대심도 복층터널에 대한 굴착 안정성 평가비교 연구

장남주,강한길,김기환,최창림 사단법인 한국터널지하공간학회 2019 한국터널지하공간학회논문집 Vol.21 No.1

'주요 도심지 도로건설은 포화상태로 지하공간의 개발이 필요하며 이를 위해 지하철도와 지하 도로 터널의 건설은 활발히 진행되어 왔다. 국외의 경우 지하 도로터널을 2층구조로 활용하는 복층터널 시공이 이루어 졌으며 이에 따른 지하공간 개발 기술이 높은 수준에 이르고 있다. 2차로 병설터널을 2차로 복층터널로 계획하는 경우 굴착 면적은 크게 차이가 나지 않으며, 터널 통과구간이 차지하는 폭을 대폭 줄일 수 있다. 이를 통해 터널 통과구간이 차지하는 폭을 대폭감소시킬 수 있으므로 지반조건이 불량한 경우 필요한 상부 보강 비용을 절감할 수 있다. 본 연구에서는 복층터널 굴착에따른 영향에 대해 알아봄으로써 지하공간 활용 기술을 높이고 단층터널 굴착영향과 비교를 통해 향후 복층터널 설계 및안정성 평가에 도움이 될 수 있을 것으로 기대된다. It is necessary to construct underground in the metropolis. Road traffic has reached saturation point. The city has several underground road construction projects. In abroad, double deck tunnels are planned and constructed. It is attained a high level of underground development technology. In case the double deck tunnel (2 lane) is planed instead of the bidirectional tunnel (2 lane), excavation area is similar. But tunnel width is decreased. The reduced width can cut cost for the tunnel reinforcement. This study evaluates the stability of excavation on double deck tunnel. By the assessment of the strength-stress ratio and strength reduction method, quantitative analysis is conducted between double deck tunnel and the bidirectional tunnel

지하상업공간에서 천창의 효과에 대한 연구 - 일본 지하가 근무자를 중심으로

이강주 사단법인 한국터널지하공간학회 2019 한국터널지하공간학회논문집 Vol.21 No.4

본 연구는 지하공간에서 천창이 갖는 실증적인 의미를 고찰하였다. 이를 위해 기술성능, 기능성능, 행태성능으로 구성된29개의 설문문항을 도출하였다. 또한, 천창이 있는 지하가와 천창이 없는 지하가와의 비교를 통해 천창의 의미가 분명하게 드러날 것이라는 가정 하에, 일본의 지하가 중 천창이 설치된 3개의 지하가와 천창이 없는 3개의 지하가를 연구의 분석대상으로 선정하였다. 설문조사 결과를 바탕으로 본 연구에서는 기술통계분석과 빈도분석을 실시하였고 각각의 차이분석을 위하여 독립표본 T-검정을 실시하였으며 개선우선순위 도출을 위하여 상관분석을 실시하였다. 분석 결과, 지하상업공간에서 천창은 내부에서의 시간감과 이미지성에서 그 효과가 확실한 것으로 나타났다. 또한 지하상업공간의 질적인 측면에서도 중요한 순기능을 발휘하는 것으로 분석되었다. 마지막으로 천창이 없는 3개 지하가에 대한 개선순위는표지/안내도, 공간의 다양성, 유지관리, 휴게공간, 바닥디자인 등의 순서로 도출되었다. 천창이 있는 3개 지하가에 대한개선순위는 휴게공간, 공간의 다양성, 온습도, 공기, 유지관리 등의 순서로 도출되었다. This study examined the empirical meaning of skylight in underground space, and for this purpose, 29 questions were drawn, consisting of technical performance, functional performance, and behavioral performance. In addition, under the assumption that the meaning of the skylight will be clearly revealed through the comparison between the underground streets with and without the skylight, three underground streets with the skylight and three underground streets without the skylight of Japan were selected as the subjects of the study. Based on the results of the survey, descriptive statistical analysis and frequency analysis were conducted, and an independent sample T-test was conducted for each analysis, and correlation analysis was conducted to derive improvement priority. As a result of the analysis, it was found that skylight had a certain effect on the sense of time and imageability inside the underground commercial space. In addition, it was analyzed that skylight exerted important function in the qualitative aspect of underground commercial space. Lastly, the improvement rankings for three underground streets without skylight were derived in the order of sign/guide map, space diversity, maintenance, rest space, and floor design.The improvement rankings for three underground streets with skylight were drawn in order of resting space, diversity of space, temperature and humidity, air, and maintenance.

