선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 이러한 이론적 배경을 기반으로 본 연구에서는 공사 중 발생한 과다 용출수에 대해 주변 지중 구조물의 안전성을 합리적으로 파악하기 위한 단계별 수치해석적 검토를 진행하였다.
제안 방법
- (1) 인천국제공학철도 서울지하철 2호선 하부 통과구간 수리 안정성 검토를 수행하기 위해 계측 결과로부터 역해 석을 통해 지반의 수리상수를 추정하였다.
- 4 ton의 예상치 못한 과다 용출수가 발생하였다. 과다 용출수의 발생에 대한 원인 분석을 위해 관측정에서 계측된 지하수위 저하 거동과 가장 적합한 수리해석 파라미터를 찾기 위한 수리 역해석을 실시하였으며, 이를 바탕으로 상부 구조물 및 지반의 안정성을 검토하기 위하여 수리-역학 복합 거동 해석을 수행하였다.
- 그림 11과 같이 기존 지하철 2호선의 직상부 지표에서 2호선과 평행하고 TRcM 구간에 수직한 방향으로 횡단방향 지표 침하 측정하였다.
- 본 해석에서는 위 식의 우변 2번째 항인 변위에 의한 공극수압 확산영향을 무시함으로써 수리적 거동을 역학적 거동과 독립시키고, 역학적 거동은 과잉공급수압의 확산에 의해 영향을 받는 부분 복합모델을 적용하였다.
- 수라역학 복합거동해석 구간의 지질종단은 그림 4와 같으며, 역학적 물성치는 지반조사에서 분석된 표 4의 지반 정수를 사용하였으며 풍화토는 매립토의 물성치와 동일한 물성치를 적용하였다.
- 수리 역해석은 TRcM 구간에 접한 홍익대학교 정거장 굴착 시의 측정된 자료중 TRcM 구간 굴착전까지의 지하 수위 계측결과를 사용하였다. 암종별 수리전도계수와서울지하철 2호선의 배수경계조건, 과업구간의 강우 강도 등을 변화시켜가며 수리 역해석을 수행하였다.
- 수리 역해석을 통해 얻어진 수리 해석 조건을 수리-역학 복합거동 해석에 적용하여 상부 지반 및 기존 지하구조물의 안정성 해석을 수행하였다.
- 계측결과를 사용하였다. 암종별 수리전도계수와서울지하철 2호선의 배수경계조건, 과업구간의 강우 강도 등을 변화시켜가며 수리 역해석을 수행하였다.
- 압력수두의 소산속도를 결정하는 복합거동 관련 정수인 Biot 강성계수는 lxW5(N/m2) 으로 적용하였다.
- 역해석을 통해서는 기반암인 연암과 경암의 수리전도계수 Biot 강성계수, 기존구조물의 차수조건 그리고 강우 강도를 추정하고자 하였다 표 1, 2, 3과 같이 수리 전도 계수 차수조건, 강우강도에 대해 각각 3가지 경우, 총 27 개의 수리해석을 수행하여 계측결과와 비교분석하였다.
- 4 ton/day의 유입수가 발생하였다. 예상치 못하게 과도한 유입수의 발생으로 인해 지하수위의 저하로 인한 침하가 미칠 기존 지하철, 통신구 및 전력구의 구조적 영향이 우려되었으며, 용출수 발생 및 이후 굴착진행과정에서의 수리 및 역학적 안정성에 대한 검토를 수행하였다.
대상 데이터
- 대해 검토한 내용이다. 본 검토 대상 구간은 인천국제공항철도 홍익대학교 정거장 구간과 TRcM의 발진기지 사이로서 천단에서 1.76 m 상부에 지하철 2호선이 위치하고 있다. 홍익대학교 정거장 및 TRcM 발진기지은 건설이 완료된 상태로서, 인접구간의 굴착으로 인한 지하수의 저하로 용출수의 양은 미미할 것으로 예상하였으나 터널 굴착과정에서 하루 최대 86.
- 본 검토대상구간은 인천국제공항철도 홍익대학교 정거장과 TRcM 발진기지 사이의 구간으로서 기존 지하철 2호선 및 전력구와 통신구의 하부에 약 1.76 m 이격 근접 통과 구간으로 변위발생 억제에 유리한 굴착공법인 TRcM 공법이 적용된 구간이다.
- 본 연구는 인천국제공항철도 신설 공사구간 중 서울지하철 2호선 하부 TRcM 통과구간의 수리 및 굴착 안정에 대해 검토한 내용이다. 본 검토 대상 구간은 인천국제공항철도 홍익대학교 정거장 구간과 TRcM의 발진기지 사이로서 천단에서 1.
- 수리 역해석은 인천국제공항철도 홍익대학교 정거장 구간 굴착중 측정된 지하수위 계측자료를 활용하였으며, 별도의 역해석 알고리즘을 사용하지 않고 시행착오에 의해 수행하였으며, 해석 파라미터는 수리전도계수, 강우 강도 -, 기존 구조물 차수 조건이 사용되었다.
