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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
9권 1호
초록
본 연구는 쉴드터널 공사시 사용되는 사다리꼴 세그먼트라이닝의 배열방법에 관한 것이다. 사다리꼴 세그먼트라이닝은 공장에서 기제작된 Taper를 가진 콘크리트 세그먼트를 터널내에 반입과 동시에 조립하므로써 형성되는데, 이렇게 형성된 사다리꼴 세그먼트라이닝은 회전조립시 Taper량의 계산에 의하여 단 한가지 타입으로 다양한 터널노선에 맞는 배열을 가능하게 하므로 세그먼트에 의한 터널시공시 가장 효율적인 공법이라 할 수 있다. 본 연구는 사다리꼴 세그먼트라이닝의 설계제원 및 터널 노선의 선형(직선 혹은 곡선)의 조건을 분석하여 터널선형에 맞는 배열방법을 고안하고 실제 터널내에서 작업자가 활용할 수 있는 컴퓨터 프로그램을 제작하여 자동으로 배열순서를 결정하는 원리에 대하여 설명하고자 한다. 또한, 가변하는 실제 터널내에서 작업자가 세그먼트라이닝의 배치상태를 측정한 값이 컴퓨터 프로그램에서 계산된 결과와 상이할 때 작업자는 측정한 데이터를 컴퓨터 프로그램에 입력하여 프로그램의 계산상태를 실제 세그먼트 조립상태로 일치시킨 후, 다음 세그먼트라이닝의 배열자료로 사용하여 연속된 작업이 되도록 하는 방법을 제공하는 것이 본 연구의 기술적 요지이다.
Abstract
study is about an arrangement method of trapezoidal pre-cast segment lining that can be applied in shield tunnel construction. Trapezoidal segment lining is formed by assembling tapered pre-cast concrete segments taking advantage of the tapered shape of pre-cast segments upon delivery on site. By calculating tapering of the segments manufactured in single type and rotating the segments when putting them together, a variety of tunnel alignments can be arranged in the most efficient way. Once the design criteria and tunnel alignment (straight or curved) is analyzed, the sequence of assembling trapezoidal segments in compliance with tunnel alignment will be computed. On site an operator can utilize the softwareto automatically determine sequential arrangement of trapezoidal segments. When the actual arrangement of segmental lining is different from the computed output, the operator can input the actually measured values to coincide the computerized calculation with the real status of assembly. Then the adjustment will be the basis of subsequent arrangement of segments, thus the continuity of work can be guaranteed.
초록
시설물의 안전성을 위한 유지 관리는 시간과 인력에 따른 경비가 상당히 소모되는 작업이다. 특히 인력에 의한 육안 검사에 의해 이루어지는 터널과 같은 시설물 관리에는 많은 시간과 경비가 요구되고 있으며, 데이터의 보관이나 저장 등에 어려움이 많다. 본 연구에서는 이러한 단점을 극복하기 위하여 최근 신기술로 떠오르는 레이저 스캐닝 기술에 의하여 획득한 데이터를 이용하여 터널의 유지 관리에 필요한 정보를 추출하는 접근방법을 제안하고자 한다. 터널의 레이저 스캐닝 데이터는 시작품으로 제작된 레이저 스캐너를 이용하여 촬영하였으며, 고밀도 점 데이터의 형태로 저장된 자료를 이용하였다. 터널의 스캐닝 데이터의 기하학, 광학적 특성을 이용하여 터널 내부에 장착된 시설물들을 제거 한 후, 터널의 라이닝 상에 나타나는 물리적인 손상부위나 균열을 탐지하는 방법을 제시한다. 물리적인 손상부위는 터널의 라이닝이 성립하는 면을 기준으로 근접성을 바탕으로 탐지된다. 이 연구에서는 제안된 알고리즘을 적용하여 현장의 디지털 사진에서 확인할 수 있는 물리적인 손상 부위를 탐지 할 수 있었다.
Abstract
management is a time-consuming and expensive task. In particular, visual analysis of tunnel inspection often requires extended time and cost and shows problems on data gathering, storage and analysis. This study proposes a new approach to extract information for tunnel management by using a laser scanning technology. A prototype tunnel laser scanner developed was used to obtain point clouds of a railway tunnel surface. Initial processing of laser scanning data was to separate those laser pulses returned from the installations attached to tunnel liner using radiometric and geometric characteristics of laser returns. Once the laser returns from the installations were separated and removed, physically damaged parts on tunnel lining are detected. Based on the plane formed by laser scanner data, damaged parts are detected by analysis of proximity. The algorithms presented in this study successfully detect the physically damaged parts which can be verified by the digital photography of the corresponding location on the tunnel surface.
