도심지 터널 교차나 저토피 터널, 불연속면이 존재하는 터널의 단면 혹은 편토압이 예상되는 터널.
- 천단변위, 내공변위에 의한 위험성
- 강관다단그라우팅, Forepoling 등을 통한 보강

천단부 보강 외에 측벽부의 응력 집중, 침하로 인해 굴착 시 안정성에 문제가 생길 수 있음.
- 각부의 보강 필요.

각부 보강의 효과

-       변형억제, 하중분산


각부 보강의 종류
-       단면 확대
-       Grouting, Pile 등을 이용한 지반 보강
-       Wing Rib 등의 보조 지보재 적용


적용 사례

저토피 터널의 상부 120도 이상만 개착하는 반개착 공법 카린시안(Carinthian Cut Method)와 원리나 적용이 유사함.
링컷, 다단벤치컷 등의 분할 굴착 공법과 함께 적용하여 막장면 안정성을 가져올 수 있음.

각부 지지력 산정 -> 수치해석 -> 응력에 따른 변위, 각부 보강재의 축력 등 산정.

Spring Line 기준 천단부 지보재 시공 후 하반 굴착 시 침하를 최소화 하고,
측벽 변위나 붕괴의 위험을 줄이기 위해 토사터널에 각부 보강을 적용할 수 있다.

발파영향 분석에 따른 발파 방법 선정
그를 위한 시험발파 및 계측

영향원(영향권 범위)을 만들어 이해를 돕는다.

지발당 최대 장약량
누두지수
최소저항선
공간격

터널 Lining 하중 및 응력 분포

(변위)

(축력)

(전단력)

(모멘트)

(하중 분담율)
각자 보강이나 부분이 담당하는 하중의 정도
시공 순서나 지반의 성질에 따라 다름.

굴착 직후 굴착면이 50 정도를 가지면
지보재 시공 완료 이후는
지보배가 100, 지반은 0 을 갖는 형태.

(변위-측압계수 그래프)


안정성 검토 : 지보 패턴별 변위(측압계수 고려, 천단/내공), 지보재 부재력 (숏크리트, 록볼트) 를 허용치 이내로 관리.
(하중분담율 고려)

시추없는 원위치시험(물리탐사)으로,
시료 채취는 할 수 없지만 지반 상태를 저렴하고 빠르게 확인할 수 있는 방법.
신뢰도는 주변 영향 (지하수 등)에 따라 영향을 받을 수 있어 크지 않은 편으로 다른 시험과 조합하는 것이 중요.

시추없는 원위치시험(물리탐사)으로,
시료 채취는 할 수 없지만 지반 상태를 저렴하고 빠르게 확인할 수 있는 방법.
신뢰도는 주변 영향 (지하수 등)에 따라 영향을 받을 수 있어 크지 않은 편으로 다른 시험과 조합하는 것이 중요.

전기적으로는 지하 케이블 매설 시 케이블 피복두께에 영향을 주기 때문에 시험이 필요한 경우도 있음.

1.     원리
-       물체의 종류에 따라 흐르는 전류의 양이 달라짐. 저항(비저항치, 옴m)
-       땅 속의 공극률, 유체의 성질, 포화도, 광물의 종류, 파쇄대 등에 따라 다르게 나타남

2.     Conductivity : 비저항치의 역수

3.     비저항치의 예시

암석의 강도가 클수록 저항치도 크다.
공극률이 크면 작아진다.
풍화가 많이 되면 작아진다
지열이 크면 작아진다.

4.     시공
일정한 간격을 두고 전극을 통해 전류를 흘려준다
등전위선 형성 : 균질 여부 확인
전극과 비저항 표시점의 위치는 보통 10~30m 적용 (일정 간격으로)

5.     결과치 예시

전단 특성의 차이는 배수와 확산이중층 존재에 따른 점착력이라고 볼 수 있다.

사질토의 전단

-       마찰각에 따른 마찰력이 중요. (입자간의 Interlocking, 엇물림 현상)
-       수직응력의 재하에 따라 차이가 커짐
-       활동마찰(느슨), 회전마찰(조밀)
-       전단-변형률 곡선의 차이. 항상 느슨과 조밀의 차이를 보여주는 것이 중요. (점성토는 NC/OC)
-       영향요소 : 간극비, 상대밀도, 최대건조단위중량, 입자의 형상과 입도분포, 구속압력(커지면 오히려 꺾이면서 전단저항각이 작아짐)

점성토의 전단

-       삼축압축 시험의 종류별 Mohr-Coulomb 시험으로 설명할 수 있음.
-       확산이중층, 동형치환, 배수, 점착력
-       파괴를 일으키는 과잉간극수압에 주목할 필요가 있음.
-       포화도에 따른 차이도 주목
-       정규압밀, 과압밀 (점착력의 발현)

