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문제 정의
- 본 연구는 최근 사례가 급증하고 있는 지하철의 도심지 하부 지반 통과에 따른 기존 구조물의 안정성 검토를 위해 실시되었다. 설계단계의 수치해석은 이상적인 현장조건을 적용하여 수행되었기 때문에, 시공 중 현장계측 결과와는 상이하게 발생함이 일반적이다.
- 본 연구에서는 건설공사에 적용된 언더피닝공법의 수치해석 결과와 시공 중 완료후의 계측 값을 비교하여 불확실성을 줄일 수 있는 해석모델링 방안을 제시하고자 한다. 수치해석을 이용하여 구조물의 거동을 정확하게 예측하기 위해서는 다양한 조건을 복합적으로 고려해야 하며, 복합적으로 고려하였다 하더라도 예측된 결과에는 상당한 불확실성이 내포되어 있으므로 실제 공사에서는 계측을 통한 안정성 확보가 필요하다.
- 수치해석을 이용하여 구조물의 거동을 정확하게 예측하기 위해서는 다양한 조건을 복합적으로 고려해야 하며, 복합적으로 고려하였다 하더라도 예측된 결과에는 상당한 불확실성이 내포되어 있으므로 실제 공사에서는 계측을 통한 안정성 확보가 필요하다. 본 연구에서는 굴착 인접 구조물인 지하차도의 침하량뿐만 아니라 본 구조물인 강관에서도 많은 침하량이 발생하는 것을 수치해석을 통해서 분석하였다. 지하차도 침하량의 현장계측 결과를 통해서 지하차도가 매단 굴착 시 단계적으로 침하가 발생하며 대칭 굴착으로 진행된 단계보다 비대칭 굴착으로 진행된 단계에서 침하량이 더 크게 발생하는 경향이 나타났다.
- 설계단계의 수치해석은 이상적인 현장조건을 적용하여 수행되었기 때문에, 시공 중 현장계측 결과와는 상이하게 발생함이 일반적이다. 본 연구에서는 시공 중 계측된 지하차도의 침하량과 실제 공사 상황을 토대로 수치해석을 재실시하여 발생할 수 있는 불확실성을 제거하였으며, 수치 해석을 통한 정확한 지반과 구조물의 거동을 예측하기 위해 고려되어야 할 사항에 대해 검토하였다. 본 연구의 결과는 다음과 같이 정리할 수 있다.
- 본 연구에서도 언더피닝을 이용하여 보강된 지하구조물의 안정성을 검토하기 위해서 침하량을 측정하였다. 지반조사 결과, 계측구간의 지반정수가 모두 유사하여 지하차도가 전 구간에 걸쳐 침하할 수 있기 때문에 그림 1과 같이 일정한 간격으로 7개 지점에 지표침하계 및 지중변위계를 설치하여 침하량을 측정하였다(이석원 등, 2003).
- 설계 단계에서 계산되었던 예측 침하량과 현장에 계측된 데이터를 비교하여 그 차이점을 분석하고 정밀 수치해석을 적용하여 현장여건을 반영할 수 있는 구조계산 방법을 제안 및 검토하였다. 시공단계해석에서는 실제 공사의 굴착순서와 동일하게 모델링을 하여 지하차도의 침하량, 응력, 강관의 침하량, 응력을 검토하여 계측결과와 비교 분석을 통해서 모델링의 적합성 여부 및 현장의 안정성을 종합적으로 분석하고 실제 시공 시 발생하는 거동과 비교하여 기존 시설물의 침하량에 대한 안정성을 검토하는데 목적이 있다.
제안 방법
- 언더피닝공법이 적용되는 굴착 폭은 약 38 m이고, 굴착 깊이는 약 18 m, 굴착 길이는 약 22 m이다. 3단으로 나누어서 진행된 굴착은 지하차도 구조물에 마감벽을 설치하고 H-Pile로 지지한 후, SRC/MSG 그라우팅을 실시하여 Pile의 지지력을 향상시킨 후 수직굴착을 수행하였다. 수평굴착을 수행하기 위한 준비 작업으로 지하차도구조물의 하단부에 반력벽을 설치하고 구조물 하부에 강관을 압입한 후 지지력을 향상시키기 위해 콘크리트를 이용하여 압입된 강관을 채웠다.
