대표적인 한계상태설계법은 AASHTO LRFD와 Eurocodes가 있으며, 토목구조물 설계에 폭넓게 적용되고 있다. 그러나 이러한 설계법이 터널설계에 적용될 경우에는 NATM 터널의 라이닝설계와 쉴드터널의 세그먼트 설계에만 제한적으로 적용되고 있다. 최근 유럽에서는 유로코드를 터널설계 전분야에 적용하기 위하여 기준개정(EG12)을 추진하였으나 다른 유로코드(EC2 및 EC3)에 미치는 영향 등을 고려하여 불가피하게 구성하지 않는 것으로 결정되었다. 그러나 여전히 한계상태설계법을 터널설계에 적용하기 위한 연구를 활발히 진행하고 있다. 한계상태설계법은 가까운 장래에 터널을 포함한 토목구조물 설계법의 주류가 될 것이다. 그러므로 Eurocode 7 등 국외 한계상태설계법에 대한 충분한 이해가 중요하며, 국제적인 연구동향을 파악하고 터널설계에 적용하기 위한 연구가 필요하다.
대표적인 한계상태설계법은 AASHTO LRFD와 Eurocodes가 있으며, 토목구조물 설계에 폭넓게 적용되고 있다. 그러나 이러한 설계법이 터널설계에 적용될 경우에는 NATM 터널의 라이닝설계와 쉴드터널의 세그먼트 설계에만 제한적으로 적용되고 있다. 최근 유럽에서는 유로코드를 터널설계 전분야에 적용하기 위하여 기준개정(EG12)을 추진하였으나 다른 유로코드(EC2 및 EC3)에 미치는 영향 등을 고려하여 불가피하게 구성하지 않는 것으로 결정되었다. 그러나 여전히 한계상태설계법을 터널설계에 적용하기 위한 연구를 활발히 진행하고 있다. 한계상태설계법은 가까운 장래에 터널을 포함한 토목구조물 설계법의 주류가 될 것이다. 그러므로 Eurocode 7 등 국외 한계상태설계법에 대한 충분한 이해가 중요하며, 국제적인 연구동향을 파악하고 터널설계에 적용하기 위한 연구가 필요하다.
The representative Limit State Design(LSD) codes, AASHTO LRFD and Eurocodes, are widely being applied when designing civil structures. However, these codes are only applying tunnel lining design and segments design for shield tunnels. Recently in Europe, the Eurocode 7 committee was trying to create...
The representative Limit State Design(LSD) codes, AASHTO LRFD and Eurocodes, are widely being applied when designing civil structures. However, these codes are only applying tunnel lining design and segments design for shield tunnels. Recently in Europe, the Eurocode 7 committee was trying to create a research group called EG12, but they reluctantly decided not to create EG12 since it could have an impact on some of the other Eurocodes(including Eerocodes 2 and 3). Still there is an effort to continue researching LSD for tunnelling. LSD method will become the norm for the field of civil structural design in the near future. Therefore, it is important to fully understand Eurocode7:Geotechnical design in connection with Eurocode 2 and Eurocode 3. In addition, it is essential to follow international research trends and also to research for application to tunnelling.
The representative Limit State Design(LSD) codes, AASHTO LRFD and Eurocodes, are widely being applied when designing civil structures. However, these codes are only applying tunnel lining design and segments design for shield tunnels. Recently in Europe, the Eurocode 7 committee was trying to create a research group called EG12, but they reluctantly decided not to create EG12 since it could have an impact on some of the other Eurocodes(including Eerocodes 2 and 3). Still there is an effort to continue researching LSD for tunnelling. LSD method will become the norm for the field of civil structural design in the near future. Therefore, it is important to fully understand Eurocode7:Geotechnical design in connection with Eurocode 2 and Eurocode 3. In addition, it is essential to follow international research trends and also to research for application to tunnelling.
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제안 방법
도심지 터널의 지반조건을 고려한 지반반력 및 하중조건(자중, 이완하중, 수압, 온도하중)을 이용하여 2차원 라이닝 구조계산을 수행하였다. 한계상태설계법(LSD)과 강도설계법(USD)으로 라이닝을 계산한결과, 라이닝 위치에 따른 단면력은 Table 5 및 Fig.
도심지 NATM터널의 라이닝 설계을 위하여 한계상태설계법(LSD)을 적용하여 구조검토를 수행하였다. 또한, 현업에서 사용되고 있는 강도설계법(USD)으로 라이닝을 검토하여 단면력의 차이를 비교하였다. 강도설계법(USD)은 국내 콘크리트 설계기준(2012년)을 적용하였으며, 한계상태설계법(LSD)은 일본 JSCE (2001)에 의한 설계방법(Table 4)을 적용하여 검토하였다.
대상 데이터
도심지 NATM 터널의 대표단면으로 국내지하철 터널단면(폭 11.1 m, 높이 8.4 m, 라이닝 두께 0.4 m) 을 해석단면(Fig. 2)으로 선정하였고, 일반적인 도심지 하부 통과구간에 맞는 지반조건 및 해석변수를 Table 2 및 Table 3과 같이 적용하여 라이닝 구조해석을 수행하였다.
