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- P-ISSN2233-8292
- E-ISSN2287-4747
- KCI
18권 1호
초록
TBM 시공 중에는 설계단계에서 예측하지 못한 지반과 조우할 수 있다. 그 중에서 TBM 굴진의 안정성을 저해하는 위험지반과 조우할 경우, 예상치 못한 문제로 인한 공사비 증가, 공기 지연 등으로 상당한 경제적 손실이 발생하게 된다. 따라서 시공 중 예상치 못한 리스크를 최소화하는 것은 TBM 프로젝트에서 매우 중요한 문제이다. 본 논문에서는 TBM 시공 중 막장전방의 위험지반을 사전에 예측하는 방안과 해당 위험지반으로 인해 발생 가능한 리스크 사건을 제시하였다. 또한 리스크 사건의 위험도를 평가하고, 대응이 필요한 리스크 사건에 대하여 대책공법을 제시할 수 있는 TBM 리스크 관리 시스템을 개발하였다. 먼저 TBM 굴진 중 안정성을 저해하는 위험지반들로 인해 발생 가능한 리스크 사건을 정리하였으며, 시공 중 막장전방의 위험지반을 예측하기 위한 방법으로 전기비저항 탐사기법을 활용하였다. 이렇게 예측한 위험지반에서 발생 가능한 리스크 사건의 위험도 평가는 위험지반 조우 시 리스크 사건의 발생확률과 리스크로 인한 다운타임의 크기에 대한 상호 영향도를 고려하여 수행한다. 평가 결과 등급에 따라 대응이 필요한 리스크 사건에 대하여 대책공법들을 제시하였으며, 여러 대책공법 중 최적의 대책공법을 객관적인 기준으로 선정하기 위하여 공사비와 공사기간 등을 속성으로 한 다기준 의사결정론을 활용하였다. 마지막으로 본 시스템의 검증을 위해 실제 리스크가 발생했던 EPB Shield TBM 현장에 개발 시스템을 적용하여, 시공 중 효과적인 리스크 관리를 통해 발생 가능한 리스크의 사전 대응이 가능함을 확인하였다.
Abstract
When utilizing a Tunnel Boring Machine (TBM) for tunnelling work, unexpected ground conditions can be encountered that are not predicted in the design stage. These include fractured zones or mixed ground conditions that are likely to reduce the stability of TBM excavation, and result in considerable economic losses such as construction delays or increases in costs. Minimizing these potential risks during tunnel construction is therefore a crucial issue in any mechanized tunneling project. This paper proposed the potential risk events that may occur due to risky ground conditions. A resistivity survey is utilized to predict the risky ground conditions ahead of the tunnel face during construction. The potential risk events are then evaluated based on their occurrence probability and impact. A TBM risk management system that can suggest proper solution methods (measures) for potential risk events is also developed. Multi-Criterion Decision Making (MCDM) is utilized to determine the optimal solution method (optimal measure) to handle risk events. Lastly, an actual construction site, at which there was a risk event during Earth Pressure-Balance (EPB) Shield TBM construction, is analyzed to verify the efficacy of the proposed system.
초록
본 연구에서는 해저 터널의 특수성을 고려한 TBM 세그먼트 라이닝의 최적 설계 시스템을 개발하였다. 해저 터널은 일반적으로 일정 수압 하의 토사나 암반 등으로 구성된 해저 지반 내에 시공된다. 본 설계 시스템은 특정 해저 터널 단면에서의 지반 조건, 시공 조건 및 터널 조건을 고려하여 인공신경망 기반의 세그먼트 라이닝 부재력 예측 시스템을 구축하고, 시공성이 확보된 단면 DB를 구축하여 해저터널에서 최적 단면 설계가 가능하도록 구성하였다. 결과적으로 본 시스템은 해저 터널 설계에 사용되는 BIM과 연동되어 자동으로 설계가 가능하도록 하였다. 단면 검토 및 설계에 사용되는 세그먼트 라이닝 부재력 예측은 유한요소해석을 토대로 구축한 인공신경망을 통해 일반화한 후 BIM 시스템에 접목시켜 별도의 추가 해석이 필요없이 유사 단면의 해저 터널 설계에 적용이 가능하도록 하였다.
