하고 장비의 구조가 간단하며 가격면에서도 이점이 있어 더욱 널리 사용되고 있다. EPB TBM은 주로 토사지반에 널리 사용되는데 사용될 수 있는 지반 범위를 넓히기 위해서 가장 중요한 것은 적절한 첨가제의 사용이다. 첨가제를 사용해 버력을 소성유동화 시키는 것은 EPB TBM의 굴착성능을 높이는데 큰 도움을 줄 수 있다. 다양한 연구를 통해 첨가제의 적절한 배합비와 주입비율이 제시되어 있지만 이는 주로 slump test 등 대기압 상태에서의 실내시험에 국한되어 있어 실제 현장에서의 상황은 지반별, 장비 상태 등에 따라 상이할 수 있다. 본 연구에서는 먼저 경암부터 토사까지 다양한 지반을 가진 현장의 첨가제 사용량을 실내실험을 통해 추정하여 설계치 및 실제 굴진 시 사용량과 비교하였으며, 추가적으로 폐색, 지하수 유입 등 굴진 중 발생한 다양한 문제들에 대한 첨가제 사용을 통한 해결 방안을 모색하였다. 마지막으로 굴진이 어려운 복합지반에서의 첨가제 사용에 대한 제언을 수록하였다.
Abstract
The use of TBM (Tunnel boring machine) has increased worldwide due to its performance together with the benefit of being safely and environmentally friendly compared to conventional tunneling. In particular, EPB (Earth Pressure Balanced) TBM is widely used because it can be applied to various grounds compared to Open TBM. Also EPB TBM has a simple mechanical structure and advantages in cost, requires less ground area than Slurry TBM. EPB TBM has advantages in soft ground, and more importantly, can extend its applicability by use of appropriate soil conditioning, which improves mechanical and hydrological properties of excavated soil and increases the excavation performance of EPB TBM. Various studies suggested the proper mixing ratio and injection ratio, but almost they are limited to laboratory test under atmospheric pressure such as slump test. Actual field conditions may differ depending on the ground and mechanical condition. In this study, first the amount of used soil conditioning used in the field with various grounds from hard rock to soft ground was estimated through laboratory tests and compared with the estimate in design stage. And also it was compared with the amount used during actual excavation. In addition, experience of soil conditioning for the problems of cutter head clogging and groundwater inrush that occurred during excavation is discussed. Finally, lesson learned for the use of soil conditioning in difficult ground condition such as mixed ground are reviewed.
초록
지반굴착은 필연적으로 인접지반의 지반변위를 유발시키며, 지반변위에 노출된 구조물 및 시설물들은 다양한 피해를 입을 수 있다. 따라서 굴착유발 인접구조물 및 시설물의 손상 및 피해를 최소화하기 위해서는 우선적으로 굴착으로 인해 발생하는 인접지반에서의 지반변위(침하 및 수평변위)를 예측하여야 한다. 흙막이 굴착 유발 지반변위 정보는 상대적으로 많이 존재하지만 원형 형태의 수직구 굴착에 대한 지반변위 정보는 충분치 않다. 본 연구에서는 수직구 굴착에 대한 사례분석 및 흙막이 굴착과의 비교를 통해서 수직구 굴착유발 인접지반 침하예측에 대한 정보를 제공하고자 한다. 본 연구를 통해서 수직구 굴착 시 침하관리 기준으로서 흙막이 굴착의 침하기준을 사용하는 것은 안전성 측면에서 보수적인 접근방법으로 판단되나 경제성 측면을 고려할 때 벽체의 과다설계를 초래할 수 있어 수직구 굴착에 대해 보다 합리적인 침하기준이 필요한 것으로 나타났다.
Abstract
Ground excavation inevitably causes ground displacement of adjacent ground, and structures and facilities exposed to ground displacement may suffer various damages. Therefore, in order to minimize the damage and damage to adjacent structures and facilities caused by excavation, ground displacement (settlement and horizontal displacement) in the adjacent ground caused by excavation must first be predicted. There is many ground displacement information induced by general braced cut excavation, but the information is not enough for circular shaft excavation. This study aims to provide information on the estimation of ground settlement caused by circular shaft excavation through the case analysis of circular shafts and comparison with braced cut excavation. From this study, it was found that the use of the settlement criterion of braced cut excavation as the settlement management criterion for circular shaft excavation is a conservative approach in terms of safety. But when considering the economic aspect, it may result in overdesign of the wall and therefore, a more reasonable settlement criterion can be needed for circular shaft excavation.
