BTS-TUNNEL — NATM 터널 2D · 3D 시공단계 유한요소해석

터널 해석을 회사 안에서 끝내기 위한 프로그램

NATM 터널의 굴착 거동은 굴진면 전방의 3차원 아칭이 지배합니다. 2차원 해석은 이 3차원 효과를 하중분배율 β로 치환해 다루지만, β 값은 지반조건 · 굴진장 · 지보 시점에 따라 달라지는 경험값입니다. 본 프로그램은 검증된 2차원 해석에 3차원 라운드 굴진 해석을 더해, 필요할 때는 β 없이 실제 시공 순서 그대로 해석하고, 두 해석을 같은 재료모델 · 같은 검토식 · 같은 보고서 서식으로 처리합니다. 2D 결과는 회귀시험(R1)으로 리팩토링 이전 결과와 상대오차 0으로 일치하는지 매 빌드마다 검사합니다.

시공단계를 재현하는 두 가지 방식

굴착이란 굴착면에 작용하던 지반응력을 0으로 만드는 과정입니다. 프로그램은 굴착 대상 요소의 응력으로부터 굴착상당절점력을 계산해 이를 해방시킵니다. 2차원에서는 이 힘을 하중분배율 β로 나누어 여러 단계에 걸쳐 재하하며(β-method), 3차원에서는 횡단면을 버터플라이 O-grid로 분할한 뒤 굴진장 단위로 압출한 HEX8 요소망에서 라운드 요소를 비활성화하고 1회에 전량 재하합니다. 굴진면 전방의 미굴착 지반이 하중을 실제로 나누어 받으므로 천단침하 종단분포(LDP)가 해석 결과로 직접 얻어집니다.

단면 위저드 · CAD 도면 · 시추주상도

제원을 아는 단면은 3심원 위저드로, 설계 도면이 있으면 DXF 레이어(TUNNEL · SURFACE · LAYER · SPLIT · BOLT)로, 지반조사 성과가 있으면 시추주상도 CSV 좌표 보간으로 곧바로 모델이 됩니다. 굴착공법 6종 중 하나만 고르면 시공단계 목록이 자동 생성되고, 각 단계의 굴착 · 지보 상태가 보고서에 그대로 넣을 수 있는 그림과 GIF 애니메이션으로 만들어집니다.

상용 프로그램 형식 결과 도면과 자동 판정

MIDAS GTS NX · Plaxis 계열의 출력 형식 — 이산 12밴드 컨투어, 범례 박스, MAX/MIN 마커, 타이틀블록, 축척막대 — 을 그대로 재현한 도면 2D 20종 + 3D 10종을 출력합니다. 해석이 끝나면 숏크리트 압축 · 인장 · 전단, 록볼트 축력, 천단침하 · 내공변위 · 인버트융기 · 지표침하를 허용치와 대조해 O/X로 판정하고, 허용치 · 산정값 · 안전율 SF가 같은 행에 표시된 판정표와 도면이 배치된 Word 구조검토보고서와 Excel 결과표를 자동으로 만듭니다.

내진성능평가와 검증

2차원 시공단계 모델은 재모델링 없이 그대로 내진성능평가에 사용됩니다. 「기존 시설물(터널) 내진성능 평가요령」과 KDS 17 10 00에 따라 설계응답스펙트럼 작성 → 스펙트럼 부합 지진파 7세트 자동 생성 → 1D 등가선형 지반응답해석 → 2D 시간이력 동적해석(Newmark-β)까지 수행하고 응답변위법으로 교차 확인합니다. Kirsch 탄성해 · Salençon 소성반경 · Panet LDP 등 이론해 대조 검증 14항목은 사용자가 직접 재실행할 수 있습니다.

핵심 지표

• 2D+3D — 단일 프로그램 · 단일 재료모델 코드
• 30종 — 결과 도면 (2D 20 · 3D 10)
• 14항목 — 이론해 검증 전수 통과
• β 불필요 — 3D 라운드 굴진 · 아칭 직접 모사

산출물

• 결과 도면 PNG 30종
• 굴착 시퀀스 PNG · GIF
• Word 구조검토보고서
• Excel 결과표
• ParaView .vtu 시리즈
• 프로젝트 파일 .ntfem

도입 효과

• 해석 외주 · 라이선스 비용 절감 — 단면 대안 비교나 지보패턴 검토를 사내에서 즉시 수행
• 근거가 남는 성과품 — 적용 물성 · 시공단계 · 검토식 · 판정 기준이 보고서와 도면 타이틀블록에 기록
• 재현 가능한 결과 — 같은 프로젝트 파일이면 담당자가 바뀌어도 같은 결과, 회귀시험이 보증
• β 값의 타당성 검증 — 3D 결과와 2D β별 결과를 대조해 현장에 맞는 β 조합을 근거와 함께 제시