터널의 안정성은 굴진방향인 터널 축방향과 횡방향의 영향을 동시에 고려해야 하는 3차원적 문제이며, 지반의 거동은 터널 통과구간의 지반강도 및 분포, 지보재 및 보조공법 계획 등 다양한 요소에 의해 영향을 받게 된다. 이러한 영향 요소를 설계에 반영하기 위해서는 원칙적으로 시공단계를 고려한 3차원수치해석 방법을 적용해야 하나, 3차원 해석은 신속성, 경제성 및 효율성이 떨어져 적극적인 실무적용에는 현실적으로 어려움이 있다. 따라서 그 대안으로 터널의 3차원적 거동을 모사하기 위해서는 평면변형률 조건으로 지반을 가정하고 문헌 및 산출식에 의한 하중분담율을 적용한 2차원 수치해석으로 대체하여 수행하고 있는 실정이다. 그러나 이러한 하중분담율 산정방법들은 록볼트와 숏크리트, 강지보로 보강된 일반적인 터널 굴착 현황에서의 적용성은 뛰어나지만, 강관보강그라우팅의 보강효과를 고려할 수 없는 단점이 있다. 특히 최근에는 이용자의 편의를 우선시하여 얕은 심도에 지하철과 같은 교통시설을 계획하는 것이 보편화되고 있고 ...
터널의 안정성은 굴진방향인 터널 축방향과 횡방향의 영향을 동시에 고려해야 하는 3차원적 문제이며, 지반의 거동은 터널 통과구간의 지반강도 및 분포, 지보재 및 보조공법 계획 등 다양한 요소에 의해 영향을 받게 된다. 이러한 영향 요소를 설계에 반영하기 위해서는 원칙적으로 시공단계를 고려한 3차원수치해석 방법을 적용해야 하나, 3차원 해석은 신속성, 경제성 및 효율성이 떨어져 적극적인 실무적용에는 현실적으로 어려움이 있다. 따라서 그 대안으로 터널의 3차원적 거동을 모사하기 위해서는 평면변형률 조건으로 지반을 가정하고 문헌 및 산출식에 의한 하중분담율을 적용한 2차원 수치해석으로 대체하여 수행하고 있는 실정이다. 그러나 이러한 하중분담율 산정방법들은 록볼트와 숏크리트, 강지보로 보강된 일반적인 터널 굴착 현황에서의 적용성은 뛰어나지만, 강관보강그라우팅의 보강효과를 고려할 수 없는 단점이 있다. 특히 최근에는 이용자의 편의를 우선시하여 얕은 심도에 지하철과 같은 교통시설을 계획하는 것이 보편화되고 있고 삶의 질에 대한 요구조건의 향상 등으로 인해 지상교통 통제를 엄격하게 제한하고 있어 저토피 및 암질 불량구간과 같이 터널을 계획하고, 안정성 확보를 위해 효율성이 뛰어난 강관보강 그라우팅 등 원지반 개량사례가 증가하는 추세로 볼 때, 기존의 하중분담율 산정법에 의한 수치해석 방법은 보조공법의 적용효과를 반영 할 수 없으므로 실제 지반 거동과 상이한 양상을 보여 수치해석에서의 신뢰도가 저하될 수밖에 없었다. 본 논문에서는 터널 심도를 포함한 다양한 지층조건과 대표적인 지반 보강 공법인 강관보강 그라우팅의 설치 제원 등 주요 영향 인자를 반영한 매개변수 분석에 의한 정밀 3차원 수치해석 수행으로 이러한 변수들이 하중분담율에 어떤 영향을 미치는지 분석하였다. 검토결과 강관보강 그라우팅 적용시 굴착단계의 하중분담율은 보조공법 미적용시에 대비하여 연암층 에서는 평균 2.1% 감소로 변화가 미소하나 풍화토층에서는 평균 7.7% 감소되어 영향이 큰 것으로 나타났다. 이는 기존 하중분담율 산정 방법을 강관으로 보강된 터널에 적용할 경우 P-4(연암층) 이상의 양호한 지층에서는 큰 차이가 없으나, 지반조건이 불량 할수록 굴착단계인 무지보 구간에서 하중분담율을 크게 적용하여 막장면에서의 변위 및 발생응력을 실제보다 크게 평가하여 비경제적인 설계가 됨을 의미한다. 따라서 본 연구의 검토결과로 부터 2차원 해석에서 간과하기 쉬운 강관보강 그라우팅 등의 보조공법 적용효과를 하중분담율에 고려한다면 합리적이고 신뢰도가 높은 터널설계가 될 수 있을 것으로 기대된다.
