• Geomechanics and Engineering
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• 제15권3호
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• pp.851-859
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• 2018

There are two primary causes of the ground movement due to tunnelling in urban areas; firstly the lost ground and secondly the groundwater depression during construction. The groundwater depression was usually not considered as a cause of settlement in previous research works. The main purpose of this study is to analyze the combined effect of these two phenomena on the transverse settlement trough. Centrifuge model tests and numerical analysis were primarily selected as the methodology. The characteristics of settlement trough were analyzed by performing centrifuge model tests where acceleration reached up to 80g condition. Two different types of tunnel models of 180 mm diameter were prepared in order to match the prototype of a large tunnel of 14.4 m diameter. A volume loss model was made to simulate the excavation procedure at different volume loss and a drainage tunnel model was made to simulate the reduction in pore pressure distribution. Numerical analysis was performed using FLAC 2D program in order to analyze the effects of various groundwater depression values on the settlement trough. Unconfined fluid flow condition was selected to develop the phreatic surface and groundwater level on the surface. The settlement troughs obtained in the results were investigated according to the combined effect of excavation and groundwater depression. Subsequently, a new curve is suggested to consider elastic settlement in the modified Gaussian curve. The results show that the effects of groundwater depression are considerable as the settlement trough gets deeper and wider compared to the trough obtained only due to excavation. The relationships of maximum settlement and infection point with the reduced pore pressure at tunnel centerline are also suggested.

• Geomechanics and Engineering
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• 제30권4호
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• pp.325-336
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• 2022

This paper analyzes the ground surface settlements induced by side-by-side twin shield tunnels bored in sedimentary soils, which primarily consist of sand with clay strata above the tunnel crown. The measurements were obtained during the construction of twin tunnels underneath the Incheon International Airport (IIA) located in Korea. The measured surface settlement troughs are approximated with Gaussian functions. The trough width parameters i and K of the settlement troughs produced by the first and second tunnel passings are determined, along with those for the total settlement trough. The surface settlement troughs produced by the first shield passing are reasonably represented by a symmetric Gaussian curve. The surface settlement troughs induced by the second shield tunnel display marginal asymmetric shapes at selected sections. The total settlement troughs are fitted both with a shifted symmetric Gaussian function and the superposition method utilizing an asymmetric function for the incremental trough produced by the second tunnel. It is revealed that the superposition method does not always produce better fits with the total settlement. Instead, the shifted symmetric Gaussian function is overall demonstrated to provide more favorable agreements with the recordings. Therefore, the shifted symmetric Gaussian function is recommended to be used in the design for the prediction of the settlement in clays caused by twin tunneling considering the simplicity of the procedure compared with the superposition method. The amount of increase in the width parameter K for the twin tunnel relative to that for the single tunnel is quantified, which can be used for a preliminary estimate of the surface settlement in clay induced by twin shield tunnels.

• 한국지반공학회논문집
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• 제37권10호
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• pp.55-63
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• 2021

쉴드TBM의 제작기술 발전과 시공경험 축적으로, 쉴드터널은 전력, 통신 및 상하수도와 같은 소구경 터널에서 도로 및 철도와 같은 대구경 터널로 확대되고 있으며, 그에 따라 병설쉴드터널의 적용도 증가하고 있다. Peck(1969)에 의해 연약지반에서 단선쉴드터널의 지표침하형상이 Gaussian distribution으로 표현될 수 있음이 제시된 이후, 현장계측, 실내모형실험 및 수치해석 등의 방법을 통해 많은 연구에서 이의 적정성이 확인되었다. 본 연구는 현장 계측된 병설쉴드터널의 지표침하로부터 후행 터널(2^nd tunnel)에 의한 추가 지표침하 형상을 표현하기 위해 침하형상의 좌·우측에 Gaussian curve를 각각 적용함으로써, 침하형상을 보다 정확히 표현할 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2003년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.663-670
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• 2003

Urban tunnelling need to consider not only the stability of tunnel itself but also the ground movement regarding adjacent structures. This paper present 3-D behavior of adjacent structures due to tunnelling induced ground movements by means of field measuring data and nonlinear FEM tunnel analysis. The results of the analytical methods from Mohr-Coulomb model are compared with the site measurement data obtained during the twin tunnel construction. It was found that the location and stiffness of the structure influence greatly the shape and pattern of settlement trough. The settlement trough for Greenfield condition was different from the trough for existing adjacent structures. Therefore the load and stiffness of adjacent structures should be taken into account for the stability analysis of the structures.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제5권4호
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• pp.313-322
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• 2003

본 연구는 도심지터널 시공시 막장진행에 따라 다양하게 계측된 현장의 계측치 분석을 통하여 막장 진행에 따른 터널 주변지반의 거동 및 인접구조물의 3차원 거동을 상호 규명하였으며, 일반적으로 터널설계시 적용되는 Mohr-Coulomb 모델 및 막강관찰 자료를 바탕으로 한 Hoek-Brown 현장암반모델을 적용한 3차원 유한요소해석을 실시하여 각각의 결과를 비교 검토하여 이들 지반 및 구조물 거동을 규명하였다. 막장 진행에 따른 침하 양상은 greenfield 상태에서의 거동과는 차이를 보이고 있으며 구조물의 위치와 강성 그리고 하중에 큰 영향을 받는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.61-74
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• 2016