Abstract
This paper concerns the development of an optimized TBM segmental lining design system for a subsea tunnel. The subsea tunnel is normally laid down under the sea water and submarine ground which consists of soil or rock. The design system is the series of process which can predict segmental lining member forces by ANN (artificial neural network system), analyze suitable section for the designated ground, construction and tunnel conditions. Finally, this lining design system aims to be connected with a BIM system for designing the subsea tunnel automatically. The lining member forces are predicted based on the ANN which was calculated by a FEM (finite element analysis) and it helps designers determine its segmental lining dimension easily without any further FE calculations.
초록
본 연구에서는 철도터널의 배수재로 사용되는 부직포의 배수 특성을 정밀하게 조사하기 위하여 실제 터널 시공현장과 유사한 경계조건 및 하중조합을 가진 실험장비를 고안하였다. ASTM D4716과 유사한 성능을 갖는 실험장비는 숏크리트 및 방･배수재와 콘크리트 경계면의 굴곡을 현장 조건과 유사하게 구현할 수 있으며 관련 시방조건 만족유무에 따른 실험결과로부터 일반 배수재의 성능을 규명하였다. 또한 배수성능 개선을 위하여 부직포 사이에 지오그리드를 삽입한 혼합형 배수재를 사용한 경우와 일반 배수재에 대한 실험결과로부터 혼합형 배수재의 배수성능 및 적용방안에 대하여 고찰하였다.
Abstract
A new testing equipment is designed to investigate the characteristics of the drainage fabric which is used in the tunnel drain system. The equipment is possible to model the loading as well as boundary conditions of the shotcrete precisely and it follows the general guideline of ASTM D4716 so that the interface between shotcrete and concrete lining retains the real situation in the tunnel site. Using the real loading conditions and surface irregularities, the flow rate and its capacity of the regular fabric has been estimated. A composite drainage fabric having geogrid inside was also used to investigate the flow rate and its efficiency. The advantages of the composite fabric compared with the regular one have been demonstrated using the experimental data and brief outline of the future work is finally proposed.
초록
터널 화재시 정체차량에 의한 정체길이가 터널연장을 초과할 경우, 환기저항의 증가에 따른 제연설비 용량의 증가가 발생하게 된다. 그러나 현행 방재지침에는 정체길이에 대한 정의가 없기 때문에 합리적 산출식의 제시가 필요하다. 본 연구에서는 터널 화재시 정체차량 대수에 의한 정체길이의 산정식을 제시하고, 터널연장별 적용성 분석을 수행하였다. 일반적인 터널의 경우, 화재시 정체길이의 과도한 적용을 방지하기 위해서는 터널연장 1,200 m 까지는 정체길이와 터널연장과의 상호비교가 필요한 것으로 분석되었고, 모델터널에 대한 적용성 평가결과 제연용 제트팬의 절감효과가 있는 것으로 분석되었다. 더불어 정체길이의 판별여부를 대형차혼입률과 터널연장의 관계로 설명할 수 있는 정량화 선도를 제시하였다. 결과적으로 제연설비 용량결정시, 정체차량에 의한 정체길이가 터널연장을 초과하는 경우에는 터널연장을 초과하는 차량대수는 차량에 의한 환기저항 산정에서 제외하는 것이 타당한 것으로 분석된다.
