상대변위를 이용한 지반정수 인식

최상현(Choi Sanghyun),조국환(Cho Kookhwan) 한국철도학회 2005 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.- No.-

In designing underground structure such as tunnels, estimating geotechnical characteristics of the ground is one of the most important and difficult tasks. In this paper, a methodology that can identify geotechnical parameters using only field-measured relative convergence displacements is presented. By using only relative convergence measurement data, inevitable errors in absolute convergence estimation can be avoided and in turn the parameter estimation process can be simplified. The methodology utilizes sensitivity relationship between static displacement measurements and geotechnical parameters. The feasibility and applicability of the proposed methodology is verified via a 3-d numerical example of a tunnel structure.

동절기 철도 터널의 온도 분포에 관한 연구

박윤식(Park, YoonSik),이세희(Lee, SeHee),조국환(Cho, KookHwan) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.1

동절기 기후시 외기온도 저하에 따라 구조물에 내재된 수분을 동결시켜 터널 라이닝 및 콘크리트 도상과 같은 터널 구조물을 손상시키게 된다. 따라서 동절기 터널 내 영하온도 분포범위를 파악하고자 총 연장 8,293 m 강릉선 ○○장대터널을 대상으로 터널 입구(0 m)에서 3,270 m 거리까지 50개의 온도계측기를 설치하였으며 시간별 내부온도 변화를 계측하였다. 해당 구간의 경우 시속 130-150 km/h 대역 내 열차가 양방향으로 운행함에 따라 철도 운행과 터널 내부온도의 상관관계를 검토하고자 열차주행시 내부온도의 변화 및 지속시간 등의 결과를 분석하였다. 분석결과, 터널 내부온도는 주로 외기온도와 터널 지표면간의 차이로 발생하며, 열차로 인한 내부온도 변화는 30분 내외로 회복되는 것으로 나타났다. 따라서 동결범위 산정시 열차주행간격이 30분 내외인 터널구간에서는 열차 주행에 대한 영향요인은 배제하여도 무관할 것으로 판단된다. The freezing water around the tunnel lining, which is caused by the external temperature during winter, damages portions of tunnel structures, such as the lining and concrete slab track. To investigate the influence of freezing temperature, a total of 50 temperature gauges were installed from the tunnel entrance to 3,270 m. The total length of the tunnel was 8,293 m. The variation in temperature along the tunnel was measured during winter. The correlation between the variation in temperature and the influence of train operation at a speed of 130-150 km/h was analyzed. The duration of the increasing freezing temperature range influenced by train operation was also analyzed and displayed in the results. The results demonstrated that the variation in temperature according to the train operation could be recovered in 30 min. Therefore, when considering the freezing range of a tunnel where trains are travelling at intervals of approximately 30 min, it was judged that the influence factor will be negligible owing to the train operation.

LoRa, Sensor Node, Cloud Platform을 활용한 계측관리에 관한 연구

이강중(Lee, KangJung),김지환(Kim, JiHwan),하민수(Ha, MinSoo),조국환(Cho, KookHwan) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.6