초록
현대 도로에서 터널의 중요성은 점차 증가하고 있다. 터널을 통과하는 운전자는 터널 외부환경과 내부환경의 차이에서 오는 변화에 많은 어려움을 가지게 된다. 주간에 터널 출구부를 지나는 운전자는 터널 출구의 높은 야외휘도로 인하여 화이트홀 현상을 겪게 되며, 이는 심각한 운전자의 시인도의 감소를 가져오게 된다. 본 논문에서는 운전자가 겪는 화이트홀 현상에 대처하기 위한 방법의 하나인 프로빔조명의 효과를 검정하기 위하여 실제와 유사한 상황을 컴퓨터에 구현하여 시뮬레이션 하였다. 터널의 조명을 설계함에 있어 특정 터널이 가지고 있는 제반 요소들을 고려한 다양한 상황에서의 운전자 시인도를 분석하고 보다 좋은 운전환경을 위한 터널조명을 만들기 위한 노력이 필요하다. 본 연구에서의 시뮬레이션에 의한 분석은 터널조명 초기 설계단계에서 비교적 단기간에 다양한 조명대안들에 대한 비교, 분석을 가능하게 하는 하나의 접근법이 될 것이다.
Abstract
the role of tunnels in today's roadway environment, the studies on tunnel lighting is still scant. Drivers passing through a tunnel face some difficulties caused by the visual differences between outside and inside of the tunnel. The whitehole phenomenon at a tunnel exit-zone severely decreases the driver's visibility in the daytime. A probeam lighting is generally recommended for the prevention of it. This paper simulates an exit-zone with a whitehole phenomenon to verify the effect of probeam lighting. Even though the tunnel lighting is important, it is not easy to consider enough number of lighting alternatives at the stage of tunnel design due to the complexity of tunnel conditions. This paper is expected to contribute improving the visibility in tunnels, especially at the exit-zone.
초록
환경훼손 및 주거 과밀지역의 민원을 최소화할 목적으로 도심지 공사에서 쉴드터널공법의 적용이 날로 증대되고 있다. 쉴드터널의 주 구조체인 라이닝 세그멘트는 연속체가 아닌 이음부를 가지는 구조로 되어져 있다. 지금까지 설계실무에서는 라이닝 세그멘트의 구조해석 모델이나 설계하중 및 지반정수의 영향 등에 대한 별다른 검증·평가없이 과거의 국내·외 설계자료를 관행적으로 적용하고 있다. 본 연구에서는 국·내외에서 현재 사용하고 있는 쉴드터널의 세그멘트 해석 및 설계 모델들에 대해 이론해와 수치해의 비교를 통하여 적정성을 평가하였다. 그 결과, 사용의 편이성과 현장조건의 적용성, 해석결과의 적용성 측면에서 전주면빔이음스프링 모델(1R-S0)을 제안하였다. 그리고, 제안된 모델을 이용하여 이음부 강성과 지반강성, 이음부 분할 분포 및 분할 개수 등에 대한 매개변수 해석을 수행하였다. 그 결과, 이음부를 갖는 라이닝 세그멘트에 발생하는 휨모멘트는 일정한 크기 이상의 지반강성에서 이음부가 없는 연속체의 라이닝 세그멘트에 발생하는 휨모멘트의 크기에 일정한 비율로 수렴함을 알 수 있었다. 또한, 이음부의 강성이 작을수록 측벽부에 비하여 천정부와 바닥부의 휨모멘트가, 수평변위에 비하여 수직변위가 이음부 분할 분포에 따라 큰 영향을 받는 것을 알 수 있었다.
Abstract
shield tunneling method has been increasingly employed to minimize environmental damages and civil complaints in the populated and developed area. A lining segment, which is a main structure of the shield tunnel, consists of joints. Conventional foreign and domestic design data have been commonly used for design practices without a specific verification of structural analysis models, design load, and the effect of soil characteristics on the performance of lining segment. In this study, the suitability of existing analytic models used for the design of shield tunnel lining segment has been evaluated through a comparison between analytical and numerical solutions. Based on the evaluation of their suitability performed in the study, a full-circumferential beam jointed spring model (1R-S0) is proposed for design practices by considering user's convenience, the applicability of field conditions and the accuracy of analysis result. By using the proposed model, the parameter analysis was performed to investigate the effects of joint stiffness, ground rigidity, joint distribution and the number of joints on the behavior of lining segment. Parameters considered in the investigation have been appeared to affect the behavior of lining segment. Among those parameters, joint stiffness has been appeared to have the most significant effect on the bending moment and displacement of lining segment.
