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.

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.

수평하중을 받는 단일 말뚝 하부 터널굴착 시 말뚝-터널 수평이격거리에 따른 말뚝 및 인접 지반 거동

안호연,오동욱,이용주,Ahn, Ho-Yeon,Oh, Dong-Wook,Lee, Yong-Joo 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.5

최근, 도심지에 초고층 아파트, 롯데월드타워와 같은 초고층빌딩의 수가 증가하면서 말뚝기초에 작용하는 풍하중, 지진하중, 토압 등 수평하중의 중요성이 높아지고 있다. 또한 도심지의 지상공간이 포화되면서 발생하는 다양한 문제를 해결하기 위하여 지하공간 개발은 유용한 해결책으로 언급되고 있다. 따라서 도심지 지하공간 개발에서 터널굴착에 대한 수직하중과 수평하중을 받는 말뚝의 거동, 지하공간의 개발을 모사하는 터널굴착과 관련된 연구는 많은 연구자들에 의해 수행되고 있다. 하지만, 수직하중과 수평하중을 받는 말뚝과 터널굴착으로 야기되는 상호거동에 관한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 따라서, 본 연구에서는 도심지의 상황을 반영하여 수직하중과 수평하중을 받는 기존 구조물 하부에 터널을 굴착함으로써 야기되는 말뚝의 거동을 실내모형시험, 근거리사진계측 및 수치해석을 통해 비교 및 분석하였다. 말뚝과 터널의 수평이격거리(0.0D, 1.0D, 2.0D: D = 터널직경)와 허용수평하중의 크기($0.34P_{ah}$, $0.67P_{ah}$, $P_{ah}$)에 따라 총 9 CASES로 분류하여 터널굴착에 따른 말뚝의 축력과 거동을 관찰하였다. 그 결과 말뚝과 터널의 수평이격거리가 가까울수록 말뚝은 터널 굴착의 영향을 크게 받는 것을 알 수 있었고 수평이격거리가 멀어질수록 터널굴착의 영향보다는 허용수평하중의 영향을 더 크게 받는 것을 알 수 있었다. 또한, 수평이격거리가 증가하고 허용수평하중의 크기가 증가할수록($P_{ah}$) 말뚝 축력의 변화양상이 크게 발생하는 것을 알 수 있었다. Recently, as the number of high-rise building and earthquake occurrence are increasing, it is more important to consider horizontal load such as wind and seismic loads, earth pressure, for the pile foundation. Also, development of underground space in urban areas is more demanded to meet various problem induced by growing population. Many studies on pile subjected to horizontal load have been conducted by many researchers. However, research regarding interactive behavior on pile subjected to horizontal load with tunnel are rare, so far. In this study, therefore, study on the behaviors of ground and horizontal and vertical loads applied to single pile was carried out using laboratory model test and numerical analysis. The pile axial force and ground deformation were investigated according to offset between pile and tunnel (0.0D, 1.0D, 2.0D: D = tunnel diameter). At the same time, close range photogrammetry was used to measure displacement of underground due to tunnelling during laboratory model test. The results from numerical analysis were compared to that from laboratory model test.

구조물 근접 터널시공시 최적의 보강범위에 관한 연구

이홍성,김대영,천병식,정혁상,Lee, Hong-Sung,Kim, Dae-Young,Chun, Byung-Sik,Jung, Hyuk-Sang 한국터널지하공간학회 2009 한국터널지하공간학회논문집 Vol.11 No.2