- 일반적인 3D 해석에서는 모델링의 편의성과 해석 시간의 단축을 위해 메쉬를 직각, 수평방향으로 생성하지만, 시공 전 설계단계에서 수행된 수치해석에 있어서도 언더피닝 구간의 안정성을 검토하기 위해 단순한 모델링을 수행하여 지하차도와 지하철 진행방향을 직각으로 모델링하여 해석을 실시하였다. 구조물 상호간 방향성의 차이가 해석 결과에 큰 영향을 미치지 않을 수도 있지만, 모델링이 실제 현장을 제대로 반영할 수 있도록 만들어 오차가 발생할 수 있는 불확실성을 제거하였으며 이를 바탕으로 해석의 신뢰도를 확보하였다.
- 일반적으로 수치해석은 시공 중 발생할 수 있는 다양한 문제점을 고려할 수 없기 때문에 해석결과에 의해 예측된 지반 또는 주변 구조물의 거동은 실제 현장계측 결과와는 상이하게 나타난다. 그러나 본 연구에서는 시공 완료 후 미리 측정된 현장의 계측결과를 바탕으로 수치해석을 수행하였으므로, 수치해석 결과를 시공 단계에서 측정된 현장계측 결과와 비교한 후 현장의 상황을 가장 적절하게 반영하여 신뢰할 수 있는 해석결과를 도출할 수 있도록 지하차도의 방향성, 강관의 형상 및 강성 그리고 언더피닝 하부의 굴착 순서를 모델링에 반영하여 수치해석을 수행하였다.
- 본 연구의 현장은 그림 1과 같이 기존의 공항 내 지하차도의 하부를 관통하도록 설계되어 있으므로, 기존 구조물인 지하차도의 안정성을 확보함과 동시에 경제적인 시공을 위한 언더피닝공법이 요구된다. 따라서 지하차도 하부 통과구간의 특수성을 반영한 설계가 이루어졌으며, 이러한 설계내용을 수치해석을 통해 검증할 수 있도록 하였다.
- 모델링에 적용된 강관의 형상은 원형에 가까운 형태로 묘사하였으며, 두께 12 mm의 쉘요소로 모델링하였다. 또한 강관의 내부 요소를 콘크리트로 채우도록 묘사하여 강관과 콘크리트의 복합물성치를 적용치 않고, 강관과 콘크리트의 정확한 물성값을 모델링에 적용함으로써 해석의 신뢰도를 확보하였다.
- 언더피닝 구간의 굴착방향과 지하차도의 방향을 직각으로 모델링하여 해석한 당초 해석결과의 경우, 구조물과 지반 굴착에 따른 변위 상호간 방향성 차이로 인한 해석결과의 영향이 있을 것으로 판단하여 재해석 평가 시 실제 현장상황을 반영할 수 있도록 상부 구조물과 굴착 방향성을 고려한 모델링을 적용하였다. 또한, 모델링에 사용되는 구조부재의 정확한 해석을 위해 강관과 콘크리트 복합체로 구성된 부재를 강관은 쉘요소로 적용하고 내부 요소를 콘크리트로 채우도록 묘사하여 부재 각각의 정확한 물성값을 적용하였다. 언더피닝 구간 하부 굴착 시 변위 최소화를 위한 대칭굴착을 일반적으로 적용하고 있으나, 재해석 구간의 시공 상황을 반영하고자 실제 현장의 작업순서를 반영하여 이에 따른 침하량의 변화를 고려하였으며, 이를 통하여 현장상황 및 주변여건을 정확하게 모델링 하여 시공 상황에 대한 오차를 최소화 하였다.
- 언더피닝 시공 단계 해석을 위한 알고리즘을 그림 3에 정리하였다. 먼저, 지반 물성값을 확인 후 시공 순서를 예측하기 위해서 지반에 대한 사전조사를 실시한다. 이는 이상적인 지반 조건을 이용한 구조해석 환경조성이 목적이다.
