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제안 방법
- 공사중 비개착공법의 안정성을 확인하기 위하여 강관변형률계, 콘크리트응력계, 자동수평경사계, 내공변위계, 천단침하계 등을 계획하였으며, 경춘선 별내역 정거장 구간에는 소음계, 선로침하변위계, 진동계, 구조물경사계, 균열계, 지표침하계 등 정밀 계측계획을 수립하여 시공 안전성 확인 및 유사시 즉각적인 대응이 가능하도록 하였다.
- 운영중인 정거장 하부를 입체 교차하는 정거장을 신설함에 있어서 승강장 구간은 기존 구조물 기초의 안정성을 확보하고 여굴방지와 지반이완을 최소화하기 위해 지보재 개념의 비개착공법(HUS)를 적용하였으며, 연결통로 구간은 연결통로 내폭을 충분히 확보하여 지역주민과 환승객의 이동 편의성을 향상시키기 위해 구조체 개념의 비개착공법(UPRS)를 적용하였다. 기존 정거장 기초의 안정성은 기초에 작용하는 영향요소를 모두 고려하여 안정성을 평가하였으며, 상사비를 고려한 실내 축소 모형시험과 단계별 시공순서를 고려한 3차원 정밀 안정성 검토를 통하여 기존 구조물의 안정성을 검증하였다. 또한 비개착공법과 기존 정거장에 대한 정밀계측 계획을 수립하여 시공중 즉각적인 안정성 확인이 가능하도록 계획하였다.
- 기존 정거장 말뚝기초 안정성은 기초에 영향을 미치는 상부하중 영향에 의한 침하량(S1), 기초하부 굴착 영향에 의한 침하량(S2) 및 지하수위 저하 영향에 의한 침하량(S3)의 3가지 인자를 모두 고려하여 평가하였다.
- 기존 정거장 말뚝기초 하부 굴착에 의한 안정성 검증을 위해 상사비(1/40)를 적용하여 실내 축소 모형시험을 수행하였다. 비개착공법의 구조물 설치 전 내부에 LVDT 및 스트레인게이지를 부착하였고 비개착공법의 구조물 내부에 모래를 채우고 유압셀을 이용하여 말뚝에 하중을 재하함으로써 지중응력 작용조건을 모사하였다.
- 상부하중 영향에 의한 침하량(S1)은 기존 정거장 기초 설계도서 자료를 분석하여 반영하였다. 기초의 발생 침하량은 구조물 기초 설계기준에 의한 방법과 경험적인 방법을 적용하였으며, 작용하중에 따라 발생 침하량은 7.9~14.8mm로 예측되었다. 기초하부 굴착 영향에 의한 침하량(S2)은 단계별 시공순서를 고려한 2차원 안정성 검토를 통해 말뚝기초의 침하량을 예측하였다.
- 8mm로 예측되었다. 기초하부 굴착 영향에 의한 침하량(S2)은 단계별 시공순서를 고려한 2차원 안정성 검토를 통해 말뚝기초의 침하량을 예측하였다. 지하수위 저하 영향에 의한 침하량(S3)은 기존 정거장 말뚝기초 하부 굴착에 따라 지하수위의 저하가 우려되므로 유효응력 증가로 인해 발생하는 즉시침하량을 평가하는 방법을 적용하였다.
- 별내선 복선전철 건설공사 O공구는 총 연장 2,380m로 터널 2,210m, 정거장 1개소, 본선 환기구 4개소로 계획되었으며, 신설되는 정거장 상부에는 경춘선 별 내역 정거장이 운영되고 있어 직상부에 근접한 정거장 기초의 안정성을 고려한 최적의 굴착공법 선정이 매우 중요하다. 따라서 기존 정거장 기초의 안정성 확보를 위해 비개착공법을 적용하였으며, 상세 지반조사 수행 결과를 반영하고 적용연장을 최단거리로 계획하여 근접 통과구간 시공이 최대한 신속하게 수행되도록 계획하였다.
- 승강장은 당초 기본계획에서는 2-Arch터널로 계획되었으나, 기존 말뚝기초 하부 굴착에 의해 기초 변위가 과다하게 발생하고, 콘크리트라이닝의 연결부 누수가 우려되어 안정성과 시공성이 우수한 지보재 개념의 HUS공법을 적용하였다. 또한 비개착공법과 기존 정거장 말뚝기초와의 이격거리를 변수로 하는 매개변수 해석결과를 반영하여 철도의 종단계획에 무리가 없도록 최소 약 2m 이상 이격되도록 계획하였다.
