선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문은 상기 세 가지 주요 문제를 해결하기 위해 도심지구간에 건설되는 지하철 또는 철도를 대상 으로 터널굴착에 의한 지상구조물의 침하영향을 평가하는 방법을 연구하고, 연구된 방법을 바탕으로 도 심지터널 설계사례에 응용하기 위하여 시도되었다. 우선 터널굴착에 의한 지표침하 거동 분석방법을 인 공신경망 기법과 수치해석적 기법을 중심으로 고찰하고 이의 장단점을 평가하였다.
- 일반적으로 굴착 현장에 인접한 구조물의 손상과 관련된 지반거동 예측에 대해서는 경험적 접근, 이론적 해석, 수치해석, 현장계측 등의 방법으로 많은 연구가 수행되어 왔다. 본 연구에서는 지표 침하로 인한 구조물의 손상을 평가하기 위해서 최근 사용되고 있는 인공신경망 기법 및 수치해석에 의 한 방법론을 고찰하고 각각의 장단점을 평가하고자 한다.
- 도심지 터널은 비교적 천층에 건설되는 경우가 많기 때문에 지반변위가 터 널설계를 지배하는 주요 인자로 대두되고 있다. 특히, 도심지 터널 건설에 필수적인 요건중의 하나가 지 중 및 자상에 존재하는 각종 인접구조물에 대한 안전성을 확보하는 것이다. 그러나 터널설계, 시공단계 에서 예측하지 못한 지반조건 등의 문제로 터널굴착에 따른 인접구조물들의 피해사례가 종종 발생하는 실정이다[1] 이러한 도심지 천층에 건설되는 터널설계에서 고려되어야 할 필수조건은 첫째, 터널공법이 지반 및 지하수 특성을 충분히 고려한 공법이 되어야 하며, 둘째, 인접구조물들에 과도한 손상을 주지 말아야 하며, 셋째, 완공 후에도 외부적인 영향에 의한 터널 안정성을 확보하도록 하여야 한다[2].
제안 방법
- (1) 도심지구간 터널굴착시 지표침하로 인한 구조물의 손상을 평가하기 위해서 최근 사용되고 있는 인 공신경망 기법 및 수치해석에 의한 방법론을 고찰하고 각각의 장단점을 평가하였다. 또한 수치해석 및 인공신경망 기법을 실제 도심지 터널설계에 적용하여 그 결과를 분석하였다.
- 2차원 분석결과를 바탕으로 손상가능성이 있는 총 10가지 측선군(⑤〜⑦, ⑪〜⑲)에 대하여 각 측선을 중심으로 굴착 전후 150 m 구간을 각 굴착단계별로 굴착했을 때, 대상 측선에 대한 침하트라프Contour 및 건물 손상가능성을 검토하였다, 검토내용은 건물에 존재하는 각 벽체별 손상평가인자를 예 측하고, 각변위-수평변형율 평가도표를 이용하여 굴착단계별 손상등급을 평가하였다.
- 각 구간별 해석결과로부터 그림 10과 같이 Boscardin과 Cording이 제안한 각변위와 수평변형율의 관 계로부터 건물의 손상정도를 파악하였다[4]. 그림 10에서 각 화살표는 수집된 자료들 중에서 건물자체의하중에 의한 침흐]', 개착 및 터널굴착에 의한 침하, 광산굴착에 의한 침하 등 침하의 원인별로 구분을 한 것이다.
- 전반적으로 터널굴착에 의한 건물손상은 없는 것으로 판 단되었다. 단, 측선 ⑥에 대해서는 보수적 측면에서 터널내 차수보강 그라우팅 공법을 추가하여 건물의 침하를 방지하도록 설계에 반영하였다. 또한 시공시에는 건물외관조사에 의한 건물등급과 유효응력해석, 전문가시스템 결과를 종합하여 관리등급에 따른 계측계획을 수립하였다.
- 터널굴착에 따른 지반침하에 의한 건물의 손상평가를 위해서 터널이 완전히 굴착된 상태의 2차원적 개략평가를 수행하여 잠재적인 손상가능성이 있는 주요 건물군 및 측선을 선정하였다. 또한 선정된 주 요 건물군을 대상으로 터널 굴착 단계별로 건물에 가해지는 손상가능성을 평가하였고, 건물에 존재하는 세부 벽체별로 손상가능성을 평가하였다.
- (1) 도심지구간 터널굴착시 지표침하로 인한 구조물의 손상을 평가하기 위해서 최근 사용되고 있는 인 공신경망 기법 및 수치해석에 의한 방법론을 고찰하고 각각의 장단점을 평가하였다. 또한 수치해석 및 인공신경망 기법을 실제 도심지 터널설계에 적용하여 그 결과를 분석하였다.
