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터널 단면적 변화를 고려한 각부보강 영향성 평가
A Case Study on the effects of Elephant Foot Method considering the rate of Changes in Tunnel Cross Section 원문보기

한국지반신소재학회논문집 = Journal of the Korean Geosynthetics Society, v.17 no.1, 2018년, pp.111 - 118  

이길용 (Department of Regional Infrastructure Engineering, Kangwon National University) ,  오현문 (Department of Regional Infrastructure Engineering, Kangwon National University) ,  조계환 (Geotechnical and Tunnel Engineering Division, Chunil Engineering Consultants) ,  오정호 (Department of Railroad Infrastructure System Engineering, Korea National University of Transportation) ,  김종주 (Department of Regional Infrastructure Engineering, Kangwon National University) ,  김용성 (Department of Regional Infrastructure Engineering, Kangwon National University)

초록

단층 등 취약지반 조건에서의 터널굴착 시 터널천단 및 측벽변위의 억제를 목적으로 하는 각부보강공이 일반적으로 적용되고 있으며, 터널 단면증가 변화율에 따른 각부보강공 설치각도 및 길이를 고려한 지보안전성 확인을 위한 주요 인자로서 내공변위 천단침하 각부침하 각부축력 등의 여러 응력변위 특성 변수들이 있다. 이러한 굴착중 안전성확인을 위한 변수들에 대한 검토 결과, 우각부 침하영향성이 단면증가율 보다 더 큰 변위경향을 보이는 가장 중요한 중점관리 지배요소로 분석되었으며, 터널단면 증가 변화율에 대한 각 보강공 길이별 축력의 변화관점에서는 큰 연관성을 보여주지 못하는 터널단면 증가율 대비 작은 증가율을 나타냈다. 또한, 각부 보강공 축력의 발생경향은 터널 단면증가율보다 보강공 마찰지지 개념 메커니즘에 따른 거동 영향성을 보여주는 것으로 분석되었다. 본 연구결과, 일정한 길이의 각부 보강공이 선정될 경우 지반불량 구간에서의 터널 단면이 다소 대단면화하여도 무리하게 각부보강공의 길이를 연장시키지 않는 것이 시공성 및 경제성을 고려한 보다 더 합리적인 방법으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In case of excavation of the tunnel under weak ground conditions, such as fault zone, leg pile reinforcement with the purpose of suppressing tunnel crown settlement and side wall displacement is commonly applied. There are convergence, crown settlement, leg settlement, and the axial force of leg as ...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 터널단면의 대・소 영향을 고려한 지반불량구간에서의 각부보강공의 영향성을 평가하기 위하여 터널굴착 등 단계시공 해석에 적용되는 MIDAS GTS 프로그램을 사용하여 터널의 단면적 증감율에 따른 각부보강공 영향성을 평가하였다. 일반적으로 터널거동 및 지보재 응력변화 특성에 가장 큰 영향을 프로그램을 미치는 지반변형계수(E0) 선정 조건이 발생 부재력의 변화에 가장 민감한 결과를 나타낸다고 할 수 있다.
  • 앞서 언급한 바와 같이 단층파쇄 지반 등의 불량한 지반 성상 조건에서의 터널천단 및 측벽변위 억제를 목적으로 각부보강공을 적용하고 있으나, 본 연구에서는 터널 단면의 대・소에 따른 즉, 터널단면의 증가율 대비 부재력의 증・감 여부를 파악하여 천단 및 내공변위・보강파일공 축력・각부침하 변위 및 응력의 발생 특성 등에 대한 지보 부재력의 시공중 안전성 평가기준으로서의 주요인자에 대한 영향성을 분석하였다. 이는 터널의 굴착중 계측을 통한 터널의 부재력 발생특성이 터널 단면이 증가함에 따라 어떠한 영향을 미치고 있는가를 구명하는 유의미한 연구로 철도 노반분야 기술자에게 매우 유용한 정보를 제공할 수 있을 것이다.
  • 3에 나타나 있다. 터널단면적비 A(고속철도 복선 대단면)/B(일반철도 복선단면) = 122.275/ 89.878 = 1.36배의 단면증가율 기준으로 한 보강파일 변위 및 응력특성을 구명하고자 하였다.