쾌적한 지상공간의 삶을 위하여 전세계적으로 지하공간 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 그 규모도 점차 대형화하고 었는 추세이다. 하지만 밀집한 상부 구조물에 대한 피해 우려와 기존 지하공간과의 간섭 등으로 인하여 새로운 지하공간 건설 시 많은 주의가 필요한 실정이다. 천층에 굴착되는 터널의 경우, 굴착으로 인한 상부 구조물의 피해를 최소화하기 위하여 구조물 하부 및 터널 주변지반의 보강이 필수적이나 그 적정범위에 대한 기준은 마련되어있지 않은 설정이다. 본 논문에서는 직경 20 m의 대단면 터널이 구조물 하부에 시공되는 경우에 대해서 수치해석을 실시하여, 터널과 구조물간의 수직 및 수평이격거리에 따른 구조물 피해정도를 조사하였고 보강이 필요한 경우에는 각각의 경우별로 최적의 보강범위를 제시하였다. 본 논문에서 다룬 지반조건에 대한 해석결과, 수직이격거리가 0.50(D 터널등가직경)인 경우에는 수평이격거리가 0D에 근접하면서부터 보강이 필요한 것으로 나타났으며, 수직이격거리가 0.75D인 경우에는 터널이 구조물 하부에 위치할 때 보강이 필요하였다. 또한 수직이격거리가 1D 이상인 경우에는 수평이격거리에 상관없이 보강이 필요 없는 것으로 나타났다. 구조물 기초지반 보강범위는 갚이 7 m, 폭은 구조물 전제를 포함하여 터널 측벽에서 5 m 벗어난 곳까지이다. 상황에 따라 적절한 보강공법을 선택하였을 경우, 이와 같은 보강범위는 구조물 안정에 충분한 것으로 나타났다. Development of underground space is actively performed globally for better life in the surface, and the scale of the space is increasing. Extreme care should be taken in the construction of the underground space in urban areas in order to avoid damage of adjacent structures and interference with existing underground space. In case of shallow tunnels, reinforcement of ground and structures is necessary to minimize the damage to structures due to excavation but any standard for optimum range of the reinforcement has not been established yet. In this paper, a series of numerical analyses have been performed for a 20 m diameter tunnel excavated underneath a structure to investigate the degree of damage of the structure according to vertical and horizontal spacing between the tunnel and structure. In addition to that, optimum range of reinforcement is presented for each case where reinforcement is required. It has been observed that the reinforcement is necessary for the ground condition adapted in the analyses as follows: (1) if horizontal spacing ($S_{H}$) approaches to 0D (D: equivalent diameter of tunnel) for vertical spacing (Sv) of 0.5D, and (2) if tunnel exists underneath the structure for vertical spacing (Sv) of 0.75D. The reinforcement is not necessary for Sv of 10 regardless of $S_{H}$. It also has been obtained that the optimum ranges of the reinforcement around structure foundation are 7 m in depth and whole width of the structure and 5 m beyond tunnel sidewall. These reinforcememt ranges have been confirmed to be enough for stability of the structure if types of reinforcement method is appropriately selected.

NATM 터널의 리스크 관리 시스템 개발 및 현장적용

정희영,이강현,김병규,이인모,최항석 사단법인 한국터널지하공간학회 2020 한국터널지하공간학회논문집 Vol.22 No.2

In this paper, a risk management system applicable to NATM tunneling projects is proposed. After investigating case histories in NATM tunnel collapse, this paper analyzes the potential risk factors and their corresponding risk events during NATM tunnel construction. The risk factors are categorized into three groups: geological, design and construction risk factors. The risk events are also categorized into four types: excessive deformation, excessive deformation with subsidence, collapse inside tunnels, and collapse inside tunnels with subsidence. The paper identifies risk scenarios in consideration of the risk factors and proposes a risk analysis/evaluation method for the NATM tunnel risk scenarios. Based on the evaluation results, the optimal mitigation measure to handle the risk events is suggested. In order to effectively facilitate a series of risk management processes, it is necessary to develop a risk register and a management ledger for risk mitigation measures that are customized to NATM tunnels. Lastly, the risk management for an actual NATM tunnel construction site is performed to verify the validity of the proposed system. 본 논문의 목적은 NATM 터널에 적용 가능한 리스크 관리 시스템을 구축하는 것이다. 이를 위해 먼저 NATM 터널 현장의 붕괴 사례를 조사하고, 이를 바탕으로 NATM 터널시공 중 발생 가능한 리스크 사건과 그 발생원인인 리스크 요인을 분석하였다. 리스크 요인은 지질, 설계, 시공 리스크 요인의 세 가지 카테고리로 구분하여 분석하였고, 리스크 사건은 과 대변형, 과대변형 및 지표침하, 터널내부 붕락, 붕락 및 지표침하/함몰의 네 가지 유형으로 분석하였다. 또한, 리스크 요인으로부터 리스크 사건이 발생하는 일련의 리스크 시나리오를 리스크 요인별로 식별하였으며, 해당 NATM 터널 리스크 시나리오에 대한 리스크 분석 및 평가 방안을 제시하였다. 평가결과에 따라 리스크 대응이 필요한 시나리오에 대해 최적의 리스크 저감 대책공법을 선정하는 방안을 제시하였고, 일련의 NATM 터널 리스크 관리 프로세스를 효과적으로 수행할 수 있도록 NATM 터널 리스크 등록부 및 대책공법 관리대장을 개발하였다. 또한, 구축한 리스크 관리 시스템을 실제 도로터널 프로젝트에 적용하여 리스크 식별, 분석 및 평가, 대응 과정을 수행함으로써 그 타당성을 검증하였다.

