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쌍굴터널 간 이격거리가 터널 안정성에 미치는 영향에 관한 모형실험 연구
Influence of Pillar Width on the Stability of Twin Tunnels Using Scaled Model Tests 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.25 no.5, 2015년, pp.423 - 434  

김종우 (Dept. of Civil Engineering, Cheongju University)

초록
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본 연구에서는 필러 폭과 모형재료의 강도가 서로 다른 등방성 및 이방성 암반 내 쌍굴터널의 모형실험을 통해 얻어진 터널의 변형과 필러부 균열이 발생한 이축압력 자료를 이용하여 터널 간 이격거리, 지반 강도, 등방성 및 이방성이 터널 안정성에 미치는 영향을 알아보았다. 모형재료의 일축압축강도에 대한 균열개시압력의 백분율을 균열개시압력비율이라고 정의할 경우, 강도가 큰 지반에 시공되는 쌍굴터널은 강도가 작은 지반에 비하여 균열개시압력 값은 크지만, 균열개시압력비율은 작게 나타났다. 이에 비해 필러 폭이 큰 쌍굴터널은 필러 폭이 작은 경우에 비하여 균열개시압력 값이 클 뿐 아니라 균열개시압력비율도 크게 나타나, 필러 폭은 쌍굴터널 안정성에 영향을 미치는 주된 요소로 판단된다. 지반의 등방성과 이방성 여부도 터널 안정성에 영향을 미쳤는데, 이방성 모형은 등방성 모형에 비해 균열개시압력과 균열개시압력비율이 작을 뿐 아니라 필러부에 존재한 기존 불연속면을 따라 균열이 발생하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Scaled model tests were performed to investigate the influence of pillar width, rock strength and isotropy/anisotropy on the stability of twin tunnels. Test models had respectively different pillar widths, uniaxial compressive strengths of modelling materials and model types, where both the deformat...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서 분석한 5가지 그룹 중에서 A, B, C그룹은 등방성 모형이고 D, E그룹은 이방성 모형이다. Fig. 9에서 언급한 바와 같이 이방성 지반에서도 필러 폭이 클수록 필러부의 균열개시압력은 크게 나타났지만, 이 절에서는 균열개시압력 값이 아니라 균열개시압력비율에 대해 알아보았다.
  • 본 연구에서는 5가지 그룹, 19가지 쌍굴터널 모형에서 필러부 균열이 발생한 압력수준을 분석하여 필러 폭, 모형재료의 강도, 등방성과 이방성이 터널 안정성에 미치는 영향을 알아보았다. 이로부터 얻어진 주요 결과는 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 쌍굴터널의 안정성을 조사하기 위하여 축소모형실험을 실시하였다. 본 실험에 사용된 실험장치는 Fig.
  • 본 연구에서는 필러 폭과 모형재료의 강도가 서로 다른 등방성 및 이방성 암반 내 쌍굴터널의 모형실험 연구사례(Kim and Park, 2004, Kim, 2011, Kim, 2012, Kim and Kim, 2012)에서 터널 주변지반의 변형과 필러부 균열이 발생한 이축압력 자료를 총괄적으로 분석함으로써, 터널 간 이격거리, 지반 강도, 등방성 및 이방성이 터널 안정성에 미치는 영향을 알아보았다. Table 2는 모형실험 연구사례들을 5가지 그룹으로 나눈 것으로, 각 그룹별 모형터널의 규격, 터널 모양, 필러 폭이 0.
  • 본 연구에서는 필러 폭과 모형재료의 강도가 서로 다른 등방성 및 이방성 암반 내 쌍굴터널의 모형실험을 통해 얻어진 터널의 변형과 필러부 균열이 발생한 이축 압력 자료를 이용하여 터널 간 이격거리, 지반 강도, 등방성 및 이방성이 터널 안정성에 미치는 영향을 알아보았다. 이를 위해 쌍굴터널 관련 모형실험 연구사례들을 5가지 그룹으로 나누고, 총 19가지 모형실험 결과를 정량적으로 분석하였다.
  • 전술한 바와 같이 필러 폭이 클수록 필러부의 균열개시압력은 크게 나타났지만, 이 절에서는 균열개시압력 값이 아니라 균열개시압력비율에 대해 알아보았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 연구에서 터널 안정성에 미치는 영향을 파악하기 위한 방법은? 본 연구에서는 필러 폭과 모형재료의 강도가 서로 다른 등방성 및 이방성 암반 내 쌍굴터널의 모형실험을 통해 얻어진 터널의 변형과 필러부 균열이 발생한 이축 압력 자료를 이용하여 터널 간 이격거리, 지반 강도, 등방성 및 이방성이 터널 안정성에 미치는 영향을 알아보았다. 이를 위해 쌍굴터널 관련 모형실험 연구사례들을 5가지 그룹으로 나누고, 총 19가지 모형실험 결과를 정량적으로 분석하였다. 여기서 인용된 연구사례들은 저자에 의해 기발표된 것이지만, 본 논문은 기발표되지 않은 세부적인 실험 자료를 다수 포함하며, 모형터널의 파괴거동과 균열개시압력 자료를 이용하여 터널 안정성에 초점을 맞춘 분석을 실시하였다.
국내의 교통터널은 어떤 형태인가? 국내의 교통터널은 대부분 상행 및 하행 터널이 나란히 배열되는 쌍굴터널의 형태로 시공되는데, 쌍굴터널은 양쪽 터널 간에 역학적인 상호간섭이 발생하기 때문에 터널 안정성을 확보하기 위해서는 적정한 이격거리가 필요하다. 쌍굴터널 간 이격거리 또는 필러 폭(pillar width)은 지반의 조건이나 시공법에 따라 달라지는데, 이를 결정하기 위해서는 경험적인 방법(Peck, 1969, Matsuda et al.
강도가 큰 지반에 시공되는 쌍굴터널은 어떤 실험 결과를 보여주는가? 본 연구에서는 필러 폭과 모형재료의 강도가 서로 다른 등방성 및 이방성 암반 내 쌍굴터널의 모형실험을 통해 얻어진 터널의 변형과 필러부 균열이 발생한 이축압력 자료를 이용하여 터널 간 이격거리, 지반 강도, 등방성 및 이방성이 터널 안정성에 미치는 영향을 알아보았다. 모형재료의 일축압축강도에 대한 균열개시압력의 백분율을 균열개시압력비율이라고 정의할 경우, 강도가 큰 지반에 시공되는 쌍굴터널은 강도가 작은 지반에 비하여 균열개시압력 값은 크지만, 균열개시압력비율은 작게 나타났다. 이에 비해 필러 폭이 큰 쌍굴터널은 필러 폭이 작은 경우에 비하여 균열개시압력 값이 클 뿐 아니라 균열개시압력비율도 크게 나타나, 필러 폭은 쌍굴터널 안정성에 영향을 미치는 주된 요소로 판단된다.
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참고문헌 (16)

