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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
7권 3호
초록
지하수위 하에서 터널을 굴착하게 되면, 지하수 흐름은 터널내로 발생하면서 터널 단면에 침투력이 작용하게 된다. 본 연구에서는 지하수 흐름을 고려한 숏크리트 라이닝 거동을 지반 및 숏크리트 라이닝 상호간의 투수계수의 비율에 따라 검토하였다. 숏크리트 응력 및 변위 관계는 3차원 유한요소 연계해석을 수행하여 산정하였다. 지하수 흐름 자체는 아칭효과가 발휘되지 않기 때문에, 터널의 응력이 평형상태에 도달한 후에도 침투력은 계속적으로 숏크리트 라이닝에 작용하여 심각한 영향을 준다. 지반 및 숏크리트 라이닝 상호간의 인터페이스 특성 및 터널의 단면형상 그리고 라이닝의 두께를 포함한 숏크리트 거동의 영향 인자에 대해 매개변수분석을 실시하였다. 또한 NATM 터널에서의 침투력을 고려한 내공변위 제어법을 제안하였다. 해석결과를 보면, 숏크리트의 투수성이 낮아질수록 잔류수압에 따른 유효응력의 감소로 인해 내공변위는 감소하고, 내압은 커지는 것을 알 수 있었다. 따라서 차수성이 강한 강섬유보강 숏크리트가 해저/하저 터널의 지보재로서 더욱 유리하다는 결론을 얻었다.
Abstract
When a tunnel is excavated below groundwater table, the groundwater flow occurs towards the tunnel resulting in the seepage pressure. In this paper, the effect of groundwater flows on the behavior of shotcrete lining installed between ground-liner interfaces was studied considering permeability ratio between the ground and the shotcrete into account. Three-dimensional coupled finite element analysis was performed for this assessment. Seepage forces will seriously affect the shotcrete behavior since arching phenomena do not occur in seepage forces. A parametric study was conducted on the various tunnelling situations including interfacial properties between ground and shotcrete lining, the shape of tunnel cross-section and the thickness of liner, etc. Moreover, the convergence- confinement method (CCM) of a NATM tunnel considering seepage forces was proposed. The result showed that the more watertight is the shotcrete, the smaller is the convergence and the larger is the internal pressure. Therefore, the watertight fiber-reinforced shotcrete is found to be even more advantageous when used in underwater tunnel.
초록
지하공간의 설계는 막장파괴와 관련한 안정성에 대한 평가를 필요로 한다. 막장파괴모드는 전통적인 안정성 평가법에서 중요하게 다루어져 왔다. 본 연구에서는 점착력이 없는 토사지반에 대한 모형실험을 실시하여 토피고와 지반경사의 변화에 따른 터널막장의 종방향 파괴모드를 파악하고자 하였다. 모형실험은, 대형지하공간의 폭원이 충분히 크다는 가정 하에 평면변형조건의 터널 축방향 굴착면 모델에 대하여 실시되었다. 실험결과 토피고와 지반경사는 파괴모드에 중요한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 토피고가 증가할수록 지반의 파괴영역이 감소하여 국부 전단 파괴의 형태를 보였다. 또, 지반경사가 증가할수록 굴착면과 사면방향으로 확대되는 유형의 파괴모드를 확인할 수 있었다. 실험모델을 수치해석 모델로 재현하는 해석을 실시하였고, 이로부터 수치해석법을 통해서도 굴착면의 파괴모드의 추정이 가능함을 보였다.
Abstract
Design analysis for underground spaces requires evaluating stability related to heading collapses. A failure mode is one of the critical factors in the conventional methods of stability evaluation. Identification of failure modes is, therefore, essential in securing safe construction. In this study failure modes at the tunnel heading in cohesionless soils are investigated using physical model tests for various tunnel depths and ground surface inclinations. Test results showed that the effect of depth and the inclination of ground surface on a failure mode are of significance. It is identified that, with an increase in depth, failure modes become localized in a region close to tunnel face. It is also known that an increase in the inclination of ground surface results in inclined and wide failure modes. Numerical simulation of laboratory tests was performed, and shown that the numerical analysis is useful in identifying the heading failure modes, particularly for large underground spaces.
