• Research Paper

    Numerical sensitivity analysis for the reinforcement effect of a curvature of a tunnel floor on soft grounds

    연약지반에 위치한 터널 바닥부 곡률의 보강효과에 대한 수치해석적 민감도 분석

    Kwang-Ho You

    유광호

    As the number of existing road tunnels increases every year, collapse and floor heaving accidents occur frequently during construction. The collapse among ...

    매년 기존 도로 터널의 개소 및 연장이 증가하는 만큼 시공 중 붕락 및 융기사고가 빈번하게 발생하고 있다. 터널 사고 중 붕괴가 주를 ...

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    As the number of existing road tunnels increases every year, collapse and floor heaving accidents occur frequently during construction. The collapse among tunnel accidents dominates, so that studies related to the floor heaving are relatively insufficient. Accordingly, many studies to reinforce the lower part of the tunnel have been conducted, but the analysis on the effect of the curvature of the tunnel floor is insufficient. Therefore, in this study, the effects of the upper analysis area height and the coefficient of lateral earth pressure of the tunnel located on a tuff deterioration zone with a large rock cover, as well as the floor curvature, were examined through sensitivity analysis. As a result of the analysis, it turned out that the overall stability of the tunnel increases as the floor curvature increases, the coefficient of lateral earth pressure decreases, and the upper analysis region increases.


    매년 기존 도로 터널의 개소 및 연장이 증가하는 만큼 시공 중 붕락 및 융기사고가 빈번하게 발생하고 있다. 터널 사고 중 붕괴가 주를 이루어 상대적으로 융기와 관련된 연구가 미흡한 상태이다. 이에 터널 하부를 보강하는 많은 연구가 진행되어 오고 있으나, 터널 바닥부 곡률에 대한 분석이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 바닥부 곡률은 물론이고, 토피가 큰 응회암 변질대에 위치한 터널의 상부 해석영역 높이 및 측압계수가 안정성에 미치는 영향을 민감도 분석을 통해 살펴보았다. 해석 결과 전반적으로 바닥부 곡률이 커질수록, 측압계수가 작을수록, 상부 해석영역이 높을수록 터널의 안정성이 증가하는 것으로 나타났다.

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    March 2021
  • Technical Note

    Analysis of support loads in large underground space for high-density arrangement of complex plant

    복합플랜트 고집적 배치를 위한 지하대공간 지지하중 해석

    Sewon Kim, Jun Kyung Park, Sangjun Lee, YoungSeok Kim

    김세원, 박준경, 이상준, 김영석

    For the construction of a large underground space with a complex plant installed, it is necessary to analyze the stability considering the ...

    고도의 기술 및 시설이 집약된 복합플랜트 설치 지하대공간 건설을 위해서는 지반 조건 및 다양한 하중 조건에 따른 안정성 검토가 필요하다. 본 논문에서는 ...

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    For the construction of a large underground space with a complex plant installed, it is necessary to analyze the stability considering the ground conditions and various load conditions. In this paper, finite element analysis was performed to analyze the support load that can be used in the design of a large underground space for high-density arrangement of complex plant. An analysis of underground continuous wall (D-wall) was performed considering the load and horizontal earth pressure in the large underground space. In addition, foundation ground analysis was carried out according to the load condition of the complex plant. In order to shorten the construction period, increase the space layout utilization, and secure the stability of the plant structure when installing the complex plant underground, the pipe rack module structure analysis was conducted. This study proposes a design and construction method for the optimal arrangement of underground complex plants using the analysis results.


    고도의 기술 및 시설이 집약된 복합플랜트 설치 지하대공간 건설을 위해서는 지반 조건 및 다양한 하중 조건에 따른 안정성 검토가 필요하다. 본 논문에서는 유한요소해석을 활용하여 복합플랜트의 고집적 배치를 위한 지하대공간 설계에 활용할 수 있는 해석조건(설계조건)을 검토하였다. 지하대공간 상부하중 및 수평토압을 고려한 지하연속벽체 해석, 복합플랜트 하중 조건에 따른 기초 지반의 변위 및 응력변화 검토, 복합플랜트 지하 설치 시 공사기간 단축 및 공간 레이아웃 활용성을 높이며 플랜트 구조물의 안정성을 확보하기 위한 파이프랙 모듈 구조해석을 수행하였다. 다양한 해석결과를 바탕으로 상세설계 및 시공단계에서 고려해야 할 요소들을 검토하였다. 해석 결과를 통해 지하공간 연속벽체 원형배치가 사각배치 경우보다 수평 변위가 적게 나타남을 확인하였고, 복합플랜트 외부 프레임 하중지지 구조해석 결과 설계 안정성에 관한 시사점을 도출하였다.

