초록

Abstract

To figure out the cause of underestimating the roughness and shear strength of rock joints suggested by numerous researchers, we analyzed roughness mobilization characteristics, characteristics of roughness parameters, effects of sampling interval, and waviness for roughness parameters. It was found out that lack of understanding of the roughness mobilization characteristics, inappropriate applications of roughness parameters, and effect of aliasing provide a main reasons for those problems. Several practical alternatives for improving those problems were suggested. As far as digitizing methods are concerned, we can find that using a 3D scanner can give a relatively effective result. To avoid aliasing, sampling interval should be less than one-quarter of the minimum asperities. As for the quantification of roughness, it was analyzed that the roughness parameter should be classified into two components depending on the scale of roughness to apply the shear strength model. For classifying the roughness, a framework of the criterion was suggested based on the plastic flow concept for the asperity failure, and the basis for proposing a new alternative shear strength model was established.

초록

본 연구에서는 저토피 구간에서 기존터널 하부에 새로운 터널이 경사로 교차하여 신설할 때 하부 터널굴착으로 인하여 발생하는 교차부 주변지반과 상부터널의 거동을 분석하였다. 4.0m (폭), 3.8m (높이), 4.1m (길이) 크기의 콘크리트로 제작된 대형토조에서 모래를 이용하여 상대밀도가 일정한 모형지반을 3.4m높이로 조성하였고, 상하터널의 교차 각도가 56°인 경우에 대하여 대형모형실험을 실시하였다. 또한, 모형실험과 동일한 조건으로 수치해석을 실시하여 실험결과와 연관하여 분석하였다. 연구결과 교차부 주변지반은 하부터널 종방향의 응력 전이로 인하여 교차 전과 교차 후에 응력과 지반변위의 차이가 발생하였다. 모형실험 결과로부터 교차 전·후의 하부터널굴착에 따른 종방향 응력전이가 상부터널에 의하여 차단됨을 알 수 있었다.

Abstract

The behaviors of the ground in crossed zone and the existing upper tunnel in shallow cover due to the excavation of new lower tunnel crossed to that was studied. Model test was performed in the large scale test pit, the size was 4.0m (width)×3.8m (height)×4.1m (length)'. Test ground was constructed uniformly by sand in middle density and test with the crossed angle of 56 (obliquely) were performed. The numerical analysis was performed on equal condition with model test. Results of the study by model test and numerical analysis show that earth pressure and settlement of the ground in crossed zone were redistributed due to the longitudinal arching effect by the excavation of lower tunnel. Model test shows that upper tunnel blocks stress flow due to the longitudinal arching effect by excavation of lower tunnel.

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지하철의 터널구간에서 화재가 발생하였을 때의 연기전파거리를 측정하였다. 대상은 길이 800m, 단면 8×5.5m의 전형적인 지하철 터널로 3개의 급배기 겸용 샤프트가 설치되어 있으며 실험은 1/50의 축소 모형을 이용하였다. 연기전파거리 측정을 위하여 열전대와 가시화 기법을 동시에 사용하여 정확도를 확보하였다. 급배기량과 화재크기가 연기전파거리에 미치는 영향을 파악하기 위하여 9개의 조건을 대상으로 실험하였다. 실험결과 분석을 통하여 지하철터널의 배연 설계에 있어서 연기전파거리가 주요 설계요소가 될 수 있음을 밝혔다.

Abstract

The smoke propagating distances are measured in case that a fire occurs within the subway railroad tunnel. The tunnel is 800m long and the dimension of the cross-section is 8 5.5m. Three vertical shafts exist for smoke ventilation. The experiments are performed using the 1/50 reduced- scale model. The smoke propagating distances are measured by thermocouples and by visualization for the accuracy. In order to understand the effect of a fire size and ventilation capacity of the shafts on the smoke propagating distance, 9 test scenarios are chosen. Based on the results, the smoke propagating distance is shown to be important criteria for the ventilation design of the tunnel.

