우리나라는 70% 이상이 산으로 이루어져 있으며 절대면적이 부족한 국토의 효율적인 활용을 위해 지하시설 및 터널이 많이 이용되고 있다. 터널은 그 공법에 따라 NATM 터널, TBM 기계굴착식 터널 등으로 구분할 수 있는데, 이 중 쉴드터널 공법은 장비 투입구와 인양구를 제외하고는 지상 작업이 거의 없고 쉴드굴착 장비에 의해 지하에서 굴착하는 공법이다. 이 때문에 일반 발파공법이나 개착공법에 비해 소음, 진동이 적고 굴착과 동시에 세그먼트에 의한 ...
우리나라는 70% 이상이 산으로 이루어져 있으며 절대면적이 부족한 국토의 효율적인 활용을 위해 지하시설 및 터널이 많이 이용되고 있다. 터널은 그 공법에 따라 NATM 터널, TBM 기계굴착식 터널 등으로 구분할 수 있는데, 이 중 쉴드터널 공법은 장비 투입구와 인양구를 제외하고는 지상 작업이 거의 없고 쉴드굴착 장비에 의해 지하에서 굴착하는 공법이다. 이 때문에 일반 발파공법이나 개착공법에 비해 소음, 진동이 적고 굴착과 동시에 세그먼트에 의한 라이닝이 쉴드장비 원통 내에서 이루어지므로 굴착으로 인한 주변지반의 변형 억제 효과가 우수하다. 그러나 쉴드터널 공법은 주변지반의 이완 침하를 최대한 억제할 수 있는 굴착공법임에도 불구하고 굴착으로 인한 주변 지반의 정확한 침하예측이 불가능한 관계로 인해 설계시 주변 구조물에 미치는 영향을 정량적으로 분석할 수 없는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 이수가압식 쉴드 터널의 뒷채움 주입에 동시주입 시스템을 도입하여 기설 구조물과 주변지반에 부분적으로 영향을 미치는 쉴드굴착과 테일보이드에 의한 기존 구조물과 지반의 변위를 예측하여 그 예측치와 실제 시공시 수행한 계측치를 비교하여 그 차이점을 분석하고자 한다. 이 차이점 분석을 통하여 향후 기존 시설물에 근접하여 쉴드터널 설계 시공시 기존 구조물에 대한 영향을 예측하고 최소화 하는데 본 연구의 목적이 있다.
따라서 본 연구에서는 PENTAGON-2D를 이용한 수치해석결과와 시공시 수행한 굴진 및 계측 Data의 비교를 통해 실제 쉴드터널 시공시 기존 구조물에 대한 영향에 대해 분석하였다. 연구결과를 정리하면 다음과 같다..
첫째, 수치해석은 PENTAGON-2D를 이용하여 수행하였고, 지반 재료의 거동은 Mohr-Coulomb 파괴 기준을 모델화하여 분석하였다. 해석결과, 최대 세그먼트 휨압축응력 46.950 , 좌측터널 천단부 변위 -15.007 mm, 우측터널 천단부 변위 -23.489 mm, 구조물 종방향 변위 -13.827 mm 의 변위들이 예측되었다.
둘째, 굴진 Data 분석은 시공 중에 측정한 막장 수압변화와 뒷채움 주입량에 대하여 수행하였다. 막장 수압의 분포는 0.12~0.13MPa 정도로 안정된 상태였으며, 주입된 뒷채움량 역시 쉴드외경 7,800mm, 세그먼트 외경 7,450mm, 세그먼트의 링 단위길이 1,200mm로부터 예상되는 주입량 와 거의 비슷한 량의 뒷채움량이 주입되었음을 확인할 수 있었다.
셋째, 계측 Data 분석결과, 터널 천단변위는 최대 2mm, 구조물 균열은 최대 0.08mm, 주변 건물 변위는 최대 0.08mm, 세그먼트 휨압축응력은 최대 79.247kgf/cm2 등으로 나타나 모두 허용치 이내로, 터널 시공에 따른 터널구조물 및 주변 구조물의 안정성에는 문제가 없는 것으로 나타났다.
