지반의 강성변화에 따른 지반-터널 동적 상호작용 연구

김대상(Dae-Sang Kim) 한국암반공학회 2001 터널과지하공간 Vol.11 No.4

짧은 보강재를 사용한 철도보강노반의 시공 중 안정성 평가

김대상(Dae Sang Kim) 한국지반신소재학회 2014 한국지반신소재학회 논문집 Vol.13 No.4

짧은 보강재를 적용한 강성벽 일체형 보강노반의 시공 중 거동에 대하여 고찰하고 안정성을 평가하였다. 우선 시공하중 상태에서 안정성이 확보될 수 있는 최소보강재 길이에 대한 이론적 고찰을 수행하고, 기존 설계기준 적용 보강재 길이(70%, 0.70H)와 짧은 보강재(35%, 0.35H) 및 장 보강재를 혼용하는 보강재 설치 패턴에 대한 경제성을 비교하였다. 높이의 30%(0.30H), 35%(0.35H), 40%(0.40H) 적용 보강노반의 시공 중 안정성을 검증하기 위하여 실물 단선용 철도노반 높이*폭*길이(5m*6m*20m)에 대한 현장시공을 실시하였다. 총 51개의 센서를 노반 내부 및 보강재에 설치하여 침하, 배부름 및 응력 변화를 확인하였다. 이를 통하여 짧은(0.35H, 높이의 35%) 지오그리드를 적용한 보강노반의 변형 및 발생 응력수준이 시공 중 안정성을 확보할 수 있는 허용범위 이내인 것을 확인할 수 있었다. The behaviors and stability of reinforced subgrade with short geogrid were examined and evaluated during construction. First of all, analytical approach for the minimum length of geogrid was performed to guarantee stability during construction loading state. Secondly, the economic aspects for reinforced subgrade were compared with between domestic standards applying with 0.7 H reinforcement length and new way to mix short and long reinforcement. Full scale railroad subgrade was constructed with the size of 5 m high, 6m wide, and 20m long to verify the stability of the subgrade with the length of 0.3 H, 0.35 H, 0.4 H reinforcement. Total 51 sensors were installed to measure settlement, bulging, and the change of stress of the subgrade. It is concluded that the reinforced subgrade with short(0.35H, 35% of height) geogrid had stability within allowable level of deformation and stress increment during construction.

기존철도 비탈면공간을 활용한 철도수송용량 증대 방안 연구

김대상(Dae-Sang Kim),김웅진(Ung-Jin Kim) 한국철도학회 2013 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.11

대도시 철도 수송소요 증가로 철도수송용량 증대의 필요성이 대두되고 있으나 높은 용지 보상비용 및 민원 등으로 용지확보를 위한 비용과 시간이 많이 소요되고 있다. 본 연구에서는 휨 강성을 갖는 벽체와 짧은 토목섬유로 보강한 노반구조를 기존 철도 비탈면 상에 적용하여 철도수송용량을 증대시키는 연구를 진행하였다. 보강노반 설계를 위하여 개발한 프로그램을 활용하여 보강재 최소길이 변화에 따른 안전성 평가를 실시하였다. 해석 결과 보강재 길이를 벽체 높이의 40%(0.4H)만 적용한 경우에도 열차하중 재하시 충분한 안전성을 확보할 수 있는 것으로 확인되었다. 또한, 장보강재는 설치각도 35°까지 전도 및 활동에 대한 기준 안전율을 만족하는 것을 확인할 수 있었다. In these days, it is difficult to secure new land for railway construction because of the increase of land fee and social complaint. Especially, in urban areas, it took much time and expenses. So, we did the research on the increase of transportation capacity using space above the slope of existing railway embankment. It could be realized by developed reinforced roadbed structure with wall stiffness and short geotextile. This study shows the results of safety evaluations according to minimum length of reinforcement, which were performed by developed design program for the structure. The reinforcement use of only 40% of height (0.4H) could keep secure in the structure for train load. Also, it was verified that its safety for overturning and sliding was satisfied with the condition for long reinforcement up to the installation angle of 35°.

