Transcript 첨부파일

Geotechnical Engineering Laboratory
@ Sungkyunkwan University
서울지하철 909공구 산학협동연구 최종보고
2008. 11. 12
성균관대학교 지반연구실
교수 유충식
www.geoskku.net
현장개요 및 공사현황

현장위치도
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
목차
1
계측자료 분석
2
역해석을 이용한 설계지반 정수 평가
3
여의하류 IC 구간 안정성 평가
4
중점관리구간 지표침하 평가
5
세그먼트 응력 검토를 통한 라이닝 안전성 평가
6
지표침하 정밀계측 제고를 위한 개선방안
7
종합결론
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
현장개요 및 공사현황

쉴드터널 구간
C 갱
B 갱
D 갱
A 갱
1,195m
612m
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
현장개요

쉴드공법 개요
공
법 : 이수가압식 (Slurry Shield)
 터널연장 : 1,807m x 2열 = 3,614m 단선병렬
- A,B TUNNEL :
612m
- C,D TUNNEL : 1,195m
 터널단면 : 내경 Φ6,750mm,외경 Φ 7,450mm
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
현장 개요

쉴드터널 지층구조
구
A,B 터널
분
단위
토사구간
M
토사구간
M
C,D 터널 암+토사구간 M
암구간
M
계
연 장
612
485
368
342
1,807
비 고
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
계측자료 분석을 통한 시공관리
- A갱을 중심으로
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱 계측자료 분석

계측기 설치현황
-범
2
지중층별침하계(자동화계측)
5
지중층별침하계(수동계측)
2
T
건물경사계
20
C
균열계
14
S
A Type
한화증권
례-
지하수위계
내
IP
20(중)
X
446845.4356
R
5000
Y
193037.8303
S EGMENT
응력계(자동화계측)
IA
0-55-46.21
TL
40.5581
CL
81.1144
내공변위계
SL
0.1645
S
12
6
지중침하계
고려생명빌딩
내
T
T
600
T
T
내
T
내
S
내
T
T
T
T
내
S
T
내
S
T
800
S
T
20(하)
2000
ETCc STA. 16K972.920
X
446812.2437
Y
193052.8179
2-45-9.32
48.0510
CL
96.0835
0.5771
S
E.C STA. 16K961.420
IP
R
IA
TL
SL
ECCc STA. 16K949.920
ETCc STA. 16K926.432
E.C STA. 16K921.432
ECCc STA. 16K916.432
BCCo STA. 16K876.836
B.C STA. 16K865.336
BTCo STA. 16K853.836
BCCc STA. 16K845.317
B.C STA. 16K840.317
BTCc STA. 16K835.317
여의도공원
17km
K Type
900
T
ETCo STA. 17K 24.294
ETCc
T
T
700
T
ECCo STA. 17K 8.294
ECCc
T
BCCc STA. 16K977.495
T
BTCc STA. 16K961.494
T
펌프실및집수정
X
446762.9415
Y
193109.4795
0 - 53 - 37.68
23.4001
CL
46.7993
0.0913
S
3000
E.C STA. 17K 16.294
분전반
20(상)
B.C STA. 16K969.494
T
IP
R
IA
TL
SL
7
B Type
대한투자신탁
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱 계측자료 분석
종추력 및 커터토크 경시 변화
총추력(X1000)
총추력 변화 추이
최대치: 3000 ton
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
420
440
340
360
380
400
420
440
세그먼트 No .
커터토크 변화 추이
최대치: 370 ton- m
39
37
35
33
커터토크(X100)

31
29
27
25
23
21
19
17
15
13
11
9
7
5
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
세그먼트 No .
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱 계측자료 분석

