프리캐스트 콘크리트 터널 구간의 설계, 제조 및 건설의 주요 측면에 대한 ACI 533.5R 가이드

메흐디 바흐시(Mehdi Bakhshi)와 베리야 나스리(Verya Nasri)

TBM에 의한 기계화 터널링은 지난 10년 동안 연약한 지반, 약한 암석, 균열된 단단한 암석과 같은 다양한 지반 조건에서 가장 지배적인 굴착 방법이었습니다. 프리캐스트 콘크리트 세그먼트는 굴착을 지원하고 영구 지반 및 지하수 하중에 저항하며 수밀성을 제공하기 위해 TBM 뒤에 설치됩니다. 또한 프리캐스트 세그먼트는 생산, 운송, 건설 시 발생하는 임시 하중을 위해 설계되었습니다.

ACI 533 가이드가 출판될 때까지 현지 또는 국제 당국은 설계자와 계약자에게 지침을 거의 제공하지 않았습니다. 이 기사의 저자가 주도한 ACI 533.5R 출판물은 국제 코드 기관이 출판한 세계 최초의 가이드로서 이러한 요구를 해결하고 단일 출판물에서 세그먼트의 설계, 제조 및 구성의 모든 주요 측면을 다루고 있습니다. 이 가이드에서는 구조 개념 및 세부 설계, 씰링 및 개스킷 설계, 연결 설계, 내구성 설계, 공차 정착 및 모니터링에 필요한 절차를 제공합니다. 이 문서는 전 세계적인 협력, 터널링 경험, 국내 및 국제 권장 사항을 바탕으로 초안이 작성되었습니다. 설계의 일반적인 측면 외에도 TBM 터널 라이닝 기술과 관련된 최신 설계 개발 및 최신 기술이 제시됩니다.

콘크리트 프리캐스트 터널 구간은 LRFD(하중 및 저항 계수 설계) 방법을 사용하여 설계해야 합니다. 표 1은 프리캐스트 콘크리트 터널 세그먼트가 설계되는 주요 하중 사례와 계수 하중 조합을 나타냅니다. 철근콘크리트와 섬유보강콘크리트(FRC)의 설계에는 각각 ACI 318-19와 ACI 544.7R-16의 강도저감계수가 요구됩니다.

터널의 사용 목적과 클라이언트 요구 사항에 따른 내부 공간 요구 사항에 따라 터널 인트라도의 크기가 결정됩니다. ACI 533.5R은 터널을 철도 및 지하철, 도로, 유틸리티, 상하수 터널의 네 가지 주요 범주로 분류합니다. 카테고리별 내부 공간 요구 사항은 '가이드'에 설명되어 있습니다. 그림 1은 도로 터널의 일반적인 레이아웃을 개략적으로 보여줍니다. ACI 533.5R은 다양한 터널 크기에 대한 라이닝 두께에 대한 내부 직경(ID) 비율의 범위를 제공합니다. 여기에는 ID가 13~18피트인 터널의 경우 15~25인치 범위, ID가 18피트 이상인 터널의 경우 18~25인치 범위가 포함됩니다. 터널 직경이 19~23피트인 경우 링 길이는 5피트가 권장되며, 직경이 30피트보다 큰 터널의 경우 링 길이는 6.5피트로 늘어납니다.

그림 1: 도로 터널 내부 공간의 개략도: a) 저점 펌프장의 단면, a) 일반적인 단면.

평행 링, 교정 링이 있는 평행 링, 오른쪽/왼쪽으로 테이퍼링된 링, 범용 링 시스템(그림 2 참조)은 다양한 세그먼트 링 시스템에 속합니다. 평행 링(그림 2(a))은 본질적으로 곡선에 적합하지 않습니다. 오른쪽/왼쪽 링(그림 2(b))에서는 일반적으로 각 링의 한 원주면이 터널 축에 수직으로 테이퍼지고 다른 면은 터널 축에 대해 기울어져 있습니다. 오른쪽 및 왼쪽 테이퍼 링을 차례로 교대로 사용하면 직선 드라이브가 생성됩니다. 이 링 유형을 사용하면 수밀성이 보장될 수 있지만 다양한 유형의 거푸집 세트에 대한 요구 사항이 단점입니다. 현재 보편적인 링 시스템(그림 2(c))은 가장 일반적인 시스템으로 각 링의 두 원주면이 터널 축에 대해 기울어져 있고 세그먼트 링의 회전을 통해 정렬이 협상될 수 있습니다. 이 시스템의 가장 큰 장점은 한 가지 유형의 거푸집 세트만 필요하다는 것입니다[3].

그림 2: 다양한 링 시스템, 테이퍼링 및 곡선 협상 회로도: a) 평행 링, b) 오른쪽/왼쪽 링, c) 범용 링.

링은 일반적으로 8-13의 세그먼트 세장비 비율을 생성하는 여러 세그먼트를 포함합니다. 직경이 최대 20피트인 터널에 대한 일반적인 권장 사항은 링을 6개의 세그먼트로 나누고 5+1 또는 4+2 구성을 사용하는 것입니다(후자의 숫자는 주요 세그먼트의 수를 나타냄). 터널 직경 범위가 20~26피트와 26~36피트인 경우 각각 7세그먼트 링과 8세그먼트 링을 채택할 수 있습니다. 36~46피트 사이의 터널 직경에는 9세그먼트 링을 채택할 수 있습니다. 마지막으로, 46피트보다 큰 터널의 경우 9+1 구성이 가장 일반적인 구성입니다.