초록

본 연구의 목적은 록볼트의 건전도를 평가하기 위하여 록볼트의 비파괴시험을 기술하고 비파괴시험의 적용성을 조사하는 것이다. 록볼트 자체와 그라우팅제를 포함한 록볼트의 건전도를 평가하기 위하여, 수치해석 및 실험적 방법을 이용한 두가지 방법이 적용되었다. 수치해석 방법에서는, 분석은 “DISPERSE” 프로그램을 이용하여 록볼트의 분산선도를 해석하였다. 분산선도 곡선은 지중근입되어 있는 록볼트에 대한 그라우팅제의 두께와 강성에 대한 영향을 보여준다. 이로 부터 록볼트의 건전도 시험을 위한 최적의 주파수를 추정할 수 있으며, 그 결과 L(1,0) 모드에서 20～120kHz가 최적의 주파수로 산정되었다. 실험적 방법에서는 실험실에서 시료를 제작하여 파괴 및 비파괴시험을 실시하였다. 비파괴 실험에서는 타격을 이용한 저주파수 모드와 초음파 트랜스듀서를 이용한 고주파수 모드를 통하여 록볼트의 상태를 조사할 수 있다. 실험실에서 수행된 비파괴실험으로부터, 유도파는 주변의 그라우팅제의 강도가 증가하거나 (또는 증가하고) 결함부 영역이 증가할 때 감쇠가 커짐을 알 수 있었다. 그리고 인발시험으로부터 록볼트의 극한지지력을 추정하였다. 본 연구는 록볼트의 건전도 평가에 비파괴시험이 매우 유용한 방법임을 보여준다.

Abstract

The purpose of this study is to describe the Non-Destructive Testing(NDT) of the rockbolt and investigate the applicability of the NDT methods to estimate the integrity of the rockbolt. To examine the rockbolt integrity including rockbolt itself and grouting material, two methods are adopted: numerical and experimental methods. In the numerical method, the numerical code DISPERSE is used to analyze the dispersion of the rockbolt. The dispersion curve shows the effects of the thickness and stiffness of grouted materials on the embedded rockbolt. Therefore, the optimal frequency for the integrity test of the rockbolt is obtained: 20∼120kHz in L(1,0) mode. In the experimental methods, destructive and non-destructive tests are carried out in a laboratory. In the non-destructive test, the low frequency mode generated by an impact and the high frequency mode generated by an ultrasonic transducer seem to characterize the rockbolt condition readily. The experimental results show that the guided waves attenuate more significantly when the stiffness of the grouted material increases and/or the zone of the defect increases. Meanwhile, the ultimate capacity of rockbolt was evaluated through the pull-out tests and is compared to the NDT results. This study demonstrates that the NDT is a valuable tool for the rockbolt integrity evaluation.

초록

본 연구에서는 터널구조물 장대화로 인한 기존 배수시스템의 시공상의 어려움과 기능 저하문제 등을 해결하기 위하여 바닥배수판을 이용한 새로운 터널배수시스템을 제안하고 성능평가를 위한 기초연구를 수행하였다. 제안된 배수시스템은 기존의 측방향 배수관, 횡방향 배수관 및 유공관 등이 생략 가능한 배수시스템이다. 그러나 바닥배수판의 형상 등을 고려한 통수능 분석 및 설계기준 등이 정립되어 있지 않다. 따라서, 본 연구에서는 수리모형 실험을 통하여 바닥배수판의 돌기부 형상 및 위치와 유량조건별 통수능의 상관관계를 분석하였다. 바닥배수판 돌기부의 형상 및 유수방향 간격은 흐름에 대한 저항성 차이로 인하여 통수능에 큰 영향을 미치며, 앞뒤둥근형 돌기부 형상이 가장 통수능 확보에 유리한 것으로 나타났다. 또한 돌기부의 유수방향 간격이 좁을수록 바닥배수판의 통수능을 향상시킬 수 있다.

Abstract

This study proposes a new concept of a tunnel central drainage system by using a drain board to make a breakthrough on difficulties in the installation of conventional drainage system and drawdown of its drain capacity especially in long tunnels. A fundamental study has been performed for evaluation of the drain capacity of the planar drainage system adopted in this study. In fact, the system proposed makes possible to omit the side, transverse as well as central drainage pipes required in the conventional system, even if its drain capacity and any guideline for design are not available to date. In this circumstance, it is carried out to investigate the correlation between drain capacities and, shapes and positions of the columns of the drain board in terms of a variety of water inflows through hydrological model tests. It is shown from the tests that a drain capacity is highly influenced by the shape and the distance between the columns of a drain board in flowing direction, and a round rectangular shape of the columns leads to the highest capacity of drainage. And also, the shorter distance between the columns in flowing direction, the higher drain capacity would be achieved.

