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현장 내공변위계측 시계열 자료기반 근접터널의 순응적 시공안정성 분석
김경용(Kyung-Yong Kim),조국환(Kook-Hwan Cho),손석철(Seok-Chul Son) 한국산학기술학회 2024 한국산학기술학회논문지 Vol.25 No.5
최근 도심지 철도터널은 공용중인 터널에 인접하여 터널이 시공 되어지고 있다. 기존 공용터널에 근접하여 시공터널을 시공하기 위해서는 운행중인 공용터널의 구조적 안정성을 확보하고 시공터널을 시공하여야 한다. 설계에서는 설계기준을 준용하여 설계하지만 실제 현장조건과 지반조건이 장소마다 큰 차이를 나타낸다. 시공단계 해석 결과도 현장조건과 불일치하고 일률적인 추정 공학 상수를 이용하므로 신뢰성이 매우 낮다. 이에 대한 해결방안은 현장계측과 적절한 시공관리시스템이다. 본 연구에서는 시공터널을 굴착하면서 인접한 공용터널의 안정성을 목표로 현장계측 시계열분석 결과를 다음 시공단계에 적용하는 순응적 순환관리체계를 시도하였다. 먼저 공용터널 직하부의 시공터널을 굴착하기전에 수치해석을 수행하였다. 수치해석 결과를 이용하여 공용터널 취약부위에 내공변위계를 설치하였다. 현장계측 결과 최대 0.028mm 발생하였다. 시공터널 굴착에 따른 공용터널의 시계열 현장계측자료를 이용하여 공용터널 내공변위 추세를 예측하였다. 예측기법으로는 시계열분석기법 중 하나인 진보된 ARIMA모델을 이용하였다. ARIMA모델을 이용한 단기 추세예측 결과는 현장계측과 오차가 최대 0.002mm 발생하였다. 이는 95% 신뢰한계값 이내이므로 매우 적합하게 예측되었다. Recently, railway tunnels in urban areas have been built as proximity tunnels adjacent to operating tunnels. The structural stability of the operating tunnel must be secured, and the construction tunnel must be constructed before constructing a tunnel close to an existing operating tunnel. While designs adhere to design standards, the actual site and ground conditions exhibit significant variations across locations. The reliability of the construction stage analysis is very low because it is inconsistent with the field conditions, and a uniform estimated engineering constant is used. The solution to this is on-site measurement and an appropriate construction management system. In this study, an adaptive cycle management system was attempted to apply the results of time series analysis of field measurements to the next construction stage to ensure the stability of adjacent operating tunnels while excavating a construction tunnel. First, numerical analysis was performed before excavating the construction tunnel directly under the operating tunnel. Using numerical analysis results, a convergence meter was installed in the vulnerable area of the operating tunnel. Field measurements indicated a maximum displacement of 0.028 mm. The trend of convergence in the operating tunnel was predicted using the time series field measurement data of the operating tunnel according to the construction tunnel excavation. The advanced ARIMA model, one of the time series analysis techniques, was used as a prediction technique. The short-term trend prediction result using the ARIMA model revealed a maximum error of 0.002 mm from field measurements. This was predicted to be very suitable because it was within the 95% confidence threshold.
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