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.

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

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.

실대형 진동대 시험을 통한 복층터널 중간 슬래브 진동 감쇠 고무받침 내진성능 평가

장동인,박인준 사단법인 한국터널지하공간학회 2020 한국터널지하공간학회논문집 Vol.22 No.4

도심권의 교통 집중과 정체로 인하여 지하 공간 활용성이 필요함에 따라 지하구조물에 대한 연구가 늘어나고 있다. 그 중 복층터널은 지하구조물을 대표 할 수 있다. 복층터널은 중간슬래브를 기준으로 상, 하부 차도를 구분하여 운영하고 있다. 중간슬래브는 차량의 하중 및 지진하중에 의하여 동적거동을 한다. 특히 지진의 의한 응답특성은 하중의 크기 및 작용 메커니즘이 매우 복잡하고 이론적 접근이 어려워 실험적 연구가 필요하다. 본 연구에서는 붕괴방지 내진 1등급의 복층터널 중간슬래브에 진동 감쇠 고무받침 유무에 따른 안정성 평가를 실시하는데 목적을 두고 있다. 본 진동대 실험에서는 상사율 1/4을 적용하였으며, 모형실험에서 지반과 모형의 일체거동을 묘사하기 위하여 라이닝과 진동대판을 고정시켰으며 이를 통해서 상대거동을 최소화 하였다. 실험대상은 가상복층터널 TBM 표준단면으로 정했다. 기반암에 가해지는 지반운동 수준을 0.154 g (붕괴방지 수준 내진 1등급 인공지진파)이며 이 가속도를 최대로 하는 지진파를 진동대 입력(기반암)에 작용시켜 모형에 증폭현상을 분석하고 진동 감쇠 고무받침 유무에 따른 중간슬래브의 내진 안정성에 대해 평가분석 하였다. 그 결과, 지진 감쇠 고무받침 유무에 따라서 지진 가속도 감쇠 효과가 최대 40% 이상 있음을 알 수 있었다. Traffic jam and congestion in urban areas has caused the need to improve the utility ofunderground space. In response, research on underground structures is increasinglybeing conducted. Notably, a double-deck tunnel is one of the most widely used of allthose underground structures. This double-deck tunnel is separated by the middle slabinto the upper and lower roadways. Both vehicle load and earthquake load cause themiddle slab to exhibit dynamic behavior. Earthquake-related response characteristics,in particular, are highly complex and difficult to interpret in a theoretical context, andthus experimental research is required. The aim of the present study is to assess thestability of a double-deck tunnel’s middle slab of the Collapse Prevention Level andSeismic Category 1 with regard to the presence of vibration-damping Rubber Bearings. In vibration table tests, the ratio of similitude was set to 1/4. Linings and vibratingplatforms were fixed during scaled model tests to represent the integrated behavior ofthe ground and the applied models. In doing so, it was possible to minimize relativebehavior. The standard TBM cross-section for the virtual double-deck tunnel wasselected as a test subject. The level of ground motion exerted on the bedrock was setto 0.154 g (artificial seismic wave, Collapse Prevention Level and Seismic Category 1). A seismic wave with the maximum acceleration of 0.154 g was applied to the vibrationtable input (bedrock) to analyze resultant amplification in the models. As a result, theseismic stability of the middle slab was evaluated and analyzed with respect to thepresence of vibration-damping rubber bearings. It was confirmed that the presence ofvibration-damping rubber bearings improved its earthquake acceleration dampingperformance by up to 40%.

