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.

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.

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.

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

지하굴착 이격거리에 따른 흙막이벽체 거동에 대한 실험적 연구

박종덕,안창균,김도엽,이석원,Park, Jong-Deok,Ahn, Chang-Kyun,Kim, Do-Youp,Lee, Seok-Won 한국터널지하공간학회 2016 한국터널지하공간학회논문집 Vol.18 No.2

본 연구에서는 지상구조물 건설을 위하여 흙막이 벽체를 이용하여 지하굴착이 이루어진 지역에 근접하여 새로운 지하공간이 신설될 때, 지하굴착과 흙막이 벽체간의 이격거리에 따른 흙막이 벽체에 작용하고 있던 토압의 변화 및 지표 침하 변화를 실험적으로 연구하였다. 지하공간 굴착 단계별로 흙막이 벽체의 토압 변화 및 지표 침하를 측정할 수 있는 길이 160 cm, 높이 120 cm의 모형 토조를 제작했다. 실험은 균일하게 조성된 사질토 지반에서 하부 지반에 변위를 가하고, 수직한 흙막이 벽체의 토압 변화 및 지표면 침하를 확인하는 방식으로 수행하였다. 모형실험은 인접한 지하공간 굴착에 따른 흙막이 벽체의 높이별 토압을 측정하기 위하여 흙막이 벽체를 모사하는 우측 벽체 10개 및 지하공간 굴착을 모사하는 하부 벽체 5개로 구성하고 하부벽체를 거동시킴으로서 지하굴착을 모사하였다. 실험 결과, 하부 1단 벽체의 거동 시에는 흙막이 벽체의 토압에 변화가 발생하였으나, 하부 3단의 경우는 지하 굴착이 흙막이 벽체와 충분히 이격되어 토압변화가 크게 발생하지 않았다. 하부 1단 벽체를 굴착한 결과, 우측 하단부 벽체 주변의 응력이 감소되고, 우측 중간부 벽체 주변으로 응력이 재분배되는 아칭현상을 증명할 수 있었다. The changes in earth pressure and ground settlement due to the underground excavation nearby the existing retaining wall according to the separation distance between underground excavation and retaining wall, were studied experimentally. A soil tank having 160 cm in length and 120 cm in height, was manufactured to simulate the underground excavation like tunnel by using 5 separated bottom walls. The variation of earth pressure was measured according to the excavation stages by using 10 separated right walls simulating the retaining wall. The results showed that the earth pressure was changed by the lowering of first bottom wall(B1), however the earth pressure was not changed significantly by the lowering of third bottom wall(B3) since B3 had sufficient separation distance from retaining wall. Lowering of first bottom wall(B1) induced the decrease of earth pressure in lower part of retaining wall, on the contrary, lowering of first bottom wall(B1) induced the increase of earth pressure in middle part of retaining wall proving the arching effect.

터널굴착에 따른 지반침하 예측을 위한 침하량 평가도표 개발

박치면,유광호,이호 사단법인 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.6

The main risk factors of tunnel excavation through urban areas are ground settlement and surface sink which caused by ground conditions, excavation method, groundwater condition, excavation length, support method, etc. In the process of ground settlement assessment, the numerical analysis should be conducted considering the displacement and stress due to tunnel excavation. Therefore a technique that can simplify such process and easily evaluate the influence of tunnel excavation is needed. This study focused on the tunnelling-induced ground settlement which is main consideration of underground safety impact assessment. The parametric numerical analyses were performed considering such parameters as ground conditions, tunnel depth, and lateral distance from tunnel center line, etc. A simplified ground settlement evaluation chart was suggested by analyzing tendency of ground subsidence, lateral influence area and character by depth. The applicability of the suggested settlement evaluation chart was verified by comparative numerical analysis of settlement characteristics. 도심지 터널굴착 시 지반침하는 지반조건, 굴착방법, 지하수 상태, 터널 지보방법 등 다양한 조건이 복합적으로 작용하여 발생할 수 있으며 대표적인 위험요인은 크게 터널굴착에 의한 지반침하와 지표면함몰로 나눌 수 있다. 터널굴착에 의한 지반침하를 예측하기 위해서는 대상구간의 현황 및 시공조건 등을 반영하고 응력 및 변위를 고려한 수치해석을 수행하여야 한다. 그러므로 터널 전체 노선 및 인근 지장물 현황을 포함하는 영역에 대해, 터널 심도가 변하는 다양한 조건을 고려해야 하는 수치해석의 복잡한 과정을 단순화하여 터널굴착으로 인한 지표면 및 심도별 지반침하를 간편하게 예측하고 평가할 수 있는 기법이 필요하다. 본 연구에서는 지하안전영향평가 수행 시 주요 평가항목인 터널굴착으로 인한 지반침하를 연구대상으로 선정하고, 지층조건, 지반특성, 토피고(터널심도) 및 터널 중심선으로부터 횡방향 이격거리와 같은 지반침하 영향요소를 고려한 매개변수해석을 수행하여 심도별 지반침하 특성 및 침하 발생경향을 분석하고, 터널굴착으로 인한 지반침하를 간편하게 예측할 수 있는 침하량 평가도표를 도출하였다. 도출된 침하량 평가도표는수치해석 결과와 비교 ․ 분석을 통해 적정성이 검증되었으며 침하량 평가도표를 이용하여 터널굴착 시 지표침하뿐만 아니라 지중 매설물의 위치와 심도에 따른 침하량을 간편하게 예측하고 평가할 수 있다.