초록
본 연구에서는 사질토 지반에 설치된 수직갱에 작용하는 토압에 대한 기존 제안식을 수정하였다. 이를 검증하기 위하여 깊이에 관계없이 동일한 반경방향 변위를 일으킬 수 있는 실내 모형시험장치를 개발하였으며, 벽면마찰각과 상대밀도를 변수로 시험하였다. 실내 모형시험 결과는 수정식에서 접선방향 토압계수(수직응력에 대한 접선방향 응력 비)인 값을 와 =1을 사용하였을 경우의 토압 사이에 분포하였다. 다층지반에 설치된 원형수직갱 배면지반의 파괴면을 가정하고 수정식을 적용하여 다층지반에 설치된 원형수직갱에 작용하는 토압 산정방법을 제안하였다. 시공 현장의 3개의 수직갱으로부터 계측 데이터를 획득하였으며 이를 토압으로 환산하여 제안된 방법을 검증하였다. 계측 데이터로부터 환산된 대부분의 환산 토압은 제안된 방법의 토압과 잘 일치하였다.
Abstract
new earth pressure equation acting on the vertical shafts in cohesionless soils has been proposed by modifying the equations proposed by others. In order to verify the modified equation, model tests which can control uniform wall displacement with depth to radial direction were conducted. Model tests were performed with three different wall friction angles and two different relative densities. The measured values were larger than estimated values when assuming ; smaller than those when assuming . The parameter, is the ratio of tangential stress to vertical stress and is the most critical value in proposed equation. A method which can estimate the earth pressure on vertical shafts in layered soils is also proposed by reasonably assuming the failure surface of layered soils and using the modified equation. In order to verify the proposed method, in-situ measurement data have been collected from the three in-situ vertical shafts installed in layered soils. Most of earth pressures converted from measured data match reasonably well with estimated values using proposed method.
초록
불확실한 지반의 상태는 항상 터널 건설에 있어서 많은 문제점을 일으킨다. 그러므로 새로운 터널의 건설에 앞서 위험에 대한 평가가 필요하다. 이 논문은 수정된 안정계수를 이용한 간편 위험도 평가 시스템인 URI(Underground Risk Index)를 제안하였다. URI의 평가요소들은 각 요소의 등급에 따라 점수화하여 분석함으로서 설계단계에서 위험 가능성에 대한 평가에 이용이 가능하도록 하였으며, 기존의 Interaction Matrix에서 8개의 설계 요소 중(RQD, 일축압축강도, 풍화도, 안정계수, 토피고, 지하수위, RMR, 투수계수) 안정계수 산정방법을 수정하여 보다 신뢰성을 높였다. 또한 현장적용에 대한 신뢰성을 검증하기위하여 URI 시스템을 실제현장에 적용하였다.
Abstract
ground conditions have always been a major problem for the construction of tunnel. Therefore, it is necessary to evaluate the risk capacity before and/or during construction of new tunnel. This paper presents the simplified risk assessment system using modified stability number(N), namely Underground Risk Index(URI)-system, to evaluate the tunnel risk possibility in the design stage. URI is a scoring system for risk possibility by rating the each appraisal elements. The modified stability number (N) which is one of risk factor in the Interaction Matrix parameters such as RQD, UCS, weathering, overburden, stability number, ground water-table, RMR, permeability and so on, is used in the system. In addition, the case study is performed in order to verify the applicability of URI-system in practice.
초록
본 연구의 목적은 록볼트의 건전도를 평가하기 위하여 록볼트의 비파괴시험을 기술하고 비파괴시험의 적용성을 조사하는 것이다. 록볼트 자체와 그라우팅재를 포함한 록볼트의 건전도를 평가하기 위하여, 수치해석 및 실험적 방법을 이용한 두 가지 방법이 적용되었다. 수치해석적 방법에서는 “DISPERSE” 프로그램을 이용하여 록볼트 시스템에서 유도파 전달시의 분산성분석을 수행하였다. 분산선도 곡선은 지중근입되어 있는 록볼트에 대하여 주변암반과 그라우팅재의 강성에 따라 신호파의 진폭감쇠정도와 주파수변화대비 전파속도의 영향을 보여준다. 이로 부터 록볼트의 건전도 시험을 위한 최적의 주파수를 추정할 수 있으며, 그 결과 L(1) 모드에서 20～70 kHz가 최적의 주파수대역으로 선정하였다. 실험적 방법에서는 시험체를 제작한 후 현장조건을 모사하여 실내비파괴시험을 실시하였다. 비파괴 실험기법으로는 록볼트 선단부에 가진 센서를 부착, 매입하여 전기신호 가진에 의한 투과법을 적용하였다. 그라우팅과 주변암반에 의해 신호파의 전파속도와 진폭에 영향이 있으며, 그라우팅과 주변암반으로의 leaking 등에 의하여 신호파의 진폭이 감쇠하는 것으로 나타났다. 또한 시험체가 그라우팅으로 피복되어 있을 경우 자유구속 및 지중근입 조건에서 공동결함 크기가 증가함에 따라 무결함부에 비하여 진폭이 증가하였다. 그리고 수진된 신호파의 초동시간이 감소하여 전파속도는 전반적으로 선형적 증가 경향을 보였으며, 진폭변화에 비하여 전파속도가 공동결함비율 변화에 더 민감한 반응을 보였다. 본 연구는 록볼트의 건전도 평가시에 비파괴시험이 매우 유용한 방법임을 확인할 수 있었다.