- 본 연구에서는 언더피닝 공법으로 설계된 공항 내 지하차도의 수치해석을 수행하였으며 계측결과와 비교하였다. 설계 단계에서 계산되었던 예측 침하량과 현장에 계측된 데이터를 비교하여 그 차이점을 분석하고 정밀 수치해석을 적용하여 현장여건을 반영할 수 있는 구조계산 방법을 제안 및 검토하였다.
- 이는 이상적인 지반 조건을 이용한 구조해석 환경조성이 목적이다. 사전조사를 통해서 확보한 지반의 물성 값을 이용하여 수치해석 프로그램을 통해서 현장을 모델링한다. 현장 계측을 통한 침하량과 수치해석을 통한 침하량을 비교하여 해석결과에 대한 원인분석 및 해석방법을 변경하여 수치해석에 의한 지반 거동 예측 시 고려할 사항에 대해서 검토하는 방법으로 시공 단계 해석을 수행하였다.
- 본 연구에서는 언더피닝 공법으로 설계된 공항 내 지하차도의 수치해석을 수행하였으며 계측결과와 비교하였다. 설계 단계에서 계산되었던 예측 침하량과 현장에 계측된 데이터를 비교하여 그 차이점을 분석하고 정밀 수치해석을 적용하여 현장여건을 반영할 수 있는 구조계산 방법을 제안 및 검토하였다. 시공단계해석에서는 실제 공사의 굴착순서와 동일하게 모델링을 하여 지하차도의 침하량, 응력, 강관의 침하량, 응력을 검토하여 계측결과와 비교 분석을 통해서 모델링의 적합성 여부 및 현장의 안정성을 종합적으로 분석하고 실제 시공 시 발생하는 거동과 비교하여 기존 시설물의 침하량에 대한 안정성을 검토하는데 목적이 있다.
- 3단으로 나누어서 진행된 굴착은 지하차도 구조물에 마감벽을 설치하고 H-Pile로 지지한 후, SRC/MSG 그라우팅을 실시하여 Pile의 지지력을 향상시킨 후 수직굴착을 수행하였다. 수평굴착을 수행하기 위한 준비 작업으로 지하차도구조물의 하단부에 반력벽을 설치하고 구조물 하부에 강관을 압입한 후 지지력을 향상시키기 위해 콘크리트를 이용하여 압입된 강관을 채웠다. 수평굴착 단계는 그림 2와 같은 순서로 수행하였다.
- 하지만 언더피닝 공법에 대한 설계단계의 안정성 검토에서 각 단의 굴착을 강관하부의 굴착시점과 종점의 대칭으로 굴착하는 것으로 설계하였으나 실제 공사에서는 이와 같은 정형화된 방법에 의해 굴착이 진행되지 않으며, 기존 구조물의 안정성에 크게 영향을 주지 않는 범위 내에서 현장의 여건에 맞게 굴착을 수행한다. 실제 공사현장은 지하차도의 침하량을 계측하여 안정성을 평가하고 있기에, 계측으로 측정된 침하량과 수치해석에 의한 침하량을 비교하여 해석 결과의 신뢰도를 검증하고, 향후 굴착이 진행됨에 따라 예상되는 침하량을 파악하기 위해 그림 5와 같이 실제 공사현장의 굴착순서와 동일하게 설계를 수행할 수 있도록 모델링에 반영하여 해석의 신뢰도를 확보하였다. 그림 5는 각 단의 굴착이 다른 방법으로 진행된 현장에서의 실제 굴착순서를 나타낸다.
