지침 한국도로공사_설계실무자료집_2010년_8-7_개착터널 라이닝(상시) 설계기준 개선
2024.03.06 17:02
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8-7 개착터널 라이닝(상시) 설계기준 개선 설 계 처-6035
(2009. 12. 4)
Ⅰ 검토목적
o 개착터널 구간에 설치되는 철근콘크리트 라이닝의 설계기준을
『콘크리트 구조설계기준(2007)』개정 내용을 반영 개선하여 터널의
안정성 확보 및 효율적 단면설계를 도모코자 함
※ 개착터널 : 터널 갱구부 및 터널중간 계곡부 등에 터널 연장을 위해 지반을
개착(Open Cut)하고 라이닝 콘크리트를 시공한 후 복개하는 터널
Ⅱ 관련기준
□ 콘크리트 구조설계기준 개정
o 하중조합
콘크리트 구조설계기준(2003) 콘크리트 구조설계기준(2007)
- U = 1.54D + 1.7L + 1.8H
- U = 0.9D + 1.8H
- U = 0.75(1.54D + 1.7L)
- U = 1.54D + 1.5T
- U = 1.54D + 1.7L
- U = 1.4D+1.4Hv
- U = 0.9D+1.6Hv+1.6Hh
- U = 1.2D+1.2T+1.6L+1.6Hv+1.6Hh
- U = 1.2D+1.2T+1.6L+1.6Hv+0.8Hh
- U = 1.2D+1.0L
- 지하구조물과 같이 고정하중이
지배적인 구조물은 D대신 1.1D
대입(1.4D → 1.54D)
- 1.1D 적용 항목 삭제
- 토피 두께에 따른 보정계수 적용
※ U : 소요강도 D : 고정하중(자중 등) L : 활하중
H : 흙, 지하수 등의 횡압력에 의한 하중, T : 온도변화, 건조수축 등
Hv : 흙, 지하수 등의 자중에 의한 연직방향 하중,
Hh : 흙, 지하수 등의 횡압력에 의한 수평방향 하중
: 토피 두께에 따른 보정계수
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□ 터널설계기준(건설교통부, 2007)
o 라이닝 구조설계 시 발생 가능한 다양한 하중조합을 적용하여
상황에 가장 근접한 결과를 얻을 수 있도록 하여야 함
o 개착터널의 라이닝은 상시와 지진시 구조적 안정성 확보해야 함
- 지진시 : 터널내 내진설계 적용방안 수립(설계처-3023, 2006.11.22) 적용
□ 개착터널 라이닝 설계기준(상시) 수립(설계처-1428, 2007.5.15)
o 하중조합은 수평토압 및 반 수평토압 적용
o 라이닝 두께는 500mm 적용, 토피고 증가 등에 따른 단면력 증가 시는
지진 시를 고려 철근량으로 조정하고 단면두께 증가는 가급적 지양
o 철근량은 천장, 벽체, 바닥부로 분리 산정
Ⅲ 개착터널 라이닝 안정성 검토
□ 검토방법
o『개착터널 라이닝 설계기준(상시) 수립(설계처-1428, 2007.5.15)』
해석조건에서 변경된 하중조합을 적용하여 안정성 검토
□ 라이닝 안정성 검토
o 단면형상 및 하중재하도
단면형상 하중재하도
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o 해석조건
차로 토피고
흙의특성 지 반
단위중량 내부마찰각 정지토압 변형계수
2차로 2~5m 19.0kN/m3 30° K0= 0.5 5.0×105kN/m2
※ 일반적으로 터널의 갱구부가 토피고 3~5m 지점에 설치(터널설계기준)
되므로 토피고 2~5m를 대상으로 검토
o 하중조합
① U = 1.4D + 1.4Hv
② U = 1.2D + 1.6L + 1.6Hv + 1.6Hh + 1.2 (T1 + T2 + T3)
③ U = 1.2D + 1.6L + 1.6Hv + 0.8Hh + 1.2 (T1 + T2 + T3)
④ U = 0.9D + 1.6Hv + 1.6Hh
⑤ U = 1.2D + 1.0L
* U : 소요강도, D : 고정하중, L : 활하중
Hv : 흙, 지하수 등의 자중에 의한 연직방향 하중,
Hh : 흙, 지하수 등의 횡압력에 의한 수평방향 하중 ,
T1 : 계절별온도하중(+20℃, -20℃) T2 : 내외면온도차(+5℃, -5℃), T3 : 건조수축(-15℃)
* (토피 두께에 따른 보정계수)
토피고(h) h≤2m 2m<h≤7m 7m<h
계수값 1.0 1.05-0.025h 0.875
* 개착터널 특성을 감안하여 활하중 값 생략 가능
