노후 상하수관 주변지반의 소규모 지하공동 형상 특성을 고려한 수치해석에 관한 연구

안준상,강경남,송기일,김병찬,An, Joon-Sang,Kang, Kyung-Nam,Song, Ki-Il,Kim, Byung-Chan 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.2

최근 한국에서는 지반함몰(ground subsidence) 현상이 자주 발생하고 있다. 이에 정부에서는 지하안전관리에 관한 특별법을 제정하였고, 2018년 1월 1일부터 법이 시행될 예정이다. 이 법에 의하면, 지하 굴착 시 지하안전영향 평가를 수행해야 하며, 이후에도 주기적으로 지구물리탐사 기법을 통해서 지하공동의 발생 유무를 조사하여야 한다. 지하공동 발견 시에는 수치해석을 통해서 지하안전성을 평가하도록 규정하였다. 하지만, 발견된 지하공동을 수치적으로 모델링하는 방법이 정해지지 않아서 논란의 여지가 있다. 본 연구에서는 지하공동의 형상 및 지표로부터 지하공동까지의 깊이에 따른 영향을 연속체 해석 프로그램을 사용해서 검토하였다. 본 연구를 통해서 지하공동의 형상을 수치모델링에 반영하는 방법을 제시하였고, 지하공동의 형상 및 깊이와 전단강도감소기법으로 산정된 안전율과의 관계를 제시하였다. 본 연구의 결과는 지하안전영향평가에 관한 기초 자료가 될 수 있을 것으로 판단된다. In recent years, the occurrence of ground subsidence phenomenon is frequent in Korea. The Korean government has enacted a special law on underground safety and the law will be enforced from January 1, 2018. Under this new law, underground excavation should be assessed for underground safety impacts. After excavation construction, periodic geophysical surveys should be conducted to investigate the occurrence of underground cavities. When underground cavities were discovered, the underground safety was assessed through numerical analysis. However, it is controversial because the method of numerical modeling the discovered underground cavity is due to be established. In this study, the effect of the depth of the underground cavity from the shape of the underground cavity to the underground cavity was studied using a continuum analysis program. In this study, a method to reflect the shape of the underground cavity to the numerical modeling is presented. The relationship between the shape and depth of the underground cavity, and the factor of safety calculated by the shear strength reduction method (SSR) is presented. The results of this study are expected to form the basic data on underground safety impact assessment.

운영 중 해저 터널의 안정성 평가를 위한 역해석 프로그램 개발: 종단방향

안준상,김병찬,문현구,송기일,An, Joon-Sang,Kim, Byung-Chan,Moon, Hyun-Koo,Song, Ki-Il 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.6

운영 중 해저 터널의 안정성 평가에 다양한 계측 정보를 사용해서 역해석하면, 효율적인 오차율 이내의 결과를 획득할 수 있다. 선행 연구에서 검증된 차분진화 알고리즘 기반의 역해석 수행 시 FLAC3D 등 범용 지반해석 프로그램을 사용했지만, 상대적으로 해석시간이 오래 걸리고, 제어가 어려운 단점이 있다. 이러한 이유로, 상대적으로 해석시간이 짧게 소요되는 beam-spring 모델기반의 FEM solver를 Python 언어로 개발하여, 기구축된 차분진화 알고리즘과 결합하였다. 계측 데이터로부터 실시간에 가깝게 운영 중 터널의 안정성 평가가 가능할 것으로 판단되며, 우선 솔버 개발에 용이한 종단방향 터널에 대해서 프로그램을 개발하였다. If a back analysis is used in various measurement information for the estimation of an operating subsea tunnel safety, it is possible to obtain the results within efficient error rate. With such a commercial geotechnical analysis program as FLAC3D, back analysis is performed with a DEA which was validated in previous studies. However, there is a problem that is relatively a time-consuming analysis. For this reason, beam-spring model-based FEM solver which takes shorter relative analysis time, was developed by Python language, and then combined with the built-DEA. In order to consider the assessment of safety of an operation tunnel near real-time, a program for longitudinal direction tunnel was developed due to its relative easy development for analysis solver engine.

