초록

Abstract

A large sectional tunnelling method using Shield TBM is expected to be popular as domestic demand of long tunnel gets growing. Although a shield tunnelling method has been recognized as prominent method in consideration of stability and applicability in shallow and poor ground, the cases of accident and constructional trouble have been often happened due to unexpected poor ground condition, or selection and use of improper shield machine. Especially, troubling cases at tunnel face are frequently occurred, so supporting pressure control of tunnel face would be the main issue for securing safer and more efficient tunnel excavation using Shield TBM.In this point, we carried out the numerical feed-back analysis to compare the ground deformation pattern with theoretical result at tunnel face.

초록

암석과 불연속면은 암반을 구성하는 주요소이며 각각의 주요 물성들은 암반 구조물의 역학적 안정성에 직접적인 영향을 미친다. 암석 및 암반 불연속면의 물성은 시료의 크기에 따라 변화하는 양상을 보이므로 실험실 시험에서 얻은 물성을 현장 구조물 설계에 적용할 때는 세심한 주의가 필요하다. 이러한 이유로 실험실에서 얻은 암석 및 불연속면의 물성을 이용하여 현장규모의 암석 및 불연속면의 물성을 합리적으로 예측하는 방법을 확립할 필요가 있다. 본 연구에서는 암반의 크기 효과에 대한 기초 연구로서 불연속면을 제외한 무결암 부분의 크기에 따른 물성 변화를 알아보고자 한다. 무결암에 가까운 재료를 택하기 위해 암석 대신 최대한 균질성이 보장될 수 있는 인공재료를 선택하였고 이러한 인공 재료에 대한 크기 변화에 따른 강도 및 탄성계수의 변화양상에 대해 살펴보았다. Buckingham’s theorem을 이용한 차원해석을 통해 이상적인 무결함 재료의 크기에 따른 강도 및 탄성계수의 변화 양상을 파악하였고 이를 실험을 통해 검증해보기 위해 총 6가지의 재료를 대상으로 일축압축강도 실험을 실시하였다. 또한 3차원 입자결합모델을 이용한 상용프로그램인 PFC3D(Particle Flow Code 3- Dimension)를 사용하여 무결함 시료에 대해서 크기에 따른 강도 및 탄성계수 등의 물성 변화 양상을 수치해석을 통해 확인하고 그 영향요소를 분석하였다.

Abstract

Rock and discontinuities are main factors consisting of a rock mass and the physical properties of each factor have direct effects on the mechanical stability of artificial structures in the rock mass. Because physical properties of the rock and discontinuities change a lot according to the size of test materials, a close attention is needed when the physical properties, obtained from laboratory tests, are used for the design of field structures. In this study, change of physical properties of intact materials due to the change of their size are studied. Six kinds of artificial materials including crystal, instead of an intact rock, are adopted for the study to guarantee the homogeneity of specimen materials even with relatively large size. Uniaxial strength and Young's modulus of each artificial material are checked out for a size effect and compared with the predicted values by Buckingham's theorem - dimensional analysis. A numerical analysis using PFC (Particle Flow Code) is also applied and primary factors influencing on the size effect are investigated.

초록

터널시공에 있어서 굴진장은 기술적인 면뿐만이 아니라 경제적인 면에서도 큰 영향을 끼치지만 현재까지 굴진장 결정을 위한 일관된 절차는 연구되지 않았다. 본 연구에서는 수치해석을 통해 굴진장이 연암터널의 거동형태에 끼치는 영향을 알아보았다. 터널 막장과 무지보구간의 거동형태를 막장안전률과 설계차트를 이용해 정량적으로 판단할 수 있도록 하였으며, 설계단계에서의 최적 굴진장을 사이클타임과 공사비 등의 시공자료를 이용해 분석하였다. 비록 본 연구결과가 몇몇 적용한계를 가지고 있지만 설계단계에서 터널 굴착을 최적화하기 위한 정보를 제공할 수 있다.

Abstract

Although the round length for tunnel excavation has a major technical and economical impact in conventional tunnelling, there is no coherent procedure available for its determination. In this study, the influence of round length on the behaviour modes of weak rock tunnel was investigated by numerical analyses. Quantitative estimation of the behaviour modes of the face and the unsupported span was established by use of the safety factor for the face stability and the conditional chart. In addition, the optimum round length in the tunnel design stage was investigated based on the detail construction information such as cycle time and material costs. Although this proposed method has some restrictions, it is expected to provide useful information for the optimization of the tunnel excavation, especially in design stage.

