해석 차원은 굴착깊이보다 공간적 연속성으로 정한다
철도 인접 굴착에서 2차원 해석은 선로와 흙막이가 충분히 길고 나란하며, 단면 밖 방향의 형상·지층·하중·지보재와 굴착순서가 거의 변하지 않을 때 적용한다. 굴착깊이가 같아도 선로가 비스듬히 지나거나 굴착 단부와 교량기초가 가까우면 평면변형률 가정이 맞지 않을 수 있다. 이때에는 3차원 거동을 먼저 확인하고 2차원 결과를 주 검토값으로 쓸 수 있는지 판단한다.
KDS 27 10 20은 터널 안정성 검토에서 2차원 또는 3차원 해석을 사용할 수 있도록 하되 굴착 해석의 오차를 줄이도록 요구한다. 운행선 인접공사의 설계단계 위험요인은 국가철도공단 설계안전검토 매뉴얼의 절차와 점검표에 맞춰 확인한다. 두 문서는 모든 현장에 공통인 해석차원 전환 수치를 제시하지 않으므로, 굴착깊이·이격거리 하나만으로 차원을 결정하지 않는다.
2차원 해석은 단면 밖 변화가 작다는 근거를 남긴다
2차원 모델을 쓰기 전에는 선로 평면선형과 종단, 흙막이 평면, 지층 경계, 구조물 기초, 지하매설물, 열차와 공사하중의 작용 위치를 같은 도면에 겹쳐 본다. 대표단면 양쪽으로 벽체 형식과 근입, 버팀보·앵커 간격, 굴착단계가 유지되는지도 확인한다. 일부 구간만 다른데 평균 단면으로 단순화하면 단부의 변위 집중이나 지보재 하중 재분배를 놓칠 수 있다.
KDS 21 30 00 3.1.2에 따라 굴착 진행과 지지구조 설치·해체에 따른 토압 변화를 단계별로 반영한다. 대표단면은 가장 깊은 곳만 고르지 않고 선로에 가까운 구간, 연약층이 두꺼운 구간, 지하수와 지보조건이 달라지는 구간을 나누어 검토한다. 각 단면의 경계조건과 적용구간을 평면도에 표시해야 계산 결과를 현장 위치와 연결할 수 있다.
| 확인항목 | 2차원 적용 근거 | 3차원 확인 필요 조건 |
|---|---|---|
| 평면형상 | 선로와 굴착이 길게 평행 | 교차·곡선·단부·모서리 |
| 지층·기초 | 단면 밖 변화가 작음 | 국부 연약층·기초·매설물 |
| 지보·공정 | 배치와 단계가 연속 | 엇갈린 설치·부분굴착·개구부 |
3차원 검토는 단부·교차부의 영향 경로를 찾는 데 쓴다
3차원 모델에서는 선로와 굴착의 실제 교차각, 굴착 길이와 단부, 코너부, 인접 기초와 지보재 연결을 반영한다. 모델 외곽을 임의로 가깝게 두면 경계 구속이 변위를 줄일 수 있으므로 경계 위치를 바꾼 민감도 검토로 영향을 확인한다. 요소망은 선로 하부, 흙막이 단부와 지층 급변부를 세분하되 요소 크기 자체를 정확도의 근거로 삼지 않는다.
결과는 최대변위 한 점보다 선로 방향 변위·침하 분포, 흙막이 변형, 지보재 축력과 인접 기초 반력의 변화 구간을 함께 본다. 열차하중, 허용 변위와 계측 관리기준은 시설물 종류와 관리주체의 설계도서에서 확인하며, 확인되지 않은 값을 일반 기준으로 넣지 않는다. 2차원과 3차원 결과가 다르면 더 큰 값만 채택하지 말고 차이가 시작된 위치와 원인을 계산서에 기록한다.
설계변경 때에는 차원 선정 근거부터 다시 확인한다
굴착범위, 흙막이 선형, 지보재 배치, 시공순서, 선로 운행조건이나 인접 구조물 기초가 바뀌면 기존 대표단면의 유효성을 다시 확인한다. 변경부가 단부를 새로 만들거나 비대칭 공정을 늘리면 2차원 모델의 하중만 고쳐서는 부족하다. 변경 전후 모델의 경계조건, 단계, 변위 분포와 부재력을 같은 위치·같은 시점에서 비교한다.
최종 설계도서에는 해석차원 선정 사유, 대표단면 적용범위, 3차원 보완구간, 입력자료 출처와 민감도 결과를 남긴다. 계측기는 예측된 변형 집중구간과 모델 검증 위치에 연결하고, 시공 중 거동이 계산 가정과 다르면 계측값만 보정하지 말고 지층·지하수·시공단계와 경계조건을 다시 점검한다.