기존터널에 근접한 직각교차 하부터널의 굴착에 따른 교차부지반의 거동 (I)

김동갑,김승현,홍석봉,이상덕,Kim, Dong-Gab,Kim, Seung-Hyun,Hong, Suk-Bong,Lee, Sang-Duk 한국터널지하공간학회 2005 터널기술 Vol.7 No.1

본 논문에서는 저토피 구간에서 기존터널 하부에 새로운 터널을 교차하여 신설할 때에 하부 터널굴착으로 인하여 발생하는 교차부 주변지반의 거동과 상부의 기존터널의 거동을 대형모형실험을 통하여 연구하였다. 모형실험은 4.0 m (폭), 3.8 m (높이), 4.1 m (길이) 크기의 콘크리트로 제작된 대형토조에서 모래를 이용하여 상대밀도가 일정한 모형지반을 3.4m높이로 조성하여 실시하였다. 모형실험결과 교차부 주변지반은 하부터널 종방향의 응력전이로 인하여 교차 전과 교차 후에 응력과 지반변위의 차이가 발생하였다. 교차 전 후의 하부터널굴착에 따른 종방향 응력전이가 상부터널에 의하여 차단됨을 알 수 있었다. The behaviors of the ground in crossed zone and the existing upper tunnel in shallow cover due to the excavation of new lower tunnel Rectangularly crossed to that was studied. Model tests were performed in the large scale test pit, the size was '$4.0m(width){\times}3.8m(height){\times}4.1m(length)$'. Test ground was constructed uniformly by sand in middle density. Results of the model tests show that earth pressure and settlement of the ground in crossed zone were redistributed due to the longitudinal arching effect by the excavation of lower tunnel. Upper tunnel blocks stress flow due to the longitudinal arching effect by excavation of lower tunnel.

균질지반에서 2단계로 굴착되는 터널의 거동특성에 대한 실험적 연구

김동갑(Dong-Gab Kim),박승준(Seung-Jun Park),이상덕(Sang-Duk Lee) 한국암반공학회 2004 터널과지하공간 Vol.14 No.5

숏크리트 지보 구조는 지반과 숏크리트가 일체화되어 숏크리트 라이닝에 전단력의 전달이 가능한 터널 구조로서 안정한 구조물을 형성하는데 기여한다. 본 연구에서는 석고를 사용하여 일정한 강도를 가진 균질한 모형지반을 제작하였다. 하중재하에 의해 일정한 원지반 응력을 조성한 후 상ㆍ하부반단면 굴착공법으로 굴착하며 굴착시 터널 주변지반의 응력상태와 라이닝의 거동특성을 계측하였다. 측정결과 굴착으로 인하여 터널 주변 지반과 라이닝에 접선방향으로 인창용력이 발생되었다. 단계굴착에 의한 응력 해방율은 상부 경계선 확대천공시 9% 상부반단면 아치부 확대천공시 15%, 상부반단면 경계선 절단 즉시 48%, 안정화 후 하부반단면 굴착전 94%로 나타났다. In a shotcrete support system, the cooperation of the ground and the shotcrete lining makes it possible to transfer the shear stress to the shotcrete lining, which is dedicated to form a stable structure. In this study, a homogeneous model ground with constant strength was produced by using gypsum and the tunnel was excavated with a top heading method under the definite initial stress. During the excavation, the stress in the ground around the tunnel and the deformation of shotcrete lining were measured. The tensile stress was generated in tangential direction in the ground near the tunnel and in the shotcrete lining due to tunnel excavation. This shows the unified behavior of the ground and shotcrete lining, which is the most typical characteristic of the shotcrete support. As a result, the rates of in-situ stress during the excavation at a top boundary line was 9"10 and at top arch heading 15%. It was 48% right after excavating the heading and 94% before cutting the bench.

