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Abstract

In this paper the historical and technological developments of rock TBM and the technical classification of the machines proposed by ITA (International Tunnelling Association) are initially presented. Then the general criteria for the TBMs selection are discussed and at the end the limiting geological conditions for the application of TBMs are analysed.

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Abstract

In order to guarantee the stability of a tunnel and its optimum design, it is very important to obtain enough ground investigation data. In realty, however, it is not the case due to the limitation of measuring spatially distributed data and economical reasons. Especially, there are regions where drilling is impossible due to civil appeal and mountainous topology, and it is also difficult to estimate rock mass classes quantitatively with only geophysical exploration data. In this study, therefore, 3 dimensional multiple indicator kriging (3D-MI kriging), which can incorporate geophysical exploration data and drill core data off a tunnel center line, is proposed to cope with such problems. To this end, two dimensional mutiple indicator kriging, which is one of the geostatistical techniques, is extended for three dimensional analysis. Also, the proposed 3D-MI kriging was applied to determine the rock mass classes by RMR system for the design of a Kyungbu express rail way tunnel.

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본 연구에서는 아치형 복개 터널구조물에 작용하는 토압에 영향을 미치는 주요 영향인자들을 평가하기 위하여, 지반정수 및 굴착과 관련된 영향인자들에 대하여 몬테카를로 시뮬레이션 기법에 근거한 정량적 민감도 분석을 수행하였으며, 민감도 분석을 토대로 최대 영향인자 변화에 따른 토압의 변화에 대한 수치해석적 검토를 수행하였다. 민감도분석에 사용되는 출력결과들은 유한요소해석에서 얻어진 터널 위치별 연직 및 수평토압을 대상으로 하였다. 민감도 분석결과, 아치형 복개 터널구조물에 작용하는 수평 및 연직토압은 작용위치에 따라 동일한 영향인자에 대한 민감도가 상이한 것으로 나타났으며, 또한 최대 영향인자인 토피고 및 굴착사면 변화에 따라 아치형 복개 터널구조물에 작용하는 토압분포 및 크기가 변화하는 것으로 나타났다.

Abstract

To investigate major influencing factors on earth pressure acting on an arch-shaped cut and cover tunnel, Monte Carlo simulation based quantitative sensitivity analysis was carried out for mechanical properties of ground as well as excavation configuration-related design factors. From the sensitivity analysis, it was intended that effects of earth pressures from different influencing factors on a cut and cover tunnel should be numerically identified. Output factors used in the sensitivity analysis such as vertical and horizontal earth pressures at different tunnel positions were obtained from the finite element analysis. In this study, it was revealed that depending upon positions where horizontal as well as vertical earth pressures were acting, they were differently influenced by the same input factors. In addition, earth pressures acting an cut and cover tunnel depended mainly on the embankment at crown and the inclination of cut slope.

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터널의 환기설계에 관련하여 종류식과 횡류식의 환기용량의 산정을 위해서 필요한 제반 가정들을 검토하였고, 종류식 설계에서의 최종 값인 임계유속 산정을 위한 몇 가지의 공식을 분석하였다. 이를 토대로 특정 공식을 개선하기 위한 방안을 실험결과를 토대로 제시하였다. 횡류식 설계에서 국제적으로 사용되고 있는 용량산정에 관한 지침은 화재공학적 의미가 전혀 없으며 관행적으로 적용되어 온 것임을 알 수 있었다. 뿐만 아니라 기존의 횡류식 환기설계에는 설계개념조차 명확하지 않음을 입증하였다. 즉 횡류식 시스템에서는 종류식에서의 “연기의 역류 방지를 위한 최소 유속의 유지” 라는 개념조차 없이 환기용량이 결정되어 왔으며, 이것은 터널의 화재환기가 오염물질의 환기로부터 시작되어 정확한 화재공학적 분석이 결여되었기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위한 시도로 횡류식 환기의 설계개념으로서 연기전파거리와 연기축적을 제안하였다. 축소모델 터널을 이용하여 연기전파거리에 관한 실험결과를 제시하였고, 이를 이용하여 기존의 관행대로 설계된 유럽의 터널들에 적용하였을 때 안전성에 문제가 있음을 보였다.

Abstract

The several assumptions and design parameters to determine the ventilation rate in tunnel ventilation system were examined. In longitudinal ventilating tunnel, the ventilation rate has been determined by the critical velocity above which the smoke propagation to the upstream of ventilating air is prevented. Based upon the examination of assumptions and experimental results, we suggested the improved method to determine the critical velocity. In transverse ventilating tunnel, we found that the ventilation rate has been determined in accordance with the custom rather than fire-smoke dynamics such as the critical velocity in the longitudinal ventilating tunnel. It is because the ventilation rate in the transverse ventilation system has been determined by considering only the ventilation of contaminant by vehicle. To improve the ventilation design parameters based upon the fire-smoke dynamics, we conducted model tunnel fire experiments. From the experimental results, smoke propagating distance and smoke filling were suggested as the design parameter to determine the ventilation rate in transverse ventilating tunnel. And tunnels in Europe designed by the custom is found to have the dangerous nature in view of fire safety.