최근 4차 산업혁명으로 통신분야와 센서분야는 눈부시게 발전하고 있다. 그 중 LoRa LPWAN은 저전력 IoT 전용기술로기존의 LTE 망보다 저렴하며, 근거리 통신방식(Bluetooth/WiFi/Zigbee)보다 넓은 커버리지를 제공하는 통신기술이다. 이번연구에서 LoRa LPWAN 통신을 활용한 계측관리 시스템을 제안하였다. 지상구간과 지하구간에 각각 공용망(Public), 자가망(Private)을 활용한 하이브리드 계측시스템으로 구축하였다. 각 메카니즘에 맞는 센서를 선정하여 고유신호를 처리할 수 있는센서노드를 개발하였으며, 원시 데이터를 Cloud Platform에 저장할 수 있는 통합 모니터링 프로그램을 개발하였다. 연구결과 통신 성공률은 1차 송수신시 90%, 2차 송수신시 99%로 나타났으며, 센서에서의 측정치와 센서노드 연결 후 통신 완료시측정치가 정확히 일치하는 것으로 확인되었다. With the recent Fourth Industrial Revolution, communication and sensor fields are developing remarkably. Among them, LoRa low-power wide-area network (LPWAN) uses low-power Internet-of-things-only technology, which is cheaper than the existing long-term evolution network, and it is a communication technology that provides wider coverage than short-range communication methods (such as Bluetooth, WiFi, and Zigbee). In this study, a measurement management system was developed using LoRa LPWAN communication. It was constructed as a hybrid measurement system using public and private networks for the ground and underground sections, respectively. We developed a sensor node that could process unique signals by selecting sensors suitable for each mechanism and an integrated monitoring program that could store raw data in the Cloud Platform. The results showed that the communication success rate was 90% for the first transmission and reception and 99% for the second transmission and reception. It was confirmed that the measured values at the sensor and when communication was completed after connecting the sensor node were equal.

직육면체 섬유보강재 노반보강공법 현장부설에 따른 자갈궤도 동적거동 비교분석

차영만(Cha,Young-Man),엄기영(Eum,Ki-Young),김자연(Kim,Ja-Yeon),조국환(Cho,KookHwan) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.6

직육면체 섬유보강재를 이용한 노반보강공법은 다양한 기존 노반 보강 기술의 단점을 보완한 공법이다. 자갈의 세립화;뜬침목 및 침목균열이 발생한 기존선 oo구간에 직육면체 섬유보강재를 부설하였다. 상부노반의 기본 물성시험을 실시하였으며;보강단면과 비보강단면의 열차 운행에 따른 레일과 침목의 수직변위;수직 가속도를 비교⋅분석하였다. 직육면체 섬유보강재 부설 후 열차운행에 따른 수직 변위 및 가속도를 비교 분석한 결과;수직 변위량은 최대 84%;수직가속도는 최대 80% 감소되었다. 이는 직육면체 보강재의 보강효과로 인해 레일의 동적 움직임이 감소되어 노반 지지력 향상과 안정성이 향상된 것으로 나타났다. The roadbed reinforcement method using cuboidal fiber reinforcement is an eco-friendly method that compensates for the shortcomings of various existing roadbed reinforcement technologies. A rectangular parallelepiped fiber reinforcement was installed in section oo of the existing line where fine-grained gravel;floating sleepers;and sleeper cracks occurred. The basic physical property test of the upper subgrade was conducted;and the vertical displacement and acceleration of rails and sleepers were compared and analyzed according to the train operation of the reinforced and non-reinforced sections. A comparative analysis of the vertical displacement and acceleration according to train operation after laying the rectangular parallelepiped fiber reinforcement demonstrated that the vertical displacement and acceleration were reduced by up to 84% and 80%;respectively. The dynamic movement of the rail was reduced owing to the reinforcing effect of the rectangular parallelepiped reinforcement;thereby improving the roadbed bearing capacity and stability.

직육면체 섬유보강재 노반보강공법 현장부설에 따른 지지력 평가 비교분석

박윤식(Park, Yoon-Sik),김자연(Kim, Ja-Yeon),엄기영(Eum, Ki-Young),조국환(Cho, KookHwan) 한국방재학회 2020 한국방재학회논문집 Vol.20 No.6

