터널 강관보강 그라우팅의 휨 거동특성을 고려한 보강 설계법 연구 :A Study on the Design Method Considering the Flexural Behavior Characteristics of Steel Pipe Reinforcement Grouting Applied for Tunnel

신현강

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자료유형: 학위논문

저자정보: 신현강 (동양대학교 )

지도교수: 정혁상

발행연도: 2021

저작권: 동양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수4

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2021

터널 강관보강 그라우팅의 휨 거동특성을 고려한 보강 설계법 연구

신현강 건설공학과 2021.01 학위논문

터널 현장 계측결과를 통한 강관보강 그라우팅의 거동 메커니즘

신현강 , 정혁상 , 이용주 외 2명 한국터널지하공간학회 논문집 2021.01 학술저널

2019

고강도 강관 보강 그라우팅의 현장 적용성에 관한 연구

신현강 , 정혁상 , 유용선 외 1명 한국터널지하공간학회 논문집 2019.01 학술저널

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본 연구는 터널 공사중 굴착면의 안정성을 확보하기 위해 국내에서 많이 사용되고 있는 천단부 강관보강 그라우팅 방법에 대해 보강 메커니즘에 대한 이해와 이론적인 배경, 강관에 대한 여러 특성(강관의 크기, 강도특성, 이음방법)을 고려한 실내시험과 현장실험, 수치해석 등을 통한 정량적인 보강 설계법을 제안하기 위한 연구이다.
기존에는 강관보강 그라우팅의 거동을 강관과 천공홀 그라우트 채움부, 강관 주변지반으로의 주입영역을 하나의 복합지반의 개념으로 적용하여 설계하고 있으나, 강관보강 그라우팅의 주입에 대한 연구사례를 볼 때 실제 풍화토와 풍화암 등의 불균질한 지반내로 주입실험을 한 결과 천공홀을 제외하곤 강관과 강관 사이의 지반내 주입이 어렵다는 결과가 나타났으며, 모래, 자갈질 지반에 강관보강 그라우팅 후 굴착시에도 주변 지반으로 주입된 흔적을 찾아보기 힘들었다. 이러한 연구결과로 비추어 볼 때 기존의 복합지반으로 거동한다는 보강 메커니즘은 그 근거가 미미하다고 볼 수 있다. 따라서, 강관으로 보강된 지반에서 굴착 이완하중에 대해 강관과 주변 지반의 아칭효과에 의해 저항한다는 거동 메커니즘이 더욱 설득력을 가진다. 따라서, 강관보강 그라우팅의 거동 메커니즘은 아칭 효과로 설명이 가능하다. 한편, 실무에서 사용되는 강관은 운반의 편의성을 이유로 12m의 단관이 아닌 6m 혹은 그 이하의 강관을 연결하여 사용하는 경우가 많으나, 강관이 보강된 굴착단면이 붕괴된 사례를 보면 연결부가 파단된 경우가 많다. 따라서 본 연구에서는 강관의 거동특성을 파악함에 있어 연결부 강관이 하중에 대해 저항하는 특성을 파악하고자 하였으며, 특히, 직경의 크기, 강관의 강도, 강관내 충전여부 등의 인자에 대한 거동특성을 종합적으로 실험을 통해 평가하였다. 굴착 이완하중을 고려한 정량적인 설계법을 제안하고자 환산단면을 활용하여 단순보 개념으로 모델링하여 강관이 저항하는 응력과 부재력에 대한 허용치를 제안하고자 하였다.