시멘트 처리된 자갈로 뒤채움 된 교대 및 접속부의 시공 중 장기거동 평가

김대상(Kim Dae Sang) 한국방재학회 2018 한국방재학회논문집 Vol.18 No.6

본 논문에서는 건설 중인 오송 철도종합시험선로에서 시멘트 처리된 자갈로 뒤채움된 교대 및 접속부의 시공 중 및 시공 후 16개월간 수평토압을 장기 계측하였다. 계측된 수평토압으로부터 Rankine 주동토압이론으로 내부마찰각을 역산한 결과, 그 값은 38°~58°의 범위로 넓게 분포하고 평균값은 46°로 일반적으로 교대 설계 시 적용하는 내부마찰각보다 11° 높은 값을 보였다. 또한, 교대의 경사와 침하에 대한 장기계측을 통하여 시공 중 하중조건 변화에 따른 교대의 거동에 대해서도 검토하였다. This study measured the horizontal earth pressure on the boundary between an abutment and transition zone with cement-treated gravels over 16 months during the construction of the Osong test line. The internal friction angles were back-calculated from the measured horizontal earth pressure based on the Rankine active earth pressure theory. They were in the range 38°-58° with an average of 46°. This value is 11° higher than the internal friction angle usually used for the design of an abutment. Furthermore, the inclination and settlement of the abutment were measured for a long time and the behaviors of abutment were investigated during and after construction based on the data.

면진층 구조를 가진 다중쉘 해저터널의 응력 저감 효과

김대상(Dae Sang Kim),김웅진(Ungjin Kim) 한국산학기술학회 2023 한국산학기술학회논문지 Vol.24 No.7

일반적으로 해저 터널은 고수압 조건을 고려해야 한다. 고수압 조건 하에서 구조물에 가해지는 외력에 저항하기 위해서는 두꺼운 라이닝 두께를 필요로 하며, 이는 터널 굴착 단면적 증가로 인한 공사비 증가로 이어진다. 본 논문에서는 이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 2중 라이닝의 사이에 탄성재를 설치하여 면진 구조를 형성한 다중쉘 터널 형식을 제안하고 유한요소 수치해석을 수행하였다. 콘크리트 재료의 외측 라이닝과 금속 재료의 내측 라이닝 사이에 댐퍼와 탄성재 채움으로 이루어진 면진 구조를 가진 터널을 수심 80 m에서의 수압 및 토압이 작용하는 조건으로 모델링하고, 지진 하중 작용 시 다중쉘 터널의 거동을 분석하였다. 면진층은 내, 외측 라이닝의 연결을 강결에서 탄성 연결로 변화시켜 외측 라이닝에 작용하는 응력의 상당 부분을 흡수하는 역할을 하며 내측 라이닝에 작용하는 부재력을 크게 저감시키는 것으로 나타났다. 외측 라이닝의 두께가 얇을수록, 내측 라이닝의 두께가 두꺼울수록 내측 라이닝의 하중 분담이 커지므로 부재력이 증가하는 경향을 보였다. Generally, high water pressure conditions should be considered in undersea tunnels. A large lining thickness is required to resist the external load under high-pressure conditions, which increases the construction costs due to an increase in the cross-sectional area of tunnel excavation and tunnel lining thickness. This paper proposed a multi-shell tunnel, which has an elastic seismic isolation layer between the double linings, and finite element numerical analyses were conducted. The tunnels with a seismic isolation layer between the concrete outer lining and the steel inner lining are modeled underwater conditions at a depth of 80 m, and earth pressures and the behaviors of multi-shell tunnels under seismic load were analyzed. The seismic isolation layer changes the connection between the inner and outer linings from rigid to elastic, absorbing a significant part of the stress acting on the outer lining and greatly reducing the member force of the inner lining. The load distribution of the inner lining increased as the outer lining was thinner and the inner lining was thicker, so the member force of it tended to increase.

