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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
7권 2호
초록
본 논문에서는 터널굴착과 지하수의 상호작용이 터널의 거동에 미치는 영향에 대한 내용을 다루었다. 이를 위해 먼저 터널 굴착으로 인해 지하수 유동이 발생하는 구간에서의 설계주안점을 고찰하였으며 서울지역의 지하철 건설시 접하는 일반적인 지반조건에 시공되는 가상의 터널조건에 대해 응력-간극수압 연계해석을 이용한 매개변수 연구를 수행하였다. 매개변수 연구 결과를 토대로 지하수 유동에 따른 막장거동 및 지표변위 특성을 고찰하였으며 터널-지하수 상호작용 관점에서 지반/라이닝 투수성에 따른 숏크리트 라이닝 응력 발생 경향을 고찰하였다. 검토결과 터널-지하수 상호작용은 지표침하량 및 변위를 증가시키며 숏크리트 라이닝 축력을 증가시키는 것으로 나타났다. 아울러 숏크리트 축력은 지반과 숏크리트 라이닝의 상대적 투수성에 좌우되는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 종합하여 설계시 고려하여야 할 주안점을 제시하였다.
Abstract
This paper presents the effect of tunneling and groundwater interaction on tunnel behavior. As part of this study, design issuses for tunneling situations similar to that considered in this study are first identified. A parametric study is then conducted on tunneling situations frequently encountered in Seoul area using a 3D stress-pore presure coupled finite-element model with emphasis on the effects of ground and lining permeabilities. The results indicate that tunneling in water bearing ground results in a deeper and wider settlement trough, increased axial thrusts in shotcrete lining than those without the groundwater. Also revealed is that the axial thrusts in shotcrete lining are governed by the relative permeability between the ground and the lining. Design implications of the findings from this study are discussed.
초록
본 연구는 터널내 화재시 배연속도가 연소율 변화에 미치는 영향을 파악하기 위하여 Froude scaling에 의해 1/20 크기로 축소한 모형화재 실험을 수행하였다. 화원으로는 4.5 cm～8.5 cm의 헵탄을 사용하였으며 발열량은 3.71～15.6 kW이다. 연소율은 로드셀을 이용하여 산출하였고, 연기거동을 파악하기 위하여 K형 열전대를 이용하여 온도분포를 측정하였다. 풍동은 터널 상류 한쪽부분과 연결하였고, 터널 공간의 배연속도를 제어하기 위하여 풍동의 인버터를 조정하였다. 헵탄 풀화재인 경우 배연속도가 증가할수록 충분한 산소의 공급으로 연소율은 증가하였으며, 같은 무차원 속도()일때 화원 크기가 작아짐에 따라 연소율은 증가하였다.
Abstract
In this study, the 1/20 reduced-scale experiments using Froude scaling were conducted to investigate the ventilation velocity of the variation of burning rate in tunnel fires. The heptane square pool fire with heat release rate ranging from 3.71～15.6 kW were used. The burning rate of fuel was obtained by measuring mass using load cell and temperature distributions were measured by K-type theomocouples in order to investigate smoke movement. The ventilation velocity in the tested tunnel was controlled by inverter of the wind tunnel. In heptane pool fire case, the increase in ventilation velocity incresed the burning rate due to the direct supply of oxygen to the fire plume. For the same dimensionless velocity(), burning rate increased as the size of pool fire decreased.
초록
본 연구에서는 실내 2차원 모형실험을 통하여 상부의 기존터널과 직각으로 교차하는 하부의 신설터널 굴착에 따른 교차부 지반 및 상부터널의 거동을 분석하였다. 연구결과 단일터널 굴착에 따른 종방향 아칭에 의해 이완영역 발생 이후의 전후방 지반에서 연직토압이 증가하였다. 하부터널 굴진면 상부에 상부터널의 측벽이 위치할 경우, 굴진면에 근접한 전방지반에서 연직토압이 약간 증가하였다. 상부터널의 측벽이 굴진면 상부에 위치하고, 수직이격거리가 하부터널 천단에서 상부터널 중심까지의 거리가 0.7 H와 1.0 H인 경우에 굴진면 전방에서 연직토압이 증가하였다. 그러나, 교차터널의 수직이격거리가 1.3 H인 경우 단일터널과 동일하게 거동하였다.
Abstract
The two dimensional behaviors of the existing upper tunnel and the ground at crossed area due to the excavation of a lower tunnel were studied experimentally. The model tests were conducted by changing the relative location of the existing upper tunnel and the lower tunnel. The results of the study show that a vertical earth pressure outside the loosened area was increased due to longitudinal arching effect same as a single tunnel. In case vertical distance between the upper and lower tunnel is 0.7 H and 1.0 H respectively (H is a height of the lower tunnel), vertical earth pressure increased in the loosened area behind the tunnel face. But when a vertical distance is 1.3 H, ground behaviors appeared similarly to a single tunnel.
