실내모형시험과 근거리 사진계측 기법을 이용한 말뚝 시공이 기존 터널 및 주변지반에 미치는 영향 :Effect of Pile Installation on Behaviour of Existing Tunnel and Surrounding Ground Using Model Test and Close Range Photogrammetry

공석민

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자료유형: 학위논문

저자정보: 공석민 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 이용주

발행연도: 2020

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이용수6

이 논문의 연구 히스토리 (4)

2020

실내모형시험과 근거리 사진계측 기법을 이용한 말뚝 시공이 기존 터널 및 주변지반에 미치는 영향

공석민 건설시스템공학과 2020.01 학위논문

2019

기존터널과 매입말뚝 수평이격거리에 따른 주변 지반응력 분석

공석민 , 오동욱 , 홍순교 외 2명 대한토목학회 학술대회 2019.10 학술대회자료

2016

근거리 사진계측을 이용한 매입말뚝 하부 터널 굴착 시 주변 지반의 거동 연구

공석민 , 이용주 한국터널지하공간학회 논문집 2016.01 학술저널

2015

A Study on Embedded Pile Behaviour at Tunnel Crown Area due to Tunnelling : 터널 굴착에 따른 터널 상부 매입말뚝 거동에 대한 연구

공석민 건설시스템공학과 2015.01 학위논문

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도심지 지상공간의 포화로 인해 지하공간에 대한 관심은 커졌으며, 상?하수도, 전력구 등의 시설물과 지하차도, 지하철과 같은 교통로뿐만 아니라 복합 문화시설 공간으로 개발되어 왔다. 하지만 지하공간 개발 이후 지상에 있는 구조물은 점점 노후화 되고 있으며, 이로 인해 사고에 대한 안전성 문제가 대두되고 있다. 노후화된 구조물은 철거 후 새롭게 시공되거나 기존 구조물을 리모델링하여 정비하는 경우가 많으며, 이 때 시공 시 지하구조물 및 주변지반의 거동을 고려해야할 필요가 있다. 따라서, 본 연구는 말뚝 시공 시 말뚝 하부에 있는 기존 터널 및 주변지반에 미치는 영향에 대해서 연구하였으며, 연구 결과를 통해 기존 국내 기관의 터널 안정영역 기준이 적정한지 검토하였다. 연구는 실내모형시험, 근거리 사진계측, 유한요소 수치해석과 이론식을 이용한 계산을 통해 수행되었으며, 본 연구의 case는 상재하중(허용하중, 극한하중)에 따라 수직이격거리 3 case, 수평이격거리 4 case로 총 24 case로 나누어 비교하였다. 실내모형시험은 모형토조에 말뚝과 strain gauge를 부착한 모형 원형 터널을 설치하여 터널의 축력을 측정하였다. 근거리 사진계측은 기존 널리 사용되고 있는 VMS 프로그램을 이용한 사진계측과 타켓 포인트 없이 두 장의 이미지 데이터의 비교로 지반의 거동을 확인할 수 있는 No-target 프로그램으로 수행하였다. No-target 프로그램과 Excel을 이용하여 전단변형률을 구현하였으며, 수치해석결과와 비교하여 검증하였다. 또한, 기존 터널과 말뚝의 수직?수평 이격거리에 따른 상호거동을 2D, 3D 유한요소 수치해석을 통해 실내모형시험과 동일한 조건과 case로 역해석을 수행하였으며, 터널 주변지반의 응력에 대해 기존이론과 비교하여 csae에 따른 변화양상과 응력경로를 분석하였다.

Owing to the saturation of urban area, interest in underground space has increased. Furthermore, underground spaces have been developed as not only complex cultural facility spaces but also utility spaces for water, sewage, and electric power, as well as traffic applications such as underground roads and subways. However, since the development of underground spaces, structures on the surface are increasingly deteriorating, which raises the issue of safety and concerns on accidents. Deteriorated structures are often newly installed after demolition or remodelled and repaired and it is necessary to consider the behaviour of underground structures and surrounding ground during such installations. Therefore, this study examined the effects on an existing tunnel and surrounding ground under the pile during pile installation and whether the tunnel stability area criteria of the existing domestic institute were appropriate. The study was conducted through an model test, close range photogrammetry, finite element numerical analysis, and calculations using theoretical equations. A comparison was made by dividing the cases into a total of 24 cases with 3 vertical separation distance cases and 4 horizontal separation distance cases based on the surcharge load (allowable load, ultimate load). In the model test, the axial force of the tunnel was measured by strain gauges and the model tunnel and pile were installed on the model soil. Close range photogrammetry was performed using the Vision Measurement System (VMS) and No-target program in which the ground behaviour could be examined by the comparison of two image data without a target point. Shear strain was materialized using the No-target program and Excel. Those results were verified by comparison with numerical analysis results. In addition, 2D and 3D finite element numerical analysis on behaviour according to the vertical and horizontal separation distances was conducted with the same condition and cases as the model test. The stress paths and the stress of the tunnel surrounding grounds according to the cases were analysed and compared with the existing theory.

I. 서 론 1
1. 연구의 배경 및 방향 1
2. 연구의 목적 3
3. 논문의 구성 4
II. 이론적 배경 및 기존문헌 연구 5
1. 터널-구조물 상호거동에 관한 이론 및 기존문헌 연구 5
2. 근거리 사진계측에 관한 이론 및 기존문헌 연구 13
3. 터널 안정영역에 대한 기준 17
III. 실내모형시험 19
1. 실내모형시험 장치 19
2. 실내모형시험을 위한 사전시험 24
3. 실내모형시험 CASE 30
4. 실내모형시험 절차 32
5. 실내모형시험 결과 33
IV. 근거리 사진계측 및 이미지프로세싱 41
1. VMS 프로그램을 이용한 근거리 사진계측 장치 41
2. VMS 프로그램을 이용한 근거리 사진계측 방법 44
3. VMS 프로그램을 이용한 근거리 사진계측 결과 48
4. No-target 프로그램을 이용한 근거리 사진계측 장점 57
5. No-target 프로그램을 이용한 근거리 사진계측 사전 테스트 59
6. No-target 프로그램을 이용한 근거리 사진계측 절차 62
7. No-target 프로그램을 이용한 근거리 사진계측 결과 65
V. No-target 프로그램을 이용한 전단변형률 측정 69
1. 전단변형률 이론 및 가정사항 69
2. 전단변형률 계산 72
3. 전단변형률 계측 사전 테스트 74
4. 전단변형률 결과 77
Ⅵ. 유한요소 수치해석 80
1. 수치해석 모델링 80
2. 수치해석 물성치 83
3. 수치해석 결과 85
4. 터널과 말뚝을 고려한 연직응력 계산 111
Ⅶ. 연구결과 비교 116
1. 실내모형시험과 수치해석의 지표침하 결과 비교 116
2. 실내모형시험과 수치해석의 터널축력 결과 비교 119
3. 근거리 사진계측과 수치해석의 지중 변위 벡터 결과 비교 121
4. 근거리 사진계측과 수치해석의 전단변형률 결과 비교 121
Ⅷ. 결론 122
참고문헌 124
부록 133
영문초록(Abstract) 157

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