더블린 포트 터널 프로젝트에서 콘크리트 샤프트의 단계별 시공 해석

활용사례

더블린 포트 터널 프로젝트의 콘크리트 샤프트 시공 해석

대형 직경 콘크리트 샤프트의 시공 해석
홀 절단 순서에 대한 조사
벽체 보강 옵션의 평가

아일랜드의 더블린 포트 터널은 산트리의 M1 고속도로에서 더블린 포트의 이스트 월까지 이어집니다. 이 터널의 주요 목적은 더블린 포트에 대한 원활한 접근을 제공하고 도심의 교통 혼잡을 완화하는 것입니다. 터널 노선의 2.4km 길이는 강직한 볼더 클레이와 석회암에서 두 개의 보어드 터널을 굴착해야 합니다. 이 구간에 터널 굴착 기계(TBM)가 접근할 수 있도록 하기 위해 직경 60m, 깊이 32m의 샤프트를 시공해야 하며, 이 샤프트의 벽체는 1.5m 두께의 현장 타설 콘크리트 다이어프램 벽으로 구성됩니다. TBM이 제자리에 도착하면, 각각 13m 직경의 터널 구멍을 샤프트 벽면을 통과하여 굴착하고, 특정 길이를 터널로 굴착한 후 반대 방향에서 샤프트로 다시 들어오게 됩니다. 개구부 주변의 응력 재분배 방식과 내부 보강 옵션의 가능성을 평가하기 위해 Haswell Consulting Engineers는 LUSAS Civil & Structural 해석 소프트웨어를 사용했습니다.

LUSAS 모델이 전체 샤프트에 대해 생성되었으며, 제3자가 제공한 지반 하중이 적용되었습니다. 샤프트는 터널 개구부 건설 이전에 독립적으로 해석되었습니다. 그 후 크레인 하중이 추가되었고, 사전 정의된 순서로 터널 개구부를 도입하여 모든 적용 하중과 시공 단계에서의 방식에 따라 단계적 시공 해석이 수행되었습니다. TBM이 절단한 각 개구부에 대해 변형, 전단 응력, 굽힘 모멘트 및 후행 응력의 플롯이 생성되었습니다. LUSAS는 각 구멍을 정의하는 요소를 차례로 비활성화하여 구멍 생성의 순서를 모델링할 수 있었으며, 이전 해석의 결과를 다음 분석의 시작점으로 유지했습니다.	샤프트의 홀 절단에 따른 응력 재분배

구멍을 통과하는 결과의 그래프는 특히 유용했습니다. 흥미로운 관찰 중 하나는, LUSAS 해석에서는 1/4 모델만 사용했을 경우 다른 터널 개구부들의 누적 영향이 반영되지 않는 것으로 나타났습니다. 한편, 계약자는 다른 소프트웨어 패키지를 사용하여 1/4 샤프트에서 하나의 개구부를 해석했습니다. 두 세트 결과 간 비교는 각 모델에서 설정한 가정의 차이를 감안할 때 수용 가능한 수준의 일치를 보였습니다. 그러나 계약자의 해석 결과는 디자인에 적용되었으며, 이는 LUSAS에서 생성된 결과에 의해 향상되었습니다. 네 개의 구멍이 모두 컸을 때 각 구멍 주변의 최종 응력은 다르게 나타났습니다. Haswell Consulting Engineers의 드. 알라 사이나크 박사(현재 Halcrow 사의 수석 지반 공학자)는 다음과 같이 설명합니다: “하나의 절단 구멍 주변의 응력 분포는 인접한 구멍과 동일할 것이라고 생각하였으나, LUSAS와의 분석 결과는 그렇지 않다는 것을 증명하였으며, 전체 모델로 해석하는 것이 적절하다는 것을 보여주었습니다.”	첫 번째 절단 구멍을 통과한 결과를 보여주는 슬라이스 섹션

홀 절단으로 인해 벽에서 발생한 전단 응력 값과 굽힘 모멘트는 모두 수용 가능한 값이었지만, 더 높은 안전 계수가 요구되었습니다. 이를 달성하기 위해 세 가지 벽체 보강 옵션이 고려되었습니다. 이 옵션들은 모두 구멍 절단 전에 추가 콘크리트 타설을 포함하였습니다. 옵션 1: 1.5m 벽의 하단 섹션에 2m 두께의 내부 두께를 제공하는 것입니다. LUSAS 해석에서는 외부 벽이 이미 시공되어 초기 응력을 유지하고 있어 의미 있는 하중 전이 개선이 이루어지지 않았습니다. 옵션 2: 터널 개구부의 처마 위와 벽 하단에 각각 2m x 2m 링 빔을 제공하는 것입니다. LUSAS는 추가 링 빔이 대부분의 후행 하중을 수용하는 것으로 나타났지만, 국부적으로 재분배된 응력, 굽힘 모멘트 및 전단 하중을 유도하는 데는 실패했습니다. 옵션 3: 두 개의 링 빔과 구멍 주변의 링 빔과 유사한 두께의 보강 섹션을 제공하는 것입니다. LUSAS는 이 옵션도 잠재적 고정 응력을 감소시키는 데 실패한다고 나타났습니다. LUSAS의 도움으로 모든 잠재적 옵션은 시행 비용이 너무 높거나 원하는 결과를 달성하지 못했기 때문에 기각되었습니다. 최종 해결책은 터널 개구부의 처마 위에 링 빔을 시공하고, 구멍 주변 및 구멍이 포함된 콘크리트 세그먼트에 매우 높은 항복 강도와 큰 직경의 강철 보강을 사용하여 터널 구멍 절단으로 인해 발생하는 큰 전단 응력에 대응하는 것이었습니다.