Abstract
one of the main support systems, rock bolts play a crucial role in the reinforcement of tunnels. Numerical and experimental studies using a transmission method of ultrasonic guided waves are performed to evaluate the integrity of rock bolts encapsulated by grouting paste. Numerical simulations using “DISPERSE” are carried out for the selection of the optimal experimental setup, i.e. non-destructive testing (NDT) system of the rock bolt. Based on results of the numerical simulation, the calculated frequency range for NDT testing is between 20kHz and 70kHz with the first longitudinal L(1) mode. Laboratory transmission tests are performed by attaching the piezo electric sensor at the tip of the rock bolt before embedding. Both of analytical and experimental results show that the amplitude of signals as well as the wave velocity increases with increase in the defect ratio of grouting paste. The defect in grouting paste means that the space around the rock bolt is not fully filled with the grouting paste. Experimental results also show that the increase of the wave velocity is more sensitive to the defect ratio increase than that of the amplitude. This study demonstrates that the transmission technique of ultrasonic guided waves may be a valuable tool in the evaluation of the rock bolt integrity.
초록
터널 굴착은 응력해방을 발생시키기 때문에 연약한 지반에서의 터널 굴착 시에는 막장의 안정성 확보가 무엇보다도 중요한 사안으로 대두되고 있다. 이에 대한 대책 공법 중 굴착대상 막장면을 일정한 강성을 가진 강봉이나 유리 섬유 파이프를 이용하여 선행 보강하는 페이스 볼트 공법이 적용되고 있다. 본 연구에서는 이러한 페이스 볼트를 이용한 막장 보강공법의 적용성을 검토하기 위해 페이스 볼트 공법이 필요한 연약한 지반에서 타설 되는 볼트의 개수를 0, 20, 40, 60, 80, 100개의 6가지 Case와 길이를 0.5D (2가지), 1.0D, 1.5D, 2.0D의 5가지 Case에 관하여 FLAC3D Ver.2.1을 이용해 3차원 연속체 해석을 실시하였다.
Abstract
tunnel excavation generats stress release, a stability security of tunnel face is mainly important in case of tunnel excavation in the weak grounds. using the steel bar or glass fiber pipe which had regular hardness, a face bolt method to reinforce previously is applied to an excavation object tunnel face aspect among measures methods regarding this. Therefore, used FLAC3D Ver. 2.1 on 5 Case of 0.5D (2EA), 1.0D, 1.5D, 2.0D with the length and 6 Case of 0, 20, 40, 60, 80, 100EA with the number of the bolt that a face bolt method was installed at these papers in the necessary weak grounds in order to review applicability of the tunnel face reinforcement method that used these face bolts, and executed three dimension continuous analysis.
초록
절리가 존재하는 암반에서 2-Arch 터널을 굴착할 때 절리방향과 굴착단계에 따른 필라하중의 변화를 실험적으로 연구하였다. 이를 위해, 대형 모형 실험기(폭 3.3m, 높이 3.0m, 길이 0.45m)에 1/10 크기의 2-Arch 모형터널을 갖는 다양한 각도의 절리를 포함한 지반을 조성하고, 실제 시공과정을 따라 굴착하면서 터널굴착으로 인한 터널 주변지반의 변형을 측정하고, 굴착단계에 따라 필라에 작용하는 하중을 측정하였다. 계측된 데이터로부터 2-Arch 터널의 굴착에 따른 거동을 분석한 결과 절리의 각도에 따라 굴착단계별로 터널 주변지반의 변형 및 필라에 작용하는 하중이 크게 영향을 받는 것을 확인하였다.
Abstract
on the pillar and ground deformation in 2-arch tunnel, which is excavated in the rock mass with regular discontinuities, depending on the dips of discontinuities and the construction sequences were experimentally studied. Large scale model tests in the biaxial test facility were performed. Tested model (width 3.3m, height 3.0m, and length 0.45m) for 2-arch tunnel in 1/10 scale were built with various dips. Test results show that discontinuities have greate affects on the behavior of the 2-arch tunnel, especially on the pillar loads and ground deformation.