직육면체 섬유보강재를 이용한 노반보강공법은 친환경적이며 기존 노반 보강 기술의 단점을 보완한 공법이다. 실대형 시험을통하여 열차 속도에 따른 지지력 향상 효과, 안정성 및 시공성이 검증되었다. 검증된 자료를 바탕으로 자갈의 세립화, 뜬침목및 침목균열이 발생한 기존선 구간에 직육면체 섬유보강재를 부설하였다. 노반의 기본 물성시험을 실시하였으며, 보강단면과비보강단면의 현장부설에 따른 침하량을 비교·분석하였다. 직육면체 섬유보강재 부설 후 열차운행에 따른 침하량을 비교분석한결과, 레일 및 침목의 수직 변위량이 최대 84% 감소되었다. 이는 직육면체 보강재의 보강효과로 인해 궤도 지지력이 향상되어궤도의 안정성을 향상시키는 것으로 나타났다. The roadbed reinforcement method, in which a rectangular parallelepiped fiber reinforcement sack is used, is ecofriendly and overcomes the disadvantages of the conventional roadbed reinforcement method. Through large-scale tests, the effects of improving the bearing capacity, stability, and constructability according to the train speed were confirmed. Physical property investigations of the field test were conducted to analyze the conditions of the roadbed. The settlement degree of the site, where the reinforced section and unreinforced section were placed, was measured and analyzed. A rectangular parallelepiped fiber reinforcement sack was laid. Based on the physical properties determined during the field tests, this section was found to be soft ground composed of silt sand with a low bearing capacity. In addition, through comparison and analysis of the degree of settlement caused by the laying of rectangular parallelepiped fiber reinforcement sack, the dynamic vertical displacement of rails and sleepers decreased by at least 84%. It was shown that the track stability improved when the rectangular-parallelepiped fiber reinforcement sack was laid, which reduced the dynamic behavior along and improved the track support.

TBM터널 궤도하부 채움재와 궤도진동과의 상관관계 분석

박성범(Park, SungBum),이세희(Lee, SeHee),김지환(Kim, JiHwan),조국환(Cho, KookHwan) 한국방재학회 2019 한국방재학회논문집 Vol.19 No.7

최근 철도의 고속화로 인하여 선형의 직선화가 요구되고 도심지를 통과하는 철도망이 증가함에 따라 TBM터널 시공이 증가하고 있다. 철도터널에 TBM공법 적용시 기계의 원형헤드특성상 불가피하게 깊은 깊이의 궤도하부 채움구간이 발생하지만 이 구간의 채움방안에 대한 연구 및 설계기준은 현재 미흡한 실정이다. 또한 비용절감을 위해 콘크리트와 유사한 재료로 채움을 시행하고 있으나 채움구간을 불연속체로 시공할 경우 열차통과시 발생하는 진동의 전파에 영향이 발생할 수 있으므로 반드시 채움재료별 동적거동 분석을 수행하여 적절한 채움방안으로 시공하여야 한다. 본 논문에서는 시멘트 함유량 7~13%의 입도조정쇄석을 채움재료로 선정하고 각 재료의 동적물성치를 파악하고자 실내실험을 수행하였다. 또한 실내실험에서 얻어진 동적물성치를 수치해석에 적용하여 열차진동에 의한 채움구간의 동적거동을 분석하였다. 수치해석결과, 임계속도에서 공진현상이 발생하며, 일정 시멘트 함유량 이하일 경우 높은 진동가속도로 인해 채움구간의 불안정한 동적거동이 일어나므로 적절한 채움방안이 적용되어야 할 것으로 나타났다. Due to the high speed of railway and the railway network passing through an urban area, the construction of tunnel using tunnel boring machine (TBM) has been increasing. During TBM tunneling, a deep filling section, about 3 m in depth, under the slab track is formed by the circular machine head. The research and the design standards for filling this section are currently insufficient. In addition, when the section is filled with lean concrete, it may negatively affect the propagation of train vibration. Therefore, it is necessary to analyze the dynamic behavior of filling materials and follow a suitable filling method. In this study, laboratory tests were conducted to determine the dynamic properties of bottom filling materials. Granular crushed stone with a cement content of 7-13% was selected as the filling material. Numerical analyses that reflect the results of the laboratory tests were also performed to analyze the dynamic behavior of the filling section under slab track. The results of these analyses showed that resonance occurred in the filling section depending on the critical and subcritical speeds of the vehicle.

