원형 수직구 토류콘크리트 구조물 설계법의 합리적 개선 방향

Abstract

도심지에서의 전력수요 증가에 따라 전력구 건설이 증가추세에 있으며 이러한 전력구의 건설은 각종 지하시설물로 인하여 그 건설심도가 더욱 깊어져 불가분 터널식 공법에 의한 건설이 요구되는 실정이다. 도심지에서의 터널 공사는 작업공간 확보의 문제 때문에 작업구로서 원형의 수직구 구조물을 사용하고 있다. 원형 수직구 건설을 위하여 지반을 굴착할 때 가시설 벽체로 사용되는 토류콘크리트는 터널공사 기간내에 토압에 저항하는 가설 토류구조물로서 원형의 형상을 유지하고 있으나 설계시에는 엄지말뚝을 지점으로 하는 직선의 단순보로서 설계하여 부재력을 과도하게 산정하여 보수적인 설계 및 시공이 이루어지고 있는 실정이다. 본 논문에서는 이러한 원형 수직구 토류콘크리트의 기존 설계 방법의 문제점을 정량적으로 평가하고 합리적인 단면 개선 방법을 제안하는 연구를 수행하였다. 이를 위해 실제 시공이 이루어지고 있는 현장의 원형 수직구 가설벽체에 대해 현행 설계 방법으로 산정된 토류콘크리트의 부재력을 원형의 형상을 고려하여 산정한 부재력, 수치해석 결과 및 현장 계측 결과와 비교·분석하였다. 분석 결과 토류콘크리트를 엄지말뚝을 고정 지점으로 하는 보로 보고 설계할 경우 원형 형상으로 인한 모멘트의 감소 효과를 감안할 수 있는 것으로 나타났다. 이는 2차원 및 지반 3차원 유한요소 해석 결과 및 현장 계측 결과와 일치하는 경향을 보였다. 따라서 원형 토류콘크리트 가설벽체의 단면 결정시 엄지말뚝을 지점으로 하는 고정단보로 설계를 할 경우 실제 거동에 부합하는 부재력을 바탕으로 보다 합리적이고 경제적인 설계가 이루어질 수 있을 것이라 판단된다.; The construction of underground electric transmission line in the urban area is being increased in recent days. And the tunneling method is required in most excavations since various kinds of underground infrastructure are already buried in urban district. A circular shaft is mainly used in tunneling method as a work place in populated area because of the difficulties of getting necessary space. A bracing concrete used as a bracing wall in the excavation for the circular shaft is temporary structure and is formed as a circular shape. But in the design procedure engineers assume that circular structure as a 1-D simple beam supported by the soldier beam of the excavation. And 1-D simple beam overestimates the member force of beam compared to the circular shape. By this reason conservative design is now being taken in the design of bracing concrete wall. In this research, the defects of current design procedure is quantitatively evaluated and a reasonable substitute design procedure is proposed. For this purpose, the circular shaft excavation section is chosen where the real construction is taking place. Then, the bracing concrete designed by 1-D simple beam concept is compared with the substitute design methods which are the method considering circular shape and finite element analysis results. As a result, the concept of considering bracing concrete as a fixed end beam supported by soldier beam well evaluates the actual member force of circular shape. And these results fitly coincides with the analysis data of 2-D, 3-D FEM results and the instrumentation data obtained on the field. Consequently, a design procedure supposing bracing concrete as a fixed-end beam is able to lead to the more rational and economic design in circular shaft excavation.