[논문]관리도 기법을 이용한 터널 변위수렴 특성에 관한 연구

임성빈; 김성권; 서용석; 박시현

관리도 기법을 이용한 터널 변위수렴 특성에 관한 연구
A Study on Convergency of Tunnel Displacement using Control Chart Method 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.17 no.2 = no.52, 2007년, pp.197 - 204

임성빈 (충북대학교 지구환경과학과) , 김성권 (충북대학교 지구환경과학과) , 서용석 (충북대학교 지구환경과학과) , 박시현 (한국시설안전기술공단 지하시설실)

초록
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터널은 굴착에 의해 지반의 변형을 일으키며, 지보를 설치하고 시간이 지남에 따라 점차 안정화된다. 터널 굴착이 지반 거동에 미치는 영향은 계측지점과 막장간의 거리가 증가함에 따라 감소한다. 터널의 변위가 수렴하여 안정화되는 시점을 예측할 수 있다면, 안정화 이후 이루어지는 여러 공정들을 앞당김으로써 시간적, 경제적 손실을 줄일 수 있다. 따라서 본 연구에서는 변위 수렴 시점을 예측하기 위하여 관리도 기법을 적용하였다. 퇴적암을 기반으로 하는 터널에 대한 관리도 판정 결과, 막장에서부터의 거리가 최대 100 m 이내에서 변위가 수렴하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Tunnel deformation happens by excavation. After installation of support, tunnel is gradually stabilized over time. Effect of excavation on tunnel behavior decreases as increase of distance from face. If the time that the displacement converges by tunnel stabilization is estimated, processes after stabilization can be advanced and economic loss can be reduced. In this study, the distance of displacement convergent point from face in the tunnel constructed on sedimentary rock is estimated using control chart method. As the results of analysis using a control of chart, displacements in a sedimentary rock tunnel are converged within 100 m from each tunnel face.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서 관리도 기법을 적용하는 목적은 터널 굴착 중 변위의 수렴 지점을 찾기 위함이다. 따라서 관리되어야 할 측정값은 계측에 의해 측정된 변위값이 된다.

가설 설정

최근 이러한 변위 수렴 위치를 조기에 예측하고 발파에 의한 영향도를 정량적으로 평가하여 터널굴착과 동시에 라이닝을 병행시공하는 급속시공법(REST 연구단, 2006) 이 연구되고 있으며, 이러한 공법이 성공적으로 적용된다면 공사 기간의 단축 등으로 인해 저비용 . 고효율의 터널 시공이 가능할 것이다.

제안 방법

(1) 1개의 계측지점에 대해 1회 계측 시 1개의 계측 결과가 산출되고 초기 계측 횟수가 1회/1일 인 점을 감안하여, 1군 1점의 x-MR 관리도를 변위 수렴성 판정을 위한 최적 관리도로 선정하였다.
점으로 기입하는 관리도를 말한다. 00 터널에서 측정된 각 천단변위 측정값은 부분군의 크기가 n=l 이므로, X 관리도와 MR 관리도를 작성하였다. 관리도작성은 00 터널의 총 199개 계측지점에서의 계측 결과를 대상으로 하였다.
X 관리도는 각 계측지점 당 1개씩 199개를 작성하였다. MR 관리도에서의 이동범위는 5, 10, 15, 20, 25, 30 m로 하였으며, 따라서 1개 계측지점당 6개씩 총 1, 194개의 관리도를 작성하였다. 작성된 관리도의 종류와 개수는 Table 2에 요약하였다.
3은 천단침하의 X 관리도와 k=5, 10, 15, 20, 25, 30인 경우의 MR 관리도 결과이다. X 관리도는 막장 거리에 따른 천단침하의 변화 특성을 확인하기 위한 참고자료로 활용하였으며, 관리 한계선을 설정한 수렴 여부 판정은 MR 관리도를 이용하였다. MR 관리도에서 이동범위k=5, 10, 15, 20, 25이인 경우 막장에서의 거리 가약 27 m인 지점에서부터 연속 3개 이상의 값이 관리한계선인 0.
Smm 이내이다. 따라서 계측 수행 시 발생할 수 있는 오차와 일시적으로 작은 진동 폭을 가지는 경우를 고려하여, 연속 3회 계측값의 이동범위가 0.5 mm 이내에 포함되는 경우를 계측 변위의 수렴 여부를 판별하기 위한 관리한계선으로 설정하였다.
변위의 수렴 여부를 판별하기 위한 본 연구의 목적상 관리한계선은 관리하한선만 적용하였다 . 관리 하한선은 공정관리를 위해 일반적으로 사용되는 이론식을 적용하지 않았으며, 막장에서 충분한 거리에서는 계측 변위의 진동 폭이 0.
본 연구에서는 퇴적암을 기반으로 하는 00터널 199 곳의 계측지점에 대하여 시간에 따라 변화하는 계측 결과를 관리도 기법을 이용하여 통계적으로 분석함으로써 암반 등급별로 막장으로부터의 변위 수렴 위치를 산정하였다.
본 연구에서는 터널의 변위가 수렴되는 지점, 즉 안정화 되는 시점을 추정하기 위하여 퇴적암을 기반으로 하는 00 터널의 199개의 계측지점의 천단침하 분포 특성을 대상으로 관리도 기법을 적용하였다. 총 1393개의 % 관리도와 MR 관리도를 작성하였으며, 관리한계선을 설정하여 수렴 여부를 판정하였다.

