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프리캐스트 아치형 개착식 터널의 역학적 거동에 관한 수치해석
Numerical analyses for mechanical behavior of cut-and-cover tunnel with precast arch type 원문보기

터널기술 : 한국터널공학회논문집, v.11 no.3, 2009년, pp.315 - 325  

황재홍 (한국건설기술연구원)

초록
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아치형 개착식 터널은 종래의 박스형 개착식 터널과 비교하여 외력에 따른 축력으로 지지하는 형식이므로 보다 얇은 부재로 시공이 가능하고, 구조물 특성상 적절한 변형에 의하여 지반반력을 기대할 수 있어 역학적으로 우수한 구조물로서 최근 프리캐스트화되어 그 시공실적이 증가하고 있는 추세이다. 그러나 프리캐스트 아치형 개착식 터널은 굴착식 터널 및 박스형 개착식 터널 등과 시공방법과 형상이 상이하여 구조물 주변 지반응력 거동이 다르며, 이는 터널구조물 단면설계시에 반영 되어야만 하는 중요한 사항이다. 따라서 본 연구에서는 프리캐스트 아치형 개착식 터널의 시공과정을 고려하여 유한요소해석을 실시하여, 지반과 구조물간 상호작용을 고려한 아치형 개착식 터널의 역학적 거동에 대하여 검토하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The thickness of the material can be thinned because arch cut-and-cover tunnel has the support mechanism by the axial force, and the ground reaction force due moderate deformation can be expected thereby making it be dynamically advantageous, therefore the arch cut-and-cover tunnel has become more w...

주제어

#아치형 개착식 터널   #프리캐스트   #시공과정   #축력  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 시공현장의 시공순서와 지반과 구조물 간의 상호작용을 고려한 유한요소해석을 실시하여 적절한 주변지반 응력상태를 검토하고 나아가 시공완료 시의 적절한 부재 단면력을 산정하였다
  • 본 연구에서는 터널 천단부 중앙으로부터의 성토고 1.5 m, 터널 내부폭 10 m의 동일조건에 대하여 설계된 박스형 및 아치형 개착식 터널을 대상으로 그 역학적 거동을 비교/검토하였다. 수치해석 대상과 해석모델 및 경계조건을 그림 9와 그림 10에 나타내었다.

가설 설정

  • 15 이상을 표준으로 한다. 따라서 본 연구에서는 연약지반을 가정하여 기초지반은, N=15, 성토는 N=10으로 가정하였으며, 내부마찰각과 변형계수는 일본 도로교시방서(2002)를 기준으로 식 (5), (6)을 이용하여 적용하였다 나아가 동문헌을 참고하여 단위중량(%)을 기초지반은 20 kN/m3, 성토는19 kN/m, 로 가정하였다
  • 이때 작용하중은 되메움 지반에 의해 구조물의 상부 슬래브 및 측벽에 대해 수직/수평하중으로 가정한다. 수직하중은 토피하중에 대해 연직토압계수를 곱하여 산정하고 있으며, 연직토압 계수는 터널 구조물의 규모, 토피고, 기초지지 조건 등을 고려하여 일정한 상수로써 제안되어 있다 한편, 수평하중은 단기 안정성 검토시 주동토압 또는 장기 안정성 검토시 정지토압으로 가정하고 있다.
  • 이 설계 방법의 수행 순서는,1) 터널 라이닝을 그림 5(a)와 같이 스프링으로 수평 지지된 frame으로 가정하고, 2) 여기에 그림 5(b)와 같은 방법으로 수직 및 수평 하중을 작용시켜, 3) 강성 해석 방법을 통하여 라이닝의 구조요소에 대한 응력으로 전단력, 축력 및 휨모멘트를 산정하여, 4) 구조물로의 안정성을 검토하고 있다. 이때 작용하중은 되메움 지반에 의해 구조물의 상부 슬래브 및 측벽에 대해 수직/수평하중으로 가정한다. 수직하중은 토피하중에 대해 연직토압계수를 곱하여 산정하고 있으며, 연직토압 계수는 터널 구조물의 규모, 토피고, 기초지지 조건 등을 고려하여 일정한 상수로써 제안되어 있다 한편, 수평하중은 단기 안정성 검토시 주동토압 또는 장기 안정성 검토시 정지토압으로 가정하고 있다.
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참고문헌 (14)

  1. 모률아치 공법협회 (2002), 일본 모둘아치 매뉴얼 (일본어). 

  2. 배규진, 이규필 (2001), "복개 터널라이닝 해석을 위한 모델링 기법에 관한 연구", 대한터널협회 학술논문집, 터널기술, Vol. 3-2, pp. 13-22. 

  3. 배규진, 정형식, 이규필 (2003), "복개 터널구조물에 작용하는 편토압 고려를 위한 수치해석적 연구", 터널기술, 한국터널공학회 논문집, Vol. 5, No. 3, pp. 227-239 

    원문보기 상세보기

  4. 사단법인 일본도로협회 (2002), 도로교 시방서.동해설; $\vee$ 내진설계편 (일본어). 

  5. 이규필, 이성원, 신휴성, 황재홍 (2008), "리브 보강 프리캐스트 터널 Liner의 역학적 거동특성", 터널기술, 한국터널공학회 논문집, Vol. 10, No. 3, pp. 1-8. 

  6. 일본토목학회 (1987), 터널 표준 시방서, pp. 28-36 (일본어). 

  7. Adachi, T., Kimura, M., Kishida, K. and Samejima, R. (2001), "Experimental study on stability of the pre-cast concrete tunnel", Modern Tunneling Science and Technology, Swets & Zeitlinger, pp. 985-990. 

  8. Adachi, T., Kimura, M., Kishida, K., Samejima, R., Iwasaki, T. and Kohno, S. (2002), "프리캐스트 터널구조의 역학적 안정에 관한 실험적 연구", 일본 토목학회 논문집, No. 708 / IlI-59, pp. 25-40 (일본어) 

  9. Bickel, J.O., Kuesel, T.R. and King, E.H. (1996), "Tunnel engineering handbook", ITP An International Thomson Publishing Company, 2nd Ed., pp. 350-359 

  10. Drucker, D.C. and Prager, W. (1952), "Soil mechanics and plasticity analysis in limit design", Quart. Appl. Math., No. 10, pp. 157-162. 

  11. Kawauchi, K., Adachi, T., Kimura, M. and Kishida, K (2002), “칼버트에 작용하는 연직토압에 관한 실험적 검토", 토목학회 2002년 간사이지부 연차학술발표회 강연 개요, III-59-1 - III-59-2 (일본어). 

  12. Kimura, M., Kishida, K., Miura, S., Kikumoto, M. and Hayashi, Y. (2004),"부재강도의 축력의존성을 고려한 다연식 아치 칼버트의 지진응답해석", 제39회 지반공학 연구발표회 강연집, pp. 1693-1694 (일본어) 

  13. N치 이야기 편집위원회 (2004), 개정 N치 이야기, 이공도서출판 (일본어). 

  14. Zhang, F. and Kimura, M. (2002), "Numerical prediction of the dynamic behaviors of an RC group-pile foundation", Soils and Foundations, Vol. 42, No. 3, pp. 72-92. 

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