천단침하/ 내공변위 (STA.16k860 - 상행)
S
T
T
S
T
T
T
T
내
S
T
ECCo STA. 17K 8.294
ECCc
S
900
E.C STA. 17K 16.294
내
ETCo STA. 17K 24.294
ETCc
T
BTCc STA. 16K961.494
T
800
B.C STA. 16K969.494
T
BCCc STA. 16K977.495
고려생명빌딩
17km
E.C STA. 16K961.420
20(하)
2000
X
446812.2437
Y
193052.8179
2-45-9.32
CL
96.0835
S
ETCc STA. 16K972.920
ECCc STA. 16K949.920
ETCc STA. 16K926.432
E.C STA. 16K921.432
ECCc STA. 16K916.432
B.C STA. 16K865.336
BCCo STA. 16K876.836
BCCc STA. 16K845.317
B.C STA. 16K840.317
BTCo STA. 16K853.836
BTCc STA. 16K835.317
IP
R
IA
TL
SL
48.0510
0.5771
 변위크기 허용치 이내
변위 (mm)
내공변위/천단침하 결과그래프
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
2005/1/14
 세그먼트 설치 후 토압
으로 변위 발생
최대 내공변위: 1 mm
내공변위
(CH1)
우측대각
(CDR1)
좌측대각
(CDL1)
최대 천단침하: 5mm
천단침하
(CS1)
2005/2/3
2005/2/23
2005/3/15
2005/4/4
2005/4/24
계측일
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱 계측자료 분석
천단침하/ 내공변위 (STA.16k860 - 하행)
S
T
S
T
T
T
T
내
S
T
ECCo STA. 17K 8.294
ECCc
S
900
E.C STA. 17K 16.294
내
ETCo STA. 17K 24.294
ETCc
T
BTCc STA. 16K961.494
T
800
B.C STA. 16K969.494
T
T
BCCc STA. 16K977.495
고려생명빌딩
17km
E.C STA. 16K961.420
20(하)
2000
X
446812.2437
Y
193052.8179
2-45-9.32
CL
96.0835
S
ETCc STA. 16K972.920
ECCc STA. 16K949.920
ETCc STA. 16K926.432
ECCc STA. 16K916.432
E.C STA. 16K921.432
B.C STA. 16K865.336
BCCo STA. 16K876.836
BCCc STA. 16K845.317
B.C STA. 16K840.317
BTCo STA. 16K853.836
BTCc STA. 16K835.317
IP
R
IA
TL
SL
48.0510
0.5771
내공변위/천단침하 결과그래프
최대 내공변위: 1 mm
내공변위
(CH1)
S
T
S
T
S
T
T
T
T
내
S
T
ECCo STA. 17K 8.294
ECCc
내
900
E.C STA. 17K 16.294
T
800
우측대각
(CDR1)
ETCo STA. 17K 24.294
ETCc
T
BTCc STA. 16K961.494
T
B.C STA. 16K969.494
고려생명빌딩
17km
20(하)
2000
좌측대각
(CDL1)
E.C STA. 16K961.420
X
446812.2437
Y
193052.8179
2-45-9.32
48.0510
CL
96.0835
0.5771
S
ETCc STA. 16K972.920
IP
R
IA
TL
SL
ECCc STA. 16K949.920
ETCc STA. 16K926.432
ECCc STA. 16K916.432
E.C STA. 16K921.432
B.C STA. 16K865.336
BCCo STA. 16K876.836
BCCc STA. 16K845.317
B.C STA. 16K840.317
BTCo STA. 16K853.836
BTCc STA. 16K835.317
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
2005/1/14
BCCc STA. 16K977.495
변위 (mm)

최대 천단침하: 5mm
천단침하
(CS1)
2005/2/3
2005/2/23
2005/3/15
2005/4/4
2005/4/24
계측일
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱 계측자료 분석
천단침하/ 내공변위 (STA.16k740 - 상행)
한화증권
T
분전반
T
IP
R
IA
TL
SL
T
펌프실및집수정
20(상)
X
446762.9415
3000
Y
193109.4795
0 - 53 - 37.68
23.4001
CL
46.7993
0.0913
S
T
T
T
내
S
T
T
700
T
T
T
T
T
내
S
T
T
T
내
S
T
800
T
내
S
T
T
900
B.C STA. 16K865.336
BCCo STA. 16K876.836
BCCc STA. 16K845.317
B.C STA. 16K840.317
BTCc STA. 16K835.317
BTCo STA. 16K853.836
내공변위/천단침하 결과그래프
변위 (mm)

10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
2005/1/14
내공변위
(CH1)
최대 내공변위: 2 mm
우측대각
(CDR1)
좌측대각
(CDL1)
최대 천단침하: 2mm
천단침하
(CS1)
2005/2/3
2005/2/23
2005/3/15
2005/4/4
2005/4/24
계측일
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱 계측자료 분석

천단침하/ 내공변위 (STA.16k740 - 하행)
한화증권
T
분전반
T
IP
R
IA
TL
SL
T
펌프실및집수정
20(상)
X
446762.9415
3000
Y
193109.4795
0 - 53 - 37.68
23.4001
CL
46.7993
0.0913
S
T
T
T
내
S
T
T
700
T
T
T
T
T
내
S
T
T
T
내
S
T
800
T
내
S
T
T
900
B.C STA. 16K865.336
BCCo STA. 16K876.836
BCCc STA. 16K845.317
B.C STA. 16K840.317
BTCc STA. 16K835.317
BTCo STA. 16K853.836
 천단침하 8 mm 발생
변위 (mm)
내공변위/천단침하 결과그래프
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
2005/1/14
 세그먼트 설치 후 토압
으로 변위 발생
내공변위
(CH1)
최대 내공변위: 1 mm
우측대각
(CDR1)
좌측대각
(CDL1)
최대 천단침하: 8mm
2005/2/3
2005/2/23
2005/3/15
2005/4/4
천단침하
(CS1)
2005/4/24
계측일
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱 계측자료 분석
천단침하/ 내공변위 (STA.16k640 - 상행)
T
분전반
내
T
IP
R
IA
TL
SL
20(상)
X
446762.9415
3000
Y
193109.4795
0 - 53 - 37.68
23.4001
CL
46.7993
0.0913
S
T
펌프실및집수정
T
600
T
T
내
S
T
T
T
내
S
T
T
700
내
T
T
T
내공변위/천단침하 결과그래프
변위 ( mm)