록볼트로 보강강된 터널주변지반의 강도정수 변화에 대한 연구

김상환,방규민 사단법인 한국터널지하공간학회 2005 한국터널지하공간학회논문집 Vol.7 No.1

In general the strength parameter of the ground will be changed by reinforcing the ground around tunnel. In this case, the concept of tunnel design, such as supporting system, excavation, lining and so on, should be modified based on the failure criteria of the ground changed by the reinforcement. This paper presents the variation mechanism of strength parameters and new failure criteria of the reinforced ground. In order to perform this research, theoretical and experimental works were carried out. It was clearly founded that the cohesion of strength parameters is only increased by reinforcement of ground, especially by rock bolting. 록볼트증가하였고 이와 더불어 터널분야의 여러 기술의 도입 및 개발이 활발히 이루어져 왔다. 그럼에도 불구하고 실제 터널건설에 있어서 아직도 경험적인 방법을 많이 사용하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 터널건설에 적용가능한 이론적인 개념을 확립하여 터널건설에 반영함으로써 이론에 충실하고 안정성에 대하여 예측 가능한 터널이 건설되어 다른 구조물보다도 많은 예산이 소요되는 터널의 주변지반을 보강할 경우 지반의 강도정수는 변화한다. 그러므로 보강된 터널주변지반의 지보, 보조 및 보강, 굴착설계 시 보강된 주변지반의 강도기준에 대하여 고려하여야 할 것이다. 따라서 본 논문에서는 터널의 주변지반을 보강할 경우 터널주변지반의 복합거동에 대한 연구로써 간편 터널 지보/보강 설계법과 보강된 주변지반의 강도정수변화에 대하여 이론적 및 실험적으로 연구하였으며, 또한 터널주변 강도정수 변화 결과에 따른 복합항복함수에 대해서도 제시하였다. 연구결과, 록볼트의 경우에는 터널주변지반의 내부마찰각의 증가보다는 점착력의 증가에 많은 영향을 준다는 것을 알 수 있었다.

지진시 가상 호남-제주 해저터널의 지반응답 특성

곽창원,장동인,박인준,박성용,Kwak, Chang-Won,Jang, Dong-In,Park, Inn-Joon,Park, Seong-Yong 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.3

최근 대형화되고 있는 지하구조물은 평상시는 물론 지진시에도 안전성을 확보하여야 한다. 지하구조물의 특성상 지진시 지반운동의 크기와 관성력이 작고 일산 감쇠가 커서 지상구조물에 비해 지진에 유리하나 최근 발생한 지진에서 심각한 피해 사례를 경험한 바 있다. 따라서 지하구조물의 지진시 응답특성에 대한 보다 정밀한 접근이 필요하다. 본 연구에서는 호남~제주 해저터널의 가상단면에 대한 내진해석을 수행하여 지진시 터널 구조물의 응답특성을 분석하였다. 그 결과, 지진시 터널 라이닝에 발생하는 부재력은 파쇄대 및 연약대 구간에서 증가하는 것으로 나타났다. 또한 축방향 변형 시에는 단면이 큰 터널에서 라이닝의 부재력이 크게 산정되었으나 횡방향 변형 시에는 단면이 큰 터널에서 라이닝의 부재력이 작게 산정되는 경향을 보였다. Underground structures such as subsea tunnel having large section should be stable against seismic loads. In general, underground structures show more stable behavior due to the limited dynamic motion and force, and considerable energy dissipation; however, severe damage was reported from recent earthquakes. Therefore, more sophisticated and analytic approach is required to investigate the seismic response of underground structure like subsea tunnel. In this study, seismic analysis of virtual Honam-Jeju subsea tunnel are performed. Consequently, stresses and forces of tunnel lining increased at fractured and/or weak rock zones. Stresses and forces of tunnel lining also increased at large section under axially deformed condition; however, decrease under transversely deformed condition.

