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표제지
요약문
RESEARCH SUMMARY
목차
제1장 연구개요 18
1.1. 연구 배경 18
1.2. 연구목표 및 내용 19
1.2.1. 총괄 목표 및 개발 기술 19
1.2.2. 연차별 목표 및 연구내용 20
1.2.3. 당해 연도 연구내용 및 수행방법 21
1.3. 연구 로드맵(TRM) 및 수행일정 22
1.3.1. 연구 로드맵(TRM) 22
1.3.2. 당해 연도 세부 연구수행 일정 23
1.3.3. 목표 달성도(2007.11월 기준) 23
제2장 실대형 모형실험 인프라 구축현황 24
2.1. 개요 24
2.2. 기 구축현황 27
2.2.1. 재하프레임 29
2.2.2. 유압 서보 엑츄에이터 30
2.2.3. 유압펌프 유닛 31
2.2.4. 유압 서보제어 시스템 32
2.2.5. 대형 시험체 이송용 대차시스템 33
2.3. 당해 연도 신규 구축 현황 35
2.3.1. 고속카메라 36
2.3.2. 전자식 균열진행 측정기 37
제3장 터널 붕괴 위험도 관리 시스템 개발 39
3.1. 개요 39
3.2. 신규 터널 붕괴 사례 조사 및 분석 41
3.2.1. ○○터널 관통 후 2차 붕괴사례 41
3.2.2. ○○터널 관통 후 붕괴사례 46
3.2.3. 관통 후 ○○터널 숏크리트 균열 및 파괴발생 사례 57
3.2.4. ○○터널 관통 후 낙반사고 사례 63
3.2.5. ○○터널 굴착 중 낙반사고 사례 66
3.2.6. ○○터널 관통 후 갱구부 붕괴 사례 69
3.2.7. 유사사례분석 결론 73
3.3. 터널 붕괴터널 현장자료 분류체계 재구축 74
3.3.1. 기하학적 특징 75
3.3.2. 지반조건 77
3.3.3. 불연속면의 조건 80
3.3.4. 지하수 상태 85
3.3.5. 굴착조건 86
3.3.6. 지보/보강상태 89
3.4. 터널 붕괴사례 DB 재구성 및 기초 통계 분석 91
3.4.1. DB에 대한 통계적 분석 91
3.4.2. 터널 붕괴·붕락 현황 분석 결과 94
3.5. 터널 붕괴 위험도 지수(KTH-Index) 산정 시스템 96
3.5.1. 이론적 배경 96
3.5.2. 터널 붕괴 위험도 지수(KTH-Index)값 산정 101
3.6. 웹기반 시스템의 설계 113
3.6.1. 개발계획 개요 113
3.6.2. 시스템 구성 116
3.6.3. 시스템 페이지 구성 117
3.6.4. 검색 및 결과 처리 기능 122
3.7. 현장 적용 123
3.7.1. 적용 현장 현황 123
3.7.2. 붕괴구간의 KTH-Indef 적용 125
3.7.3. 붕괴 위험도 평가 결과 130
3.8. 소결론 136
제4장 터널 숏크리트 라이닝 파괴 모니터링 기법 개발 138
4.1. 개요 138
4.2. 기존 라이닝 응력 측정 방법 고찰 140
4.2.1. 토압계(Pressure Cells) 141
4.2.2. 플랫잭 시험 142
4.2.3. Rod 혹은 Tape Extensometers 142
4.2.4. 변형률게이지(Strain Gauges) 143
4.2.5. Load Cells 144
4.2.6. 광섬유센서 144
4.3. 시추공 주변 변위로부터 숏크리트 라이닝 응력 산정을 위한 이론해 유도 145
4.4. 실대형 실험을 이용한 터널 숏크리트 라이닝 파괴 모니터링 기법의 검토 149
4.4.1. 실대형 실험 개요 149
4.4.2. 실대형 실험 방법 및 조건 150
4.4.3. 실대형 실험 결과 166
4.5. 3차원 유한요소법을 이용한 수치 해석적 검토 186
4.5.1. 수치해석 개요 186
4.5.2. 수치해석 결과분석 189
4.6. 소결론 215
제5장 신개념 취약지반 차수/보강공법 개발 216
5.1. 개요 216
5.2. BIO기술의 활용을 위한 기초연구 217
5.3. 효소반응의 지반보강 효과 개략 검토 220
5.4. 소결론 222
제6장 결론 및 향후 추진 계획 223
제7장 참고문헌 225