설계지반 물성치

N치 4이하

허용잔류침하량

암거크기 : 통로암거 4.5 x 4.5, 수로암거 2.0 x 2.0, 횡배수관 D1000
암거의 시공 순서 : 연약지반의 경우 성토 -> Preloading 종료(압밀종료) -> 터파기 -> 암거구조물 시공 -> 되메우기

구조물 하부 개량공법 (개량율 판단이 중요, 30~40%)
- PF : Point Foundation. 교반공법, 고화재를 혼합. 상부 크고, 하부 작음. 전석층 시공불가. 소형장비. 말뚝보다 경제적. (5~10m)

- DCM : Deep Cement Mixing. 2~4축 교반장비 이용. 시멘트 현탁액으로 회전/관입/인발 반복. 전석층 시공불가. (D1000, 5~10m)
- JSP : Jumbo Special Pattern. 주로 보강용으로 수행. 용탈현상 우려. 균질성 확보 및 검증 어려움.

* 전석층, 자갈, 호박돌과 기반암의 차이
- 전석층 : 기반암과 떨어져 퇴적되어 있는 암. 보링이나 시굴할 때 전석을 기반암으로 오인할 수 있다. 0.5m3 이상되는 석괴. 호박돌과 같이 쓰이고 구분 어렵다.
- 호박돌 : 지름 20~30cm 이상, 개울 등에 있었거나 있는 천연돌. 둥글고 넓적한.
- 자갈 : 2~75mm 사이의 입경.

연약지반 공법 정리

SCP, GCP 원리와 시공순서는 아래 포스팅 참조.

Gravel Compaction Pile (Stone Column) GCP, SCP, Bulging 팽창파괴 - https://huedor2.tistory.com/m/616

연약지반 개량을 위해 SCP (Sand Compaction Pile) 시공 중, 장비의 관입이 불가함을 판단.

-       Sand Compaction Pile : Sand Drain 의 수평 배수와 밀도개량을 통해 지지력 확보도 함께 이룰 수 있음.

SCP 일반 : D 1000. 개량심도 10~30m

시공 불가 시 대안 : D700 + Auger, 고성토부는 PBD로 간극수 배출
(고성토 부는 Slope/W 로 사면 안정성 검토 필요.)

시험 시공을 통한 품질 및 공기 등 확인.

기본적인 전활지에 대해서 안정해야 함.
(전도, 활동, 지지력)

안전측 설계를 위하여 Rankine 토압이론 적용.
(주동 크게, 수동 작게, 벽마찰각 고려 안함.)

1)     벽체의 탄소성해석 : 경사지지대의 반력 산정
2)     경사지지대의 경사반력으로 환산
3)     지지블록에 작용하는 하중으로 수평/수직으로 구분. 토압계산
4)     지지블록의 활동안정성 검토. 안전율 1.2
5)     부족한 경우 지지말뚝 설치

설계 해석 프로그램 : SUNNEX, GEOX
수동토압은 충분한 변위가 발생했을 때 작용하므로, 신뢰성을 조절할 필요가 있음. (안전율)

터파기 여유폭

뒷채움재의 조건
- 양질의 재료 (5mm 20%이상, 0.08mm 15% 이하, Cu >6, Cg 1-3)
- 배수대책
- 다짐 용이
- 압축성 작음 (PI<10)
- 투수성 높음
- 강도저하 적음

되메움용의 조건 (매설관, 지하구조물 되매움)
- 압축성이 작음
- 소정의 역학적 특성
- 시공성
- 지지력
- 변형/유실 최소화

평판재하시험이 꼭 필요한 곳
- 실내시험이나 사운딩으로 지지력이나 침하 특성 판별이 어려운 경우
- 지지력이나 침하량이 허용한계에 가까운 경우
- 경험적/이론적 지지력보다 큰 값을 기대하는 경우
- 개량 후 지지력 확인을 하는 경우

-       Active Fault (활성 단층)
나라마다 함께 고려하거나 다르게 고려함.

-       Capable Fault
지진활동과 직접적인 관련성이 있다고 판단되는 단층
50,000년 이내에 적어도 1회 변위가 존재한 단층
원자력 분야에서 중요하게 관심.
반경 5km 이내.
심각한 사고 방지. 안전성 확보
부지선정

고려사항
1)     지표변형 및 지진표면운동 예측 필요. SHA
2)     최대지진력을 평가하여 내진설계에 반영. (국내 0.2g 반영)
3)     중요도와 지진정보의 D/B 를 함께 고려한 설계 필요.

단층 불연속면의 강도 확인 방법은
아래로

http://huedor2.tistory.com/801

간편한 공식으로 지반내응력이 직선적으로 분포

초기에는 중첩을 이렇게 공유하다가

수정방법을 하기와 같이 변경.
각도를 45도로 고정. 중첩응력의 최대값을 B/2 ~ z 까지로 직선/쌍곡선으로 조정.

다른 지중응력은 아래에서 참조하는걸로

http://huedor2.tistory.com/690

http://huedor2.tistory.com/764