초록

최근 임계속도 (critical velocity)는 터널안전 분야의 연구자들로부터 많은 관심을 끌고 있는 주제가 되고 있다. 이러한 임계속도는 화재시 화재연의 역류 (backlayering)를 방지하기 위한 최소유속으로써 지금까지 많은 식들이 제안되고 있으며, 다음의 3가지 식들이 제연팬의 용량을 산정하기 위한 국내 기준으로 고려되고 있다. Froude 수에 기초한 Kennedy 식, Kennedy 식을 수정하여 β 변수값을 고려한 Tetzner 식, 그리고 초임계속도(super critical velocity) 개념을 도입한 Wu 식 등이 본 연구의 비교 분석대상이며, 또한 임계속도와 제연팬 용량간의 관계를 보여주는 등고선도 (제연팬 특성도)는 국내 도로터널의 화재시 제연팬의 대수를 산정하기 위한 툴로써 제시되고 있다.

Abstract

Recently, critical velocity has become a topic to attract most interests from the researchers in the field of tunnel safety. As the minimum velocity to prevent smoke backlayering during a fire, many equations have been proposed so far, and the following three equations are being considered as a standard method in Korea to calculate the capacity of smoke extraction fans. Equation by Kennedy based on Froude number, Tetzner's equation with additional variable, β to modify the Kennedy's equation, and the equation with the concept of super critical velocity by Wu are studied in this paper for the comparative purpose. A contour map describing the relationship between the critical velocity and the capacity of smoke extraction fans is proposed as a tool to calculate the number of jet fans for smoke control during a fire in the local tunnels.

초록

이 논문은 I-단면 곡선강지보 (curved steel rib)의 등분포 하중 하에서, 비틀림 (warping)을 포함한, 외평면 (out-of-plane)의 안정성을 해석하였다. 미분구적법 (differential quadrature method, DQM)을 이용하여 다양한 경계조건, 굽힘각 (opening angles) 과 강성매개변수 (stiffness parameter)에 따른 임계하중 (critical loads) 및 임계하중 매개변수 (dimensionless buckling parameter)를 계산하였고, Differential quadrature method (DQM)의 해석결과를 타 이론과 비교 분석 하였다. 또한 두 경계조건 (고정-고정, 고정-단순지지)하에서의 새로운 결과를 제시하였고, DQM을 이용한 곡선강지보의 좌굴해석은, 비교적 적은 요소 (grid points)를 사용하고도, 타 이론에 의한 해석적 결과에 비해 정확성과 안정성을 보여주었다.

Abstract

The differential quadrature method (DQM) for a system of coupled differential equations governing the elastic stability of thin-walled curved members is presented, and is applied to computation of the eigenvalues of out-of-plane buckling of curved beams subjected to uniformly distributed radial loads including a warping contribution. Critical loads with warping, which were found to be significant, are calculated for a single-span wide-flange beam with various end conditions, opening angles, and stiffness parameters. The results are compared with the exact methods available. New results are given for the case of both ends clamped and clamped-simply supported ends without comparison since no data are available The differential quadrature method gives good accuracy and stability compared with previous theoretical results.

초록

발파압력이 발파공 주위 암반에 발생시키는 암반손상을 연속체 손상역학과 사용자 부프로그램을 이용한 수치해석을 통하여 분석하였다. 암반의 이방성 특성을 적용한 이방성 발파압력을 산출하였으며, 이를 이용하여 이방성 암반손상을 분석하였다. 또한 등방성 암반손상에 대해서도 분석하였다. 자연 암반이 가지고 있는 초기손상을 함께 고려하여 암반손상을 분석하였다. 등방성 암반손상의 매개변수 분석결과, 발파압력과 탄성계수가 암반손상에 가장 크게 영향을 미쳤다. 또한 이방성 암반손상의 매개변수 분석결과, 발파압력이 이방성 암반손상에 가장 크게 영향을 미쳤으나 탄성계수는 이방성 암반손상에 크게 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 등방성과 이방성 암반손상을 등방성 암반손상과 비교한 결과, 이방성 암반의 수평방향 암반손상이 약 34% 증가 하였고 수직방향은 12% 감소하는 결과를 얻을 수 있었다. 등방성 암반에 대한 밀장전 조건과 디커플링장전 조건하에 발파로 인한 암반손상을 비교한 결과, 밀장전 조건의 암반손상이 디커플링장전 조건보다 약 30배 정도 크게 나타났으며, 밀장전 조건의 발파압력은 디커플링장전 조건보다 10배 이상 큼을 알 수 있었다.