도로터널 내 환기소 위치별 방재 효율에 관한 실험적 연구

이동호,김하영,윤찬훈,김진,Rie, Dong-Ho,Kim, Ha-Young,Yoon, Chan-Hoon,Kim, Jin 한국터널지하공간학회 2010 자연, 터널 그리고 지하공간 Vol.12 No.3

An experimental study was carried out on a reduced scale model tunnel to investigate the efficiency of disaster prevention at underground and ground ventilation equipments for the fire in road tunnels. Based on Froude modeling, the 1/50 scaled model tunnel (20 m long) was manufactured. The vertical shafts that are used in the analysis of efficiency of disaster prevention are the two models that had considered when the real tunnels are designed and the amounts of smoke exhaust are applied the miniature of the real tunnels' smoke exhaust, 560 and $280\;m^3/s$. As the result of analysis, it is the possible the emissions of the entire quantity of CO gas through the vertical shafts. In the ground ventilation equipments, the concentration of CO is discharged 2.23~2,73 ppm smaller than the underground ventilation equipments. And the temperature rise in the ground ventilation equipments is $0.53{\sim}0.94^{\circ}C$ lower than in the underground ventilation equipments because of a cooling effect of the surface of the tunnel wall. As a result of analysis of CO concentration and the temperature rise in the modeling ventilation equipment, the position of ground ventilation equipment is more effective than the underground ventilation equipment in disaster prevention measures. 본 연구에서는 도로터널 화재 시 지하 및 지상 환기소의 방재 효율을 검토하기 위해 터널 축소모형실험을 실시하였다. 터널 모형은 Froude 상사를 기본으로 도로터널을 1/50로 축소하여 20 m의 모형 터널을 제작하였다. 방재 효율 분석에 적용된 연직갱은 설제 터널 설계시 고려된 두 가지 모형으로서 실터널 560, $280\;m^3/s$의 배연량을 1/50으로 상사하여 적용하였다. 결과로 모두 연직갱을 통한 CO 가스의 전량 배출이 가능한 것으로 분석되었다. 두 환기소의 CO 농도는 지상 환기소가 지하 환기소 보다 2.23~2.73 ppm 작게 배출되었다. 그리고 지상 환기소의 경우 터널 벽면의 냉각효과로 인해 화재 후 온도의 상승이 지하 환기소보다 $0.53{\sim}0.94^{\circ}C$ 낮게 나타났다. 이상의 축소모형 환기소 내 CO농도 및 온도변화의 분석 결과, 방재적인 측면에서 볼 때 도로터널 내 환기소의 위치는 지하보다 지상에 위치하는 것이 유리할 것으로 판단되었다.

기존 대구경 파이프라인과 신설터널간의 상호작용

정선아,최정인,홍은수,천윤철,이석원,Jeong, Sun-Ah,Choi, Jung-In,Hong, Eun-Soo,Chun, Youn-Chul,Lee, Seok-Won 한국터널지하공간학회 2009 한국터널지하공간학회논문집 Vol.11 No.2

도심지 등 지역적인 여전에 의하여 기존의 지하 공동 또는 터널에 근접하여 발파를 이용한 새로운 터널을 굴착할 경우, 새로운 터널의 굴착으로 인하여 지반이 이완되고 따라서 기존 지하 공동의 안정성에 문제가 발생할 수 있다. 이러한 가존 지하 공동의 안정성에 문제를 발생시킬 수 있는 가장 큰 요소로는 기존 지하 공동과 신설 터널의 이격거리가 될 수 또한 신설 터널 굴착으로 인한 소성영역의 발생에 따른 지반 이완을 문제 심을 수 있다. 따라서 본 연구에서는 기존 광역 상수관과 신설 터널의 이격거리에 따른 기존 광역 상수관의 안정성을 평가하기 위하여 이격거라가 다른 여섯 가지 모델에 대해 석고를 이용힌 2차원 축소 모형실험을 실시하였다. 실험 결과는 터널 굴착과정과 파괴 단계에서 발생된 변위 벡터와 균열양상으로 표현하였다. 터널 굴착과정 중 발생하는 변위를 분석하면, 터널과 광역 상수관의 간격이 상수관 직경의 2.5배 (2.5D)까지는 이격거리가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보인다. 그러나 중심 간격이 2.5D를 넘으면 추가변위는 발생하지 않았다. When a new tunnel is excavated by the drill and blast method near pre-existing underground structures or tunnels due to the region restricted condition such as urban area, the ground will be relaxed by the excavation. In this case, issues can be created in terms of stability of pre-existing underground structures. One of major factors determining the stability of pre-existing underground structures can be a separation distance between pre-existing underground structures and a newly excavated tunnel. The region of ground relaxation defined by the plastic zone due to new excavation can be varied by separation distance. In this study, in other to estimate an influence of new tunnel excavation in terms of separation distance on the stability of pre-existing large pipelines, two-dimensional scaled model tests using plaster were performed for six models which have a different separation distance, The results show that based on the analysis of induced displacement during tunnel construction, the displacement decreases as the separation distance between large pipeline and new tunnel is increased until the distance is 2.5 times of pipeline diameter. Beyond this point, however, the displacement has become stabilized.