1. 지하안전관리에 관한 특별법 제정 이유
최근 도심지에서 지반침하가 잇달아 발생하면서 지하안전에 대한 국민의 불안감이 커지고 있으며 지반침하 사고로 인한 인적ㆍ물적 손해가 증가하고 있어 지반침하 예방을 위한 체계적인 지하안전관리에 의한 필요성이 대두되었습니다.
이에 국토교통부장관 및 지방자치단체의 장으로 하여금 국가, 시ㆍ도및 시ㆍ군ㆍ구 지하안전관리계획을 수립하여 시행하도록 하고, 일정규모 이상의 지하 굴착공사를 수반하는 사업에 대해 지하안전평가 및 사후지하안전조사를 실시하도록 하는 지하안전관리제도를 시행하게 되었습니다.
즉, 지하공간을 개발하려는 사업자가 인허가기관의 승인을 받기 위해서는 지반침하, 사면파괴 등 지하안전에 미치는 영향을 수치해석적으로 미리 분석하고 철저한 지반침하 사고방지를 위해 착공 후에도 사후지하안전조사를 수행하여야 합니다.
2. 지하안전평가 전문기관 등록 기준
위 기준과 같이 여러 장비와 해석 소프트웨어가 필요한데, 이중 GTS NX는 지반거동 수치해석/침투해석/압밀해석 기능을 탑재하고 있는 제품으로서 국내 전체 전문기관 등록업체 중 95%가 활용하고 있는 제품입니다.
3. 지하안전평가 항목과 수치해석
지하안전특별법에서는 [지하안전평가], [소규모지하안전평가], [지반침하위험도평가]에서 수치해석을 수행하도록 명시하고 있습니다. 이 때 상황에 맞게 2차원 혹은 3차원 해석 기법을 선택하여 수행해야하기 때문에 수치해석적 프로그램은 3차원적 지반거동을 고려할 수 있어야 합니다.
지하안전평가 주요 평가항목과 대응되는 수치해석 기법은 아래와 같습니다.
이 중에서 ①~③에 해당하는 해석은 GTS NX로 수행이 가능합니다.
3.1 지반거동해석
- 지반거동해석은 굴착이나 성토로 인한 응력재분배와, 외부하중으로 인해 발생하는 응력-번형을 계산하는 해석입니다.
- GTS NX는 2차원과 3차원에 대한 해석을 모두 지원하는 솔루션으로 1)터널구간 굴착에 따른 지반안정성검토 2) 터파기 구간의 굴착에 따른 안정성 검토 3) 주변 시설물의 안정성 분석 등에 활용 가능합니다.
3.2 침투해석
- 침투해석은 지반 내부에 존재하는 공극을 통한 지하수의 흐름에 대한 해석방법입니다.
- 지하안전평가에서는 사업대상 주변의 지하수위 변화 및 유입량 등을 파악하여 사업구간 인근의 수계변화 양상을 지반거동해석에 활용합니다.
- 침투해석에서는 자연상태 지반의 투수특성과 수계양상을 반영한 수두경계조건, 배수경계조건을 활용하여 현장상태를 모사할 수 있습니다.
- GTS NX는 2차원 및 3차원에 대한 침투해석을 지원합니다.
3.3 침투응력 연계해석 (완전연계해석)
- 침투해석에 의한 결과를 응력해석과 연동하는 방법으로 일방향연계해석(침투-응력연계해석, Semi-Coupled analysis)과 완전연계해석(Fully-Coupled analysis) 두 가지로 구분됩니다. 일방향연계해석의 경우 선행된 침투해석의 간극수압 분포결과를 응력해석에 반영하며, 완전연계해석의 경우 시간에 따른 응력과 수압의 변화를 동시에 고려하는 해석 방법입니다.
3.4 압밀해석 & 완전연계해석
- 점토지반에서 상재하중으로 인하여 오랜 시간동안 간극수가 배출되면서 서서히 압축되는 현상을 압밀이라고 합니다.
- 일반적인 상재하중에 대한 압밀은 압밀해석 기능으로 수행할 수 있으나 지하안전평가는 주로 추가적인 상재하중이 없는, 굴착에 대해 검토하게 됩니다.
- 상재하중이 발생함으로 인한 압밀침하가 아닌, 굴착이나 지하수 저감공법으로 인한 지하수위의 저감으로 인한 지반의 침하 (간극수의 소산으로 인한 침하)가 주요 이슈가 될 것 입니다.
- 상재하중의 발생으로 인한 압밀은 압밀해석 기능으로, 지하수의 저감으로 인한 압밀 현상은 완전연계 해석으로 검토 가능합니다.
4. 지하안전평가 보고서
지하안전평가를 처음 수행하시는 분, 다수의 경험이 있는 엔지니어 모두 보고서를 작성함에 있어서는 다방면으로 애로사항이 있기 마련입니다. 특히, 5장과 6장에 대한 수치해석 결과를 정리하는 작업만 3~4일이 소요됩니다. GTS NX에서는 이런 성과품 작성시간을 1시간 내로 단축하고 초급 기술자도 손쉽게 적용할 수 있도록 지하수위 상승/저하량, 벽체/굴착저면 유출량에 대한 표와 그래프를 자동으로 생성하고 벽체 수평변위, 배면 연직변위, 부재력 결과, 인접구조물/지하매설물의 침하 및 부등침하, 3차원 철도 궤도 검토 결과 등 성과품 정리에 필요한 모든 입력데이터부터 해석 결과까지 Excel 포맷으로 한번에 출력해주는 기능을 제공하고 있습니다.
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※ GTS NX 보고서 출력 샘플과 지하안전평가와 관련된 자료들은 '화면 가장 하단의 폼을 입력'하여 PDF 파일로 다운로드 할 수 있습니다.
