[논문]고강도 강관 보강 그라우팅의 현장 적용성에 관한 연구

신현강; 정혁상; 유용선; 김동훈

doi:10.9711/ktaj.2019.21.4.455

고강도 강관 보강 그라우팅의 현장 적용성에 관한 연구
A study on the field application of high strength steel pipe reinforcement grouting 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.21 no.4, 2019년, pp.455 - 478

신현강 ((주)포스코건설 인프라사업본부 인프라설계그룹) , 정혁상 (동양대학교 철도건설안전공학과) , 유용선 ((주)케미우스코리아) , 김동훈 (제주시 도시건설국 도시계획팀)

초록
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본 논문에서는 고강도 강관을 이용한 강관 보강 그라우팅의 보강 효과 검증을 통해 현장 적용성에 관한 실험적 내용을 다루었다. 기존 강관보강 그라우팅 공법에는 SGT275 (구 STK400) 강관을 일반적으로 적용하고 있으나, 강관 보강 그라우팅이 적용된 터널의 붕락사례를 보면 강관의 과도한 꺾임, 파단 등의 사례가 발생되고 있다. 이러한 사례가 발생하는 여러 원인 중 굴착에 따른 터널의 이완하중에 대응하는 강관의 강성 부족이 그 원인이 될 수 있다. 최근 들어 고강도 강관(SGT550)의 개발로 강관의 강도가 증가했으나, 강도 증대를 고려한 보강방안에 대한 연구가 미흡하므로 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 고강도 강관과 일반 강관의 이음 유무, 주입재의 충전 여부 등 다양한 조건에 대해 인장강도 및 휨 전단력 실험을 수행하고, 기존 제시된 설계법을 통해 강관의 강도 차이에 따른 효율적인 현장 적용성에 대한 기초 연구를 수행하였다. 특히, 실제 현장에 고강도 강관과 일반 강관을 시공하고 굴착에 따른 강관의 변위형상과 응력에 대한 계측 결과를 통해 고강도 강관의 보강 효과를 검증하였다. 연구결과 고강도 강관은 휨 강도가 우수하여 보강효과가 우수한 것으로 나타났으며, 강도 증진효과로 인해 아칭효과도 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we conducted experimental investigation on the field applicability through the verification of reinforcement effect of the steel pipe reinforcement grouting using high strength steel pipe. SGT275 (formerly known as STK400) steel pipe is generally applied to the traditional steel pipe reinforcement grouting method. However, the analysis of tunnel collapse cases applying the steel pipe reinforcement grouting shows that there are cases where the excessive bending and breakage of steel pipe occur. One of the reasons causing these collapses is the lack of steel pipe stiffness responding to the loosening load of tunnels caused by excavation. The strength of steel pipe has increased due to the recent development of high strength steel pipe (SGT550). However, since research on the reinforcement method considering strength increase is insufficient, there is a need for research on this. Therefore, in this study, we conducted experiments on the tensile and bending strength based on various conditions between high strength steel pipe, and carried out basic research on effective field application depending on the strength difference of steel pipe through the conventional design method. In particular, we verified the reinforcement effect of high strength steel pipe through the measurement results of deformed shape and stress of steel pipe arising from excavation after constructing high strength steel pipe and general steel pipe at actual sites. The research results show that high strength steel pipe has excellent bending strength and the reinforcement effect of reinforced grouting. Further, it is expected that high strength steel pipe will have an arching effect thanks to strength increase.

