Case study on seismic design of the immersed tunnel linking Pusan and Geojae An immersed tunnel was constructed as part of the tunnel linking Busan and Geoje. The tunnel carries the highway from Gaduk Island below the sea to a reclaimed area between the Daejuk Island and Jungjuk Island. This paper summarizes the seismic analysis for the feasibility evaluation of the Busan-Geoje Immersed Tunnel. There are 4 items of seismic analysis in this design work; determination of design ground motion, site response analysis, global structural analysis, and local(transverse cross-section) structural analysis(alternative called 'racking analysis' in this design work). Design ground motion should be determined in consideration of the seismological condition such as M-R scenario and duration of strong ground motion, and so on. Global structural analysis on the tunnel was performed by three-dimensional numerical model using Multiple Support Excitation(Multiple input deformation time history) technique. Pseudo-static analysis for racking analysis in the transverse cross-section of the tunnel consists of 2 parts'. One part is a kind of response displacement method and the other is a conventional pseudo- static analysis, in which the dynamic force is assessed by inertial force using seismic coefficient. All of that was focused on the immersed tunnel only. In addition, this paperconsists of design earthquake ground motion, structural analysis for cross-section of immersed tunnel, and structural stability of immersion joints between adjacent elements during seismic loading. 112
10-지4- 침매터널112-130 1906.12.13 9:26 AM 페이지113 부산-거제 침매터널의 내진설계 사례 연구 ; gravel screed) 위에 설치되었고, 최대수심 48m 1. 개요 로 세계에서 가장 깊은 침매터널 중 하나로 기록되 부산-거제간 연결도로에 적용된 침매터널은 연장 어 있다[그림 1]. 본 침매터널의 내진설계는 설계지 3242m, 18개의 사전 제작된 요소(prefabricated 반운동 결정 및 적용, 터널 구성부 및 재료의 지진하 element)로 연결되어 있다. 요소의 대표단면은 폭 중에 대한 변형 한계 결정, 지진응답해석 수행 그리 26.5m, 높이 9.95m의 장방형이며, 방수에 필수적 고 터널 종 횡단 구조해석을 통한 터널노선과 단면 인 조인트 간격은 평균 22.5m이다. 터널 전체가 연 검증 및 결정을 순차적으로 수행한다. 약한 해성점토 지반에 포설된 자갈 스크리드(바닥재 [그림 1] 부산-거제 침매터널 개요도 이에 본문은 침매터널 내진설계의 순차적인 과정 에 대한 과정과 결과를 간략히 소개한다. 또한 지반 을 다루게 되는데, 2장 설계지반운동 결정 에서는 의 스프링 계수를 지반응답 해석 및 구조물 변위 해 내진성능 결정에 따른 지반운동 특성을 결정하고, 석을 통해 계산하여 구조물의 단면해석 수행시 사용 특성에 부합하는 설계응답스펙트럼 결정 및 지진파 한다. 선정에 대한 내용 및 구조물의 변형 한계 규준에 대 마지막으로 4장 설계 세부사항 에서는 침매터널 해 정리하였다. 그리고 3장 지반공학적 고려사항 에서 가장 중요한 부재인 Omega sealing 과 에서는 지반의 동적 특성(동적 설계정수) 결정, 지진 Gina gasket 에 대한 내진설계 과정에 대해 살펴 에 대한 지반응답 해석, 그리고 구조물의 변위해석 본다. www.yooshin.co.kr 113
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10-지4- 침매터널112-130 1906.12.13 9:26 AM 페이지123 부산-거제 침매터널의 내진설계 사례 연구 3.3.2 지반스프링 산정 으로 지반스프링 강성을 계산하였다. 지반스프링 강 침매터널 기초지반의 지반반력과 지반-구조물 상 성은 특정 위치(4+800, 4+900, 5+020, 호작용(Soil Structure Interaction; SSI)를 모 5+140,5+678, 5+938, 7+298, 7+630, 델링하기 위해 지반 스프링 강성을 산정해야 한다. 7+820, 그리고 8+000)에 대해서 해석을 수행하였 지반스프링 강성은 단위 길이당 터널 단면을 수치모 고, 이 결과들을 이용하여 터널연장에 대해 보간법 형화 하여 단위 변위 또는 단위 하중에 대한 해석을 을 적용하여 노선위치별 지반스프링 강성을 계산하 수행한다. 그 결과로 얻은 단위 변위당 발생하는 힘 였다[그림 11]. [그림 11] 터널종단 노선에 따른 지반스프링 강성 산정 www.yooshin.co.kr 123
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10-지4- 침매터널112-130 1906.12.13 9:26 AM 페이지127 부산-거제 침매터널의 내진설계 사례 연구 Immersion Joint 시공 현장 Gina gasket Omega sealing 각 조인트 세부 형상 및 설치 위치 [그림 16] Immersion Joint(Daewoo E&C, 2004) 침매터널의 정확한 거동을 평가하기 위해서는 3 17]. 차원 전체계 해석에서 그 특성을 적절히 모사해 주 3차원 전체계 해석의 결과로 나온 압축력 변위 등 어야 한다. 3차원 전체계 해석에 적용한 조인트의 특 을 위 그래프에 나타나 있는 Gina gasket 특성에 성은 3.3절에서 검토해 보았으며 [그림 9]와 [그림 만족하는지 검토한다. 해석결과에 따라 엘레먼트간 10]에 자세히 나타나 있다. 발생하는 최대 압축력이 실험에서 구한 한계치를 다 거가대교 침매터널 Gina gasket의 특성은 Gina gasket data 그래프로 확인할 수 있다[그림 소 초과하더라도 기술적인 방법으로 이를 해결할 수 있다. www.yooshin.co.kr 127
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10-지4- 침매터널112-130 1906.12.13 9:26 AM 페이지129 부산-거제 침매터널의 내진설계 사례 연구 4.3 클로저 조인트(Closure Joint) 내에서 현장 타설하는 지수판넬 공법(water proofing pannel method)으로 시공하였다. 배 거가대교 침매터널에서는 18번 엘레먼트 시공완료 수가 끝난 터널이 압축력을 유지하기 위해 클로저 시 서쪽 개착식 터널과 간격이 대략 2.8m 발생하였 조인트 공간에 가설용 스트럿을 설치하여 충분히 압 다. 클로저 조인트는 18번 엘레먼트와 서측 개착식 축력을 전달시킨다[그림 19]. 터널 끝부분 바깥면에 방수 판넬을 설치하여 함체 방수 패널(시공 전) 클로저 조인트(시공 전) 방수 패널(시공 후) 클로저 조인트(시공 후) [그림 19] 클로저 조인트(Closure Joint ; Daewoo E&C, 2004) 성되어 있다. 특히, 입력 지진파 결정시 고려한 지진 5. 맺음말 파의 공간적 비상관성은 신뢰성이 높은 지진파 선정 부산-거제 침매터널의 내진설계는 입력 지진파 기법으로 우리나라의 경우 원자력 발전소 설계 및 결정에서부터 지진응답해석, 설계세부사항으로 구 성능평가에서만 일부 적용되고 있으며 나머지 구조 www.yooshin.co.kr 129
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