초록

최근 터널에서 균열, 누수 등과 같은 변상이 많이 발생하고 있어 터널의 안정성에 큰 문제가 되고 있으며, 기존 터널의 효율적인 안전 및 유지관리를 위해서는 터널 콘크리트 라이닝의 역학적 건전도를 평가하는 것이 필수적이라 할 수 있다. 본 연구에서 사용된 콘크리트 라이닝 모형 시험체는 실제 도로터널의 축소모형으로서 단일라이닝으로 구성되어 있으며, 하중조건, 라이닝 두께, 천단부 배면 공동 유무 및 강섬유 혼입률 등과 같은 라이닝 조건에 따른 모형실험을 실시하였다. 이러한 모형실험으로부터 터널 콘크리트 라이닝의 균열발생하중과 파괴하중, 처짐과 균열발생 형태를 조사하여 터널 콘크리트 라이닝의 변형 및 역학적 특성을 평가하였다.

Abstract

The problematic issue of cracking, water shedding in tunnel is recently coming out in the view of the structural stability. Hence, the assessment is required for the existing tunnels to achieve the structural soundness of tunnels, and their safety and maintenance. In this study, fracture behaviour and displacement of a tunnel concrete lining using steel fiber reinforcement concrete was investigated. The specimens were fabricated in single lining for a model of real road tunnel. As parameters, load condition, thickness of lining, whether or not rear cavity in crown, and a ratio of steel fiber in concrete were taken. From these factors, the load for crack and fracture, displacement, and the pattern of crack were looked into for the structural stability of a tunnel concrete lining.

초록

Abstract

The use of high-performance shotcrete lining is indispensable to improve long-term durability of a tunnel and to apply the single-shell tunnelling method. Among a lot of shotcrete admixtures, pozzolan materials such as silica fume have positive effects on increasing the strength and the durability of shotcrete. It is also well known that a cement-based accelerator is much faster in setting time and more eco-friendly than conventional accelerators. This study aimed to improve the properties of wet-mix shotcrete by incorporating with Metakaolin and the calcium aluminate based accelerator. To compare Metakaolin with silica fume, mixing ratios of each material were varied as 4% and 8% of cement weight. Moreover, Metakaolin was blended with silica fume, and their binder was also set to 4% and 8% of cement weight. At each mixing condition, setting time, compressive strength, flexural strength, permeability and freezing-thawing resistance were measured. From the experiments, it was revealed Metakaolin could be a substituting material for silica fume.

초록

지반 설계 인자는 공간적으로 분포하는 특성이 있으며, 이는 터널의 설계와 시공과정 뿐만 아니라 장기 거동에 큰 영향을 미친다. 그러나 일반적으로 터널의 수치해석을 위한 설계 지반 인자는 대상 영역을 대표하는 값 또는 대상 영역의 광역적 평균값 등이 적용되고 있다. 특히, 지하공간의 크기가 증가할수록 설계 지반 인자의 불확실성 및 공간적 분포 또한 증가한다. 결국 이러한 불확실성과 공간적 분포 특성의 확대는 해석의 정확성 및 신뢰성 저하를 초래하게 된다. 따라서, 대형 터널의 구조적 안정성을 확보하기위해 지반 물성치들의 공간적인 분포에 대한 정량적인 조사가 설계시 포함되어야 한다. 본 연구에서는 지반 물성치 및 구조적 설계 인자의 공간적 분포가 터널의 변위에 미칠 수 있는 영향을 분석하였다. 여러 COV(Coefficient of Variation)에 따라 정규분포하는 지반 물성치의 공간적 특성이 이상화된 원형 터널의 변위에 미치는 영향에 대한 분석과, NATM(New Austrian Tunneling Method) 터널에서 숏크리트의 강도의 공간적 분포가 터널 변위에 미치는 영향을 분석하였다. 공간적 분포의 COV가 증가할수록 터널 주변 발생하는 변위량도 증가하는 것으로 나타났으며, 분석 결과 이들은 지반 물성치에 따라 고유한 계수를 갖는 삼차방정식으로 표현된다.