  1. Ahn, H.H., J.I., Choi, S.H., Shim and S.W., Lee, 2008, Behavior of closely-spaced tunnel according to separation distance using scaled model tests, J. of the Korean Geotechnical Society. 24.7, 5-16. 

  2. Baek S.C., B.S., Jang, T.G., Lee, S.M, Lee and J.S., Hwang, 2009, A study on the stability estimation procedure for reinforced pillar of twin tunnel, J. of the Korean Geoenvironmental Society, 10.7, 81-91. 

  3. Design guideline for construction works of national highway, 2013, Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Korea, 395. 

  4. Goodman, R.E., H.E Heuze and G.J. Bureau, 1972, On modelling techniques for the study of tunnels in jointed rock, Fourteenth Symposium on Rock Mechanics, 441-479. 

  5. Hobbs, D.W., 1966, Scale model study of strata movement around mine roadways. Appratus, technique and some preliminary results, Int. J. of Rock Mech. Min. Sci., 3., 101-127. 

  6. Hoek, E. and E.T., Brown, 1980, Underground excavation in rock, Institution of mining and metallurgy, London. 

  7. Kim, J.W., 2011, A case study on the stability analysis of twin tunnels using scaled model tests, J. of Industrial Science Research, Cheongju Univ., 28.2, 45-51. 

  8. Kim, J.W., 2012, A study on the stability of asymmetrical twin tunnels in alternating rock layers using scaled model tests, Tunnel and Underground Space, 22.1, 22-31. 

  9. Kim, J.W. and M.K., Kim, 2012, A Study on the stability of twin tunnels in anisotropic rocks using scaled model tests, Tunnel and Underground Space, 22.3, 205-213. 

  10. Kim, J.W. and J.Y. Park, 2004, A study on the deformation behaviors around twin tunnels using scaled model tests, Tunnel and Underground Space, 14.5, 381-390. 

  11. Kim, H.T., C.H., Yoo, J.S., Hwang and H.D., Yoon, 2008, Evaluation on tunnel in uncontinuous rock mass by small-scale model tests. Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference, 181-188. 

  12. Lee, Y.J. and S.D., Lee, 2010, Pillar width of twin tunnels in horizontal jointed rock using large scale model tests, Tunnel and Underground Space, 20.5, 352-359. 

  13. Matsuda, T., E. Toyosato, M. Igarashi, Y. Nashimoto and T. Sugiyama, 1997, A study on design methods for twin tunnels constructed by the single drift and central pier method, Proceeding of Studies on Tunnel Engineering, Vol. 7. 

  14. Matsuda, T., K. Terada, M. Igarashi, K. Miura, 1998, Ground behavior and settlement control of twin tunnels in soil ground, Tunnels and Metropolises, 2, 1193-1198. 

  15. Peck, R.B., 1969, Deep excavations and tunnelling in soft grouting, Proc. 7th ICSMFE, Mexico, State-of-the-art Report, 225-290. 

  16. Tunnel design criteria, 2007, Ministry of Construction and Transportation, Korea, 17. 

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