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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
4권 3호
초록
일반적으로 터널 굴착시 지보재의 설치시기에 대한 예측을 위하여서는 지반반응곡선 (Ground reaction curve)을 활용하고 있다. 이 지반반응곡선은 굴착에 따른 지반의 변위 특성을 나타내며, 일반적으로 원형단면이고 등방상태 ()로 가정하여 단순화시킨 Closed Form Solution을 통해서 구해진다. 그러나, 원형단면이 아니고, 비등방 응력상태인 실질적인 현장조건을 고려해 본다면, 이 지반반응특성 예측식을 현장조건에 적용함에 있어서 어떠한 한계점을 갖는지에 대하여 규명할 필요가 있다. 이를 위해, 본 논문에서는 굴착단면 형상에 따른 측벽에서의 초기탄성변위 및 임계지보압의 변화 특성에 대하여 연구하였다. 터널굴착 형상은 단면의 높이 (b)와 폭 (a)의 비, 즉 굴착형상 계수 S (=b/a)값이 1.0, 0.8, 0.6, 0.4로 변화하도록 하였으며, 각각의 굴착형상마다 초기등방응력을 5～30 MPa사이에서 변화시켜가면서 수치해석을 통해 지반반응곡선을 얻었다. 수치해석을 통해 얻어진 측벽에서의 지반반응곡선을 분석하여 그에 따른 특성을 제시하였다. 검토결과 지반의 자립성을 평가하는데 있어서 Closed form solution의 사용에는 한계가 있는 것으로 판단된다.
Abstract
Ground reaction curve is very useful information for estimating the installation time of the tunnel support. The ground reaction curve can be estimated by analytical closed form solutions derived in case of circular section and isotropic stress condition. The nature of the ground reaction, however, depends significantly on tunnel configurations. Nevertheless, few purely analytical and experimental studies of this problem due to tunnel configurations appear to have been carried out. Therefore, it is necessary to investigate the influence of tunnel configurations in order to use simply in practical design. This paper describes a numerical study for the intial elastic displacement in the ground reaction curve due to configuration of tunnel excavation. In order to evaluate the applicability of analytical closed form solution in practical design, the parametric studies were carried out by numerical analysis in elastic tunnel behaviour. In the studies, S value, namely configuration factor, defined as the ratio between tunnel height (b) and width (a), varies between 0.5 and 3.0, initial ground vertical stress varies between 5∼30 MPa for each S values. The results indicated that the self-supportability of ground is larger in the ground having low S value. It, however, is suggested that the applicability of closed form solution may not be adequate to determine directly the installation time of the support and self-supportability of ground. It should be necessary to perform the additional numerical analysis.
초록
본 연구에서는 풍화토층에 굴착된 지하철 터널의 변형거동과 종방향 지보재의 보강효과가 3차원 유한차분해석에 의해 조사되었다. 굴착방법이 터널 변형거동에 미치는 영향을 조사하기 위해서 반단면 및 전단면의 2가지 굴착방법이 고려되었다. 또한, 우산형 막장보강법 (RPUM) 및 유리섬유 파이프의 보강효과가 비교되었다. 터널변형거동을 분석하기 위해 막장변위, 내공변위, 선행변위 및 측벽변위가 조사되었고, 굴착방법 및 종방향 지보재의 효과가 지표침하량를 사용하여 분석되었다. 해석 결과, 반단면 굴착이 전단면 굴착 보다 더 큰 내공변위, 선행변위, 측벽변위를 야기시키며, 반면 막장변위는 전단면 굴착이 반단면 굴착에 비해 더 크게 발생됨을 알았다. 또한, 같은 굴착방법에서는 RPUM만이 사용되었을 때가 RPUM이 유리섬유 파이프와 같이 사용되었을 때 보다 모든 변위가 더 켜졌다.
Abstract
In this paper, deformation behavior of shallow subway tunnel excavated in weathered soil and reinforcement effects of longitudinal support measures are investigated via three dimensional FDM analysis. Two excavation methods, half-face excavation and full-face excavation, are considered in simulation to study the influences of excavation methods on tunnel deformation behavior. In addition, the reinforcing effects of RPUM and fiberglass pipe are compared. Face extrusion, covergence, preconvergence, and sidewall displacement are investigated to analyze tunnel deformation behavior, and surface settlement is used to analyze the effects of excavation methods and longitudinal supports measures. The simulation results show that half-face excavation induces larger convergence, preconvergence, sidewall displacement, surface settlement than full-face excavation, while full- face excavation induces larger extrusion than half-face excavation. In addition, under same excavation method, all displacements are larger when RPUM is only used for longitudinal support than when RPUM is jointly used with fiberglass pipes.
초록
터널에서의 배면공동은 설계․시공․유지관리중 다양한 원인들이 복합적으로 작용하여 발생하게 된다. 특히, 터널 천단부 라이닝 부분에는 콘크리트 타설후 재료분리 등으로 인해 터널 천단부에 배면공동이 발생이 되는데, 이러한 터널 배면공동은 라이닝 균열, 누수 등과 밀접한 연관이 있는 것으로 밝혀지고 있다. 본 연구는 석산에서 발생되는 석분을 이용하여 터널 배면공동 및 지하공동의 충전용 모르타르를 개발하고 이를 노후터널에 적용함으로서 개발재료의 현장적용성 등에 대한 시험을 수행하였다.