본 논문에서는 화강풍화대를 통과하는 슬러리 TBM 굴진 중 지표 침하 및 체적손실 산정에 관한 사례 연구를 수행하였다. 터널 천단 침하 계측 결과로부터 TBM 굴진 단계별 침하 발생 경향을 분석하였고, 횡방향 지표 침하 트라프로부터 굴진 중 체적손실 및 트라프 변수를 산정하였다. 또한, 체적손실 산정 모델을 이용하여 지반 특성과 굴진 중 측정된 기계데이터가 반영된 굴진 단계별 체적손실을 산정하였으며, 이를 실제 계측 결과와 비교 분석하였다. 슬러리 TBM의 경우 대부분의 지표침하는 쉴드 본체 통과 및 뒤채움 주입 이후 발생하는 것으로 나타났고 문헌에 보고된 총 체적손실 및 트라프 곡선 형태가 확인되었다. 실제 굴진 중 체적손실은 굴진 단계별로 쉴드손실 예측값의 90%, 테일부 손실 예측값의 60% 수준으로 분석되었고, 쉴드 손실에 비해 테일부 손실의 편차가 큰 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제9권4호
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• pp.361-375
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• 2007

본 논문에서는 터널시공시 지하수 저하를 동반하는 시공조건에서 발생하는 지표침하 특성에 관한 연구내용을 다루었다. 이를 위해 먼저 지하수 저하로 인한 지반침하 문제에 대한 국내외 기존 연구내용을 살펴보았으며, 지하수 유동시 응력-간극수압 상호작용이 고려된 유한요소해석 모델을 구축하고 이론적 검증을 통해 유한요소해석 모델의 타당성을 검토하였다. 구축된 유한요소해석 모델을 토대로 다양한 시공조건에 대한 매개변수 연구를 수행하고 그 결과를 토대로 지하수 유동시 지반침하에 영향을 미치는 주요 인자를 검토하였으며, 아울러 터널시공이 지하수 저하를 동반하는 시공조건에서의 지표침하 특성을 기존의 이론과 연계하여 고찰하였다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제21권2호
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• pp.153-164
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• 2020

Tunnel excavation in shallow soft ground conditions of urban areas experiences inevitable surface settlements that threaten the stability of nearby infrastructures. Surface settlements during shield TBM tunneling are related to a number of factors including geotechnical conditions, tunnel geometry and excavation methods. In this paper, a database collected from a construction section of Hong Kong subway was used to analyze the correlation of settlement-inducing factors and surface settlements monitored at different locations of a transverse trough. The Pearson correlation analysis result revealed a correlation between the factors in consideration. Factors such as the face pressure, advance speed, thrust force, cutter torque, twin tunnel distance and ground water level presented a modest correlation with the surface settlement, while no significant trends between the other factors and the surface settlements were observed. It can be concluded that an integrated effect of the settlement-inducing factors should be related to the magnitude of surface settlements.

• 한국지반신소재학회논문집
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• 제16권1호
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• pp.63-72
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• 2017

본 연구는 Shield TBM공법을 이용한 터널 굴착시 지표침하에 영향을 주는 요소들에 대한 영향정도를 3차원 수치해석을 통해 검토하였다. 막장압, Skinplate 주면압, 굴진장, 지반모델, 요소망 크기, 통과지반에 대한 다양한 조건을 변화시켜가며 수치해석을 수행하였다. 또한 실제 시공된 Shield TBM을 변위제어방법과 응력제어방법으로 모델링하여 현장 계측값과 비교 분석하였다. Skinplate 주면압과 지반모델이 가장 큰 영향요소이며, 통과지층에 따라 적절한 Skinplate 주면압을 입력시 현장 계측값과 유사한 결과를 얻을 수 있었다.

• 한국지반공학회지:지반
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• 제13권6호
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• pp.107-122
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• 1997

본 논문에서는 점성토 지반에서의 실드 터널 시공에 따른 지표 침하 예측 기법을 제시하였다. 예측 기법을 개발하기 위해 실드 터널의 시공과정을 모사할 수 있는 3차원 유한요소해석기법을 이용하여 매개변수 변환 연구를 수행하였으며, 해석 결과를 이용하여 지반 거동메카니즘을 고찰하고 지반 거동과 영향 요소와의 관계를 나타내는 데이터 베이스를 구축 하였다. 구축된 데이터 베이스에 대한 다중 회귀분석을 통해 막장 상부에서의 지표 침하비와 변곡점의 위치를 결정하는 반경험식을 개발하고 이를 기존의 정규확률분포함수와 접목시켜 횡단면 및 종단면 지표 침하 형상을 예측하는 기법을 제안하였다. 제안된 예측 기법은 유효요소 해석 결과 및 현장 계측 자료와의 비교를 통해 그 타당성이 입증되었으며, 따라서 제시된 예측 기법은 본 연구에서 고려한 경계조건과 유사한 조건에서 효율적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.