부록 (국내 터널 붕괴/붕락 현장 사례)[내용누락;p.273~274] 232
서지자료
Bibliographic Data
표 2.1. 실대형 실험 시스템 주요 사양 35
표 2.2. 전자식 균열진행 측정 장비 주요 사양 38
표 3.1. 1차 붕락에 대한 보강 현황 43
표 3.2. 순방향 주요구간 현황 47
표 3.3. 역방향 주요구간 현황 50
표 3.4. 당초 설계 지보패턴 59
표 3.5. 터널 시공현황 60
표 3.6. 조사구간의 단층 특성 65
표 3.7. FRP 보강 그라우팅 적용내역 72
표 3.8. 터널 환산 단면적에 따른 분류 75
표 3.9. 터널 직경에 대한 터널 심도비에 따른 분류 77
표 3.10. 터널심도에 따른 붕괴율 77
표 3.11. 암종에 따른 분류 78
표 3.12. 지반등급에 따른 분류 79
표 3.13. 막장면의 풍화도에 따른 분류 80
표 3.14. 불연속면 상태에 따른 분류체계(상세) 82
표 3.15. 불연속면의 상태에 따른 개략 분류 83
표 3.16. 불연속면의 기하학적 특성에 따른 상세분류 84
표 3.17. 불연속면의 기하학적 특성에 따른 개략분류 84
표 3.18. 터널길이 당 지하수 유입량에 따른 분류 85
표 3.19. 지하수위에 따른 분류 86
표 3.20. 분할굴착에 따른 상세분류 87
표 3.21. 분할굴착에 따른 개략분류 87
표 3.22. 굴착성능에 따른 분류 88
표 3.23. 발주기관별 여굴 허용기준 89
표 3.24. 지보패턴 수준에 따른 분류(터널환산직경 10m 기준) 90
표 3.25. 보조공법에 따른 분류 90
표 3.26. 각 분류 항목별 자료 완성도 92
표 3.27. 터널 붕괴·붕락 사례에 대한 통계분석 93
표 3.28. 영향인자별 가중치(총합 100, 선형 KTH-Index 시스템) 106
표 3.29. 붕괴 지하철 터널현장에 대한 각 영향인자별 가중치 108
표 3.30. 붕괴 지하철 터널현장에 대한 각 영향인자별 가중치 110
표 3.31. 붕괴사고 현황 124
표 4.1. 실대형 시험 조건 (총 24 케이스) 151
표 4.2. 위치별 변형률게이지 번호 154
표 4.3. 마이크로미터의 제원 162
표 4.4. 수치해석 입력 물성치 187
그림 2.1. 국외의 실대형 터널 모형실험 장비 사례 26
그림 2.2. 실대형 터널 모형실험을 위한 기반 시설 27
그림 2.3. 실대형 실험 시스템 전경 28
그림 2.4. 실대형 터널 모형실험 시스템의 설계도면 29
그림 2.5. 유압 서보 엑츄에이터의 기본도면 (최대 하중용량: 50톤) 31
그림 2.6. 유압 펌프 유닛 32
그림 2.7. 17축 제어용 유압 서보제어 시스템 33
그림 2.8. 대형 시험체 이송용 대차 레일부 34
그림 2.9. 초고속 영상 촬영 장비 및 제원 36
그림 2.10. 전자식 균열진행 측정 장비 37
그림 3.1. 터널 붕괴 위험도 관리 체계 40
그림 3.2. 붕락구간 종단면도 42
그림 3.3. 터널 지보재 변상 현황... 42
그림 3.4. 갱구부 상단 함몰... 42
그림 3.5. 천단부 강지보 탈락 상태 44
그림 3.6. 붕괴 및 이상변위 발생구간의 모식도 46
그림 3.7. 붕락 전 숏크리트 균열 발생(상)과 붕락된 모습(하) 48
그림 3.8. 터널 측벽부 숏크리트 균열(상)과 균열사이의 록볼트(하) 49
그림 3.9. 터널 바닥부(상)와 터널 측벽부 균열 및 용수(하) 51
그림 3.10. 숏크리트 균열 및 박리 52
그림 3.11. 붕괴구간 상부 암편 상태 53
그림 3.12. 현장의 편암(상) 및 편암에 발달한 편리구조(하) 54
그림 3.13. 시추조사 개념도 55
그림 3.14. 시공현황 58
그림 3.15. 숏크리트부 균열(좌) 및 기초부 융기(우) 58
그림 3.16. 일강우량 및 누적강우량(원주) 60
그림 3.17. 숏크리트 라이닝의 균열 61
그림 3.18. ○○터널 낙반 전경 사진 63
그림 3.19. ○○터널(STA. 33~50) 막장 전개도 64
