붕적층 지반에 적용된 터널에서 강재의 지보효과에 대한 연구

안성율,이재영,안경철,Ahn, Sung-Youll,Lee, Jae-Young,Ahn, Kyung-Chul 한국터널지하공간학회 2006 터널기술 Vol.8 No.1

최근 부각되고 있는 환경친화적인 설계의 결과로서 터널 입출구의 구조물이 연약한 지반(붕적층) 에 불가피하게 건설 되곤 한다. 그런 터널 공사의 경우, 주변 지반뿐만 아니라 라이닝 지보재의 충분한 지지력을 확보해야 한다. 이와 관련하여, 높은 강성을 갖는 H형 강지보재가 라이닝을 지지하기 위해 흔히 사용되었다. 그러나 수치해석에 의한 구조적인 안정성을 평가하는데 있어서 그 효과는 무시되는 젓이 관례였다. 본 연구에서는 붕적층에 적용된 터널에 대하여 강지보재로 사용된 H형강을 수치해석 모델에서 강성 적용을 0%, 50%, 75%, 100%로 반영하여 3차원 유한요소해석을 수행하였고, 각 강성 적용율에 따른 숏크리트 용력 감소효과를 비교 검토하였다. 수치해석으로부터 얻어진 데이터는 현장계측결과와 비교하였다, 연구 결과로부터 강지보재의 숏크리트에 대한 효과가 검증되었고 적절한 강성률은 50~75%의 범위 내에서 적절한 것으로 판단되었다. The entrance and the exit structures of tunnels are often constructed on unfavorably soft soils (colluvial soils) as a result of environment-friendly design highlighted in recent years. For construction of such a tunnel, it is essential to secure sufficient bearing capacity of the lining supports as well as that of the surrounding soils. In this regard, H-shape steel-ribs with high stiffness are commonly used for lining supports. However, it was the past convention to ignore the effect of the steel-ribs in numerical evaluation of the structural safety. This study is intended to show how the shotcrete stresses are relieved by the steelribs, on the basis of numerical data obtained from 3-dimensional finite element analysis. The effect of steel ribs to shotcrete stresses is examined at different levels of application rates, i.e., 0%, 50%, 75% and 100% of the total stiffness. The data obtained from numerical analysis was compared with in-situ measurement. The effect of st eel ribs to shotcrete stresses was verified and appropriate total stiffness was proposed in the range of 50%~75%.

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.

2아치 터널 굴착 공법과의 비교를 통한 주방식 굴착 공법의 예비 경제성 검토 연구

이철호,장수호,안성율,신휴성,Lee, Chulho,Chang, Soo-Ho,Ahn, Sung-Youll,Shin, Hyu-Soung 한국터널지하공간학회 2013 한국터널지하공간학회논문집 Vol.15 No.6

본 연구에서는 지하공간 건설을 위한 주방식 공법에 대해 기존 전통적인 지하공간 건설공법에 대비한 공사비 측면의 경제성 검토를 가정된 전형적인 지반조건에 대해 수행하였다. 경제성 비교검토를 위해 지하철 역사 등 대규모 지하공간 조성에 적용되고 있는 전통적인 공법 중 하나인, 2아치 터널 굴착 공법을 비교대상 공법으로 선정하고 동일한 공용 단면적을 확보하도록 굴착하였을 때 소요되는 공사비를 산정하여 비교하고 타당성을 검토하였다. 주방식 공법에 적용할 보강 공법 등은 기존 공법에서 사용하는 방식을 차용하는 것으로 가정하였으며 특히, 굴착 공사의 경우, 주방식 공법은 대체적으로 직사각형 단면을 사용하나 기존 공법과의 비교를 위해, 그리고 공간 천정부 및 암주부의 지반 자체 지지력을 최대한 증가시키기 위해 아치형의 터널 형태로 굴착하는 것으로 가정한 검토를 수행하였다. 검토 결과, 건설 요구 공간이 넓어질수록, 암반의 상태가 양호할수록 기존 전통 터널공법 대비 주방식 공법의 경제성이 더욱 향상될 수 있는 것으로 파악되었다. This study aims to investigate an economical efficiency of two excavation methods with respect to the room-and-pillar method for the underground space and conventional excavation method, i.e. 2-arch tunnelling method. For feasibility study, an excavation cost for both room-and-pillar method and 2-arch tunnelling method was estimated when the same space in operation was required. It was assumed that properties of reinforcements and rock were adopted from literatures. However, an excavation shape of the room-and-pillar method was assumed not to be the rectangular shape which is a general type in the room-and-pillar method but to be an arch shape in order to compare with the conventional excavation method (2-arch tunnelling) and to achieve the maximum bearing capacity of the structure during excavation. Consequently, the wider space in use or required and the better condition of rock we assumed, the more economical advantage we have in the room-and-pillar method than the 2-arch tunnelling method.