초록

암반에 건설되는 대단면 터널에서 숏크리트의 부착강도는 암반탈락 방지와 발파진동에 의한 숏크리트 탈락방지에 매우 중요하다. 그럼에도 불구하고 숏크리트 부착강도는 압축강도에 비하여 설계 및 시공단계에서 중요한 요소로 고려되지 않았다. 따라서 본 연구의 목적은 숏크리트 부착강도가 대단면 암반 터널의 안정성에 미치는 영향을 분석하는 것이다. 먼저, Holmgren의 punch-loaded 시험조건을 모사한 수치해석 모델을 이용하여 다양한 부착강도에 대한 매개변수연구를 수행하였다. 그 결과, 숏크리트의 최대지지력은 숏크리트층과 블록간의 부착강도와 선형 비례관계를 보임을 확인하였다. 또한, 숏크리트층과 굴착면에 부착강도를 고려하는 경우와 기존의 완전부착 조건에 대한 개별요소해석을 수행하여 숏크리트 부착강도의 영향을 검토하였다.

Abstract

Shotcrete adhesive strength in large section tunnels in jointed rock masses plays an important role in preventing rock block from falling and shotcrete debonding due to blasting vibration. Nevertheless, it has not been considered as a major factor such as shotcrete compressive strength in design and construction. For this reason, the purpose of this study is to analyze the effect on shotcrete adhesive strength for large-sectioned tunnels. First, the parametric study using numerical model similar to Holmgren's punch-loaded test was executed for various range of adhesive strength. It shows that the shotcrete bearing capacity is linearly proportioned to the adhesive strength between shotcrete layer and blocks. And then, distinct element analysis of a jointed rock tunnel for an adhesive strength of 1 MPa and a conventional fully-bonded condition between the shotcrete layer and the excavation face was compared in order to evaluate the effect of the shotcrete adhesive strength.

초록

터널환기력 중 중요한 비중을 차지하고 있는 교통환기력을 추정하는데 있어서 항력계수는 중요한 설계인자이다. 현재 국내 도로터널 환기시스템 설계시 적용하고 있는 항력계수는 국내 차량특성을 고려하지 않은 외국자료의 인용, 폐색율 만에 기초하며 슬립스트리밍효과를 고려하지 않고 있는 문제를 가지고 있다. 본 논문에서는 국내 터널내 교통환기력의 정확한 추정에 목표를 두고 (1) 현재 운행 중인 국내차량 특성을 고려한 전면 투영면적를 추정하고, (2) 도로서비스 수준별 차량배치상황을 CFD분석하여 슬립스트림밍 효과를 분석하여 차량 1대당 저항계수인 Kblockage와 항력계수를 분석하였다.

Abstract

Drag coefficient is one of the critical design factors to quantify the piston effect in vehicle tunnels. Several problems are raised on the drag coefficient currently applied for the ventilation system design; unverified adoption of the projected frontal area of the vehicle from the foreign study in the past, and lack of consideration for the slip-streaming effect. This study aims at better estimation of the traffic-induced ventilation force in the local tunnels. Values for the projected frontal area of the vehicles running on the local roads at present are proposed and results of an extensive CFD study are studied on the slip-streaming effects in various traffic conditions to quantify Kblockage and the drag coefficient in the domestic tunnels.

초록

최근 세계적으로 터널 및 지하구조물에 대형화재가 발생하고 있으며 이로 인해 경제 ･ 사회적으로 심각한 손실이 발생하고 있는 실정이다. 이처럼 폐쇄된 공간인 터널 및 지하구조물내 화재 발생 시 구조체의 강도저하로 인한 붕괴 및 인명피해 뿐만 아니라 사회기반시설인 교통망을 장시간 끊어놓게 되는 등 큰 문제를 야기한다. 이에 본 연구에서는 터널에 화재 발생시 구조물 안정성에 대한 한국도로공사 관련 시방 규정을 도출하기 위한 기초 자료를 구축하는 것으로서 콘크리트의 폭열 방지에 효과적인 것으로 알려져 있는 폴리프로필렌 섬유를 혼입한 폴리프로필렌 섬유보강 콘크리트를 이용하여 터널내 화재시 터널 콘크리트 라이닝의 폭열 현상에 대한 방지를 위한 실험을 실시하였다. 본 연구결과 폴리프로필렌 섬유의 혼입률에 따른 모르타르의 내화시험결과를 토대로 폭열이 일어나지 않는 폴리프로필렌 섬유 혼입률을 0.2%~0.25% 인 것으로 분석되었다.