Abstract

Blast -induced anisotropic rock damage around a blast-hole was analyzed by a using numerical method with user-defined subroutine based on continuum damage mechanics. Anisotropic blasting pressure was evaluated by applying anisotropic rock characteristics to analytical solution which is a function of explosive and rock properties. Anisotropic rock damage was evaluated by applying the proposed anisotropic blasting pressure. Blast-induced isotropic rock damage was also analyzed. User-defined subroutines to solve anisotropic and isotropic damage model were coded. Initial rock damages in natural rock were considered in anisotropic and isotropic damage models. Blasting pressure and elastic modulus of rock were major influential parameters from parametric analysis results of isotropic rock damage. From the results of anisotropic rock damage analysis, blasting pressure was the most influential parameter. Anisotropic rock damage area in horizontal direction was approximately 34% larger and about 12% smaller in vertical direction comparing with isotropic rock damage area. Isotropic rock damage area under fully coupled charge condition was around 30 times larger than that under decoupled charge condition. Blasting pressure under fully coupled charge condition was estimated to be more than 10 times larger than that of decoupled charge condition.

초록

본 연구에서는 터널을 굴착할 때 절리가 있는 암반의 역학적 거동특성을 실험적으로 규명하고자 하였다. 절리와 터널의 이격거리, 측압계수를 변화시키며 실험을 수행하였다. 터널주변에 수직절리가 있는 경우 천단부와 수직절리 반대편의 어깨부에서 가장 큰 영향이 발생되며 측압이 작을 경우에는 천단부 보다 절리 반대편 측벽부에서 접선 방향의 응력이 크게 증가된다. 반면 45°의 경사절리가 있는 경우 발생하는 압축응력은 절리면 방향의 터널 좌측부가 무절리 상태의 3배정도로 터널의 안정성에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

Abstract

This study is intended to investigate the geotechnical behavior of jointed mass on tunnel excavation experimentally. Laboratory test were conducted in various conditions of distance from joint to tunnel and in-situ stress ratio (). In case, the ground around the tunnel that has the joint angle 90° generate the greatest influence in crown and far shoulder from joint. If the in-situ stress ratio is low, tangential stress of side wall that is opposite side of the joint is increased more than in crown. Otherwise in case, joint angle 45°, the generated compress stress is found out that left side of the tunnel of near the joint has influence on stability of the tunnel about 3 times than non-jointed rock.

초록

터널 주변지반에 다양한 형태로 존재하는 불연속면이 터널 라이닝의 거동에 미치는 영향을 규명하기 위해, 주절리의 각도와 지반의 측압조건을 변화시켜가면서 실내모형실험을 수행하였다. 실험결과, 터널라이닝에 발생하는 축력은 터널 주변지반에 존재하는 절리의 방향 및 위치에 따라 대체로 감소하는 경향을 나타내며, 이러한 경향은 측압계수가 증가함에 따라 더욱 두드러진 양상을 보이고 있다. 또한 절리각도에 따라 터널라이닝에 발생하는 최대변위와 최대응력의 발생위치가 달라지며, 절리의 영향으로 측압계수가 증가함에 따라 접선응력과 법선응력이 최대 20배 이상의 차이를 보이며, 전반적으로 터널 라이닝에는 인장응력이 집중되는 경향을 탄성이론을 통해 확인하였다.

Abstract

This study performed model tunnel tests in order to investigate the influence of discontinuity condition of rock mass to the stress and deformation of tunnel lining. Tests were carried out changing the direction of main joint and lateral earth pressure condition of rock mass. Test results revealed that the axial force in tunnel lining showed a tendency of decrease with the presence of joints. It decreased much with the increase of lateral earth pressure coefficient. And, it also showed that the location of maximum displacement and maximum stress in lining were changed by the direction of main joint of rock mass. The tangential stress and normal stress showed the difference above the maximum twenty times as lateral earth pressure coefficient due to effect of joints increased. Also, these tendencies of concentration of tensile stress in tunnel lining were confirmed by elastic theory.

