• Geomechanics and Engineering
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• 제19권3호
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• pp.283-293
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• 2019

Evaluating the stability of the excavation face of the cross-river shield tunnel with good accuracy is considered as a nonlinear and multivariable complex issue. Understanding the stability evaluation method of the shield tunnel excavation face is vital to operate and control the shield machine during shield tunneling. Considering the instability mechanism of the excavation face of the cross-river shield and the characteristics of this engineering, seven evaluation indexes of the stability of the excavation face were selected, i.e., the over-span ratio, buried depth of the tunnel, groundwater condition, soil permeability, internal friction angle, soil cohesion and advancing speed. The weight of each evaluation index was obtained by using the analytic hierarchy process and the entropy weight method. The evaluation model of the cross-river shield construction excavation face stability is established based on the idea point method. The feasibility of the evaluation model was verified by the engineering application in a cross-river shield tunnel project in China. Results obtained via the evaluation model are in good agreement with the actual construction situation. The proposed evaluation method is demonstrated as a promising and innovative method for the stability evaluation and safety construction of the cross-river shield tunnel engineerings.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2010년도 춘계 학술발표회
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• pp.1433-1437
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• 2010

The deep excavation work in Korean downtown is almost excuted near by existing structures and utility lines because of the diminution of available yard for construction. So, it was required more and more that the accurate control of displacement on the earth retaining system for minimizing the popular complaint and the damage from constructional accident. Automatic monitoring system is adopted in fracture zone for real time monitoring. In addition, Face mapping is carried out on the face of fracture zone according to excavation sequence. As the result of automatic monitoring system and face mapping, we was able to take the necessary reinforcement and changing excavation method within suitable time. This paper is informed about a stability case on the deep rock excavation site with fracture zone in urban area by automatic monitoring system.

• Geomechanics and Engineering
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• 제32권2호
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• pp.145-157
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• 2023

This paper aims at investigating the face stability of large-diameter underwater shield tunnels considering seepage in soft-hard uneven strata. Using the kinematic approach of limit upper-bound analysis, the analytical solution of limit supporting pressure on the tunnel face considering seepage was obtained based on a logarithmic spiral collapsed body in uneven strata. The stability analysis method of the excavation face with different soft- and hard-stratum ratios was explored and validated. Moreover, the effects of water level and burial depth on tunnel face stability were discussed. The results show the effect of seepage on the excavation face stability can be accounted as the seepage force on the excavation face and the seepage force of pore water in instability body. When the thickness ratio of hard soil layer within the excavation face exceeds 1/6D, the interface of the soft and hard soil layer can be placed at tunnel axis during stability analysis. The reliability of the analytical solution of the limit supporting pressure is validated by numerical method and literature methods. The increase of water level causes the instability of upper soft soil layer firstly due to the higher seepage force. With the rise of burial depth, the horizontal displacement of the upper soft soil decreases and the limit supporting pressure changes little because of soil arching effect.

• Geomechanics and Engineering
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• 제28권3호
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• pp.265-281
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• 2022

A set of slurry shield test system capable of cutter cutting and slurry automatic circulation is used to investigate the deformation characteristics, the evolution characteristics of support resistance and the distribution and evolution process of earth pressure during excavating and collapsing of slurry shield tunneling in circular-gravel layer. The influence of cover-span ratio on surface subsidence, support resistance and failure mode of excavation face is also discussed. Three-dimensional numerical calculations are performed to verify the reliability of the test results. The results show that, with the decrease of the supporting force of the excavation face, the surface subsidence goes through four stages: insensitivity, slow growth, rapid growth and stability. The influence of shield excavation on the axial earth pressure of the front soil is greater than that of the vertical earth pressure. When the support resistance of the excavation face decreases to the critical value, the soil in front of the excavation face collapses. The shape of the collapse is similar to that of a bucket. The ultimate support resistance increase with the increase of the cover-span ratio, however, the angle between the bottom of the collapsed body and the direction of the tunnel excavation axis when the excavation face is damaged increase first and then becomes stable. The surface settlement value and the range of settlement trough decrease with the increase of cover-span ratio. The numerical results are basically consistent with the model test results.

• Geomechanics and Engineering
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• 제36권5호
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• pp.417-426
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• 2024

Shield tunneling method is widely used to build tunnels in complex geological environment. Stability control of tunnel face is the key to the safety of projects. To improve the excavation efficiency or perform equipment maintenance, the excavation chamber sometimes is not fully filled with support medium, which can reduce the load and increase tunneling speed while easily lead to ground collapse. Due to the high risk of the face failure under non-fully support mode, the tunnel face stability should be carefully evaluated. Whether compressive air is required for compensation and how much air pressure should be provided need to be determined accurately. Based on the upper bound theorem of limit analysis, a non-fully support rotational failure model is developed in this study. The failure mechanism of the model is verified by numerical simulation. It shows that increasing the density of supporting medium could significantly improve the stability of tunnel face while the increase of tunnel diameter would be unfavorable for the face stability. The critical support ratio is used to evaluate the face failure under the nonfully support mode, which could be an important index to determine whether the specific unsupported height could be allowed during shield tunneling. To avoid of face failure under the non-fully support mode, several charts are provided for the assessment of compressed air pressure, which could help engineers to determine the required air pressure for face stability.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권1호
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• pp.11-22
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• 2009