주제어

표/그림 (30)

그림 Fig. 1. Examples of steel pipe damage (KICT, 2008)
그림 Fig. 2. Examples of steel pipe using steel pipe reinforcement grouting
표 Table 1. Comparison of mechanical properties and chemical composition of steel pipes
표 Table 2. Comparison of steel pipe specifications
표 Table 3. Tensile strength test cases of steel pipes
그림 Fig. 3. Types of steel pipes for testing
표 Table 4. Shear force test cases of steel pipes
그림 Fig. 4. Production process of test steel pipe
그림 Fig. 5. Tensile strength test
표 Table 5. Tensile strength test result of steel pipes
그림 Fig. 6. Tensile strength test results
그림 Fig. 7. Bending shear force tests (by type of steel pipe and whether joint etc.)
표 Table 6. Bending shear force test result of steel pipes
그림 Fig. 8. Bending shear force test results
그림 Fig. 9. Load concept acting on steel pipe (Kim et al., 2003)
그림 Fig. 10. Vertical load and horizontal load acting on steel pipe (Kim et al., 2003)
표 Table 7. Conditions for calculation of stress in steel pipe
그림 Fig. 11. Stress of steel pipe according to excavation distance and relaxed loads
표 Table 8. Stress of small diameter steel pipe according to excavation distance and relaxed loads (MPa)
표 Table 9. Stress of large diameter steel pipe according to excavation distance and relaxed loads (MPa)
그림 Fig. 12. Summary of field test construction
그림 Fig. 13. Results of measurement
그림 Fig. 14. Stress comparison of steel pipes by theoretical and measured stress
표 Table 10. Stress comparison of steel pipes
표 Table 11. Stress comparison of steel pipe after 1 m excavation
표 Table 12. Stress comparison of steel pipe after 2 m excavation
표 Table 13. Stress comparison of steel pipe after 3 m excavation
표 Table 14. Stress comparison of steel pipe after 4 m excavation
표 Table 15. Stress comparison of steel pipe after 5 m excavation
표 Table 16. Stress comparison of steel pipe after 6 m excavation

AI 본문요약