- 또한, 모델링에 사용되는 구조부재의 정확한 해석을 위해 강관과 콘크리트 복합체로 구성된 부재를 강관은 쉘요소로 적용하고 내부 요소를 콘크리트로 채우도록 묘사하여 부재 각각의 정확한 물성값을 적용하였다. 언더피닝 구간 하부 굴착 시 변위 최소화를 위한 대칭굴착을 일반적으로 적용하고 있으나, 재해석 구간의 시공 상황을 반영하고자 실제 현장의 작업순서를 반영하여 이에 따른 침하량의 변화를 고려하였으며, 이를 통하여 현장상황 및 주변여건을 정확하게 모델링 하여 시공 상황에 대한 오차를 최소화 하였다. 언더피닝 시공 시 굴착 후 협소한 작업공간으로 인해 H-형강의 운반 및 설치가 용이하지 않으므로 기존의 해석방법과 같이 굴착과 동시에 버팀이 설치되지 못하는 실정이다.
- 언더피닝 구간의 굴착방향과 지하차도의 방향을 직각으로 모델링하여 해석한 당초 해석결과의 경우, 구조물과 지반 굴착에 따른 변위 상호간 방향성 차이로 인한 해석결과의 영향이 있을 것으로 판단하여 재해석 평가 시 실제 현장상황을 반영할 수 있도록 상부 구조물과 굴착 방향성을 고려한 모델링을 적용하였다. 또한, 모델링에 사용되는 구조부재의 정확한 해석을 위해 강관과 콘크리트 복합체로 구성된 부재를 강관은 쉘요소로 적용하고 내부 요소를 콘크리트로 채우도록 묘사하여 부재 각각의 정확한 물성값을 적용하였다.
- 일반적으로 설계단계에서 실시되는 수치해석은 적절한 가정과 단순화의 과정을 거쳐 해석을 간편화 시킬 수밖에 없으므로, 본 연구에서는 해석의 신뢰도를 평가하기 위해 실제 현장 여건을 해석에 반영시켜 설계단계의 예상 값과 비교하였다. 이는 향후 설계단계에서 보다 정밀한 침하량을 산정하기 위해서 어떠한 부분을 고려할 것인지에 대한 유효한 기준을 마련할 수 있을 것으로 판단하며, 이를 표 5로 정리하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.
- 지하차도는 공항 내 지하차도와 지하철 굴착구간을 경사방향으로 교차하도록 모델링하였다. 일반적인 3D 해석에서는 모델링의 편의성과 해석 시간의 단축을 위해 메쉬를 직각, 수평방향으로 생성하지만, 시공 전 설계단계에서 수행된 수치해석에 있어서도 언더피닝 구간의 안정성을 검토하기 위해 단순한 모델링을 수행하여 지하차도와 지하철 진행방향을 직각으로 모델링하여 해석을 실시하였다. 구조물 상호간 방향성의 차이가 해석 결과에 큰 영향을 미치지 않을 수도 있지만, 모델링이 실제 현장을 제대로 반영할 수 있도록 만들어 오차가 발생할 수 있는 불확실성을 제거하였으며 이를 바탕으로 해석의 신뢰도를 확보하였다.
- 본 연구에서도 언더피닝을 이용하여 보강된 지하구조물의 안정성을 검토하기 위해서 침하량을 측정하였다. 지반조사 결과, 계측구간의 지반정수가 모두 유사하여 지하차도가 전 구간에 걸쳐 침하할 수 있기 때문에 그림 1과 같이 일정한 간격으로 7개 지점에 지표침하계 및 지중변위계를 설치하여 침하량을 측정하였다(이석원 등, 2003). 여기서 No.
- 지하차도는 공항 내 지하차도와 지하철 굴착구간을 경사방향으로 교차하도록 모델링하였다. 일반적인 3D 해석에서는 모델링의 편의성과 해석 시간의 단축을 위해 메쉬를 직각, 수평방향으로 생성하지만, 시공 전 설계단계에서 수행된 수치해석에 있어서도 언더피닝 구간의 안정성을 검토하기 위해 단순한 모델링을 수행하여 지하차도와 지하철 진행방향을 직각으로 모델링하여 해석을 실시하였다.
- 사전조사를 통해서 확보한 지반의 물성 값을 이용하여 수치해석 프로그램을 통해서 현장을 모델링한다. 현장 계측을 통한 침하량과 수치해석을 통한 침하량을 비교하여 해석결과에 대한 원인분석 및 해석방법을 변경하여 수치해석에 의한 지반 거동 예측 시 고려할 사항에 대해서 검토하는 방법으로 시공 단계 해석을 수행하였다.