터널 굴착 대상지반의 강도 및 강성이 낮은 경우 막장안정성을 확보하기 위해 분할굴착공법 또는 적절한 보조공법을 병용한다. 본 연구에서는 기존 문헌을 중심으로 막장평가 기법에 대해 정리하고 보조벤치 병용 전단면공법 적용 시 지반의 변형 강도특성에 따른 막장보강의 필요성 유무와 보조공법으로 페이스볼트를 채택할 경우 타설 길이, 타설 밀도, 보강범위에 따라 막장 및 막장주변지반에 어떠한 영향이 발생되는지를 알아보기 위해 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 막장 안정성에 대해 문헌에 의한 이론적인 평가기법과 FEM수치해석결과를 비교 분석한 결과 상대적인 차이는 있으나 막장볼트를 통한 막장안정의 효과에는 일치하는 경향을 보였다. 검토대상 지반조건에 대해 막장볼트의 타설형태는 길이 1.0D(D:터널 폭)이상, 격자상 타설(1개/$1.5\;m^2$), 상부 반단면 $120^{\circ}$ 보강시 가장 효과적인 것으로 분석되었다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.191-201
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• 2000

본 연구에서는 굴착부지가 넓고 지하수위가 높은 점성토지반에 얕은 굴착시 종래에 널리 적용되었던 강널말뚝 흙막이공 대신 줄말뚝을 이용한 흙막이공을 제안하였다. 줄말뚝을 이용한 흙막이 구조물의 거동을 관찰하기 위하여 지하굴착기간 동안 경사계 및 지하수위계를 설치하여 말뚝과 지반의 수평변위와 지하수위 변화를 조사하였다. 현장계측결과 말뚝과 지반의 변형거동은 굴착면 기울기, 말뚝두부구속조건, 말뚝설치간격, 굴착지반의 안정수 등의 요소에 영향을 받는 것으로 나타났다. 그리고 줄말뚝을 이용한 흙막이공의 시공성과 안정성뿐만 아니라 근접시공의 문제점이 없는 연약지반에서는 강널말뚝 흙막이공보다 경제적인 공법임을 확인하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제19권6호
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• pp.189-206
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• 2003

터널시공 중, 터널자체의 안정성 확보와 주변지반 및 인접 구조물의 안정성 확보를 위한 체계화된 계측관리는 매우 중요한 사항이라고 할 수 있는데, 지반조건이 불리한 도심지 터널공사나 지반조건이 급격하고 빈번하게 변화하는 경우에 있어서는 그 중요성이 더욱 증대되는 것이 사실이다. 최근 오스트리아에서는, 임의 시점에 대한 절대변위를 계측하고 분석하는 기존의 방법 대신, Geodetic을 이용한 각 시공단계별 상대변위의 계측 및 분석방법이 널리 증가하고 있는데, 이를 통해 지반조건의 급격한 변화 예측 및 이에 상응하는 굴착방법과 지보방식의 변경등이 용이해지고 있다. 한편, 지반의 변위는 막장 굴착이 시공되기 이전부터 발행하기 시작하므로 막장 전방의 응력상태는 향후 변위 진행과정에 있어 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 즉, 막장 전방의 강성이나 응력상태는 굴착 후의 장기적인 터널안정성 및 인접 구조물의 안정성 확보와 관련된 주요 변수라 할 수 있다. 본 논문에서는 이와 관련된 다양한 조건에 대한 3차원 변위해석을 실시하였으며, 그 결과를 통해 터널 굴착시의 수직변위 및 벡터회전, 막장면 변위 등의 변화를 살펴보았다.

• 터널과지하공간
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• 제34권4호
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• pp.413-420
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• 2024

도심지 터널에 적용성이 우수한 Gripper TBM 계획시 굴착공법 특성을 반영하지 않고 기존 NATM 터널의 지반이완 개념의 보강계획을 준용하여 굴착안정성 및 시공성이 저하되는 문제를 발생시키고 있다. 본 연구에서는 도심지 근접시공에 따른 보강계획시 Gripper TBM 굴착공법 특성을 고려한 지보계획의 합리화 방안을 제안하고자 하였다. 이를 위해 굴착공법별 시공조건을 고려한 3차원 안정성 검토를 수행하여 굴착에 따른 주변지반에 미치는 영향을 분석하였다. NATM공법은 굴착과 동시에 무지보 자립시간이 발생되어 굴진면에 지반이완이 집중되었으나, Gripper TBM은 커터헤드와 스킨플레이트를 통해 굴진면 주변지반을 지지하므로 스킨플레이트 후방에 지반이완이 발생되었다. 이러한 굴착공법 특성을 고려하여 연구대상현장의 근접시공에 따른 보강계획의 문제점을 지적하고 Gripper TBM 굴진안정성 및 시공성 등을 고려한 합리적인 지보패턴 개선방안을 제안하였다.

• 터널과지하공간
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• 제18권6호
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• pp.427-435
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• 2008

본 연구에서는 지반등급 V중에서 막장자립이 곤란한 지반에 대해 지반고유의 지지력을 최대한 이용하기 위한 굴착공법 및 적정벤치길이에 대해 검토하고, 보조공법으로 막장볼트를 적용할 경우 타설 패턴, 타설 개수에 따라 막장 및 막장주변지반에 어떠한 영향이 발생되는지에 대해 3차원 FEM해석을 수행하였다. 보조벤치 병용전단면공법이 조기 단면폐합으로 변위를 크게 줄일 수 있음을 알 수 있었으며, 타설 패턴으로는 격자상, 교호배치형(지그재그형), 원주상순으로 변위억제효과가 있는 것으로 나타났다. 또한 타설 개수 증가에 따라 막장축방향 수평변위에 대해 억제효과가 있는 것으로 분석되었으며 보조벤치 병용 전단면공법굴착시공의 경우 막장부 $1.5m^2$에 1개의 막장볼트(격자상) 타설로 막장면 안정성을 확보할 수 있을 것으로 판단되었다.