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문제 정의

강관의 인장강도와 휨 전단력을 확인하기 위하여 실내시험을 수행하였으며, 시험을 통해 강관별 성능을 평가하고자 하였다. 시험은 강관 내부의 주입재 충전유무, 강관 연결부 유무 등 다양한 경우에 대해 수행하였다.
따라서 본 논문에서는 강관의 강성이 터널 안정성에 미치는 영향에 대한 추가적인 연구를 위해 일반 강관(SGT275)의 강성이 두 배가 되는 고강도 강관(SGT550)에 대해 휨 전단력과 인장강도 시험결과를 비교 분석하고, Kim et al. (2003)이 제시한 강관의 응력 산정 방법을 통한 고강도 강관과 일반강관의 보강효과의 차이를 비교하였고, 마지막으로 실제 현장에 강관 보강 그라우팅 시공 중 계측을 통한 보강효과에 대해 검증하고자 하였다.
또한, 복합지반의 물성치를 산정할 때 강관의 탄성계수 혹은 변형계수만을 영향인자로 고려하고 있으나 실제 강관이 보강된 터널의 거동과는 상이한 경우가 많으므로 다양한 조건에 대한 많은 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 강관의 기계적 성질이 다른 강관이 터널에 미치는 보강 효과를 연구하기 위해 고강도 강관(SGT550)과 일반 강관(SGT275)의 연결부 유무에 따른 기초적인 인장강도 시험을 수행하고, 연결부 유무, 주입재의 충전 여부에 따른 휨 전단력 시험을 통해 보강 효과에 대한 연구를 수행하였다. 또한, 기존 이론적인 강관보강 그라우팅의 설계법에서 제시된 이완하중에 따른 굴착거리별 강관의 발생응력 산정 결과를 통해 고강도 강관과 일반 강관의 경우 어떠한 차이가 발생하는지를 확인하였다.
하지만 앞서 살펴본 바와 같이 강관으로 보강된 터널의 붕괴사고 발생 시 보강영역의 복합강성이 아닌 강관의 강도 부족, 연결부 꺾임 등으로 인한 파괴가 발생하여 보강효과를 상실하는 경우가 많아 강관의 항복강도가 중요한 인자임을 알 수 있다. 따라서 본 절에서는 강관의 항복강도를 고려한 고강도 강관(SGT550) 및 일반 강관(SGT275) 적용 시 강관의 허용응력 검토를 통해 터널 굴착에 따른 보강효과를 비교 ‧ 평가하였다.
본 논문에서는 강관의 항복강도와 인장강도가 큰 SGT550 강종의 고강도 강관을 터널 보강용으로 적용하고자 연구를 수행하였다. 고강도 강관은 POSCO에서 개발된 PosH690 고강도 강판을 이용한 강관으로 항복강도가 550 MPa 이상으로 기존 일반 강관(SGT275)의 항복강도의 2배이며, 인장강도도 690 MPa로 일반 강관의 410 MPa
본 연구에서는 고강도 강관보강 그라우팅의 현장 적용성에 대한 연구를 위해 기존 연구동향에 대한 조사를 수행하고, 고강도 강관(SGT275)과 기존에 사용하는 일반 강관(SGT275)에 대한 휨 전단력과 인장강도에 대한 실내시험을 수행했으며, 기존에 제시된 이론적인 강관보강 그라우팅 설계법을 통해 굴착에 따른 강관의 응력경향에 대한 연구를 수행하였다. 또한, 실제 현장에서 시공된 강관의 응력 경향을 파악하기 위해 고강도 강관과 일반 강관을 동일한 굴착면에 시공하여 계측된 응력과 변위에 대한 비교‧분석을 수행하여 고강도 강관의 현장 적용성과 보강효과에 대해 검증하였다.
강관의 인장강도와 휨 전단력을 확인하기 위하여 실내시험을 수행하였으며, 시험을 통해 강관별 성능을 평가하고자 하였다. 시험은 강관 내부의 주입재 충전유무, 강관 연결부 유무 등 다양한 경우에 대해 수행하였다.
또한, 기존 이론적인 강관보강 그라우팅의 설계법에서 제시된 이완하중에 따른 굴착거리별 강관의 발생응력 산정 결과를 통해 고강도 강관과 일반 강관의 경우 어떠한 차이가 발생하는지를 확인하였다. 특히, 실제 현장에 고강도 강관과 일반 강관을 동일 굴착면에 시공하고 강관의 변위 형상과 응력 계측을 통해 나타나는 거동 특성에 대해 분석하여 고강도 강관보강 그라우팅의 현장 적용성과 효과에 대해 검증하고자 하였다.