정하중 재하 시 실물 강성벽 일체형 철도보강노반의 성능평가

김대상(Dae-Sang Kim) 한국지반신소재학회 2015 한국지반신소재학회 논문집 Vol.14 No.3

강성벽 일체형 철도보강노반의 열차하중 하에서의 성능을 평가하기 위하여 실물 단선 철도 노반과 동일한 규모인 높이*폭*길이(5m*6m*20m)의 보강노반을 건설하였다. 철도보강노반은 높이의 30~40%의 짧은 보강재와 강성벽체, 보강재 연직배치간격 30와 40㎝를 적용한 특징이 있다. 경제성 및 시공성 향상을 위하여 강성벽체와 보강토체와의 일체화 연결방식을 3종류(용접형, 힌지볼트형, 굵은 철사형)로 다르게 설계하였다. 철도 설계하중 50㎪의 19.6배에 해당되는 0.98㎫ (최대시험하중 5.88MN) 최대하중에 대하여 2회 정하중 재하시험을 실시하였다. 철도보강노반의 성능은 파괴에 대한 안정성, 지지력과 침하, 벽체 발생 수평변위, 보강재 발생 변형률에 대한 검토로부터 평가하였다. 실물 실대형 시험결과로부터 높이의 35% 수준의 짧은 보강재와 힌지 볼트형 연결방식을 채택한 강성벽체 일체형 철도보강노반에서 40㎝의 보강재 연직간격을 적용하여도 열차 설계하중 하에서 좋은 성능을 보이는 것을 확인할 수 있었다. The Reinforced subgrade for railroad (RSR) was constructed for one way railway line with the dimension of 5 m high, 6 m wide and 20 m long to evaluate its performance under train design load. The RSR has characteristics of short length (0.3-0.4 H) of reinforcement and rigid wall, 30 and 40 ㎝ vertical spacing of reinforcement installation. To enhance economics and constructability, three kinds of connections (welding, hinge & bolt, bold wire) were also designed to realize the integration between rigid wall and reinforced subgrade. Two times of static loading tests were done on the full size railroad subgrade. The maximum applied pressure was 0.98 ㎫ (the maximum test load 5.88 MN), which corresponds to 19.6 times of the design load for railroad subgrade, 50 ㎪. The performance on the RSR was evaluated with the safety on the failure, subgrade bearing capacity and settlement, horizontal displacement of wall, and reinforcement strain. Based on the full scale test, we confirmed that the RSR with the conditions of 0.35 H (35% of height) short reinforcement length, hinge & bolt type connection for integration between rigid wall and reinforced subgrade, and 40㎝ vertical spacing of reinforcement installment shows good performance under train design load.

휨강성벽체를 갖는 철도보강노반의 장기거동 평가

김대상(Dae-Sang Kim),김웅진(Ung-Jin Kim),박종식(Jong-Sik Park),박성용(Seong-yong Park) 한국철도학회 2012 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2012 No.10

최근 기후변화로 인한 집중적인 국지성 호우빈도가 높아지면서 쌓기 법면의 붕괴우려가 점차 커지고 있다. 또한 고속철도 건설을 계기로 본격적으로 국내에 도입된 콘크리트궤도는 쌓기부의 침하, 변형을 최대한 억제시키지 않으면 안된다. 고성토 철도노반을 건설하고자 하는 경우 용지폭이 넓어지기 때문에 콘크리트 옹벽과 교량이 상대적으로 유리하지만 공사비가 증가한다. 따라서 본 논문에서는 전면벽체의 변형 및 분괴 우려가 없도록 휨강성을 갖는 벽체를 사용하면서, 흙 구조물의 약점인 인장 및 침하로 인한 변형을 최소화 할 수 있도록 내부에 보강재를 삽입하여 내구성능을 향상시킨 새로운 흙 구조물에 대한 시공 후 장기거동 평가결과를 소개하고자 한다. Recent climate change increases the frequency of torrential downpour. It increasingly concerns about the collapse of slope. Also concrete track introduced in Korea in the wake of high-speed rail construction requires minimum vertical and horizontal deformation of embankment. High embankment for railroad has disadvantage compared with concrete retaining wall or bridge because it requires wider construction site. And also concrete retaining wall and bridge require high construction cost. Therefore, this paper introduces new type soil structure reinforced by steel mesh, geosynthetic and wall with bending stiffness to check the long-term behavior of it.