Abstract

Recently the fire is happening at the tunnel and underground - structure internationally. We are socially the economy the actual circumstances which serious loss is happening due to an fire occurrence when fire happened which is closed like tunnel and underground - structure, the collapse from the burglar degradation of strength of tunnel concrete lining and human life damage happen. It causes big problem while the long time disconnects a traffic network. While the fire happened in this research at the tunnel, the paper construct a basis data to deduce the specification regulation about stability of tunnel concrete lining. In this paper, the experiment was carried out for the prevention of explosive spalling of tunnel to use a reinforced Polypropylene concrete which mixes a Polypropylene which are known for the thing by being efficient at a protect of explosive spalling of the concrete. According to the firproof test result of reinforced Polypropylene admixture mortar, Polypropylene admixture of prevention of explosive spalling analyzed 0.2%-0.25%.

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대단면 NATM터널에서 지반자체로 막장의 안정을 유지하기 위해 분할굴착공법을 사용한다. 분할굴착을 해야 한다면 더 나은 응력 상태를 유지할 수 있는 분할굴착공법을 강구해야할 것이다. 따라서 본 연구에서는 터널의 단면분할 굴착공법 중 CD굴착 (중벽분할굴착)공법에서 굴착순서에 따른 응력분포를 수치해석적인 방법을 이용하여 검토하고, 막장주변의 응력집중을 최소로 하는 최적의 막장 이격거리와 굴착순서를 도출하였다. 해석에 사용한 프로그램은 국내에서 상용화되고 있는 3차원 연속체 해석 프로그램인 FLAC-3D Ver 2.1을 사용하였고, 암반등급 3과 5에 대해 막장거리 2m, 4m, 6m, ···, 20m, 40m를 적용하여 안정성 검토를 행하였다.

Abstract

In construction of a large cross section NATM tunnel, to keep the tunnel face stability by the ground itself bench cut method is commonly used. In order to necessity of partial face excavation method, we have to look for more enhanced method that can maintain better stress intensity. This paper presents a stress distribution of the Center Diaphragm Method from the partial face excavation methods, with the numerical analysis, and induced the optimal face distance, which is minimizing stress concentration and the optimal excavation step. Commerical 3 dimensional continuum analyzing FLAC-3D Ver. 2.1 program is used for the analysis. Analyses were performed to investigate ground behavior for tunnels with variable bench-length varying from 2m to 40m.

초록

본 연구에서는 기존의 암반 이완하중 산정 방법을 비교 분석하고, 보다 정확한 2-arch 터널 라이닝 설계를 위해 굴착으로 인해 발생하는 터널 주변의 이완영역을 보다 체계적으로 산정하는 방법을 제시하고자 하였다. 이를 위해, 터널 굴착 후 국부 안전율이 재분포된 응력으로부터 계산되었으며, 국부 안전율이 2.0 또는 3.0에 해당하는 영역을 이완영역으로 가정하여 이완하중고가 산정되었다. 본 연구에서 제시된 방법은 터널의 형상 및 지반조건에 영향을 받지 않고 이완하중고를 구할 수 있는 방법으로, 국부안전율이라는 비교적 명확한 기준에 의해 이완하중고가 산정되기 때문에, 콘크리트 라이닝 설계 시 설계자의 주관에 따라 결정되는 단점을 극복할 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract

In this study, the existing methods proposed to estimate the relaxed load due to a tunnel excavation are compared and analyzed. Also a new approach, by which the stress relaxed zone around an excavated tunnel periphery can be systematically estimated, was suggested for the design of 2- arch tunnel lining. To this end, local factors of safety are calculated from the redistributed stresses after the excavation of a tunnel. The height of the relaxed load is inferred based on the assumption that the stress relaxed zone might coincide with the region corresponding to the local safety factor of 2.0 or 3.0. The new approach proposed in this study has the advantage of estimating the height of the relaxed load independent of the shape of a tunnel and the ground conditions. Since the height of the relaxed load is estimated according to the local factor of safety, which is a relatively clear criterion, the designer's subjectivity involved in the design of concrete tunnel lining might be reduced.