제안 방법

강관 시험체 내에 그라우트 주입 및 양생을 위해 한쪽에 주입구가 있는 마개를 제작하여 강관과 접합을 시킨 후 강관 내 주입하여 양생을 시켜 그라우트로 충전된 강관 시험체를 준비하였다.
강관의 발생 응력을 이완하중고에 따른 굴착거리별 고강도 강관(SGT550)과 일반 강관(SGT550)의 소구경 및 대구경 강관에 대해 산정하여 비교 ‧ 분석하였다. 지반물성치와 터널의 제원 등은 Table 7에 나타냈으며, 동일한 조건에서 연구를 수행하였다.
강관의 보강효과를 검증하기 위해 실제 심층 풍화대 구간의 강관보강 그라우팅이 적용되는 구간에 일반 소구경 강관(SGT275 (D60.5 × 4 t))과 고강도 대구경 강관(SGT550 (D54.0 × 2.9 t))에 형상변위계와 변형율계를 부착하여 터널 좌, 우측에 대해 각 1공씩 설치하고 계측을 시행하였다.
지표부터 하부 약 13 m정도는 풍화토이고, 아래 터널 상반까지는 모두 풍화대가 존재하는 구간이다. 굴착 시 터널 거동을 파악하기 위해 천단 및 내공변위계를 설치하였고, 강관에는 형상변위계(1 m 간격)와 변형율계(2 m 간격)를 설치하였다
따라서 본 논문에서는 강관의 기계적 성질이 다른 강관이 터널에 미치는 보강 효과를 연구하기 위해 고강도 강관(SGT550)과 일반 강관(SGT275)의 연결부 유무에 따른 기초적인 인장강도 시험을 수행하고, 연결부 유무, 주입재의 충전 여부에 따른 휨 전단력 시험을 통해 보강 효과에 대한 연구를 수행하였다. 또한, 기존 이론적인 강관보강 그라우팅의 설계법에서 제시된 이완하중에 따른 굴착거리별 강관의 발생응력 산정 결과를 통해 고강도 강관과 일반 강관의 경우 어떠한 차이가 발생하는지를 확인하였다. 특히, 실제 현장에 고강도 강관과 일반 강관을 동일 굴착면에 시공하고 강관의 변위 형상과 응력 계측을 통해 나타나는 거동 특성에 대해 분석하여 고강도 강관보강 그라우팅의 현장 적용성과 효과에 대해 검증하고자 하였다.
본 연구에서는 고강도 강관보강 그라우팅의 현장 적용성에 대한 연구를 위해 기존 연구동향에 대한 조사를 수행하고, 고강도 강관(SGT275)과 기존에 사용하는 일반 강관(SGT275)에 대한 휨 전단력과 인장강도에 대한 실내시험을 수행했으며, 기존에 제시된 이론적인 강관보강 그라우팅 설계법을 통해 굴착에 따른 강관의 응력경향에 대한 연구를 수행하였다. 또한, 실제 현장에서 시공된 강관의 응력 경향을 파악하기 위해 고강도 강관과 일반 강관을 동일한 굴착면에 시공하여 계측된 응력과 변위에 대한 비교‧분석을 수행하여 고강도 강관의 현장 적용성과 보강효과에 대해 검증하였다.
본 강관의 인장강도 및 휨 전단력 실내시험에서는 고강도 강관(SGT550)과 일반 강관(SGT275)에 대해 단관뿐 만 아니라 연결관에 대한 인장강도 시험을 수행하여 상호 비교하였고, 휨 전단력 시험에는 강관의 이음방법에 따라 일반 커플러 형태(JY), 이음 강관에 암수 나사선을 주어 연결하는 방법(JY1), 한쪽 강관을 축관하여 연결하는 방법(JY2)에 대한 시험을 각각 수행하여 강도 특성을 확인하였으며, 이 때 강관의 내부가 그라우트로 완전히 충전된 경우와 그렇지 않은 경우에 대해서도 각각 시험을 수행하였다.
앞서 5절에서 제시된 이론식을 통한 강관의 발생응력과 현장 시험시공을 통해 계측된 결과를 비교하여 일반 강관과 고강도 강관의 보강 효과에 대해 비교 ‧ 분석하였고, 이를 Table 10에 나타냈었다.
이론적인 방법에 의한 강관의 발생응력 산정을 통해 고강도 강관의 보강효과를 검증하였으나 실제 현장에 시공된 강관의 거동 특성도 이와 유사한지에 대한 확인을 위해 강관보강 그라우팅이 적용되는 대상 현장에 시험시공을 실시하여 계측결과를 토대로 고강도 강관(SGT550)과 일반강관(SGT275)에 대한 터널의 보강효과를 비교, 분석하였다.
이로 인해 시공성이나 작업성은 향상될 것으로 예상되며, 강관의 부재력이 증가함에 따라 안정성에도 기여할 것으로 예상된다. 이에 대한 성능확인을 위해 고강도 강관(SGT550) 과 일반 강관(SGT275)에 대한 강관의 인장강도 및 휨 전단력 시험을 수행하였다.
터널의 제원은 일반적인 고속도로 터널에 적용되는 제원을 적용하였고, 굴착높이는 상반 굴착만을 고려하였으며, 강관의 설치 제원도 일반적인 간격과 설치각도를 적용하였다. 5.
휨 전단시험의 경우 강종별 대구경, 소구경에 대한 강관 이음여부(단관, 커플러, 나사선 및 축관), 강관 내 그라우트 충전 여부에 따라 휨 전단 시험을 수행하였으며, 총 54개의 강관에 대해 수행하였다. 시험용 강관의 제작과정은 Figs.

