Söderströms 터널 연결부

• 케이블 앵커형 콘크리트 터널 연결부 및 주변 암석의 상세 고체 모델링

• 접촉 평가를 포함한 비선형 해석

• 모든 고려된 하중 조건에 대해 연결부의 안정성 입증

ELU
Konsult
는 스톡홀름
시선 프로젝트를 위한 다양한 계약에 참여하며,
ELU-Golder HB 파트너십의 일환으로, Söderströms
터널 에 대해서
그의 고객인 Banverket를 대신하여 기술 지원 및 계약 문서 검토를 제공합니다. ELU는 LUSAS Civil & Structural를 사용하여
Söder Mälarstrand에서 제안된 터널 연결부의 유한 요소 해석을 수행했습니다.
하중 전달 메커니즘을 조사하여 연결부, 앵커 케이블 및
암석 자체에서의 응력 및 힘의 크기를 확인하였으며,
영구 하중, 변동 하중 및 사고 하중을 고려했습니다.

개요

스톡홀름 시선은 중앙 스톡홀름 아래에 위치한 6km 길이의 통근 기차 터널로,
Odenplan과 T-Centralen에 새로운 두 개의 역이 있습니다. 이는 스웨덴 교통청에 의해 시공되고 있으며,
스톡홀름 시, 스톡홀름 카운티 의회 및 스톡홀름 교통과 긴밀히 협력하고 있습니다. 2017년 완공되면 새로운 노선은
스톡홀름 중심부를 통과하는 철도 교통 용량을 두 배로 늘립니다.

시선은 대부분 암석을 통과하지만,
Söderströms의 수역에서는 세 개의 사전 제작된 터널 요소로 건설된 접합 콘크리트 터널을 통과합니다.
각 요소는 약 20m 너비에 10m 높이입니다. 이 요소는 두 개의 철도 트랙을 수용하는 12m 너비의 셀과,
서비스 및 구조 구조 세서를 위한 5m 너비의 셀로 나누어져 있습니다. 터널은 세 개의 기둥 그룹과 침상 바위에 기초를 두고
그 길이의 특정 지점에서 지원됩니다.

콘크리트 연결부가 암석 질량에 고정되어 있으며, 북쪽 끝의 움직임이 조정됩니다.

터널 연결부

강화 콘크리트 터널 연결부는 남쪽 끝에서 약 20m 암석 터널로 연장되며,
테이퍼형 발뒤꿈치로 형성됩니다. 암석 앵커는 연결부의 발뒤꿈치에서 최소 20m 뒤로,
및 연결부 외부 끝의 터널 벽에 대해 최소 10m 가로 방향으로 연장되어 있으며,
이를 통해 연결부를 암석 질량에 결합하고, 부과된 하중에 대해 저항합니다.
부착 지점 사이에서 케이블은 암석에 힘을 전송하지 않고 자유롭게 움직일 수 있습니다.

다양한 하중 조합을 LUSAS를 사용하여 평가해야 했습니다. 이에는 주변 암석으로부터
발생하는 하중, 자중, 수압 및 지지 변위를 포함한 영구 하중이 포함됩니다.
변동 하중은 교통 하중, 수위 변동 및 온도 변화를 포함합니다. 사고 하중은 다양한 잠재적인 선박 충격과
대규모 침식 국면 이동을 고려했습니다.

모델링

CAD 모델 기하학은 LUSAS에 직접 가져오고,
재료 특성, 지지 및 평가해야 할 다양한 하중 조건을 정의했습니다.
암석 및 콘크리트 터널 연결부는 20노드 볼륨 요소를 사용하여 모델링하였으며,
바 요소는 종방향 및 횡 방향 앵커 케이블을 나타냈습니다.
조인트 요소는 접촉을 모델링하여 이들 간의 마찰력을 고려할 수 있게 하였습니다.

모델 구현을 검증하기 위해 접촉 표면의 마찰 계수를 0으로 설정하고,
단일 하중 사례로 앵커 케이블 긴장을 적용했습니다. 이를 통해 앵커 포인트 주위의 초기 응력과,
응력 전달 및 콘크리트와 암석 발뒤꿈치의 응력 수준을 평가할 수 있었습니다.
모델에서 사용된 인터페이스로 인해 비선형 해석이 수행되어야 했습니다.

사고 하중

여러 사고 하중 사례를 고려하면서,
접촉하는 콘크리트 터널과 암석 표면의 마찰 계수를 서로 다르게 사용하여 결과에 미치는 영향을 평가했습니다.
주 터널의 수평 또는 수직 변위 두 가지가 연결부에 토크를 적용하며,
연결부 자체에 대한 종방향 인장 힘을 면밀히 조사하여,
암석 및 앵커 케이블의 응력과 콘크리트와 암석의 접촉 영역의 응력을 특히 주의 깊게 살펴보았습니다.

사고 하중 사례와 조합에 대한 LUSAS로 계산된 변위 및 응력 분포는,
모델의 여러 절단 섹션에 표시되었습니다. 암커 포인트 근처의 절단 섹션 외에도,
터널 중앙 높이, 터널 바닥에서 4.5m, 10m 및 15m 떨어진 수평 섹션,
Söderströms(북쪽) 및 동쪽의 15도로 기울어진 절단 섹션의 종 방향 단면을 포함한 여러 절단 섹션들은
LUSAS 분석 결과와 타인의 분석 결과 간의 비교를 상세히 수행할 수 있게 하였습니다.

대표 결과 플롯

다음 이미지는 연결부, 앵커 케이블 및 암석의 하중에 따른 응력 및 힘의 크기를 평가하기 위해 생성된 결과 플롯 유형을 보여줍니다.

요약

LUSAS로 얻은 결과들은 터널 연결부에 가해진 하중으로 인해
암석에서 발생하는 응력과 변형이 합리적이라는 것을 보여주었습니다.
후방 앵커와 교차 앵커링 케이블의 힘은 사고 하중으로 인해 약간 증가함을 나타냈습니다.
이 증가는 횡 방향 앵커에서 가장 컸으나 초기 프리스트레싱 힘의 10%를 초과하지 않았습니다. 전반적으로,
결과들은 모든 해석된 하중 조건에 대해 콘크리트 터널 연결부가 안정적으로 유지될 것임을 나타냈습니다.