풍화암반 저심도 터널 굴착 중 발생한 지표침하의 특성

김치환(Chee-hwan Kim) 한국암반공학회 2013 터널과지하공간 Vol.23 No.5

풍화암반에 저심도 터널을 굴착하였을 때 발생하는 지표침하의 특성을 분석하였다. 터널은 아파트 등 건물하부를 지나고 터널까지의 최저심도는 약 11 m, 터널 폭도 약 11 m이다. 건물에 인접한 터널 180 m 구간에 지표침하핀을 23개 설치하고 약 2년의 공사기간 동안 지표침하를 계측하였다. 이와 같이 계측한 지표침하량을 최적화하여 3차원 지표침하면을 모사하였고 지표침하폭 매개변수(K)와 터널단위길이당 횡단면침하체적(Vs)의 변화를 분석하였다. The characteristics of subsidence above a shallow tunnel excavated in weathered rock mass is analyzed. The tunnel is excavated minimum about 11m beneath some buildings and the width of the tunnel is 11m, too. Subsidence pins are installed at 23 locations on surface along the tunnel, 180m long, adjacent to the buildings. Subsidences are measured for about 2 years and they are optimized to analyze three dimensional deformed ground surface, trough width parameter K and sectional volume loss of unit tunnel length Vs of the surface deformation profile.

채굴적에 의한 지반침하 사례 분석을 통한 침하발생 범위의 추정에 관한 연구

김병렬(Byung-Ryeol Kim),이승중(Seung-Joong Lee),최성웅(Sung-Oong Choi) 한국암반공학회 2013 터널과지하공간 Vol.23 No.1

폐광산에서의 지표침하의 영향범위를 추정하기 위하여 많이 적용되어 왔던 도식법은 수평탄층에서 흔히 발생하는 트러프형 침하의 영향범위를 추정하는데 그 적용성이 높은 것으로 알려져 왔다. 그러나 국내 광산의 광체들은 대부분 급경사이며, 침하 형태 또한 함몰형의 빈도가 상대적으로 높은 것으로 보고되고 있기 때문에, 국내 침하지에 도식법을 직접적으로 적용하는 것은 바람직하지 않다. 따라서 본 연구에서는 국내 폐광산 지역에서 발생한 총 163개의 지표침하 발생지에 대한 사례분석을 실시하여, 채굴적의 위치를 기준으로 광체의 경사방향 및 광체의 경사반대방향으로의 지표침하 발생범위를 규명하였다. 또한 이를 토대로 채굴적의 심도를 고려한 지표침하 발생범위에 대한 추정각을 산정하였으며, 기존의 도식법과의 비교분석 및 지표침하 발생 사례 적용분석을 통해 최종적으로 이 추정각의 범위를 제안하였다. Graphical method has been widely applied to the prediction of subsidence area, and is known to have advantages in analysis of trough subsidence which is common in horizontally seamed mine area. However, it is reported that most of the ore bodies in Korea are geologically inclined from sub-horizontal to steep, and therefore, the sinkhole subsidence is frequent in abandoned mine area. For these reasons, it is not to be desired that graphical method is applied for predicting the subsidence occurrence. This paper describes the results of subsidence zone prediction considering the dip direction and the opposite direction of inclined ore bodies from the case studies on the 163 subsidence occurrence regions. The results show also the assumed angle which can define the range of subsidence in the surface area. In conclusion, the limit of this angle is suggested after taking into account the comparison with graphical method and the application to the case histories.

현장계측과 수치해석에 의한 쉴드TBM 터널의 지표침하 예측모델

김승철,안성율,이송,노태길,Kim, Seung-Chul,Ahn, Sung-Youll,Lee, Song,Noh, Tae-Kil 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.3