초록
전면접착형 록볼트는 NATM 터널에서 지보재로 널리 쓰이고 있다. 터널에 가해지는 하중을 받아주기보다는 터널 주변을 보강하는 지보재로서의 기능을 하기 때문에 많은 연구자들에 의해 전면접착형 록볼트의 거동이 연구되어 왔다. 터널 시공에 있어서 지하수는 간과할 수 없는 중요한 문제이나 지금까지 터널에 설치되는 전면접착형 록볼트의 거동을 연구하는데 있어서 침투수력 문제는 거의 고려하지 않았다. 본 논문에서는 침투수력의 영향을 받는 전면접착형 록볼트의 거동에 대해서 연구하였다. 침투수력이 전면접착형 록볼트에 미치는 영향을 평가하기 위해서 침투수력이 작용하는 상태에서 록볼트에 작용하는 축력을 이론식으로 유도하였다. 이렇게 구한 이론식을 바탕으로 침투수력을 고려한 록볼트로 보강된 지반의 지반반응곡선을 구하였고, 침투수력이 작용하는 경우에 대해서 록볼트의 보강효과를 확인하기 위해 보강되지 않은 지반의 지반반응곡선과 비교를 수행하였다. 마지막으로 침투수력이 작용하지 않는 경우의 지반반응곡선과 비교함으로써 침투수력이 작용할 경우, 록볼트의 지반보강효과가 증가함을 확인하였다.
Abstract
In a NATM tunnel, fully grouted bolts are widely used as part of supporting system. Grouted bolts play an important role not as to take some parts of load acting on the tunnel lining but as to reinforce the ground adjacent the tunnel. In conjunction with tunnel construction, the presence of groundwater may pose a number of difficulties. With respect to tunnel design, influences of groundwater on tunnel behavior have been considered in many aspects. However, the effect on grouted bolts has been rarely investigated. In this study, the behavior of grouted bolts, which are affected by the seepage forces, was examined. In order to investigate the effects of seepage forces, the theoretical solutions for a drained condition were proposed. Based on the theoretical solutions, ground reaction curves considering seepage forces were obtained. By comparing the ground reaction curves supported by grouted bolts with those for the unsupported cases, the effect of reinforcement was evaluated. Finally, through comparison between supported ground reaction curves in the drained condition and those in the case of groundwater flow, it was observed that the grouted bolts are more structurely beneficial when the seepage occurs towards the tunnel than when there is no groundwater flow.
초록
서울지하철5호선에 설치된 60여개 집수정의 지하수 유입량을 6년간 조사 분석한 결과 터널연장 1km당 유입량은 분당 0.77m3으로 집수정 설계기준인 박스구조물은 2m3, 터널구조물은 3m3와 비교 했을때 상당한 여유가 있는 것으로 분석되었다. 붉은색 침전물은 철성분이 가장 많이 포함되어 있었는데 이는 흙막이 공법과 지역 특성상 철분을 많이 포함하고 있는 지하수에 원인이 있는 것으로 판단되었다. 백색 침전물의 경우 가장 많이 발견된 성분은 산화칼슘으로 건설당시 지반보강을 위하여 시행한 그라우팅 주입재인 시멘트가 지하수와 함께 터널 내부로 유입된 침전물로서 터널의 안전성에는 영향이 없을 것으로 판단된다.
Abstract
The result that analyze for 6 years a groundwater influx quantity of total 60 catch-pit established in subway line 5 appeared with 0.77m3/min. When comparing design approaches of the catch-pit with design approaches of the box structure 2m3/min and the tunnel structure 3m3/min, it is found that it has a surplus. Red sedimentation substance contains large portion of Fe. The earth retaining structure of a tunnel and ground water containing more portion of Fe than other area are the major factor of this substance. In case of white sedimentation substance, the most frequently founded ingredient is CaO, which is occurred in case grouting injection materials for ground reinforcement is transmitted into a tunnel system by ground water. This substance is doesn't affect safety of a tunnel.
초록
본 연구에서는 수평 불연속면 하부에 굴착한 얕은 심도의 2-Arch 터널의 거동을 실험적으로 규명하고자 하였다. 이를 위하여 토피고와 불연속면의 위치를 변화시켜가며 모형실험을 수행하였다. 모형실험은 실제 2-Arch 터널의 Pilot 터널굴착에서 본선터널굴착에 이르는 시공단계가 반영된 실험순서에 따라 진행되었다. 연구결과로부터 토피고에 따른 2-Arch 터널 주변지반의 하중전이 메커니즘의 변화와 불연속면 위치에 따른 이완영역의 분포 및 범위의 변화를 확인하였다. 또한 시공단계에 따른 중앙필러의 역학적 거동을 규명하였으며 불연속면 위치가 터널에 근접할수록 중앙필러 작용하중이 증가하는 것을 확인하였다.
Abstract
In this study, the behavior of shallow 2-Arch tunnel due to excavation under horizontal discontinuity plane was verified experimentally. The model tests were carried out by varying the overburden height and the location of the discontinuity plane. The model tests followed exactly the real 2-Arch tunnel construction stages. As a result, it is discovered that stress-transfer mechanism and loosening area around the 2-Arch tunnel depends on the overburden heights and the location of the discontinuity plane. And central pillar load is also dependent on overburden height, location of discontinuity plane and construction stages.