초록
저토피 구간에서 기존터널 하부에 새로운 터널을 교차하여 신설할 때에 하부 터널굴착으로 인하여 발생하는 교차부 주변지반의 거동을 대형모형실험과 수치해석을 통하여 연구하였다. 모형실험결과 교차 전·후의 하부터널굴착에 따른 종방향 응력전이가 상부터널에 의하여 차단됨을 알 수 있었다. 수치해석결과에 의하면 측압계수 = 0.38인 경우에 응력그림자 현상으로 단일터널 천단부에서의 최소주응력 감소는 상하교차터널의 천단에서보다 크게 발생한다. 직각교차터널에서는 기존상부터널의 영향으로 응력그림자 현상이 나타나 단일터널에 비하여 작은 응력감소를 보인다.
Abstract
The behavior of the ground in crossed zone due to the excavation of new lower tunnel rectangularly crossed to that was studied by model tests and numerical analysis in shallow cover. Results of the model tests show that earth pressure of the ground in crossed zone were redistributed due to the longitudinal arching effect by the excavation of lower tunnel. By the numerical analysis, minimum principal stress in crown of single tunnel has more decrease than parallel tunnel or crossed tunnel. Vertical stress at rectangularly crossed tunnel decrease more than single tunnel by stress shadow.
초록
숏크리트는 터널구조물 공용중 지하수 환경에 지속적으로 접촉하게 되며, 지하수에는 지역적 특성에 따라 상이하나 시멘트의 열화를 유발하는 유해성분을 함유하고 있다. 이러한 유해성분은 터널구조물 장기 공용시 숏크리트의 강도, 부착, 휨인성 등과 같은 숏크리트의 지보능력과 관계된 역학적 특성 저하 등과 같은 성능저하를 유발하게 되며, 이는 터널구조물의 안전성 저하는 물론 인명 및 경제적 피해를 야기할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 지하수내 숏크리트의 열화 촉진인자를 조사 분석하였으며, 각 영향인자의 화학적 침식조건에 대하여 재령별로 숏크리트의 일축압축강도, 암석과 숏크리트의 부착력 등과 같은 실내시험과 X선 회절분석, SEM 및 EDS 분석 등과 같은 기기분석을 통하여 숏크리트의 내구성 및 열화특성을 분석하였다.
Abstract
Shotcrete for support of tunnel sturctures may contact with groundwater. The hazardous components in groundwater may cause corrosion of shotcrete. Also, the hazardous components may deteriorate the engineering properties of shotcrete, such as compressive strength, bond strength, flexural strength and so forth. The more the effect of the hazardous components on the shotcrete may increase, the more the stability of tunnel structure may decrease. The specimens were artificially immersed in various chemical solutions including hazardous components after the specimens were made at the tunnel construction site. It was performed to analyze the effect of the hazardous components in ground water on the engineering properties of shotcrete. The uniaxial compressive strength test, XRD, SEM were conducted to evaluate the durability and corrosion of shotcrete.
초록
본 논문에서는 타이 방콕의 지하철 터널현장과 홍수방지용 터널현장에 대한 사례연구를 수행하였다. 첫 번째 사례연구는 복식터널인 방콕 MRT 지하철 현장으로써 터널연장이 대략 20 km이고 18개의 정거장으로 구성되어져 있다. 터널은 지표면으로부터 15 ~ 20 m 깊이에 위치하는 첫 번째 단단한 실트성 점토층에 위치한다. 현장계측으로부터 얻어진 굴착에 의한 지반의 변위거동이 제시되었다. 평면변형율 유한요소해석을 통하여 역해석을 수행하였으며, 이로부터 나온 결과는 현장에서 계측된 결과와 일치하였다. 유한요소해석으로부터 산정된 전단변형율은 0.1 ~ 1.0%의 범위내에 존재하였으며, 자동보링 프래셔미터 시험으로부터 나온 결과와 비슷하였다. 한편, 두 번째 사례연구는 지하 장애물 밑으로 관통하는 EPB타입의 터널공사 현장과 관련이 있다. Premprachakorn 홍수방지용 터널은 장마시기에 홍수를 Choapraya강으로 전환하기 위한 지름길의 터널이다. 터널은 대략 지하 20 ~ 24 m에 위치한 매우 단단한 실트성 점토층에 EPB타입 쉴드터널공법에 의하여 건설되었다. 터널이 이미 존재하고 있는 방콕의 주된 용수터널과 다리의 기초 아래에서 시공되는 동안에 현장계측이 수행되었으며, 이 계측결과를 유한요소해석으로부터 산정된 결과와 비교하였다. 또한 손상평가를 예측하기 위한 수단으로 방지 리스크 포텐셜 방법을 제시하고 논의하였다.