10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
2005/1/14
내공변위
(CH1)
최대 내공변위: 2 mm
우측대각
(CDR1)
좌측대각
(CDL1)
최대 천단침하: 2mm
천단침하
(CS1)
2005/2/3
2005/2/23
2005/3/15
2005/4/4
2005/4/24
계측일
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱 계측자료 분석
천단침하/ 내공변위 (STA.16k640 - 하행)
T
분전반
내
T
IP
R
IA
TL
SL
20(상)
X
446762.9415
3000
Y
193109.4795
0 - 53 - 37.68
23.4001
CL
46.7993
0.0913
S
T
펌프실및집수정
T
600
T
T
내
S
T
T
T
내
S
T
T
700
내
T
T
T
내 공 변 위 /천 단 침 하 결 과 그 래 프
변위 (mm)

10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
2005/1/14
최대 내공변위: 2 mm
내공변위
(CH1)
우측대각
(CDR1)
좌측대각
(CDL1)
최대 천단침하: 1mm
천단침하
(CS1)
2005/2/3
2005/2/23
2005/3/15
2005/4/4
2005/4/24
계측일
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱 계측자료 분석
세그먼트 응력 (STA.16k580 - 상행)
세그먼트 응력계
설 치 위 치 (Location) : 16K 580 (135 Ring)
계 기 종 류 (Type)
: Segment Strain Gauge
 세그먼트 설치 후 토압
으로인한 응력 증가 후
수렴
응 력 (kg/㎠ )
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
 좌우측 비 대칭
최대응력 70 kg/cm2
2005/04/24
2005/04/14
2005/04/04
2005/03/25
2005/03/15
2005/03/05
2005/02/23
2005/02/13
2005/02/03
2005/01/24
 우측 어깨부에서 허용치
이하의 최대응력 발생
2005/01/14

<굴 착 에 따 른 시 간 -축 력 변 화 곡 선 >
응 력(좌)
1차 관리기준
2차 관리기준
응 력(우)
응 력(천단)
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱 계측자료 분석
세그먼트 응력 (STA.16k670)
 세그먼트 설치 후 토압
으로인한 응력 증가 후
수렴
세그먼트 응력계
설 치
위 치 (Location) : 16K 670 (215 Ring)
계 기 종 류 (Type)
: Segment Strain Gauge
응 력 (kg/㎠ )
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
 좌우측 비 대칭
 좌측 어깨부에서 허용치
이하의 최대응력 발생
2005/04/28
kg/cm2
2005/04/21
2005/04/14
2005/04/07
2005/03/31
2005/03/24
2005/03/17
2005/03/10
2005/03/03
2005/02/24
2005/02/17
2005/02/10
2005/02/03
최대응력 70
2005/01/27

<굴 착 에 따 른 시 간 -축 력 변 화 곡 선 >
응 력(좌)
1차 관리기준
2차 관리기준
응 력(우)
응 력(천단)
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱 계측자료 분석
세그먼트 응력 (STA.16k760)
세그먼트 응력계
설 치 위 치 (Location) : 16K 760 (290 Ring)
계 기 종 류 (Type)
: Segment Strain Gauge
응 력(kg/㎠)
 세그먼트 설치 후 토압
으로인한 응력 증가 후
수렴
 좌우측 비 대칭
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
 좌측 어깨부에서 허용치
이하의 최대응력 발생
2005/04/28
2005/04/21
2005/04/14
2005/04/07
2005/03/31
2005/03/24
2005/03/17
2005/03/10
2005/03/03
2005/02/24
최대응력 50 kg/cm2
2005/02/17

<굴착에 따른 시간-축력 변화 곡선>
응 력(좌)
1차 관리기준
2차 관리기준
응 력(우)
응 력(천단)
응 력(하부)
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱 계측자료 분석

지표침하 (STA.16k460)
56
T
IP
R
IA
TL
SL
T
분전반
400
500
내
T
내
T
600
A-A
56
BH-24
 지표침하량 미미
지표침하 그래프(S-56)
침하량(mm)
10.0
 침하보다는 상향변위
(히빙)이 발생하는 경향
0.0
 침하계 설치방법 개선의
필요성 대두
-10.0
-20.0
-30.0
-40.0
2004-11- 2004-12- 2004-12- 2004-12- 2005-01- 2005-01- 2005-01- 2005-01- 2005-02- 2005-02- 2005-03- 2005-03- 2005-0322
02
12
22
01
11
21
31
10
20
02
12
22
계측일
S-56-1
S-56-2
S-56-3
S-56-4
S-56-5
1차관리기준
2차관리기준
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱 계측자료 분석

