• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.487-497
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• 2016

터널을 굴착하면 굴진면 주변지반은 응력이 해방되고, 해방된 응력이 주변지반으로 재분배 되어 터널주변지반의 응력상태와 터널지보공에 작용하는 하중이 변한다. 굴진면에 변위가 발생하면 굴진면 전방지반이 이완되고 굴진면에 작용하는 토압은 감소하며, 변위가 일정한 크기 이상 커지면 굴진면 전방지반이 파괴상태에 이른다. 이때에 터널의 종방향으로 하중전이가 발생하며, 토피고나 굴진면의 변위정도에 따라 그 경향이 다르다. 굴진면 파괴에 따른 터널 종방향 하중전이에 대해서는 연구된 사례가 있으나, 굴진면 변위와 종방향 하중전이를 결부시켜서 연구한 사례는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 토사터널에서 모형실험을 수행하여 굴진면이 과다변위로 인해 파괴됨에 따른 종방향 하중전이의 특성을 파악하였다. 즉, 정지토압 상태에서 시작하여 굴진면의 변위가 진행됨에 따른 터널 종방향 하중전이를 모형실험을 수행하여 측정하였다. 연구 결과, 종방향 하중전이는 굴진면 변위 초기에 대부분이 발생하고 굴진면 변위가 한계변위에 근접할수록 완만한 기울기로 한계치에 수렴하였다. 즉, 종방향 하중전이는 굴진면 전방지반이 아직 탄성상태일 때 급격히 증가하였고, 지반이 한계상태에 근접하면 완만하게 증가하는 경향을 나타내었다. 굴진면에서 변위에 의한 토압감소와 터널 종방향 하중전이는 같은 추세로 발생하는 것을 알 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제5권3호
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• pp.261-268
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• 2003

Terzaghi 터널 토압 산정식은 현재에 있어서도 보수적인 입장에서 터널 토압을 산정하는 지침으로 실무에서 활용되고 있다. 본 연구에서는 Terzaghi 터널 토압 모델을 성층 경사형 지반으로 확장하여 새로운 터널 토압 산정식을 유도하였으며 새롭게 유도된 터널 토압식을 이용하여 Terzaghi 터널 토압 산정식에 대한 재검토를 실시하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제10권5호
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• pp.599-615
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• 2016

The present research presents experimental and finite element studies to investigate the behavior of piled raft-tunnel system in a sandy soil. In the experimental work, a small scale model was tested in a sand box with load applied vertically to the raft through a hydraulic jack. Five configurations of piles were tested in the laboratory. The effects of pile length (L), number of piles in the group and the clearance distance between pile tip and top of tunnel surface (H) on the load carrying capacity of the piled raft-tunnel system are investigated. The load sharing percent between piles and rafts are included in the load-settlement presentation. The experimental work on piled raft-tunnel system yielded that all piles in the group carry the same fraction of load. The load carrying capacity of the piled raft-tunnel model was increased with increasing (L) for variable (H) distances and decreased with increasing (H) for constant pile lengths. The total load carrying capacity of the piled raft-tunnel model decreases with decreasing number of piles in the group. The total load carrying capacity of the piles relative to the total applied load (piles share) increases with increasing (L) and the number of piles in the group. The increase in (L/H) ratio for variable (H) distance and number of piles leads to an increase in piles share. ANSYS finite element program is used to model and analyze the piled raft-tunnel system. A three dimensional analysis with elastoplastic soil model is carried out. The obtained results revealed that the finite element method and the experimental modeling are rationally agreed.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권5호
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• pp.499-509
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• 2016

최근들어 지하공간의 활용이 빈번해지면서 도심지 터널의 수요가 급증하고 있다. 토피가 얕고 연약한 지반에 시공되는 도심지 터널에서는 굴진면에서 다양한 형태의 굴진면 변위가 발생할 수 있으며 이로 인해 터널이 3차원 거동하여 종방향 하중전이의 영향이 클 수 있다. 굴진면에서는 분할 굴착, 토피, 지반의 불균질성 등에 의해 다양한 형태의 변위가 발생할 수 있고, 이에 따라 지반의 이완형태는 물론 주변지반으로 전이되는 하중의 분포 형태와 크기가 다양하게 나타날 수 있다. 따라서 본 연구에서는 터널 굴진면의 변위거동을 등변위, 상부 큰 변위, 하부 큰 변위로 이상화하여 모형시험을 수행하였으며, 이를 분석하여 굴진면의 변위와 터널 상부 지반의 종방향 하중 전이를 집중적으로 연구하였다. 연구 결과 굴진면의 변위형태에 따라 굴진면에 작용하는 토압은 물론 터널 종방향으로 전이되는 하중의 크기와 분포형태가 다르게 나타났다. 터널 종방향으로 전이되는 하중의 크기는 굴진면 변위가 등변위 형태일때에 가장 크고 하부 큰 변위 형태일때와 상부 큰 변위 형태일때의 순서로 작아졌다. 또한 토피고가 낮아지면 터널 종방향 하중전이가 굴진면 근접부에 집중되어 발생되지만 토피고가 일정값 이상으로 커지면 하중전이 영역이 넓어지는 것으로 나타났다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2002년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.149-156
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• 2002