그림 3.20. 상부터널 구간의 시추 및 물리탐사 위치도 67
그림 3.21. ○○터널 붕괴 전경사진... 69
그림 3.22. ○○터널 암반분류 및 지보패턴 71
그림 3.23. 터널 붕괴사례 분류체계 및 위험도 평가인자 75
그림 3.24. 터널 심도 모식도 76
그림 3.25. 붕괴사례에 대한 붕괴 유형 95
그림 3.26. 붕괴사례에 대한 붕괴 규모 95
그림 3.27. 상관도 행렬 개념도 및 수학적 의미 99
그림 3.28. KTH-Index에 대한 상관도 행렬의 구성 100
그림 3.29. 학습에 사용된 인공신경망 구조 101
그림 3.30. 선형 KTH-Index값 산정을 위해 완성된 상관도 행렬 103
그림 3.31. 비선형 KTH-Index값 산정을 위해 완성된 상관도 행렬(붕괴자료 1번) 104
그림 3.32. KTH-Index 평가도표(ver. 2.0) 112
그림 3.33. 웹기반 터널안전 시공관리 시스템 개요 113
그림 3.34. 사용자별 시스템 접속 권한 개략도 114
그림 3.35. 터널안전 시공관리 시스템의 세부 구성 항목 115
그림 3.36. 웹기반 터널 안정 시공관리 시스템 기본 구성도 117
그림 3.37. 로그인 화면 119
그림 3.38. 사용자 계층에 따른 권한 부여 및 보안 기능부여 119
그림 3.39. 불연속면 조건 입력 페이지 121
그림 3.40. 현장 데이터 관리자 페이지 121
그림 3.41. ○○터널 낙반 위치도 125
그림 3.42. 위험도 평가구간 위치도 126
그림 3.43. 붕괴 위험도 평가를 위해 적용된 막장관찰자료 예시와 입력자료 작성례 129
그림 3.44. 붕괴 모드 1(천정부 붕락)에 대한 붕괴 위험도 지수 평가 결과 131
그림 3.45. 붕괴 모드 4(토피층 함몰)에 대한 붕괴 위험도 지수 평가 결과 133
그림 3.46. 입력데이터의 변화 추이 135
그림 3.47. 검색 기능 136
그림 4.1. 터널 숏크리트 라이닝 파괴 모니터링 개발의 모식도 140
그림 4.2. 숏크리트 라이닝의 변형률게이지의 위치(좌) 및 축응력 계산(우) 143
그림 4.3. 전기저항식 Load Cell의 단면 144
그림 4.4. 응력을 받고 있는 탄성체내 원형 단면 주변의 응력 146
그림 4.5. 실대형 실험용 실물 모형의 제원 151
그림 4.6. 숏크리트 라이닝 시편의 제조 152
그림 4.7. 숏크리트 라이닝 정중앙부에 직경 10 cm의 천공 152
그림 4.8. 천공기로 채취한 직경 10 cm의 공시체 (4주 재령, 시편두께 15cm) 153
그림 4.9. 실대형장비에 장착한 숏크리트 라이닝 시편 153
그림 4.10. 콘크리트 시편의 상세도 및 변형률게이지 부착위치 155
그림 4.11. 숏크리트 라이닝에 부착한 변형률게이지 155
그림 4.12. 접착제를 이용하여 변형률게이지 부착 156
그림 4.13. 숏크리트 라이닝 내 발생하는 응력측정을 위한 변형률게이지 설치 156
그림 4.14. 숏크리트 라이닝 하부 측면부 천공주변에 설치한 변형률게이지 157
그림 4.15. 변형률게이지 설치전경 및 변형률 캘리브레이션 157
그림 4.16. 3차원 사진측량 캘리브레이션용 표식지 159
그림 4.17. 3차원 사진측량 캘리브레이션 159
그림 4.18. 숏크리트 라이닝 하부측면부 천공주변에 부착한 사진측량용 표식기 160
그림 4.19. 숏크리트 라이닝 하부 측면부 초기 천공직경 측정(3차원 사진측량 스케일을 측정을 위한 기준치) 160
그림 4.20. 숏크리트 라이닝 하부에 총 2대의 카메라 설치 161
그림 4.21. 마이크로미터 측정기 및 구성품 162
그림 4.22. 채취한 공시체의 상하면 연마작업 164
그림 4.23. 일축압축강도시험 전경 164
그림 4.24. 압축강도실험에 의한 응력-변형률 관계 165
그림 4.25. 실대형 실험 전경 166
그림 4.26. 숏크리트 라이닝의 하중-변형률 관계 (8W-P25) 168
그림 4.27. 숏크리트 라이닝의 하중-변형률 관계 (4W-P25) 169