지표침하 (STA.16k460)
 지표침하량 미미
56
T
분전반
400
500
A-A
56
BH-24
침하량(mm)
내
T
내
T
600
IP
R
IA
TL
SL
T
 이수가압으로 인한
초기 히빙 후 침하발생
경향
지표침하 그래프(S-집수정)
STEP - 2
STEP - 1
STEP - 3
STEP - 4
STEP - 5
10.0
Occurence of Tail void
Outer(Heave)
Proceding
displacement
0.0
Shield machine
passage
Back-fill
grouting
Succeeding displacement
-10.0
Face
Tail
Inner (Settlement)
-20.0
-30.0
Shield machine
Lining
-40.0
2004-11- 2004-12- 2004-12- 2004-12- 2005-01- 2005-01- 2005-01- 2005-01- 2005-02- 2005-02- 2005-03- 2005-03- 2005-0322
02
12
22
01
11
21
31
10
20
02
12
22
계측일
S-집수정1
S-집수정2
1차관리기준
2차관리기준
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱 계측자료 분석
지하수위저하 (STA.16k400)
주택공제조합
국제빌딩
ETCo STA. 16K318.309
국민은행
56
ETCi STA. 16K318.045
내부
E/V
설 치
계 기
400
ETCi STA. 16K317.780

A-A
56
지 하 수 위 계
위 치 (Location) : 16K 400 (주택공제조합앞)
종 류 (Type)
: Water Levelmeter
 지하수위 저하량 < 5m
0
 쉴드구간 지하수위
저하 미미
-5
수
위
고
500
-10
-15
초기수위선
(M)
-20
-25
2004/03/10
2004/04/19
2004/05/29
2004/07/08
2004/08/17
2004/09/26
2004/11/05
2004/12/15
2005/01/24
2005/03/05
측정일
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
계측자료 평가를 통한 시공관리
1
계측자료 분석 및 피드백 실시
2
천단 및 내공변위 팡가를 통한 세그먼트 안정성 관리
3
라이닝 응력 평가를 위한 장기 안정성 검토
4
현장 시공관리의 적정성 확인
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
역해석을 이용한 설계지반정수 평가
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
대표단면 역해석
역해석 목적
 당초설계시 선정한 지반정수 재평가
 계측항목 및 방법의 타당성 평가
역해석 단면
 A갱 국회앞 지하차도 시작 직전 구간을 대표단면으로 선정
IP
R
IA
TL
SL
한화증권
20(중)
X
446845.4356
5000
Y
193037.8303
0-55-46.21
40.5581
CL
81.1144
0.1645
S
고려생명빌딩
T
T
600
T
T
내
S
T
내
T
T
T
T
내
S
T
T
내
S
T
T
T
T
내
S
T
900
17km
20(하)
2000
E.C STA. 16K961.420
X
446812.2437
Y
193052.8179
2-45-9.32
48.0510
CL
96.0835
0.5771
S
ETCc STA. 16K972.920
IP
R
IA
TL
SL
ECCc STA. 16K949.920
ETCc STA. 16K926.432
E.C STA. 16K921.432
ECCc STA. 16K916.432
B.C STA. 16K865.336
BCCo STA. 16K876.836
BCCc STA. 16K845.317
BTCo STA. 16K853.836
B.C STA. 16K840.317
BTCc STA. 16K835.317
여의도공원
ETCo STA. 17K 24.294
ETCc
T
800
ECCo STA. 17K 8.294
ECCc
T
700
BCCc STA. 16K977.495
T
펌프실및집수정
X
446762.9415
3000
Y
193109.4795
0 - 53 - 37.68
23.4001
CL
46.7993
0.0913
S
E.C STA. 17K 16.294
분전반
20(상)
BTCc STA. 16K961.494
T
내
IP
R
IA
TL
SL
B.C STA. 16K969.494

대한투자신탁
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
대표단면 역해석

해석 프로그램
 구조/지반 범용 유한요소해석 프로그램 ABAQUS ver. 6.4-2
해석 단면도 및 유한요소망
모래
5m
모래
자갈
15 m
풍화토
풍화암




구분
 t / m3 
모래층
1.8
0.6
29
1000
0.35
모래자갈층
1.9
0.0
35
5000
0.3
풍화토
1.9
0.7
35
2700
0.3
풍화암
2.0
2.0
35
19000
0.3
c t / m2
 deg 
E t / m2

Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
대표단면 역해석
해석결과 (최종변위)

 천단변위: 2.6 cm

 내공변위: 1.8 cm
 지표침하: 1 cm
해석결과 (라이닝변위)
 천단변위(우): 5 mm
 내공변위 (우): 4 mm
 천단변위(좌): 1 mm
 내공변위 (좌): 2 mm
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
대표단면 역해석

해석결과 분석
 우측터널(상행)에서의 변위가 크게 발생
 좌우측 터널 변위 발생 유형 차이


계측 변위와의 비교 (지하차도/보도부)
 천단변위(우): 8 mm
 내공변위 (우): 1 mm
 천단변위(좌): 2 mm
 내공변위 (좌): 2 mm
해석치와 계측치가 오차 범위 이내로 유사한
것으로 평가됨
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
대표단면 역해석

해석 결과 (라이닝 응력)
 최대압축응력: 83 kg/cm2 (측벽부)
 최대인장응력: 14 kg/cm2 (천단부)
계측 결과 (라이닝 응력)
 최대압축응력: 70 kg/cm2 (측벽부)

해석치와 계측치가 오차 범위 이내로 유사한
것으로 평가됨
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
대표단면 역해석