요소제거기법을 적용한 지하구조물의 화재손상 예측모델 개발

장수호,최순욱,배규진,안성율,Chang, Soo-Ho,Choi, Soon-Wook,Bae, Gyu-Jin,Ahn, Sung-Youll 한국터널지하공간학회 2008 한국터널지하공간학회논문집 Vol.10 No.4

화재 발생 시 지하구조물의 열-역학상호거동이 정확히 고려되지 못하고 있으며, 이로 인해 일반적인 열전달 이론에 근거한 수치해석 시 화재로 인한 구조물의 손상정도가 과소 평가될 수 있는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 화재 발생 시 지하구조물의 열-역학 상호거동을 모사하기 위한 유한요소 기반의 수치모델을 새롭게 개발하였다. 특히, 화재로 인한 구조물의 단면 손실을 모사하기 위한 요소제거모델을 제안하였고 대류 경계조건을 적용하였다. 이때 요소 내의 최대 온도가 해석 시에 설정한 임계온도 이상이 되면 요소가 제거되도록 설정하였다. 모형 화재시험 결과와 해석 결과를 비교한 변수해석을 통하여, RABT와 RWS 화재 시나리오 조건에 대한 최적의 임계온도, 요소크기, 온도에 따른 대류열전달계수 조건 등을 제시하였다. Thermo-mechanical coupled behavior of an underground structure during a fire accident have not been fully understood yet. Moreover, when such a thermo-mechanical coupled behavior is not considered in numerical analyses based on conventional heat transfer theory, fire-induced damage zone in an underground structure can be considerably underestimated. This study aims to develop a FEM-based numerical technique to simulate the thermo-mechanical coupled behavior of an underground structure in a fire accident. Especially, an element elimination model is newly proposed to simulate fire-induced structural loss together with a convective boundary condition. In the proposed model, an element where the maximum temperature calculated from heat transfer analysis is over a prescribed critical temperature is eliminated. Then, the proposed numerical technique is verified by comparing numerical results with experimental results from real fire model tests. From a series of parametric studies, the key parameters such as critical temperature, element size and temperature-dependent convection coefficients are optimized for the RABT and the RWS fire scenarios.

쉴드 터널 세그먼트 라이닝 설계에서 빔-스프링 구조 모델이 단면력에 미치는 영향

김홍문,김현수,심경미,안성율,Kim, Hong-moon,Kim, Hyun-su,Shim, Kyung-mi,Ahn, Sung-youll 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.2

쉴드터널의 세그먼트 라이닝 단면 설계는 일반적으로 빔-스프링 모델을 사용하여 이루어지며, 산정되는 단면력은 모델구성요소인 작용하중, 지반반력계수, 세그먼트 조인트 위치 및 강성 등의 영향을 받는다. 국내 쉴드터널 세그먼트라이닝의 설계는 해외에서 사용되고 있는 구조해석 모델과 이음부 강성을 주로 이용하고 있으며, 기존 설계에서 사용하고 있는 구조해석 모델이나 조인트 강성을 적합여부 검토 없이 관행적으로 사용해오고 있다. 본 연구에서는 쉴드터널 세그먼트 라이닝의 부재력을 산정하기 위해 필요한 지반반력계수, 모델링 방법 등 빔-스프링 모델의 기본 구성요소들에 대한 비교 검토를 통하여 세그먼트 라이닝 설계법을 구성하는 기본 요소들의 적용방법을 제안하였다. The segment lining design for shield tunnel is generally carried out by using the beam-spring model and the induced member forces from the model are strongly influenced by the components of the model such as imposed load, coefficient of subgrade reaction, location of segment joint and its stiffness. The structural models and stiffness of its connection part found used in abroad design cases is usually obtained as it is for the domestic design of segment of shield tunnel. Those models and stiffness in existing design cases are conventionally applied to a new tunnel design without any suitability review for the project. In this study, the application method of base components of the model such as the coefficient of subgrade reaction and modelling method to the segment lining design was suggested by carrying out the comparative study of the base elements for the member forces estimation of segment lining of shield tunnel.

화재시 터널 라이닝의 안정성평가를 위한 수치해석적 연구

최순욱(Choi Soon-Wook),장수호(Chang Soo-Ho),신휴성(Shin Hyu-Soung),안성율(Ahn Sung-Youll) 대한토목학회 2007 대한토목학회 학술대회 Vol.2007 No.10