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    March 2021
  • Research Paper

    An approach for moment-rotation relationship and bearing strength of segment lining’s joint

    세그먼트 라이닝 이음부의 모멘트-회전 관계와 지압강도 계산

    Young Joon Lee, Jee Seung Chung

    이영준, 정지승

    In general, segment lining tunnel refers to a tunnel formed by connecting precast concrete segments as a ring and connecting such rings ...

    일반적으로 세그먼트 라이닝 터널은 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 연결하여 하나의 링을 구성하고 터널의 진행방향으로 링을 서로 결합하여 형성한 터널을 말한다. 세그먼트 라이닝의 구조적 ...

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    In general, segment lining tunnel refers to a tunnel formed by connecting precast concrete segments as a ring and connecting such rings to each other in the longitudinal direction of the tunnel. As the structural properties of the segment lining is highly dependent on the behavior of the segment joints, thus correct modelling of joint behavior is crucial to understand and design the segment tunnel lining. When the tunnel is subjected to ground loads, the segment joint behaves like a hinge that resists rotation, and when the induced moment exceeds a certain limit of the rotation then it may enter into non-linear field. In understanding the effect of the segment joint on the lining behavior, a moment-rotation relationship of the segment joint was explored based on the Japanese practice and Janssen’s approach commonly used in the actual design. This study also presents a method to determine the rotational stiffness of joint refer to the bearing strength. The rotation of the segment joint was estimated in virtual design conditions based on the existing models and the proposed method. And the sectional force of the segment lining and joint were calculated along with the estimated rotation. As the rotation at the segment joint increases, the joint contact area decreases, so the designer have to verify the segment joint for bearing strength as well. This paper suggests a consistent method to determine the rotational stiffness and bearing strength of joints.


    일반적으로 세그먼트 라이닝 터널은 프리캐스트 콘크리트 세그먼트를 연결하여 하나의 링을 구성하고 터널의 진행방향으로 링을 서로 결합하여 형성한 터널을 말한다. 세그먼트 라이닝의 구조적 특성은 세그먼트 이음부의 거동에 따라 크게 달라지므로 이음부를 적절하게 모델링해야 한다. 지반 하중을 받을 때 세그먼트 이음부는 회전에 저항하는 힌지로 작동하며, 모멘트-회전 관계는 비선형 거동을 보인다. 세그먼트 이음부가 라이닝 거동에 미치는 영향을 파악하기 위해 실제 설계에 통용되는 일본 기준 및 Janssen 모델을 적용하여 세그먼트 이음부의 모멘트-회전 관계를 설정하였다. 또한 이 논문은 지압강도를 기초로 세그먼트 이음부의 회전강성을 결정하는 방법을 제시하였다. 가상의 설계조건에서 기존 모델 및 제시된 방법을 적용해 세그먼트 이음부의 회전을 추정하고 세그먼트 라이닝과 이음부에서 발생하는 단면력을 계산하였다. 세그먼트 이음부의 회전이 증가할수록 이음부의 접촉 면적이 감소하므로 세그먼트 이음부의 지압강도를 확인해야 한다. 이 논문은 세그먼트 이음부의 지압강도를 검토하기 위해 세그먼트 이음부의 회전강성을 결정하고 지압강도를 계산하는 일관된 방법을 제시하였다.

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    March 2021
  • Research Paper

    The effect of curvature at the bottom of a soft ground tunnel by numerical analysis

    수치해석에 의한 연약지반 터널의 바닥부 곡률의 영향 분석

    Kwangho You, Kangsan Kim

    유광호, 김강산

    Due to the acceleration of road construction, the number and extension of tunnels are increasing every year. A lot of research has ...

    도로건설의 가속화로 인해 매년 터널의 개소와 터널 연장이 증가하는 추세이다. 터널의 붕락에 관련된 연구는 많이 진행됐으나 바닥부 융기와 관련된 연구는 미흡한 실정이다 ...