평가결과
 설계시 적용된 지반정수를 이용한 해석 결과가 계측치와 오차범위 이
내로 나타나 설계시 적용한 지반정수는 타당한 것으로 평가됨

계측결과 역해석을 통한 설계정수 타당성 확인 과정을
통한 정보화 시공관리 수행
 향후 지하철 터널 시공시 역해석 및 피드백의 보다 적극적인 활용 방안
강구 필요
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
여의하류 IC구간 안정성 평가
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
여의하류 IC 구간 개요1
검토구간
• 현장 현황 및 쉴드터널 구간 개요
• 구 간 : 당산~국회 앞~여의도역 구간 중 여의하류 I.C 교량하부
• 충적층 지반으로 구성
• C갱 및 D갱 굴진시 구조물안정성 확보 여부 검토 필요성 대두
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
여의하류 IC 구간 개요2
지반 및 터널조건
• 지층조건 : 상부 매립층, 굴착부는 실트질 모래 또는 풍화토로 구성됨
• 터널은 여의하류 IC 교량 교대의 강관파일과 우물통 기초 교각
사이를 통과
•터널과 교량 기초간 이격거리: 0.5~0.6m
BH-6
EL=114.325
여의 하류 I.C 교량 하부 통간구간
19/30
자갈질모래
14/30
12/30
50/45
50/24
50/19
14.0
풍화토
50/31
31/30
50/23
50/6
19.0
11.5
모래질자갈 13.0
40/30
50/30
50/27
실트질모래 15.6
50/14
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
10.900
28/30
6/30
20/30
50/8
15/30
7/30
6/30
15/30
9.840
실트질모래
17/30
50/15
1.5
6/30
12/30
50/23
매립층
4/30
10/30
13/30
9/30
9.880
매립층
1.8
9/30
8.340
9/30
단면 B-B
BH-8
EL=108.447
3/30
10.140
BH-7
EL=109.038
2/30
10.670
2/24
3D 해석을 통한 안정성 검토
대상 구조물 모델링
• 3차원 유한요소 모델: 교대 및 우물통 기초를 개별적으로 모델링
• 상부 매립층, 구조물은 하중으로 작용하도록 모델링
5.775m
상부 매립층 하중 교대 1
308kPa
123.12kPa
14.025m
교각 1
1795kPa
15.97m
교각 2
2027kPa
7.72m
교대 2 상부 매립층 하중
123.12kPa
359kPa
6.84m
21m
19.5253m
매립층
실트모래층
14.5m
지하수위
14.5m
7.1394m
풍화토
2.08m
0m
풍화암
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
3D 해석을 통한 안정성 검토
3D 모델링
• 사용프로그램 : ABAQUS
• 파일 및 기초 모델링 : Solid 요소, 탄성모델 적용, 상부교량하중 산정 적용
LR
RR
LC
RC
우물통 기초선단 RF
LF
파일 선단 좌측터널
우측터널
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
3D 해석을 통한 안정성 검토
쉴드터널 굴진 모델링
• 쉴드 터널시공시 지반손실 요소를
고려한 현실적인 모델링 수행
• 최대변위 20mm, 40mm 발생시
구조물 안정성 여부확보 검토
굴착후 천단부가 될
지점의 초기위치
 = 라이닝 설치에 필요한
공간을 통한 지반손실
A'
GAP
U
A
2+
D
d
B
GAP=2+U
U*3D
d
D=d+2+
A'
A
 = 쉴드의 기하조건으로
인한 지반 손실
U=U*3D+
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
3D 해석을 통한 안정성 검토
쉴드터널 모델링2
<쉴드터널 굴진에 따른 토압변화>
<쉴드본체의 추진 및 터널주변
변위발생양상>
Step
STEP - 2
Occurence of Tail void
Outer(Heave)
Proceding
displacement
STEP - 5
STEP - 4
STEP - 3
STEP - 1
Back-fill
grouting
Shield machine
passage
① 쉴드막장을 향한 지반거동
1
Succeeding displacement
2
Face
3
Tail
Inner (Settlement)
4
Shield machine
Ground Movement
Lining
5
Earth Pressure
주동토압
쉴드본체 ② 변위발생 없음
정지토압
도달 이전 ③ 쉴드막장으로부터 외곽방향
수동토압
변위
① 굴착변 내부로의 변위
쉴드본체
② 변위발생 없음
도달
③ 굴착면 외부로의 변위
쉴드본체
의 통과
굴착면 내부로의 변위 및
본체와의 접촉부에서의 전단
발생
쉴드본체 ① 굴착면 내부로의 변위
통과 및
② 변위발생 없음
후미여굴
그라우팅 ③ 굴착면 외부로의 변위
그라우팅
굴착면 내부로의 변위
완료 후
주동토압
정지토압
수동토압
주동토압 및
강도저하
주동토압
토압변위
없음
수동토압
주동토압
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
결과 및 고찰- 지표침하
횡단면 지표침하
• 전반적으로 C갱 굴착시 지반이완으로 D갱 굴진에 따른 영향이
증폭되는 경향을 보임
• 교량의 허용변위를 고려할 때 터널굴진시 허용내공변위를 20mm
이하로 유지함이 바람직한 것으로 검토됨
0
10
20
30
End
Tunnel-1
C갱of완료시
const.
End of Tunnel-2
D갱 완료시
const.
40
tunnel-1 tunnel-2
C갱
50
-4
-2
Settlement (mm)
Settlement (mm)
0
10
20
30
40
tunnel-1 tunnel-2
D갱
0
C갱
2
4
6
Distance from center-line between tunnels (times D)
Case A: 내공변위 20mm
End
Tunnel-1
C갱of완료시
const.
End of Tunnel-2
D갱 완료시
const.
50
-4
-2
D갱
0
2
4
6
Distance from center-line between tunnels (times D)
Case B: 내공변위 40mm
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
결과 및 고찰- 교량구조물
중점검토사항
• 교대 말뚝기초 변위 및 축하중
• 우물통 기초의 각변위
RR
LR
LC
LF
파일 선단 좌측터널
C갱
RC
우물통 기초선단 RF
우측터널
D갱
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
결과 및 고찰-교대 및 우물통
하부구조 변위발생 경향
• 터널굴진에 따른 지반
변형으로 인해 파일 및
우물통 기초의 휨 변형 및
회전(rotation) 발생
• C갱굴진
교대말뚝 침하
및 휨 변형, 우물통 회전
• D갱굴진
좌측터널
굴착
C갱
좌측 우물통
추가 침하 및 우측 우물통
회전 유발
우측터널 굴착
D갱