이론/모형
또한, 현업에서 사용되고 있는 강도설계법(USD)으로 라이닝을 검토하여 단면력의 차이를 비교하였다. 강도설계법(USD)은 국내 콘크리트 설계기준(2012년)을 적용하였으며, 한계상태설계법(LSD)은 일본 JSCE (2001)에 의한 설계방법(Table 4)을 적용하여 검토하였다.
도심지 NATM터널의 라이닝 설계을 위하여 한계상태설계법(LSD)을 적용하여 구조검토를 수행하였다. 또한, 현업에서 사용되고 있는 강도설계법(USD)으로 라이닝을 검토하여 단면력의 차이를 비교하였다.
성능/효과
구조해석 결과를 바탕으로 라이닝 철근 배근을 검토하여 각 설계법에 의해 산정된 단면력으로 배근한 라이닝 철근은 Table 6과 같다. 강도설계법(USD)의 철근보강 규격(D25～29)에 비해 한계상태설계법 (LSD)은 D22～25 규격으로 배근되어 철근량 감소로 인한 경제적인 설계가 가능한 것으로 검토되었다.
그리고 Eurocode는 2018년부터 적용할 2세대 Eurocode 7에 터널분야를 포함시키기 위하여 Eurocode 7 위원회 산하에 “Evolution Groups (EG12: Tunnelling)”조직하여 관련 지침을 마련할 계획이었으나, 최근에 터널분야는 지침 마련을 위한 제반여건이 성립되지 않았고, Eurocode 2 및 Eurocode 3에 미치는 영향을 감안하여 불가피하게 EG12를 구성하지 않는 것으로 결정되었다.
한계상태설계법(LSD)이 터널 위치에 상관없이 강도설계법(USD)보다 모멘트는 감소하고 축력, 전단력은 크게 나타나는 경향을 보였다(Fig 4). 모멘트는 측벽부에서 최대 90.3% 감소하였으며, 축력과 전단력은 최대 129.8% 증가하였다. 라이닝에서 발생된 단면력은 작용하중과 지반반력에 의해 영향을 크게 받으므로 한계상태설계법(LSD)의 부분 안전계수를 고려한 해석변수에 의해 차이를 보이는 것으로 판단된다.
한계상태설계법(LSD)이 터널 위치에 상관없이 강도설계법(USD)보다 모멘트는 감소하고 축력, 전단력은 크게 나타나는 경향을 보였다(Fig 4). 모멘트는 측벽부에서 최대 90.
후속연구
터널 한계상태설계법이 적용되기 위해서는 다양한 터널단면과 하중 및 경계조건에서의 설계검증이 필요하며, 한계상태설계법의 부분안전계수에 따라 검토결과의 차이가 나타나므로 신뢰성 분석을 통한 부분안전계수 확립에 보다 많은 연구가 필요하다. 국외선진국을 중심으로 터널적용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으므로 가까운 장래에 터널설계에도 도입이 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
한계상태설계법의 적용 분야는 무엇인가?
대표적인 한계상태설계법은 AASHTO LRFD와 Eurocodes가 있으며, 토목구조물 설계에 폭넓게 적용되고 있다. 그러나 이러한 설계법이 터널설계에 적용될 경우에는 NATM 터널의 라이닝설계와 쉴드터널의 세그먼트 설계에만 제한적으로 적용되고 있다.
한계상태설계법은 터널설계에 있어서 어떤 경우에만 제한적으로 적용되고 있는가?
대표적인 한계상태설계법은 AASHTO LRFD와 Eurocodes가 있으며, 토목구조물 설계에 폭넓게 적용되고 있다. 그러나 이러한 설계법이 터널설계에 적용될 경우에는 NATM 터널의 라이닝설계와 쉴드터널의 세그먼트 설계에만 제한적으로 적용되고 있다. 최근 유럽에서는 유로코드를 터널설계 전분야에 적용하기 위하여 기준개정(EG12)을 추진하였으나 다른 유로코드(EC2 및 EC3)에 미치는 영향 등을 고려하여 불가피하게 구성하지 않는 것으로 결정되었다.
대표적인 한계상태설계법은 무엇인가?
대표적인 한계상태설계법은 AASHTO LRFD와 Eurocodes가 있으며, 토목구조물 설계에 폭넓게 적용되고 있다. 그러나 이러한 설계법이 터널설계에 적용될 경우에는 NATM 터널의 라이닝설계와 쉴드터널의 세그먼트 설계에만 제한적으로 적용되고 있다.
참고문헌 (7)
American Association of state Highway and transportation Officials (2007), "AASHTO LRFD bridge design specification(4th Edition)".
Andrew Bond (2013), "Implementation and evolution of eurocode 7", Modern Geotechnical design Codes of Practice pp. 3-14.
European Standards Organization (2004), "Eurocode 7 : beotechnical design (2004) Part 1: general rules".
Japan Society of Civil Engineers (2010), "Design of segment for shield tunnel".
Japan Society of Civil Engineers (2006), "Standard specifications for tunneling-2006 : shield tunnels" pp. 213-257.
Japan Society of Civil Engineers (2001), "Application of the limit state design method to tunnel linings".
Tony M. Allen, (2013), "AASHTO geotechnical design specification development in the USA", Modern Geotechnical design Codes of Practice, pp. 243-260.
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