Abstract
When the queue length of congestion vehicles in tunnel fire is extended beyond tunnel length, the capacity of smoke control system needs to be increased in line with ventilation resistance. However, the vehicle queue length is not defined , so a rational equation is necessary in current fire prevention guideline. This study is intended to propose an equation to calculate the queue length considering the number of vehicles in queue in tunnel fire and evaluate the applicability by tunnel length as well. When it comes to normal tunnel, it is necessary to compare the vehicle queue length with tunnel length up to the length of 1,200 m in a bid to avoid applying the vehicle queue length excessively in case of fire. As a result of evaluation of applicability to model a tunnel, saving the number of jet fan for smoke control appeared to be effective. Besides, quantitative approach to explain the vehicle queue length through the relationship between the percentage of large vehicles and tunnel length was presented. Consequently, when the queue length of the congestion vehicles exceeds the tunnel length in determining the capacity of smoke control system in case of fire, the number of vehicles beyond the tunnel length needs to be excluded from estimating the ventilation resistance by vehicles.
초록
본 논문은 터널 유지관리계측의 압력 관리기준치 설정에 대한 연구로 계측 초기에 설정된 지하철계측 초기 관리기준치를 토대로 서울지하철 6,7,9호선 8개 대표단면의 터널 콘크리트라이닝의 토압과 간극수압에 대하여 약 5년에 걸친 계측 실적을 분석하고, 국외 계측관리기준을 비교하여 향후 터널 유지관리계측에 적용할 압력 계측관리기준치 설정에 대한 연구를 수행하였다. 연구결과 향후에 터널에 적용할 유지관리계측의 압력 관리기준치는 국내적용 계측관리기준치와 국외적용 계측관리기준치 분석결과를 비교하여 안전단계는 허용압력의 60%, 주의단계는 허용압력의 80%, 정밀분석단계는 허용압력의 100%로 실무에서 쉽게 적용할 수 있는 절대치에 의한 계측관리방법을 제안하였다.
Abstract
This study analyzed a monitoring data, based on the initial limit values of monitoring in subway, of earth pressure and pore water pressure. The data is obtained from 8 sections of the Seoul metropolitan subway line No 6, 7 and 9 in about 5 years. Also, a research is performed to set up the limit values of management monitoring, which will be applied to management monitoring in tunnel, through comparing the limit values of overseas management monitoring data and that of domestic management monitoring data. And the result obtained from comparison show that the safety phase is 60% of allowable pressure, the attention phase is 80% of allowable pressure and the precision analysis phase is 100% of allowable pressure. Also, we presented a method of management monitoring by the absolute value which can be easily applied easily in practical affairs.
초록
본 논문에서는 화강풍화대를 통과하는 슬러리 TBM 굴진 중 지표 침하 및 체적손실 산정에 관한 사례 연구를 수행하였다. 터널 천단 침하 계측 결과로부터 TBM 굴진 단계별 침하 발생 경향을 분석하였고, 횡방향 지표 침하 트라프로부터 굴진 중 체적손실 및 트라프 변수를 산정하였다. 또한, 체적손실 산정 모델을 이용하여 지반 특성과 굴진 중 측정된 기계데이터가 반영된 굴진 단계별 체적손실을 산정하였으며, 이를 실제 계측 결과와 비교･분석하였다. 슬러리 TBM의 경우 대부분의 지표침하는 쉴드 본체 통과 및 뒤채움 주입 이후 발생하는 것으로 나타났고 문헌에 보고된 총 체적손실 및 트라프 곡선 형태가 확인되었다. 실제 굴진 중 체적손실은 굴진 단계별로 쉴드손실 예측값의 90%, 테일부 손실 예측값의 60% 수준으로 분석되었고, 쉴드 손실에 비해 테일부 손실의 편차가 큰 것으로 나타났다.
Abstract
This paper presents a case study on the ground settlement and volume loss estimation for slurry pressure balanced shield TBM tunnelling in weathered zone of granite rock. Settlement at each stage of shield tunnelling was analyzed and the volume losses and settlement trough factors were estimated from observations. In addition, using the existing volume loss evaluation method in literature, volume losses were estimated considering ground properties and actual driving parameters. Most of ground settlement occurred during passage of shield skin passage and after backfill grouting, and the measured total volume loss and trough curves appeared to coincide with literature. Shield and tail loss obtained from field measurement were found to be around 90% and 60% of the predictions, where tail loss indicated larger deviation than shield loss.