초록
전기비저항 탐사 방법은 매질의 표면에 관입된 두 전극의 전위차와 전류와의 관계를 통해 전기 저항을 측정하고, 형상 계수를 이용하여 매질의 고유한 특성인 전기비저항을 계산한다. 현장 및 실대형 크기의 전기비저항 실험은 전극과 매질 사이의 접촉 면적이 적고, 전극 간 거리가 충분하기 때문에 계산상 편의를 위해서 동일한 표면적을 가진 반구형으로 치환하여 전기비저항을 산정한다. 하지만, 실내 소규모 크기의 전기비저항 실험은 전극의 지오메트리(전극의 관입 깊이, 전극사이의 거리, 전극의 길이와 반지름 크기)로 인해서, 등전위면과 전류 흐름이 달라지게 되므로, 궁극적으로 전기비저항 값의 오차를 야기한다. 본 연구는 기존 연구에서 유도된 4가지 전극 형상(반구, 원기둥, 반구형 팁을 가진 원기둥, 콘형 팁을 가진 원기둥)에 따른 전기 저항 이론식을 정리하고, 전극 형상을 고려한 전기 저항 수치 해석을 실시하였으며, 이론식과 수치 해석 결과들의 비교를 통해서 개발된 수치 해석 모듈을 검증하였다. 또한, 각 전극 형상에 따른 전극 주변과 전극 사이에 형성된 전기 저항 분포를 분석하였다. 추가적으로, 현장 전기비저항 탐사에서 주로 사용되는 콘형 팁을 가진 원기둥 전극의 전기적 특성에 따른 전류 흐름 분포를 고찰하였다.
Abstract
Electrical resistivity survey have been widely conducted at diverse scales, from a few centimeters for laboratory tests to kilometers for field tests. It measures electrical resistance through relationship of electric potential difference and current between two electrodes penetrated on the surface of medium, and eventually quantifies electrical resistivity known as inherent properties of the medium. In field or full-scale test, it assumes the electrodes as equivalent half-sphere electrodes that have a same surface area with different electrodes for ease of calculation because the contact area between electrode and medium is small and sufficient distance between two electrodes. However, small-scale laboratory test is significantly affected by the electrode geometries (penetrated depth, height, radius of electrode and distance between electrodes), which change the equipotential surface and electric current flow. Indeed, the electrode geometries may eventually cause a difference of electrical resistivity value. This study reviews the theoretical electrical resistance derived with various electrode geometries (half-sphere, cylinder, cylindrical with half-spherical tip, cylindrical with conical tip) and verifies the developed numerical module by comparing results with the theoretical electrical resistance. The distributions of electrical resistance around electrodes and among electrodes are analyzed. In addition, it is discussed how the electrical characteristic of cylindrical electrode with conical tip widely used in field test has effect on the electric current flow.
초록
도로, 지하철, 철도 등의 다양한 터널이 건설 및 운행 중에 있다. 터널구조물의 구조적 안정을 위해 다양한 형태의 라이닝이 이용되고 있으며 특히 TBM터널 공사에서는 콘크리트 세그먼트 라이닝이 주로 설치되고 있다. 본 논문에서는 터널 내 화재가 발생할 시 터널내 구조물인 콘크리트 세그먼트 라이닝에 미치는 영향 및 관련기준, 내화성 평가 및 내화방법에 대해서 문헌조사를 통해 조사하고 관련내용을 제시하였다. 이를 통해 실무자가 터널화재에 대한 콘크리트 세그먼트 라이닝의 안전을 확보하는데 정보를 제공하고자 하였다.
Abstract
Various tunnels such as road, subway, and railway are under construction and operation. Various types of linings are used for structural stability of tunnel structures, and concrete segment linings are mainly installed in TBM tunnel construction. In this paper, when a fire occurs in a tunnel, the impact on the concrete segment lining, which is the structure in the tunnel, and related standards, fire resistance evaluation and fire resistance method are investigated through literature review and related contents are presented.Through this, it is intended to provide an information for practitioners to secure the safety of concrete segment linings against tunnel fires.
초록
전기비저항을 이용한 모니터링 기술은 비파괴적으로 데이터 수집이 가능하여, 터널 및 지하구조물의 건전도 평가를 목적으로 활발히 활용되고 있다. 터널 시공에서 단층파쇄대와 같은 취약 구간은 지반의 변위 발생 및 응력 변화 등의 문제를 일으킨다. 따라서 터널 구조물의 역학적 안정성 확보를 위해 단층파쇄대 구간의 절리 상태 예측이 필요하다. 절리의 크기 및 충진물의 공극률 모니터링은 암반의 절리 상태 예측을 위해 필수적이다. 하지만 기존 연구에서는 자연상태의 암반절리 내 입자 크기의 다양성을 고려하지 못한 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 암반절리 상태 충진물의 조립토 입자 혼합상태에 따른 전기비저항 실험을 수행하였다. 실험 결과, 동일한 공극률 조건에서 충진물의 크기가 작을수록 전기비 저항 값이 증가하는 경향성을 확인하였다. 본 연구결과는 터널 구간 내 암반절리 내 조립토 충진물을 포함하고 있는 지반의 전방 예측 및 거동 평가를 위한 전기비저항 기초자료로 유용하게 활용될 것으로 기대된다.