Abstract
Most tunnel damage such as cracks or leakage which exist in tunnel liner commonly, is caused by the cavities that exist behind the tunnel liner, through the tunnel safety inspections. These cavities were analysed to check if they affect the stability of tunnels. This study is on the development of the controlled low-strength and flowable filling material which an be applied to the cavity behind the tunnel lining. The backfilling material studied here is crushed sand and stone-dust which is in cake-state and is a by-product obtained in the producing process of aggregate. Varying the compound mixing ratio, laboratory tests of compression test and chemical analyses were carried out. In addition, the material was applied to an old tunnel for the performance assessment.
초록
기존 국내 터널 시공 시 터널의 갱구부는 터널 천단부의 안전성을 고려하여 충분한 아칭효과를 획득할 수 있는 위치를 선정해왔고 그 토피 두께는 평균 터널지름의 약 1.5배에서 2.0배 정도를 요구한다. 이러한 안정된 지층에 갱구부를 위치하도록 하기 위하여, 많은 환경훼손을 감수하며 대규모의 절토를 수행하였다. 그러나 최근에 이런 환경적인 문제를 해결하기 위한 저토피 터널 공법인 Pipe Roof 공법의 일종으로 AT-casing system이 개발되었다. 본 공법은 기존에 알려진 터널 보강공법에 비하여 기술적인 편이성과 정밀성은 물론이고 구조적으로도 매우 안정적이며, 3~5m의 토피 두께에서도 터널의 갱구부를 시공할 수 있어서 환경친화적인 터널을 형성할 수 있다고 판단된다.
Abstract
Conventional Korean tunnel portals require a lot of overburden. For stability reasons, about 1.5 to 2.0 times the tunnel diameter is needed for the height in order to achieve a sufficient arching effect. Thus, considerable movement of earth and support constructions are required which lead to undesirably large changes of and damage to the environment. With a massively designed pipe roof, tunnels at low overburden can be built. To effectively construct pipe roof as an advanced safeguarding method, the following properties are indispensable: stability, insensitivity to settling and drilling accuracy. A new pipe roof method, AT-casing system, has been developed which on the one hand entirely combines the properties mentioned above, and which on the other hand permits the construction of safe, economical and environmentally friendly tunnels at low overburden heights of 3 to 5m.
초록
○○터널 구간의 지하수유동분석을 위해 지구통계학적 기법을 적용하였다. 이 지역의 표고와 관정 및 터널시추공에서의 지하수위의 선형회귀분석결과 상관성이 매우 큰 것으로 나타났다. 보통크리깅 및 공크리깅을 이용하여 작성된 지하수위 등고선도는 표고등고선도를 기준으로 비교해보면 공크리깅에 의한 것이 정밀성이 더 큰 것으로 나타났다. 보통크리깅과 공크리깅에 의해 작성된 지하수위 등고선도에서는 지하수 유동상태를 검토해 보면, 북서쪽의 산악지형에서 계곡쪽으로, 봉우리 일대에서 외곽쪽으로 각각 유동하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 터널굴착 예정지역의 정확한 분석이나 관측자료의 평가없이 사용하던 지하수위 분포를 정량적으로 설계에 반영할 수 있었으며, 공간상에 분포하는 자료측정의 제한성과 경제적인 이유로 충분한 자료를 확보할 수 없는 현실에 비추어 볼 때 지구통계학은 미지의 구간에 대해 보다 정량적인 자료를 제공할 수 있음을 보여주었다.
Abstract
Geostatistical methods were used for the groundwater flow analysis on the ○○ tunnel area. Linear regression analysis shows that the topographic elevation and ground water level of this area have very high correlation. Groundwater-level contour maps produced by ordinary kriging and cokriging have little differences in mountain areas. But, comparing two maps on the basis of an elevation contour map, a groundwater-level contour map using cokring is more accurate. Analyzing the groundwater flow on two groundwater-level contour maps, the groundwater of study area flows from the north-west mountain areas to near valleys, and from the peak of the mountain to outside areas. In the design steps, the groundwater-level distribution is reasonably considered in the tunnel construction area by cokriging approach. And, geostatistics will provide quantitative information in the unknown groundwatrer-level area.