지반 물성치의 공간적 분포에 따른 터널 변위 특성 분석

송기일,조계춘,Song, Ki-Il,Cho, Gye-Chun 한국터널지하공간학회 2006 한국터널지하공간학회논문집 Vol.8 No.3

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. 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.

실대형 진동대 시험을 통한 복층터널 중간 슬래브 진동 감쇠 고무받침 내진성능 평가

장동인,박인준 사단법인 한국터널지하공간학회 2020 한국터널지하공간학회논문집 Vol.22 No.4

도심권의 교통 집중과 정체로 인하여 지하 공간 활용성이 필요함에 따라 지하구조물에 대한 연구가 늘어나고 있다. 그 중 복층터널은 지하구조물을 대표 할 수 있다. 복층터널은 중간슬래브를 기준으로 상, 하부 차도를 구분하여 운영하고 있다. 중간슬래브는 차량의 하중 및 지진하중에 의하여 동적거동을 한다. 특히 지진의 의한 응답특성은 하중의 크기 및 작용 메커니즘이 매우 복잡하고 이론적 접근이 어려워 실험적 연구가 필요하다. 본 연구에서는 붕괴방지 내진 1등급의 복층터널 중간슬래브에 진동 감쇠 고무받침 유무에 따른 안정성 평가를 실시하는데 목적을 두고 있다. 본 진동대 실험에서는 상사율 1/4을 적용하였으며, 모형실험에서 지반과 모형의 일체거동을 묘사하기 위하여 라이닝과 진동대판을 고정시켰으며 이를 통해서 상대거동을 최소화 하였다. 실험대상은 가상복층터널 TBM 표준단면으로 정했다. 기반암에 가해지는 지반운동 수준을 0.154 g (붕괴방지 수준 내진 1등급 인공지진파)이며 이 가속도를 최대로 하는 지진파를 진동대 입력(기반암)에 작용시켜 모형에 증폭현상을 분석하고 진동 감쇠 고무받침 유무에 따른 중간슬래브의 내진 안정성에 대해 평가분석 하였다. 그 결과, 지진 감쇠 고무받침 유무에 따라서 지진 가속도 감쇠 효과가 최대 40% 이상 있음을 알 수 있었다. Traffic jam and congestion in urban areas has caused the need to improve the utility ofunderground space. In response, research on underground structures is increasinglybeing conducted. Notably, a double-deck tunnel is one of the most widely used of allthose underground structures. This double-deck tunnel is separated by the middle slabinto the upper and lower roadways. Both vehicle load and earthquake load cause themiddle slab to exhibit dynamic behavior. Earthquake-related response characteristics,in particular, are highly complex and difficult to interpret in a theoretical context, andthus experimental research is required. The aim of the present study is to assess thestability of a double-deck tunnel’s middle slab of the Collapse Prevention Level andSeismic Category 1 with regard to the presence of vibration-damping Rubber Bearings. In vibration table tests, the ratio of similitude was set to 1/4. Linings and vibratingplatforms were fixed during scaled model tests to represent the integrated behavior ofthe ground and the applied models. In doing so, it was possible to minimize relativebehavior. The standard TBM cross-section for the virtual double-deck tunnel wasselected as a test subject. The level of ground motion exerted on the bedrock was setto 0.154 g (artificial seismic wave, Collapse Prevention Level and Seismic Category 1). A seismic wave with the maximum acceleration of 0.154 g was applied to the vibrationtable input (bedrock) to analyze resultant amplification in the models. As a result, theseismic stability of the middle slab was evaluated and analyzed with respect to thepresence of vibration-damping rubber bearings. It was confirmed that the presence ofvibration-damping rubber bearings improved its earthquake acceleration dampingperformance by up to 40%.