몬테카를로 시뮬레이션에 의한 화재열차의 터널 내 정차확률 예측에 관한 연구

유지오,김종윤,김효규,Ryu, Ji-Oh,Kim, Jong-Yoon,Kim, Hyo-Gyu 한국터널지하공간학회 2018 한국터널지하공간학회논문집 Vol.20 No.1

철도터널의 방재시설 계획 시 터널의 안전성을 정량적 위험도 평가에 의해서 정량화하여 방재시설의 적정성 여부를 판단하도록 하고 있다. 이에 본 연구에서는 터널화재에 대한 정량적 위험도 평가 시 결과에 크게 영향을 미치는 화재열차의 터널 내 정차확률을 예측하는 방법을 제시하였다. 이를 위해서 열차의 주행저항계수를 고려하여 타력운전거리를 계산하기 위한 모델을 개발하였으며, 타력운전특성과 비상제동거리를 고려하여 몬테카를로 시뮬레이션 기법에 의해 터널연장 및 경사도, 초기주행속도를 변수로 하여 화재열차가 터널에 정차할 확률을 예측하였다. 타력운전거리의 예측을 위한 운동방정식은 KTX II의 주행저항계수를 반영하여 분석하였다. KTX II 열차의 경우, 타력운전거리는 상향경사의 터널에서는 경사도가 증가할수록 감소하나 하향경사구간에서는 정지하지 않고 계속하여 주행이 가능하다. 화재열차의 터널 내 정차확률은 열차의 주행속도가 증가할수록, 경사도가 낮을수록 감소하며, 고속열차(주행속도 250 km/h 이상)는 인적오류를 고려하지 않는 경우, 경사도 0.5% 이하의 터널에서는 화재 시 열차가 터널에 정차할 확률은 0%이고, 경사도가 증가하고 터널연장이 증가하면 정차확률은 급격하게 증가하는 것으로 나타났다. The safety of tunnels is quantified by quantitative risk assessment when planning the disaster prevention facilities of railway tunnels, and it is decided whether they are appropriate. The purpose of this study is to estimate the probability of the train stopping in the tunnels at train fire, which has a significant effect on the results of quantitative risk assessment for tunnel fires. For this purpose, a model was developed to calculate the coasting distance of the train considering the coefficient of train running resistance. The probability of stopping in case of train fire in the tunnel is predicted by the Monte Carlo simulation method with the coasting distance and the emergency braking distance as parameters of the tunnel lengths and slopes, train initial driving speeds. The kinetic equations for predicting the coasting distance were analyzed by reflecting the coefficient train running resistance of KTX II. In the case of KTX II trains, the coasting distance is reduced as the slope increases in a tunnel with an upward slope, but it is possible to continue driving without stopping in a slope downward. The probability of the train stopping in the case of train fire in tunnel decreases as the train speed increases and the slope of the tunnel decreases. If human error is not taken into account, the probability that a high-speed train traveling at a speed of 250 km/h or above will stop in a tunnel due to a fire is 0% when the slope of the tunnel is 0.5% or less, and the probability of stopping increases rapidly as the tunnel slope increases and the tunnel length increases.

대전역사 하부통과 3-arch 터널의 설계사례 연구 (I)

장석부,문상조,권승,허도학,배규진 사단법인 한국터널지하공간학회 2002 한국터널지하공간학회논문집 Vol.4 No.3

본 논문은 대전역사 하부를 대단면 3-arch 터널로 횡단하기 위한 설계사례를 소개하였다. 본 구간의 당초 계획은 파이프루프에 의한 언더피닝 공법이었으나, 시공상의 어려움과 안전상의 문제로 터널공법으로 변경되었다. 터널폭은 약 28m로 현재까지 국내에서 건설된 터널중 최대폭이고 높이는 10m 이다. 지반조건으로 토피는 터널폭보다 작은 23m 에 불과하며 터널 주변지반은 풍화암이다. 또한, 지상의 대전역사와 경부선 선로의 허용침하기준이 매우 엄격하였다. 따라서, 터널안정성 확보와 더불어 지반침하를 최대한 억제하기 위하여 다양한 대책을 적용하였으며, 이를 검토하기 위하여 2차원 및 3차원 수치해석을 수행하였다. This paper presents the design case of the 3-arch tunnel under Daejeon railroad station building. The original construction method was the underpinning method supported by pipe-roof, but it was changed to the mined tunnelling method because of the complex construction condition and the safety problem. This 3-arch tunnel has a width of 28 meters and a height of 10 meters. Overburden is only 23m and the ground around the tunnel is a weathered rock. The allowable settlements for the station building and some railroads are very strict. Accordingly, various measurements for the tunnel stability and the settlement minimization was applied and they were reviewed by 2-D and 3-D numerical analysis.

