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교차터널의 보강영역에 관한 연구

Title
교차터널의 보강영역에 관한 연구
Author
정혁상
Advisor(s)
천병식
Issue Date
2011-08
Publisher
한양대학교
Degree
Doctor
Abstract
최근 도심지의 만성적인 교통문제 해결을 위해 터널을 설계 및 시공하면서 기존터널에 인접하여 통과하거나 기존터널의 상·하부를 교차하여 시공되는 사례가 점차 증가하고 있다. 또한 최근에 신설되는 터널은 선형이 직선화되고 심도가 더욱 깊어지며 단면 또한 커지고 있어 사고로 이어질 경우 자칫 대형 참사로 이어질 수 있다. 또한 터널은 상부에 존재하는 구조물 및 운용중인 교통수단의 안전에 지장을 받지 않아야 하므로 안정성 확보가 매우 중요하다. 교차터널의 거동은 상당히 복잡한 메커니즘을 지니고 있어 다양한 연구가 진행 되어야함에도 불구하고 많은 연구들이 수행되지 못해 설계 및 시공에 많은 어려움을 지니고 있었다. 국내 교차터널에 대한 연구는 1990년대 후반에 이르러 시작되었으며 선행연구에서의 수치해석 분야는 2차원 해석이 주를 이루었다. 또한 실험적 연구는 소규모의 실내실험에 국한된 연구가 대부분이어서 복잡한 메커니즘을 규명하는데 많은 어려움이 있었다. 더욱 교차터널에서 신설터널은 노후화된 기존터널과 교차하기 마련인 바 노후된 기존터널의 시간경과에 따른 열화현상으로 인해 시공 당시에 비해 지보재 성능이 결여될 수 있으므로 보강영역의 안정성에 대한 검토는 반드시 필요한 연구라 할 수 있다. 최근에는 IT산업과 기계공학의 발전으로 인해 2차원 수치해석에 의존해야했던 과거와는 다르게 3차원 수치해석이 가능해졌고 최신 전자계측기기들로 인해 실험의 효과가 극대화될 수 있어 복잡한 터널 거동 분석이 가능하게 되었다. 본 연구에서는 교차터널의 실내모형실험과 수치해석을 통해 노후화된 교차터널의 보강영역을 구명하는데 그 목적이 있다. 연구방법으로 실내모형실험에서는 실제 설계사례를 바탕으로 상사법칙을 이용하여 신설터널 굴착에 따른 기존터널의 보강영역과 거동을 확인하였고 실내모형실험으로 확인된 거동을 바탕으로 실내모형실험에서 수행하기 어려운 다양한 매개변수연구를 수치해석을 통해 수행하였다. 매개변수연구는 암종변화시 신설터널 굴착에 의한 기존터널의 영향을 검토하였고 숏크리트 및 록볼트 열화현상을 고려한 수치해석을 실시하였다. 수치해석은 기존에 실시하던 2차원 해석에서 벗어나 3차원 수치해석을 실시하였고 병렬터널로 해석하여 실제 상황과 더욱 유사하게 모델링하였다. 특히 노후화된 기존터널의 특성을 고려한 교차터널의 보강영역을 연구함으로서 실제 교차터널을 설계 및 시공함에 있어 지침을 제시하고자 하였다. 연구결과, 수치해석을 통한 매개변수 연구에서 20년 경과 후 기존터널의 바닥부 변위는 시공당시에 비해 풍화암일 때 1.76배, 경암일 때 1.26배 증가한 것으로 분석되어 경암일 때 보다 풍화암일 때 열화현상에 의한 천단변위 유발정도가 심한 것으로 나타났다. 그러나 록볼트의 열화현상은 시간경과에 따라 기존터널의 바닥부침하량의 변화는 크지 않는 것으로 나타났다. 추후 이러한 연구결과는 교차터널에서 신설터널의 설계 및 시공시 기존터널의 열화정도를 반영함으로서 교차된 두 터널의 안정성을 확보하는데 큰 도움이 될 것이다.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/139120http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000417428
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GRADUATE SCHOOL OF ENGINEERING[S](공학대학원) > CIVIL ENGINEERING(토목공학과) > Theses(Ph.D.)
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