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시공과정 및 현장계측을 고려한 NATM 터널의 수치해석적 연구
A Study on the Numerical Analysis of A NATM Tunnel with Consideration of Construction Procedure and Field Measurement 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.20 no.1 = no.84, 2010년, pp.28 - 38  

박춘식 (국립창원대학교 공과대학 토목공학과) ,  강만호 (SK건설(주))

초록
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본 연구는 NATM 터널의 천단변위, 내공변위, 숏크리트 응력, 록볼트 축력 등의 현장 계측치를 분석하고, 2D 3D 연속체 수치해석 및 2D 불연속체 불연속면 변형 해석을 실시, 그 결과를 비교 검토하여 각 구간의 시공과정에 따른 전반적인 변위와 거동의 경향성 및 수치해석적 접근의 적용성을 검토하고자 하였다. 그 결과 전단면 굴착 구간(지보패턴 P1~P3)에서 터널의 천단 및 내공변위를 예측하고자 할 시에는 2D 연속체 수치해석만으로도 가능하나, 상 하 반단면 구간(지보패턴 P4~P6)에서 터널의 천단 및 내공변위를 예측하고자 할 시에는 반드시 2D 불연속 수치해석을 수행하여야 한다. 한편, 2D 연속체 수치해석만으로도 전 구간에 대한 터널 내 숏크리트 응력 및 록볼트 축력의 예측이 가능하다. 그리고 시공 단계에 따른 거동 및 경향성을 확인하고자 할 시에는 3D 연속체 수치해석을 수행하여야 하며, 대형 대피소 등의 접속부의 경우도 반드시 3D 연속체 수치해석을 수행하여야 한다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to investigate the tendency of general displacements and behaviors with respect to each construction process as well as the applicability of numerical analysis schemes, this research has focused on not only analyzing a variety of field observations made in a NATM tunnel, such as displacemen...