하중
조합
고정
하중
연직
토압
수평
토압
계절별
온도하중
내외면
온도차
건조
수축 비 고
+20℃ -20℃ +5℃ -5℃ -15℃
comb.1 1.4 1.4 - - - - - - 토피고(h)
h≤2.0m
: =1.0
2.0m<h≤7.0m
: =1.05-0.025h
comb.2 1.2 1.6 1.6 1.2 - 1.2 - -
comb.3 1.2 1.6 1.6 - 1.2 - 1.2 1.2
comb.4 1.2 1.6 0.8 1.2 - 1.2 - -
comb.5 1.2 1.6 0.8 - 1.2 - 1.2 1.2
comb.6 0.9 1.6 1.6 - - - - -
comb.7 1.0 1.0 1.0 1.0 - 1.0 - -
사용성검토
comb.8 1.0 1.0 1.0 - 1.0 - 1.0 1.0
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o 하중조합별 단면력(토피고 2m 경우)
하중
조합
천장부 측벽부 바닥부
모멘트
(kN‧m)
축력
(kN)
전단력
(kN)
모멘트
(kN‧m)
축력
(kN)
전단력
(kN)
모멘트
(kN‧m)
축력
(kN)
전단력
(kN)
comb.1 386.83 183.59 37.88 537.49 680.41 197.96 448.07 724.05 183.84
comb.2 69.27 522.25 50.16 83.61 751.46 115.62 190.90 819.84 254.84
comb.3 25.34 515.17 52.32 143.58 750.43 111.69 266.73 819.84 258.79
comb.4 255.47 359.81 121.53 318.16 744.47 143.47 234.73 781.72 150.32
comb.5 200.83 362.03 120.31 363.75 745.05 141.73 277.15 782.17 152.55
comb.6 30.43 525.70 42.72 91.10 720.69 107.76 233.40 775.99 265.50
comb.7 62.73 332.79 37.87 64.39 495.15 78.23 104.62 548.94 150.98
comb.8 26.12 329.50 39.67 114.36 494.29 74.95 167.81 548.94 154.27
- comb.1은 수평토압 미반영 단면력 과다로 바람직한 하중조합이 아님
※ 토피고별 단면력 및 철근량 검토(예시) : 붙임 #1 참조
o 단면설계 및 경제성 검토
- 단면력이 최대값인 조합에 대한 검토(토피고 2m : comb.4, 5, 6)
토피
(m)
단면두께
(mm)
단면적
(㎡)
주철근 공사비
(천원)
비율
천장부 측벽부 바닥부 (%)
2.0
T400 13.6 D19@125 D25@125 D16@125 2,252 102.7
T500 16.1 D19@125 D19@125 D16@125 2,194 100.0
T600 18.7 D16@125 D19@125 D16@125 2,310 105.3
3.0
T400 13.6 D25@125 D29@125 D16@125 2,616 103.0
T500 16.1 D22@125 D25@125 D16@125 2,538 100.0
T600 18.7 D19@125 D22@125 D16@125 2,498 98.4
4.0
T500 16.1 D29@125 D29@125 D19@125 2,938 102.9
T600 18.7 D25@125 D25@125 D19@125 2,856 100.0
T700 21.2 D25@125 D22@125 D19@125 2,884 101.0
5.0
T600 18.7 D32@125 D29@125 D22@125 3,287 104.9
T700 21.2 D29@125 D25@125 D19@125 3,133 100.0
T800 23.9 D25@125 D22@125 D19@125 3,081 98.3
o 검토결과
- 토피고 2m일 경우, 경제적인 라이닝 두께는 500mm임
- 토피고 증가에 따라 경제적인 라이닝 두께 증가
512
Ⅳ 개선방안
□ 적용 하중조합
o 수평토압(Hh) 미 적용 하중조합(comb.1) 삭제
번호 하중조합 비 고
1 U=1.2D+1.6L+1.6Hv+1.6Hh+1.2(T1+T2) 토피고 보정계수
h≤2.0m
: =1.0
2.0m<h≤7.0m
