• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 1999년도 가을 학술발표회 논문집
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• pp.193-200
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• 1999

Since Broms and Bennermark(1967) suggested the face stability criterion based on laboratory extrusion tests and field observations, the face stability of a tunnel driven in cohesive material has been studied by several authors. And recently, more general solution for the tunnel front is given by Leca and Panet(1988). They adopted a limit state design concept to evaluate the face stability of a shallow tunnel driven into cohesionless material and showed that the calculated upper bound solution represented the actual behavior reasonably well. In this study, two factors are simultaneously considered for assessing tunnel face stability: One is the effective stress acting on the tunnel front calculated by upper bound solution; and the other is the seepage force calculated by numerical analysis under the condition of steady state ground water flow. The model tests were performed to evaluate the seepage force acting on the tunnel front and these results were compared with results of numerical analysis. Consequently, the methodology to evaluate the stability of a tunnel face including limit analysis and seepage analysis is suggested under the condition of steady state ground water flow.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2001년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.41-48
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• 2001

In this study, two factors are simultaneously considered for assessing tunnel face stability: one is the effective stress acting on the tunnel face calculated by upper bound solution; and the other is the seepage force calculated by numerical analysis under the condition of steady-state groundwater flow. The seepage forces calculated by numerical analysis are compared with the results of a model test. From the results of derivations of the upper bound solution with the consideration of seepage forces acting on the tunnel face, it could be found that the minimum support pressure for the face stability is equal to the sum of effective support pressure and seepage pressure acting on the tunnel face. Also it could be found that the average seepage pressure acting on the tunnel face is proportional to the hydrostatic pressure at the same elevation and the magnitude is about 22% of the hydrostatic pressure for the drainage type tunnel and about 28% for the water-proof type tunnel. The model tests performed with a tunnel model had a similar trend with the seepage pressure calculated by numerical analysis. From the model tests it could be also found that the collapse at the tunnel face occurs suddenly and leads to unlimited displacement.

• 한국지반공학회논문집
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• 제18권5호
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• pp.221-228
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• 2002

터널 굴착시 막장의 안정성은 주변지반 및 터널 지보재의 안정성과 아울러 가장 중요하게 평가되어야 할 요소 중의 하나이다. 특히 터널이 지하수위 하에서 시공될 경우 지하수 흐름에 따라 터널 막장에서 발생하게 되는 침투력은 터널 막장의 안정성에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 따라서 본 침투력은 터널 설계 및 시공시 터널 막장의 안정성 측면에서 중요하게 평가되어야 할 요소이다. 본 연구에서는 지하수위 하에서 터널이 시공될 경우 발생하는 침투력과 관련하여 터널 굴진율이 본 칩투력에 미치는 영향에 대해서 언급하였다. 터널 굴진율을 고려한 지하수 흐름해석을 위하여 유한요소 해석 프로그램이 개발되었다. 본 프로그램을 이용하여 터널 굴진율 및 지반의 투수특성이 터널 막장에 작용하는 침투력에 미치는 영향을 매개변수 분석을 통하여 연구하였다. 본 연구결과, 터널 굴진율은 터널 막장에 작용하는 침투력을 평가하는데 있어서 중요한 추가된 요소로 고려되어야 하며, 결론적으로 터널 막장의 안정성을 유지하기 위한 지보압의 합리적인 산정을 위한 방법론을 제시할 수 있었다.

• Geomechanics and Engineering
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• 제19권3호
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• pp.283-293
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• 2019

Evaluating the stability of the excavation face of the cross-river shield tunnel with good accuracy is considered as a nonlinear and multivariable complex issue. Understanding the stability evaluation method of the shield tunnel excavation face is vital to operate and control the shield machine during shield tunneling. Considering the instability mechanism of the excavation face of the cross-river shield and the characteristics of this engineering, seven evaluation indexes of the stability of the excavation face were selected, i.e., the over-span ratio, buried depth of the tunnel, groundwater condition, soil permeability, internal friction angle, soil cohesion and advancing speed. The weight of each evaluation index was obtained by using the analytic hierarchy process and the entropy weight method. The evaluation model of the cross-river shield construction excavation face stability is established based on the idea point method. The feasibility of the evaluation model was verified by the engineering application in a cross-river shield tunnel project in China. Results obtained via the evaluation model are in good agreement with the actual construction situation. The proposed evaluation method is demonstrated as a promising and innovative method for the stability evaluation and safety construction of the cross-river shield tunnel engineerings.

• 터널과지하공간
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• 제18권5호
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• pp.366-374
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• 2008

지하수면하의 터널 굴착은 물로 인한 많은 지반공학적 문제가 나타나며, 해저터널의 경우 높은 투수성과 고수압을 나타내는 파쇄대 근처에서의 안전율 감소로 인한 침수사고를 유발될 수 있다. 이 연구에서는 유한한 폭의 투수성이 높은 구간(문제구간) 에서 터널 안전성에 대한 수압의 영향에 대하여 분석하였다. advance core 개념에 따라 막장전방의 가상 실린더에 작용하는 침투력을 모사 하였으며, 3차원 정상류 침투수 해석을 통하여 막장전방 지반의 수리적 거동에 주안점을 두고 침투력과 막장면의 안정성에 대한 문제구간의 영향을 분석하였다. 그 결과 막장면으로부터 터널의 막장면 안정성에 영향을 주는 가상 실린더의 경계면까지의 거리는 터널 반경의 약 5배 정도인 것으로 추정된다. 이 연구의 적용된 가정의 제한성에도 불구하고 문제구간의 위험성을 고려할 할 때 이 연구결과가 시사하는 바가 크다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제11권1호
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• pp.11-22
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• 2009