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
결과 및 고찰-교대파일 거동
교대파일 침하
• 좌측 교대파일 : C갱 굴진시 대부분의 침하가 발생
RR
LR
RC
우물통 기초선단 RF
LC
LF
파일 선단 좌측터널
우측터널
• 파일 최대 침하: 터널내공변위량에 따라 8~16mm 범위에서 발생
Vertical Displacement (mm)
Vertical Displacement (mm)
• 구조물 안정성에 큰 문제가 없는 것으로 검토됨
0
Left
C갱
tunnel
2
Pile-tip
Left Abutment
LF
LC
LR
4
6
8
-2
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4
0
0.4
0.8
1.2
1.6
Distance from Tunnel Face (times D)
Case A: 내공변위 20mm
2
0
Left Abutment
LF
LC
LR
4
8
12
Pile-tip
16
-2
Left
C갱
tunnel
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2
Distance from Tunnel Face (times D)
Case B: 내공변위 40mm
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
결과 및 고찰 – 구조물 안정성
파일 선단하중 및 축하중 변화
• 터널굴진으로 인해 파일선단 하중이 증가하며 증가량은 터널 내공변위에
따라 150 ~ 260kN 범위에서 발생함
• 선단하중 증분의 대부분이 C갱 굴진시 발생하는 것으로 검토됨
• 교대 파일 구조물 안정성 확보를 위해서는 터널내공변위를 20mm 이하로
유지하는 것이 바람직한 것으로 검토됨
Incre. Axial Force(kN)
LF
LC
LR
Left Abutment
LF
LC
LR
40
0
6
80
8
10
120
12
Left Abutment
LF
LC
LR
100
LF
LC
LR
6
Depth (m)
0
Depth (m)
Incre. Axial Force(kN)
4
4
8
10
200
12
Compressive
Compressive
160
-2
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4
0
0.4
0.8
1.2
1.6
Distance from Tunnel Face (times D)
2
14
-400
-200
0
200
400
Incre. Axial Force (kN)
Case A: 내공변위 20mm
300
-2
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2
Distance from Tunnel Face (times D)
14
-400
-200
0
200
400
Incre. Axial Force (kN)
Case B: 내공변위 40mm
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
결과 및 고찰-우물통 기초 거동
우물통 기초 변위
• 수평변위는 크게 문제시
되지 않는 것으로 검토됨
<수평변위>
Horizontal Displacement (mm)
• C갱 굴진방향 우측 우물통의
연직변위가 10~15 mm
발생하는 것으로 검토됨
Vertical Displacement (mm)
<연직변위>
0
5
10
15
20
Left
25
-2
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4
Center
0
Left Footing
Left
Center
Right
Right
0.4
0.8
1.2
1.6
2
2
Left Footing
Front
Center
Rear
0
Front
Center
Rear
-2
-4
-6
-8
-2
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2
Distance from Tunnel Face (times D)
Distance from Tunnel Face (times D)
Vertical Displacement (mm)
좌측터널 굴착
0
5
Left
Center
Right
Left Footing
Left
Center
Right
10
15
20
25
-2
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4
0
0.4
0.8
1.2
1.6
Distance from Tunnel Face (times D)
우측터널 굴착
Horizontal Displacement (mm)
Case A: 내공변위 20mm
2
2
Left Footing
Front
Center
Rear
0
Front
Center
Rear
-2
-4
-6
-8
-2
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4
0
0.4
0.8
1.2
1.6
Distance from Tunnel Face (times D)
Case B: 내공변위 40mm
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
2
결과 및 고찰-우물통 기초 안정성
우물통 축하중
• 터널굴진으로 인하 우물통에는 추가 압축하중이 발생하는 것으로 나타남
• C갱 굴진방향 우측 우물통의 압축하중 증분량이 D갱 굴진방향 좌측 우물통보다
2배이상 크게 발생하는 것으로 나타남
• C갱 및 D갱 사이의 우물통에 대한 집중관리가 필요한 것으로 검토됨.
4
0
0.4
Depth (m)
Incre. Axial Force (MN)
Left footing
Left-tunnel exca
Right-tunnel exca
0.8
1.2
8
좌측터널 굴착
Left-Footing
Right-Footing
1.6
2
-2
12
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2
Compressive
Distance from Tunnel Face (times D)
우측터널 굴착
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2
Incre. Axial Force (MN)
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
결과 및 고찰-우물통 안정성
우물통 기초간 각 변위
• 쉴드기가 우물통 통과이후 0.8D까지 각변위가 증가하는 것으로 검토되어 통과 후
시공관리가 중요한 것으로 검토됨
Footing Angle Displacement
Footing Angle Displacement
• 각변위가 1/2220~1/1250 범위에서 발생하는 것으로 나타나 터널내공변위 40mm
정도 허용시에도 구조적인 문제가 없는 것으로 검토됨
0.0005
0.0004
0.0003
0.0002
0.0001
0
-2
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4
0
0.4
0.8
1.2
1.6
Distance from Tunnel Face (times D)
Case A: 내공변위 20mm
2
0.0008
0.0006
21.9m
0.0004