터널의 안정성은 굴진방향인 터널 축방향과 횡방향의 영향을 동시에 고려해야 하는 3차원적 문제이며, 지반의 거동은 터널 통과구간의 지반강도 및 분포, 지보재 및 보조공법 계획 등 다양한 요소에 의해 영향을 받게 된다. 이러한 영향 요소를 설계에 반영하기 위해서는 원칙적으로 시공단계를 고려한 3차원 수치해석 방법을 적용해야 하나, 3차원 해석은 신속성, 경제성 및 효율성이 떨어져 적극적인 실무적용에는 현실적으로 어려움이 있다. 따라서 그 대안으로 터널의 3차원적 거동을 모사하기 위해서는 평면변형률 조건으로 지반을 가정하고 문헌 및 산출식에 의한 하중분담율을 적용한 2차원 수치해석으로 대체하여 수행하고 있는 실정이다. 그러나 이러한 하중분담율 산정방법들은 록볼트와 숏크리트, 강지보로 보강된 일반적인 터널 굴착 현황에서의 적용성은 뛰어나지만, 강관보강그라우팅의 보강효과를 고려할 수 없는 단점이 있다. 특히 최근에는 이용자의 편의를 우선시하여 얕은 심도에 지하철과 같은 교통시설을 계획하는 것이 보편화되고 있고 삶의 질에 대한 요구조건의 향상 등으로 인해 지상교통 통제를 엄격하게 제한하고 있어 저토피 및 암질 불량구간과 같이 터널을 계획하고, 안정성 확보를 위해 효율성이 뛰어난 강관보강 그라우팅 등 원지반 개량사례가 증가하는 추세로 볼 때, 기존의 하중분담율 산정법에 의한 수치해석 방법은 보조공법의 적용효과를 반영 할 수 없으므로 실제 지반 거동과 상이한 양상을 보여 수치해석에서의 신뢰도가 저하될 수밖에 없었다. 본 논문에서는 터널 심도를 포함한 다양한 지층조건과 대표적인 지반 보강 공법인 강관보강 그라우팅의 설치 제원 등 주요 영향 인자를 반영한 매개변수 분석에 의한 정밀 3차원 수치해석 수행으로 이러한 변수들이 하중분담율에 어떤 영향을 미치는지 분석하였다. 검토결과 강관보강 그라우팅 적용시 굴착단계의 하중분담율은 보조공법 미적용시에 대비하여 연암층 에서는 평균 2.1% 감소로 변화가 미소하나 풍화토층에서는 평균 7.7% 감소되어 영향이 큰 것으로 나타났다. 이는 기존 하중분담율 산정 방법을 강관으로 보강된 터널에 적용할 경우 P-4(연암층) 이상의 양호한 지층에서는 큰 차이가 없으나, 지반조건이 불량 할수록 굴착단계인 무지보 구간에서 하중분담율을 크게 적용하여 막장면에서의 변위 및 발생응력을 실제보다 크게 평가하여 비경제적인 설계가 됨을 의미한다. 따라서 본 연구의 검토결과로 부터 2차원 해석에서 간과하기 쉬운 강관보강 그라우팅 등의 보조공법 적용효과를 하중분담율에 고려한다면 합리적이고 신뢰도가 높은 터널설계가 될 수 있을 것으로 기대된다.
Stability of tunnel is a three-dimensional problem requiring consideration of influence on both direction, tunnel's axis and across, and movement of ground is affected by numerous factors such as ground strength and topography of tunnel's passing area, support, tunnel reinforcement method and many o...