초록

도심지 터널은 미고결성 저토피고 지반에 건설되는 경우가 많기 때문에 지반변위가 터널 설계를 지배하며 설계는 기존의 탄성 및 탄소성 모델을 활용한 수치해석적인 방법에 크게 의존하고 있기 때문에 현장의 계측결과에 부합하는 지반 거동을 묘사하기에는 부족한 점이 많다. 미고결성 저토피고 지반에 대한 터널 굴착시 지반 거동, 붕괴 메카니즘 및 침하량 예측에 관해 연구하였고 변형율 연화를 고려한 비선형 해석을 실시하여 기존의 탄성 및 탄소성 모델과 비교하였다. 도시 NATM 터널의 지반거동을 파악한 결과 미고결성 저토피고 지반의 경우 변형율 연화 모델을 적용하는 것이 지표면 침하 기울기가 급해지거나 전단대가 발생하는 등 실제의 지반 거동을 현실적으로 모델링 할 수 있었다.

Abstract

In case of an urban tunnel, the displacement of ground base controls the tunnel design because it is built on shallow and unconsolidated ground many times. There are more insufficiency to describe the ground movement which coincides in the measured result of the situ because the design of an urban tunnel is dependent on the method of numerical analysis used to the existing elastic and elasto-plastic models. We studied about the prediction for the ground movement of a shallow tunnel in unconsolidated ground, mechanism of collapse, and settlement. Also this paper shows comparison with the existing elastic and elasto-plastic model using the unlinear analysis of the strain-softening model. We can model the real ground movement as the increasement of ground surface inclination or occurrence of shear band by using strain-softening model for the result of ground movement of an urban NATM tunnel.

초록

최근 부각되고 있는 환경친화적인 설계의 결과로서 터널 입출구의 구조물이 연약한 지반(붕적층)에 불가피하게 건설되곤 한다. 그런 터널 공사의 경우, 주변 지반뿐만 아니라 라이닝 지보재의 충분한 지지력을 확보해야 한다. 이와 관련하여, 높은 강성을 갖는 H형 강지보재가 라이닝을 지지하기 위해 흔히 사용되었다. 그러나 수치해석에 의한 구조적인 안정성을 평가하는데 있어서 그 효과는 무시되는 것이 관례였다. 본 연구에서는 붕적층에 적용된 터널에 대하여 강지보재로 사용된 H형강을 수치해석 모델에서 강성 적용을 0%, 50%, 75%, 100%로 반영하여 3차원 유한요소해석을 수행하였고, 각 강성적용률에 따른 숏크리트 응력 감소효과를 비교 검토하였다. 수치해석으로부터 얻어진 데이터는 현장계측결과와 비교하였다. 연구 결과로부터 강지보재의 숏크리트에 대한 효과가 검증되었고 적절한 강성률은 50~75%의 범위 내에서 적절한 것으로 판단되었다.

Abstract

The entrance and the exit structures of tunnels are often constructed on unfavorably soft soils (colluvial soils) as a result of environment-friendly design highlighted in recent years. For construction of such a tunnel, it is essential to secure sufficient bearing capacity of the lining supports as well as that of the surrounding soils. In this regard, H-shape steel-ribs with high stiffness are commonly used for lining supports. However, it was the past convention to ignore the effect of the steel-ribs in numerical evaluation of the structural safety. This study is intended to show how the shotcrete stresses are relieved by the steel ribs, on the basis of numerical data obtained from 3-dimensional finite element analysis. The effect of steel ribs to shotcrete stresses is examined at different levels of application rates, i.e., 0%, 50%, 75% and 100% of the total stiffness. The data obtained from numerical analysis was compared with in-situ measurement. The effect of steel ribs to shotcrete stresses was verified and appropriate total stiffness was proposed in the range of 50%~75%.

초록

본 논문에서는 숏크리트 라이닝 층간 부착성이 숏크리트 라이닝의 하중지지력에 미치는 영향에 대한 내용을 다루었다. 이를 위해 축소 모형시험과 유한요소해석을 병행하여 더블쉘 터널 시공시 숏크리트 층간 부착성과 숏크리트 라이닝의 하중지지 특성과의 관계를 알아보았다. 연구결과 NATM의 더블쉘 구조와 같이 라이닝 층간 부착이 확보되지 않는 경우에는 이완하중 작용시 응력이 집중되는 경향을 보이는 것으로 나타났으며, 토피고 증가에 따라 그 차이가 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구결과를 종합하여 설계와 시공시 고려하여야 할 주안점을 제시하였다.