본 연구는 쉴드 TBM을 적용한 국내 지하철 현장의 계측 자료를 분석하고 기존 이론식에 의한 모델 및 수치해석 결과와의 비교를 통해 보다 간편한 지표침하 예측 S-모델을 개발하였다. 이를 위해 전체 굴착 구간 중, 대표 station을 선정하여 횡방향 지표침하 특성과 굴착 진행에 따른 종방향 지표침하 특성을 분석하였다. 분석 결과를 바탕으로 횡방향 지표침하 형태는 이완영역과 탄성영역으로 구성된다고 가정하고 실제 계측 자료와의 비교를 통해 최대 지표침하량과 침하 영향 범위를 산정할 수 있는 모델을 제안하였다. 이에 의하면 굴착 진행에 따른 종방향 지표침하 형태는 3차 함수 특성과 유사하였으며 각각의 계수를 터널 직경 및 토피고의 함수로 하여 S-모델을 제안하였고, 실제 계측 값 및 수치해석 결과와 상당히 유사한 형태의 지표침하를 얻을 수 있었다. 따라서 본 연구결과를 통해 다소 연약한 풍화토, 풍화암 지층을 통과하는 쉴드 TBM 굴착 시공 시, 간편 S-모델을 이용하여 굴착에 따른 지표침하의 예측이 가능할 것으로 판단된다. In this study, more convenient model(S-model) for predicting ground surface settlement is developed through comparing field monitoring data of the domestic subway applied shield TBM method with conventional equation & numerical analysis. Sample stations are chosen from whole of excavation section and lateral & vertical ground surface settlement characteristic with excavation are analysed. Based on analysis result, through the comparison with actual monitoring data, the model that is possible to compute maximum surface settlement and settlement influence area is suggested with assumption that lateral surface settlement forms are composed relaxed zone and elastic zone. In addition, vertical ground surface settlement patterns with excavation are similar to cubic-function and S-model with assumption that coefficients are function of tunnel diameter and depth is suggested. Consequently, the ground surface settlement patterns are significantly similar to actual monitoring data and numerical method result. Thus, as a result, when tunnels are excavated using sheild TBM through rather soft weathered soil & rock layer, prediction of ground surface settlement with excavation using convenient S-model is practicable.

경사지반에서 얕은터널의 굴착에 따른 지표침하에 대한 실험적 연구

박찬혁,이상덕,Park, Chan Hyuk,Lee, Sang Duk 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.5

도시 내에서 기반시설을 확충하기 위해 지하공간의 활용이 급증하고 있으며, 이에 따라 얕은터널의 수요가 늘고 있다. 도시 내 얕은터널은 자체 안정성 뿐만 아니라 상부 건축물과 터널 주변 지중매설물의 안전성도 확보해야 하는 특성이 있다. 지금까지 얕은터널에 대한 연구는 천단부나 측벽부 등 국부적 변형에 따른 주변지반 거동에 집중되었고 터널 전체의 변형에 따른 주변지반의 거동을 연구한 예가 거의 없다. 따라서, 본 연구에서는 터널 전체의 변형에 의해 발생되는 주변지반 거동의 모형시험을 수행하여 분석하고 그 안정성을 검토하였으며, 이를 위해 터널 상부지표의 경사와 토피별로 구분하여 모형시험을 수행하였다. 모형터널(폭 300 mm, 높이 200 mm)은 도로 2차선 터널 단면을 기준으로 수직 수평방향으로 동시에 내공변위가 일어나도록 제작하였으며, 모형지반은 3가지 규격(직경 4 mm, 6 mm, 8 mm)의 탄소봉으로 조성하였고, 터널 전체를 변형시키면서 터널 토피와 상부지표의 경사에 따른 지표침하, 천단하중, 측벽하중, 하중전이를 측정하였다. 그 결과 얕은터널의 지표침하는 터널상부에서 가장 크게 발생하였고, 터널에서 멀어질수록 감소하여 일정영역을 벗어나면 발생하지 않았으며, 경사지에서는 토피가 높은 곳의 지표침하가 넓게 나타났다. 천단하중과 측벽하중은 지표경사의 영향이 뚜렷하였으나 토피가 일정깊이 이상이면 지표경사의 영향을 받지 않았다. 터널의 하중전이는 수평지표에서는 토피가 높을수록, 경사진 지표에서 지표가 높을수록 하중전이 폭이 넓고 크기가 작게 나타났으며, 경사진 지표 하부 얕은 터널에서는 토피가 낮은 쪽의 터널 측벽부 주변 하중전이가 뚜렷하게 나타났다. The need of the underground space for the infrastructures in urban area is increasing, and especially the demand for shallow tunnels increased drastically. It is very important that the shallow tunnel in the urban area should fulfill not only its own safety conditions but also the safety condition for the adjacent structures and the surrounding sub-structure. Most of the studies on the behavior of shallow tunnels concentrated only on their behaviors due to the local deformation of the tunnel, such as tunnel crown or tunnel sidewall. However, few studies have been performed for the behavior of the shallow tunnel due to the deformation of the entire tunnel. Therefore, in this study the behavior of the surrounding ground and the stability caused by deformation of the whole tunnel were studied. For that purpose, model tests were performed for the various ground surface slopes and the cover depth of the tunnel. The model tunnel (width 300 mm, height 200 mm) could be simulationally deformed in the vertical and horizontal direction. The model ground was built by using carbon rods of three types (4 mm, 6 mm, 8 mm), in various surface slopes and cover depth of the tunnel. The subsidence of ground surface, the load on the tunnel crown and the sidewall, and the transferred load near tunnel were measured. As results, the ground surface subsided above the tunnel, and its amount decreased as the distance from the tunnel increased. The influence of a tunnel ceased in a certain distance from the tunnel. At the inclined ground surface, the wider subsidence has been occurred. The loads on the crown and the sidewall were clearly visible, but there was no effect of the surface slope at a certain depth. The load transfer on the adjacent ground was larger when the cover depth (on the horizontal surface) was lager. The higher the level (on the inclined surface), the wider and smaller it appeared. On the shallow tunnel under inclined surface, the transfer of the ambient load on the tunnel sidewall (low side) was clearly visible.