Abstract

The spatial distribution of design parameters greatly affects tunnel behavior during and after construction, as well as in the long-term temporal responses. However, the tunnel design parameters commonly used in numerical modeling tend to be representative or average values of global-scale properties. Furthermore, the uncertainty and spatial variation of the design parameters increase as the tunnel scale increases. Consequently, the probability of failure also increases. In order to achieve structural stability in large-section tunnels, the design framework must take into consideration the quantitative effect of design parameter variations on tunnel behavior. Therefore, this paper suggests a statistical approach to numerical modeling to explore the effect of spatially distributed design parameters in a circular tunnel. Also, the effect of spatial variation in the lining strength is studied in this paper. The numerical results suggest that the deformation around the tunnel increases with an increase in the variation of the design parameters.

초록

본 연구에서는 시멘트 모르타르계 충전재에서 염화물의 확산에 의해 발생할 수 있는 록볼트의 부식 가능성을 예측하고자 하였다. 장기적인 내구성 측면에서 지하수에 포함된 황산염이나 염화물과 같은 화학적 성분들에 의해 록볼트 성능이 저하될 수 있으며, 특히 록볼트 강봉은 주로 염화물에 의해 부식된다. 이러한 록볼트의 부식은 강봉의 체적 팽창을 야기하여 결국 록볼트 충전재에 균열을 발생시키게 된다. 따라서 본 연구에서는 염화물에 의한 록볼트의 부식여부를 평가하고 록볼트의 장기 내구성을 예측하기 위한 척도로서, 시멘트 모르타르계 충전재의 염화물 확산계수를 이용하였다. 이때 염화물 확산계수를 측정하기 위하여 전기촉진시험법을 적용하였다. 또한 실험실조건에서 록볼트의 인발내력을 보다 쉽게 측정하기 위하여 간단한 인발시험 시스템을 새롭게 제안하였다. 본 연구의 실험결과, 일반적인 콘크리트 재료에서보다 시멘트 모르타르계 충전재에서 염화물의 확산이 더욱 용이한 것으로 나타났다. 즉, 록볼트가 완전 충전된 경우라 할지라도 부식을 발생시킬 수 있는 화학적 성분의 농도가 높은 경우, 화학적 성분의 확산에 의해서 단기간에 록볼트가 쉽게 부식될 수 있는 것으로 나타났다.

Abstract

This paper aims to predict the corrosion of a fully cement-grouted rockbolt induced by chloride diffusion in a cement mortar grout. From the viewpoint of the long-term durability, a rockbolt may be deteriorated by chemical components, such as sulphate and chloride, in groundwater. Especially, the steel rod of a rockbolt is corroded mainly by chloride. The rockbolt corrosion results in the volume expansion of a rod and then the cracking of a cement grout. In this study, the chloride diffusion coefficient of a cement mortar grout was used to evaluate the possibility of rockbolt corrosion by chloride, and to predict the long-term durability of a rockbolt. The electric acceleration test method was adopted to measure the chloride diffusion coefficient. In addition, a simple pullout testing system was newly proposed to measure the pullout capacity of a rockbolt more easily in a laboratory condition. From the experiments, it was showed that the chloride could diffuse in the cement grout more easily than in ordinary concrete materials. As a result, it was considered that a rockbolt might be easily corroded in a short term by the diffusion of chemical components with high concentration, although it was fully grouted.

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Abstract

This study investigates the failure mechanism and load-carrying capacity of a single-shell lining which has no disturbance in transfer of shear force, with respect to a conventional double-shell lining which has separation between layers of shotcrete lining and secondary concrete lining by water-proof membrane. In order to evaluate the capacity, a 2-D numerical investigation is preliminarily carried out and then real-scale loading tests with tunnel lining section specimens are performed on the condition given by the numerical investigation. In the test, a concentrated load is applied for considering a released ground load or rock wedge load. Through this study, it appears that the single-shell lining takes the load-bearing capacity 20% higher than in case of the double-shell lining. In addition, a possibility of a composite single-shell shotcrete layer composed by multiple bonded layers partly involving different contents of high-capacity additives is shown thereby leading to use of less amount of the high-capacity additives on the condition of taking a similar load-bearing capacity.