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도로터널내 화재가 발생한 경우 자연환기와 종류식 환기시스템에서의 연기유동에 대한 연구가 수행되었다. Froude Scaling에 기초한 1/18 축적의 축소모형실험장치가 제작되었으며, 화원으로는 연료심지를 이용한 14.55kW 규모의 연소기가 사용되었다. 화원으로부터 등비간격으로 터널천정부근과 수직방향의 온도분포가 측정되었으며, 연소가스의 농도가 피난대피구 입구에서 측정되었다. 연구결과로서 자연환기시스템에서 비상대피구가 225m 간격으로 설치되어 있을 경우 비상대피구 구간의 연기확산시간은 256초가 되며, 20MW의 화재강도에 대해 화염역류를 완전히 방지하기 위해서는 터널풍속을 2.8m/s로 형성해 주어야 한다.

Abstract

In this study, smoke movement in tunnel fire with natural and longitudinal ventilation systems has been investigated. Reduced-scale experiments were carried out under the Froude scaling using 14.55kW fire source with a wick and experimental data is obtained with 1/18 model tunnel test. Temperature profiles were measured under the ceiling and vertical direction along the center of the tunnel and poisonous gas was measured at emergency exit point. The results show that refuge time for 225m intervals of emergency exit in case of natural ventilation systems is 256 seconds and critical velocity for sufficient back-layer prevention is 2.8m/s for fire strength of 20MW.

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본 연구는 국내 재래식 철도 터널에서 발생한 아치부 종방향 균열 부위에 대하여 각종 현장조사를 실시하여 터널의 변상상태를 파악한 것이다. 현장 외관조사 및 각종 비파괴 조사를 통하여 균열 부위에 대한 상세한 조사를 실시하였으며 현장조사 결과를 토대로 균열의 발생 원인을 추정하였다. 아울러 현장여건을 고려한 안전성 해석을 실시하여 터널 구조물의 균열 발생 가능성을 검토하였다.

Abstract

This study has carried out a series of field investigation for a ASSM railway tunnel which was constructed several decades ago. It appears that the tunnel lining was cracked in the region of arching structure. Precise inspection is carried out for this region with various non-destructive testing equipments. Based on the inspection results, the cause and the effect of tunnel defects were discussed by conducting the evaluation of tunnel safety with numerical analysis.

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본 연구는 터널 모형실험을 실시함에 있어서 실제 지반상태 및 터널구조물을 모형실험상에서 모사하기 위한 상사성 원리를 종합적으로 검토한 것이다. 이를 바탕으로 중력장에서 모형실험을 실시하는 경우에도 상사성을 만족시킬 수 있는 방법에 대해 이론적 연구를 수행하였으며 토사지반에 시공된 터널 사례에 대하여 모형실험시 라이닝 설정 방법에 관한 실험조건 수립과정을 정리하였다.

Abstract

In this study, a similarity rule is thoroughly discussed for tunnelling model tests which can simulate actual ground conditions. Based on this prior consideration, theoretical works are performed to simulate a real ground condition into a gravitational field with a similarity. A process is arranged to determine a lining condition in laboratory tests for a sandy ground tunnel.

초록

사질토지반에서 2 Arch 터널을 굴착할 때에 중앙터널의 굴착규모와 인버트 폐합에 따른 중앙필러 및 터널 주변지반의 거동특성을 규명하기 위하여 모형실험을 수행하였다. 3개로 분리되어 수직이동이 가능한 가동판 위에 중앙필러와 모형라이닝을 설치하고 모형지반 조성 후에 가동판을 강하시켜서 중앙터널굴착을 표현하였고, 중앙터널굴착 후에 좌․우측 터널을 굴착하였으며 굴착이 완료된 2 Arch 터널 전체에 대한 가동판을 움직여서 2 Arch 터널굴착에 따른 하중전이 및 지반이완 형태는 물론 중앙필러에 작용하는 하중의 변화를 관찰하였다. 실험중에 가동판, 중앙필러 및 바닥판에 작용하는 이완하중 및 전이하중을 측정하였고, 모형터널의 내부와 지중 및 지표에 변위계를 설치하여 모형터널의 내공변위 및 지반의 변위를 측정하였다. 본 연구결과 시공순서와 라이닝의 기초부 구속조건에 따라 중앙필러가 부담하게 되는 하중의 변화를 확인하였고 2 Arch 터널굴착에 따른 하중전이 및 지반이완형태를 확인하였다.

Abstract

This study is focused on finding out the mechanical behavior of pillars and the ground adjacent to the tunnel depending on the central tunnel size and the invert during the construction of 2 arch tunnels in the sandy ground. Model tests were performed in the trap door system, which was composed of 3 separately movable plates. Central pillar was installed on the central movable plate to measure the pillar loads during the excavation of pilot tunnel and the main tunnel. The load-transfer and the loosening load were measured at the bottom plates adjacent to the 2 arch tunnels. The ground settlement and displacement of the tunnel lining were also measured. As results, not only pillar load but also the load transfer mechanism was influenced by the construction sequences, central tuunel size, and the invert.