지하구조물의 진동특성 - 지상구조물 : 질량, 강성 (고유진동수) 및 감쇄특성에 의해 거동이 달라짐. - 지중에 있기 때문에 지반운동을 순응하기 때문에 증폭현상이 발생하지 않는다. - 발산감쇠 (Radiation Damping) 이 크다. - 재료감쇠 (Material Damping) 과 함께 이중감쇠가 일어남.
재료감쇠 (vs 기하학적 감쇠) - 고체상태의 물체가 외력에 의해 변형 시 일부 에너지가 저장되는 현상. - 감쇠력 = 감쇠계수 x 상대속도 - 미소변형률에서는 작지만, 변형이 클수록 커짐. - 이력곡선을 통해 전단탄성계수 확보 필요.
붕락사고를 방지하고, 공기 단축 및 굴진율을 늘리기 위해 Shield TBM 공법이 많이 적용됨. (지하철 5호선 NATM 붕락 등의 사례) 저소음, 무진동으로 Shield TBM 에 대한 요구가 커짐. (천층 터널, 토피고 1.0D 이상확보는 필요. 굴진율 5~10m/day)
지표침하의 종류 : 선행침하, 막장전 침하, 테일침하, Tail Void, 후속침하 침하의 손실량 측정 : 체적손실(Ground Loss) 0.5 ~ 2.0% 정도. Dilatancy 에 따라 줄고, 늘고 할 수 있음.
1. Gap Parameter (수치해석법) - 지표침하 발생량 추정 방법. (경험식으로 개략적인 범위와 경향을 예측할 수도 있음.) - Tunnel Crown 의 수직변위. 연약토사의 붕락여부를 확인하기 위함. - 탄소성 변형을 통해 굴진장비, Lining 두께 등을 결정할 수 있는 기준이 됨. (지표침하의 원인, 초기응력 변화 추정 가능)
공간 : 설계단면 + 라이닝을 위한 여유 공간 + 라이닝 + Tail Piece 를 위한 여유 공간 Tunnel Shield Picthing 에 따른 Tilting 으로 변형 발생. 지보재 설치 전 비구속 변형에 따른 처짐을 측정. 변위제어모델 (Displacement Control Model)을 이용하여 지표침하량 추정 (2차원 수치해석)
지표 침하 : 얕은 토피고, 지반 불량, 진행성 파괴, 인접구조물 - 단기침하 : 응력해방 - 라이닝 변형 : 외력 및 수압에 의해 세그먼트 변형량 발생 - 지하수위 저하에 따른 압밀, 체적감소에 의한 침하
2. Tail Void 굴착 진행 중 Tail 부에서 지보나 Segment/Grouting 설치 전 발생하는 공간 (굴착면과 세그먼트 사이) 여굴에 의한 원인, 막장면 손실 및 변형이 이어지는 것에 대한 원인 G = G tail void + 굴진면 변형 손실에 따른 움직임 + 굴진 방향에 따른 손실 G Tail Void 는 감소계수를 통해 조정 가능. 충전 필요.
3. 대책 A. 굴진제어 시스템에 의한 모니터링으로 최소화 B. 막장압 제어 관리 C. 모든 Gap Parameter 가 지표침하로 이어지는 것은 아니므로, 정확한 수치해석이 필요.
싱글 쉴드 TBM (Single Shield) - 굴진면에 대한 지보시스템이 없는 전면 개방형 (Gripper, Segmental) 전단면 굴착
Segmental Shield 는 Gripper 가 없어 굴진과 Segment 설치가 동시에 불가능함. - Open TBM 에 shield erector 등이 추가된 모습 - 연약지반 안되고, 막장부 자립이 가능해야 함. - Double Shield (더블 쉴드)와의 차이 * Shield 가 여러개로 나눠지지 않는다. * 유지관리가 간단하다. * 후퇴공간이 필요없다.
탄성계수 (E) : 탄성관계의 그래프 안에서 정해지는 탄성계수. 응력을 변형률로 나눈. (직선으로 가정 or 접선계수)
탄성계수 = 변형계수 x 1.5~2.5. 지반 초기의 릴랙세이션 때문
방법 : PMT (프레셔미터 테스트, Pressuremeter Test) 를 통해 둘다 구할 수 있음, N치를 이용한 경험적 변환
반복작용에 따른 변형계수와 탄성계수의 차이 표현 (ASTM D4719 에서는 Ep Er 로 나와있음.)
(K=1~3) 이유 : Pre-boring 에 따른 교란 때문에 필요. (poisson 은 이미 들어가 있음.)
Prebored type 이 있고, SBPMT(Self boring type) 이 있음.
지반반력계수 : 단위면적당 저항력과 변위와의 관계. 재료의 물성치라기보다는 경계조건의 이해. 재하판이나 재하 조건에 따라 달라짐. - 수평 : 공내재하시험 (PMT). 실제 수치해석을 하는 경우 변위에 따른 토압의 변화나 굴착저부 영향에 따른 지반반력계수 감소계수가 적용될 필요가 있다. - 수직 : 평판재하시험 (PBT)
수치해석 - 탄소성법 : SUNEX 5.74 역해석을 통한 지반반력계수 산정. (Trial and Error, 수평변위오차 최소화) - 유한요소해석법 : PLAXIS 8.2. 현장 계측과 유사한 결과 도출 가능.