산악터널의 굴착 중 붕괴 및 보강 사례

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Despite the recent improvement in tunnel excavation technique, Tunnel collapse accidents still happen. This paper was studied the forms and the cause of collapse in different geological conditions and presented the ground reinforcement technique by investigating typical collapse sites during excavation in mountain tunnel. The summary of reinforcement solutions for this collapse zone is following. Pre-cement grouting, Autoclaved Lightweight Concrete(ALC) and of Umbrella Arch Method(UAM), steel rib were applied for the locations where the collapse was occured. In this paper, the effects of reinforcement methods as tunnel collapse were numerically analyzed and compare with measured results. As a result it was identified that the UAM method may be effective to reinforcement especially when there are some fractured zones developed in the face of tunnel.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 내용 및 방법 3
• 제 2 장 이론적 배경 5
• 2.1 터널계측 5
• 2.1.1 시공 중 계측항목 5
• 2.1.2 터널의 계측관리 기준치 7
• 2.2 터널 붕락의 형태별 분석 11
• 2.2.1 파괴 개념에 따른 구분 12
• 2.2.2 굴착 단계에 따른 구분 13
• 2.3 터널붕락 보강 방안 18
• 2.3.1 터널 상부지반의 보강 18
• 2.3.2 터널 막장의 보강 19
• 2.3.3 용수처리 대책 22
• 2.4 국내외 터널 붕락의 자료 분석 24
• 2.4.1 국외 터널 24
• 2.4.2 국내 터널 29
• 제 3 장 붕락터널의 지반 특성 및 현황 40
• 3.1 지형 및 지질 현황 40
• 3.1.1 지질 특성 40
• 3.1.2 지층 특성 40
• 3.2 지반조사 내용 및 결과 41
• 3.2.1 시추조사 41
• 3.2.2 전기비저항 탐사 42
• 3.2.3 대심도 탄성파탐사 46
• 3.2.4 수압파쇄시험 47
• 3.3 붕락 터널현장 개요 48
• 3.4 지보패턴 55
• 3.5 현장계측 결과 및 분석 57
• 3.5.1 계측기 설치 위치 57
• 3.5.2 계측 위치 및 단면 58
• 3.5.3 터널 굴착에 따른 변위의 경시 변화 59
• 3.6 막장면 붕락원인 분석 60
• 3.6.1 붕락 원인분석 60
• 제 4 장 터널의 붕락구간의 보강 61
• 4.1 보강 대책 61
• 4.2 보강 규모 62
• 4.3 보강 순서 63
• 제 5 장 터널의 수치해석 68
• 5.1. 개요 68
• 5.1.1. 프로그램의 이론적 배경 68
• 5.2. 해석 모델링 71
• 5.2.1. 해석 조건 71
• 5.2.2. 경계 조건 72
• 5.3 해석 입력자료 73
• 5.3.1. 지반 및 지보재 73
• 5.3.2. 하중 분담율 75
• 5.3.3. 측압계수 77
• 5.3.4. 지보의 적용 78
• 5.3.5. 해석 단면 79
• 5.4 수치해석 결과 및 분석 80
• 5.4.1. 지반변위 및 지보재 응력 80
• 5.4.2. 채움재에 의한 지보재 안정성 검토 92
• 제 6 장 결 론 98
• 참고문헌 100
• Abstract 102
• 감사의 글 103
• 표 목 차
• 표 2.1 터널 시공시의 계측 항목 및 판단내용 6
• 표 2.2 건설교통부 도로설계편람 8
• 표 2.3 프랑스 공업성의 관리기준 8
• 표 2.4 한국도로공사 기준 9
• 표 2.5 일본 터널기술협회 9
• 표 2.6 일본의 비도건설 관리기준 10
• 표 2.7 숏크리트 허용응력 10
• 표 2.8 록볼트 허용축력 11
• 표 2.9 초기 관리기준치 11
• 표 2.10 Cecil이 적용한 지반조사 분류 25
• 표 3.1 지층특성 41
• 표 3.2 시추조사 결과 42
• 표 3.3 저비저항 이상대 종단특성 43
• 표 3.4 저비저항 이상대 횡단특성 45
