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복층터널의 분기터널 굴착에 따른 지하 공동구의 안정성 분석
Stability analysis of an existing utility tunnel due to the excavation of a divergence tunnel emerging from double-deck tunnel 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.19 no.2, 2017년, pp.231 - 248  

남경민 (한양대학교 건설환경공학과) ,  최민기 (한양대학교 건설환경공학과) ,  김정주 (한양대학교 건설환경공학과) ,  (한양대학교 건설환경공학과) ,  유한규 (한양대학교 건설환경공학과)

초록
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서울시는 도심지 교통체증을 해결하기 위해 최근 경부고속도로의 일부 구간을 복층터널로 계획하는 방안을 검토하고 있다. 도심지에 복층터널을 건설할 경우, 교통난 해소뿐만 아니라 말레이시아 스마트 터널과 같이 홍수 시 침수방지를 위한 저류시설로도 활용할 수 있을 것으로 본다. 그러나 도로터널을 복층터널로 계획할 경우에는 각 지역을 연결하는 분기터널이 필요하며, 분기터널은 토피가 낮은 구간에 편평율이 큰 대단면 또는 복잡한 터널 단면형상으로 이루어지게 된다. 이때 토피가 낮은 지역에서는 지하 공동구나 건물 기초 등에 인접하여 위치하게 되며 터널 건설로 인해 지장물에 미치는 영향에 대해 반드시 검토해야 한다. 본 연구에서는 복층터널에서 분기되는 터널 굴착 시, 지하 공동구에 미치는 영향을 수치해석을 통해 분석하였다. 변위조절모델(Displacement Controlled Model)을 이용하여 터널 주변의 지반손실률을 1.0%, 3.0%, 그리고 5.0%까지 모사하였다. 복층터널에서 분기되는 각도를 $45^{\circ}$$36^{\circ}$로 다르게 설정하여 공동구 측면 및 하부로의 접근을 고려할 수 있도록 하였다. 그 결과, 일반적으로 분기터널이 공동구에 근접할수록 그리고 지반손실률이 클수록 변위, 각변위 그리고 안정성에 미치는 영향이 큰 것으로 타나났다. 공동구 바닥부의 침하와 공동구 부재의 안정성에는 이격거리 보다는 공동구의 하부에 근접하여 큰 변위와 부등침하를 유발할 수 있는 각도 $36^{\circ}$, 이격거리 10 m가 가장 취약한 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 근접시공 시 구조물의 안정성 평가를 위한 각변위-거리/직경 관계를 제시하였으며, 지하 공동구 안정성에 영향을 미치는 한계 임계 지반손실률을 산정하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Government plans to construct a double-deck tunnel under a portion of Gyeongbu Expressway that will solve traffic problems and could also be used as a flood storage facility. Divergence tunnels connect the main tunnel to the urban areas and their construction effects on adjacent structures at shallo...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 본선터널에서 분리되어 지상으로 올라오는 분기터널의 굴착으로 인한 지하 공동구의 영향을 평가하기 위해서 본선터널과의 이루는 각도를 기준으로 지반손실률, 이격거리에 따라 수치해석을 수행하였다. 이에 따른 결론은 다음과 같다.
  • 2). 본 연구에서는 터널의 지반손실량(Vt)을 변수로 인접 공동구에 미치는 영향을 분석하였다. Table 1은 Federal Highway Administration (FHWA)에서 제시한 지반조건과 시공품질에 따른 지반손실률 값을 나타내었다.
  • 여기서, DCM 방법은 최근 다양한 연구들(Cheng et al., 2007; Son & Yun, 2009; Hong et al., 2015; Zhang et al., 2016)에서 사용하였으며, 기존 FCM (Force Controlled Model)의 단점을 보완하고자 제안되었다.
  • Kim (1997)은 쌍굴 터널 굴진에 따른 주변 지반 거동에 대한 2차원 유한요소 해석을 하였다. 연구에서 쌍굴 터널은 상호 간섭효과를 줄이고 주변 지반의 안정성을 보장하기 위해 터널 간 거리가 터널 직경의 최소 2배 이상이어야 한다고 분석하였다. Hefny et al.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
도심지 터널 설계 시 고려해야 할 중요한 요소 중 하나는? 도심지 터널 설계 시 고려해야 할 중요한 요소 중 하나가 지반침하이다. 터널 굴착 시 기존의 지반을 굴착하기 때문에 지반손실(lost ground)은 불가피하게 일어나며, 이러한 지반손실은 지표 · 지중 침하와 인접구조물의 피해로 이어진다.
터널굴착에 따른 지반침하 곡선을 예측하는 방법중 가장 대표적인 것은? 경험적 방법, 해석적 방법, 수치해석을 이용한 방법이 있다. 그 중 가장 대표적인 것이 Peck (1969)이 제안한 Gaussian 곡선이다. 이는 경험식에 해당하며 현재까지 다양한 원심모형실험 및 현장 계측자료를 통해 검증되었다.
대심도에 복층터널을 도로용으로 건설하려면 본선터널에서 나뉘는 분기터널을 필수적으로 설계해야 하는 이유는? 대심도에 복층터널을 도로용으로 건설하려면 본선터널에서 나뉘는 분기터널을 필수적으로 설계해야 한다. 그 이유는 기존의 고속도로에서 빠져나와 국도나 지방도로 이어지는 IC(나들목), 고속도로에서 다른 고속도로로 이어지는 JC(분기점)과 같은 원리이다. 대심도 복층터널 역시 도심지에 건설이 된다면 본선터널에서 도심지의 각 지역으로 갈라져 나오는 분기터널의 건설이 필수적이다(Fig.
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참고문헌 (17)