기존터널에 근접한 직각교차 하부터널의 굴착에 따른 교차부지반의 거동 (II)

김동갑,이상덕,Kim, Dong-Gab,Lee, Sang-Duk 한국터널지하공간학회 2005 터널기술 Vol.7 No.2

The behavior of the ground in crossed zone due to the excavation of new lower tunnel rectangularly crossed to that was studied by model tests and numerical analysis in shallow cover. Results of the model tests show that earth pressure of the ground in crossed zone were redistributed due to the longitudinal arching effect by the excavation of lower tunnel. By the numerical analysis, minimum principal stress in crown of single tunnel has more decrease than parallel tunnel or crossed tunnel. Vertical stress at rectangularly crossed tunnel decrease more than single tunnel by stress shadow. 저토피 구간에서 기존터널 하부에 새로운 터널을 교차하여 신설할 때에 하부 터널굴착으로 인하여 발생하는 교차부 주변지반의 거동을 대형모형실험과 수치해석을 통하여 연구하였다. 모형실험결과 교차 전 후의 하부터널 굴착에 따른 종방향 응력전이가 상부터널에 의하여 차단됨을 알 수 있었다. 수치해석결과에 의하면 측압계수 K = 0.38인 경우에 응력그림자 현상으로 단일터널 천단부에서의 최소주응력 감소는 상하교차터널의 천단에서보다 크게 발생한다. 직각교차터널에서는 기존상부터널의 영향으로 응력그림자 현상이 나타나 단일터널에 비하여 작은 응력감소를 보인다.

기존터널에 근접하여 경사로 교차되는 하부터널굴착에 따른 교차부지반의 거동

김동갑,이상덕,Kim, Dong-Gab,Lee, Sang-Duk 한국터널지하공간학회 2005 터널기술 Vol.7 No.4

The behaviors of the ground in crossed zone and the existing upper tunnel in shallow cover due to the excavation of new lower tunnel crossed to that was studied. Model test was performed in the large scale test pit, the size was '$4.0m(width){\times}3.8m(height){\times}4.1m(length)$'. Test ground was constructed uniformly by sand in middle density and test with the crossed angle of $56^{\circ}$ (obliquely) were performed. The numerical analysis was performed on equal condition with model test. Results of the study by model test and numerical analysis show that earth pressure and settlement of the ground in crossed zone were redistributed due to the longitudinal arching effect by the excavation of lower tunnel. Model test shows that upper tunnel blocks stress flow due to the longitudinal arching effect by excavation of lower tunnel. 본 연구에서는 저토피 구간에서 기존터널 하부에 새로운 터널이 경사로 교차하여 신설할 때 하부 터널굴착으로 인하여 발생하는 교차부 주변지반과 상부터널의 거동을 분석하였다. 4.0m (폭), 3.8m (높이), 4.1m (길이) 크기의 콘크리트로 제작된 대형토조에서 모래를 이용하여 상대밀도기 일정한 모형지반을 3.4m높이로 조성하였고, 상하터널의 교차 각도가 $56^{\circ}$인 경우에 대하여 대형모형실험을 실시하였다. 또한, 모형실험과 동일한 조건으로 수치해석을 실시하여 실험결과와 연관하여 분석하였다. 연구결과 교차부 주변지반은 하부터널 종방향의 응력 전이로 인하여 교차 전과 교차 후에 응력과 지반변위의 차이가 발생하였다. 모형실험 결과로부터 교차 전 후의 하부터널굴착에 따른 종방향 응력전이가 상부터널에 의하여 차단됨을 알 수 있었다.

기존터널 하부에 교차하여 굴착되는 터널의 2차원 거동 특성에 대한 실험적 연구

홍석봉,김동갑,이상덕,Hong, Suk-Bong,Kim, Dong-Gab,Lee, Sang-Duk 한국터널지하공간학회 2005 터널기술 Vol.7 No.2

본 연구에서는 실내 2차원 모형실험을 통하여 상부의 기존터널과 직각으로 교차하는 하부의 신설터널 굴착에 따른 교차부 지반 및 상부터널의 거동을 분석하였다. 연구결과 단일터널 굴착에 따른 종방향 아칭에 의해 이완영역 발생 이후의 전후방 지반에서 연직토압이 증가하였다. 하부터널 굴진면 상부에 상부터널의 측벽이 위치할 경우, 굴진면에 근접한 전방지반에서 연직토압이 약간 증가하였다. 상부터널의 측벽이 굴진면 상부에 위치하고, 수직이격거리가 하부터널 전단에서 상부터널 중심까지의 거리가 0.7 H와 1.0 H인 경우에 굴진면 전방에서 연직토압이 증가하였다. 그러나, 교차터널의 수직이격거리가 1.3 H인 경우 단일터널과 통일하게 거동하였다. The two dimensional behaviors of the existing upper tunnel and the ground at crossed area due to the excavation of a lower tunnel were studied experimentally, The model tests were conducted by changing the relative location of the existing upper tunnel and the lower tunnel. The results of the study show that a vertical earth pressure outside the loosened area was increased due to longitudinal arching effect same as a single tunnel. In case vertical distance between the upper and lower tunnel is 0.7 H and 1.0 H respectively (H is a height of the lower tunnel), vertical earth pressure increased in the loosened area behind the tunnel face. But when a vertical distance is 1, 3 H, ground behaviors appeared similarly to a single tunnel.