- 기존 정거장 기초의 안정성은 기초에 작용하는 영향요소를 모두 고려하여 안정성을 평가하였으며, 상사비를 고려한 실내 축소 모형시험과 단계별 시공순서를 고려한 3차원 정밀 안정성 검토를 통하여 기존 구조물의 안정성을 검증하였다. 또한 비개착공법과 기존 정거장에 대한 정밀계측 계획을 수립하여 시공중 즉각적인 안정성 확인이 가능하도록 계획하였다.
- 본고에서는 운영중인 경춘선 별내역 정거장 하부를 입체 교차하는 정거장을 계획함에 있어서 기존 정거장으로 인해 단절된 대합실을 연결하는 연결통로와 최단거리 환승을 고려하여 사용자의 편의성, 기존 정거장 기초의 안정성 및 시공성을 확보하기 위해 비개착공법을 계획하였으며, 상세 지반조사 결과 입체적인 지반특성을 분석하고 정거장 기초의 시공현황을 설계에 반영하였다. 승강장에 적용한 비개착공법은 기존 정거장 기초의 안전성 확보와 시공성을 고려하여 지보재 개념의 HUS(Horizontal boring machine Utilized Structure enforcement system)공법을 적용하고 연결통로에 적용한 비개착공법은 최소 통로폭 확보 등 이용자의 편의성을 고려하여 구조체 개념의 UPRS(Upgraded Pipe Roof Structures method)공법을 적용한 설계사례를 소개하고자 한다.
- 기존 정거장 말뚝기초 하부 굴착에 의한 안정성 검증을 위해 상사비(1/40)를 적용하여 실내 축소 모형시험을 수행하였다. 비개착공법의 구조물 설치 전 내부에 LVDT 및 스트레인게이지를 부착하였고 비개착공법의 구조물 내부에 모래를 채우고 유압셀을 이용하여 말뚝에 하중을 재하함으로써 지중응력 작용조건을 모사하였다. 모형시험 결과 말뚝기초 변위는 0.
- 상부하중 영향에 의한 침하량(S1)은 기존 정거장 기초 설계도서 자료를 분석하여 반영하였다. 기초의 발생 침하량은 구조물 기초 설계기준에 의한 방법과 경험적인 방법을 적용하였으며, 작용하중에 따라 발생 침하량은 7.
- 승강장 비개착공법(HUS)과 연결통로 비개착공법(UPRS)의 단계별 시공순서를 고려한 3차원 정밀 안정성 검토를 수행하여 설계 적정성을 검증하였다.
- 본고에서는 운영중인 경춘선 별내역 정거장 하부를 입체 교차하는 정거장을 계획함에 있어서 기존 정거장으로 인해 단절된 대합실을 연결하는 연결통로와 최단거리 환승을 고려하여 사용자의 편의성, 기존 정거장 기초의 안정성 및 시공성을 확보하기 위해 비개착공법을 계획하였으며, 상세 지반조사 결과 입체적인 지반특성을 분석하고 정거장 기초의 시공현황을 설계에 반영하였다. 승강장에 적용한 비개착공법은 기존 정거장 기초의 안전성 확보와 시공성을 고려하여 지보재 개념의 HUS(Horizontal boring machine Utilized Structure enforcement system)공법을 적용하고 연결통로에 적용한 비개착공법은 최소 통로폭 확보 등 이용자의 편의성을 고려하여 구조체 개념의 UPRS(Upgraded Pipe Roof Structures method)공법을 적용한 설계사례를 소개하고자 한다.
- 연결통로는 기존 운영중인 정거장으로 인해 단절된 신설 정거장의 대합실을 연결하기 위해 최단거리로 계획하였다. 연결통로는 민원예방을 위해 기존 정거장 대합실 내의 시공을 배제하고 말뚝기초를 저촉하지 않는 구조체 개념의 UPR공법을 적용하였으며, UPRS공법은 강관과 강관 사이를 곡선인 철판 부재로 연결한 강관다발 구조체를 압입하고 강관 내부에 철근 배근 및 구조물을 타설 후에 구조물 내부를 굴착하는 공법으로 이와 같은 UPRS공법 적용을 통해 연결통로 내폭을 3m 이상(B=3.
