KDS27 40 10 터널 세그먼트 라이닝

1. 일반사항

1.1 목적

(1) 이 기준의 목적은 쉴드터널에서 구조체로 사용되는 터널 세그먼트 라이닝의 설계에 필요한 기술적 사항들을 제시하는 것이다.

1.2 적용 범위

(1) 이 기준은 쉴드터널에 사용되는 프리캐스트 콘크리트 세그먼트 라이닝 설계에 적용한다.(2) 강재, 합성 콘크리트나 강섬유보강 콘크리트와 같은 특수 세그먼트 설계에 대해서는 별도로 정할 수 있다.(3) 쉴드터널에 사용되는 2차 현장타설 라이닝의 설계에 대해서는 KDS 27 40 05에 규정된 바를 따른다.

1.3 참고 기준

1.3.1 관련 법규

(1) 이 기준의 관련 법규는 KDS 27 10 05(1.3.1) 을 따른다.

1.3.2 관련 기준

(1) 이 기준의 관련 기준은 KDS 27 10 05(1.3.2) 를 따른다.

1.4 용어의 정의

(1) 이 기준의 용어정의는 KDS 27 10 05(1.4) 을 따른다.

1.5 기호의 정의

내용 없음

2. 조사 및 계획

2.1 조사 및 계획 일반

내용 없음

2.2 조사

내용 없음

2.3 계획

내용 없음

3. 재료

3.1 재료 일반

(1) 세그먼트는 재질에 따라 콘크리트, 강재, 주철 및 합성세그먼트로 분류되며, 형상에 따라 상자형과 평판형 세그먼트로 구분된다. (2) 터널의 용도와 세그먼트의 강도, 내구성, 내화성, 시공성 및 경제성을 고려하여 세그먼트의 재료를 선정하여야 한다.

3.2 재료 특성

(1) 세그먼트에 사용되는 재료는 한국산업규격(KS)을 표준으로 하되, 무근 및 철근콘크리트에 관해서는 KDS 14 20 00 및 KCS 14 20 00을 따른다.(2) 콘크리트 세그먼트 라이닝에는 철근보강콘크리트와 강섬유보강콘크리트(Steel-Fiber Reinforced Concrete, SFRC)가 있으며 보강효과를 고려하여 현장여건에 맞는 재질을 계획하여야 한다.

3.3 품질 및 성능 시험

(1) 세그먼트의 품질관리와 성능시험을 위한 재료검사, 외관검사, 형상치수검사, 가조립검사 및 성능검사에 관해서는 KCS 27 40 10의 규정에 따른다.(2) 강섬유보강 콘크리트(SFRC) 세그먼트에 대해서는 별도로 규정한 품질 및 성능기준을 정하거나, KDS 27 10 05(1.3.2) 를 따른다. 이때 철근보강과 강섬유보강을 혼합하여 사용할 수 있으며, 각각에 의한 구조적인 보강효과를 고려하여 세그먼트를 설계하여야 한다.

4. 설계

4.1 설계 일반

4.1.1 설계 시 고려사항

(1) 세그먼트 라이닝은 추진 잭의 추력, 주변 지반의 토압 및 수압과 같은 하중에 견딜 수 있어야 하며, 소정의 터널 내공을 확보함과 동시에 터널의 사용 목적과 시공 조건에 따른 역할과 기능을 보유할 수 있도록 안전하고 견고하게 설계하여야 한다.(2) 쉴드터널에서는 지반조건, 터널의 단면형상, 시공법에 따라 쉴드터널의 역학적 거동이 상이하므로 세그먼트 라이닝의 설계 시에 이를 고려하여야 한다.(3) 세그먼트 라이닝의 설계계산서에는 계산상의 입력 조건, 가정 사항, 계산과정 및 계산결과를 명기하여야 한다.(4) 세그먼트 라이닝은 강도설계법으로 설계하는 것을 원칙으로 하되, 외국의 검증된 한계상태설계법을 적용할 경우에는 안전계수들의 산정에 유의하여 설계를 수행하여야 한다.(5) 세그먼트 설치 시에 균열 발생으로 인한 세그먼트의 파손을 방지하기 위해서는 세그먼트 연결부에 완충재를 적용하는 대책을 고려할 수 있다.(6) 세그먼트 운반과 이동 시의 수단, 파손방지 대책 및 사이클 타임을 고려하여 세그먼트의 적재계획을 수립하여야 한다.(7) 2차 라이닝이 생략된 쉴드터널에서 화재로 인해 세그먼트 라이닝의 붕괴․붕락이 우려되거나 구조적 기능의 복원이 어려울 것으로 예상되는 경우에는 KDS 27 10 05(1.3.2) 에 따라 세그먼트 라이닝의 내화설계를 수행할 수 있다.(8) 해저구간에 건설되거나 고부식성 환경 조건에 시공되는 경우에는 세그먼트라이닝 표면을 보호하여 내구성을 증진시켜야 한다.(9) 기존 설치된 세그먼트가 분리되는 연결통로 접속부 링빔 보강 설계 시 링빔의 제원 및 설치 연장은 지반조건을 고려한 구조안전성 검토결과를 반영하여 선정하여야 한다.

4.1.2 하중 산정

(1) 세그먼트 라이닝에 작용하는 하중을 산정할 경우에는 세그먼트 제작, 이동 및 운반 하중뿐만 아니라, 세그먼트 설치 시의 하중, 추진잭의 추력, 뒤채움그라우팅 하중, 후방대차하중과 같은 시공 단계의 하중과 연직 및 수평지반압, 수압, 자중, 상재하중의 영향, 지반반력, 내부하중과 같은 운용 중의 하중을 고려하여야 한다. 또한 기타 하중조건으로 접속부 분리시의 영향, 세그먼트 인근 보강그라우팅 영향, 병설터널의 영향 및 지반침하의 영향을 고려할 수 있으며, 내진해석 시에는 지진하중을 고려하여야 한다.(2) 세그먼트 라이닝은 축력과 휨모멘트를 동시에 받는 부재이므로, 철근보강 콘크리트 세그먼트의 균열 검토 시에는 사용상태의 외력에 의한 축력과 휨모멘트를 고려하여 산정된 철근의 응력으로 균열 검토를 수행하여야 한다.