주제어

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문제 정의

  • 계측의 목적은 터널굴착에 따른 주변지반의 움직임과 각 지보부재의 효과를 파악하여 공사의 안정성 및 경제성을 확보하는데 있다. NATM 터널은 시공 시에 시공의 원만함과 안전을 위하여 현장계측을 실시하는데 본 연구에서는 일반적인 NATM 터널과 동일하게 계측하였다(한국지반공학회. 2001, 한국터널공학회, 2002). 계측기간은 2005년 11월부터 2007년 11월까지이며, 계측기 종류 및 계측항목은 표 6과 같다.
  • 계측의 목적은 터널굴착에 따른 주변지반의 움직임과 각 지보부재의 효과를 파악하여 공사의 안정성 및 경제성을 확보하는데 있다. NATM 터널은 시공 시에 시공의 원만함과 안전을 위하여 현장계측을 실시하는데 본 연구에서는 일반적인 NATM 터널과 동일하게 계측하였다(한국지반공학회.
  • 본 연구는 두 개소의 NATM 터널에 대해 천단변위, 내공변위, 숏크리트 응력, 록볼트 축력 등의 현장 계측치를 분석하고, 수치해석 프로그램을 이용 2D·3D 연속체수치해석 및 2D 불연속체·불연속면 변형 해석을 실시, 그 결과를 비교·검토하여 각 구간의 시공과정에 따른 전반적인 변위와 거동의 경향성 및 수치해석적 접근의 적용성을 검토하고자 하였다.
  • 본 연구는 앞서 언급한 바와 같이 터널 전 구간 P1~P6에 대해 검토하였다. 터널의 전단면 굴착 구간의 심도가 비교적 깊어 암질이 균질하고 연속체에 가까운 지보패턴 P1~P3에 대한 연속체 수치해석결과와 계측결과를 불연속체해석 결과와 비교하여 표 7에 정리 하였다.
  • 이에 본 연구는 하중분담율을 적절히 적용한 2D 연속체 해석과 실제 현장의 시공과정을 표현 할 수 있는 3D 연속체 해석을 수행하였고, 그 결과를 현장 계측 결과와 비교·검토하였다.
  • 터널 각 구간에 대한 2D·3D 연속체 해석 결과와 현장 계측치를 비교·검토한 결과로부터 필요 구간에 대해 2D 불연속체 수치해석 및 불연속체 변형 해석을 추가 수행하였으며, 그 결과를 검토하여 NATM 터널 전 구간에 대한 전반적인 변위와 거동의 경향성과 수치해석적 접근의 적용성을 검토하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 연구에서 NATM 터널의 현장 계측치로 언급된 것은? 본 연구는 NATM 터널의 천단변위, 내공변위, 숏크리트 응력, 록볼트 축력 등의 현장 계측치를 분석하고, 2D 3D 연속체 수치해석 및 2D 불연속체 불연속면 변형 해석을 실시, 그 결과를 비교 검토하여 각 구간의 시공과정에 따른 전반적인 변위와 거동의 경향성 및 수치해석적 접근의 적용성을 검토하고자 하였다. 그 결과 전단면 굴착 구간(지보패턴 P1~P3)에서 터널의 천단 및 내공변위를 예측하고자 할 시에는 2D 연속체 수치해석만으로도 가능하나, 상 하 반단면 구간(지보패턴 P4~P6)에서 터널의 천단 및 내공변위를 예측하고자 할 시에는 반드시 2D 불연속 수치해석을 수행하여야 한다.
본 연구에서 NATM 터널의 현장 계측치를 분석하고, 2D 3D 연속체 수치해석 및 2D 불연속체 불연속면 변형 해석을 실시하여 하고자 하는 것은? 본 연구는 NATM 터널의 천단변위, 내공변위, 숏크리트 응력, 록볼트 축력 등의 현장 계측치를 분석하고, 2D 3D 연속체 수치해석 및 2D 불연속체 불연속면 변형 해석을 실시, 그 결과를 비교 검토하여 각 구간의 시공과정에 따른 전반적인 변위와 거동의 경향성 및 수치해석적 접근의 적용성을 검토하고자 하였다. 그 결과 전단면 굴착 구간(지보패턴 P1~P3)에서 터널의 천단 및 내공변위를 예측하고자 할 시에는 2D 연속체 수치해석만으로도 가능하나, 상 하 반단면 구간(지보패턴 P4~P6)에서 터널의 천단 및 내공변위를 예측하고자 할 시에는 반드시 2D 불연속 수치해석을 수행하여야 한다.
본 연구의 연구대상인 2개소 터널은 크게 어떻게 나눌 수 있는가 이에 본 연구는 하중분담율을 적절히 적용한 2D 연속체 해석과 실제 현장의 시공과정을 표현 할 수 있는 3D연속체 해석을 수행하였고, 그 결과를 현장 계측 결과와 비교․검토하였다. 연구 대상은 2개소의 NATM터널이며각 터널은 크게 전단면 굴착 지보패턴인 P1~P3 패턴과 상․하 반단면 굴착 지보패턴인 P4~P6 패턴으로 나눌 수 있다. 위 2개소 터널에 대해 산정된 해석영역과 하중분담율을 각 구간 지보패턴에 적용하여 2D․3D 연속체 해석을 수행하였으며, 그 결과를 터널 내 천단변위, 내공변위, 숏크리트 응력, 록볼트 축력 등 현장계측치와 비교․검토함으로써 실제 터널 거동과의 경향성과 그 적용성을 검토하였다.
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참고문헌 (10)

  1. Civildini, A., Goida, G., and Jommi, C., 1991, Analisi di stabilita ad elementi finite per materiali con incrudimento negativo, Proc. of the II Convegno nazionale dei ricercatori del gruppo di coordnotationnto degli studi di ingengerial geotechnica del C.N.R., Ravello, Ltallt, pp. 75-92 

  2. Cundall, P.A., 1987, Distinct element models of rock and soil structures, Analytical and Computational Methods in Engineering rock Mechanics, E. T. Brown Ed, pp. 129-163 

  3. 윤호중, 2003, 터널 수치해석과 실측치 평가에 의한 터널 거동 조사에 관한 연구, 공주대학교석사학위 논문. 

  4. Barton, N. and Bandies, S.C., 1990, Review of predictive capabilities of JRC-JSC midel in engineering practice, Proceedings of the International Symposium on Rock Joint, Loen, Norway, pp. 125-140. 

  5. 이성기, 2000, Barton-Bandis joint 모델을 활용한 절리암 반속 터널 안정성의 수치해석적 연구, 한양대학교석사학위논문. 

  6. Carter, J.P and Alehossein H., 1990, Analysis of tunnel distortion due to an open excavation in joint rock, Computer and Geotechnics, 9, pp. 209-231. 

  7. Pande, G.N., 1993, Constitutive Models for Intact Rock, Rock Joints and Jointed Rock Masses, Comprehensive Rock Engineering, 1, pp. 427-442. 

  8. 유영현, 배규진, 1997 국내 터널건설의 현황조사 및 교차 터널의 설계법 개발연구, 코오롱건설(주) 

  9. 한국지반공학회, 2001 터널계측(V), 17.3. 

  10. 한국터널공학회, 2002 터널의 이론과 실무, 터널공학 시리즈 1, pp. 165-174. 

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