: =1.05-0.025h
2 U=1.2D+1.6L+1.6Hv+1.6Hh+1.2(T1+T2+T3)
3 U=1.2D+1.6L+1.6Hv+0.8Hh+1.2(T1+T2)
4 U=1.2D+1.6L+1.6Hv+0.8Hh+1.2(T1+T2+T3)
5 U=0.9D+1.6Hv+1.6Hh
6 U=1.0D+1.0Hv+1.0Hh+1.0(T1+T2)
사용성 검토
7 U=1.0D+1.0Hv+1.0Hh+1.0(T1+T2+T3)
□ 라이닝 단면
o 개착터널(2차로) 철근콘크리트 라이닝 두께는 최소 500mm 적용
- 토피고 증가, 지반조건, 활하중, 수압 등으로 단면력 증가시
시공성, 경제성 등을 감안한 최적단면 산정
o 철근량은 천장부, 측벽부, 바닥부로 분리 산정하고 시공성 등을
고려하여 간격 조정
Ⅳ 적용방안
o 설계중 및 설계완료 후 미발주 노선 : 본 기준 적용
o 공사중 노선 : 공사주관부서에서 현장여건 고려 적용여부 판단
붙 임 : 1. 토피고별 단면력 및 철근량 검토(예시)
2. 개착터널 라이닝 설계(상시) 흐름도. 끝.
513
붙임 #1
토피고별 단면력 및 철근량 검토(예시)
□ 토피고 2.0m
단면두께
(mm)
검토위치 모멘트
(kN‧m)
축력
(kN)
전단력
(kN)
주철근
T400
천장부 211.23 361.90 109.59 D19@125
측벽부 323.05 722.97 130.26 D22@125
바닥부 243.91 792.38 277.57 D16@125
T500
천장부 255.47 359.81 121.53 D19@125
측벽부 363.75 745.05 143.47 D19@125
바닥부 277.15 782.17 273.09 D16@125
T600
천장부 297.83 360.98 134.44 D16@125
측벽부 420.26 774.61 159.77 D19@125
바닥부 358.38 871.06 278.83 D16@125
□ 토피고 3.0m
단면두께
(mm)
검토위치 모멘트
(kN‧m)
축력
(kN)
전단력
(kN)
주철근
T400
천장부 343.78 446.17 162.88 D25@125
측벽부 448.73 900.76 179.95 D29@125
바닥부 329.10 930.24 272.57 D16@125
T500
천장부 361.70 446.78 173.44 D22@125
측벽부 505.75 923.42 192.08 D25@125
바닥부 391.27 957.69 275.54 D16@125
T600
천장부 410.48 448.11 186.97 D19@125
측벽부 560.34 954.26 208.20 D22@125
바닥부 453.87 994.93 281.35 D16@125
514
□ 토피고 4.0m
단면두께
(mm)
검토위치 모멘트
(kN‧m)
축력
(kN)
전단력
(kN)
주철근
T500
천장부 555.67 511.03 232.60 D29@125
측벽부 621.23 1086.31 252.68 D29@125
바닥부 511.28 1123.81 274.89 D19@125
T600
천장부 583.08 518.88 243.24 D25@125
측벽부 681.24 1119.25 264.96 D25@125
바닥부 574.45 1162.28 283.87 D19@125
T700
천장부 613.82 526.79 254.44 D25@125
측벽부 756.33 1200.31 278.15 D22@125
바닥부 649.31 1201.20 292.23 D19@125
□ 토피고 5.0m
단면두께
(mm) 검토위치 모멘트
(kN‧m)
축력
(kN)
전단력
(kN) 주철근
T600
천장부 775.22 580.99 299.06 D32@125
측벽부 811.77 1321.50 322.33 D29@125
바닥부 699.67 1319.71 286.40 D22@125
T700
천장부 800.92 589.27 310.74 D29@125
측벽부 888.42 1358.71 336.09 D25@125
바닥부 774.96 1359.78 298.39 D19@125
T800
천장부 824.28 597.68 322.09 D25@125
측벽부 966.92 1396.19 347.10 D22@125
바닥부 853.43 1400.33 309.97 D19@125
515
붙임 #2
개착터널 라이닝 설계(상시) 흐름도