지반 및 라이닝 열화 계측 정보를 반영한 해저 터널의 안정성 평가

안준상,김병찬,문현구,송기일,An, Joon-Sang,Kim, Byung-Chan,Moon, Hyun-Koo,Song, Ki-Il 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.5

Efficiency for estimation of subsea tunnel safety can be increased through reflecting back analysis algorithm to displacement measurements besides other measurement information such as stress, water pressure and ground stiffness degradation. In this study, the finite difference code FLAC3D built-in FISH language is used. In addition, the stability of the tunnel lining will be evaluated from the development of displacement-based algorithm and its expanded algorithm with conformity of several parameters such as stress measurements, water pressure measurements, tunnel lining degradation measurements and ground stiffness degradation measurements. By using additional measurement information to assess the stability of subsea tunnel, it was confirmed that the error rate is reduced to the tunnel back analysis. 해저 터널의 안정성 평가는 계측 변위 이외에도 응력, 수압 그리고 지반강성(열화) 등 다른 계측 정보를 사용해서 역해석 알고리즘에 반영하면, 그 효율성이 증대될 수 있다. 본 연구에서는 FLAC3D 프로그램에 내장된 FISH 언어를 사용해서, 기 구축된 변위-응력 기반의 차분진화 알고리즘을 수정 및 확장하였다. 확장된 차분진화 알고리즘에는 변위, 응력 정보 외에도 수압 및 지반 및 라이닝 열화 정보도 입력 인자로 사용되었다. 해저 터널 안정성 평가에 추가적인 계측 정보를 활용하면, 터널 역해석에 대한 오차율이 감소함을 확인할 수 있었다.

운영 중 해저 터널의 안정성 평가를 위한 역해석 프로그램 개발: 횡단방향

안준상,김병찬,이상현,송기일,An, Joon-Sang,Kim, Byung-Chan,Lee, Sang-Hyun,Song, Ki-Il 한국터널지하공간학회 2017 한국터널지하공간학회논문집 Vol.19 No.2

운영 중 해저 터널의 안정성 평가에 응력, 수압 그리고 라이닝 및 주변지반의 강성 열화 등과 같은 다양한 계측 정보를 사용해서 역해석하면, 효율적인 오차율 이내의 결과를 획득할 수 있다. 선행 연구에서 검증된 차분진화 알고리즘 기반의 역해석 수행 시 FLAC3D 등 범용 지반해석 프로그램을 사용했지만, 상대적으로 해석시간이 오래 걸리고, 제어가 어려운 단점이 있다. 이러한 이유로, 본 연구에서는 상대적으로 해석시간이 짧게 소요되는 beam-spring 모델 기반의 FEM solver를 도입하였다. 원형 터널 단면의 구조해석이 가능한 beam-spring 프로그램을 Python 언어로 개발하여, 기구축된 차분진화 알고리즘과 결합하였다. 계측 데이터로부터 실시간에 가깝게 운영 중 터널의 안정성 평가가 가능할 것으로 판단된다. When back analysis is used for the assessment of an operating subsea tunnel safety in various measurement information such as stress, water pressure and tunnel lining and ground stiffness degradation, the reliable results within tolerable error rate can be obtained. By utilizing a commercial geotechnical analysis program FLAC3D, back analysis can be performed with a DEA which has already been successfully validated in previous studies. However, relative more time-consumption is the drawback of this approach. For this reason, this study introduced beam-spring model-based on FEM solver which uses less analysis time relatively. Beam-spring program capable of structural analysis of a circular tunnel section was developed by using Python language and combined with the built-DEA. From the measurement datum, expected to estimate the stability of an operation tunnel close to real-time.

소규모 지하공동 3차원 형상 특성을 반영한 수치해석에 관한 연구

안준상,강경남,송기일,김우석,김병찬,An, Joon-Sang,Kang, Kyung-Nam,Son, Ki-Il,Kim, Woo-Seok,Kim, Byung-Chan 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.5

