최근 국외에서는 터널막장의 안정을 위해 막장볼트의 시공실적이 급증하고 있고 관련된 많은 실험, 계측 등의 자료가 발표되고 있지만 현장마다 지반조건, 볼트 종류가 틀리기 때문에 설계 단계에서 최적의 타설개수를 결정하는 것은 매우 어렵다. 본 연구에서는 우선 현장조사를 통하여 사용되는 막장볼트의 종류, 개수 등을 분석하였다. 이결과 막장볼트는 다른 공법과 병용하여 사용되는 경우가 많기 때문에 지반조건과의 상관관계는 보이지 않았다. 또한 현장조사를 바탕으로 한 실내시험 및 수치해석을 통해 터널 막장이 볼트로 보강되었을 경우 지반 및 볼트의 거동을 분석하였으며 특히 타설개수에 초점을 맞추었다. 실험결과 막장볼트의 개수가 증가할수록 지표면 침하 및 막장수평변위는 지수함수 형태의 변위감소 분포를 보이고 있는 것으로 나타났다.
최근 국외에서는 터널막장의 안정을 위해 막장볼트의 시공실적이 급증하고 있고 관련된 많은 실험, 계측 등의 자료가 발표되고 있지만 현장마다 지반조건, 볼트 종류가 틀리기 때문에 설계 단계에서 최적의 타설개수를 결정하는 것은 매우 어렵다. 본 연구에서는 우선 현장조사를 통하여 사용되는 막장볼트의 종류, 개수 등을 분석하였다. 이결과 막장볼트는 다른 공법과 병용하여 사용되는 경우가 많기 때문에 지반조건과의 상관관계는 보이지 않았다. 또한 현장조사를 바탕으로 한 실내시험 및 수치해석을 통해 터널 막장이 볼트로 보강되었을 경우 지반 및 볼트의 거동을 분석하였으며 특히 타설개수에 초점을 맞추었다. 실험결과 막장볼트의 개수가 증가할수록 지표면 침하 및 막장수평변위는 지수함수 형태의 변위감소 분포를 보이고 있는 것으로 나타났다.
The use of face bolt method has been increasing abroad recently. Hence, many tests and measurements are being conducted and reported. Also, it is well hewn that determination of the installation number of foe bolts in the design stage is very difficult due to difference of the ground condition and t...
The use of face bolt method has been increasing abroad recently. Hence, many tests and measurements are being conducted and reported. Also, it is well hewn that determination of the installation number of foe bolts in the design stage is very difficult due to difference of the ground condition and the type of a bolt to be used. First of all, the type, the number, etc. of bolts used in various tunnel construction sites, investigated, are analyzed. The relationship between bolt and ground condition could not be found because bolts have been used with the other support methods in many cases. In the laboratory test and numerical analysis based on the site investigation, the behavior of ground and pipes installed on the tunnel face to support has been examined. Especially, the installed number is focused on. According to the result of tests, the surface settlement and the axial displacement of the face decrease exponentially as the number of installed bolts increases.
The use of face bolt method has been increasing abroad recently. Hence, many tests and measurements are being conducted and reported. Also, it is well hewn that determination of the installation number of foe bolts in the design stage is very difficult due to difference of the ground condition and the type of a bolt to be used. First of all, the type, the number, etc. of bolts used in various tunnel construction sites, investigated, are analyzed. The relationship between bolt and ground condition could not be found because bolts have been used with the other support methods in many cases. In the laboratory test and numerical analysis based on the site investigation, the behavior of ground and pipes installed on the tunnel face to support has been examined. Especially, the installed number is focused on. According to the result of tests, the surface settlement and the axial displacement of the face decrease exponentially as the number of installed bolts increases.
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문제 정의
그러나 적용 대상 지반이 항상 다르며 볼트의 제원, 터널 크기, 정착재 등의 제반 조건이 모두 다르므로 사전설계 시 개수를 결정해두는 것은 매우 어려운 일이다 본 논문은 우선 현장 자료를 분석하여 지반조건과 타설 개수와의 관계를 조사하였다. 그리고 이상의 기존 연구 결과를 바탕으로 막장 볼트의 실내실험 및 수치해석을 행하고 막장 볼트의 타설개수와 변위 저감 효과에 대한 결과를 검토하였다.
본 논문에서는 한 종류의 볼트에 대하여 개수를 늘려가면서 실험 및 해석의 결과를 보고하였지만 추후 다양한 볼트에 대하여 최적 타설 개수의 결정방법에 대하여 보고할 계획이다.