철도 건설 용지 부족문제 해결을 위한 연직형 보강노반의 변형 특성 분석

김대상(Kim, Dae Sang),김웅진(Kim, Ungjin) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.3

철도 건설을 위하여 도심지 등 용지가 부족한 곳에서의 적용을 위하여 뒤채움 토공부를 선 시공한 후 전면 벽체를 나중에 시공하는 연직형 보강노반을 개발하였다. 연직형 보강노반은 철도 시공 및 운영 시 소요되는 점유 면적을 최소화할 수 있는 기술로 단계시공을 통하여 공용 중 잔류침하를 저감시킬 수 있는 특징이 있다. 동 논문에서는 연직형 보강노반의 시공 중 및 운용 중 변형 특성을 평가하기 위하여 수치해석을 통하여 노반침하 및 수평변위에 대한 정량적 평가를 수행하였다. 연직형 보강노반이 가장 불리한 해석조건인 연직간격 40 cm와 짧은 보강재 조건 0.35H에서도 콘크리트 슬래브궤도용 노반의 요구성능인 잔류침하 기준(30 mm)과 수평변위(높이의 3% 이내) 규정을 만족하는 것을 확인할 수 있었다. Vertically reinforced subgrade (VRS) the construction of which involves building backfills first and then facing walls was developed for the railroad construction in areas with land shortages, such as civil areas. VRS minimizes the land use during railroad construction and operation. It also reduces residual settlement during railway operation by virtue of its staged construction process. In this study, numerical analysis was performed to quantitatively evaluate the deformation characteristics of VRS, such as surface settlement and horizontal deformation, during the construction and operation of railroads. It was confirmed that VRS with 40 cm of vertical spacing and a reinforcement short length of 0.35H complies with the limit of residual settlement (30 mm) and horizontal deformation (less than 0.03H) for concrete slab tracks, even in the most unfavorable conditions.

철도보강노반의 시공 중 변형제어 성능평가

김대상(Kim Dae Sang) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.5

This paper evaluates the performance on deformation control of reinforced subgrade for railways(RSR) with in situ concrete pile foundation in soft ground for the decrease of residual settlement and increase of construction speed. Originally it was designed with RC retaining wall with steel pile foundation for railway subgrade, but changed with the RSR. Bored in situ concrete piles with 0.4m diameter were reinforced in a row below the RSR wall to expect large settlement of clay layer. The length of piles were changed from 1.5 to 2m depending on thickness of clay layer. The safety analyses of the RSR with pile foundation were performed about circular failure, sliding, and overturning and evaluated under the allowable safety standards. Based on the measurement of settlements and horizontal displacement about w/ and w/o pile foundation zones, we confirmed that bored in situ concrete pile foundation below the RSR wall has sufficient function of vertical and horizontal deformation control under construction, even though it was constructed on the soft layer. 본 논문에서는 연약지반 상 철도보강노반(RSR)의 잔류침하 제어 및 시공속도 향상을 위하여 벽체 기초로 현장타설 무근콘크리트를 적용하고 시공 중 변형제어 성능을 평가하였다. 강관 말뚝기초 RC옹벽으로 설계된 철도노반 구간을 RSR을 적용하기 위하여 설계변경하고 시공하였다. RSR 벽체 기초부는 점토층이 혼재하는 구간으로 큰 침하가 예상되어 벽체 기초부에 직경 0.4 m 무근 콘크리트 말뚝을 1열로 배열하여 보강하였다. 말뚝길이는 점토층 깊이에 따라 1.5∼2 m로 차별화된 설계를 실시하였다. 보강된 RSR에 대한 원호활동, 전도 및 활동에 대한 검토 결과로부터 안정성을 확보한 것으로 평가되었다. RSR 토체 시공 후 지표 및 원지반 침하와 수평변위를 측정한 결과로부터, 무근 콘크리트 기초로 시공된 RSR의 시공 중 연직 및 수평 변형제어 성능은 충분한 것으로 확인되었다.

토공상 콘크리트궤도 품질 향상 방안

김대상(Kim Dae Sang),최용진(Choi Yong Jin),최승선(Choi Seung Sun),김웅진(Kim Ung Jin) 한국철도학회 2015 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2015 No.5