터널공학에서 한계변형률 개념의 공학적 의미에 관한 연구

박시현,신용석,배규진,Park, Si-Hyun,Shin, Yong-Suk,Bae, Gyu-Jin 한국터널지하공간학회 2008 한국터널지하공간학회논문집 Vol.10 No.2

본 논문은 터널을 굴착중인 시공현장에서, 변위계측치를 이용하여 터널의 안정성을 신속하고 정량적으로 평가하기 위한 기법 개발에 관한 것이다. 국내외 터널시공현장에는 시공관리 기준치를 제시하고 있다. 그러나 이러한 관리기준치들은 그 근거가 불명확하며 시공현장마다 일관적인 기준이 설정되어 있지 않다. 본 연구에서는 시공관리기준의 합리성을 확보하기 위하여 한계변형률 개념을 새롭게 도입하였다. 그리고 한계변형률 개념에 대한 공학적 의미에 대한 상세 검토를 수행하였다. 이를 위해서 먼저, 기존 연구자들에 의해 적용된 한계변형률 개념의 터널안정성 평가방법에 대한 공학적 타당성을 이론해석적인 방법으로 검토하였다. 이어서 상용프로그램을 이용하여 터널굴착시 발생한 굴착면의 변위정보를 획득하고, 이를 기존의 평가방법과 동일한 방법으로, 한계변형률 개념에 의한 터널안정성 평가를 수행하였다. 또한, 상용프로그램에 의해 획득한 굴착면 변위를 입력치로 하여 터널주변지반의 변형률을 수치역해석 기법으로 산정한 후, 이를 이용하여 한계변형률 개념에 의한 터널안정성 평가를 추가로 수행하였다. 결과적으로 한계변형률 개념을 활용함으로써 굴착중인 터널에 대하여 터널안정성을 신속하고 정량적으로 평가하는 것이 가능한 것으로 확인되었다. This paper intends to develop an assesment technique for the rapid and quantitative evaluation of tunnel safety during tunnel excavation by using displacement measurements. Control criteria for the field measurements are provided at tunnel construction sites in Korea and other countries. However, it was known that the criteria were not clear and varied depending on the construction sites. In order to make a reasonable support for guidelines, critical strain concept is introduced in this study. And the engineering meanings of the critical strain concept are investigated precisely. In order to do this, at first, the engineering meanings of the original concept from the previous researchers was investigated theoretically for the evaluation of tunnel safely. Subsequently displacement data were obtained by using the commercial program, then the evaluation of tunnel safely was conducted with the view point of previous researches. Additionally, strains are determined from the feedback analyses program by inputting measured displacements that were obtained from the commercial program, then the evaluation of tunnel safety was discussed with the critical strain concept. Consequently it can be concluded that the evaluation of tunnel safety can be determined quantitatively and rapidly in the field by introducing the critical strain concept.

천층터널 주변의 흐름거동 및 수치 해석적 모델링기법 연구

신종호,최민구,강소라,남택수,Shin, Jong-Ho,Choi, Min-Gu,Kang, So-Ra,Nam, Taek-Soo 한국터널지하공간학회 2008 한국터널지하공간학회논문집 Vol.10 No.1

터널 설계 및 시공시 지하수 영향에 대한 정확한 이해가 필요하며, 이를 위해 터널 주변의 흐름거동을 파악하는 것이 중요하다. 본 연구에서는 지하수 아래 건설된 배수형 천층터널에 대한 모형실험을 실시하여 주변 지하수 흐름조건과 지반의 토피고에 따른 터널 주변의 지하수 흐름거동을 조사하였다. 실험결과 정상류/부정류의 지하수 흐름조건은 터널내 유입량이나 도달시간에는 영향을 미칠 수 있으나, 터널 주변 흐름거동에는 큰 영향을 미치지 못함을 확인할 수 있었다. 또, 토피고가 증가할수록 배수공이 위치한 터널 하부로의 유선 집중현상이 뚜렷하게 관찰되었다. 모형실험에 대한 수치해석결과, 배수형 천층터널 주변의 흐름거동을 수치해석으로도 재현 가능함을 확인하였다. 배수형 천층터널의 경우 수리경계조건이 터널주면 유출이 아닌 배수공 유출로 모사하는 것이 보다 타당함을 보였다. Design and construction of tunnels require understanding the influence of groundwater. Particularly, it is essential to know how the drainage conditions at the tunnel boundary affect flow behavior of ground adjacent to the tunnels. In this study flow behavior of a leaking tunnel was investigated using physical model tests for tunnel depths and various hydraulic boundary conditions. Particular concerns were given to flow lines toward tunnels. Test results showed that the boundary conditions hardly influence on flow patterns and time required to reach steady state conditions. It is revealed that with an increase in water depth, flow lines concentrated to the drain holes. The physical tests were numerically simulated. Numerical results showed that the flow behavior was represented appropriately by considering filter-drain hole drainage rather than boundary drainage all over the lining.