- 연결통로는 기존 운영중인 정거장으로 인해 단절된 신설 정거장의 대합실을 연결하기 위해 최단거리로 계획하였다. 연결통로는 민원예방을 위해 기존 정거장 대합실 내의 시공을 배제하고 말뚝기초를 저촉하지 않는 구조체 개념의 UPR공법을 적용하였으며, UPRS공법은 강관과 강관 사이를 곡선인 철판 부재로 연결한 강관다발 구조체를 압입하고 강관 내부에 철근 배근 및 구조물을 타설 후에 구조물 내부를 굴착하는 공법으로 이와 같은 UPRS공법 적용을 통해 연결통로 내폭을 3m 이상(B=3.5m) 확보하여 지역주민과 환승객의 이동 편의성을 향상시켰다.
- 정거장 구간에 총 11공의 시추조사를 수행하고 입체적인 지반특성을 세밀하게 분석하여 화강암과 편마암의 암종 변화구간을 확인하였으며, 안정성 검토시 이를 반영하여 설계의 적정성을 검증하였다.
- 준공도서 및 시공현황 분석과 현장 물리탐사를 통하여 기존 정거장 기초의 근입심도를 확인하였다. 자료분석결과 본선 기초는 Φ500mm의 PHC 말뚝기초로 시공되었으며, 승강장 기초는 Φ600mm의 PHC 말뚝 기초로 시공되었다.
- 기초하부 굴착 영향에 의한 침하량(S2)은 단계별 시공순서를 고려한 2차원 안정성 검토를 통해 말뚝기초의 침하량을 예측하였다. 지하수위 저하 영향에 의한 침하량(S3)은 기존 정거장 말뚝기초 하부 굴착에 따라 지하수위의 저하가 우려되므로 유효응력 증가로 인해 발생하는 즉시침하량을 평가하는 방법을 적용하였다. 침투류 해석결과 차수그라우팅 미적용시 지하수위 저하량은 4.
- 지하수위 저하 영향에 의한 침하량(S3)은 기존 정거장 말뚝기초 하부 굴착에 따라 지하수위의 저하가 우려되므로 유효응력 증가로 인해 발생하는 즉시침하량을 평가하는 방법을 적용하였다. 침투류 해석결과 차수그라우팅 미적용시 지하수위 저하량은 4.5m, 차수그라우팅 적용시 지하수위 저하량은 2m로 예측되어, 지하수위 저하 영향을 최소화하기 위해 비개착공법의 강관 시공전에 차수그라우팅을 선 시공하도록 계획하였다.
대상 데이터
- 자료분석결과 본선 기초는 Φ500mm의 PHC 말뚝기초로 시공되었으며, 승강장 기초는 Φ600mm의 PHC 말뚝 기초로 시공되었다.
이론/모형
- 승강장은 당초 기본계획에서는 2-Arch터널로 계획되었으나, 기존 말뚝기초 하부 굴착에 의해 기초 변위가 과다하게 발생하고, 콘크리트라이닝의 연결부 누수가 우려되어 안정성과 시공성이 우수한 지보재 개념의 HUS공법을 적용하였다. 또한 비개착공법과 기존 정거장 말뚝기초와의 이격거리를 변수로 하는 매개변수 해석결과를 반영하여 철도의 종단계획에 무리가 없도록 최소 약 2m 이상 이격되도록 계획하였다.
- 운영중인 정거장 하부를 입체 교차하는 정거장을 신설함에 있어서 승강장 구간은 기존 구조물 기초의 안정성을 확보하고 여굴방지와 지반이완을 최소화하기 위해 지보재 개념의 비개착공법(HUS)를 적용하였으며, 연결통로 구간은 연결통로 내폭을 충분히 확보하여 지역주민과 환승객의 이동 편의성을 향상시키기 위해 구조체 개념의 비개착공법(UPRS)를 적용하였다. 기존 정거장 기초의 안정성은 기초에 작용하는 영향요소를 모두 고려하여 안정성을 평가하였으며, 상사비를 고려한 실내 축소 모형시험과 단계별 시공순서를 고려한 3차원 정밀 안정성 검토를 통하여 기존 구조물의 안정성을 검증하였다.
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