4.2 구조해석

(1) 세그먼트 라이닝의 구조계산방법은 간편법, 스프링모델법 및 수치해석법이 있으며, 구조계산은 횡단면과 종단면으로 나누어 수행하고, 시공 도중의 각 단계 및 완성 후의 상태에 작용하는 하중을 고려하여 수행하여야 한다.(2) 터널 횡단면의 설계하중은 설계의 대상이 되는 터널구간 내의 가장 불리한 조건을 대상으로 결정하여야 한다.(3) 종단면해석 시에는 시공 단계 및 완성 후의 하중 상태와 세그먼트의 구조특성을 고려하여야 한다.(4) 제작, 운반 및 이동 단계 하중, 시공단계 하중 , 운용단계 하중 및 기타 하중과 내진설계 시 지진하중을 고려하여 세그먼트 라이닝에 작용하는 하중을 산정하여야 하며, 차량 운행으로 인한 반복 진동에도 견딜 수 있도록 설계하여야 한다.(5) 세그먼트의 현장 야적 계획에 따라, 야적 시 세그먼트의 구조적인 안정성을 검토하여야 한다.(6) 기존 설치된 세그먼트가 분리되거나 응력집중이 예상되는 연결통로 접속부 및 갱구부 등에 대해서는 필요시 3차원 해석을 실시하여야 한다.(7) 세그먼트라이닝의 구조설계 시에는 제작, 운반 및 이동 단계 하중, 시공단계 하중 , 운용단계 하중 및 기타 하중과 내진설계 시 지진하중과 같이 발생 가능한 하중을 고려한 하중조합을 적용하여 상황에 가장 근접한 결과를 얻을 수 있도록 하여야 한다.

4.3 세그먼트 구조와 형상 설계

(1) 세그먼트의 강도, 구조, 형상 등은 터널의 용도, 지반조건, 시공법 등을 고려하여 선정하여야 한다.(2) 상자형 또는 평판형 세그먼트를 볼트이음으로 조립한 링구조는 강성이 같은 링으로 고려할 수 있으며, 재질에 따라 콘크리트, 강재 및 합성 세그먼트로 구별하여 설계하여야 한다.(3) 세그먼트의 사용 목적, 시공성, 경제성, 내구성 및 방수성을 고려하여 세그먼트의 형상치수와 분할방식을 설계하여야 한다.(4) 세그먼트의 링간 및 세그먼트간 이음구조는 소요 강도와 강성을 가짐과 동시에 조립의 확실성, 작업성 및 지수성을 고려하여 설계하여야 하며, 볼트 체결방식의 경우에는 적정 토크 값을 산정하여야 한다.(5) 단면력의 전달, 조립의 작업성, 시공조건 및 세그먼트의 제작성을 고려하여 세그먼트의 이음각도를 결정하여야 한다.(6) 세그먼트는 원칙적으로 수밀성을 확보하여야 한다.(7) 뒤채움주입을 균등하게 행하기 위하여 각 세그먼트에는 1개소 이상의 주입공을 설치하고, 주입공의 직경은 사용하는 주입재를 고려하여 결정하나 일반적으로 내경 50 mm를 기준으로 하며, 주입공을 고리로 사용하는 경우는 작업성은 물론, 작업의 안전성과 자체 하중에 대한 인발력을 고려하여 주입공의 직경과 위치를 결정하여야 한다.(8) 소구경의 철제 세그먼트를 손으로 조립하는 경우는 고리를 필요로 하지 않으나 일반 세그먼트에서는 운반 및 조립을 위한 고리를 설계하여야 한다.(9) 테이퍼링은 터널 선형, 지반조건, 보조공법, 이음의 강성, 세그먼트의 제작성 및 시공성을 고려하여 개수, 폭, 테이퍼량을 설계하여야 한다.

4.4 방수설계

(1) 세그먼트 라이닝은 지하수압에 견딜 수 있고 방수가 될 수 있도록 반드시 세그먼트 간의 이음부, 볼트구멍, 뒤채움 주입구 등에 방수설계를 수행하여야 한다.(2) 방수방법의 선정 시에는 쉴드터널의 사용 목적과 작업환경에 적합한 방법을 선정하여야 한다.(3) 세그먼트 라이닝의 방수방법에는 실링, 코킹, 볼트체결 등의 형식이 있으며, 사용 목적과 현장 여건에 부합하도록 한 가지 또는 여러 가지의 방법을 조합하여 설계할 수 있다.(4) 실링 재료에는 합성고무계, 복합고무계, 수팽창 고무계 등이 있으며, 현장조건을 고려하여 수밀성, 내구성, 압착성, 복원성 및 시공성이 우수한 재료를 선택하여 설계하여야 한다.(5) 코킹재는 에폭시, 치오클계, 요소수지계 등의 재료가 있으며, 현장조건을 고려하여 적합한 재료로 설계하여야 한다.(6) 2차 라이닝을 시공하지 않을 경우에는 터널의 용도와 환경 조건을 고려하여, 세그먼트 라이닝의 내구성을 확보하기 위한 부식 방지 대책을 적용할 수 있다.(7) 작업구, 피난연락통로 등 타 구조물과의 접속부에서 세그먼트의 지수성을 확보할 수 있도록 방수설계를 수행하여야 한다.