초록
최근 도시철도 터널내부에서 콘크리트 도상의 확대로 유발된 반사마찰소음에 대한 저감대책으로 다공성 흡음블럭이 적용되고 있다. 운영 중인 도시철도용 품질시험기준과 제정 중인 철도표준규격을 만족하는 흡음블럭의 개발을 위하여 3 단계의 최적 배합설계를 위한 주요 변수시험을 수행하였다. 순환 골재인 플라이애쉬를 혼합하여 건비빔 발포 시료를 개발하여 요구되는 구조성능을 시험하고 혼화재의 영향성을 평가하였다. 또한 도시철도 터널 내부에 시공할 경우 열악한 작업환경과 원활한 유지관리에 대한 대책으로 대표적인 경량골재들을 혼합하여 경량화와 구조성능을 평가하였다.
Abstract
As spreading of train concrete ballast leads to the increase resounding friction noise, an porous sound absorbing block is applied in urban train tunnel as a counterparts against the friction noise. Three steps of major variables tests for an optimal mix design of the block are conducted to pursue the light weight of the block. Pilot property tests of the block for the cases of the fly-ash only as lightweight aggregates are carried satisfying KRT(Korean Rail Transit) and new KRS(Korean Railway Standards). Based on the results of pilot tests, required structural strength and admixture effects are evaluated. Additionally, typical lightweight aggregates are replaced so that lightweight and strength are improved for serviceability of poor working conditions and proper maintenance in urban train tunnel.
초록
1970년대 후반부터 설치된 공동구는 노후화에 따른 구조적 안정성과 수용시설의 변화에 따른 사용성이 문제가 될 수 있다. 노후 공동구의 확폭 재시공은 이에 대한 대안이 될 수 있지만 터널확폭에 대한 연구는 대부분 일정 심도 이상의 교통터널에 대하여 수행되었으며 저심도의 박스형 공동구에 대하여는 거의 연구가 이루어지지 않았다. 이 연구에서는 2차원 유한요소해석을 이용하여 공동구 터널을 편측확폭하는 경우 지반의 강성조건과 확폭 규모에 따라 확폭이 지반 침하에 미치는 영향을 분석하고자 하였다. 연구결과 최대 지표침하는 확폭 규모가 크거나 지반 강성이 작을수록 크게 발생하였다. 박스형 터널의 편측확폭시 침하 양상은 Clough & Schmidt (1981)의 제안과 유사하게 나타났으며, 침하 영향범위는 지반특성보다 확폭의 크기에 더 영향을 받는 것으로 나타났다.
Abstract
Utility tunnels have been employed in Korea since the 1970s and start to make trouble with structural safety and serviceability. Recently, tunnel enlargement has consequently been proposed due to the impending problems. However there are little study on box type utility tunnels except traffic tunnels. A 2D finite element analysis was conducted to evaluate ground behavior which depends on enlargement size and stiffness by one-side enlargement of the utility tunnel. Settlement scale increased with larger enlargement size and less stiff ground conditions. The observed settlement characteristics due to enlargement are similar to that suggested by Clough & Schmidt (1981). The settlement width is more affected by enlargement size than ground condition.
