터널 계획 설계에 관하여

목차

<목차>

터널 계획 설계

1. 지보계획

2. 단면계획

3. 굴착계획

4. 보조공법의 계획

5. 수치해석에 의한 검증사항

<보충 자료①>

본문내용

인 적용성을 기준으로 하여 공법선정 및 적용범위 등을 계획한다. 따라서 시공 시에는 보조공법의 시험시공을 통한 효과를 검토한 후에 설계의도에 적합한 보조공법 계획을 수립하여 적용하여야 한다.
5. 수치해석에 의한 검증사항
5.1 설계단계에서 수치해석법을 적용하는 이유
수치해석 기법은 일견 매우 정밀하게 보이기 쉬우나 실제 현장에서 발생하는 터널거동 메커니즘 중에 단지 일부만을 구현할 뿐이다. 또한 설계단계에서의 수치해석은 소수의 대표지질조사자료를 근간으로 하고 다양한 시공조건 및 과정을 고려하기 어렵기 때문에 해석과정의 단순화는 불가피하다. 부족한 해석자료에도 불구하고 해석모델을 지나치게 정교하게 만드는 경우에는 미지의 변수에 대한 영향이 증폭되어 해석결과의 신뢰성과 일관성이 도리어 낮아질 수도 있다.
다만 터널설계는 경험적 요소 및 개략적인 정량적 평가법(암반분류법, 무지보 자립시간, 등의 방법) 등에 의하여 이루어지지만 다양한 지형 및 지반조건과 터널형상, 굴착공법, 지보계획 등을 고려한 해석적 방법으로는 수치해석기법이 가장 큰 장점을 가지고 있다.
5.2 설계검토 사항
설계단계에서 수치해석에 의한 검토사항은 터널 자체의 안정성과 터널굴착에 의한 주변 지반의 영향으로 대별되며 상세 검토 사항은 <표Ⅰ-4>와 같다.
<표Ⅰ-4> 수치해석에 의한 설계 검토사항
터널영향평가
해석결과 검토사항
설3계 검토사항
비 고
터 널
안
정
성
굴착시막장
안 정 성
지보재 설치 이전의변위, 소성대
분할굴착공법의 적정성
보조공법의 효과
지 보 재
안 정 성
숏크리트 축력,모멘트, 전단력
락볼트 축력
표준지보패턴의 적정성
보조공법의 효과
콘크리트 라이닝
안 정 성
콘크리트
라이닝의축력,
모멘트,전단력
라이닝 철근보강 계획
향후 근접시공계획이 있는 경우
주변 지반 영향
지표침하,지중침하
근접구조물 변형 및 부재력
근접 구조물 영향
대책공 효과 검토
기존 구조물에 근접시공되는 경우
=> 콘크리트 라이닝의 기능 및 역할
콘크리트 라이닝의 기능 및 역할은 크게 유지관리상의 필요성, 방수기능, 구조적 기능 등을 들 수 있다. 터널은 숏크리트, 록볼트, 강지보, 와이어메쉬 등의 지보재에 의하여 안정되도록 계획하여 기본적으로 콘크리트 라이닝은 누수방지, 내부시설 보호, 내장 기능 정도의 목적으로 설계되며 지반하중에 대한 역학적 거동은 고려하지 않는다. 그러나 일단 완성된 터널의 보수나 보강은 시공성 및 경제성 등의 이유로 매우 어렵기 때문에 <표Ⅰ-5>와 같이 설계단계에서 예측이 가능한 경우에는 콘크리트 라이닝이 구조적인 기능을 갖도록 계획한다.
<표Ⅰ-5> 설계단계에서 라이닝의 구조적 기능을 검토하는 경우 및 구조계산방법
구조적 기능을 검토하는 경우
구조계산방법
구조계산법
추가로 고려되는 하중
라이닝의 배면수를 배출시키지 않는 비배수 터널.
FRAME해석
전수압
지보재의 기능이 장기적으로 보존되지 않을 가능성이 있는 토사나 풍화암 지반.
FRAME해석
이완하중
기존 구조물이나 기초 등이 근접한 경우.
FRAME해석
구조물/기초 하중
터널 완성후 근접 시공 계획이 예상되는 구간.
수치해석
근접구조물의 시공과정
갱구부와 같이 기온 변화의 영향을 받는 구간.
FRAME해석
예상온도 변화하중
배수터널이지만 장기적으로 수압이 작용할 것으로 우려되는 경우
FRAME해석
잔류수압
토피가 얕고 지반의 자립이 장기적으로 유지되지 않을 가능성이 있는 구간.
FRAME해석
토피하중, 잔류수압,
지상 활하중
터널 교차부
3차원FRAME해석
(필요시)
이완하중
주1) 라이닝 자중은 기본적으로 고려함.
주2) FRAME해석법은 라이닝만을 골조모델로 해석하는 방법을 의미하고 수치해석은 지반과 라이 닝을 함께 모델링 하는 방법을 뜻함.
주3) 위 조건 중 2개 이상이 해당하는 경우에는 해당 하중을 모두 고려.
다음은 시공과정 중에 발생하는 경우이므로 설계단계에서는 예측하기 어렵기 때문에 별도
의 계획이 없을지라도 시방서나 보고서 상에서 구조적인 보강을 검토하도록 하고 있다.
1) 지반변형을 억제시키거나 공정상의 이유로 터널 변위가 수렴되기 전에 라이닝
타설하는 경우
2) 시공 중에 대규모 붕락이 발생한 구간
3) 시공 중에 단층이나 파쇄대가 출현했던 구간
산악터널과 달리 도심지 터널은 설계단계에서 없었던 도시계획이나 계획변경 등에 의하여 터널 운행중 근접공사가 발생할 가능성이 매우 높다. 물론 이러한 경우에는 신설측에서 기존 터널에 미치는 영향이 최소화되도록 공법을 선정하고 그에 따라 공사를 하여야 하나 안전성 향상 측면과 라이닝 균열방지 차원에서 근래에는 라이닝에 철근보강을 계획하는 추세이다.
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<표Ⅰ-6> 터널 계획
해 석 모 델
터널 내부 안정성 검토
주변지반안정성 검토
지보재 검토
주요 시설물 횡단구간 안정성 검토
< 그림Ⅰ-11>터널의 안정성 해석
<그림 Ⅰ-12> 구간 정밀 안정해석
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참 고 자 료
1. 참고 도서.
- 1999, < 최신 터널공법핸드북 >, 도서출판 : 과학기술,
- 2003, 요코야마 아키라 외 2명, <터널 이야기 ( 터널의 역사와 기술의 발자취)>, 山海堂
- 2004, 한상희 외 1명, < 측량학 >, 보문당, 255 ~ 256 page
2. 참고 논문
- 문상조 외 3명, < 터널의 설계개념과 안전한 터널시공을 위한 고려사항 >, 1~15 page
- 김문겸 외 1명, < 해저터널의 개발 현황 및 기술적 접근 >, 5 ~ 11 page
- 송원경 외 3명, < 한일 해저 터널 어디까지 왔는가?>, 77 ~ 78, 81, 84 page
- 임대규, <지하 터널 공사 작업 개요> , 4 ~ 5 page
3. 참고 사이트
- http://cafe.naver.com/cetech2003.cafe
- http://www.hrtunnel.com
- http://www.tl.pe.kr
- http://www.intercivil.com.ne.kr
- http://www.civil4u.com

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