Abstract
Monitoring technology based on electrical resistivity is widely used for non-destructive data collection and health analysis of underground structures and tunnels. Vulnerable sections such as fault zone generates many problems during construction of the tunnel. These problems cause displacement and stress changes of the ground. Therefore, it is necessary to predict the state of the fault zone section to ensure the mechanical stability of the underground structure. Monitoring the size of joints and the porosity of the fillings is essential for rocks. Previous studies have not considered the variety of fillings in rock joints. In this study, electrical resistivity tests were conducted according to the particle mixing state of the sandy fillings. When the size of fillings is decreased at the constant porosity, the electrical resistivity tends to increase. The results of this study are expected to be useful as basic electrical resistivity data for predicting the ground conditions and evaluation of the ground behavior that is containing sandy fillings in the rock joint for tunnels.
초록
본 현장은 265 m 구간이 무진동 굴착공법으로 설계되어 있지만 시공성과 경제성의 저하가 우려된다. 이러한 이유로 미진동 전자발파공법이 제안되었다. 미진동 전자발파의 적용성 평가를 위해서 본 현장 직전 적용하였던 미진동 전자발파(제안 Ⅰ)와 본 현장과 같이 지하철 근거리에서 시공된 미진동 전자발파(제안 Ⅱ)의 발파진동 영향범위를 분석하였다. 두 제안의 발파진동 영향범위 비교결과, 제안 Ⅱ의 영향범위가 더 보수적으로 산출되었다. 본 현장의 근거리라는 특수성을 고려할 때, 보다 안전한 시공을 위해 설계변경에 제안 Ⅱ를 선정하였다. 결과적으로 무진동 굴착구간 265 m 구간 중 72m 구간에 대하여 미진동 전자발파공법으로 변경하여도 구조물에 미치는 영향이 없을 것으로 예측된다. 그리고 총 예상굴진 소요 기간 662.5일에서 144일 단축할 수 있기 때문에 높은 경제적 이익을 얻을 수 있다고 평가된다.
Abstract
Although this site is designed with a non-vibration excavation method for a section of 265 m, there are concerns about decline of constructability and economic feasibility. For this reason, the low-vibration electronic detonator blasting method was suggested. To evaluate the applicability of the low-vibration electronic detonator blasting method, the damage range of blasting vibration of low-vibration electronic detonator blasting applied just before the site (suggestion Ⅰ) and low-vibration electronic detonator blasting constructed close range the subway like this site (suggestion Ⅱ) was analyzed. As a result of comparing the blasting vibration damage ranges of the two suggestions, the damage range of suggestion Ⅱ was calculated more conservatively. Considering the specificity of the close range of this site, suggestion Ⅱ was selected for design change for safer construction. As a result, it is predicted that there will be no damage to the structure even if the 72 m section out of the non-vibration excavation 265 m section is changed to the Low-vibration electronic detonator blasting. And it is evaluated that high economic benefits can be obtained because the total expected excavation period can be reduced by 144 days from 662.5 days.
초록
처분공 내에 위치한 완충재는 사용후핵연료로부터 발산된 고온의 붕괴열과 지하수에 노출되며, 이와 같은 가열-수화를 포함한 처분환경 하의 완충재의 열-수리-역학-화학적 상호작용은 완충재의 장기적 성능과 건전성에 핵심적으로 작용하는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 처분환경 조건에서 완충재의 가열-수화 특성 및 지하수 지화학 조건을 고려한벤토나이트의 열-수리-역학-화학적Thermal-Hydraulic-Mechanical-Chemical, 이하 THMC) 복합거동 특성 규명을 위한 실험실 규모의 Lab.THMC 실험시스템을 개발하였다. 본 실험시스템은 스페인 CIEMAT의 열-수리-역학 복합거동 실험장치를 토대로 개발되었으며, 화학적 특성을 달리한 지하수 주입 조건에서 벤토나이트 완충재의 가열-수화 특성을 파악하고 응력 변화를 계측함으로써 열-수리-화학적 변화에 따른 역학적 성능 변화 특성을 규명하는 것을 목표로 한다. 본 기술논문에서는 개발된 Lab.THMC 실험시스템의 설계 및 구성을 간략하게 소개하고, 장치 검토 및 주요 변수설정을 위해 수행된 예비실험 결과와 차후 연구계획에 대해 정리하였다.
Abstract
The buffer materials in disposal hole are exposed to the decay heat from spent nuclear fuels and groundwater inflow through adjacent rockmass. Since understanding of thermal-hydro-mechanical-chemical (T-H-M-C) interaction in buffer material is crucial for predicting their long-term performance and safety of disposal repository, it is necessary to investigate the heating-hydration characteristics and consequent T-H-M-C behavior of the buffer materials under disposal conditions considering geochemical factors. In response, the Korea Atomic Energy Research Institute developed a laboratory-scale ‘Lab.THMC’ experiment system, which characterizes the T-H-M behavior of buffer materials under different geochemical conditions by analyzing heating-hydration process and stress changes. This technical report introduces the detail design of the Lab.THMC system, summarizes preliminary experimental results, and outlines future research plans.