Field measurements were carried out in this study to investigate the behavior of cut and cover tunnel such as the distribution and the magnitude of the earth pressure during back fill process of the ground material. Three kinds of measuring instruments, such as the earth pressure load cell, the concrete strain gauge and the reinforcing bar meter of embedded type in concrete structure were installed and measured. Earth pressure load cells, installed after construction of the tunnel lining, measure the outside forces acting on the tunnel lining with radial directions. Three load cells were installed at the crown, the right and the left shoulder of the tunnel, respectively. Three sets of reinforcing bar meter were installed in the double reinforcements of the tunnel lining and their locations were the same with the position of the earth pressure load cells. Concrete strain gauge was installed only one site of the upper compressive part at the tunnel crown. Based on the measuring results in the field, the deformation and the earth pressure acting on the tunnel lining were investigated with the back fill process of the ground material. Considerations on the validity of the measuring results were paid. For the analysis of measurements, after dividing back fill process into three steps, various factors which affect on the behavior of tunnel lining were investigated at each step.

• Interaction and multiscale mechanics
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• 제1권1호
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• pp.157-175
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• 2008

A brief review of the research works on ground vibrations caused by trains moving in underground tunnels is first given. Then, the finite/infinite element approach for simulating the soil-tunnel interaction system with semi-infinite domain is summarized. The tunnel is assumed to be embedded in a homogeneous half-space or stratified soil medium. The train moving underground is modeled as an infinite harmonic line load. Factors considered in the parametric studies include the soil stratum depth, damping ratio and shear modulus of the soil with or without tunnel, and the thickness of the tunnel lining. As far as ground vibration is concerned, the existence of a concrete tunnel may somewhat compensate for the loss due to excavation of the tunnel. For a soil stratum resting on a bedrock, the resonance peak and frequency of the ground vibrations caused by the underground load can be rather accurately predicted by ignoring the existence of the tunnel. Other important findings drawn from the parametric studies are given in the conclusion.

• Geomechanics and Engineering
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• 제15권3호
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• pp.911-917
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• 2018

This paper concerns a numerical investigation on the effect of construction sequence on three-arch (3-Arch) tunnel behavior. A three-arch tunnel section adopted in a railway tunnel construction site was considered in this study. A calibrated 3D finite element model was used to conduct a parametric study on a variety of construction scenarios. The results of analyses were examined in terms of tunnel and ground surface settlements, shotcrete lining stresses, loads and stresses developed in center column in relation to the tunnel construction sequence. In particular, the effect of the side tunnel construction sequence on the structural performance of the center structure was fully examined. The results indicated that the load, thus stress, in the center structure can be smaller when excavating two side tunnels from opposite direction than excavating in the same direction. Also revealed was that no face lagging distance between the two side tunnels impose less ground load to the center structure. Fundamental governing mechanism of three-arch tunnel behavior is also discussed based on the results.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제13권4호
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• pp.1480-1487
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• 2012

최근, 국내 탄광의 안전성이 향상되고 있으나 사고는 꾸준히 발생하고 있다. 대부분의 터널 지보는 I빔과 I빔을 연결하는 이음판 부분에서 지압을 견디지 못하고 파손이 발생한다. XX 탄광의 경우, 터널지보의 아치부가 일반적인 굽힘 거동이 아닌, 위쪽 방향으로 굽힘이 발생하고 있다. 이러한 경우는 터널지보에 수직하중 이외에 수평하중이 과대하게 작용하는 경우로 볼 수 있으며 이러한 수평하중은 지하암반의 급격한 변화에 의한 암반의 이완범위의 증가나 지하수의 누출 등으로 인한 수리학적인 요인 등의 복합적인 문제가 작용하여 나타난다. 따라서 본 연구에서는 위쪽 방향으로 굽힘을 일으키는 수평하중의 크기를 추정하기 위하여 실험계획법과 최적화 알고리듬을 적용하여 터널지보의 굽힘거동을 규명하였다.

• 한국철도학회:학술대회논문집
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• 한국철도학회 2007년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.1774-1781
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• 2007

In this study, Matsuda's formula, which has been used to evaluate the acting load on the concrete pillar in 2-Arch tunnels, is investigated and a load reduction factor $({\alpha})$, which has been estimated from numerical parametric studies, is proposed for a better design of 2-Arch tunnels in the future. Numerical parametric studies show that the concrete pillar is subjected to a stress concentration on the excavation side during the first tunnel driving and when tunnel excavation is completed, the induced stress on the pillar in a poor quality of ground condition is 1.5 to 1.8 times the stress developed during the first tunnel driving. In addition, the numerical studies indicate that the acting load on the pillar is in the range of $14{\sim}83%$ of the load estimated by Matsuda's formula. From these results, a load reduction factor $({\alpha})$ is determined and it would make 2-Arch tunnel design more economically.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2005년도 춘계 학술발표회 논문집
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• pp.1369-1376
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• 2005

In case of the drainage type tunnel, the residual water pressure is likely to act on the tunnel lining due to the decrease of water-passing capacity of the filter material. Therefore, this study discussions a method to predict the lining load with the consideration of water passing capacity of the filter material through the literature review and numerical analysis. It is expected from the results of case studies that the design load acting on the concrete lining in the drainage type tunnel could be assumed to be about 50% of the hydrostatic water pressure in steady-state ground-water condition.