Abstract
This paper presents two case studies for tunnelling in Bangkok: a subway tunnel site and a flood diversion tunnel site. The first case study is related to ground displacement response for dual tunnel Bangkok MRT subway. The MRT subway project of Bangkok city consists of dual tunnels about 20 km long with 18 subway stations. The tunnels are seated in the firm first stiff silty clay layer between 15-22 m in depth below ground surface. The behavior of ground deformation response based on instrumentation is presented. The back analysis based on plain strain FEM analysis is also presented and agrees with field performance. The shear strain of FEM analysis is in the range of 0.1-1% and in accordance with the results of self boring pressuremeter tests. Meanwhile, the second case study is related to the EPB tunnelling bored underneath through underground obstruction. The Premprachakorn flood diversion tunnel is the shortcut tunnel to divert the flood water in rainy season into the Choapraya river. The tunnel was bored by means of EPB shield tunnelling in very stiff silty clay layer at about 20-24 m in depth. During flood diversion tunnel bored underneath the existing Bangkok main water supply tunnel and pile foundation of the bridge, instrumentation was monitored and compared with predicted FEM analysis. The prevention risk potential by means of predicting damage assessment is also presented and discussed.
초록
최근 전세계의 대형화재 사고이후, 터널안전에 관한 많은 연구들이 진행되고 있다. 특히 실물 및 축소모형 실험에 대한 다양한 연구가 진행되면서, 터널구조물에 대한 내화성능에도 많은 관심이 모아지고 있다. 이미 외국에서는 터널구조물의 내화성능에 대한 설계기준이나 권고안이 발표되고 있으나, 아직 국내에는 설계기준으로 마련되지 못하고 있다. 본 연구의 목적은 각 나라별 화재온도 (온도-시간) 곡선, 특히 ISO 834 표준온도곡선, HC곡선, RWS곡선, ZTV곡선, EBA곡선을 분석하여 국내의 도로, 지하철 및 철도터널의 내화성능 평가 기준에 적합한 화재특성을 도출하는데 있다.
Abstract
A variety of research projects have been undertaken due to the recent catastrophic tunnel fires throughout the world. Among them, more emphasis was given to full scale and scale model fire experiments, and recently the area of fire resistance of tunnel structures attract more interests. On the contrary to the cases in most of the advanced countries where design standards as well as recommendations have already been announced, no local criteria for design can be found. This paper aims at deriving the fire characteristics appropriate for the assessment criteria of fire resistance of structures in local tunnels through studying the existing fire temperature curves including ISO 834 standard temperature curve, HC curve, RWS curve, ZTV curve and EBA curve.
초록
최근 들어 일본과 같이 지진주의 발생 국가 뿐만 아니라 전세계적으로 지진발생빈도가 높아지고 있다. 진동대 실험 및 수치해석 분석결과 경사가 1:1.2에서 1:0.6으로 갈수록 즉, 원지반과 터널 경사가 수직에 가까워질수록 지진동에 의해서 터널에 발생되는 변형율이 상대적으로 더 감소하는 경향을 나타내었다. EPS블럭을 뒤채움하고 그 상부로 토사를 단계별 복합 성토하는 각 조건들에 대한 진동대 실험 결과 (경사 1 : 0.6)에 의하면 EPS블럭 뒤채움 높이 0 D조건 즉, 터널 천단부 높이까지 EPS블럭을 설치한 후, 그 상부로 0.25D높이로 토사를 성토하였을 경우가 여러가지 시험조건들 중 0.154 g인 지진동 조건에 대한 발생응력이 가장 작게 발생하였으며 실험결과와 해석결과의 상관관계를 비교한 결과, 지진동에 의해 발생된 휨응력은 10～20%정도 실험치가 전반적으로 과대평가되는 것으로 분석되었지만 실험치와 해석치 모두 EPS블럭의 뒤채움 높이가 높아질수록 발생 휨응력이 감소하는 경향을 동일하게 보였다
Abstract
World widely, the occurrences of earthquakes have been increased recently including to nations which earthquake often happen to like Japan. Taking into account that the earthquake acceleration at design was 0.154 g at the contigency level earthuake (CLE) with its geological condition, it resulted that this method must be the most efficient condition against the earthquake vibration to two lane cut-and cover tunnel. The correlations between the result of the shaking table test and its numerical analysis showed that the test data of the bending stress due to the earthquake vibration have been underestimated about 5 percents in case of the cut slope 1 : 0.6 and about 10 percent in case of the cut slope 1 : 1.2. However, on average, the results showed a similar tendency that the higher the height of the backfill of the EPS block was, the less the bending stress was.