PURPOSES : The purpose of this study was to investigate the behaviors of the middle slab in a double-deck road tunnel subjected to construction equipment loading from such as a concrete pump car, concrete transmixer, and lifting crane. METHODS: The major construction processes of a middle slab include concrete placement, concrete transportation, and lifting of materials near the emergency passageway section. During the concrete placement, the middle slab is subjected to construction loading due to the presence of the concrete pump car and fully loaded concrete transmixer. During the concrete transportation, the middle slab is subjected to loadings from both the fully loaded and empty concrete transmixer. The emergency passageway section of the middle slab is subjected to crane loading during lifting work. The magnitudes and geometries of these construction loadings are determined and the stresses and deflections of the middle slab under these loadings are analyzed using finite element models of the middle slab. The behaviors of the middle slab under the design truck loadings are also analyzed to compare the results with those under construction loadings. RESULTS : The stresses and deflections of the middle slab under construction loadings are comparable to those under the design truck loadings. Higher stresses can be observed when the concrete transmixers cross paths at the expansion joint section of the middle slab. The behaviors of the middle slab under the construction loadings during concrete placement are very similar regardless of the section types of the middle slab such as the normal, expansion joint, and emergency passageway sections. CONCLUSIONS : When the middle slab is designed, the construction loadings should be considered to determine the primary design loads and to verify the usability of a variety of construction equipment.

PURPOSES : The purpose of this study is to investigate the stresses of the middle slab in a double-deck tunnel owing to the slab lift to replace the underlying elastic pads during maintenance workMETHODS: The middle slab was divided into three different sections: typical section, expansion joint section, and emergency passageway section. Finite element analysis models of these three sections of middle slab were developed, and the stress distribution and maximum stresses were obtained using the models when the middle slab was lifted to replace the underlying elastic pads. Various slab lifting methods were examined in this study such as one-, two-, and multiple-point lifts, distributed lifts, and one or both slab side edge lifts.RESULTS: When the slab side edge is lifted, the longitudinal stresses of the slab are almost the same as the principal stresses. This implies that the governing stresses are the longitudinal stresses. The maximum stresses with both-edge lifts are generally smaller than those with one-edge lifts at all three sections of middle slab.CONCLUSIONS: If the middle slab in a double-deck tunnel is lifted for maintenance, the slab should be lifted at multiple points along the longitudinal direction to reduce the tensile stresses.

복층터널의 중간슬래브는 터널 라이닝에 브래킷을 설치하여 그 위에 거치되는 구조이므로, 브래킷의 파손 시 중간슬래브 낙하 및 라이닝 손상에 따른 인적, 물적 피해가 크게 발생할 수 있기 때문에 브래킷의 설계는 복층터널에서 매우 중요한 사항이라고 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 복층터널의 중간슬래브 지지를 위한 브래킷의 설계와 이의 적용성 검증을 위한 실험 계획을 수립하였다. 중간슬래브의 브래킷은 총 4 종류로 구분하여 설계하였으며, 이는 일반 구간, 팽창줄눈 구간, 비상대피시설로 계단 구간, 비상대피로 차로 구간이다. 브래킷은 차량 진행방향으로 연속적으로 설치하는 방법과 줄눈을 설치하여 불연속적으로 설치하는 방안이 있다. 연속적으로 설치할 경우 구조적으로 더 안정적이지만 브래킷의 유지보수 시 부분적으로 보수를 수행하기 어렵기 때문에 2m 간격으로 줄눈을 설치하는 것으로 설계하였다. 설계에 대한 검증을 위하여 실험계획을 수립하였다. 그림 1과 같이 라이닝의 양단에 브래킷을 설치하여 반력벽 없이 브래킷 설계에 대한 검증 실험을 수행할 수 있도록 하였으며, 상사비 0.5를 적용한 축소 실험체를 제작하여 파괴 형상까지 분석할 수 있도록 하였다. 실험체의 제작 과정을 그림 2에서 보여주며, 향후 하중 재하에 따른 거동 분석 실험을 수행할 계획이다.

PURPOSES : The purpose of this study is to investigate the fundamental behaviors such as stresses and deflections of the middle slab in a double-deck tunnel for the development of a middle slab design guide. METHODS : The middle slab has been divided into the following three different sections as according to its structural differences: the normal section, expansion joint section, and emergency passageway section. The normal section of middle slab represents the slab supported by brackets installed continuously along the longitudinal direction of tunnel lining. The expansion joint section refers to a discontinuity of middle slab due to the existence of a transverse expansion joint. The emergency passageway section has an empty rectangular space in the middle slab that acts as an exit in an emergency. The finite element analysis models of these three sections of middle slab have been developed to analyze their respective behaviors. RESULTS: The stresses and deflections of middle slab at the three different sections decrease as the slab thickness increases. The emergency passageway section yields the largest stresses and deflections, with the normal section yielding the smallest. CONCLUSIONS: The stress concentrations at the corners of the passageway rectangular space can be reduced by creating hunch areas at the corners. The stresses and deflections in the emergency passageway section can be significantly decreased by attaching beams under the middle slab in the passageway area.

