유한요소해석에 의한 현장 물다짐효과분석에 관한 연구

Abstract

도시지하공간시설 중 지하공급시설의 용도는 상수도, 폐수, 하수, 열수, 가스, 전기, 전화선 및 공동구로서 어느 하나 우리 생활과 밀접한 관련이 없는 것이 없다. 이렇게 중요한 지하공급시설은 가끔 공사기간 촉박으로 인하여 지하굴착 및 기반공사가 동시에 이루어져 전체적인 공사의 통제가 어려워져 문제가 발생하는 경우가 있다. 이를 해결하기 위해서는 굴착공사 병행시공 단계에서 발생할 수 있는 문제점을 설계를 통해 예측하고 이러한 설계의 기준이 되는 시방에 적합한 시공을 함으로써 사고를 미연에 방지하거나 사고에 대한 위험성을 감소시킬 수 있다. 지하공간 활용을 위해 지하에 시공되는 지하공급시설 중 최근 전력구 관로 공사는 굴착 후 전력구 매설 뒤 주로 양질의 모래를 되메우기한 후 물다짐을 하는 방식으로 이루어진다. 전력구와 같이 고정된 매설물의 경우 균등한 하중 분포가 이루어지지 않거나 양질의 모래를 사용하지 않을 시 지반의 부등 침하로 인한 전력구 파손 사고가 일어나 막대한 인적?물적 피해를 초래할 수 있다. 본 연구의 목적은 관로시설을 매설한 뒤 널리 사용되는 모래물다짐 작업의 다짐효과와 침하량을 분석하기 위해 ○○도시철도 ○호선 ○공구에 시행된 지중 전력관로 매설공사의 현장을 현장 조건 그대로 ○○시 ○○○동에 시험 시공하여 시방에 맞는 물다짐을 실시한 뒤 관로 해체 후 현장들밀도시험으로부터 현장 물다짐의 다짐효과를 분석하였다. 또한 현장시험결과를 바탕으로 문헌연구를 통한 적절한 매개변수의 선정, 관 받침보의 강성차를 고려한 시공조건 선정, 그리고 다짐정도와 유기물 뒷채움재 사용에 따른 지반조건을 선정하여 다양한 경우의 지반 침하량 분석을 유한요소해석을 통하여 실시하였다. 현장시험 결과 모래물다짐지반의 상대밀도는 지표부에서 90.1%, 관 직하부에서 72.3%로 나타났으며, 상대다짐도는 지표부에서 96.2%, 관 직하부에서 89.6~90.1%로 나타났다. 물다짐에 의하여 얻을 수 있는 사질토의 상대밀도에 따른 흙의 상태는 중간상태 이상이며 상대다짐도로 보아서도 시방기준에 의거하여 양호한 물다짐을 수행할 경우 90%정도의 상대다짐도를 얻을 수 있었다. 수치해석 결과 상대밀도가 중간 이상인 경우는 관의 파손한계침하량에 이르기까지 약 30% 이상의 여유가 있었지만 쓰레기를 뒷채움 재료로 한 경우에는 받침보의 강성에 관계없이 파손한계침하량을 27~100% 초과하는 수치해석 결과가 나타났다. 이러한 결과는 뒷채움 재료의 지반 공학적 특성상 다짐상태에 따른 상대밀도가 중간 이상인 모래는 압축성이 작은 반면 쓰레기는 모래보다 탄성계수가 매우 작아 하중에 따른 변형이 크게 발생되기 때문인 것으로 판단된다.; In urban area, subway lines, electric power transmission lines, and sewer lines etc. are sometimes simultaneously constructed to reduce the excavation works and construction time. Careful examination and prediction of possible problems that may occur at a parallel construction of the lines should be performed to reduce some accident risk during construction. In this study, to analyze the compaction efficiency and settlement of sand compaction work by watering widely used after pipe construction of underground electric power duct pipelines, in the same condition as the field, by simulating existing field at Pungdeokcheon-dong, Yongin, Gyounggi-do, after performing compaction by watering about refilling material in a condition suitable for a specification, relative density of filling material was tested. In addition, the settlement was analyzed by Finite Element Analysis by estimating proper parameters through a literature review based on field test results and selecting construction condition concerning the strength of supported beams and ground condition which is reflected field condition according to compaction degree and use waste instead of sand as refilling material. As a result of field tests, relative density of sand layer of compaction using water showed 90.1% for ground and 72.3% for an immediate lower part of pipelines respectively. Relative degree of compaction showed 96.2% for ground and 89.6%~90.1% for an immediate lower part of pipelines. Therefore, relative density gained by compaction by watering was more than average and relative degree of compaction according to technical specification standard showed the result of about 90% in the case of good compaction by watering. As the result of settlement analysis, in the case of refilling lower straight pipe by using sand, according compaction condition, amount of settlement showed a little difference, but it was analyzed that it had margin more than about 30% until a basis amount of settlement to occur damage to straight pipe. In the case of using waste instead of sand as refilling material, however, the settlement was in excess of 27~100% regardless of the strength of supported beams. From geotechnical engineering characteristics of refilling material, it is because Elastic Modulus of organics such as waste has small compressibility.