터널 굴착 대상지반의 강도 및 강성이 낮은 경우 막장안정성을 확보하기 위해 분할굴착공법 또는 적절한 보조공법을 병용한다. 본 연구에서는 기존 문헌을 중심으로 막장평가 기법에 대해 정리하고 보조벤치 병용 전단면공법 적용 시 지반의 변형 강도특성에 따른 막장보강의 필요성 유무와 보조공법으로 페이스볼트를 채택할 경우 타설 길이, 타설 밀도, 보강범위에 따라 막장 및 막장주변지반에 어떠한 영향이 발생되는지를 알아보기 위해 3차원 유한요소해석을 수행하였다. 막장 안정성에 대해 문헌에 의한 이론적인 평가기법과 FEM수치해석결과를 비교 분석한 결과 상대적인 차이는 있으나 막장볼트를 통한 막장안정의 효과에는 일치하는 경향을 보였다. 검토대상 지반조건에 대해 막장볼트의 타설형태는 길이 1.0D(D:터널 폭)이상, 격자상 타설(1개/$1.5\;m^2$), 상부 반단면 $120^{\circ}$ 보강시 가장 효과적인 것으로 분석되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제5권1호
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• pp.3-11
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• 2003

터널 시공 시 막장의 안정은 주요 관심사이다. 그러나, 터널 지보재에 비해 상대적으로 터널 막장의 안정성 문제는 그리 많은 연구가 이루어지지 않은 실정이다. 또한 지하수위 하에서 터널 시공 시 터널 내로 지하수 흐름에 의해 발생된 침투수력은 막장의 안정성에 큰 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 두 가지 요소를 고려하여 터널 막장의 안정성을 평가하였다. 하나는 극한이론 중 상한치 이론으로 산출된 유효응력이며, 다른 하나는 정상류 흐름조건에서 수치해석으로부터 산출된 침투수력이다. 열악한 지반조건에서 터널 시공 시 터널의 안정과 인접 구조물의 손상을 방지하기 위해 보조공법이 적용된다. 강관 다단 그라우팅 공법은 근래 국내에서 적용되고 있는 보조공법 중의 하나이다. 본 논문에서는 강관 다단 그라우팅으로 보강된 터널의 막장 안정성도 함께 평가되었다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2000년도 봄 학술발표회 논문집
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• pp.79-86
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• 2000

This paper presents the results of a parametric study on the behavior of tunnel face reinforced with horizontal pipes. A series of reduced-scale model tests was carried out to in an attempt to verify previously performed three-dimensional numerical modeling and to investigate effects of reinforcement layout on the tunnel face deformation behavior The results of model tests indicate that the tunnel face deformation can significantly reduced by pre-reinforcing the tunnel face with longitudinal members and thus enhancing the tunnel stability. In addition, the model tests results compare fairly well with those from the previously performed three-dimensional finite element analysis. Therefore, a properly calibrated three dimensional model may effectively be used in the study of tunnel face reinforcing technique.

• Geomechanics and Engineering
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• 제17권1호
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• pp.97-107
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• 2019

Based on the results of Han et al. (2016), in the failure zone ahead of the tunnel face it can be obviously identified that a shear failure band occurs in the lower part and a pressure arch happens at the upper part, which was often neglected in analyzing the face stability of shield tunnel. In order to better describe the collapse failure feature of the tunnel face, a new improved failure mechanism is proposed to evaluate the face stability of shield tunnel excavated in layered soils in the framework of limit analysis by using spatial discretization technique and linear interpolation method in this study. The developed failure mechanism is composed of two parts: i) the rotational failure mechanism denoting the shear failure band and ii) a uniformly distributed force denoting the pressure arch effect. Followed by the comparison between the results of critical face pressures provided by the developed model and those by the existing works, which indicates that the new developed failure mechanism provides comparatively reasonable results.

• Geomechanics and Engineering
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• 제36권5호
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• pp.417-426
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• 2024

Shield tunneling method is widely used to build tunnels in complex geological environment. Stability control of tunnel face is the key to the safety of projects. To improve the excavation efficiency or perform equipment maintenance, the excavation chamber sometimes is not fully filled with support medium, which can reduce the load and increase tunneling speed while easily lead to ground collapse. Due to the high risk of the face failure under non-fully support mode, the tunnel face stability should be carefully evaluated. Whether compressive air is required for compensation and how much air pressure should be provided need to be determined accurately. Based on the upper bound theorem of limit analysis, a non-fully support rotational failure model is developed in this study. The failure mechanism of the model is verified by numerical simulation. It shows that increasing the density of supporting medium could significantly improve the stability of tunnel face while the increase of tunnel diameter would be unfavorable for the face stability. The critical support ratio is used to evaluate the face failure under the nonfully support mode, which could be an important index to determine whether the specific unsupported height could be allowed during shield tunneling. To avoid of face failure under the non-fully support mode, several charts are provided for the assessment of compressed air pressure, which could help engineers to determine the required air pressure for face stability.