본 연구에서는 막장 볼트의 최적 타설 개수 선정을 위한 실내실험 및 수치해석 결과를 보고하였다. 위의 결과로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
제안 방법
관계를 조사하였다. 그리고 이상의 기존 연구 결과를 바탕으로 막장 볼트의 실내실험 및 수치해석을 행하고 막장 볼트의 타설개수와 변위 저감 효과에 대한 결과를 검토하였다.
본 실험은 막장을 순차적으로 3차원 굴착을 실시하였으므로 막장변위의 직접적인 계측은 불가능하기 때문에 실내실험을 수치해석으로 재현하여 막장 수평 변위 등을 분석하였다. Table 3에 해석에 사용된 볼트 및 터널 제원을 나타내었다.
분석하였다. 수치해석은 실험과 동일한 과정으로 수행하고, 叫=0~40본까지 검토하였다.
터널부는 순차 굴착을 행하기 때문에 막장변위를 직접 계측하는 것은 불가하므로 실험을 수치해석으로 재현하여 분석하였다. 수치해석은 실험과 동일한 과정으로 수행하고, 叫=0~40본까지 검토하였다.
대상 데이터
이와 같은 실험은 현장과 비교하여 볼트의 절단이 늦고 지보재에 의한 보강 효과를 고려하기 힘드나 현장과 같은 삼차원적인 지반 거동을 분석할 수 있는 장점이 있다. 또한 본 실험에서 사용한 볼트 재질은 아크릴 보로서 직경 2 mm이며 모래를 부착시키면 직경 3 mm가 되지만 현재 시판되고 있는 스트레인 게이지의 최소 크기가 2 mm 이므로 모형터널의 크기를 비교할 때 실제보다 크지만 계측한계를 고려하여 Table 1과 같은 볼트를 제작하였다.
나가는 특징이 있다. 이러한 특징을 충실히 모델화하기 위해 다음 Table 1과 같은 실험 방법을 구현하였다 대상 터널은 현장조사 결과를 바탕으로 막장 볼트가 많이 사용되는 2차선 도로 터널과 토피고 2D 이하의 터널을 기준
지반은 완전탄소성체로 모델화하고, 파괴기준은 Mohr-Coulomb의 기준을 적용하였다. 해석에 사용된 프로그램은 FLAC3D이다. 볼트는 케이블 요소로 모델화하고, 굴착 등은 실내실험과 동일한 순서로 행하였다.
이론/모형
Table 3에 해석에 사용된 볼트 및 터널 제원을 나타내었다. 지반은 완전탄소성체로 모델화하고, 파괴기준은 Mohr-Coulomb의 기준을 적용하였다. 해석에 사용된 프로그램은 FLAC3D이다.
성능/효과
(1) 막장 볼트에 의한 보강 효과로서 개수를 증가시키면 수평변위는 감소하지만 或= * 0.23부터 지수함수적 인 변위분포를 보이고 있는 것으로 나타났으며 그 이상 볼트를 타설하여도 보강효과는 증가하지 않는 것으로 나타났다.
(3) 막방볼트의 주된 보강 메커니즘인 축력은 볼트 개수가 증가함에 따라 감소하며 본 실험의 조건 하에서는 M=3의 경우 15 N이지만凡, =8의 경우는 7N으로 50% 감소하는 것을 알 수 있다. 이때 막장 수평 변위는 55%가 감소하여 축력과 수평 변위 사이에는 밀접한 관련이 있음을 확인할 수 있었으며 추후 막장이 자립하기 위한 한계수평 변위와 볼트 수와의 관계분석이 필요한 것으로 판단된다.
13과 같이 타설 개수가 많을수록 막장의 수평 변위가 작아지기 때문에 1본에 작용하는 마찰저항도 작아-졌기 때문으로 생각된다. Fig. 13의 개수가 많을수록 완만한 [L] 형의 변위분포를 보이고 있는 점과 Fig. 12의 타설 개수가 많을수록 볼트의 축력은 작아지는 점으로부터 볼트 1본의 효과가 최대한 발휘될 수 있는 개수의 결정이 중요하며 본 실험의 조건에서는 /好=023(叫=11)이 가장 효과적인 것으로 나타났다.
후속연구
50% 감소하는 것을 알 수 있다. 이때 막장 수평 변위는 55%가 감소하여 축력과 수평 변위 사이에는 밀접한 관련이 있음을 확인할 수 있었으며 추후 막장이 자립하기 위한 한계수평 변위와 볼트 수와의 관계분석이 필요한 것으로 판단된다.
이것은 막장볼트의 경우 주로 막장의 수평 변위에 대한 효과가 크기 때문으로 생각된다. 이상의 결과로부터 막장 볼트는 막장의 수평 변위에 대한 효과가 크며, 지표면 침하를 억제하기 위해서는 별도의 보조공법을 적용해야 할 것으로 판단된다.
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