대상 데이터

[단계 1] 데이터 수집 : 약 k=20-25군으로부터 각각 1 개씩의 시료를 채취하여 측정한다.
00 터널에서 측정된 각 천단변위 측정값은 부분군의 크기가 n=l 이므로, X 관리도와 MR 관리도를 작성하였다. 관리도작성은 00 터널의 총 199개 계측지점에서의 계측 결과를 대상으로 하였다. X 관리도는 각 계측지점 당 1개씩 199개를 작성하였다.
본 연구에서는 터널의 변위가 수렴되는 지점, 즉 안정화 되는 시점을 추정하기 위하여 퇴적암을 기반으로 하는 00 터널의 199개의 계측지점의 천단침하 분포 특성을 대상으로 관리도 기법을 적용하였다. 총 1393개의 % 관리도와 MR 관리도를 작성하였으며, 관리한계선을 설정하여 수렴 여부를 판정하였다.

성능/효과

(3) 관리도 판정 결과 OO 터널의 변위 수렴은 막장으로부터 253 m 떨어진 지점에서 이루어 졌다. 각 암반 등급별 평균 변위 수렴 지점은 I, n, ffl, IY V, VI 등급에서 각각 22.
각 등급별 최대 수렴거리는 I등급부터 VI 등급까지 49 m, 97 m, 172 m, 63 m, 78 m, 25 m 로 나타났다. in 등급지반의 경우 최대 172 m 의 수렴거리를 보이고 있으나, 특정 1개소에서 나타난 값으로서 이를 제외한다면 약 100m 내에서 모두 수렴되는 것으로 분석되었다.
이는 낮은 암반 등급일수록 그에 적합한 보강패턴을 적용함으로써, 원래의 더 좋은 등급의 암반보다 더 양호한 상태가 되었음을 의미한다. 각 등급별 최대 수렴거리는 I등급부터 VI 등급까지 49 m, 97 m, 172 m, 63 m, 78 m, 25 m 로 나타났다. in 등급지반의 경우 최대 172 m 의 수렴거리를 보이고 있으나, 특정 1개소에서 나타난 값으로서 이를 제외한다면 약 100m 내에서 모두 수렴되는 것으로 분석되었다.
5로 하였다. 그리고 계측 수행 시 발생할 수 있는 오차 및 국지적으로 관리한계선에 포함되는 경우를 감안하여, 연속 3회의 계측값의 범위가 관리한계선 내에 포함될 때 변위가 수렴하는 것으로 판정하였다.

후속연구

즉, 1회에 1개 자료밖에 얻을 수 없거나 자료의 발생간격이 긴 공정관리에 이용한다. 터널에서 1개의 계측핀에 대한 1회 계측마다 1개의 계측 결과가 산출되고 초기 계측 횟수가 1회/1일 정도인 점을 감안한다면 본 연구에서는 x-MR 관리도가 최적 관리도로 판단된다.

참고문헌 (7)

터널의 이론과 실무, 2004, 한국터널공학회
REST 연구단, 2006, IT 및 신소재를 활용한 급속안정화 터널시공기술개발 성과발표회 논문집
Brook, D. and Evans, D. A., 1972, An Approach to the Probability Distribution of CUSUM Run Length, Biometrika, 59, pp.639-549

상세보기
Costa, A. E. B., 1997, X Chart with Variable Sample Size and Sampling Interval, Journal of Quality Technology, 29, pp.197-204

상세보기
Lucas, J. M. and Saccucci, M. S., 1990, Exponentially Weighted Moving Average Control Schemes; Properties and Enhancements, Technometrics, 32, pp.1-12

상세보기
Page, E. S., 1954, Continuous Inspection Schemes, Biometrika, 41, pp.100-114

상세보기
Prabhu, S. S., Montgomery, D. C. and Runger, G. C., 1994, A Combined Adaptive Sample Size and Sampling Interval X Control Sheme, Journal of Quality Technology, 26, pp.164-176

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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