Pre-cutting 공법을 적용한 터널 확폭 시 기존 및 확폭터널의 거동에 관한 수치해석적 연구

김한얼,남경민,하상귀,유한규 사단법인 한국터널지하공간학회 2020 한국터널지하공간학회논문집 Vol.22 No.4

Aging tunnels with small cross-sections can cause chronic traffic jams. This problemcan be solved by widening the tunnel. In general, when the tunnel is expanded, theouter portion of the existing tunnel is excavated through a mechanical or blastingmethod. Such excavation affects not only the surrounding ground but also the existingtunnel. The application of the pre-cutting method can be a solution to these problemseffectively. Therefore, if the widening of tunnel is performed by applying pre-cuttingmethod, analysis of the impact of this method must be performed. In this study, in orderto analyze the effect of applying pre-cutting in tunnel widening, numerical analysis isperformed at six ground grades, from grade I to weathered rock. The analysis isperformed with the expanding lane and the excavation length of pre-cutting asvariables. In addition, the analysis is focused on the displacement of crown of theexisting tunnel and the enlarged tunnel. As a result, the crown displacement of theenlarged tunnel is confirmed to converge at the same value regardless of theexcavation length of the pre-cutting when the tunnel widening is completed. In thecase of existing tunnels, uplift of crown occurs within 5 m of the front of the tunnelsurface, and the shorter the excavation length of pre-cutting is found to be effective inpreventing the occurrence of uplift. 단면이 작게 만들어진 노후화된 터널은 만성적인 교통정체를 유발한다. 이는 터널의 확폭을 통하여 해결할 수 있다. 일반적으로 터널을 확폭할 경우, 기계식 또는 발파식 굴착방법을 통하여 기존터널의 외곽부를 굴착하게 된다. 이러한 굴착은주변 지반뿐만 아니라 기존터널에도 영향을 미치게 된다. Pre-cutting 공법의 적용은 이러한 문제를 효과적으로 해결할수 있는 방법이 될 수 있다. 따라서 Pre-cutting을 적용하여 확폭을 수행할 경우, 이에 따른 영향분석은 필수적으로 수행되어야 한다. 본 연구에서는 터널 확폭에서 Pre-cutting을 적용할 경우, 이에 따른 영향을 분석하기 위하여 6가지의 지반등급에서 수치해석을 수행하였다. 해석에서는 확대차로와 Pre-cutting의 굴착길이를 변수로 하여 수행하였으며, 기존터널과 확폭터널의 천단침하에 주목하여 분석하였다. 그 결과, 확폭터널의 천단침하는 확폭이 완료가 되면, Pre-cutting의굴착 길이와 상관 없이 동일한 값으로 수렴하는 것을 확인하였다. 기존터널의 경우, 굴진면의 전방 5 m 내에서 융기가 발생하였으며, Pre-cutting의 굴착 길이가 짧을수록 융기 발생 예방에 효과적인 것으로 나타났다.

영구 무지보 터널의 일반적인 조건에 관한 수치해석적 연구

윤지선,류주열 사단법인 한국터널지하공간학회 2003 한국터널지하공간학회논문집 Vol.5 No.2

The present with in this country, rock bolt installation, shotcrete, and concrete lining in construction order has become accepted as a general tunnelling method in NATM. On the other hand Unlined tunnelling method, which was developed by many countries near Scandinavian Peninsula with hard rocks comparatively, has recently been introduced all over the world, and numerous studies about that have been being devoted to domestic tunnels.Unlined tunnelling method has been developed on the basis of the permanently unsupported openings, and general 7 requirements for them were suggested by Nick Barton. There are no case record about these conditions for Q-system in this country. Therefore, input parameters for Q-system under these conditions were applied to general road tunnel cross-section and numerical analyses for each condition were executed with UDEC-BB, Distinct Element Method. 현재 국내에서는 굴착 후 록볼트, 숏크리트와 콘크리트 라이닝을 현장에서 타설하는 NATM이 일반적인 터널공법으로 정착되어있는 상태이다. 이에 반해 최근 암반이 양호한 스칸디나비아 반도 부근의 국가를 중심으로 무라이닝 터널공법이 개발되어, 세계각국으로 확대되고 있으며 비교적 암반이 양호한 국내에서도 이러한 무라이닝 터널공법에 대한 적용성이 활발히 연구중 이다. 무라이닝 터널공법은 영구 무지보 지하공동에 대한 연구를 근간으로 발달되어 왔으며, 영구 무지보 지하 굴착에 관해서는 Barton이 수많은 사례기록들을 토대로 일반적인 조건 7가지를 제시하고 있다. 이 조건들은 Q-system에 관한 조건이지만, 국내에는 적용된 실적이 없는 조건이다. 따라서, 이 조건들에 의해 산출된 Q값에 대한 입력변수를 임의의 일반 도로터널단면에 적용하여, 불연속체 해석기법인 UDEC-BB을 사용하여 각 조건에 대해 수치해석적 검증을 실시하였다.