The excavation surface stability during tunnel construction, a quantitative reinforcement design method is presented here; the design uses the theoretical background and understanding of the reinforcement mechanism, indoor and field tests considering various characteristics of steel pipes (e.g., size, strength characteristics, joint types), and numerical analyses for the steel-pipe-reinforced grouting method widely used in South Korea.
The existing behaviors of steel-pipe-reinforced grouting have been designed by applying the filling domain to the steel pipes, bore holes, grout fillings, and ground surrounding the steel pipe as a single composite ground. However, from study cases on filling of steel-pipe-reinforced grouting, it was observed that injecting the filling into the ground between the pipes was difficult except in the case of the bore holes because of heterogeneous ground conditions used for the filling tests, such as weathered soil and weathered rock. In addition, it was difficult to observe traces of fillings in the surrounding ground during excavation even after steel-pipe-reinforced grouting on the sand- and gravel-based grounds. Based on these observations, the basis for the reinforcing mechanism that behaves as an existing composite ground can be said to be insignificant. Accordingly, the behavioral mechanism that offers resistance by arching of the steel pipes and surrounding ground to the excavation loosening pressure in the steel-pipe-reinforced ground is more convincing. Thus, the behavior of the steel-pipe-reinforced grouting can be explained by the arching effect. Meanwhile, in practice, steel pipe usage for transportation convenience involves connecting pipes of length 6 m or less instead of 12 m single pipes. However, in most cases of collapse of excavation sections reinforced with steel pipes, ruptured joints have been observed. Hence, the characteristics of steel pipes at joints resisting loads are derived in this study in terms of behavioral evaluations of the steel pipes. In particular, behavioral characteristics of parameters such as diameter, steel pipe strength, and filling status of the pipe were evaluated by comprehensive experiments. As a quantitative design method that reflects the excavation loosening pressure, this study presents allowable ranges for the resistances to stress and axial member forces by the steel pipes via a simple beam concept model using the transformed section.

#터널 #강관보강 그라우팅

제1장 서 론 1
제1절 연구 배경 및 목적 1
제2절 연구 범위 및 방법 5
제2장 이론적 배경 7
제1절 개요 7
제2절 강관의 하중 저항 메커니즘 10
1. 강관 보강에 따른 종단 방향 아칭 응력 감소 10
2. 강관 보강 경계에서 저항 메커니즘 10
3. 횡단방향에서의 저항 메커니즘 11
제3절 강관 보강 그라우팅의 보강 메커니즘 13
1. 강관 보강 그라우팅에서 그라우팅의 역할 13
2. 강관 보강 그라우팅의 메커니즘 13
제4절 강관 보강 그라우팅의 파괴 메커니즘 16
1. 강관 보강 그라우팅의 파괴 사례 16
2. 강관 보강 그라우팅의 파괴 원인 분석 16
제5절 강관 지지구조의 연구사례 고찰 18
제6절 고강도 강관의 특성 28
1. 일반 강도 강관 한계 28
2. 고강도 강관 개념 28
제3장 강관의 특성별 성능 시험 30
제1절 개요 30
제2절 시험 방법 31
1. 강관 제원 및 시험조건 31
2. 시험 강관 제작 35
제3절 시험 결과 36
1. 인장강도 시험 결과 36
2. 휨강도 시험결과 39
제4절 소 결 45
제4장 현장실험을 통한 강관보강 그라우팅 거동특성 평가 46
제1절 개요 46
제2절 대상 터널 현황 및 실험 조건 46
1. 대상터널 현황 및 실험위치 46
2. 계측기 설치 조건 48
제3절 주요 계측결과 분석 51
1. 굴착초기 형상 변위계 계측결과 51
2. 5일 동안의 계측데이터 분석 54
제4절 소 결 59
제5장 휨을 받는 보의 거동특성을 고려한 강관보강 그라우팅 설계기법 제안 60
제1절 개 요 60
제2절 단철근 보의 거동 특성 60
1. 단철근 보의 허용응력 설계 60
2. 강관보강 그라우팅 구조의 단철근보로 환산 개념 66
제3절 강관에 작용하는 하중 및 설치제원 선정 67
1. 강관에 작용하는 하중 및 응력 산정 67
2. 강관길이 결정 70
제4절 단철근 보 거동특성을 고려한 강관응력 검토 73
1. 주요 검토 조건 73
2. 굴착거리에 따른 강관 응력 검토 74
3. 구조해석적 검토를 통한 강관 응력 검토 79
4. 계측결과와 응력검토 결과와의 비교 84
제5절 소결 87
제6장 결론 88
참고문헌 91
Abstract 96
부록 97

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