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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
4권 4호
초록
지하철 터널의 합리적인 건설공법 채택을 위해 최근 건설공법의 선정에 적용되고 있는 VE 및 LCC기법의 문제점을 분석하여 개선안을 도출하고자 정성적인 분석에 있어서 AHP기법을 통한 가능한 여러 대안들간의 상대적 중요도를 결정하는 방식으로 객관성을 확보하고자 하였다. 또한, 정량평가에 있어서는 경제적인 터널구조물 건설을 목적으로 설계단계에서 기존 LCC 기법에서 고려하지 못하는 건설공사에 따른 사회적 손실을 비용으로 환산하는 LCSC 평가기법을 제안하였다. 실제 지하철 ○○공구에 적용사례를 통해 그 효용성을 검증하였으며, 검토결과 해당 공구에서는 정성평가 및 정량평가 항목 모두에서 개착공법 보다는 터널공법의 채택이 합리적인 대안으로 평가되었다.
Abstract
Recently, for the purpose of choosing reasonable and economical construction, the decision making analyses, such as VE (Value Engineering) and LCC (Life Cycle Cost), are generally performed. But, these methods have some limitations for the application to subway tunnel construction method. So, the AHP (Analytical Hierarchy Process) analysis is applied to determine relative importance for obtaining objectivity in quantitative analysis. And, the LCSC (Life Cycle Social Cost) method is developed to account for the social loss and risk by tunnel construction. From the case of the subway lot, those methods are very useful to decision making analysis. And, in that case, both quantitative and quantitative analysis appraisement, the drilling and blasting method is evaluated useful alternative proposal in comparing with the cut and cover method.
초록
터널을 설계함에 있어서 굴착방법이나 지보패턴을 결정할 때 어려움을 겪는 주된 요인은 현지 지반에 작용하는 응력조건 및 암반상태를 정확히 파악하는데 한계가 있기 때문이다. 현장 장비의 제약, 터널을 굴착 위치까지 접근성이 난이함 등의 기술적인 제약뿐만 아니라 최근에는 민원이나 각종 인허가 등으로 더욱 많은 제약요건이 존재한다. 그럼에도 불구하고 최근들어 대안설계나 턴키설계를 통하여 직접적인 시추에 의존하지 않더라도 미지의 산악터널구간에 대한 지반정보를 획득할 수 있는 고급화된 물리탐사기술이 눈부시게 발전하는 추세이며 이를 통하여 터널굴착구간의 암반에 대한 직․간접적인 지반정보를 입수할 수 있다. 인공신경망 (ANN)의 장점은 이러한 적은 양의 지반정보와 생물학적인 로직화 과정을 통하여 입력변수에 대한 보다 신뢰성있는 결과를 제공하여 준다는 것이다. 본 연구에서는 미지의 터널굴착구간에 대한 예비 지반정보를 입력항목으로 하여 인공신경망의 오류역전파 학습알고리즘기법에 의하여 학습된 패턴을 가지고 미지의 터널굴착구간에 대한 예비 암반분류 (RMR)를 수행하는데 그 목적을 두었다. 이를 위하여 연장 4㎞에 달하는 △△터널현장에 대한 인공신경망 모형적용시 입력자료에 대한 적정성을 사전 평가하였고, 그 이후에 물리탐사자료를 입력변수로 활용하여 미지의 터널구간에 대한 RMR을 예측하였다. 그 결과 자료의 일치성이나 예측 RMR에 대한 신뢰도가 높은 것으로 나타났으며, 향후에는 학습효과를 높이기 위한 입력변수의 민감도 분석 (sensitivity analysis)수행 및 모델과정에서 노출된 몇가지 문제점 보완등을 통하여 설계에 적극적으로 활용하고자 한다.
Abstract
Most of the problems in dealing with the tunnel construction are the uncertainties and complexities of the stress conditions and rock strengths in ahead of the tunnel excavation. The limitations on the investigation technology, inaccessibility of borehole test in mountain area and public hatred also restrict our knowledge on the geologic conditions on the mountainous tunneling area. Nevertheless an extensive and superior geophysical exploration data is possibly acquired deep within the mountain area, with up to the tunnel locations in the case of alternative design or turn-key base projects. An appealing claim in the use of artificial neural networks (ANN) is that they give a more trustworthy results on our data based on identifying relevant input variables such as a little geotechnical information and biological learning principles. In this study, error back-propagation algorithm that is one of the teaching techniques of ANN is applied to presupposition on Rock Mass Ratings (RMR) for unknown tunnel area. In order to verify the applicability of this model, a 4㎞ railway tunnel's field data are verified and used as input parameters for the prediction of RMR, with the learned pattern by error back propagation logics. ANN is one of basic methods in solving the geotechnical uncertainties and helpful in solving the problems with data consistency, but needs some modification on the technical problems and we hope our study to be developed in the future design work.