- 단, 측선 ⑥에 대해서는 보수적 측면에서 터널내 차수보강 그라우팅 공법을 추가하여 건물의 침하를 방지하도록 설계에 반영하였다. 또한 시공시에는 건물외관조사에 의한 건물등급과 유효응력해석, 전문가시스템 결과를 종합하여 관리등급에 따른 계측계획을 수립하였다.
- 우선 터널굴착에 의한 지표침하 거동 분석방법을 인 공신경망 기법과 수치해석적 기법을 중심으로 고찰하고 이의 장단점을 평가하였다. 또한 지하철 터널구 간을 대상으로 또한 2차원 및 3차원 터널해석 프로그램 및 인공신경망 기법을 이용하여 터널굴착에 따 른 지상구조물의 안정성을 검토하였다. 이상의 인공신경망 및 수치해석 결과로부터 도심지 터널굴착에 의한 지상구조물에 대한 안정성 평가를 수행하고 각각의 결과를 비교하였다.
- 본 논문은 상기 세 가지 주요 문제를 해결하기 위해 도심지구간에 건설되는 지하철 또는 철도를 대상 으로 터널굴착에 의한 지상구조물의 침하영향을 평가하는 방법을 연구하고, 연구된 방법을 바탕으로 도 심지터널 설계사례에 응용하기 위하여 시도되었다. 우선 터널굴착에 의한 지표침하 거동 분석방법을 인 공신경망 기법과 수치해석적 기법을 중심으로 고찰하고 이의 장단점을 평가하였다. 또한 지하철 터널구 간을 대상으로 또한 2차원 및 3차원 터널해석 프로그램 및 인공신경망 기법을 이용하여 터널굴착에 따 른 지상구조물의 안정성을 검토하였다.
- 또한 지하철 터널구 간을 대상으로 또한 2차원 및 3차원 터널해석 프로그램 및 인공신경망 기법을 이용하여 터널굴착에 따 른 지상구조물의 안정성을 검토하였다. 이상의 인공신경망 및 수치해석 결과로부터 도심지 터널굴착에 의한 지상구조물에 대한 안정성 평가를 수행하고 각각의 결과를 비교하였다.
- 터널굴착에 따른 지반침하에 의한 건물의 손상평가를 위해서 터널이 완전히 굴착된 상태의 2차원적 개략평가를 수행하여 잠재적인 손상가능성이 있는 주요 건물군 및 측선을 선정하였다. 또한 선정된 주 요 건물군을 대상으로 터널 굴착 단계별로 건물에 가해지는 손상가능성을 평가하였고, 건물에 존재하는 세부 벽체별로 손상가능성을 평가하였다.
- 선정된 총 19개 구간을 대상으로 터널굴착에 의한 침하영향 평가를 위해 수치해석에 의한 2차원 및 3 차원 해석을 수행하였다. 해석방법은 지하수위에 의한 간극수압을 고려한 경우(유효응력해석)와 고려하 지 않은 결과(전응력해석)를 수행하여 각각의 결과를 비교 검토하였다. 사용한 프로그램은 PENTAG0N-2D, PENTAG0N-3D를 사용하였다.
대상 데이터
- 터널굴착에 따른 침하영향 및 이에 따른 연도변 건물의 안정성을 평가하기 위해 지반조건 및 노선주 변의 연도변 건물의 외관손상 상태를 파악하여 공사중 피해 또는 위험이 예상되는 건물을 선정하였다. 건물조사를 통한 건물등급 및 건물규모, 지반조건, 터널과의 이격거리 등을 종합하여 총 19개의 검토구 간을 선정하였다. 그림 6 및 표 3은 선정된 검토구간 현황을 나타낸다.
- 그림 6. 주요 검토구간 선정(총 19개 측선).
-
그림 5. 지보패턴별 터널단면
터널굴착에 따른 침하영향 및 이에 따른 연도변 건물의 안정성을 평가하기 위해 지반조건 및 노선주 변의 연도변 건물의 외관손상 상태를 파악하여 공사중 피해 또는 위험이 예상되는 건물을 선정하였다. 건물조사를 통한 건물등급 및 건물규모, 지반조건, 터널과의 이격거리 등을 종합하여 총 19개의 검토구 간을 선정하였다.
데이터처리
- 선정된 총 19개 구간을 대상으로 터널굴착에 의한 침하영향 평가를 위해 수치해석에 의한 2차원 및 3 차원 해석을 수행하였다. 해석방법은 지하수위에 의한 간극수압을 고려한 경우(유효응력해석)와 고려하 지 않은 결과(전응력해석)를 수행하여 각각의 결과를 비교 검토하였다.
