[논문]지하공간 개발을 위한 도심지 토사터널 적용사례

서규석; 안진호; 유재목; 김동환; 윤태영

지하공간 개발을 위한 도심지 토사터널 적용사례
Case of applications of Earth Tunnel for underground space development 원문보기

서규석 ((주)선구조엔지니어링) , 안진호 (두호엔지니어링) , 유재목 ((주)굿모닝시티) , 김동환 (풍림산업(주) 굿모닝시티) , 윤태영 (표준EC(주) 설계과장)

Underground space development is more active on the latest date. Currently, we construct an connecting tunnel Euljiro underground shopping-area in seoul. we select DSM, considering geological condition and construction efficiency. The numerical analysis is performed with PENTAGON-3D and MIDAS CIVIL This paper will introduce the Earth Tunnel Method and make an examination possible to apply downtown weak ground.

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문제 정의

DSM 공법 시공과정에 따른 지반 침하 영향을 검토하여 인접 시설물의 안정성을 검토하는데 주 목적이 있다. 수치해석은 실제 시공순서를 모사하여 인접 시설물의 안정성을 비교 .
따라서, 터널굴착으로 인한 상부도로 및 인접구조물의 안정성 확보, 시공성, 경제성을 고려하여 현장상황에 적합한 Earth Tunnel 공법 중 DSM(Divided Shield Method)공법을 선정하였다. 본고에서는 복잡한 도심지에서 지하공간 개발을 위한 연결통로 시공방법으로 적합한 DSM 공법 적용사례를 보고하고자 한다.

제안 방법

• 지하철 출입구, 환기구, 정거장은 shell 요소로 모델링 하였다. 지반물성치는 기존지하철 시공사례 및 지반조사결과를 사용하였으며, 해석시 적용한 지반 및 보강재료의 물성치는<표 4>에 나타내었다.
가시설 구조물 설계는 허용응력 설계법을 기준으로 규정에 따라 강재(SS400)의 허용 휨응력 1, 400 kgf/cm², 허용전단응력 800 kgf/cm2, 고장력볼트(M20, F10T)의 허용응력 3.9ton/ea 에 증가계수 1.5 를 적용하여 검토하였다.
강관압입 공법중 대구경 강관01500이상)을 사용하는 N.T.R 공법과 TRCM 공법은 도심지와 같은 저토피 구간에서 적용이 어려워중형 강관0800)을 압입하는 Pipe Roof 공법과 비교 검토하였다.
안정성을 검토하는데 주 목적이 있다. 수치해석은 실제 시공순서를 모사하여 인접 시설물의 안정성을 비교 . 분석하였으며 사용된 프로그램은 지반해석 전용프로그램인 PENTAGON 3D(3차원 유한요소해석)를 이용하였다.

대상 데이터

본 현장은 서울 지하철 2호선 동대문 운동장역 정거장(을지로 지하상가)과 굿모닝씨티 쇼핑몰 빌딩을 연결하는 지하통로를 지표로 부터 4.0 m 하부에 설치하는 공사로서 , 지하연결통로 상부에 서울 지하철 2호선 출입구 및 우수관01000mm), 상수관, 광케이블 등 복잡한 지장물이 존재하고 있으며, 우측에는 지하철 환기구가 위치하여 있다. 따라서, 터널굴착으로 인한 상부도로 및 인접구조물의 안정성 확보, 시공성, 경제성을 고려하여 현장상황에 적합한 Earth Tunnel 공법 중 DSM(Divided Shield Method)공법을 선정하였다.
본 현장은 서울지하철 2호선 동대문운동장역(을지로 지하상가)과 굿모닝시티 쇼핑몰 지하2층을 연결하는 공사로써 지하 4.0 m, 총면적약 340m2 공간에 화장실 및 지하광장을 조성하는 공사이다.
지반물성치는 기존지하철 시공사례 및 지반조사결과를 사용하였으며, 해석시 적용한 지반 및 보강재료의 물성치는에 나타내었다.

데이터처리

수치해석은 실제 시공순서를 모사하여 인접 시설물의 안정성을 비교 . 분석하였으며 사용된 프로그램은 지반해석 전용프로그램인 PENTAGON 3D(3차원 유한요소해석)를 이용하였다.

이론/모형

DSM 강지보재 및 전단볼트 상세검토는 구조해석 전용 프로그램인 MIDAS CIVIL을 사용하였다.
따라서 당 현장은 Messer Shield 공법의 장점을 승계하고 굴착시주변지반 이완으로 인한 상부도로 및 지장물의 안정성 확보를 고려하여 이를 개선한 DSM공법(Divided Shield method)을 선정 하였다.
0 m 하부에 설치하는 공사로서 , 지하연결통로 상부에 서울 지하철 2호선 출입구 및 우수관01000mm), 상수관, 광케이블 등 복잡한 지장물이 존재하고 있으며, 우측에는 지하철 환기구가 위치하여 있다. 따라서, 터널굴착으로 인한 상부도로 및 인접구조물의 안정성 확보, 시공성, 경제성을 고려하여 현장상황에 적합한 Earth Tunnel 공법 중 DSM(Divided Shield Method)공법을 선정하였다. 본고에서는 복잡한 도심지에서 지하공간 개발을 위한 연결통로 시공방법으로 적합한 DSM 공법 적용사례를 보고하고자 한다.

성능/효과

• 환기구 구조물에 발생하는 응력은 압축응력 8.42 kgf/cm 12 , 인장응력 5.31 kgf/cm² , 전단응력 1.43kgf/cm'으로서, 모두 허용치 이내로 작용하여 구조물의 안정성에는 영향이 없을 것으로 판단됨 .
• 환기구 구조물의 최대 변위량은 0.7mm로서 허용기준치인 25mm보다 적게 침하가 발생하여 DSM 시공시 거의 영향이 없는 것으로 판단됨 .
해석결과 하부 부재에 휩모멘트 Mmax=4.75 tonf/m, 축력 N=9.33ton, 측벽부재에 전단력 Smax=9.33tonf 가 최대로 작용 하였고 부재검토 결과 휨과 축력의 합성응력은 0.661<1 로만족하였고, 전단에 대한 검토결과도 0552<1 로 허용치를 충족하였다.
결과적으로, 최종 굴착단계에서의 환기구 구조물 및 상부 도로의 안정성에 영향이 없는 것으로 판단된다.

후속연구

이에 본 고에서 살펴본 DSM 공법은 도심지 터널 적용사례로 유용한 자료가 되리라 사료되며, 굴착으로 인한 지반침하 및 변위을 최소화하는 안정성이 우수한 공법으로 향후 그 수요가 점점 증가 될 것이라 판단된다.

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