불연속암반의 공학적 특성에 따른 원형수직구 편하중에 관한 연구

신영완,문경선,주경원,Shin, Young-Wan,Moon, Kyoung-Sun,Joo, Kyoung-Won 한국터널지하공간학회 2008 한국터널지하공간학회논문집 Vol.10 No.2

원형수직구의 경우 지형적인 요인과 지반의 불균질성으로 인하여 등분포의 대칭하중이 작용하는 경우보다는 비대칭의 편하중이 작용하는 경우가 많을 것으로 예상된다. 지금까지 지반조건에 따른 원형수직구 벽체에 작용하는 편하중 산정을 위한 정량적인 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 불연속암반의 불균질성을 고려한 불연속체 해석을 통하여 이방성 거동에 따른 원형수직구 벽체에 작용하는 편하중 분포특성을 분석하였다. 또한, 깊이에 따른 암반등급 및 초기응력이 편하중에 미치는 영향을 분석하였다. 검토 결과 절리특성에 따라 양호한 경암반에서는 25%이하의 편하중이 발생하는 것으로 분석되었으며, 수직구 깊이에 따른 암반등급의 영향을 검토한 결과 경암의 편하중비는 25%이하, 연암에서는 $30%{\sim}40%$로 나타났다. 또한, 풍화가 진행된 파쇄연암의 편하중비는 $40{\sim}50%$로 나타났다. 깊이 100m의 경암반에 대하여 초기응력을 나타내는 측압계수(Ko)를 변수로 한 불연속체 해석을 수행하였다. 해석 결과 측압계수가 2.0보다 작은 경우의 편하중비는 약 25%의 값을 나타내나 측압계수가 2.0보다 큰 경우에는 편하중비가 점차 증가하는 경향을 나타냈다. In the case of a circular shaft, it is expected that asymmetric loads should apply on the surface rather than symmetric loads due to geographical factors and the non-homogeneity of the jointed rock masses. In this study, discontinuous numerical analysis was carried in order to analyze the characteristics of asymmetric load distribution on the wall of the circular shaft due to anisotropy caused by heterogeneity of rock masses affected by the discontinuities like as a Joint. And it was also analyzed that the effect of the mechanical properties varied with the rock mass rating and horizontal stress with depth had influence in the asymmetric load on the wall of the shaft. In the case of considering the effect of the joint as variable, asymmetric load ratio $(R_p)$, which was defined as the ratio of the load subtracted minimum from maximum to minimum, was below 25% in the hard rock. As regarding the variation of the rock mass rating with depth as variable, the value of $R_p$ was below than 25% in the hard rock, and the value between 30% and 40% in the soft rock. On the other hand, the $R_p$ of fractures rock was between $45{\sim}50%$ which value was much higher than that in better rock mass rating.

벽체형상비의 영향을 합리적으로 고려한 원형수직구 벽체에 작용하는 토압산정방법

신영완,사공명,Shin, Young-Wan,SaGong, Myung 한국터널지하공간학회 2007 한국터널지하공간학회논문집 Vol.9 No.2

원형수직구 벽체에 작용하는 토압은 축대칭 아칭효과로 인하여 평면변형조건의 벽체에 작용하는 토압보다는 작으며, 원형수직구 흙막이벽이나 라이닝 등의 설계를 위해서는 벽체에 작용하는 토압의 정확한 산정이 필요하다. 따라서, 수평 및 연직방향 아칭효과에 의한 토압감소를 고려하고 수직구 벽체 반경에 대한 높이의 비로 정의되는 벽체형상비의 영향을 합리적으로 고려한 토압산정식이 제안되었다. 또한, 모래지반에서 모형실험에 의한 토압이 분석되었다. 제안된 토압산정식에 의한 토압은 벽체반경이 증가하여 벽체형상비가 감소함에 따라 평면변형조건의 토압과 정확히 일치하였으며, 모형실험에 의한 토압분포와 근사한 경향을 나타내었다. The earth pressure acting on a circular shaft wall is smaller than that acting on the wall in plane strain condition due to the three dimensional axi-symmetric arching effect. Accurate estimation of the earth pressure is required for the design of the shaft wall. In this study, the stress model considering the decrease of earth pressure due to the horizontal and vertical arching effect and the influence of shape ratio (shaft height/radius) is proposed. In addition, model test on the sandy soil is conducted and a comparison is made between the stress model and the test results. The comparison shows that the proposed stress model is in agreement with test results; decrease of shape ratio (increase of radius) leads to stress state equal to the plane strain condition and approximate stress distribution is found between stress model and model test results.