비개착 강관압입공법의 지표침하 예측방법 연구

정지승(Jeeseung Chung),이규영(Gyuyoung Lee) 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회논문집 Vol.16 No.11

최근 급격한 도시화로 인한 신도시, 택지개발지구 등의 증가로 기존 구조물 하부를 통과하는 비개착 강관압입공법의 적용이 증가하는 추세이다. 비개착공법은 시공 중 기존구조물의 정상적인 운영 안정성이 확보되어야 하므로 강관압입에 의한 지표침하의 정밀한 예측이 필수적으로 필요한 공법이다. 강관압입 시 침하를 발생시키는 원인은 강관 선단과 강관과의 직경차에 의한 공극, 원활한 강관압입을 위한 과굴착, 강관과 지반과의 마찰에 의한 공극 발생 등이 있으며, 이는 Shield TBM 시공 시 발생하는 침하원인과 유사하다. 본 연구에서는 Shield TBM의 침하 예측방법인 Gap Parameter Method와 Volume Loss Method를 이용하여 강관압입 시 침하를 예측하였으며, 현장시험을 통하여 예측방법에 대한 비교?분석을 수행하였다. 그 결과 Volume Loss 예측방법이 현장시험과 가장 유사한 결과로 나타났으나, 추후 예측방법의 Factor 결정 및 비개착공법 전체 침하예측을 위한 적용성 등 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다. Non-excavation method is needed to secure the stability of existing structures during construction. Therefore, prediction of ground settlement is essential. Causes of settlement when using steel pipe indentation method are leading pipe-steel pipe gap, excessive excavation and soil-steel pipe friction etc. Also they are similar to the causes of settlement when using Shield TBM during construction. In this study, ground settlement during steel pipe indentation is predicted by the Gap Parameter Method and Volume Loss Method which are kinds of Shield TBM prediction Method. and compared with those of prediction methods by conducting field test. As a result, Volume Loss Prediction Method is the most similar to the field tests. However, It is needed to additional studies, such as decision of the factors and adaptability for total settlement predictions of non-excavation method.

