대단면 쉴드터널 세그먼트 라이닝 두께 최적화 검토에 대한 연구

Abstract

쉴드터널공법에서 터널의 라이닝인 세그멘트는 공사비의 30%를 차지할 뿐만 아니라 터널에 작용하는 하중을 지지하는 주 구조체로서, 연속체가 아닌 이음부를 가지는 구조로 되어져 있다. 현재 국내에서 쉴드터널 라이닝 세그먼트의 해석 및 설계시는 2000년 국제터널협회(International Tunneling Association)에서 발표한 지침서(ITA, 2000)에서 제시된 구조해석 모델들을 주로 이용하고 있다. 이 지침서에서는 이론해부터 수치해석적인 방법까지 각종의 구조해석 모델들을 제시하고 있다. 그러나 대형 대단면의 적용에 필요한 세그먼트 단면설계에 관한 구체적인 언급이 없는 실정이다. 국내의 설계경향은 구조해석 모델이나 설계하중 및 지반정수의 영향 등에 별다른 검증평가 없이 과거의 국내·외 설계 자료에 관행적으로 의존하여 과다설계하고 있는 실정이다. 본 논문에서는 쉴드터널공법으로 대단면 지하공간 축조시 라이닝의 세그먼트의 최적단면을 제시하고자 하며, 또한 실무에 사용할 수 있는 간단도표를 제안하고자 한다.

The shield-driven tunneling method has been widely adopted for the construction of urban underground tunnels in soft and collapsible ground due to its flexibility, cost effectiveness and the minimum impact on ground traffic and surface structures. Recently, jointed segmental precast concrete linings connected by steel bolts are commonly used instead of steel or cast iron segments in most shield-driven tunnels. As the lining of a shield-driven tunnel is not a continuous ring structure due to the existence of joints, the effects of the joints on internal forces and displacements should be taken into consideration in the design of segment lining. This study suggested an optimum thickness of jointed shield-driven segment lining by the finite element analysis to determine the internal forces and displacements of jointed shield-driven tunnels. Factors considered in the analysis include joint stiffness, soil resistance, number of joints, diameter, and tunnel depth.