원형수직구 콘크리트라이닝 단면설계도표 개발

신영완,김성수,김영진,Shin, Young-Wan,Kim, Sung-Soo,Kim, Young-Jin 한국터널지하공간학회 2010 한국터널지하공간학회논문집 Vol.12 No.2

최근에 물류비 절감, 교통 편의성 개선, 지역발전 등 정치, 경제, 사회적 요구에 따라 장대 해저터널 건설의 필요성이 증가하고 있다. 또한, 도심지에 건설되는 도로 및 철도터널에서도 터널의 장대화에 따라 공사용 및 환기용 수직구의 설치가 필수적이다. 수직구 굴착 후 설치되는 콘크리트 라이닝의 설계시 결정해야할 요소는 직경, 단면두께, 소요철근량 등이다. 이러한 수직구 직경, 하중조건, 지반조건을 고려하여 최적의 라이닝 단면설계를 위해서는 많은 구조검토가 필요하다. 본 연구에서는 이러한 다양한 조건에 대하여 구조해석을 수행하여 라이닝 단면설계도표를 제시하였다. 제안된 도표를 이용하여 간편하게 규모 및 하중조건에 따른 라이닝 단면두께 및 소요철근량 산정이 가능하다. Recently, requirement of a long subsea tunnel has increased due to political, economical and social demands such as saving of distribution costs, improvement of traffic convenience, and regional development. Road and railroad tunnel need a shaft for construction and ventilation because of increase of tunnel length. Shaft diameter, lining sectional thickness and rebar quantity have to be determined for design of concrete lining in the shaft. A lot of structural analyses are needed for optimal design of concrete lining considering shaft diameter, load conditions and ground conditions. Design charts are proposed by structural analyses for various conditions in this study. A sectional thickness and rebar quantity can be easily determined using the proposed design charts.

미니 파이프루프 수평보강 구조와 매입형 갱구구조물을 이용한 터널 갱구부 시공방법 (건설신기술 제896호)

신영완(Young Wan Shin),문경선(Kyoung Sun Moon) 대한토목학회 2021 대한토목학회지 Vol.69 No.8

급속 카린시안 터널공법(RCM) 적용 사례

신영완(Young-Wan Shin),문경선(Kyung-Sun Moon),박영만(Young-Man Park) 한국콘크리트학회 2019 콘크리트학회지 Vol.31 No.4

내부충전 합성 PHC(ICP) 말뚝의 수평저항성능 평가

신영완(Young-Wan Shin),김윤용(Yun-Yong Kim),박명훈(Myoung-Hoon Park),임재섭(Jae-Sub Lim),한우석(Woo-Suk Han) 한국지반환경공학회 2011 한국지반환경공학회 학술발표회논문집 Vol.2011 No.9

해저시설물 건설을 위한 국내외 수직구 설계기술에 관한 연구

신영완(Young-Wan Shin),박상찬(Sang-Chan Park),사공명(Myoung Sagong) 한국지반환경공학회 2006 한국지반환경공학회 학술발표회논문집 Vol.2006 No.-

친환경 터널 갱구부 공법 (ETPM) 적용 사례

신영완(Young-Wan Shin),문경선(Kyoung-Sun Moon) 대한토목학회 2020 대한토목학회지 Vol.68 No.6

역해석을 이용한 콘크리트라이닝 지반 이완하중 산정방법 연구

박기환,신영완,김정주,유한규,Park, Ki Hwan,Shin, Young Wan,Kim, Jung Joo,Yoo, Han Kyu 대한토목학회 2013 대한토목학회논문집 Vol.33 No.5