- 인천국제공항 철도 홍익대학교 정거장 굴착공사장에서 해석대상 구간과 근접한 수위계측자료 3개의 계측자료(그림 1, 2, 3)를 역해석의 검토대상으로 히였다 초기지하 수위는 7 ~15 m 범위이며, 굴착의 진행에 따라 지하 수위 저하가 수일에서 수십일 이내에 반영되는 것으로 나타났다.
이론/모형
- 수리 역해석 및 수리-역학 복합거동 해석을 위해서 FLAC3D 2.1 을 사용하였으며 해석 모델은 그림 5와 같다
성능/효과
- (1) 순수 역학적 해석결과 정거장 및 발진기지 굴착에 의해 불평형력 발생 및 교란된 응력상태로 인해 굴착단계에서 미소한 지표융기가 발생하는 것으로 분석되었으나, 수리-역학 복합거동 해석 결과 지하수의 저하에 의한 추가 침하영향으로 융기현상은 발생하지 않을 것으로 분석되었다.
- (2) 순수 역학적 해석 결과 지표침하 0.85 mm, TRcM 본선 터널 중앙부 천단침하 1.32 mm 발생하였다.
- (2) 추정된 지반 수리상수로 지반굴착과정을 분석하여 정거장 및 발진기지의 굴착에 따른 지하수위 저하 경향을 분석한 결과 계측결과와 일치하는 경향을 나타냈다.
- (3) TRcM 본선구간 굴착전후의 지하수위를 분석한 결과 정거장 구간 및 발진기지 굴착후에도 TRcM 구간의 지하수위가 유지되고 있는 것으로 나타났다.
- (3) 순수 역학적 해석결과 침하 영향 범위는 본선부 좌우측으로 60 m 구간에 해당되며 최대 침하량이 0.85 mm로서 침하 영향은 없는 것으로 분석되었다.
- (4) 복합거동 해석결과 지표침하 1.2 mm, TRcM 본선 터널 최대 천단침하 1.72 mm 발생하였다.
- (4) 수리해석 결과 TRcM구간 굴착중 지하수 유입은 현장 지반조건에 따른 것으로 판단되며, 이후 지하수 유입이 상당기간 유지될 가능성이 있을 것으로 분석되었다.
- (5) 복합거동 해석결과 침하 영향 범위는 해석 구간 전체에 해당되며 최대 침하량이 1.2 mm, 침하기울기 1/3750으로 침하 영향은 없는 것으로 분석되었다.
- (5) 수리해석 결과 최대 25 ton/day가 유입될 것으로 예측되어, 계측치 86.4 ton/day와는 차이를 보이나, 지하 수위 저하 경향 및 최종 지하수위가 해석치와 계측치가 유사한 경향을 보여 국부적인 수리 전도 계수의 차이 영향 등이 원인으로 판단되었다.
- TRcM 구간 터널 굴착에 따른 지하철 2호선 및 인천공항 철도 교차부의 직상부 지표에서 발생할 지표침하 및 터널 천단 변위량을 예측한 결과 그림 13과 같이 지표침하량 L2 mm, 천단침하 1.72 mm 발생하는 것으로 분석되었다.
- TRcM 굴착이 진행되는 동안 유입되는 용출량을 굴착 경과일수에 따라서 분석한 결과 그림 9와 같이 굴착 직후 최대 25 ton/day의 용출량을 보였으며, 굴착후 16 ton/day의 유입량이 발생하는 것으로 나타났다.
- 공항철도 교차부의 직상부 지표에서 발생할 지표침하 및 터널 천단 변위량을 예측한 결과 그림 10과 같이 지표침하량 0.85 mm, 천단침하 1.32 mm 발생하는 것으로 분석되었다.
- 순수역학적 해석 결과 정거장 및 발진기지 굴착과정에서 지표에 미소한 지표융기가 발생하는 것으로 예측되었으나, 수리-역학 복합거동해석 결과 미소한 지표융기는 발생하지 않아 지하수위 저하에 의한 침하가 융기량을 상쇄한 것으로 판단된다.
-
그림 12. 지하철 2호선 상부의 지표침하
지하수를 고려하지 않는 순수역학적 해석 결과 정거장 및 발진기지 굴착과정에서는 미소융기가 발생하였으며 , TRcM 구간 굴착과정 초기에는 전형적인 침하와는 차이를 보였으며, 이는 기존 구조물에 의한 영향과 함께 주변부 굴착에 의한 응력교란의 영향으로 판단된다
. - 천단 침하량 측정위치가 TRcM 구간 중앙부에 위치하여 막장이 시점에서 15 m 부근을 지나가면서 천단침하량이 크게 증가한 양상을 보이는 것으로 판단된다.
- 총 27개의 경우에 대해 해석을 한 결과 수리물성 경우 2, 차수조건 경우 2, 강우강도 경우 2의 경우가 그림 6과같이 계측결과와 가장 유사하게 나타났다.
- 최대 침하기울기가 1/3750로서 시설안전기술공단 A 등급 기울기 기준치 1/750(우종태, 2006) 이내로 안정한 것으로 분석되었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.