0.0002
0
-2
-1.6 -1.2 -0.8 -0.4
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2
Distance from Tunnel Face (times D)
Case B: 내공변위 40mm
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
중점관리구간 지표침하 계측자료를 이용한
시공관리 평가
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
여의하류 IC 구간
지표침하 S-16(15K 340)
침하량(mm)
40.0
30.0
지반 히빙 현상 발생
20.0
 이수가압으로 인한 지
반 10mm 정도의 히빙
발생
10.0
0.0
-10.0
-20.0
-30.0
-40.0
2006-03-06
S-16-1
2006-05-25
2006-08-13
S-16-2
2006-11-01
2007-01-20
1차관리기준
2007-04-10
2007-06-29
2차관리기준
2007-09-17
안정성 평가시 허용변위
이하로 발생하여 성공적
으로 시공관리가 수행된
것으로 판단됨
날짜
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
10.140
9.840
9.880
지표침하 그래프 (S-16)
10.900
8.340
단면 B-B
10.670

여의 하류 I.C 교량 하부 통간구간
여의하류 IC 구간
지표침하 S-17(15K 360)
침하량(mm)
40.0
30.0
지반 히빙 현상 발생
20.0
 이수가압으로 인해 최
대 10mm 정도의 지반
히빙 발생
10.0
0.0
-10.0
-20.0
-30.0
-40.0
2006-03-06
S-17-1
2006-05-25
2006-08-13
S-17-2
2006-11-01
2007-01-20
1차관리기준
2007-04-10
2차관리기준
2007-06-29
2007-09-17
날짜
안정성 평가시 허용변위
이하로 발생하여 성공적
으로 시공관리가 수행된
것으로 판단됨
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
10.140
9.840
9.880
지표침하 그래프 (S-17)
10.900
8.340
단면 B-B
10.670

여의 하류 I.C 교량 하부 통간구간
국회 구간

지표침하 S-28(15K 660), S-30(15k 720)
지표침하 그래프(국회 16)
침하량(mm)
40.0
40.0
30.0
30.0
최대 20mm 내외의 지표침하
20.0 발생
20.0
10.0
10.0
0.0
0.0
-10.0
-10.0
-20.0
-20.0
-30.0
-30.0
-40.0
-40.0
2006-03-30
S-28-1
지표침하 그래프(국회 14)
침하량(mm)
2006-07-08
S-28-2
S-28-3
2006-10-16
S-28-4
2007-01-24
S-28-5
1차관리기준
2007-05-04
2차관리기준
2007-08-12
날짜
2006-02-16
S-30-1
2006-05-02
S-30-2
2006-07-16
S-30-3
2006-09-29
S-30-4
2006-12-13
S-30-5
2007-02-26
1차관리기준
2007-05-12
2차관리기준
2007-07-26
날짜
 실드굴진에 따라 장기간에 걸쳐 침하 발생: 향후 유사시공조건에서 장기 침하 계
측관리의 필요성
 최대 지표침하는 20mm 내외가 발생하여 허용치 이내로 대부분 1차 관리기준치
이내를 나타내어 시공관리가 성공적으로 수행됨
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
국회 구간
지표침하 S-33(15K 810), S-35(15k 880)