넷째, Mohr-Coulomb의 파괴이론을 바탕으로 한 수치해석을 통한 예상치들과 실제 시공시 측정한 계측치들 사이에 큰 차이가 없었으며, 그 차이들 역시 허용범위 내에 있었다. 이는 본 연구대상 지반에 대한 지반조사와 시공관리가 잘 되었으며, 이 지반에 대한 Mohr-Coulomb 파괴기준이 잘 들어맞음을 의미한다.
우리나라는 70% 이상이 산으로 이루어져 있으며 절대면적이 부족한 국토의 효율적인 활용을 위해 지하시설 및 터널이 많이 이용되고 있다. 터널은 그 공법에 따라 NATM 터널, TBM 기계굴착식 터널 등으로 구분할 수 있는데, 이 중 쉴드터널 공법은 장비 투입구와 인양구를 제외하고는 지상 작업이 거의 없고 쉴드굴착 장비에 의해 지하에서 굴착하는 공법이다. 이 때문에 일반 발파공법이나 개착공법에 비해 소음, 진동이 적고 굴착과 동시에 세그먼트에 의한 라이닝이 쉴드장비 원통 내에서 이루어지므로 굴착으로 인한 주변지반의 변형 억제 효과가 우수하다. 그러나 쉴드터널 공법은 주변지반의 이완 침하를 최대한 억제할 수 있는 굴착공법임에도 불구하고 굴착으로 인한 주변 지반의 정확한 침하예측이 불가능한 관계로 인해 설계시 주변 구조물에 미치는 영향을 정량적으로 분석할 수 없는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 이수가압식 쉴드 터널의 뒷채움 주입에 동시주입 시스템을 도입하여 기설 구조물과 주변지반에 부분적으로 영향을 미치는 쉴드굴착과 테일보이드에 의한 기존 구조물과 지반의 변위를 예측하여 그 예측치와 실제 시공시 수행한 계측치를 비교하여 그 차이점을 분석하고자 한다. 이 차이점 분석을 통하여 향후 기존 시설물에 근접하여 쉴드터널 설계 시공시 기존 구조물에 대한 영향을 예측하고 최소화 하는데 본 연구의 목적이 있다.
따라서 본 연구에서는 PENTAGON-2D를 이용한 수치해석결과와 시공시 수행한 굴진 및 계측 Data의 비교를 통해 실제 쉴드터널 시공시 기존 구조물에 대한 영향에 대해 분석하였다. 연구결과를 정리하면 다음과 같다..
첫째, 수치해석은 PENTAGON-2D를 이용하여 수행하였고, 지반 재료의 거동은 Mohr-Coulomb 파괴 기준을 모델화하여 분석하였다. 해석결과, 최대 세그먼트 휨압축응력 46.950 , 좌측터널 천단부 변위 -15.007 mm, 우측터널 천단부 변위 -23.489 mm, 구조물 종방향 변위 -13.827 mm 의 변위들이 예측되었다.
둘째, 굴진 Data 분석은 시공 중에 측정한 막장 수압변화와 뒷채움 주입량에 대하여 수행하였다. 막장 수압의 분포는 0.12~0.13MPa 정도로 안정된 상태였으며, 주입된 뒷채움량 역시 쉴드외경 7,800mm, 세그먼트 외경 7,450mm, 세그먼트의 링 단위길이 1,200mm로부터 예상되는 주입량 와 거의 비슷한 량의 뒷채움량이 주입되었음을 확인할 수 있었다.
셋째, 계측 Data 분석결과, 터널 천단변위는 최대 2mm, 구조물 균열은 최대 0.08mm, 주변 건물 변위는 최대 0.08mm, 세그먼트 휨압축응력은 최대 79.247kgf/cm2 등으로 나타나 모두 허용치 이내로, 터널 시공에 따른 터널구조물 및 주변 구조물의 안정성에는 문제가 없는 것으로 나타났다.
넷째, Mohr-Coulomb의 파괴이론을 바탕으로 한 수치해석을 통한 예상치들과 실제 시공시 측정한 계측치들 사이에 큰 차이가 없었으며, 그 차이들 역시 허용범위 내에 있었다. 이는 본 연구대상 지반에 대한 지반조사와 시공관리가 잘 되었으며, 이 지반에 대한 Mohr-Coulomb 파괴기준이 잘 들어맞음을 의미한다.
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