가설 설정

  • 터널의 굴착 단면적 차이 즉, 단면 대・소에 따른 각부 시공조건을 고려한 지반변위・거동 영향성을 비교・분석 하였다. 비교 단면적 대상은 고속철도 복선 단면(case 1) 대비 상대적으로 작은 단면인 일반철도 건설사업 복선단면(case 2) 선정하고, 동등한 지반성상의 취약지반을 가정하였다. 보다 구체적으로 굴착단면적 증감율에 따른 굴착중 터널상부의 이완하중을 보강파일이 분담하는 원리에 의해 발생하는 지보 부재력의 발생특성에 대하여 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 연구에서 터널의 굴착 단면적 차이를 분석한 대상은? 터널의 굴착 단면적 차이 즉, 단면 대・소에 따른 각부 시공조건을 고려한 지반변위・거동 영향성을 비교・분석 하였다. 비교 단면적 대상은 고속철도 복선 단면(case 1) 대비 상대적으로 작은 단면인 일반철도 건설사업 복선단면(case 2) 선정하고, 동등한 지반성상의 취약지반을 가정하였다. 보다 구체적으로 굴착단면적 증감율에 따른 굴착중 터널상부의 이완하중을 보강파일이 분담하는 원리에 의해 발생하는 지보 부재력의 발생특성에 대하여 분석하였다.
각부보강공의 목적은? 단층 등 취약지반 조건에서의 터널굴착 시 터널천단 및 측벽변위의 억제를 목적으로 하는 각부보강공이 일반적으로 적용되고 있으며, 터널 단면증가 변화율에 따른 각부보강공 설치각도 및 길이를 고려한 지보안전성 확인을 위한 주요 인자로서 내공변위 천단침하 각부침하 각부축력 등의 여러 응력변위 특성 변수들이 있다. 이러한 굴착중 안전성확인을 위한 변수들에 대한 검토 결과, 우각부 침하영향성이 단면증가율 보다 더 큰 변위경향을 보이는 가장 중요한 중점관리 지배요소로 분석되었으며, 터널단면 증가 변화율에 대한 각 보강공 길이별 축력의 변화관점에서는 큰 연관성을 보여주지 못하는 터널단면 증가율 대비 작은 증가율을 나타냈다.
본 연구에서 각부보강공 영향성을 평가할 때 사용한 프로그램은 무엇인가요? 본 연구에서는 터널단면의 대・소 영향을 고려한 지반불량구간에서의 각부보강공의 영향성을 평가하기 위하여 터널굴착 등 단계시공 해석에 적용되는 MIDAS GTS 프로그램을 사용하여 터널의 단면적 증감율에 따른 각부보강공 영향성을 평가하였다. 일반적으로 터널거동 및 지보재 응력변화 특성에 가장 큰 영향을 프로그램을 미치는 지반변형계수(E0) 선정 조건이 발생 부재력의 변화에 가장 민감한 결과를 나타낸다고 할 수 있다.
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참고문헌 (7)

  1. Jung, H., Kim, H., Chun, B. (2009), "A study on the ground settlement and reinforcement measures in the case of tunneling at the yangsan fault." Journal of the Korean Geotechnical society, Vol.10, No.6, pp.35-48. 

  2. Lee, G.-Y., Oh, J.-H., Cho, K.-H., and Lee, D.-S. (2016), "A case study on elephant foot method for railway tunneling in large fault zone.", Journal of the Korean society of civil engineers, Vol.36, No.6, pp.1161-1167. 

  3. Lee, G.-Y. (2016). A case study on elephant foot method for tunneling in large fault zone. Ms. Thesis, Korea National University of Transportation. 

  4. Park, C., Lee, H., Park, J., Yoon, C., Hwang, J. (2009), "A Case study on elephant foot method for tunneling in the soft ground." Journal of the Korean Geotechnical Society, September 25-26, 2009, Incheon, Korea. 

  5. Shin, H. (2014). A study for tunneling excavation and reinforcement in excessive displacement ground characteristics. Ms. Thesis, Woosong University. 

  6. Yim, C. (2006), Optimum tunnel excavation and reinforcement method in large fault zones. Ms. Thesis, Korea University. 

  7. Yim, S., Seo, Y., Kim K., Kim C., Kim H. (2010), "Reinforcing Effect by Tunnel Support System." KSEG Conference, April 8-9, 2010, Kyeongju, Korea, pp.255-258. 

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