연속터널에서의 오염물질 재유입 및 환기영향평가

김영근,김우성,위용곤,김남영,이호석 사단법인 한국터널지하공간학회 2003 한국터널지하공간학회논문집 Vol.5 No.2

Recently, there are many cases in the roadway design for successive tunnel with small distance between two tunnels. In this case, the degree of interference for successive tunnels is a significant consideration in the design of ventilation systems. Also, Re-inflows of contaminated air in successive tunnel make serious ventilation problems in case of fire accident in the tunnel. In this study, for successive tunnels in Donghae highway project, the concentration of contaminant such as CO, NOx and Smoke were calculated by numerical analysis using 1D and 3D-CFD analysis. And, the rate of re-inflow at the portals of successive tunnel according to the direction of wind were analysed. 최근 도로설계시 두 개의 터널이 짧은 거리로 계속적으로 존재하는 연속터널에 대한 설계사례가 증가하고 있다. 이러한 경우에 있어, 한 터널내에서 발생한 오염물질은 다른 터널로 재유입하여 터널환기 시스템에 중대한 영향을 미치게 되므로, 이에 대한 적절한 환기검토가 수행되어야 한다. 본 연구에서는 동해 고속도로 설계시 나타난 연속터널을 대상으로 하여 1차원 터널내 오염농도 해석 및 3차원 CFD 해석 프로그램을 사용하여 터널내 오염농도의 거동 및 터널 갱구부 주변의 오염물질의 재유입 여부를 분석하여, 연속터널에 대한 터널내 외부유동에 대한 환기영향을 검증하였다. 이를 위하여 해당지역인 속초지방의 기상데이터를 분석하고, 기상조건에 따른 터널내부의 공기환경을 검토하였으며, 3차원 시뮬레이션을 통하여 각각의 터널에 대한 재유입 여부 및 재유입율을 분석하였다.

석회암 공동발달유형에 따른 터널지보패턴의 표준화에 대한 연구

김상환 사단법인 한국터널지하공간학회 2003 한국터널지하공간학회논문집 Vol.5 No.3

In karst formation area, the tunnel support system is an important factor for the tunnel safety during operation. It is also not easy to determine the tunnel supporting system in the design stage. Therefore, it is necessary to standardize the tunnel supporting system in uncertain ground condition. This paper presents the standardization of the tunnel supporting systems to be adopt in karst formation. For the tunnel planned in the project area, karst features and the expected scenarios in the tunnel area were developed based on the results of the geological and geotechnical assessment. In order to provide specific supporting system and construction details for a wide range of possible karst features, the generalized typical support systems are developed according to the classification of karst features. In addition, the initial support systems and construction sequence for each karst feature are also presented in this paper. 일반적으로 석회암 공동발달지역의 터널지보는 터널의 안정성을 좌우하는 매우 중요한 요소중에 하나이다. 이를 위하여 설계단계에서 석회암 공동발달지역과 같은 불확실성 지반조건에서 터널의 지보패턴에 대하여서는 용이하게 결정 할 수 없을 것이다. 따라서 석회암 공동발달지역에서의 일반적으로 제시할 수 있는 터널지보패턴에 대한 표준화가 요구되어진다. 이 논문은 석회암공동발달지역에서의 터널지보패턴의 표준화기법에 대한 연구 결과를 제시하였다. 이 연구는 국내의 석회암 공동발달지역의 불확실한 지반조건에서의 터널지보 System에 대한 간편화 기법에 대하여 기술하였다. 특히, 석회암공동발달지역에 대한 지반의 등급화기법 뿐만 아니라 이에 따른 터널지보패턴 간편화 기법에 대하여서도 제시하였다. 또한, 석회암 공동지반등급과 지보패턴별 요구되는 보강 및 보조공법에 대하여서도 상세 서술하였다. 이 연구를 수행하기 위하여 석회암 공동이 발달되어 있는 OO지역에 계획되었던 터널에 대하여 실질적으로 설계과정을 통하여 지보패턴의 형식선정기법의 적용에 대한 연구를 실시하였다. 이 연구 결과를 통하여 향후 석회암 공동발달지역 뿐만 아니라 이와 유사지반에서의 터널지보 설계에 적용하므로써 터널기술향상을 도모할 것이다.

