Numerical Analysis of Concrete Lining and Rockbolt Behavior of the Tunnel Associated with Blast-induced Vibration

발파진동으로 인한 터널 콘크리트 라이닝과 록볼트 거동의 수치해석적 분석

  • 전상수 (인제대학교 토목공학과 (건설기술연구소)) ;
  • 장양원 (인제대학교 토목공학과)
  • Published : 2009.10.31

Abstract

Since the blast vibration induced by explosives of the powder possibly provide damage of the nearby structures adjacent to the tunnel, the stability of the nearby structures should be estimated. In this study, the stability of the tunnel based on the allowable peak particle velocity of the structures as well as allowable stress of the structures presented in the concrete structural design standard was estimated with respect to the stress of the concrete lining and axial force of the rockbolt during the blasting operation at the ground surface of the pre-existing tunnel. The analyses were carried out by using $FLAC^{2D}$ which is one of the programs developed based on the finite difference method. The bending compressive stress and shear stress of the concrete lining and axial force of the rockbolt were rapidly increased when the blasting operation was conducted near the tunnel.

발파 시 폭약의 폭발로 발생되는 발파진동은 발파지역 인근의 기존 구조물에 피해를 유발시킬 수도 있으며, 이러한 경우 구조물의 안정성 검토를 필요로 한다. 본 연구에서는 기설 터널의 상부 지층 발파 시 터널의 안정성을 구조물의 허용진동속도가 아닌 콘크리트 구조설계기준에 제시된 구조물의 허용응력을 기준으로 수치해석 프로그램인 $FLAC^{2D}$를 이용하여 구조물의 발파 진동이 터널 지보재인 콘크리트 라이닝의 응력 및 록볼트의 축력에 미치는 영향을 검토하였다. 터널에 근접하여 발파가 이루어지는 경우에는 발파진동속도와 콘크리트 라이닝의 휨 압축응력과 전단응력, 록볼트의 축력은 급격히 증가하는 것으로 나타났다.

Keywords

References

  1. 기경철, 김일중 (2002) 산·학인을 위한 발파공학, 동화기술
  2. 두준기, 류창하 (2004) 우리나라 발파진동 허용기준의 문제점 고찰. 화약${\cdot}$발파, 제 22권, 3호, pp. 85-95
  3. 박도현, 조영곤, 전석원 (2006) 실측진동파형을 이용한 비탈면 발 파진동 해석 사례. 화약${\cdot}$발파, 제24권, 2호, pp. 41-50
  4. 신일재, 이정인 (2000), 발파진동이 양생중인 라이닝 콘크리트에 미치는 영향에 관한 연구. 한국지반공학회논문집, 제16권, 6호, pp. 59-68
  5. 전상수, 김두섭, 장양원 (2007) 발파진동이 인접한 터널의 콘크리트 라이닝과 록볼트의 안정성에 미치는 영향평가. 한국지반공학회논문집, 제23권, 10호, pp. 1-13
  6. 정용훈, 이정인, 최용근 (2006) 발파진동에 대한 지상 저장탱크의 안정성 평가. 한국소음진동학회논문집, 제16권, 1호, pp. 19-26 https://doi.org/10.5050/KSNVN.2006.16.1.019
  7. 정형식 (2004) 토목기술자를 위한 암반역학, 새론, pp. 262-342
  8. 한국콘크리트학회 (2003) 콘크리트구조설계기준
  9. 한국터널공학회 (2004) 터널의 이론과 실무, 구미서관
  10. 한국토지개발공사 (1993) 암발파 설계 기법에 관한 연구, 한국토지개발공사 기술연구처
  11. Hendron, Jr., A., J., (1977), Engineering of rock blasting on civil projects. In: Hall, W.J. (Ed.), Structural and Geotechnical Mechanics. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey
  12. Hino, K., Urakawa, T., (1956), Approximate Detonation Pressure of Industrial Explosives, 共業火藥協會誌, Vol. 17, No. 4, pp. 242-250
  13. National Highway Institute (1991), Rock Blasting and Overbreak Control, pp. 415
  14. Starfield, A.M., Pugliese, J.M., (1968), Compressional Waves Generated in Rock by Cylindrical Explosive Change: A Comparison Between a Computer Model and Field Measurements, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 5, No. 1, pp. 65-77 https://doi.org/10.1016/0148-9062(68)90023-5
  15. Stillborg, B., (1984), Experimental investigation of steel cables for rock reinforcement in hard rock, Ph.D. Thesis, $Lulea^{o}$ University, Sweden
  16. Stjern, G., Myrvang, A., (1998), The Influence of Blasting on Grouted Rockbolts, Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 13, No. 1, pp. 65-70 https://doi.org/10.1016/S0886-7798(98)00021-2