지표침하 그래프(국회 11)
침하량(mm)
지표침하 그래프(국회 9)
침하량(mm)
40.0
40.0
30.0
30.0
최대 20mm 내외의 지표침하
발생
20.0
20.0
10.0
0.0
10.0
-10.0
0.0
-20.0
-10.0
-30.0
-20.0
-40.0
-30.0
-50.0
-60.0
05-12-09
S-33-1
06-03-04
S-33-2
06-05-28
S-33-3
06-08-21
S-33-4
06-11-14
S-33-5
07-02-07
1차관리기준
07-05-03
2차관리기준
07-07-27
날짜
-40.0
05-12-09
S-35-1
06-03-01
S-35-2
06-05-22
S-35-3
06-08-12
S-35-4
06-11-02
S-35-5
07-01-23
1차관리기준
07-04-15
2차관리기준
07-07-06
날짜
 실드굴진에 따라 장기간에 걸쳐 침하 발생: 향후 유사 시공조건에서 장기침하 계
측관리의 필요성
 최대 지표침하는 20mm 내외가 발생하여 허용치 이내로 대부분 1차 관리기준치
이내를 나타내어 시공관리가 성공적으로 수행됨
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
라이닝 세그먼트 응력 검토를 통한 라이닝
안정성 평가
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
A갱

16K 490, 580, 670
2007년 11월 기준
 설계응력를 훨씬 밑도
는 응력이 계측됨으로
써 매우 안전한 상태를
보임
 향후 타 공사구간 계측
계획 수립시 특수구간
을 제외하고 세그먼트
응력 측정의 필요성에
대한 검토 필요
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
B갱

16K 997, 874, 775
2007년 11월 기준
 설계응력를 훨씬 밑도
는 응력이 계측됨으로
써 매우 안전한 상태를
보임
 향후 타 공사구간 계측
계획 수립시 특수구간
을 제외하고 세그먼트
응력 측정의 필요성에
대한 검토 필요
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
C갱

15K 488, 406, 360
2007년 11월 기준
 설계응력를 훨씬 밑도
는 응력이 계측됨으로
써 매우 안전한 상태를
보임
 향후 타 공사구간 계측
계획 수립시 특수구간
을 제외하고 세그먼트
응력 측정의 필요성에
대한 검토 필요
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
D갱

15K 460, 280, 165
2007년 11월 기준
 설계응력를 훨씬 밑도
는 응력이 계측됨으로
써 매우 안전한 상태를
보임
 향후 타 공사구간 계측
계획 수립시 특수구간
을 제외하고 세그먼트
응력 측정의 필요성에
대한 검토 필요
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
향후 지하철 구간 지표침하계 설치
개선 방안에 관한 제안
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
지표침하계 설치 개선방안

지표침하계 설치시 문제점
 당 현장을 포함하여 9호선 대부분의 현장에서 지표침하 관리가 전반적
으로 양호하게 수행되었으나 신뢰성 제고를 위한 개선의 여지가 있는
것으로 분석됨
 이는 지표침하계 설치 방법과 밀접한 관계가 있으며 문제점의 해결 방
안은 포장구조체와 지표침하계를 분리하고 지반과 지표침하계와의 고
정점을 확보함으로써 개선할 수 있슴
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
지표침하계 설치 개선방안

지표침하계 설치 방법 개선
 지표침하 설치 방법 개선으로 지표침하 계측의 신뢰성 제고 필요
 침하계 고정점 확보를 위해 매설 심도 확보 필수(아래 그림 참조)
 개선된 지표침하계 설치 방법(안) ;
대표단면구간
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
종합결 론
1
• 당 현장(909공구)와 성균관대학의 3년여에 걸친 산학협동 연구를 통해
현장과 대학은 상호 협력 관계를 수립할 수 있었슴.
• 성균관대학은 협동연구 초기단계에서 A갱 굴진에 따른 침하계측자료
분석 및 역해석을 통해 당초 설계에서 선정한 지반정수의 타당성을
검토하였으며 B, C, D갱 굴진 계획을 수정 보완하는 자료를
제공하였슴.
• 아울러 당 현장의 중점관리 구간인 여의하류 IC 통과구간에 대한
3차원해석을 수행하여 C, D갱 통과시 시공계획을 수립하는데 필요한
정성/정량적 정보를 제공하는 등 당 구간의 시공관리에 필요한 해석
결과를 제시하였슴
• 성균관대에서도 현장을 활용한 연구활동을 통해 연구의 효율성을
제고할 수 있었다고 판단됨
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University
종합결 론
2
• 본 보고 내용에서 기술한 바와 같이 당 현장에서는 복합지반에 따른
시공의 어려움을 극복하고 성공적으로 굴진을 완료하는 등 매우
효율적인 시공관리가 이루어 졌다고 판단됨
• 아울러 라이닝 세그먼트 응력 또한 설계기준치를 훨씬 밑도는 수치를
보여 매우 안전한 상태를 보이고 있슴
• 종합적으로 본 현장의 실드터널 시공은 매우 효율적으로 이루어 졌다고
판단되며 따라서 향후 유사지반에서 실드터널 시공이 이루어지는
현장에서는 당 현장의 노하우를 활용할 수 있는 체계를 갖추는 것이
바람직할 것으로 판단됨
• 당 현장의 자료를 학술발표회 발표를 통한 시공기술에 대한 대외
홍보가 가능하였으며 국내 실드터널 시공기술 발전에 이바지 할 수
있을 것으로 판단됨
Geotechnical Engineering Laboratory @ Sungkyunkwan University