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제안 방법
- 그러나 국내의 NATM 터널설계의 경우, 3차원 해석은 시간적, 경제적인 문제로 실무 적용에 제약을 받게 되므로 2차원 해석에 의한 검토를 실시하고 있는 실정이다(김동욱 등, 2003). 국내 터널설계에 사용하고 있는 하중분담율은 천단변위를 기준으로 산정한 것으로, 터널 굴착 시 막장진행에 따른 3차원 효과를 반영하는 하중분담율은 수도권 지하철 공사현장에서 토사지반에 일반적으로 적용하는 터널 굴착시 40%, Soft 숏크리트 타설시 30%, Hard 숏크리트 단계 30%로 적용하였다.
- 69m의 토피고를 적용하였다. 그리고 지반은 풍화토 또는 풍화암의 물성을 넣어 해석을 수행하였다. 경계조건은 그림 3(b)와 같이 메쉬의 좌우는 X방향 구속을, 하부는 Y방향 구속을 하였고 좌우 폭은 터널폭饵)의 5B만큼 상하폭은 상부는 터널 높이 (H)의 6H, 하부는 6.
- 따라서 풍화토과 풍화암의 각기 다른 지반조건에서 측압계수(K。)의 변화에 따른 콘크리트 터널 라이닝에 작용하는 단면력을 축력, 전단력, 휨모멘트 별로 비교 분석하였다.
- (도로설계편람, 2010). 본 연구에서는 실제 터널설계에 많이 사용되고 있는 Terzaghi이론식과 수치해석 방법을 이용하여 터널 콘크리트 라이닝에 작용하는 지반이완 하중을 산정하였다.
- 본 연구에서는 지반이완하중 산정에 일반적으로 사용되는 Terzaghi의 이론식과 수치해석을 이용하여 풍화암, 풍화토의 각각 다른 지반조건에서 다양한 측압계수의 변화를 주면서 콘크리트 라이닝에 작용하는 단면력을 산정하여 각각을 비교 분석하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 콘크리트 라이닝의 설계개념을 명확히 정립하여 터널의 콘크리트 라이닝뿐만 아니라 주 지보재의 경제적인 설계 및 시공이 가능토록 하기 위해, 콘크리트 라이닝에 작용하는 지반이완하중을 Terzaghi 의 이론적 방법과 FLAC을 이용한 수치해석 방법으로 산정하여 비교 분석하였다.
- 지반과 터널 부근에는 두 재료간의 큰 강성차이 및 지반이완하중으로 인한 소성 변형이 예상되므로 조밀한 메쉬를 사용하였고, 터널로부터 거리가 멀어질수록 메쉬의 밀도를 감소시켰다.
- 콘크리트 라이닝의 단면해석은 Terz湖i의 이론식과 유한차분 프로그램인 FLAC에서 신정된 불평형력(imbalanced force)을 통하여 산정된 지반이완하중을 Midas-civil 구조해석 프로그램을 이용하여 콘크리트 라이닝에 작용하는 단면력을 산정하였다.
- 하중조합에 따른 콘크리트 라이닝에 작용하는 최대단면력을 산정하여 각각 축력, 전단력, 휨모멘트별로 도시하였다.
대상 데이터
- 지반 조건은 그림 3(a)와 같이 터널 폭(B) 11.28m, 높이(H) 7.4m의 터널 단면에 44.69m의 토피고를 적용하였다. 그리고 지반은 풍화토 또는 풍화암의 물성을 넣어 해석을 수행하였다.
- 해석에 적용된 요소(element)는 라이닝은 빔(beam) 요소, 락볼트는 케이블(cable) 요소이며, 총 절점수는 8, 700 개이다. 지반과 터널 부근에는 두 재료간의 큰 강성차이 및 지반이완하중으로 인한 소성 변형이 예상되므로 조밀한 메쉬를 사용하였고, 터널로부터 거리가 멀어질수록 메쉬의 밀도를 감소시켰다.
이론/모형
- 본 유한요소 해석에서 지보재는 탄성모델(linear-elastic) 을 적용하였으며, 풍화토와 풍화암은 Mohr-Coulomb 모델을 시용하였다. 각 모델에 필요한 재료정수는 각각 표 1, 2와 같다.
- 하중조합은 콘크리트구조설계 기준(2007)을 기준으로 조합하였으며, 표 4와 같다.
- 해석에 사용된 지반반력계수는 탄성이론에 근거한 지반 공동 이론 식을 사용하였다. 이는 미공병단, AFTES 에서 사용하는 이론적 근거가 충분한 공식으로 식 (4)와 같다.
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