Stability of tunnel is a three-dimensional problem requiring consideration of influence on both direction, tunnel's axis and across, and movement of ground is affected by numerous factors such as ground strength and topography of tunnel's passing area, support, tunnel reinforcement method and many others. It was necessary to use three-dimensional numerical analysis to apply these factors in design, but three-dimensional analysis lacked speed and efficiency to be actually used in real work actively. As an alternative, assumption of ground under plane strain condition and two-dimensional numerical analysis based on load distribution ratio from library and formulas are used to describe tunnel's three-dimensional movement. But while these load distribution ratio estimation methods work well for normal tunnel excavation site reinforced by rock bolt, shotcrete and steel rib, they could not consider reinforcement of steel pipe reinforced grouting. And since it is becoming common to plan transportation facilities such as subway in shallow depth for user's convenience and restriction on traffic is strictly limited under rising demand for quality of life, number of the cases of planning tunnel under condition of shallow overburden and poor rock condition and improving original ground with methods such as steel pipe reinforced grouting for stability are rising. Under these trends, current analysis method using load distribution ratio estimation could not be trusted as before since it can not reflect effects of tunnel reinforcement method and thus put out analysis different from real site. This paper analyzes how various factors affect load distribution ratio by running detailed 3D numerical analysis on parameter study where critical factors such as various ground condition including tunnel depth and steel pipe reinforced grouting were reflected. Analysis showed that load distribution ratio change from using steel pipe reinforced grouting compared to unused state was small in soft rock, average of 2.1% decrease, but large in weathered soil, average of 7.7% decrease. This means that if we use current load distribution ratio estimation method on tunnel reinforced with steel pipe reinforced grouting it would not show a big difference in P-4 or better state, but as ground condition gets worse load distribution ratio would be estimated higher than actual value in excavation state, no-support area, resulting in estimating deflection and stress at tunnel face higher than real, making the plan uneconomical. It is expected from this research's result that if effect on load distribution ratio from usage of tunnel reinforcement method such steel pipe reinforced grouting, which can be easily overlooked in two-dimensional analysis, are put ino consideration, it would make tunnel plan more reasonable and reliable.
Stability of tunnel is a three-dimensional problem requiring consideration of influence on both direction, tunnel's axis and across, and movement of ground is affected by numerous factors such as ground strength and topography of tunnel's passing area, support, tunnel reinforcement method and many others. It was necessary to use three-dimensional numerical analysis to apply these factors in design, but three-dimensional analysis lacked speed and efficiency to be actually used in real work actively. As an alternative, assumption of ground under plane strain condition and two-dimensional numerical analysis based on load distribution ratio from library and formulas are used to describe tunnel's three-dimensional movement. But while these load distribution ratio estimation methods work well for normal tunnel excavation site reinforced by rock bolt, shotcrete and steel rib, they could not consider reinforcement of steel pipe reinforced grouting. And since it is becoming common to plan transportation facilities such as subway in shallow depth for user's convenience and restriction on traffic is strictly limited under rising demand for quality of life, number of the cases of planning tunnel under condition of shallow overburden and poor rock condition and improving original ground with methods such as steel pipe reinforced grouting for stability are rising. Under these trends, current analysis method using load distribution ratio estimation could not be trusted as before since it can not reflect effects of tunnel reinforcement method and thus put out analysis different from real site. This paper analyzes how various factors affect load distribution ratio by running detailed 3D numerical analysis on parameter study where critical factors such as various ground condition including tunnel depth and steel pipe reinforced grouting were reflected. Analysis showed that load distribution ratio change from using steel pipe reinforced grouting compared to unused state was small in soft rock, average of 2.1% decrease, but large in weathered soil, average of 7.7% decrease. This means that if we use current load distribution ratio estimation method on tunnel reinforced with steel pipe reinforced grouting it would not show a big difference in P-4 or better state, but as ground condition gets worse load distribution ratio would be estimated higher than actual value in excavation state, no-support area, resulting in estimating deflection and stress at tunnel face higher than real, making the plan uneconomical. It is expected from this research's result that if effect on load distribution ratio from usage of tunnel reinforcement method such steel pipe reinforced grouting, which can be easily overlooked in two-dimensional analysis, are put ino consideration, it would make tunnel plan more reasonable and reliable.
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