PS-InSAR기법을 이용한 광산구 지표 변위 분석

이원응,윤홍식,염민교,이준민 한국재난정보학회 2017 한국재난정보학회 학술대회 Vol.2017 No.11

지반침하는 열차 탈선과 같은 대형재난을 야기할 수 있다. 그러므로 지반침하를 사전에 파악하기 위한 다양한 연구가 진행 중이다. 최근 광범위한 지역의 지표변위를 경제적으로 분석할 수 있는 InSAR( nterferometric SAR)기법을 이용한 연구가 활발히 진행되고 있다. InSAR 기법 중 PS-InSAR(Permanent Scatterer Interferometric SAR)기법이란 SAR영상에서 긴밀도가 높은 고 정산란체(PS:Permanent scatterer)를 이용하여 지반침하를 분석하는 기법으로 다른 InSAR 기법 에 비해 대기에 의해 발생하는 오차가 적으며, 보다 정확한 지표변위량을 도출할 수 있다. 또한 장기간에 걸친 시계열적 지표 변위 분석에 용이하다. 본 논문에서는 독일의 Terra SAR-X 위성 영상 을 이용하여, 광주광산구의 지표변위를 분석하였다. 연구지역인 광주 광산구는 대표적인 연약지반인 평야 지역에 위치해 있으며, 실제로 2015년 한국시설안전공단의 발표에 의하면 6곳의 지반탐사 필요 의심지역이 존재할 만큼 지반이 불안정한 지역이다. 연구 결과 광주 광산구 8mm/year로 지반이 침하되고 있음을 알 수 있었다. 이에 광주 광산구 일대의 지반침하 대비를 위해 다양한 노력들이 필요할 것으로 사료된다.

연약지반의 상대적 침하 거동 분석

곽영준,한희수 대한지질공학회 2023 지질공학 Vol.33 No.2

Instruments are installed in soft ground improvement projects to manage economic and safe construction. When analyzing data, the amount of settlement data over time can be used to understand the overall ground settlement behavior, but it is difficult to analyze the interrelatedness between measurement points. Therefore, to analyze the relative compressive settlement behavior between measurement points, the settlement amount and velocity were processed and defined as the mean settlement difference index (  ) and the slope difference index ( ). Plotted in the mean settlement difference index - slope difference index (  -   ) coordinate system. As a result of the analysis of the relative compaction subsidence behavior between the measuring points, the relationship between the measuring points in the average subsidence difference index - slope difference index coordinate system moved to area 1 as the compaction was completed. By continuously plotting the movement path of the observation point in the corresponding coordinate system, the relative settlement behavior between the measurement points was analyzed, and it was possible to check whether the settlement behavior of the two measurement points was stable or unstable depending on the direction of the path. 연약지반 개량공사 시 계측기를 설치하여 경제적이고 안전한 시공이 이루어지도록 관리한다. 데이터 분석 시 시간에 따른 침하량 데이터를 활용하여 전체적인 지반 침하 거동을 파악할 수 있지만, 계측지점 간상호관련성을 분석하기에는 어려움이 있다. 따라서 계측지점 간의 상대적인 압밀침하 거동을 분석하기위하여, 침하량과 속도를 가공하여 평균 침하량 차이 지수와 기울기 차이 지수로 정의한 후, 평균 침하량차이 지수 - 기울기 차이 지수(  -   ) 좌표계에 도시하였다. 계측지점 간 상대적인 압밀침하 거동 분석결과 평균 침하량 차이 지수 - 기울기 차이 지수 좌표계에 나타낸 계측지점 간의 관계가 압밀이 완료됨에 따라 영역 1로 이동하였다. 관측점의 이동 경로를 해당 좌표계에 연속적으로 나타냄으로써 계측지점 간의 상대적인 압밀침하 거동관계를 분석하였으며, 이동경로 방향에 따라 두 계측지점의 압밀침하거동관계가 안정한 상태인지 불안정한 상태인지 확인할 수 있었다.

구형지하공동 형성이 지표침하에 미치는 영향에 대한 3차원 개별요소해석

이상현,이항로,송기일,Lee, Sang-Hyun,Lee, Hang-Lo,Song, Ki-Il 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.2

The underground cavity known as one of the reasons of ground surface settlement is a discontinuous character. Therefore, it is limited to analyze with continuum analysis. In this research, The spherical underground cavity affecting the ground surface settlement is studied with Discrete Element Method. Ground properties, depth and diameter of the spherical underground cavity are chosen as factors of the spherical underground cavity and the effect of the each factor variations on the ground surface settlement is analyzed. Relative depth to the diameter of the spherical underground cavity is also studied. The result of the research suggests the basis of underground cavity collapse prediction and standard of support. 지표침하를 발생시키는 다양한 원인 중에 하나로 알려진 지하에서 발생되는 공동은 지반의 불연속적 특징이다. 그러므로 기존의 연속체해석으로 분석하기에는 한계가 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 지표침하를 발생시키는 구형지하공동에 대해서 개별요소법을 활용하여 분석하였다. 지표침하에 영향을 미치는 구형지하공동의 특성인자로서 지반의 물성치, 구형지하공동의 심도 및 크기를 선택하였고, 각 특성인자들의 값의 변화가 지표침하에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 또한 지하공동의 직경에 대한 상대적 깊이와 지표침하의 관계를 분석하였고, 이를 통해 지하공동의 붕괴 예측 및 보강유무를 결정하기 위한 근간을 제시하였다.

