A case study on the optimal tunnel design based on risk analysis

Kwang-Ho* You

doi:None

All Issue

2010 Vol.12, Issue 5 Preview Page Next Page

A case study on the optimal tunnel design based on risk analysis 위험도 분석에 근거한 최적 터널설계 사례

30 September 2010. pp. 379-387

PDF XML

Abstract

In this study, a case study was introduced for the design of a twin tunnel along high speed national highway Route 12 from Damyang to Sungsan. It was related to determine the optimal tunnel support pattern and excavation method based on a risk analysis in order to incorporate the uncertainty of ground properties. To this end, three alternatives with different amounts of support and excavation method were selected and risk analysis was performed by applying Monte Carlo simulation technique, respectively. Stability of the tunnel was quantified by the factor of safety. To improve the result, the 729 cases of the combination of ground properties (deformation modulus, cohesion, and internal friction angle) satisfying a Gaussian distribution were generated and applied. Also, stability of the tunnel was confirmed by analyzing the distribution of both displacement and shotcrete bending stress.

Keywords

Risk analysis

factor of safety

Monte Carlo simulation

optimal tunnel design

본 논문에서는 고속국도 제 12호선 담양-성산간의 양방향 터널의 설계 시, 지반 물성치의 불확실성을 고려하기 위해 위험도 분석에 근거하여 최적의 지보패턴 및 굴착방법을 결정하는 사례를 소개하였다. 이를 위해 지보량과 굴착방법이 다른 3 가지 적용 안을 선정하고, 터널의 안정성을 정량화할 수 있는 개념인 안전율을 사용하여 각각의 경우에 대해 Monte Carlo simulation 기법을 사용하여 위험도를 구하였다. 이때 결과의 신뢰도를 높이기 위하여 정규분포를 만족하는 총 729가지 경우의 지반물성치 조합 (변형계수, 점착력, 내부마찰각)을 생성하여 사용하였다. 또한 터널의 발생변위 및 숏크리트 휨응력 분포를 비교･분석하여 터널의 안정성을 확인하였다.

키워드

위험도 분석

안전율

Monte Carlo simulation

최적 터널설계

References

1.김영근, 김도형(2008), “터널 안정성 및 환경성을 고려한 위험도 평가기법의 적용”, 한국터널공학회 논문집, Vol. 10, No. 1, pp. 1～15.

2.김영민(1999), “유한요소법에 의한 사면붕괴 거동해석에 미치는 영향분석”, 한국지반공학회 논문집, 제15권, 제5호, pp. 19～28.

3.대우조선해양건설(주), 한신공영(주)(2009), 고속국도 제12호선 88올림픽고속도로(담양-성산간) 확장공사 제10공구, 터널해석보고서.

4.유광호, 박연준(2003), “터널 지보패턴 결정을 위한 위험도 분석”, 한국터널공학회 논문집, Vol. 5, No. 3, pp. 241～250.

5.유광호, 박연준, 배규진(2000), “연약암반층에 굴착된 터널의 안전율 평가”, 한국터널협회 논문집, 제2권, 제3호, pp. 47～57.

6.유광호, 박연준, 강용(2001), “절리암반 터널의 안전율 평가를 위한 수치해석적 연구”, 한국암반공학회 논문집, 제11권, 제3호, pp. 279～288.

7.유광호, 박연준, 홍근영, 이현구, 김재권(2005), “지보재 파괴를 고려한 터널 안전율의 수치해석적 산정 연구”, 한국터널공학회 논문집, 제7권, 제1호, pp. 37～49.

8.유광호, 임영수, 김종규(2010), “위험도분석을 이용한 터널의 최적 지보패턴 결정 사례”, 2010년 한국터널공학회 정기학술발표회, 한국과학기술회관, pp. 268-275.

9.유광호, 정지성(2008), “2차원 연속체 해석에 의한 지하공동 형상비별 안정성 평가 비교”, 한국터널공학회 논문집, 제10권, 제2호, pp. 193～205.

10.Einstein, H.H.(1996), “risk and Risk analysis in rock engineering”, Tunnelling and Underground Space Tech-nology, Vol. 11, No. 2, pp. 141∼155.

11.Giam, S.K. and Donald, I.B.(1988), “Determination of crit-ical slip surfaces for slopes via stress-strain calculations”, Proc. Fifth Australia-New Zealand Conference on Geomech., Sydney, Australia, pp. 461～464.

12.Itasca Consulting Group, Inc.(2005), Fast Lagrangian Analysis of Continua, Ver. 5.0, Itasca Consulting Group, Minneapolis, Minnesota, USA.

13. Matsui, T. and San, K.C.(1992), “Finite element slope stability analysis by shear strength reduction technique”, Soils and Foundation, Vol. 32, No. 1, pp. 59～70.

14. Naylor, D.J.(1982), “Finite elements and slope stability”, Numer. Meth. in Geomech., Proc. NATO Advanced Study Institute. Lisbon, Portugal, pp. 229～244.

15. Ugai, K. and Leshchinsky, D.(1995), “Three-dimensional limit equilibrium and finite element analyses: a com-parison of results”, Soils and Foundations, Vol. 35, No. 4, pp. 1～7.

16. Zienkiewicz, O.C., Humpheson, C., and Lewis, R.W.(1975), “Associated and non-associated visco-plasticity and plas-ticity in soil mechanics”, Geotechnique, Vol. 25, No. 4, pp. 671～689.

https://cdn.apub.kr/journalsite/sites/kta/2010-012-05/N0550120504/images/PIC281D.gif

Information

Publisher :Korean Tunneling and Underground Space Association
Publisher(Ko) :한국터널지하공간학회
Journal Title :Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
Journal Title(Ko) :한국터널지하공간학회 논문집
Volume : 12
No :5
Pages :379-387
Received Date : 2010-08-31
Revised Date : 2010-09-10
Accepted Date : 2010-09-20

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association ISSN:2233-8292(Print) 2287-4747(Online) 한국터널지하공간학회 논문집

All Issue