대상 데이터

인장시험시에는 고강도 강관(SGT550)과 일반 강관(SGT275)의 대구경, 소구경에 대해 단관형태와 커플러를 통한 연결관의 강도시험을 총 27개의 강관에 대해 수행하였다. 강관 길이는 인장시험기의 제원을 고려하여 결정하였다.

이론/모형

Kim et al. (2003)은 현장 계측을 통한 강관의 거동을 분석하고 실제 현장에서 적용될 수 있는 UAM 설계법을 제안한 바 있으며, 본 연구에서 강관의 작용응력은 이를 참조하여 산정하였다. 또한, Fig.

성능/효과

1. 기존 실무에서 사용하는 강관보강 그라우팅 설계법은 보강된 영역을 복합물성치로 산정하기 위해 강관의 탄성계수만을 적용하여 수치해석을 통한 강관 보강 그라우팅의 효과에 대한 검증을 수행하고 있지만 이는 강관의 강도 차이에 따른 변화를 고려하지 못해 강관 보강 그라우팅의 효율적인 설계가 미흡한 것으로 판단된다.
2. 고강도 강관(SGT550)의 직경 및 두께를 변경하여 기존의 일반 강관(SGT275)의 파일 부재력과 유사하도록 강관을 제작하여 강관의 연결방법(이음이 없는 단관, 커플러 이음)에 따라 인장시험을 수행한 결과 단관 형태의 강관이 커플러로 연결된 강관보다 일반 강관의 경우 대구경은 57.5~58.5%정도 큰 강도를 나타냈고, 고강도 강관의 경우 대구경은 43.8~45.3%, 소구경은 46.7% 큰 강도를 나타냈다. 특히, 연결부가 있는 경우 모두 연결부에서 파괴가 발생되었다.
3. 강관의 휨 전단력 시험에서는 연결방법별(이음이 없는 단관형태, 커플러 이음, 나사선 이음, 축관 이음), 강관 내 주입재 충전 여부에 따른 시험을 수행하였으며, 고강도 강관이 일반 강관에 비해 29.2~54.3%정도 큰 휨 전단력을 나타냈다. 또한, 연결부가 있는 경우는 단관 형태에 비해 일반 강관은 44%, 고강도 강관의 경우 78%의 강도 차이가 발생하는 것으로 나타나 연결부가 있는 강관을 실제 현장에 적용하는 것은 지양하여야 할 것으로 사료된다.
5. 실제 현장에 적용된 강관의 거동 특성을 파악하기 위해 동일한 굴착면에 고강도 강관과 일반 강관을 시공하여 변위 및 응력을 계측한 결과 고강도 강관은 일반 강관에 비해 변위의 경우 약 60%정도 감소하고, 응력은 약 70%정도 감소하는 것으로 나타나 고강도 강관 보강 그라우팅의 실제 보강효과가 매우 우수한 것으로 판단된다.
6. 또한, 굴착 단계별로 강관의 길이별 응력을 이론적인 방법과 실제 계측치와 비교 ‧ 분석한 결과 일반 강관의 경우 강관의 인장 및 압축응력의 변화폭이 상대적으로 큰 반면에 고강도 강관의 경우 변화폭이 작고 발생응력도 70%정도 감소한 것으로 나타났다. 이러한 사유는 강관의 강도 차이로 인해 굴착에 따른 이완하중의 하중 전이로 인한 아칭효과가 고강도 강관의 경우가 훨씬 우수하다는 것을 알 수 있다.
8. 이러한 연구 결과를 비추어 볼 때 고강도 강관을 활용한 보강 그라우팅을 현장에 적용할 경우 설계 효율성을 향상시킬 수 있고, 보강효과 측면에서도 우수한 것으로 나타나 충분한 현장 적용성을 지니고 있는 것으로 판단된다. 다만, 향후 지속적인 현장 계측자료를 수집하여 일반적인 경향을 도출하고, 신뢰성을 높일 필요가 있을 것으로 사료된다.
Table 2에서 나타난 바와 같이 고강도 강관(SGT550)은 직경과 두께를 감소시켰음에도 부재력은 기존 일반 강관(SGT275)의 부재력보다 큰 것을 확인할 수 있으며, 반면 m당 단위중량은 감소된 것을 확인할 수 있다. 이로 인해 시공성이나 작업성은 향상될 것으로 예상되며, 강관의 부재력이 증가함에 따라 안정성에도 기여할 것으로 예상된다.