지반 접속부 설계에 따른 수중터널의 동적 거동 특성에 대한 수치해석적 연구

강석준,박주현,조계춘 사단법인 한국터널지하공간학회 2023 한국터널지하공간학회논문집 Vol.25 No.1

수중터널은 내륙 간 연결을 위해 지반에 접속되어야 한다. 지반 접속부에 연결된 지중터널과 수중터널이 보이는 변위 불균형은 응력 집중을 야기할 수 있으며, 이를 해결하기 위한 방법으로 탄성 조인트를 활용할 경우에는 정적 하중 조건에서 지반 접속부의 응력 집중은 해소시킬 수 있음이 선행 연구에서 확인되었다. 그러나, 지속적으로 거동하는 수중터널의 구속조건을 고려했을 때 지반 접속부의 동적 거동과 안정성에 탄성 조인트의 활용이 미치는 영향이 검토되어야 한다. 본 연구에서는 동적 하중 조건의 수중터널 및 지반 접속부를 수치해석적 방법을 통해 모사하였으며, 동일 상황을 모사한 축소 모형시험을 통해 수치해석 모델을 검증하였다. 다양한 물성의 탄성 조인트가 설치될 경우에 대한 수치해석적 모사를 통해 탄성 조인트 강성에 따른 수중터널의 고유진동수 변화와 공진 거동을 분석하였다. 그 결과, 조인트의 강성과 고유진동수가 멱함수 관계를 가짐이 확인되었다. 낮은 강성의 조인트로 지반 접속부가 설계될 경우, 수중터널의 고유진동수는 감소하여 낮은 진동수의 동하중이 가해지는 해양 환경에서 공진의 위험이 증가할 뿐만 아니라 공진 발생 시 최대 속도가 크게 증가하였다. 그러므로, 수중터널 지반 접속부의 응력 집중 해소와 공진 방지를 동시에 고려하여 지반 접속부를 설계해야 할 것으로 판단된다

터널의 기하학적 형태 및 캐노피 설치가 터널 환기 및 화재 확산에 미치는 영향 분석

이창우,서기윤,김정욱,Lee, Chang-Woo,Suh, Ki-Yoon,Kim, Jung-Wook 한국터널지하공간학회 2006 한국터널지하공간학회논문집 Vol.8 No.4

시계조절이나 설해방지 목적으로 설치되는 캐노피 구간 내에서의 기류유동특성의 이해는 정상환기 뿐만 아니라 비상시 대처방안 강구를 위한 요건이다. 또한 터널 방재시스템 설계를 위하여서는 종단구배, 평면선형, 단면크기 및 형태 등과 같은 터널의 다양한 특성이 화재확산에 미치는 영향에 대한 정량적인 이해가 필요하다. 본 연구에서는 국내도로터널의 전형적인 특성을 적용한 터널에 캐노피가 된 경우와 종단 및 선형구배, 단면적 및 형태, 곡선구간이 환기 및 화재확산에 미치는 영향을 CFD분석함을 목적으로 하였다. 분석결과 145m길이의 캐노피인 경우 50%정도의 개구율이 기류유동 패턴 및 환기효과면에서 가장 바람직하였다. 1.8km 터널내에서 20MW 화재발생시 종단구배는 풍속분포와 화재연 확산에 큰 영향을 미치며 제트팬$({\varnothing}1250)$ 4대를 가동한 경우 화재발생 후 5분 경과시 하류 40m지점 부근에서의 화재연 농도는 +2% 구배에서는 13% 감소, -2% 구배의 경우에는 20%정도 증가하며 또한 backlayering거리가 45m정도에 달한다. 직사각형 단면터널의 경우, 화재연 농도 및 풍속분포는 말굽형 터널과 비교하여 현저한 차이가 관찰되지 않는다. 3차선 터널에서는 이들 변수는 모두 감소하며 100초 경과시 50m 정도의 backlayering을 보이며 이후 서서히 감소한다. 곡선터널인 경우는 화재연의 확산이 느리며 100초 경과시 50m에 달하던 backlayering현상은 급격히 사라진다. Understanding the airflow characteristics within the canopy structure installed between closely adjacent tunnels either for light adaptation or for protection from snow hazards is required for the normal ventilation as well as safety system design. Grade, horizontal alignment, cross-sectional area and shape are known to substantially influence the fire smoke behavior and their influences raise great concern for the safety design. This paper aims at studying the effects of tunnel geometrical characteristics and canopy installation on the ventilation and fire propagation through CFD analysis. In the case of 145m long canopy, 50% opening ratio is preferred with respect to the airflow pattern and ventilation efficiency. When a 20MW fire occurs in a 1.8km-long tunnel and four 1250mm reversible jet fans are instantly turned on, smoke concentration at 40m downstream of the fire decrease 13% for the upgrade tunnel with 2% gradient and increases 20% for -2% gradient, compared to the standard horizontal tunnel. Backlayering is observed within 45m-long segment toward the entrance in 2% down-graded tunnel. In a rectangular tunnel, there is no significant difference of smoke concentration as well as velocity profile from the standard crown tunnel. Three-laned tunnel shows lower level of both profiles and backlayering is detected up to 50m upstream of the fire, while the risky situation rapidly disappears thereafter.