FRP 그라우팅의 보강효과에 관한 연구

김승현(Kim Seung Hyun),유병모(Yoo Byoung Mo),김동갑(Kim Dong Gab),이상덕(Lee Sang Duk) 대한토목학회 2002 대한토목학회 학술대회 Vol.2002 No.11

절리 지반에서 2단계로 굴착되는 터널의 거동특성에 대한 실험적연구

박승준,김동갑,이상덕,Park, Seung-Jun,Kim, Dong-Gab,Lee, Sang-Duk 한국터널지하공간학회 2004 터널기술 Vol.6 No.4

본 연구에서는 터널을 굴착할 때 절리가 있는 암반의 역학적 거동특성을 실험적으로 규명하고자 하였다. 절리와 터널의 이격거리, 측압계수를 변화시키며 실험을 수행하였다. 터널주변에 수직절리가 있는 경우 천단부와 수직절리 반대편의 어깨부에서 가장 큰 영향이 발생되며 측압이 작을 경우에는 천단부 보다 절리 반대편 측벽부에서 접선 방향의 응력이 크게 증가된다. 반면 $45^{\circ}$의 경사절리가 있는 경우 발생하는 압축응력은 절리면 방향의 터널 좌측부가 무절리 상태의 3배정도로 터널의 안정성에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. This study is intended to investigate the geotechnical behavior of jointed mass on tunnel excavation experimentally. Laboratory test were conducted in various conditions of distance from joint to tunnel and in-situ stress ratio ($K_0$). In case, the ground around the tunnel that has the joint angle $90^{\circ}$ generate the greatest influence in crown and far shoulder from joint. If the in-situ stress ratio is low, tangential stress of side wall that is opposite side of the joint is increased more than in crown. Otherwise in case, joint angle $45^{\circ}$, the generated compress stress is found out that left side of the tunnel of near the joint has influence on stability of the tunnel about 3 times than non-jointed rock.

활동성 불연속면을 포함한 사질토 지반에서의 주동토압

전은숙(Cheon Eun-Sook),김동갑(Kim Dong-Gab),이상덕(Lee Sang-Duk) 대한토목학회 2003 대한토목학회 학술대회 Vol.2003 No.10

사질토에 굴착한 터널 막장의 파괴 메커니즘

홍석봉(Hong Suk-Bong),오현식(Oh Hyun-Sik),김동갑(Kim Dong-Gab),이상덕(Lee Sang-Duk) 대한토목학회 2003 대한토목학회 학술대회 Vol.2003 No.10

2단계로 굴착되는 터널의 절리에 대한 연구

변광욱(Gwang-Wook Byun),안정환(Joung-Hwan An),김동갑(Dong-Gab Kim),이상덕(Sang-Duk) 한국암반공학회 2005 터널과지하공간 Vol.15 No.3

암반에 시공되는 터널은 주변지반이 자제 지보능력을 가진다. 암반에는 절리가 존재하여 전체적인 거동이 불연속연의 거동에 의해 지배되는 경우가 많다 본 연구에서는 모형실험과 수치해석적 방법을 통하여 절리암반에 굴착되는 터널의 가동을 연구하였다. 그 결과 균질한 지반에서 터널을 굴착할 경우 초기응력상태에 따라 터널의 거동이 달라진다. 또한 터널주위에 절리가 존재할 때 절리와 인접한 터널주변지반에서는 지반응력과 변위가 증가하였다. Recently, the surrounding rock mass is understood as the major support system for the tunnel constructed in the rock mass. Generally, the rock mass contains many discontinuity planes such as joints, and thus, the tunnel behavior in the rock mass is governed by the characteristics of the discontinuity planes. In this study, the behavior of tunnel in jointed rock mass is studied by model tests and numerical analyses. The results shows that the behavior of tunnel depends on the different initial stress conditions, in case that the tunnel is excavated in the ground without any joints. When a joint is located near the tunnel, the ground stress and displacement tend to increase between the tunnel and the joint.