강관 연결부의 이음 방법에 따라 휨 전단력의 차이가 발생하는 것으로 나타났는데 시험결과 축관(JY2)이나 커플러(JY)를 사용하는 것이 강관에 나서선을 만드는 경우(JY1)와 비교하여 최소 18.8% 더 큰 휨 전단력을 나타냈다. 이는 나사선이 형성되는 구간에는 강관의 두께가 얇아지기 때문에 강관의 두께가 변함이 없는 커플러나 축관을 통한 이음 방법보다 나사선으로 연결하는 이음방법이 더 불리한 것으로 판단된다.
고강도 강관(SGT550)과 일반 강관(SGT275)에 대한 휨 전단력과 인장강도 시험결과 고강도 강관이 강관의 직경과 두께가 작음에도 일반 강관과 비교하여 휨 전단력 및 인장강도 시험에서 강도가 우수한 것으로 나타났다. 강관의 연결 형태별 시험에서는 이음이 없는 단관의 경우가 커플러 등을 사용하여 연결하는 강관보다 우수한 강도를 나타냈다.
대구경 강관의 경우 일반 강관(SGT275)은 이완하중고가 5.0 m로 예상될 때 강관의 허용응력을 만족하는 굴착거리는 5.0 m까지인데 반해서 고강도 강관(SGT550)의 경우 6.0 m까지 강관의 허용응력에 대한 안정성을 확보하는 것으로 분석되었다.
이러한 결과는 이완하중고가 4.0 m 이상 예상될 경우에는 일반 강관(SGT275)은 12 m 길이의 강관 중첩길이를 4.0 m씩 설치하여 3열 보강을 해야 강관의 허용응력을 만족하지만 고강도 강관(SGT550)은 중첩길이를 6.0 m씩 2열 보강을 하여도 강관의 허용응력을 만족하여 터널의 안정성을 확보할 수 있는 것으로 분석되었다. 즉, 기존의 일반 강관보다 고강도 강관을 사용할 경우 시공효율성이 증대되고, 보강효과가 더욱 우수하다는 것을 알 수 있다.
이러한 결과로 볼 때 고강도 강관(SGT550)은 일반 강관(SGT275)에 비해 우수한 보강효과를 발휘할 수 있을 것으로 판단되며, 강관의 직경과 두께를 축소함에도 기존의 일반 강관 대비 동등 이상의 보강 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
인장강도 시험결과 단관 형태의 강관이 커플러로 연결된 강관보다 일반 강관(SGT275)에서는 57.5~58.5% (대구경), 고강도 강관(SGT550)에서는 대구경은 43.8~45.3%, 소구경은 46.7% 정도의 큰 강도를 나타냈다.
13(a)와 같이 나타났다. 일반 강관(SGT275)은 최대 0.515~1.125 mm의 변위가 발생하였으며, 고강도 강관(SGT550)은 0.255~0.490 mm의 변위가 발생되어 일반 강관에 비해 60% 정도 감소하는 것으로 나타났다. Fig.
0 m씩 2열 보강을 하여도 강관의 허용응력을 만족하여 터널의 안정성을 확보할 수 있는 것으로 분석되었다. 즉, 기존의 일반 강관보다 고강도 강관을 사용할 경우 시공효율성이 증대되고, 보강효과가 더욱 우수하다는 것을 알 수 있다.
커플러가 있는 경우 동일한 대구경의 고강도 강관이 일반 강관보다 58.8~60.9% 정도 큰 인장강도를 나타냈고, 단관 형태의 경우 대구경은 50.2%, 소구경은 47.0%가 고강도 강관이 더 큰 인장강도를 나타내 고강도 강관이 일반 강관보다 모든 경우에 대해 큰 인장강도로 나타나는 것을 알 수 있었다. 한편, 동일 강종에서는 대구경과 소구경의 인장강도의 차이가 크지 않는 것으로 나타났으며, 이는 직경이나 두께에 관계없이 강관의 인장강도는 강종에 따른 특성이기 때문으로 판단된다.
휨 전단력에 대한 시험결과 연결부가 있는 경우 고강도 강관(SGT550)이 일반 강관(SGT275)에 비해 29.2~54.3% 정도 큰 휨 전단력이 나타났으며, 연결부가 없는 단관 형태의 경우는 고강도 강관이 일반 강관에 비해 40.8~49.1% 정도 크게 나와 연결부 유무와 상관없이 고강도 강관의 휨 전단력이 더 우수한 것으로 나타났다. 단관 형태일 경우 일반 강관의 경우는 연결부가 있는 강관대비 44% 이상 큰 휨 전단력를 나타냈고, 고강도 강관의 경우는 단관형태가 78% 이상의 큰 휨 전단력을 나타냈다.

