터널 라이닝에 대한 고찰

우리나라의 터널 내부는 콘크리트로 매끈하게 마무리되어 있고 측면에는 주로 타일이 붙여져 있다. NATM 터널의 기본 전제가 암반에 지지되는 1차 지보재가 하중을 받아 라이닝은 변형이 수렴된 후 시공되므로 사실 필요성 여부에 대해 현재까지도 의견이 분분하다.

​

하지만 콘크리트 라이닝의 역할은 미관, 공용후 유지관리 시 점검, 보수할 때, 터널 내부 시설물의 보호 기능, 내구연한 동안 역학적 안정성 향상에 있음이 터널설계기준등에 명확히 명시되어 있어 아직까지는 라이닝 설치가 당연시되고 있다.

​

콘크리트 라이닝 설계는 구조해석과 단면 설계의 순서로 이루어지는데 우선 무근 콘크리트로서 허용응력 설계법을 사용하고 허용응력을 초과하는 경우 강도설계법을 적용하여 철근량을 산출한다.

터널 라이닝 설계 방법으로 지중골조모델(Beam & Spring 모델)을 사용하는데 이 방법은 지반을 평면변형률 조건의 스프링(Spring)으로, 라이닝은 보(Beam) 요소로 표현한다. 또한 지반과 터널 구조물과의 상호작용은 탄성 스프링을 사용하는데 이때 스프링인 지반반력계수는 주변 지반의 탄성계수와 터널 구조물의 기하학적 치수에 의해 결정된다.

​

라이닝 터널 해석에서 발생이 예상되는 작용 하중으로는 이완 하중, 잔류수압, 라이닝 자중, 온도 및 건조수축 하중이 있다.

​

터널 유한요소해석 과정에서 이러한 하중 조건을 부여하는데 국내에서 수행되고 있는 터널 라이닝 설계에서는 하중재하방법, 설계 방법, 라이닝 단부 경계조건에서 다음과 같은 검토 조건이 통일성 없이 설계자의 선택으로 적용되고 있다.

이러한 불합리한 설계를 개선하고자 한국도로공사 설계처에서는 "콘크리트 라이닝 세부 설계 기준(안), 2016. 5"을 제시하여 이완 하중, 잔류수압의 하중 재하 방향과 지반반력계수의 적용, 단부 경계조건에서 설계 기준을 재정립하였다.

​

해당 지침에 대한 핵심 내용은 다음과 같다.

1) 하중재하방향

- 이완 하중은 중력 방향으로 재하

- 잔류수압은 부재의 직각 방향으로 재하

2) 지반반력계수

- 지반 특성을 반영한 AFTES 방법 적용(보수적, 안전 측 설계)

3) 단부 경계조건

- 아치부와 동일하게 암반 조건이므로 힌지가 아닌 스프링으로 처리

 

----  잘 보셨으면  "좋아요" 부탁해요?  010-3816-1998. 감사함다. -----