Abstract

This paper concerns the effect of lining interface adherence on the lining's load carrying capacity. A series of reduced scale laboratory tests and finite element anlayses were carried out with the aim of gaining insight into the effect of shotcrete lining adherence on the load carrying capacity of double shell lining. The results indicated among other things that the load carrying capacity of a double shell tunnel is significantly affected by the adherence between layers. Also revealed was that for cases with low lining layer adherence stress concentration may occur due to relative movement between the lining layers with this trend being more pronounced with increasing tunnel cover depth. Practical implications from the results of this study are discussed in great detail.

초록

본 연구는 프라우드 상사와 등온기체모델을 적용한 축소모형실험을 실시하여, 터널화재시 연기의 거동과 부분배연설비의 배연효율을 분석함으로써 방재설비의 운영방안을 제시하고자 하였다. 실험 결과 터널 화재시 임계유속 이상의 제연 풍량이 유지 될 경우, 부분 배연 갤러리의 배연효율은 그룹댐퍼와 균일댐퍼 모두 거의 유사하였다. 또한, 터널내 차량이 정체시 화재가 발생할 경우, 화재초기에는 화원 앞⋅뒤에 위치해있는 부분 배연 갤러리만을 열어 연기의 성층화를 유지하면서 연층을 배연시키고 제트팬은 가동시키지 않고, 이후 승객이 모두 대피할 수 있는 충분한 시간이 지난 후 제트팬을 함께 가동시켜 터널 내의 연기를 배출하도록 하며, 교통 소통이 원활한 경우에는 터널의 제연설비를 가동하여 연기의 후방전파를 차단하고 동시에 부분배연 설비를 가동할 것을 제안하였다.

Abstract

The objective of this study is to analyze the smoke movement and the smoke extraction efficiency using by the partial extraction system for case of tunnel fire. Based on Froude modeling and isothermal model, the 1/20 scaled model tunnel (12m long) was constructed. In the case of the upper critical velocity in the main tunnel, the smoke extraction efficiency shows almost same between group damper and distributed damper. Finally, if the fire occurs on a traffic jam in a tunnel, it is proposed that the open dampers in partial gallery extract smoke from the main tunnel without jet fan operation. Then, after the passengers have escaped the tunnel, the jet fans work on. On the other hand, If the traffic is uncongested in the tunnel, the jet fans (smoke control system) and partial extraction system (smoke exhaust system) are operated at once in tunnel fire.

초록

기존의 NATM과 같은 터널공법에서는 굴착 직후 벽면은 숏크리트나 록볼트에 의하여 지지되기 때문에 재래공법과 비교하여 암반의 느슨함을 감소시킬 수 있으나, 막장은 통상 무지보 상태로 놓여있기 때문에 붕괴의 위험성을 항상 내포하고 있는 것이 현실이다. 현재 국내 터널시공시에는 막장이 굴진방향에 직립함으로써 응력의 집중이 발생하며 또한 막장의 안정성을 우려하여 단면분할공법을 채택하는 것이 일반적 공법으로 되어왔다. 그러나 이러한 방법은 경제적으로 큰 부담이 되며 공사기간 연장의 한 원인이 된다. 따라서 곡면막장 굴착공법을 개발하여 적용한다면 보다 나은 응력상태를 유지할 수 있어 1회 굴진장의 증대 및 분할공법을 피함으로써 공사비절감 및 공사기간 단축에 매우 유리할 것이라 판단된다.

Abstract

In this study, NATM can reduce the loosened ground near the tunnel face more than the other pre-existing tunnelling methods, because of rapid supporting by means of shotcrete and rock bolts. However, this method sometimes can not help for a unstable tunnel face with a unsupported caondition. In order to keep from that dangerous case, some excavation methods such as bench cut and drift advancing method are introduced, despite of high construction cost and period. So, this thesis is intended to introduce the new tunnel face shape, that is concave shaped face, and discusses its effects on the tunnel stabilization.

초록

Abstract

Althought the adverse critisism have been continued that the concrete lining need or not, most tunnel engineer agree that the concrete lining needs to increase the tunnel safety. To establish the concrete lining's quality improvement method, we grasp the basic problems in lining construction process and propose the lining construction methods to increase the concrete quality. This paper presents a reason of initial crack occurrence in the large section tunnel (4 lane wide span tunnel), lining and an improved method for crack minimization in construction process. It is also verified verify that the proposed method can give qualified concrete lining by carrying out the concrete injection model test and the numerical analysis of concrete flow.