초록
터널굴착 발파기술로 새로 개발된 Composition Presplitting Angle Cut (COPA)은 기존 공법과는 달리 심발부에 먼저 인장파괴를 통하여 선균열 (사전절단)을 형성시킨다. 본 연구에서는 선균열 효과를 검증하기 위하여 굴진효율과 소음․진동의 발생크기를 측정하는 현장시험을 실시하였다. 그리고 이 공법의 경제성 및 작업성 (시공성)을 비교하기 위하여 동일한 조건에서 기존의 발파공법을 동시에 시험하여 그 결과를 비교하였다. 시험 결과 COPA - Cut 발파공법이 기존 발파공법보다 굴진효율이 증가하고 소음․진동이 감소되었다. 또한 경제성, 시공성 및 품질관리 측면에서 우수하다는 것을 확인 되었다.
Abstract
Composition Presplitting Angle Cut (COPA-Cut) is a newly developed blasting method for tunnel excavation. Contrary to existing methods, COPA-Cut first creates presplitting by tension crack in cut. In this study, field tests measuring the advance efficiency, noise and ground vibration were performed in order to verify the presplitting effect. To compare the economy and workability, tests were simultaneously performed by COPA-Cut and existing method on the same condition. Results show that COPA-Cut increased advance efficiency and decreased noise and ground vibration. Also, it was confirmed that COPA-Cut is superior to existing method in terms of economy, workability and quality control.
초록
최근 지반물리탐사기술은 자원조사분야에서뿐 만 아니라 토목공학분야에서도 활용빈도가 증대되고 있는 실정이다. 이러한 기술을 토목기술자들이 활용하는 경우 물리탐사기법의 기본원리와 기술적 한계를 이해하는 것은 매우 중요하다. 본 논문에서는 타원체의 성질을 이용한 3차원 구조보정기법을 이용해 터널내 탄성파탐사(TSP)로부터 터널막장 전방에 위치한 파쇄대의 기하형상 즉, 터널축과 파쇄대간의 사이각 및 경사 등을 파악하는 기법에 관하여 기술하였다. 또한, TSP 시험을 모사하는 수치해석을 최적으로 수행하기 위하여 매개변수분석을 수행하였다. 즉, 수치해석의 안정성과 정확성을 도모하는 최적의 요소크기, 해석시간간격 및 발파진원의 동적특성 등에 대하여 연구하였다. 터널과 파쇄대를 포함한 임의의 지반을 모델화하여 수행한 예제해석으로부터 터널막장 전방에 위치한 파쇄대의 3차원적 기하형상을 타원체의 성질을 이용한 3차원구조보정기법에 의하여 적절한 예측할 수 있음을 확인하였다.
Abstract
Recently, a geophysical exploration technology is frequently utilized in the civil engineering field as well as in the resource exploration. It might be important for civil engineers to understand the fundamental theory of seismic survey and limitation of the technique when utilizing these techniques in the civil engineering field. A 3-dimensional migration technique based on the principle of ellipsoid to predict the fractured zone ahead of tunnel face utilizing the tunnel seismic survey was proposed so that the geometry of the fractured zone can be estimated, i.e. the angle between tunnel axis and discontinuity zone, and the dip. Moreover, a numerical analysis technique to simulate the TSP (Tunnel Seismic Prediction) test was proposed in this paper. Based on parametric studies, the best element size, the analysis time step, and the dynamic characteristics of pressure source were suggested to guarantee the stability and accuracy of numerical solution. Example problems on a hypothetical site showed the possibility that the 3-dimensional migration technique proposed in this paper appropriately estimate the 3D-geometry of fractures ahead of tunnel face.
초록
국내 조적식 철도터널의 라이닝은 적벽돌이나 화강암의 석재블럭 또는 석축으로 구성되어 있다. 조적식라이닝은 지진하중에 대한 고려가 없이 시공이 되어 있어 지진시 거동에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 철도터널내 조적식 라이닝에 대한 물성평가 및 내진 해석기법을 개발하여 내진성능을 평가할 수 있도록 하였다. 적벽돌 조적식 라이닝은 배열이 지반조건에 따라 3～5층으로 구성 되어 있으며 벽돌과 벽돌은 모르터로 부착이 되어 있다. 본 연구에서는 조적식 라이닝의 거동분석 및 내진성능 평가를 위해 적벽돌, 횡줄눈, 종줄눈과 배면줄눈을 각각 고려한 모형을 개발하였다. 내진해석은 구조물의 고유주기 뿐만 아니라, 지반과의 상호 작용을 고려한 전체계의 주기 등을 고려하는 응답스펙트럼해석을 실시하였다. 또한 라이닝과 지반조건변화에 따른 거동을 분석하고, 보강공법에 따른 거동을 분석하여 합리적인 보강공법을 유도하였다.