이론/모형
- 해석방법은 지하수위에 의한 간극수압을 고려한 경우(유효응력해석)와 고려하 지 않은 결과(전응력해석)를 수행하여 각각의 결과를 비교 검토하였다. 사용한 프로그램은 PENTAG0N-2D, PENTAG0N-3D를 사용하였다. 해석에 사용한 물성은 지반조사결과를 토대로 표 4와 같이 결정하였다.
- 해석에 사용한 물성은 지반조사결과를 토대로 표 4와 같이 결정하였다. 해석에 사용한 경계조건은 no-flow 경계조건과 지하수위 측정결과를 토대로 수두경계 조건을 사용하였다. 그림 7, 그림 8은 해석결과의 예를 나타낸다.
성능/효과
- (2) 총 19개 구간에 대한 수치해석결과 건물의 침하량은 전응력해석에 비해 간극수압을 고려한 유효응 력해석이 지하수위 조건에 따라서 크게 발생하는 경향을 보였으며, 최대 22.9mm의 침하가 발생하였다. 각변위-수평변형율 관계에 의한 각 건물별 손상정도를 파악한 결과 터널굴착에 의한 손상정도는 없거나 일부 건물에서 극히 미미한 손상이 있는 것으로 나타났다.
- (3) 인공신경망에 의한 평가결과 최대 침하량은 23mm가 발생하였고 3차원 세부 건물손상 평가결과 유 효응력해석결과와 마찬가지로 전반적으로 침하에 의한 건물의 손상 가능성은 거의 없는 것으로 나타났 으나, 일부 건물에서 경미한 손상가능성이 있는 것으로 나타났다.
- (4) 수치해석(전응력해석, 유효응력해석) 및 인공신경망에 의한 침하량 검토 결과 전응력해석의 경우 침 하량이 과소하게 평가되는 경향을 보였으며, 인공신경망에 의한 결과와 유효응력 해석결과에 의한 침하 량은 유사한 경향을 보였다.
- 그림 14에서 알 수 있 듯이 Sta. 4K+996까지는 전반적으로 전문가시스템에 의한 결과에 의한 침하량이 유효응력 해석결과보다 다소 크게 나오는 경향을 보이나, 이후 구간부터 유효응력 해석에 의한 침하량이 다소 크게 나오는 경 향을 보인다. 이는 전문가시스템의 알고리즘상 실제 시공시 얻은 자료를 데이터베이스화하기 때문에 제 반조건이 상이할 경우, 즉 학습내용과 다소 상이한 조건일 경우 침하량이 과소 또는 과대평가할 가능성 이 있기 때문인 것으로 사료된다.
- 표 5는 2차원 개략평가 결과이다. 각 측선별로 터널심도, 토사지반구성, 암피복두께, 지하수위 및 지보 패턴 등의 데이터를 통한 인공신경망 추론결과 최대 침하량은 23mm(측선 ⑥)가 발생하였고 각변위-수 평변형율 관계에 의한 건물손상 평가결과 구조물의 손상한계 이내로 안정성을 확보하는 것으로 나타났 다.
- 9mm의 침하가 발생하였다. 각변위-수평변형율 관계에 의한 각 건물별 손상정도를 파악한 결과 터널굴착에 의한 손상정도는 없거나 일부 건물에서 극히 미미한 손상이 있는 것으로 나타났다.
- 과업구간의 지반특성은 그림 4와 같이 터널 I구간의 경우 매립층, 붕적층, 풍화대, 기반암의 순으로 분 포하며, 터널구간의 심도를 고려해 볼 때 비교적 양호한 암반층을 통과하는 것으로 판단되었다. 터널 II 구간의 지층은 시점부의 경우 양호한 암반층이나 중앙부 이후는 풍화대 및 파쇄대가 발달하고 있다.
- 첫째, 수치해석은 미리 정해진 순서에 따른 프로그램에 의 해 작동되지만 인공신경망은 입력값과 출력값만 주어지면 여러 개의 처리기들로 이루어진 네트워크가 평형상태에 도달할 때까지 자체적으로 학습이 진행된다. 둘째, 인공신경망은 병렬 분산 처리된다. 수치 해석에서는 대부분 하나의 처리기에 의해서 순차적 처리(sequential processing)가 이루어지는 반면 인공 신경망은 다수의 처리기들에 의해 동시에 병렬처리(parallel processing)가 이루어진다.