장대 철도터널에서의 방재 안전성 평가에 관한 연구

김영근,김동현,Kim, Young-Geun,Kim, Dong-Hyun 한국터널지하공간학회 2007 한국터널지하공간학회논문집 Vol.9 No.3

최근 새로운 철도를 건설하거나 기존선로를 개량하기 위하여 터널의 건설이 급속히 증가하고 있으며, 점점 장대화 되고 있는 실정이다. 그러나 터널이 장대화됨에 따라 터널내에서의 화재사고 발생시 치명적인 대형사고의 가능성이 증대되고 있어, 장대터널에서의 안전성에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 이유로 터널내 위험도를 최소화하고 터널방재기준을 만족시킬 수 있는 터널내 방재시설에 대한 최적의 설계기준이 요구되고 있으며, 장대 철도터널의 합리적인 설계를 위하여 터널 방재 안전성에 대한 정량적인 평가방법이 필요하다 할 수 있다. 본 연구에서는 정량적 위험도 분석방법인 QRA 기법을 장대터널에서의 방재 안전성 평가에 적용하여 그 유효성을 검토하고자 하였다. 적용사례에서는 장대터널에서의 갱외탈출로 개념의 사갱 및 수직구 계획을 수립하기 위하여 각각의 경우에 대한 QRA분석을 실시하고, 장대터널의 방재 안정성을 평가하므로서 실행 가능한 합리적인 수준의 터널 방재설계를 수행하고자 하였다. Recently, as the construction of new railway and the relocation of existing line increase, tunnel structures get longer. The railway fire accidents in long tunnel bring large damages of human life and disaster. The interest on safety in long tunnel has been growing and the safety standard for long tunnels is tightening. For that reason, at the planning stage of a long tunnel, the optimum design of safety facility for minimizing the risks and satisfying the safety standard is required. For the reasonable design of a long railway tunnel considering high safety, qualitative estimation for tunnel safely is required. In this study, QRA (Quantitative Risk Analysis) technique is applied to design of a long railway tunnel for assuring the safety function and estimating the risk of safety. The case study for safety design was carried out to verify the QRA technique for two railway tunnels.

연속터널에서의 오염물질 재유입 및 환기영향평가

김영근,김우성,위용곤,김남영,이호석 사단법인 한국터널지하공간학회 2003 한국터널지하공간학회논문집 Vol.5 No.2

Recently, there are many cases in the roadway design for successive tunnel with small distance between two tunnels. In this case, the degree of interference for successive tunnels is a significant consideration in the design of ventilation systems. Also, Re-inflows of contaminated air in successive tunnel make serious ventilation problems in case of fire accident in the tunnel. In this study, for successive tunnels in Donghae highway project, the concentration of contaminant such as CO, NOx and Smoke were calculated by numerical analysis using 1D and 3D-CFD analysis. And, the rate of re-inflow at the portals of successive tunnel according to the direction of wind were analysed. 최근 도로설계시 두 개의 터널이 짧은 거리로 계속적으로 존재하는 연속터널에 대한 설계사례가 증가하고 있다. 이러한 경우에 있어, 한 터널내에서 발생한 오염물질은 다른 터널로 재유입하여 터널환기 시스템에 중대한 영향을 미치게 되므로, 이에 대한 적절한 환기검토가 수행되어야 한다. 본 연구에서는 동해 고속도로 설계시 나타난 연속터널을 대상으로 하여 1차원 터널내 오염농도 해석 및 3차원 CFD 해석 프로그램을 사용하여 터널내 오염농도의 거동 및 터널 갱구부 주변의 오염물질의 재유입 여부를 분석하여, 연속터널에 대한 터널내 외부유동에 대한 환기영향을 검증하였다. 이를 위하여 해당지역인 속초지방의 기상데이터를 분석하고, 기상조건에 따른 터널내부의 공기환경을 검토하였으며, 3차원 시뮬레이션을 통하여 각각의 터널에 대한 재유입 여부 및 재유입율을 분석하였다.