후속연구

7. 본 연구에서 나타난 결과를 토대로 실무에서 강관보강 그라우팅 설계 시 강관의 특성을 고려한 설계가 필요하다고 판단된다. 즉, 강관과 원지반, 충전재를 고려한 종합적인 거동 분석을 위한 수치해석적 검토뿐만 아니라 강관의 특성(예, 강도)을 고려하여 이론적 방법을 적용한 검토를 통해 강관의 보강 간격과 길이의 적정성을 제시하고, 보강각도에 따른 영향을 검토하여 적용할 경우 기존의 경험적인 설계와는 다른 최적화된 강관 보강 그라우팅의 설계를 수행할 수 있을 것으로 사료된다.
즉, 강관과 원지반, 충전재를 고려한 종합적인 거동 분석을 위한 수치해석적 검토뿐만 아니라 강관의 특성(예, 강도)을 고려하여 이론적 방법을 적용한 검토를 통해 강관의 보강 간격과 길이의 적정성을 제시하고, 보강각도에 따른 영향을 검토하여 적용할 경우 기존의 경험적인 설계와는 다른 최적화된 강관 보강 그라우팅의 설계를 수행할 수 있을 것으로 사료된다. 다만, 아직 명확한 설계법이 정립되지 않은 상태이므로 매개변수를 통한 추가적인 다양한 연구를 통해 향후 설계법의 정립화가 필요할 것으로 판단된다.
이러한 연구 결과를 비추어 볼 때 고강도 강관을 활용한 보강 그라우팅을 현장에 적용할 경우 설계 효율성을 향상시킬 수 있고, 보강효과 측면에서도 우수한 것으로 나타나 충분한 현장 적용성을 지니고 있는 것으로 판단된다. 다만, 향후 지속적인 현장 계측자료를 수집하여 일반적인 경향을 도출하고, 신뢰성을 높일 필요가 있을 것으로 사료된다.
또한, 현재 실무에서 강관보강 그라우팅에 대한 안정성 검토시 수행하고 있는 수치해석을 통한 터널의 안정성 검토 외에도 이와 같은 강관의 허용응력에 대한 안정성 여부에 대해서도 검토하여 강관의 설치 간격 등에 대한 적정성을 검토할 필요가 있다고 사료된다.
14에 나타난 바와 같이 일반 강관(SGT275)은 이론식을 통한 응력예상값과 현장 계측값이 유사하게 나타나고 있으나 고강도 강관(SGT550)의 경우는 응력예상값보다 훨씬 작은 응력이 계측된 것으로 나타난다. 이러한 경향은 지반 내 복합적인 원인(지하수, 측압계수, 발파 이완하중, 물성치 등)으로 인해 나타나게 되므로 구체적인 원인에 대해서는 많은 추가적인 연구가 필요하겠지만 앞서 기술한 바와 같이 고강도 강관이 응력의 하중전이에 따른 아칭효과에 더 유리한 원인도 있을 것으로 판단된다. 한편, Tables 11~16은 굴착 단계별 강관의 예상 응력과 실제 단계별로 계측된 응력을 비교하여 강관 위치별로 발생되는 응력을 표시한 것이다.
(2003)이 제시한 이론적인 강관응력 산정방법을 통해 고강도 강관과 일반 강관에 대한 응력을 산정한 결과 이완 하중고에 따라 일반 강관은 종방향 4 m 간격으로 설치해야 하나, 고강도 강관의 경우에는 동일한 이완 하중고에서 종방향 6 m 간격으로 설치하여도 강관의 허용응력 이내로 확보되는 것으로 산정되었다. 이러한 방법을 통해 강관 보강 그라우팅의 설계의 효율성을 높이고, 시공성을 향상 시킬 수 있을 것으로 사료된다.