  1. Bjerrum, L. (1963), "Allowable settlement of structures", In Proceedings of the 3rd European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Wiesbaden, Germany, Vol. 2, pp. 135-137. 

  2. Carranza-Torres, C., Diederichs, M. (2009), "Mechanical analysis of circular liners with particular reference to composite supports. For example, liners consisting of shotcrete and steel sets", Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 24, No. 5, pp. 506-532. 

  3. Cheng, C.Y., Dasari, G.R. (2007), "Finite element analysis of tunnel-soil-pile interaction using displacement controlled model", Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 22, pp. 450-466. 

  4. Do, N.A., Dias, D., Oreste, P., Djeran-Maigre, I. (2014), "Three-dimensional numerical simulation of a mechanized twin tunnels in soft ground" Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 42, pp. 40-51. 

  5. FHWA (2009), "Technical Manual for Design and Construction of Road Tunnels - Civil Element", US Department of Transportation Federal Highway Administration 

  6. Hefny, A.M., Chua, H.C., Zhao, J. (2004), "Parametric studies on the interaction between existing and new bored tunnels" Tunneling and Underground Space Technology, Underground Space for Sustainable Urban Development, Proceedings of the 30th ITA-AITES World Tunnel Congress Singapore, Vol. 19, No. 4, pp. 22-27. 

  7. Hong, Y., Soomro, M.A., Ng, C.W.W. (2015), "Settlement and load transfer mechanism of pile group due to side-by-side twin tunnelling", Computers and Geotechnics, Vol. 64, pp. 105-119. 

  8. Kim, H.M. (1997), "Effect of interference and Ground Movement by Twin Tunnelling", Tunnel and Underground Space, Vol. 7, No. 2, pp. 136-142. 

  9. Kim, Y.J., Im, C.G., Kang, S.G., Lee, Y.J. (2014), "A study on surface settlement characteristics according to the cohesive soil depth through laboratory model tests", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 16, No. 6, pp. 507-520. 

  10. Li, X.G., Yuan, D.J. (2012), "Response of a double-decked metro tunnel to shield driving of twin closely under-crossing tunnels" Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 28, pp. 18-30. 

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  12. Neville, A.M. (1996), Properties of Concrete, Fourth and Final Edition Standards. 

  13. Peck, R.B. (1969), Deep excavations and tunnelling in soft ground. In Proc. 7th int. conf. on SMFE, pp. 225-290. 

  14. Seong, J.H., Kim, Y.S., Shin, B.G. (2013), "Analysis on Impact Factors of Open-cut Type Excavation Work using Numerical Analysis Method", Journal of the Korean Geosynthetic Society, Vol. 12, No. 3, pp. 43-53. 

  15. Son, M.R., Yun, J.C. (2009), "Numerical analysis of tunnelling-induced ground movements", Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 11, No. 3, pp. 229-242. 

  16. Yoo, C.S., Song, A.R. (2006), "Effects of tunnel construction on an existing tunnel lining" Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, Vol. 8, No. 4, pp. 307-324. 

  17. Zhang, Z.X., Huang, M. (2016), "Geotechnical influence on existing subway tunnels induced by multiline tunneling in Shanghai soft soil" Computers and Geotechnics, Vol. 56, pp. 121-132. 

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