대상 데이터
- 따라서 본 연구에서는 그림 4과 같은 형태로 강관을 모델링하여 강관과 콘크리트의 거동을 정확하게 표현할 수 있도록 하여 기존의 방법보다 정확한 해석 결과를 얻을 수 있었다. 모델링에 적용된 강관의 형상은 원형에 가까운 형태로 묘사하였으며, 두께 12 mm의 쉘요소로 모델링하였다. 또한 강관의 내부 요소를 콘크리트로 채우도록 묘사하여 강관과 콘크리트의 복합물성치를 적용치 않고, 강관과 콘크리트의 정확한 물성값을 모델링에 적용함으로써 해석의 신뢰도를 확보하였다.
- 본 연구의 수치해석에서는 구조물이나 지반과 같은 3차원 연속체 유한요소해석이 가능한 상업용 구조해석프로그램인 PENTAGON 3D를 사용하였다(변광욱, 1996). 수치해석에 사용된 지반정수와 부재의 물성값은 서울지하철 902공구 건설공사 설계보고서를 참조하여 표 1과 2와 같이 적용하였다.
이론/모형
- 본 연구의 수치해석에서는 구조물이나 지반과 같은 3차원 연속체 유한요소해석이 가능한 상업용 구조해석프로그램인 PENTAGON 3D를 사용하였다(변광욱, 1996). 수치해석에 사용된 지반정수와 부재의 물성값은 서울지하철 902공구 건설공사 설계보고서를 참조하여 표 1과 2와 같이 적용하였다.
성능/효과
- 1. 최대 침하량은 굴착 중앙에서 가장 많이 발생하며, 1단과 2단 굴착 시에 비해 3단 굴착 시 가장 크게 침하량이 발생하였다. 설계 당시의 단순화에 의한 해석을 통한 침하량과 현장의 계측결과 차이가 약 40 mm 정도 발생하였으며, 이는 약 33~42% 정도의 오차가 발생한 것으로 나타났다.
- 4 계측기)에서 약 40 mm정도의 최대 침하량이 발생하였으며, 역아치형태의 침하형상이 나타났다. 1단과 2단 굴착 시 발생하는 지하차도 침하량은 수치해석 결과와 현장계측 결과가 잘 부합하는 것으로 나타났지만 3단 굴착 시 현장계측 결과와 수치해석 결과의 오차가 크게 발생하기 시작하였다. 결과적으로 해석에 의해 나타난 각 계측위치별 최대 침하량은 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 실제 계측에 의해 나타난 침하량보다 약 33~42% 정도 적은 정도의 지하차도 침하량을 나타내었다.
- 2. 굴착된 지반의 융기로 인한 침하량 과소평가 요인을 제거 하기 위해 굴착 후 지반변위를 수렴시키고 버팀 부재를 설치하는 것으로 재해석을 수행한 결과 값은 초기 설계시 침하량 40 mm에 비해 50%이상 증가된 60 mm의 결과 값을 얻었다. 세밀한 조건 적용이 의미는 있으나.
- 4번 계측기가 나타내고 있는 굴착 중앙부분에서의 최대 침하량은 약 60 mm정도 발생하였으며, 침하형상은 모델을 변경하기 이전과 동일한 역아치 형태로 발생하였다. 각 계측위치별 최대 침하량은 표 4에 나타내었으며 표를 통해서 확인할 수 있는 바와 같이 1단 굴착 시에 발생하는 지하차도 침하량은 수치해석 결과와 현장계측 결과가 잘 일치하는 것으로 나타난 반면, 2단 굴착 시 발생하는 침하량은 재해석후 수치해석에 의한 결과가 현장계측에 의한 결과보다 다소 크게 나타났다. 그러나 3단 굴착 완료시에는 두 결과가 매우 근접하게 나타났으며, 수치해석 결과를 현장계측 결과와 비교하였을 때 약 13%정도의 오차가 발생하는 것으로 나타났다.