이러한 설계법은 토사, 풍화암과 같은 연속체 거동에서 강관보강 그라우팅의 효과를 평가하기에 적합하고, 암반의 경우에는 파괴 블록에 의한 불연속체 거동을 하기 때문에 강관 보강 그라우팅의 거동이 상이하므로 앞으로 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
본 연구에서 나타난 결과를 토대로 실무에서 강관보강 그라우팅 설계 시 강관의 특성을 고려한 설계가 필요하다고 판단된다. 즉, 강관과 원지반, 충전재를 고려한 종합적인 거동 분석을 위한 수치해석적 검토뿐만 아니라 강관의 특성(예, 강도)을 고려하여 이론적 방법을 적용한 검토를 통해 강관의 보강 간격과 길이의 적정성을 제시하고, 보강각도에 따른 영향을 검토하여 적용할 경우 기존의 경험적인 설계와는 다른 최적화된 강관 보강 그라우팅의 설계를 수행할 수 있을 것으로 사료된다. 다만, 아직 명확한 설계법이 정립되지 않은 상태이므로 매개변수를 통한 추가적인 다양한 연구를 통해 향후 설계법의 정립화가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고강도 강관이란?	본 논문에서는 강관의 항복강도와 인장강도가 큰 SGT550 강종의 고강도 강관을 터널 보강용으로 적용하고자 연구를 수행하였다. 고강도 강관은 POSCO에서 개발된 PosH690 고강도 강판을 이용한 강관으로 항복강도가 550 MPa 이상으로 기존 일반 강관(SGT275)의 항복강도의 2배이며, 인장강도도 690 MPa로 일반 강관의 410 MPa 보다 훨씬 큰 강관이다. 고강도 강관(SGT550)과 일반 강관(SGT275)의 기계적, 화학적 성질은 Table 1과 같다.
	실험을 통해 알게 된 고강도 강관의 기존 일반 강관 대비 장점은?	특히, 실제 현장에 고강도 강관과 일반 강관을 시공하고 굴착에 따른 강관의 변위형상과 응력에 대한 계측 결과를 통해 고강도 강관의 보강 효과를 검증하였다. 연구결과 고강도 강관은 휨 강도가 우수하여 보강효과가 우수한 것으로 나타났으며, 강도 증진효과로 인해 아칭효과도 기대된다.
	강관보강 그라우팅 공법의 사용 목적은?	강관보강 그라우팅 공법은 터널 굴착 시 지반조건이 불량하거나 저토피 구간 등을 굴착하기 위해 사전에 터널보강을 시행하거나 혹은 붕락된 구간을 복구하고 잔여구간을 원활히 굴착하기 위해 이완된 지반의 강성 증대 및 공극부 충전, 암반 붕락부의 봉합 등의 목적에 유용하게 적용되어 왔다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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