Abstract
Domestic masonry railroad tunnel lining consists of red bricks or granite stone blocks and mortar. It is necessary to evaluate the behaviour of the masonry tunnel lining during an earthquake because the lining was constructed without the consideration of seismic loads. In this study, a methodology to evaluate the seismic resistant capacity of masonry tunnel linings was proposed, i.e. material property evaluation and seismic analysis technique. The red brick masonry tunnel lining is arrayed with multi-layers composed of 3 to 5 bricks depending on ground conditions and each brick is attached with mortar. Equivalent property concept was adopted to consider the stiffness difference among the red brick material itself and joints between bricks. Response spectrum analysis was performed by considering ground-structure interactions. A parametric study was performed to figure out the effect of relative stiffness between the lining and rock mass on the seismic behavior. A resonable countermeasure to minimize the earthquake-induced damage was also proposed.
초록
최근 들어 전세계적으로 지진발생빈도가 높아지고 있고 개착식 터널과 같이 설치 심도가 낮고 개착한 부분 즉, 구조물 인접 주변을 뒤채움해야 하는 지중구조물의 경우 지진동에 의한 피해가 상당히 발생하는 것으로 보고 되고 있다. 우리나라의 경우도 1990년대 이후 꾸준히 지진발생빈도가 증가하는 경향을 나타내고 있지만 지중구조물에 대한 내진설계기준에 대한 연구가 부족한 편이다. 따라서, 본 연구에서는 지진동 발생시 개착식 터널 주변 뒤채움 및 상부 성토재료 특성에 따라 터널에 미치는 동적거동을 분석하기 위하여 토사와 경량재료인 EPS블럭을 적용, 각각의 대하여 뒤채움 경사별 및 성토고에 따른 진동대 시험을 수행하여 개착식 터널의 내진성능 효율성 분석하였다. 지진동에 의한 발생 변형율 및 터널에 발생되는 휨응력 분석결과 EPS블럭과 같은 경량재료를 혼용하는 것이 내진성능을 향상시키는데 효과적인 것으로 분석되었다.
Abstract
World widely, the occurrences of earthquakes have been increased recently. Speculating from cases of earthquakes in the world, it is reported that damages have been made underground structures like cut-and-cover tunnels, especially on the upper of tunnel with a shallow depth and the backfilled area adjacently by earthquakes. Earthquakes have a tendency to increase recently in Korea but it is deficient in seismic design criteria. In this study, Shaking table test on both soil and EPS blocks was performed to analyze the efficiency of the seismic performance of the cut-and-cover tunnels according to characteristic of backfill materials and embanking material. It turned out to be effective in improving the seismic performance according to analysis of strain and bending stress of tunnel by earthquakes.
초록
최근들어 장대터널이 증가하여 환기시스템의 환기기 용량이 증대하게 되면서 환기방식이 다양화 되어 환기기 운전동력등 터널준공 후 유지관리의 중요성이 부각되게 되었다. 따라서 환기기 운전단계나 환기기 운전모드에 대한 연구의 필요성이 증대하여 본 연구에서는 기 개발된 일교통량의 변화 및 환기기 가동상태에 따라 비정상상태로 터널 환기를 해석할 수 있는 동적 시뮬레이션 프로그램에 의해서 집진기 방식과 수직갱방식에 대한 운전동력을 평가하여 최적운전 모드를 제안하였다.
Abstract
In the past many tunnels have been built to lowest capital investment cost without adequate regard for the cost of operation. But according to increasing the capacity of a ventilation system and to becoming diverse, it is to become more important to come up with the optimal operation stage of ventilation system. In this study, the tunnel ventilation dynamic simulation program had been developed. it is used to calculate the unsteady-state tunnel air velocity and concentration of pollutants according to the assumed average day traffic profile and summarize the energy consumption for the operation of ventilation system. And the operation energy consumption for the electric precipitation system and vertical vent shaft system are evaluated and compared in various operation mode. As the results of this study, the optimal operation stage for these ventilation system are provided.
초록
본 연구에서는 최근 터널설계에서 반영되고 있는 유지관리계측에 대한 기술현황과 문제점을 검토하고, 현재 운영, 시험 적용되고 있는 유지관리계측 시스템의 실태를 조사하여 제반 문제점을 파악하고자 하였다. 또한 현재 국내에 도입되고 있는 각종 유지관리계측에 대한 적용상의 문제점을 고찰하여 이에 따른 유지관리계측의 효율화 방안을 제시하였다.
Abstract
In this study, general problems in the maintenance monitoring system, which is recently applied to tunnel designs, are brought up by investigating current technical issues and several practical situations. Furthermore, an efficient plan of the maintenance monitoring is suggested by considering the problems in their applications.