느슨한 풍화토 구간을 통과하는 구간의 패널공법 적용 구간 안정성에 관한 연구

김지선(Kim, Ji-Sun),김자연(Kim, Ja-Yeon),엄기영(Eum, Ki-Young),조국환(Cho, KookHwan) 한국방재학회 2021 한국방재학회논문집 Vol.21 No.5

지반조건이 불량한 구간의 경우 일반적으로 사용되는 NATM터널공법 적용이 어려우므로, 비개착 특수공법 등의 적용사례가 증가하고 있다. 본 구간은 국도 하부 터널 횡단구간으로 깊은 매립층과 느슨한 풍화토층이 분포하고 있는 구간으로 패널공법을 적용하고자 한다. 이에 MIDAS GTX를 이용하여 시공단계별로 상부도로의 안정성 및 침하량, 터널 구조물의 안정성을 검토하였다. 통과구간에 계측기 설치를 통하여 수치해석 결과 검토 및 시공 중, 후에 대한 안정성을 평가하였다. 이에 일반적인 터널굴착공법을 적용하기 어려운 도심지. 연약지반 통과구간에 패널공법이 적절한 대응방안인 것으로 판단된다. In sections with poor ground conditions, it is difficult to apply the commonly used NATM tunnel method; thus, applications of the non-open cut tunneling method are increasing. This section is a tunnel crossing area under the national road in which the Panel method is to be applied to the section where a deeply buried layer and a loose weathered soil layer are distributed. Therefore, the stability of the upper road, the amount of settlement, and the stability of the tunnel structure were reviewed for each construction stage by using MIDAS GTX. Through the installation of measuring instruments in the tunnel area, the results of the numerical analysis were reviewed and the stability during and after construction was evaluated. Therefore, it is likely that the Panel method is an appropriate countermeasure in the downtown area and in areas with soft ground sections where the application of the general tunnel excavation method is difficult.

터널의 변위측정을 이용한 지반정수 인식방법에 관한 연구

조국환 서울産業大學校 2005 논문집 Vol.54 No.2

터널과 같은 지하구조물의 설계 및 시공시 지반성질을 정확히 파악하는 것은 시공의 안정성 및 경제성을 위해 매우 중요하다. 그러나 지반의 상태를 대표하는 지반정수를 설계단계에서 파악하는 것은 거의 불가능하므로 일반적으로 시공시 현장계측을 수행하여 설계시 초기 입력한 지반정수를 보정하고 이 결과를 차후 시공에 반영하고 있다 (이인모 등 2005a). 현재까지 계측된 내공변위를 이용한 대부분의 역해석 방법은 절대변위를 이용하므로 계측시작 이전에 발생되는 초기변위의 예측이 필요하며 이 과정에서 필연적으로 불확실성을 갖게 된다 (김문겸 등 1995a; 김문겸 등 1995b; 이인모 등 1996; 이인모 등 1997). 이러한 불확실성을 피하기 위해 이인모 등(2005a)은 상대변위 만을 이용한 역해석기법을 제안한 바 있다. 본 연구에서는 터널주변 지반의 지반정수와 터널의 상대변위의 민감도 관계를 통하여 지반의 상태를 역해석할 수 있는 간략한 기법을 제안하였다. 연구에 사용된 민감도 기법은 Stubbs와 Osegueda(1990)에 의해 제안된 바 있는 시스템인식기법을 응용하였으나, Stubbs와 Osegueda의 시스템인식기법은 매개변수와 고유진동수의 민감도 관계를 기초로 하므로 정적인 상대변위를 적용할 수 있도록 관계식을 재유도하였다. 본 연구에서 제안된 기법의 적용성은 3차원 터널 구조물 수치예제를 통하여 검증하였다. In designing underground structure such as tunnels, estimating geotechnical characteristics of the ground is one of the most important and difficult tasks. In this paper, a methodology that can identify geotechnical parameters using only field-measured relative convergence displacements is presented. By using only relative convergence measurement data, inevitable errors in absolute convergence estimation can be avoided and in turn the parameter estimation process can be simplified. The methodology utilizes sensitivity relationship between static displacement measurements and geotechnical parameters. The feasibility and applicability of the proposed methodology is verified via a 3-d numerical example of a tunnel structure.