대형 지하구조물의 내진해석

최승훈,박인준,김상환,Choi, Seung-Ho,Pam, Inn-Joon,Kim, Sang-Hwan 한국터널지하공간학회 2009 한국터널지하공간학회논문집 Vol.11 No.2

대형 지하구조물은 지진 시 지하구조물 자체의 동적특성보다는 주변 지반의 동적특성과 지하구조물의 체적에 더 큰 영향을 받는다. 따라서 본 연구의 목적은 다양한 내진해석 영향 인자들(지반조건-Q값, 지반의 동적 특성치, 단면 형상비 및 체적, 지하구조물 동적 특성치, 및 내진등급)을 포함하고 있는 대형 지하구조물의 대표적인 캐번(Cavern)에 대해 수치해석 프로그램(SAUS: 지하구조물 지진 해석 프로그램)을 이용하여 내진해석을 수행하는 것이다. 본 연구 결과 단면형 상 비의 변화에 따라서 최대 변형률, 최대 모멘트, 최대 전단력에 별 영향을 주지 못한 반면에 지반조건(Q값), 지하구조물의 체적변화, 및 내진등급에는 상당히 만감하게 반응을 하였다. 본 연구의 결과를 기초로 내진 해석의 영향 인자들의 평가가 가능해졌다. The large underground structure under earthquake is affected more by soil dynamic characteristic and volume of structure than by structural dynamic characteristic itself. Therefore, it is the purpose of research that the aseismic analysis for caverns including various aseismic analysis factors (rock quality-Q value, soil dynamic characteristic, shape ratio $&$ volume, underground structural dynamic characteristic, and aseismic level) are applied by using the numerical analysis program (SAUS; seismic analysis of underground structures). The result of research is stated that maximum strain, maximum moment, and maximum shear are not sensitive with respect to shape ratio. However those values are sensitive with respect to Q value, volume of underground structure and aseismic level. Based on the results of this research, the assessment for the influence factors of aseismic analysis for large underground structure could be possible.

영구 무지보 터널의 일반적인 조건에 관한 수치해석적 연구

윤지선,류주열 사단법인 한국터널지하공간학회 2003 한국터널지하공간학회논문집 Vol.5 No.2

The present with in this country, rock bolt installation, shotcrete, and concrete lining in construction order has become accepted as a general tunnelling method in NATM. On the other hand Unlined tunnelling method, which was developed by many countries near Scandinavian Peninsula with hard rocks comparatively, has recently been introduced all over the world, and numerous studies about that have been being devoted to domestic tunnels.Unlined tunnelling method has been developed on the basis of the permanently unsupported openings, and general 7 requirements for them were suggested by Nick Barton. There are no case record about these conditions for Q-system in this country. Therefore, input parameters for Q-system under these conditions were applied to general road tunnel cross-section and numerical analyses for each condition were executed with UDEC-BB, Distinct Element Method. 현재 국내에서는 굴착 후 록볼트, 숏크리트와 콘크리트 라이닝을 현장에서 타설하는 NATM이 일반적인 터널공법으로 정착되어있는 상태이다. 이에 반해 최근 암반이 양호한 스칸디나비아 반도 부근의 국가를 중심으로 무라이닝 터널공법이 개발되어, 세계각국으로 확대되고 있으며 비교적 암반이 양호한 국내에서도 이러한 무라이닝 터널공법에 대한 적용성이 활발히 연구중 이다. 무라이닝 터널공법은 영구 무지보 지하공동에 대한 연구를 근간으로 발달되어 왔으며, 영구 무지보 지하 굴착에 관해서는 Barton이 수많은 사례기록들을 토대로 일반적인 조건 7가지를 제시하고 있다. 이 조건들은 Q-system에 관한 조건이지만, 국내에는 적용된 실적이 없는 조건이다. 따라서, 이 조건들에 의해 산출된 Q값에 대한 입력변수를 임의의 일반 도로터널단면에 적용하여, 불연속체 해석기법인 UDEC-BB을 사용하여 각 조건에 대해 수치해석적 검증을 실시하였다.