그림 4.28. 숏크리트 라이닝의 하중-변형률 관계 (1W-P25) 170
그림 4.29. 숏크리트 라이닝의 하중-변형률 관계 (4W-P15) 171
그림 4.30. 마이크로미터 측정 전경 172
그림 4.31. 마이크로미터에 의한 천공변형 측정 172
그림 4.32. 3차원 사진측량 전경 173
그림 4.33. 하중재하에 따른 하부천공의 변형양상 (8W-P25) 173
그림 4.34. 콘크리트재령에 따른 하부천공의 응력-변형관계 ; 두께 15cm (3차원 사진측량 및 마이크로미터를 이용한 측정결과 비교) 175
그림 4.35. 콘크리트재령에 따른 하부천공의 응력-변형관계 ; 두께 25cm (3차원 사진측량 및 마이크로미터를 이용한 측정결과 비교) 177
그림 4.36. 콘크리트재령 및 두께에 따른 하부천공의 응력-변형관계 179
그림 4.37. 균열발생현황 관측위치 및 좌표 181
그림 4.38. 8W-W15 숏크리트 라이닝 균열발생 현황 182
그림 4.39. 8W-W25 숏크리트 라이닝 균열발생 현황 182
그림 4.40. 4W-W15 숏크리트 라이닝 균열발생 현황 182
그림 4.41. 4W-W25 숏크리트 라이닝 균열발생 현황 183
그림 4.42. 1W-W15 숏크리트 라이닝 균열발생 현황 183
그림 4.43. 1W-W25 숏크리트 라이닝 균열발생 현황 183
그림 4.44. 8W-P15 숏크리트 라이닝 균열발생 현황 184
그림 4.45. 8W-P25 숏크리트 라이닝 균열발생 현황 184
그림 4.46. 4W-P15 숏크리트 라이닝 균열발생 현황 184
그림 4.47. 4W-P25 숏크리트 라이닝 균열발생 현황 185
그림 4.48. 1W-P15 숏크리트 라이닝 균열발생 현황 185
그림 4.49. 1W-P25 숏크리트 라이닝 균열발생 현황 185
그림 4.50. 수치해석 3차원 모델링의 개념도(하중재하 및 경계 조건 포함) 186
그림 4.51. 수치해석 모델링 메쉬 188
그림 4.52. 하중재하에 따른 변위벡터 분포 (1W-W15, 1W-P15) 189
그림 4.53. 하중재하에 따른 평균주응력 분포 (8W-W25) 190
그림 4.54. 하중재하에 따른 평균주응력 분포 (4W-W25) 191
그림 4.55. 하중재하에 따른 평균주응력 분포 (1W-W25) 192
그림 4.56. 하중재하에 따른 평균주응력 분포 (8W-W15) 193
그림 4.57. 하중재하에 따른 평균주응력 분포 (4W-W15) 194
그림 4.58. 하중재하에 따른 평균주응력 분포 (1W-W15) 195
그림 4.59. 하중재하에 따른 평균주응력 분포 (8W-P25) 196
그림 4.60. 하중재하에 따른 평균주응력 분포 (4W-P25) 197
그림 4.61. 하중재하에 따른 평균주응력 분포 (1W-P25) 198
그림 4.62. 하중재하에 따른 평균주응력 분포 (8W-P15) 199
그림 4.63. 하중재하에 따른 평균주응력 분포 (4W-P15) 200
그림 4.64. 하중재하에 따른 평균주응력 분포 (1W-P15) 201
그림 4.65. 하중재하에 따른 천공 변형 (4W-W15) 202
그림 4.66. 하중재하에 따른 상부천공변형 (등분포하중) 204
그림 4.67. 하중재하에 따른 하부천공변형 (등분포하중) 206
그림 4.68. 하중재하에 따른 상부천공변형 (집중하중) 208
그림 4.69. 하중재하에 따른 하부천공변형 (집중하중) 210
그림 4.70. 하중재하에 따른 상하부 천공 변형 양상 212
그림 4.71. 하중재하에 따른 중앙 절제 단면의 연직변위 양상 (4W-W15-2) 213
그림 5.1. 토사의 구조와 주요 물성 217
그림 5.2. 지반체내에서 생물학적 반응과정의 역할 219
그림 5.3. 실험과정 221
그림 5.4. 효소의 농도를 변화(0.1M, 1M, 5M)시키며 수행한 실험과정 222
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