터널 콘크리트라이닝 설계 시 적용되는 지반 이완하중은 정립된 설계기준이 없는 상태이다. 또한, 경험적인 지반 이완하중을 산정하여 설계에 적용함으로써 다소 보수적인 설계가 이루어지고 있는 것으로 일반적으로 인식되고 있다. 기존의 지반 이완하중 산정방법은 각각 다양한 문제점을 내재하고 있고, 수치해석에 의한 지반 이완하중 산정방법은 복잡하며 실제 지반 이완하중과의 비교검증이 이루어지지 않은 문제점이 있다. 따라서, 실제 터널현장의 거동을 반영할 수 있는 합리적인 지반 이완하중 산정방법에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 터널 시공현장에서 측정된 계측자료의 천단침하를 고려한 역해석을 통하여 지반 이완하중을 산정하는 방법을 제안하였다. 기존 지반 이완하중 산정방법보다 다소 작은 지반 이완하중이 산정되었다. Design criteria for rock load on tunnel concrete lining has not been established yet. Generally rock load on tunnel concrete lining is empirically estimated, which leads to a conservative design. Ordinary estimation method of rock load includes various problems. Estimating by numerical analysis is very complicated and has not been verified with field measurements. Therefore, it is necessary to conduct a study on practical method of estimating rock load which is more accurate to the real rock load on tunnel concrete lining. This study, presents estimation method of rock load on tunnel concrete lining. Crown settlement of the tunnel construction site has been measured and it was been back analyzed to estimate the rock load. The rock load was estimated to be smaller compare to the ordinary estimation method.

운영중인 도로터널의 측벽하부 숏크리트 보강에 의한 단면확대

김동규,신영완,신용석,Kim, Dong-Gyou,Shin, Young-Wan,Shin, Young-Suk 한국터널지하공간학회 2012 한국터널지하공간학회논문집 Vol.14 No.6

도심지내 기존터널을 단면확대 시공하는 경우, 터널내 교통흐름을 유지하기 위하여 '${\sqcap}$'형태의 프로텍터를 설치한다. 터널내 프로텍터를 설치하면 터널 측벽하부에서 작업공간이 협소하여 록볼트 시공이 불가능해 질 수가 있다. 본 연구는 터널의 측벽하부에서 록볼트를 시공하지 않고 숏크리트만으로 보강하여 터널단면을 확대된 할 경우, 터널구조물의 안정성과 보강되는 최적의 숏크리트 두께를 제시하는데 목적이 있다. 본 연구를 위하여 3차선 NATM 도로터널을 4차선 NATM 도로터널로 확대 시공하는 경우에 대하여 수치해석을 수행하였다. 수치해석결과, 4차선 NATM 도로터널의 측벽하부에서 록볼트를 시공하지 않은 경우의 천단변위와 상반 내공변위는 록볼트를 시공한 경우와 거의 유사하였다. 다만, 하반 내공변위 및 숏크리트 응력은 록볼트를 시공하지 않은 경우가 록볼트를 시공한 경우보다 최대 0.57 mm 및 최대 1,300 kN/$m^2$ 크게 나타났다. 터널 측벽하부에서 록볼트를 시공하지 않아 추가 발생한 하반 내공변위와 숏트리트 응력은 25 cm인 기본 숏크리트 두께의 20%(25 cm${\rightarrow}$30 cm)만 증가시켜도 저감시킬 수 있다. The protector with the shape of '${\sqcap}$' in cross section can be set up in the tunnel, which can be constructed for enlargement of cross section, to keep traffic flow in the tunnel. It is impossible to install the rockbolt in the side wall of tunnel due to a limited space between the protector and cutting surface of side wall. The objective of this study is to suggest the optimum thickness of shotcrete lining without rockbolt on the side wall and to evaluate the stability of tunnel enlarged. Numerical analysis was performed to evaluate the displacement at the center of tunnel, the convergence of tunnel, and the stress in shotcrete lining in 4-lane NATM road tunnel enlarged from 3-lane NATM road tunnel. The vertical displacement at the center of tunnel and the convergence of crown in the tunnel with rockbolt in the side wall were almost similar to those in the tunnel without rockbolt in the side wall. The convergence of bench/invert and the stress in shotcrete lining without rockbolt on the side wall were greater maximum 0.57 mm and 1,300 kN/$m^2$ than those with rockbolt in the side wall. The increased convergence and the stress in shotcrete lining can be reduced in incerasing of thickness of shotcrete lining about 20% (5 cm) of standard thickness, 25 cm, of shotcrete lining.