- 1단과 2단 굴착 시 발생하는 지하차도 침하량은 수치해석 결과와 현장계측 결과가 잘 부합하는 것으로 나타났지만 3단 굴착 시 현장계측 결과와 수치해석 결과의 오차가 크게 발생하기 시작하였다. 결과적으로 해석에 의해 나타난 각 계측위치별 최대 침하량은 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 실제 계측에 의해 나타난 침하량보다 약 33~42% 정도 적은 정도의 지하차도 침하량을 나타내었다.
- 각 계측위치별 최대 침하량은 표 4에 나타내었으며 표를 통해서 확인할 수 있는 바와 같이 1단 굴착 시에 발생하는 지하차도 침하량은 수치해석 결과와 현장계측 결과가 잘 일치하는 것으로 나타난 반면, 2단 굴착 시 발생하는 침하량은 재해석후 수치해석에 의한 결과가 현장계측에 의한 결과보다 다소 크게 나타났다. 그러나 3단 굴착 완료시에는 두 결과가 매우 근접하게 나타났으며, 수치해석 결과를 현장계측 결과와 비교하였을 때 약 13%정도의 오차가 발생하는 것으로 나타났다.
- 언더피닝 시공 시 굴착 후 협소한 작업공간으로 인해 H-형강의 운반 및 설치가 용이하지 않으므로 기존의 해석방법과 같이 굴착과 동시에 버팀이 설치되지 못하는 실정이다. 당초의 해석방법으로는 지반 굴착에 따른 변위가 수렴되기 전에 버팀을 실시하여 지하차도 구조물의 침하량이 약 40 mm 정도로 계측결과와 비교하여 낮은 수치를 보였으나, 선 굴착 후 지보설치를 고려한 해석을 통하여 침하량을 산정한 결과 59.3 mm의 침하량을 수치해석에서 구할 수있었으며, 이는 실제 시공 시 계측 침하량 68 mm에 비교적 유사한 결과를 얻을 수 있다. 따라서 수치해석 시 현장의 작업 순서를 반영한 수치해석을 수행하고 이에 대한 대책을 수립하는 것이 바람직하며, 현장의 경우 언더피닝 굴착 후 지보설치 기간을 최소화 하여 침하량을 최소화 하려는 노력이 필요하다.
- 그림 7에서 확인할 수있는 바와 같이 2단 굴착이 끝난 시점에서는 약 40 mm 정도의 침하량이 발생한 것에 비해서 3단 굴착이 끝난 시점에서는 약 68 mm 정도의 침하량이 나타났으며 이는 전체 침하량의 약 40% 정도가 3단 굴착에서 발생되었으며 나머지 60%는 1단과 2단 굴착 시 발생된 침하량이다. 따라서 굴착단계가 진행될수록 기존 구조물의 침하되는 정도가 점점 커지는 것으로 나타났다.
- 하지만 이러한 방법은 실제 현장에서 나타나는 강관과 콘크리트의 거동과는 다르게 발생할 수 있기에, 구조물에서 부분적으로 발생하는 응력집중에 따른 구조물의 영향을 제대로 평가할 수 없다. 따라서 본 연구에서는 그림 4과 같은 형태로 강관을 모델링하여 강관과 콘크리트의 거동을 정확하게 표현할 수 있도록 하여 기존의 방법보다 정확한 해석 결과를 얻을 수 있었다. 모델링에 적용된 강관의 형상은 원형에 가까운 형태로 묘사하였으며, 두께 12 mm의 쉘요소로 모델링하였다.
- 시공 시 침하량을 발생시키는 요소에 대한 해석적 검증을 토대로 굴착 후 지보시간의 단축을 통한 주 침하량의 제어가 필요하며, 또한 언더피닝 버팀 파일의 지지지반이 불량한 토사일 경우 필요시 굴착 전 보강(그라우팅) 등을 수행하여 탄성 침하에 따른 구조물의 침하량을 효율적으로 관리할 수 있도록 대책을 수립해야 함을 재해석을 통해 판단할 수 있다. 또한, 본 논문에서 연구된 언더피닝공법 수치해석은 초기해석에서 고려하지 못한 시공단계의 요소를 재해석에서 고려함으로서 침하량 예측정도를 높일 수 있는 수치해석 기법이며, 일반적 언더피닝공법에서도 이용할 수 있는 장점이 있다.