초록
강원도 동백산과 도계구간의 기존 노후 된 철도를 개량하기 위하여 새로운 장대터널을 계획하였다. 신설되는 터널은 두 지역의 표고차가 380m로 고저차가 심해 철도운영시설기준을 만족시키기 위하여 17km연장의 장대원형터널노선으로 계획하였다. 본 지역은 국내의 일반적인 지역에 비해 지질구조가 매우 복잡하기 때문에 계획한 터널노선의 지질 및 지층 상태를 규명하기 위하여 보다 정밀하고 광범위한 지질 및 지반조사를 실시하였다. 또한 계획된 터널은 석회암, 사암, 혈암 및 석탄층 등의 퇴적암층을 통과하며 근접하여 폐갱들이 존재하였다. 이들 암반층은 매우 다양한 형태의 서로 다른 암 종류로 혼재 되어 있어서 각 노선별 통과 암반층에 대하여 Q값에 의한 지반분류를 실시하고 터널의 굴착, 지보 등에 대한 시공성 및 경제성등을 3개의 제안노선들에 대하여 제안한 평가 기법에 따라 평가를 실시하였다. 결과적으로 노선별 경제성 분석 결과에 따라 최적의 노선을 최종 선정하여 현재 시공 중에 있다.
Abstract
A new railway line of about 17km length was planned between Dongbaeksan and the neighboring town Dokye to improve the existing decrepit railway system. New line about 17km of the distance will almost be in circular alignment tunnels owing to the difference of elevation about 380m. Since the geology of the area is rather unusual compared to the normal in South Korea, extensive geological investigations have been carried out to prepare geological maps and profiles along the planned tunnel routes. The tunnel will almost be in sedimentary rock formations, such as limestone, sandstone, shale, coal etc and be near abandoned mines. Various rock formations have the complicated, altered those rocks, but are well developed with laminated formations. Each rock formations have been classified using the Q-system and the cost of tunnel excavation, support has been estimated and compared for three alternative routes in the design stage. Based on these estimates, the final route of the railway line was chosen.
초록
지하구조물의 해석 방법은 크게 해석적 또는 유사정적 해석방법과 동적해석 방법의 두 종류로 나눌 수 있다. 유사정적 해석방법은 자유지반변형을 구조물에 정적인 하중으로 적용하여 구조물의 변위를 구하는 방법으로 선형탄성해석에 기초를 두고 있다. 그러나 지진 발생시 지반과 구조물 사이의 상호작용은 비선형 거동을 하여 이를 고려한 해석이 이루어져야 한다. 본 연구에서는 유사정적 해석방법에 반복계산과정에 의하여 지반의 비선형성을 고려할 수 있는 간편해석방법을 소개하고, 이를 수치해석을 통한 동해석을 수행하여 비교 검증하였다.
Abstract
There are basically two methods for the seismic design of underground structures ; analytical or pseudo-static, and dynamical method. In pseudo-static analysis approach, the ground deformations are imposed as a static load and soil-structure interaction does not include dynamic or wave propagation effects. However the behavior of soil-structure interaction is nonlinear, it needs to consider nonlinear soil-structure interaction effects. In this study simplified seismic analysis method to consider soil-structure interaction by iterative procedure is proposed and the results are compared and analyzed by a finite difference computer program.
초록
본 논문에서는 터널별로 매설된 온도계의 연중계측을 통하여 년 중 온도변화특성과 갱구부로부터의 깊이별 온도변화특성, 터널연장별 대기 온도변화특성, 지표부 온도 변화특성을 분석하였다. 터널의 연장별 터널내 바닥부 온도 분포에 대한 분석 결과 입구부와 출구부가 다른 온도분포를 보임을 알 수 있었다. 출구부에서의 터널내 바닥부 표면온도 분포는 출구부에서 50m 지점까지는 온도가 변하다가 50m 이후 깊이에서는 터널연장에 상관없이 거의 일정한 온도분포를 보임을 알 수 있었다. 그러나 입구부에서의 터널내 바닥부 표면온도 분포는 출구부와 달리 터널내 길이 약 125～150m 지점에서 온도분포가 변하고 있음을 알 수 있었다. 이는 입구부로 유입되는 찬공기가 풍향 및 풍속의 영향을 받아 터널깊이 약 125～150m 지점까지 영향을 미치는 것으로 보인다.
Abstract
This paper analyzed characteristic of temperature change as well as bottom of tunnel with thermometer according to tunnel length and region during one year. And it measured temperature distribution near tunnel portal. In the paper it was known that tunnel entrance and exit have different characteristic temperature distribution in accordiance with bottom of tunnel per tunnel length. Temperature of tunnel changed from tunnel exit to fifty meter and distribution of tunnel temperature was established uniform regardless of tunnel length. But temperture distribution of tunnel changed in tunnel entrance differ from tunnel exit in the location of one hundred twenty five meter and one hundred fifty meter. Cold air inflowed from tunnel entrance have influenced with the location of one hundred twenty five meter and one hundred fifty meter.