- 과업구간의 기반암은 시추조사 결과 주로 안산암질암류(안산암 및 조면안산암)로 구성되며 노선 북측 및 외곽부는 여러 종류의 화산력 응회암이 발견되었다. 선구조분석 및 현장조사 결과 과업구간내에 총 2조의 전단계열 단층이 교차하는 것으로 조사되었으며, 이중 1조는 노선과 평행하게 발달되어 있는 것 으로 추정되었으며, 시추조사 결과 과업구간 전반에 걸쳐 파쇄대가 관찰되었다.
- 수치해석(전응력해석, 유효응력해석) 및 인공신경망기법을 이용한 전문가시스템에 의한 침하량 검토 결과 전응력 해석의 경우 침하량이 과소하게 평가되는 경향을 보였으며, 전문가시스템에 의한 결과와 유효응력 해석결과에 의한 침하량은 유사한 경향을 보임을 알 수 있다(그림 14). 그림 14에서 알 수 있 듯이 Sta.
- 유효응력해석 및 전문가시스템에 의한 터널굴착시 건물손상평가 결과 유효응력해석결과의 경우 일부 건물에서 매우 미미한 손상가능성이 있는 것으로 평가되었고, 전문가시스템의 경우 측선 ⑥의 경우 경 미한 손상 가능성이 있는 것으로 예측되었다. 전반적으로 터널굴착에 의한 건물손상은 없는 것으로 판 단되었다.
- 이상의 결과를 종합해 볼 때 도심지 터널굴착에 의한 건물안정성 평가시 인공신경망 기법 및 수치해 석을 각각 기법의 장단점을 고려하여 설계에 반영할 경우 효용성이 증대될 거라고 사료된다. 즉, 3차원 수치해석의 경우 장기간의 해석시간을 요구하는 경우가 많으므로 상세설계시 그 반영 효율이 다소 떨어 지는 단점이 있다.
- 조사기간중 계측된 지하수위는 GL(-)2.5〜34.0m로 지역에 따라서 변화가 심한 것으로 관찰되었으며, 3개월간의 장기지하수위 측정결과 수위변화는 -3.2m〜0.7m로 수위변화폭은 크지 않은 것으로 관찰되었 다. 투수시험결과 투수계수는 4xl0「6〜3xl0-%m/sec의 분포를 보이는 것으로 나타났다.
- 7m로 수위변화폭은 크지 않은 것으로 관찰되었 다. 투수시험결과 투수계수는 4xl0「6〜3xl0-%m/sec의 분포를 보이는 것으로 나타났다. 이는 그림 2와 같이 노선과 평행하게 분포하는 단층대에 의한 영향으로 노선 전반에 걸쳐서 기반암층의 파쇄가 심하여 지층간 투수계수 차가 크지 않는 경향을 보이는 것으로 판단되었다.
후속연구
- (5) 도심지 터널굴착에 의한 건물안정성 평가시 인공신경망 기법의 적용가능성을 확인하였고 향후 유사 프로젝트 수행시 그 적용성은 높을 것으로 판단된다. 따라서 인공신경망 기법 및 수치해석 기법의 장단 점을 고려하여 두 가지 해석기법을 반영할 경우 좀더 합리적인 분석이 될 것이라 사료되며, 이로부터 터널 설계의 효용성이 증대될 것이라 판단된다.
- (5) 도심지 터널굴착에 의한 건물안정성 평가시 인공신경망 기법의 적용가능성을 확인하였고 향후 유사 프로젝트 수행시 그 적용성은 높을 것으로 판단된다. 따라서 인공신경망 기법 및 수치해석 기법의 장단 점을 고려하여 두 가지 해석기법을 반영할 경우 좀더 합리적인 분석이 될 것이라 사료되며, 이로부터 터널 설계의 효용성이 증대될 것이라 판단된다.
- 즉, 3차원 수치해석의 경우 장기간의 해석시간을 요구하는 경우가 많으므로 상세설계시 그 반영 효율이 다소 떨어 지는 단점이 있다. 또한 수치해석의 경우 충분한 지반조사가 선행되어야 결과의 신뢰도가 높아지므로 개략적인 평가는 지반조건이 다소 불충분하더라도 인공신경망기법의 학습자료로부터 단시간 내에 결과 를 추론하고 이러한 결과를 바탕으로 세부 해석계획을 수립한다면 보다 양질의 설계가 될 수 있을 것으 로 기대된다.
- 이러한 결과는 종래의 터널굴착에 의한 지상구조물의 침하영향평가를 위해 사용된 수치해석적 방법에 최근 사용되고 있는 인공신경망 기법을 접목함으로써 두가지 해석결과의 상호 보완 및 합리적인 결과를 도출하는데 그 의의가 있다. 향후 도심지터널에 의한 침하거동 분석시 상기 두가지 해석법을 적용할 경 우 좀더 합리적인 분석결과가 도출될 것이라 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.