초록

터널 시공 도중이나 터널 굴착 직후 주지보재에 의한 보강 전에 터널막장 전방에 존재하는 연약암반 혹은 단층파쇄대로 인해 유발되는 터널막장의 붕괴사고가 빈번이 일어나고 있다. 기존의 지반탐사방법으로는 터널막장부근에 있는 연약암반이나 단층파쇄대를 찾기 어렵다. 본 연구에서는 이러한 문제점들을 극복하고 기존의 탐사방법들을 보완하기 위해 전자기파를 이용한 터널전방 예측방법을 제안하였다. 전기장의 특성을 고려한 Coulomb 및 Gauss 법칙을 이용하여 절리를 가지는 암반에서의 전기장을 해석하였다. 이를 바탕으로 터널막장 전방에 구형연약암반과 단층파쇄대가 존재하는 경우에 대하여 각각 전기장해석을 수행하여 이론식을 도출하였다. 또한 개발된 해석기법을 작용하여 터널 전방에 구형연약이역과 단층파쇄대가 존재하는 경우에 대하여 예제해석을 수행하였다. 해석결과는 터널 전방에 부착된 몇 개의 전극에서 측정된 암반의 저항으로부터 역함수기법을 이용하여 터널 전방에 존재하는 연약지역의 등가 크키, 위치 및 성질을 정확하게 예측할 수 있음을 보여주었다. 암반에서의 전기저항 가탐심도는 터널막장의 크기, 자연전위 및 기타 전기적 신호에 의해 영향을 받음을 알 수 있었다. 제시된 해석기법은 실내시험을 통하여 검증하였다. 가로, 세로, 높이가 각각 5cm인 콘크리트 블록 1800여 개를 가지고서 3방향 절리를 가진 암반상태를 구현하였고 터널 전방에 전기전도도가 콘크리트 블록보다 상대적으로 높은 물질을 이용하여 연약지반을 구현하였다. 모델링을 통한 실험결과는 해석결과와 거의 일치함을 보여주었다.

Abstract

During tunnel construction, ground failures often occur due to existence of weak zones, such as faults, joints, and cavities, ahead of tunnel face. It is hard to detect effectively weak zones, which can lead underground structure to fail after excavation and before supporting, by using conventional characterization methods. In this study, an enhanced analytical method of predicting weak zones ahead of tunnel face is developed to overcome some problems in the conventional geophysical exploration methods. The analytical method is based on Coulomb's and Gauss' laws with considering the characteristics of electric fields subjected to rock mass. Using the developed method, closed form solutions are obtained to detect a spherical shaped zone and an oriented fault ahead of tunnel face respectively. The analytical results suggest that the presence of weak zones and their sizes, location, and states can be accurately predicted by combining a proper inversion process with resistance measured from several electrodes on the tunnel face. It appears that the skin depth of resistivity in rock mass is affected by the diameter of tunnel face, natural electric potential and noises induced by experimental measurement and spatial distribution of uncertain properties. The developed analytical solution is verified through experimental tests. About 1800 concrete blocks of 5cm by 5cm by 5cm in size are prepared and used to model a joint rock mass around tunnel face. Weak zones are simulated ahead of tunnel face with a material which has relatively higher conductivity than concrete blocks. Experimental results on the model test show a good agreement with analytical results.

초록

지하구조물을 축조하는 공법으로 기존에 가장 많이 사용해 온 것이 개착식 공법이나, 지상교통 흐름을 방해하고 공사소음 및 주변 지반의 침하로 인한 민원 발생 등 많은 문제점을 야기해 왔다. 많은 경우에 있어 지중에 매설된 상수도관․하수도관․도시 가스관․고압 전력구․통신 케이블 등 지중 매설물의 위치가 정확하게 파악되지 않아서 안전한 시공에 어려움이 크고, 개착공사 시 지하지장물의 이설로 인한 공지지연 및 추가공사비가 소요될 것으로 판단되다. 따라서 본 논문에서는 기존 지하구조물 축조공법을 개선하여 슬래브강관과 PC벽체 트렌치를 이용한 터널축조공법 (T.R.c.M.)을 서울지하철 현장에 적용한 시공사례를 소개하고자 한다. 연구결과, T.R.c.M.공법은 진동과 소음을 최소화하여 주변환경과 교통의 흐름에 전혀 지장을 주지 않고 안정적으로 터널을 축조할 수 있는 공법임을 알 수 있었다.

Abstract

Open-cut method has been widely used to construct underground structures, but it causes several problems such as traffic congestion and public resentment resulting from severe construction noise and ground settlement. In many cases, it is very difficult to build underground structures safely due to the unknown locations of buried facilities such as water pipes, drainage pipes, gas pipes and high-pressure cable conduits etc. Also in open-cut method, moving buried facilities causes additional cost and extension of construction period. Therefore, this paper is to present a case study in which Tubular Roof construction Method (T.R.c.M.), a newly developed construction method for underground structures using slab steel pipes and PC wall trench, is applied for the construction of a subway tunnel in Seoul. As a result, it is found that T.R.c.M. is a construction method by which tunnels can be constructed safely without any effect on the surrounding environment and traffic flow due to the minimized construction vibration and noise.

초록

Abstract

Tunnel portals are often located in areas where the risk of rock fall and/or detachement of rock fragments from rocky slopes is high. In this case it is necessary to design the portals so as to protect the road (i.e. using an artificial tunnel) or to instal structures that are able to intercept falling blocks on the slope. This paper deals with the design problems of these structures and includes a special analysis of net fences which have undergone a remarkable technological improvement over recent years.