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문제 정의
- 본 연구에서는 재래식 철도터널의 조적식 라이닝에 대한 내진해석기법 및 거동특성에 대해 논의 하였다. 라이닝은 대표체적내의 가상의 체적과, 동일체적내 블럭과 모르터 각각의 변형률에너지의 합과 같다고 가정하는 변형률에너지법을 이용하여 비등방등가물성을 계산하였다.
- 본 절에서는 라이닝이 주변지반의 강성에 따른 영향을 검토하여 개략적인 거동형태를 분석하였다. 해석은 조적식터널에서 가장 많은 라이닝형식인 측벽은 화강석 석재 블럭, 천정부는 적벽돌, 토피는 H=10.
- 라이닝을 직접보강하는 공법은 시설한계, 조적식 구조물과 보강체의 접합 등을 고려하여 신중히 선택하여야 한다. 본 절에서는 보강공법을 합리적으로 선정하기 위해 배면공동채움과 라이닝보강공법에 대한 해석을 실시하여 합리적인 보강공법을 선정하고자 한다. 보강공법은 내공면적의 침범이 적고 조적식 라이닝과 접합성이 좋고, 인장강성이 뛰어난 탄소 섬유 롯드로 보강된 폴리머 몰탈공법으로 가정하였다.
- 본 절에서는 조적식 라이닝중 측벽은 석재 블럭, 천정부는 적벽돌형식의 라이닝에 대해서 토피고의 변화에 따른 라이닝의 영향을 검토하였다. 지반의 물성치는 지표면에서 터널하단까지는 RMR Ⅴ등급, 그 하부는 RMR Ⅳ등급으로 가정하였고, 터널 천정부에서 지표면까지인 토피고를 10m에서 20m까지 점차적으로 증가시키면서 라이닝의 발생응력을 검토하였다.
- 조적식터널의 라이닝 형식은 적벽돌, 화강석 석재블럭, 석축, 콘크리트의 조합으로 구성되어 있다. 본 절에서는 터널라이닝의 형식을 고려하여 주변지반조건별 라이닝에 발생하는 응력의 경향을 검토하였다. 토피고는 RMR Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ등급은 57m, RMR Ⅳ등급은 27m, RMR Ⅴ등급은 10m를 적용하였다.
- 조적식라이닝은 노후화 되거나 내진설계가 적용되지 않아서 내진 성능을 파악하고 이를 향상시키기 위한 연구가 시급히 시행되어야 할 필요성이 있다. 조적식라이닝의 내진성능 평가 및 보수보강을 위해 자료검토, 경북 ○○의 폐터널에 대한 현장조사 등을 통하여 조적식라이닝의 상태를 파악하고 이를 바탕으로 각종 시험 결과 및 모르터를 고려한 조적식라이닝의 등가 물성치를 구하여 유한요소해석법을 이용하여 성능평가를 할 수 있는 기본안을 제시하는 것이 본 연구의 주요 목적이다.
가설 설정
- 따라서 표 7과 같이 배면공동의 잡석채움을 고려하였다. 공동잡석채움은 라이닝 주변에 균등하게 분포하며 공동의 폭은 10cm로 가정 하였다. 해석 모델링은 그림 5와 같이 경계면의 영향을 최소화하도록 터널 좌우측 및 하부경계는 5D이상을 유지하였다.
- 이때 최외측 블럭은 탈락이 발생하게 된다. 따라서, 이때의 응력수준을 붕괴하중으로 가정하였다.
- 본 연구에서는 재래식 철도터널의 조적식 라이닝에 대한 내진해석기법 및 거동특성에 대해 논의 하였다. 라이닝은 대표체적내의 가상의 체적과, 동일체적내 블럭과 모르터 각각의 변형률에너지의 합과 같다고 가정하는 변형률에너지법을 이용하여 비등방등가물성을 계산하였다. 이를 통해 비교적 적은 요소망으로 원하는 정밀도를 얻을 수 있었다.
- 본 절에서는 보강공법을 합리적으로 선정하기 위해 배면공동채움과 라이닝보강공법에 대한 해석을 실시하여 합리적인 보강공법을 선정하고자 한다. 보강공법은 내공면적의 침범이 적고 조적식 라이닝과 접합성이 좋고, 인장강성이 뛰어난 탄소 섬유 롯드로 보강된 폴리머 몰탈공법으로 가정하였다. 대상터널은 ○○터널의 갱구부를 이용하였으며 해석결과는 표 10과 같다.
- 본 절에서는 라이닝이 주변지반의 강성에 따른 영향을 검토하여 개략적인 거동형태를 분석하였다. 해석은 조적식터널에서 가장 많은 라이닝형식인 측벽은 화강석 석재 블럭, 천정부는 적벽돌, 토피는 H=10.0m, 지표면은 수평인 것으로 가정을 하였으며 지반강성은 RMR 등급에 따라 Ⅰ에서 Ⅴ등급으로 나누어 각 경우에 라이닝 작용하는 응력의 경향을 살펴보았다. 이때 주변지반의 강성은 RMR이 50 초과 경우는 Bieniawski (1989)에 의한 식 (13)과 RMR이 50이하인 경우는 Serafim & Pereira (1983)에 의한 식 (14)을 이용하였으며 계산결과는 표 9과 같다.
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