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    Due to the acceleration of road construction, the number and extension of tunnels are increasing every year. A lot of research has been done on the collapse of tunnels, but research on the invert heaving is insufficient. Therefore, in this study, a sensitivity analysis was performed using a geotechnical general-purpose program to analyze the effect of the invert curvature of a tunnel excavated on the soft ground. As a result, it was quantitatively confirmed that the stability of a tunnel was increased as the curvature of the tunnel invert was increased so that the safety factor was calculated to be large regardless of the ground conditions and the thickness of the support. In addition, it was confirmed that the stability of the tunnel was increased by reducing the convergence of the tunnel and the maximum bending stress supported by shotcrete. Therefore, when a tunnel is excavated on soft ground, it is believed that applying a curvature to the invert will increase the stability of the tunnel.


    도로건설의 가속화로 인해 매년 터널의 개소와 터널 연장이 증가하는 추세이다. 터널의 붕락에 관련된 연구는 많이 진행됐으나 바닥부 융기와 관련된 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 연약지반에서 터널의 바닥부 곡률의 영향을 분석하고자 지반범용해석 프로그램을 이용하여 민감도 분석을 실시하였다. 그 결과 터널의 바닥부 곡률이 커질수록 지반조건 및 지보재 두께와 관계없이 안전율이 크게 산출되어 터널의 안정성이 증가됨을 정량적으로 확인하였다. 또한, 터널의 내공변위 및 숏크리트가 받는 최대 휨응력도 감소하여 터널의 안정성이 증대됨을 확인하였다. 따라서 연약지반에서 터널을 굴착할 경우 바닥부에 곡률을 적용하는 것이 터널의 안정성을 증대시킬 것으로 판단된다.

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    March 2021
  • Research Paper

    Analysis of pillar stability according to reinforcement method for very near parallel tunnel

    초근접 병렬터널 필라부 보강공법에 따른 안정성 분석

    Young-Seok Jo, Yun-Hee Kim, Ji-Yeon Hong, Dong-Gyou Kim, Bumjoo Kim

    조영석, 김윤희, 홍지연, 김동규, 김범주

    In general, the stress is concentrated on the pillar of very near parallel tunnel (VNPT), and the pillar has been reinforced by ...

    초근접 병렬터널의 필라부에는 응력이 집중되고, 기존에는 터널의 안정성을 확보하기 위하여 강연선을 이용하여 필라부를 보강한다. 하지만 토사 지반에서는 필라부의 강도가 감소하기 때문에 필라부를 ...

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    In general, the stress is concentrated on the pillar of very near parallel tunnel (VNPT), and the pillar has been reinforced by using steel-wires to maintain the stability of the tunnel. However, since the strength of the pillar decreases in the soil layer, the reinforcing pillar with the steel-wires is insufficient for tunnel stability. In this study, the laboratory tunnel experiment was conducted to examine the reinforcement effect for a new method, of which the pillar of VNPT is strengthened by using steel-pipes. As a result, against overburden stress, the bearing capacity of the steel-pipe reinforcement was 22% greater than that of the steel-wire reinforcement. In using the Particle Image Velocimetry method, the analysis shows that the steel-pipe reinforcement forms a more favorable condition of which uniformly the overburden load acts on the VNPT and the pillar than the steel-wire reinforcement. Based on the results, the steel-pipe reinforcement is expected to bring a more positive effect on tunnel stability than the steel-wire reinforcement.


    초근접 병렬터널의 필라부에는 응력이 집중되고, 기존에는 터널의 안정성을 확보하기 위하여 강연선을 이용하여 필라부를 보강한다. 하지만 토사 지반에서는 필라부의 강도가 감소하기 때문에 필라부를 강연선으로 보강하는 것으로는 터널 안전성을 충분히 확보하지 못한다. 본 연구에서는 초근접 병렬터널의 필라부를 강관으로 보강하는 새로운 공법의 보강효과를 검토하기 위하여 실내터널모형실험을 수행하였다. 그 결과 상부응력에 대한 필라부의 지지능력은 강관 보강하는 경우가 강연선 보강하는 경우보다 22% 큰 것으로 나타났다. Particle Image Velocimetry 기법을 이용한 분석결과 필라부 강관 보강은 강연선 보강보다 병렬터널과 필라부에 상재하중이 균일하게 작용할 수 있는 더 유리한 조건을 형성하였다. 실험결과에 기반하여 필라부 강관보강공법은 강연선 보강공법보다 터널 안정성에 긍정적인 효과를 가져올 것으로 기대된다.

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    March 2021