• 표 3.5 탄성파속도 46
• 표 3.6 수압파쇄시험 결과 48
• 표 3.7 터널 암판정 검측대장 51
• 표 3.8 지보패턴 적용치 55
• 표 3.9 지보패턴 개요도 56
• 표 5.1 경계면 고정조건 72
• 표 5.2 지반 입력 물성값 73
• 표 5.3 지보조건 74
• 표 5.4 지보부재의 기본 물성값 74
• 표 5.5 시공단계 및 하중분담율 76
• 표 5.6 보강 전⦁후의 변위 82
• 표 5.7 보강 전⦁후의 지보재 응력 91
• 표 5.8 지보 조건 95
• 표 5.9 강지보 및 숏크리트의 변위와 응력 97
• 그 림 목 차
• 그림 2.1 터널종류 분류 27
• 그림 2.2 터널지반의 암종의 분류 27
• 그림 2.3 터널막장 주변부의 지하수 유출 정도 분류 27
• 그림 2.4 터널막장 주변부의 절리군 분류 28
• 그림 2.5 터널 막장 주변부의 RQD분류 28
• 그림 2.6 조사 터널의 심도 분류 28
• 그림 2.7 조사자료의 터널붕락형태 분류 29
• 그림 2.8 지하수vs붕락형태vs붕락현장수와의 관계 29
• 그림 2.9 조사터널의 종류 31
• 그림 2.10 조사터널의 암석종류 31
• 그림 2.11 조사터널의 지하수 유출 정도 분류 32
• 그림 2.12 조사터널의 절리군 분포 분류 32
• 그림 2.13 조사터널의 RQD 분류 32
• 그림 2.14 조사터널의 심도 분류 33
• 그림 2.15 조사터널의 암반 풍화도에 따른 분류 33
• 그림 2.16 조사터널의 절리상태에 따른 분류 33
• 그림 2.17 조사터널의 절리간격에 따른 분류 34
• 그림 2.18 붕락형태 분류 34
• 그림 2.19 풍화도vs붕락형태 36
• 그림 2.20 절리군vs붕락형태 37
• 그림 2.21 터널붕락현장의 암석종류와 RQD 점수 비교 38
• 그림 2.22 암석종류와 붕락형태 비교 39
• 그림 3.1 지질종단도 40
• 그림 3.2 지층종단도 40
• 그림 3.3 현장조사 및 시험위치도 41
• 그림 3.4 종단도(대구방향) 42
• 그림 3.5 종단도(광주방향) 42
• 그림 3.6 가야 3터널의 저비저항 이상대 종단도 43
• 그림 3.7 횡단도(시점부) 44
• 그림 3.8 횡단도(중앙부) 44
• 그림 3.9 횡단도(종점부) 44
• 그림 3.10 대심도 탄성파탐사결과 46
• 그림 3.11 심도별 측압계수 47
• 그림 3.12 측압계수 분포경향 47
• 그림 3.13 터널방향 측압계수 47
• 그림 3.14 전기 비저항탐사 48
• 그림 3.15 시추조사 결과 50
• 그림 3.16 붕락지점(STA. 2+392.5)의 평면도 52
• 그림 3.17 터널의 붕락 규모 53
• 그림 3.18 표준 지보패턴 55
• 그림 3.19 STA. 2+392.5 주변 계측기 설치위치 57
• 그림 3.20 연구대상 터널의 종단면도 58
• 그림 3.21 천단침하와 내공변위의 측정단면도 58
• 그림 3.22 가야3터널 광주방향 STA. 2+365 계측결과 59
• 그림 4.1 Pre-Grouting 62
• 그림 4.2 경량기포콘크리트, 강관다단그라우팅, H-지보, 록볼트 간격 축소 62
• 그림 4.3 보강작업 순서 63
• 그림 4.4 보강대책 시공 순서 67
• 그림 5.1 FLAC의 삼각형망 요소에서 일정 변형율 상태 70
• 그림 5.2 터널 지보 71
• 그림 5.3 지반굴착에 따른 arching의 3차원적 분포 75
• 그림 5.4 수치해석에 사용된 단면 79
• 그림 5.5 변위도 81
• 그림 5.6 지표면 변위 및 내공변위 방향 82
• 그림 5.7 지표면 수직 변위 (대구 방향) 83
• 그림 5.8 천단 수직변위 (대구 방향) 83
• 그림 5.9 좌측벽 수평변위 (대구 방향) 83
• 그림 5.10 우측벽 수평변위 (대구 방향) 84
• 그림 5.11 지표면 수직변위 (광주 방향) 84
• 그림 5.12 천단 수직변위 (광주 방향) 84
• 그림 5.13 좌측벽 수평변위 (광주 방향) 85
• 그림 5.14 우측벽 수평변위 (광주 방향) 85
• 그림 5.15 변형도 87
• 그림 5.16 소성도 88
• 그림 5.17 숏크리트 응력 89
• 그림 5.18 록볼트 응력 90
• 그림 5.19 숏크리트의 휨 응력 91
• 그림 5.20 록볼트의 축력 91
• 그림 5.21 경량 기포 콘크리트 채움 형태 93
• 그림 5.22 적용결과 93
• 그림 5.23 해석모델과 하중조건 94
• 그림 5.24 강지보의 휨응력 95
• 그림 5.25 숏크리트 휨응력 96
• 그림 5.26 강지보 변위 96
• 그림 5.27 숏크리트 변위 97
• 사진 목차
• 사진 3.1 붕락부 전 막장의 Face Mapping 49
• 사진 3.2 붕락발생 암은 토사 성분이 없는 파쇄 암 54
• 사진 3.3 감지공 천공사진 54