초록
현재 우리 나라의 각종 건설공사에 수반되는 암반 굴착작업은 아직까지 화약류에 의한 발파공법이 주를 이루고 있는 실정이다. 이는 발파공법이 다른 굴착방법에 비하여 경제성 및 작업 효율성 등에서 효과적이기 때문이다. 그러나, 도심지에서 발파작업은 작업에 수반되는 환경 공해적 요소인 소음, 진동, 암석의 비산 및 분진 등의 끊임없는 민원발생과 많은 피해가 발생되어 미진동 및 무진동 굴착방법이 대체공법으로 사용되고 있기는 하나 이들은 경제성 및 효율성이 낮아 궁극적인 해결책이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 백열광에 의해 유도된 열 응력 (인장 및 전단 응력)을 이용한 무진동, 무소음 암반 파쇄공법의 특성, 암석파쇄효과 및 경제성에 대하여 검토하였다. 본 연구에서 백열광에 의한 암반굴착방법은 500Kw의 전력소비로 16ft×16ft정도의 터널단면을 하루에 약 90ft 굴진이 가능한 것으로 분석되었다. 또한 본 굴착방법은 전기를 동력원으로 이용하기 때문에 화약발파에 의한 작업 중단이 필요 없으며 화이트라이트 유니트를 추가로 설치하면 굴착속도를 더욱 단축할 수 있게 된다.
Abstract
Nowadays, the blast method is mainly operated in the fields of the rock excavation accompanied by construction site in Korea. Blast method has many merits, reducement of operation period, such as improvement of workability and etc. However, blast operation also create much loss and troubles with the neighbours for the environmental pollutions such as the noise, blast vibration, fly rocks and dusts. Thus, the non-vibration and shallow vibration methods have been used but they have also another problems in the view of the economy and the efficiency in operation. In this study, we had made laboratory tests for the breaking of the various Rock types by White Light Thermal Stress. The tests shows that one unit consuming 500kilowatts of electricity, would go 90 feet a day in tunneling if the tunnel was 16 feet by 16 feet. Also, if a faster rate of tunneling could be handled, other white light units could be added.
초록
본 연구는 터널 굴착시 막장 전방의 지반변화를 사전에 예측할 수 있는 방법을 제시하고자 하였다. 이를 위하여 막장 전방에 파쇄대가 방향성을 가지고 존재 할 때 터널의 3차원 해석을 통하여 터널의 내공변위의 변화 경향을 살펴보았으며, 이를 통하여 막장전방의 지반 변화를 파악하고자 하였다. 이러한 터널의 내공변위의 변화는 경향선과 영향선을 이용하여 표현할 수 있으며 이를 이용하여 막장 전방에 존재하는 파쇄대를 예측하고자 하였다. 수치해석 결과에 의하면 막장전방에 파쇄대가 존재 할 경우 막장이 파쇄대에 접근할 수록 급격한 경향선의 변화가 나타난다. 또한 파쇄대가 방향성을 가지고 있는 경우에는 경향선의 급격한 변화 외에 측벽부의 변위 경향이 비대칭을 이루므로 인하여 평사투영도 상에 나타난 변위가 비대칭을 형성하는 것으로 파악되었다. 이러한 수치해석결과에 의한 내공변위 해석결과를 현장 계측 자료와 비교하였으며, 현장에서 계측한 오차를 줄일 수 있도록 계측 데이터가 정규분포 한다고 가정하여 현장데이터를 분석한 결과 막장전방의 파쇄대의 존재 유무를 파악할 수 있는 것으로 나타났다.
Abstract
The purpose of this study is to figure out the tendency of tunnel convergence during excavation and to present a methodology for the prediction of a fault zone ahead of a tunnel face by analyzing three dimensional displacements in various ways. 3-D numerical analysis was performed to investigate changes of tunnel convergence vectors near a fault zone and to propose a flow chart for predicting fault zones. Results of the site investigation and results of trend line analysis of in-situ data were compared to verify the usefulness of a trend line analysis. It is concluded that the orientation of faults can be predicted by using stereonets and the direction of initial stresses can be predicted from the arm length of a displacement vector as a tunnel approaches fault zones. The results of the trend line analysis coincided with those of the site investigation, and a methodology for the prediction of a fault zone was proposed.
초록
본 논문은 대전역사 하부를 대단면 3-arch 터널로 횡단하기 위한 설계사례를 소개하였다. 본 구간의 당초 계획은 파이프루프에 의한 언더피닝 공법이었으나, 시공상의 어려움과 안전상의 문제로 터널공법으로 변경되었다. 터널폭은 약 28m로 현재까지 국내에서 건설된 터널중 최대폭이고 높이는 10m 이다. 지반조건으로 토피는 터널폭보다 작은 23m 에 불과하며 터널 주변지반은 풍화암이다. 또한, 지상의 대전역사와 경부선 선로의 허용침하기준이 매우 엄격하였다. 따라서, 터널안정성 확보와 더불어 지반침하를 최대한 억제하기 위하여 다양한 대책을 적용하였으며, 이를 검토하기 위하여 2차원 및 3차원 수치해석을 수행하였다.
Abstract
This paper presents the design case of the 3-arch tunnel under Daejeon railroad station building. The original construction method was the underpinning method supported by pipe-roof, but it was changed to the mined tunnelling method because of the complex construction condition and the safety problem. This 3-arch tunnel has a width of 28 meters and a height of 10 meters. Overburden is only 23m and the ground around the tunnel is a weathered rock. The allowable settlements for the station building and some railroads are very strict. Accordingly, various measurements for the tunnel stability and the settlement minimization was applied and they were reviewed by 2-D and 3-D numerical analysis.