해외에서 운용 중인 복층터널 중간슬래브의 경우 핵심 설계･시공 기술은 공개되지 않고 있다. 국내의 경우 도심지 교통정체 및 지상공간의 부족문제 등으로 복층터널의 수요가 증가할 것으로 예상되므로 복층 터널 중간슬래브 설계에 대한 국내 기술을 보유함으로써 복층터널 기술 보유국으로부터의 국내 건설시장 잠식을 방지하고 기술선점 및 세계 일류 원천기술 확보가 시급한 분야라고 할 수 있다. 복층터널의 중간슬래브는 터널 라이닝에 브래킷을 설치하여 그 위에 지지되는 구조이므로 하부층에 전 면 지지되는 콘크리트 도로 포장 슬래브와 교각과 거더에 지지되는 교량 슬래브와는 다른 구조적 형식을 가진다. 따라서 슬래브가 자중에 의해 과다한 응력이 발생하게 되는데 슬래브의 두께를 늘리게 되면 중간 슬래브에 발생하는 응력을 어느 정도 감소시킬 수 있다. 하지만 중간슬래브의 응력에 지배적인 영향이 미 치는 인자는 슬래브의 자중이기 때문에 슬래브의 두께를 늘 리는 것으로 응력을 감소시키는 데에는 한계가 있다. 실제 중간 슬래브의 설계를 위해서는 프리스트레싱과 같은 방법을 통해 응력을 감소시키는 방안이 필요하다. 본 연구에서는 중간슬래브 최적 단면 설계 방안을 도출 해 내기 위하여 프리스트레싱을 통한 복층터널 중간 슬래브의 단면 감소 방안에 대하여 검토하였다. 우선 그림 1과 같이 강선 배치 간격에 따른 주인장 응력을 검토 하였으며, 그림 에서 볼 수 있듯이 강선배치 간격이 1m인 경우 강선이 없는 중간슬래브에 비해 최대 인장응력이 약 16% 감소하였으며, 간격이 0.5m인 경우 강선이 없는 중간 슬래브에 비해 최대 인장응력이 약 31% 감소하는 것을 알 수 있다. 프리스트레싱에 따른 중간슬래브의 슬래브 두께 감소 효과 를 분석하였다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 프리 스트레싱이 가 해지지 않은 두께 40cm의 슬래브에서 발생 하는 응력과 프리 스트레싱이 가해진 두께 30cm의 중간 슬래브에서 발생하는 응력이 유사하게 나타난다. 이와 같이 프리 스트레싱을 통해 서 중간슬래브의 두께 조절이 가능 하다는 것을 알 수 있다. 하지만 슬래브의 두께가 과도하게 얇아질 경우에는 차량하중 에 의한 처짐량을 제어할 수 없기 때문에 적정한 두께를 유지 하면서 프리스트레싱을 적용해야 할 것으로 판단된다.

복층터널은 터널을 상하부로 분리하는 중간슬래브를 설치하여 상하층 모두 차량이 통행하기 때문에 기 존의 터널과 지하차도에 비해 더 많은 교통량을 수용하여 도심지의 교통정체를 해소할 수 있다. 또한 지 하공간을 활용하여 건설되기 때문에 지상의 녹지공간을 확보하여 환경을 개선할 수 있는 장점이 있다. 하 지만 국내에서는 복층터널의 설계 및 시공기술이 부족하여 복층터널의 시공사례가 전무한 실정이다. 중간 슬래브는 그림 1과 같이 터널 라이닝에 설치된 브래킷에 지지되는 형식으로, 하부지반에 지지되는 도로포 장보다 그림 2와 같이 교각과 거더에 지지되는 교량 슬래브와 유사한 형식이다. 하지만 중간슬래브의 경 우 그림 3과 같이 지지점인 브래킷으로부터 멀어질수록 차량하중에 의한 처짐이 크게 발생하며, 교량 슬 래브의 경우 그림 4와 같이 교각으로부터 멀어질수록 처짐이 증가하는 차이가 있다. 따라서 본 연구에서는 복층터널 중간슬래브와 교량슬래브의 거동을 비교 분석하였으며, 이를 토대로 복층터널 중간슬래브 설계 기준 정립 시 교량슬래브 설계 기준의 적용 가능성 검증과 복층터널 중간슬래 브 설계를 위한 해석모델 개발의 기반을 마련하고자 한다.

현재 수도권과 대도시에서는 교통 집중으로 인한 잦은 정체현상으로 경제적 손실이 발생하고 있다. 하 지만 수도권의 경우 더 이상 도로 확장과 신설이 어려워 지하를 이용한 도로망 구축이 대두되고 있다. 특 히 복층터널은 병렬터널과 비교하여 공사비를 절감할 수 있는 장점이 있다. 하지만 국내에서는 복층터널 의 시공사례가 전무하며, 이에 대한 연구조차 부족한 실정이다. 따라서 복층터널의 설계 및 시공기술의 확보가 시급하다. 복층터널의 가장 큰 특징은 일반터널과 달리 터널 내부에 상부와 하부를 분리하는 중간 슬래브가 존재한다는 것이다. 중간슬래브는 하부지지층이 있는 도로포장과 달리 교량의 형태로 터널 라이 닝에 브라켓을 설치하여 그 위에 중간슬래브가 연결된다. 중간슬래브는 터널 내경에 따라 횡방향 폭이 결 정되며 차량하중 등을 고려하여 슬래브 설계가 이루어진다. 본 연구에서는 이와 같은 중간슬래브 설계를 위한 기초연구로써 그림 1과 표 1과 같이 복층터널이 시공 되고 운영되고 있는 사례 조사 및 분석을 통하여 향후 연구를 위한 기반을 마련하고자 한다.

The stresses occurred in the middle slab at the areas of the emergency passageway in a double-deck tunnel are analyzed when the slab is lifted to replace bearing pads placed between the middle slab and supporting bracket as a maintenance process. The middle slab can be lifted at several different points near the emergency passageway areas and the stresses of the middle slab depend on the lifting points. This study presents the effect of the lifting location of the middle slab on the stress occurrence for the maintenance work of replacing bearing pads under the middle slab near the emergency passageway areas.