중부지방 평야지역의 연약지반에 대한 압밀침하특성 분석 연구

김준석 한국재난정보학회 2022 한국재난정보학회 논문집 Vol.18 No.4

Purpose: In this study, field experimental research was conducted to analyze the settlement characteristics of soft ground in the central inland region of Korea and use it in practice. Method: The design predicted values ​​and comparative analysis were performed using the ten settlement measurement data actually measured in the field experiment. For the design prediction value, Terzaghi's one-dimensional consolidation settlement analysis was used. In the experiment, the surface subsidence plate was used for field measurement. . Result: The settlement behavior of the predicted value and the actual value was generally similar, but in the settlement value, the actual settlement value showed a settlement behavior of 30% or less compared to the predicted settlement value. The rate of consolidation settlement in this study area was in the range of 9.6% to 27.0%, and the average value was 18.21%. It is analyzed that the prediction of the settlement amount of the silt-like soft ground distributed in the inland plains of the central region of Korea can be relatively overestimated. Conclusion: It is judged that precise ground investigation and detailed prediction are necessary because there is a possibility of over-design in the design for predicting the amount of settlement of the silt-like soft ground distributed in the inland plains of the central region of Korea. 연구목적: 본 연구에서는 우리나라 중부 내륙지역의 연약지반 침하특성을 분석하여 실무에 활용할 수 있도록 하기 위하여 현장실험연구를 실시하였다. 연구방법: 현장실험에서 실측한 10개의 침하계측 자료를 이용하여 설계예측값과 비교분석을 실시하였다. 설계예측값은 Terzaghi의 일차원 압밀침하량분석을 사용하였다. 실험에서 현장계측은 지표침하판을 이용하였다. 연구결과: 예측값과 실제값의 침하거동은 대체로 유사하였으나 침하량 값에서는 실제 침하량 값이 예측 침하량 값에 비하여 30%이하의 침하거동을 보였다. 본 연구지역의 압밀침하율은 9.6%~27.0% 범위를 나타내었으며 평균값은 18.21% 로서 우리나라 중부지역 내륙의 평야지대에 분포된 실트질 연약지반의 침하량 예측은 비교적 매우 과다하게 예측될 수 있는 것으로 분석되었다. 결론: 우리나라 중부지역 내륙의 평야지대에 분포된 실트질 연약지반의 침하량 예측 설계에서는 과다설계 가능성이 있으므로 정밀한 지반조사와 세밀한 예측이 필요한 것으로 판단된다.

지중 박스 구조물 굴착시 침하형상에 대한 연구

조동환(Donghwan Cho),오정호(Jeongho Oh),박준경(Junkyung Park),김현기(HyunKi Kim) 한국철도학회 2017 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2017 No.05

기존의 원형터널은 터널굴착으로 인한 지표침하량 예측을 위한 다양한 경험식이 제안되어, 이를 활용한 침하영향범위산정 및 이완영역을 사전에 평가할 수 있는 지표로 활용되고 있다. 그러나, 지중박스구조물 굴착시 침하형상에 대한 연구는 미진한 실정으로, 본 연구에서는 2차원 유한요소해석을 이용하여 구형단면 터널에 대한 침하형상곡선에 대한 연구를 수행하였다. 매개변수분석을 통해 지하수위조건, 토피고, 터널단면형상, 시공조건등의 변화시 지표침하거동을 분석하여 기존 경험식의 적용가능성을 검토하고, 수치해석 결과를 바탕으로 지중박스구조물 굴착시 적용가능한 침하형상곡선식을 제안하였다. Various empirical equations have been proposed to predict the ground settlement profile due to excavation of conventional circular tunnels, and used to estimate the settlement influential range along with evaluate the relaxation area in advance. However, the study on ground movements for the underground box strurtures has not been fully studied. In this study, the ground settlement induced from underground box excavations is investigated using the two dimensional finite element analyses. A formulation to assess the settlement profile applicable to underground box structure is proposed based on the parametric analyses by the changes of ground condition, geometric condition of structure, and construction conditions.