| 연구개발개요 |
- 우리나라는 국토의 대부분이 산지로서 도로나 철도를 계획할 때 터널 시공이 곤란한 경우 대절토 사면을 가질 수밖에 없어 인접한 마을 주민과 야생 동물의 통로를 차단하게 되어 민원 발생과 더불어 생태통로를 훼손하고 있는 실정임. 따라서 이러한 문제 해결을 위해서 경부고속전철 1/3이상이 터널구간이며 이 가운데 약 20%정도가 개착식 터널구조물로 시공되는 등 개착식 터널의 수요가 늘어나고 있음. - 개착식 터널구조물의 시공과정 가운데 강재 거푸집 설치, 철근조립, 콘크리트 타설/양생 등의 공정은 1 span 시공에 약 1주일 정도의 기간을 필요로 하며, 이 기간 중 작업불량은 품질은 물론 구조적 안정성에 큰 영향을 미치게 되는 등 작업의 품질관리에 만전을 기하여야 한다.- 콘크리트 라이닝의 품질관리 향상, 공정의 단순화 및 공기단축 등을 통한 개착식 터널구조물의 경제성을 향상 시키는 방안 가운데 가장 현실적인 대안이 프리캐스트를 이용한 조립식 터널구조물 시공방법임. 프리캐스트 조립식 공법은 2000년대 들어서 국내에서는 지중 전력구, 통신구 또는 공동구 등의 구조물을 시공함에 있어 프리캐스트 공법을 활발하게 적용해오고 있다. 프리캐스트를 이용한 조립식 구조물 시공법은 공장에서 프리캐스트를 제작한 후 현장에서 조립하여 완성하는 공법으로 공기단축은 물론이고 도심지 경우 교통흐름 방해를 최소화할 수 있으며 공장생산으로 엄격한 품질관리에 의해 균일한 제품을 생산하는 장점이 있다.- 프리캐스트 조립식 터널구조물의 장점을 활용하여 우리나라 지형 특성 고려 및 환경친화적인 설계기법의 도입과 구조물 시공에 대한 국민적인 관심사가 높아지고 있는 시점에서 이러한 프리캐스트 공법을 개선한 리브 보강형 프리캐스트 아치를 이용하여 개착식 터널 및 생태터널과 같이 고성토의 토피하중을 지지함은 물론 동시에 고속도로 터널과 같이 많은 차선을 포함할 수 있도록 하는 구조물 시공 공법에 대한 수요가 있으며, 따라서 이러한 공법에 대한 수요를 만족시키기 위해 연구 개발이 필요한 실정이다.
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| 최종목표 |
- 리브 보강형 프리캐스트 아치를 이용한 개착식 터널로 구조적 성능 향상 : 생태터널과 같이 고성토 하중에 구조적으로 충분히 저항할 수 있으며 또 도로 및 철도 터널과 같이 많은 차선을 포함할 수 있도록 충분한 지간장을 가짐으로써 사용성을 만족할 수 있는 대단면 고성토 하중용 단면으로 리브 보강형 프리캐스트 아치를 개발하고 추가하중에 대해 리브를 통해 프리스트레싱을 도입하여 구조적인 성능을 개선함.- 합리적인 설계지침과 시공지침 제시 : 개착식 터널을 시공함에 있어 기존의 현장타설 시공법을 지양하고 아치 형상의 프리캐스트로 공장 제작하여 현장 운송 후 현장에서는 단순히 조립하여 설치, 시공 완료 할 수 있도록 하며 이를 위하여 효율적인 세그먼트 분절 위치, 세그먼트 크기, 이음부 형상, 이음부에서의 구조적 체결 필요성 여부 검토 등.- 합리적인 설계기준 및 설계방법 제시 : 장지간으로 고성토 하중을 저항하면서도 기존 현장타설에 비해 단면두께를 절감한 설계가 가능하도록 설계 지침을 제시하며 또한 현장 여건에 따른 시공 지침을 제시함.
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| 연구내용 및 범위 |
- 현재 사용하고 있는 개착 지중구조물(지중라멘교, 개착식 터널)의 설계방법, 시공방법에 대한 현황을 현장타설 공법과 프리캐스트 공법으로 각기 분류하여 조사.- 현장타설 개착 터널을 대상으로 연구되었던 복개터널의 설계요소기술기발의 연구 결과와 개착식 터널 구조물과 주변 뒤채움재를 고려한 지반 구조물 상호작용 해석법을 이용하여 개착 터널 구조물을 프리캐스트로 대체하여 적용하였을 때 활용이 가능한지 연구를 수행하여 프리캐스트를 이용한 개착식 터널 구조물의 해석기법과 설계기법을 제시함.- 개착 터널의 지간장과 현장 설계조건인 성토부 토피고에 따라 표준 리브 보강형 프리캐스트 아치 단면을 도출하며, 각각의 표준단면에 대해 다양한 설계조건을 적용하여 해석을 수행한 후 그 해석결과를 가지고 최적의 프리캐스트 단면 분절 위치를 구하도록 함.- 도로상 운반이 가능하도록 하며, 크레인으로 인양할 때 프리캐스트 구조물을 경량화 하여 경제성을 확보하기 위해 프리캐스트를 3분절로 제작한 후 현장에서 조립하도록 하며, 이때 구조 설계시 도입된 개념과 사용성을 동시에 만족할 수 있는 이음 형상을 기존의 프리캐스트 이음 사례를 조사하여 제시함.- 가정된 이음 형상을 가지고 국부 유한요소 해석과 모델 실험을 통해 그 적합성을 검증하도록 하며, 이음부에 가정된 구조 설계상의 개념에 적합한 프리캐스트 이음 체결 방식을 제시하도록 함.- 리브 보강형 프리캐스트 아치를 이용한 개착 터널의 설계 및 시공법 개발이 장지간이면서 또 성토부 하중이 크게 작용하는 경우를 위한 것이므로 프리캐스트 상부 슬래브에 하중이 크게 발생하는 경우 슬래브 하면의 리브에 추가로 강선을 삽입한 후 포스트 텐션닝에 의해 프리스트레싱을 도입하여 외적 하중에 효과적으로 저항할 수 있도록 하는 설계 및 시공 방법을 개발하여 제시 함.- 현장 실물 실험 혹은 대형 실내 실험을 통해 리브 보강된 프리캐스트 아치 개착 터널 구조물의 설계 방법을 검증하고 현장 적용성을 확인 함.- 리브 보강형 프리캐스트 아치를 이용한 개착 터널의 설계 지침을 마련하며, 프리캐스트 세그먼트의 공장 제작, 운반, 보관 및 인양 방법, 그리고 조립 설치 및 뒤채움 되메우기 전 과정에 걸쳐 시공 지침을 마련함.
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