- 최대 침하량은 굴착 중앙에서 가장 많이 발생하며, 1단과 2단 굴착 시에 비해 3단 굴착 시 가장 크게 침하량이 발생하였다. 설계 당시의 단순화에 의한 해석을 통한 침하량과 현장의 계측결과 차이가 약 40 mm 정도 발생하였으며, 이는 약 33~42% 정도의 오차가 발생한 것으로 나타났다. 이는 과도하게 굴착된 지반의 융기로 인해 강관 및 지하차도의 침하량이 과소평가된 것으로 판단된다.
- 지하차도 침하량의 현장계측 결과를 통해서 지하차도가 매단 굴착 시 단계적으로 침하가 발생하며 대칭 굴착으로 진행된 단계보다 비대칭 굴착으로 진행된 단계에서 침하량이 더 크게 발생하는 경향이 나타났다. 수치해석 시 주요 고려사항으로는 현장의 시공순서, 기존 시설물의 방향성, 요소의 모델링 방법, 물성치의 적용이며, 이들 값에 따라 수치해석 결과 값에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다.
- 본 연구에서는 굴착 인접 구조물인 지하차도의 침하량뿐만 아니라 본 구조물인 강관에서도 많은 침하량이 발생하는 것을 수치해석을 통해서 분석하였다. 지하차도 침하량의 현장계측 결과를 통해서 지하차도가 매단 굴착 시 단계적으로 침하가 발생하며 대칭 굴착으로 진행된 단계보다 비대칭 굴착으로 진행된 단계에서 침하량이 더 크게 발생하는 경향이 나타났다. 수치해석 시 주요 고려사항으로는 현장의 시공순서, 기존 시설물의 방향성, 요소의 모델링 방법, 물성치의 적용이며, 이들 값에 따라 수치해석 결과 값에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다.
후속연구
- 3. 역으로 이러한 설계조건의 변경으로 침하량이 과다하게 발생 되었다고 볼 수 있으므로 불량한 토사 지반에 언더 피닝 시공 시 지지파일의 하부지반 이완을 최소화 할 수 있는 시공대책을 고려하고, 상부 구조물에 대한 굴착 후 지보시간을 단축하는 등 적극적인 침하량 관리 대책이 필요한 것으로 판단된다.
- 세밀한 조건 적용이 의미는 있으나. 계측치의 부족 및 데이터 활용능력 부족으로 여러 가지 외부요인에 의해 민감한 변동을 보이는 경향이 있어 이에 대한 지속적인 연구가 필요하다고 판단된다.
- 본 연구의 현장은 그림 1과 같이 기존의 공항 내 지하차도의 하부를 관통하도록 설계되어 있으므로, 기존 구조물인 지하차도의 안정성을 확보함과 동시에 경제적인 시공을 위한 언더피닝공법이 요구된다. 따라서 지하차도 하부 통과구간의 특수성을 반영한 설계가 이루어졌으며, 이러한 설계내용을 수치해석을 통해 검증할 수 있도록 하였다.
- 시공 시 침하량을 발생시키는 요소에 대한 해석적 검증을 토대로 굴착 후 지보시간의 단축을 통한 주 침하량의 제어가 필요하며, 또한 언더피닝 버팀 파일의 지지지반이 불량한 토사일 경우 필요시 굴착 전 보강(그라우팅) 등을 수행하여 탄성 침하에 따른 구조물의 침하량을 효율적으로 관리할 수 있도록 대책을 수립해야 함을 재해석을 통해 판단할 수 있다. 또한, 본 논문에서 연구된 언더피닝공법 수치해석은 초기해석에서 고려하지 못한 시공단계의 요소를 재해석에서 고려함으로서 침하량 예측정도를 높일 수 있는 수치해석 기법이며, 일반적 언더피닝공법에서도 이용할 수 있는 장점이 있다.
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