터널 배면공동 뒤채움재 개발과 노후터널의 적용에 관한 연구

마상준,서경원,배규진,안상철,임경하 사단법인 한국터널지하공간학회 2002 한국터널지하공간학회논문집 Vol.4 No.3

Most tunnel damage such as cracks or leakage which exist in tunnel liner commonly, is caused by the cavities that exist behind the tunnel liner, through the tunnel safety inspections. These cavities were analysed to check if they affect the stability of tunnels. This study is on the development of the controlled low-strength and flowable filling material which an be applied to the cavity behind the tunnel lining. The backfilling material studied here is crushed sand and stone-dust which is in cake-state and is a by-product obtained in the producing process of aggregate. Varying the compound mixing ratio, laboratory tests of compression test and chemical analyses were carried out. In addition, the material was applied to an old tunnel for the performance assessment. 터널에서의 배면공동은 설계․시공․유지관리중 다양한 원인들이 복합적으로 작용하여 발생하게 된다. 특히, 터널 천단부 라이닝 부분에는 콘크리트 타설후 재료분리 등으로 인해 터널 천단부에 배면공동이 발생이 되는데, 이러한 터널 배면공동은 라이닝 균열, 누수 등과 밀접한 연관이 있는 것으로 밝혀지고 있다. 본 연구는 석산에서 발생되는 석분을 이용하여 터널 배면공동 및 지하공동의 충전용 모르타르를 개발하고 이를 노후터널에 적용함으로서 개발재료의 현장적용성 등에 대한 시험을 수행하였다.

터널 조명등 교체에 따른 전력사용량 및 조도개선 효과: 저압나트륨램프 LED로 교체

이규필,김정흠 사단법인 한국터널지하공간학회 2020 한국터널지하공간학회논문집 Vol.22 No.2

Low-pressure sodium lamps, high-pressure sodium lamps and fluorescent lamps etc are mainly used tunnel lighting in Rep. of Korea. Power rates for tunnel lighting are known to account for the highest percentage in the tunnel maintenance costs. Therefore, tunnel lights are being replaced by LED that have advantages such as low power consumption and longevity. To analysis effect of replacement low pressure sodium lamp with LED, illumination and monthly power usage for a year are investigated for 8 tunnels. Power usage for tunnel lighting is decreased by 26.1% to 59.6%, and illumination is increased by 34.1% to 293% replacing low pressure sodium lamp with LED. 국내 터널조명에는 저압나트륨램프, 고압나트륨램프, 형광램프 등이 주요 광원으로 사용되고 있으며, 터널 유지관리 비용 가운데 터널조명을 위한 전력요금은 가장 높은 비율을 차지하고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서 터널조명은 낮은 소비전력, 장수명 등의 장점을 갖는 LED로 교체 중에 있다. 본 연구에서는 터널조명 LED 교체에 따른 효과 분석을 위하여 기존 터널조명이 저압나트륨램프인 8개소 터널에 대하여, LED 교체 전 ‧ 후 터널 조도측정결과 및 1년간의 월별 전력사용량을 조사하였으며, 분석결과 터널조명 광원을 저압나트륨램프에서 LED로 교체 후 1년간 터널조명용 전력사용량은 26.1~59.6% 감소하였으며, 조도는 34.1~293% 향상된 것으로 나타났다.