초록
도시지역에 시공되는 지하차도 구조물은 지리적 특성상 지하수위의 영향을 받기 쉽다. 그러나 지하차도 구조물 설계 시에는 일괄적인 지하수위를 적용하여 설계를 수행하는 경우가 많으며 이는 과소 또는 과다 설계를 초래할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 보다 신뢰도 높은 지하수위 예측을 통해 지하차도 구조물의 합리적인 부력설계 방향을 제시하고자한다. 특히, 최근 친환경적인 개발 개념인 LID 기법을 도입한 투수 포장 적용에 따른 물순환 특성 변화가 지하차도 구조물에 어떠한 영향을 미치는지에 대해 검토하였다. 이를 위해 개발 전, 개발 후, 투수포장 적용에 의한 지표면 불투수 특성 변화가 침투량 및 지하수위 변화에 미치는 영향 분석과 지하차도 안정성을 검토하는 일련의 수치해석을 수행하였다. 해석결과 지표면의 변화가 지하수위 변화를 유발하고 지하 구조물 안정성에 영향을 줄 수 있음을 확인하였다. 따라서 지하차도 및 지하구조물의 최적 설계를 위해서는 지표면 유출 특성을 고려한 적절한 지하수위 예측 및 적용이 필요할 것으로 판단된다.
Abstract
Ground water is one of important parameters in the designs of underpass structures because urban areas are characterized by soil ground which is relatively permeable than rock ground and a high level of ground water due to low elevation. Therefore, it is important properly to predict variations of the ground water when they can affect underpass structures. In this study, a series of numerical analyses are performed to predict the variations of ground water levels considering the degree of surface imperviousness and LID(Low Impact Development) application. In turn the stability of underground structure is assessed using predicted ground water level. The results show that an increase in the impervious surface area decreases the ground water level. The application of permeable pavement as a LID facility increases the ground water level, improving the infiltration capacity of rainfall into the ground. Seasonal variations of the ground water level are also verified in numerical simulation. The results of this study suggest that reasonable designs of underpass structures can be obtained with the suitable prediction and application of the ground water level considering the surface characteristics.
초록
본 연구는 팽창구조체 설계에서 중요한 인자인 마찰계수의 결정에 대하여 중점을 두었다. 팽창구조체는 지중 구조물 의 시공 및 운영 시 발생되는 돌발용수 및 이상누수에 의한 사고들에 대비한 많은 가치가 있는 수동적 급속차폐시스템이다. 특히 해저터널에 있어서는 필수적이라고 할 수 있다. 본 연구는 팽창구조체를 구성하는 섬유재료의 상대적인 마찰거동에 대한 결과를 제시하였다. 이러한 마찰거동을 평가하기 위하여 마찰실험과 모형터널마찰실험을 실시하였다. 마찰시험으로부터 서로 다른 표면 조건에서 마찰계수를 결정하였으며, 이 결과로 얻어진 마찰계수는 실질적인 모형 미끄럼시험 결과를 통하여 분석 비교하였다. 이 들 결과로부터 터널과 팽창구조체 상호 마찰거동에 대하여 검토하였다. 이 연구 결과로부터 모형터널마찰실험으로부터 얻어진 마찰계수 값은 실내 마찰시험으로부터 얻은 마찰계수 값보다 약 12%작게 나타났다.
Abstract
This paper is focused on the determination of friction parameter which is a predominant factor in the design of inflatable structure system. This inflatable structure system is very valuably used to protect passively and rapidly the possibilities of tunnel damages by flooding threats and unusual leakage to be occurred during and after underground infrastructure construction. In particular, this system should be necessary in subsea tunnel. This study presents the experimental results obtained from the relative friction characteristics tests of the fabric materials that constitute the inflatable structure. In order to evaluate the relative friction behaviour of the inflatable structure system, friction tests and scaled model tunnel friction tests are carried out. The friction tests are carried out to determine the friction coefficient for different surface conditions between tunnel and inflatable structure. These friction coefficients are then evaluated and compared with the result obtained from the model tunnel friction tests. Interaction behaviours between tunnel and system are also reviewed and described in this study. The results clearly show that the friction coefficients derived from scaled model slippage tests are about 12% lower than values obtained from the friction tests. In addition, this study will be necessary to verify the real friction behaviour with prototype tests before applying in practice.