한국에서 시행중인 특별법에 의한 지하안전영향 평가 수행 시, 필수적으로 지하공동의 발생 유무를 조사하여야 한다. 지하공동 발견 시에는 수치해석을 통해서 지하안전성을 평가하도록 규정하였다. 선행 연구를 통해서 소규모 지하공동의 2차원 형상변화를 통한 안전율 기반의 안정성 평가 가능성을 제시하였다. 본 연구에서는 3차원 형상을 고려하여 소규모 지하공동의 영향을 연속체 해석 프로그램을 사용해서 검토하였고, 선행 연구에서 제시한 2차원 해석결과와 비교하였다. 지하공동의 3차원 형상이 구(sphere)형에 가깝게 발견되면, 공동의 크기, 위치 등에 관계없이 전단강도감소기법으로 안전율을 산정하여 평가하는 방법에 무리가 없을 것으로 판단된다. 지표면으로부터의 깊이 2 m 이상, 장축과 단축의 비(a/b)가 2.0 이상인 장대형 지하공동이 연직방향으로 서있는 형상이라면, 전단강도감소기법을 사용한 안정성 평가에 안전율 이외에 파괴양상 파악에도 주의가 필요할 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 지하안전영향평가에 관한 기초 자료가 될 수 있을 것으로 판단된다. When conducting the underground safety impact assessment under the special law in Korea, it is essential to investigate the occurrence of underground cavities. When underground cavities were discovered, the underground safety was assessed through numerical analysis. The previous study has suggested the stability evaluation based on the factor of safety by changing the 2D shape of the small underground cavity. In this study, the effects of small underground cavities considering 3D shapes were examined using a continuum analysis program and compared with the 2D results presented in previous study. If the 3-Dimensional shape of the underground cavity is found close to the sphere type, it would be reasonable to evaluate the factor of safety by the shear strength reduction method regardless of the size and position of the cavity. If a high-aspect ratio underground cavity with a depth of 2 m or more from the ground surface and an aspect ratio (a/b) of 2.0 or more is in the vertical direction, not only the factor of safety but the failure mode shape should be cautions in the stability evaluation using the shear strength reduction method. The results of this study are expected to be basic data on underground safety impact assessment.

운영 중 터널 역해석을 위한 차분진화 알고리즘 최적화

안준상,김병찬,문현구,송기일,An, Joon-Sang,Kim, Byung-Chan,Moon, Hyun-Koo,Song, Ki-Il,Su, Guo-Shao 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.2

운영 중 터널의 역해석을 통한 안정성 평가는 다루기 어려운 개념이다. 특히, 해저터널처럼 라이닝이 상대적으로 두껍게 시공된 경우에 발생하는 내공변위가 작기 때문에, 일반적으로 터널 역해석에 사용되는 변위 기반의 터널 역해석에는 한계가 있을 것으로 판단된다. 여기서는 FLAC3D 프로그램에 내장된 FISH 언어를 사용해서, 다양한 역해석 알고리즘 중에 차분진화 알고리즘의 구축을 통한 터널 역해석에 대한 적용성을 확인하였다. 또한, 변위 기반의 알고리즘 구축과 더불어 응력 계측값 등 다양한 인자의 적합성을 확인하여 터널 라이닝의 안정성을 평가하고자 한다. Estimation of the stability of an operating tunnel through a back analysis is a difficult concept to analyze. Specially, when a relatively thick lining is constructed as in case of a subsea tunnel, there will be a limit to the use of displacement-based tunnel back analysis because the corresponding displacement is too small. In this study, DEA is adopted for tunnel back analysis and the feasibility of DEA for back analysis is evaluated. It is implemented in the finite difference code FLAC3D using its built-in FISH language. In addition, the stability of a tunnel lining will be evaluated from the development of displacement-based algorithm and its expanded algorithm with conformity of several parameters such as stress measurements.

지하공간통합지도 시추공 데이터를 활용한 3차원 지하정보 정확도 향상에 관한 연구

안준상(An, Joon Sang),김우람(Kim, Wooram),황승현(Hwang, Seung Hyun) 한국측량학회 2021 한국측량학회 학술대회자료집 Vol.2021 No.11

세종시 일부 구간에 대한 3차원 지하정보 가시화시스템 현장 실증 사례

안준상(An, Joon Sang),김우람(Kim, Wooram),박진용(Park, Jin Yong) 대한토목학회 2023 대한토목학회 학술대회 Vol.2023 No.10

세종시 일부 구간에 대한 3차원 지하정보 가시화시스템 현장 실증 사례

대한토목학회 2023 대한토목학회 학술대회 Vol.2023 No.10

완성형 BIM 구축을 위한 지하공간정보의 활용 시점 및 방안

안준상(Joon-Sang An),최재웅(Jason Choi) 대한토목학회 2024 대한토목학회지 Vol.72 No.2