철도터널 하부 여굴처리 방법에 대한 정적 및 동적 안정성 검토 (Static and Dynamic Analysis for Railway Tunnel according to Filling Materials for overbroken tunnel bottom)

서지정보

· 발행기관 : 한국철도학회
· 수록지 정보 : 한국철도학회논문집 / 20권 / 5호 / 668 ~ 682페이지
· 저자명 : 서재원, 조국환

초록

철도의 고속화에 따라 선형의 직선화와 함께 터널이 철도노선에 차지하는 비중은 급격하게 증가하였다. 터널 굴착 시 필연적으로 발생하고 있는 여굴은 터널의 안정성에 큰 영향을 미치고 있다. 또한 여굴은 시공의 경제성에도 매우 중요한 요소이기도 하다. 터널 굴착 시 천단부 여굴은 굴착공법의 발달과 함께 점차 감소하고 있는 추세이다.
그러나 바닥부 여굴은 터널의 안정성에 미치는 영향이 상대적으로 적은 관계로 지속적으로 발생하고 있는 실정이다.
한국철도시설공단에서는 바닥부 여굴에 대하여 10 cm정도의 콘크리트 채움을 시공비로 인정하고 있으나, 그 이상에대해서는 시공사가 부담하여 채움을 실시하고 있다. 바닥부 여굴에 대한 채움은 콘크리트 채움을 원칙으로 하고 있으나 경우에 따라 버림 콘크리트와 혼합골재를 병행하여 시공하는 곳도 발생하고 있다. 이는 궤도 하부에 연속체 재료와 불연속체 재료의 존재를 발생시키게 되며, 열차 운행 중 발생하는 진동의 전파에 영향을 미치게 된다. 일반적으로콘크리트와 같은 연속체 재료만 존재하는 경우에는 열차운행에 의한 진동이 터널주면 암반으로 자연스럽게 전파될 수있는 조건이 발생하나, 불연속체가 존재하면 진동의 전파와 반사에서 다른 특성을 나타낼 수밖에 없게 된다. 이에 본논문에서는 터널 바닥 채움 재료에 대하여 시멘트 혼합비율을 5%, 11.5%, 18% 등으로 달리하여 시료를 제작하였다.
제작된 시료의 동적 물성시험을 실시하였으며, 이를 바탕으로 수치해석을 실시하였다. 수치해석 결과 모든 재료의 배합은 정적안정성을 만족하는 것으로 나타났다. 그러나 동적거동에서는 빈배합콘크리트와 시멘트 함유량이 낮은 채움재를 사용하였을 경우 특정 운행속도에서 공진이 발생할 수 있는 것으로 나타났다.

영어초록

Alignments of railways recently constructed in Korea have been straightened due to the advent of highspeedrail, which means increasing the numbers of tunnels and bridges. Overbreak during tunnel construction may beunavoidable, and is very influential on overall stability. Over-excavation in tunneling is also one of the most importantfactors in construction costs. Overbreak problems around crown areas have decreased with improvements of excavationmethods, but overbreak problems around bottom areas have not decreased because those areas are not very influentialon tunnel stability compared with crown areas. The filling costs of 10 cm thickness of overbreak at the bottom of a tunnelare covered under construction costs by Korea Railway Authority regulations, but filling costs for more than thecovered thickness are considered losses of construction cost. The filling material for overbreak bottoms of tunnelsshould be concrete, but concrete and mixed granular materials with fractured rock are also used for some sites. Tunnelsin which granular materials with fractured rock are used may have a discontinuous section under the concrete slab track.
The discontinuous section influences the propagation of waves generated from train operation. When the bottom of atunnel is filled with only concrete material, the bottom of the tunnel can be considered as a continuous section, in whichthe waves generated from a train may propagate without reflection waves. However, a discontinuous section filled withmixed granular materials may reflect waves, which can cause resonance of vibration. The filled materials and vibrationpropagation characteristics are studied in this research. Tunnel bottom filling materials that have ratios of granular materialto concrete of 5.0 %, 11.5 %, and 18.0 % are investigated. Samples were made and tested to determine their materialproperties. Static numerical analyses were performed using the FEM program under train operation load; test resultswere found to satisfy the stability requirements. However, dynamic analysis results show that some mixed ratios maygenerate resonance vibration from train operation at certain speeds.

참고자료

· 없음