시공중인 터널의 막장 주위에는 횡방향 아치뿐만 아니라 막장 후방의 미 굴착부로 인한 종방향 아치가 형성된다. 이러한 종방향 아치는 2차원 해석상에서는 나타나지 않으며, 시공 공정을 고려하는 3차원 해석을 수행하여야 그 효과가 나타난다. 따라서 터널의 안정성을 정확히 해석하려면 시공 공정을 고려한 3차원 해석을 수행하여야 한다. 그러나 3차원 해석 시에는 요소망의 작성으로부터 자료의 처리 및 분석에 이르기까지 모든 면에서 작업량이 방대해져 어려움이 크므로 터널 막장 주위의 3차원 효과를 모사한 2차원 해석을 수행하는 것이 일반적이다. 즉, 터널 단면의 크기 및 형태, ...
시공중인 터널의 막장 주위에는 횡방향 아치뿐만 아니라 막장 후방의 미 굴착부로 인한 종방향 아치가 형성된다. 이러한 종방향 아치는 2차원 해석상에서는 나타나지 않으며, 시공 공정을 고려하는 3차원 해석을 수행하여야 그 효과가 나타난다. 따라서 터널의 안정성을 정확히 해석하려면 시공 공정을 고려한 3차원 해석을 수행하여야 한다. 그러나 3차원 해석 시에는 요소망의 작성으로부터 자료의 처리 및 분석에 이르기까지 모든 면에서 작업량이 방대해져 어려움이 크므로 터널 막장 주위의 3차원 효과를 모사한 2차원 해석을 수행하는 것이 일반적이다. 즉, 터널 단면의 크기 및 형태, 굴진 속도 등에 따라 굴착 단계별로 초기 하중을 적절한 하중분배율로 배분하여 적용하여 3차원 효과를 모사하는 방법을 적용하고 있다. 2차원 해석에서 하중분배율을 사용하여 터널 막장 주위의 3차원 효과를 모사하는 방법을 하중 분배 모델이라고 하며, 하중 분배 모델에 의한 해석 결과가 신뢰할 수 있는 것이 되려면 적용한 하중분배율이 정확한 것이어야 한다. 부정확한 하중분배율을 사용하면 과다 설계 혹은 위험한 설계가 될 수 있다. 그러나 지금까지 설계 변수들의 영향을 고려한 합리적인 하중분배율이 제시되어 있지 않은 실정이다. 하중분배율은 설계 변수들의 크기에 따라 변하므로, 하중 분배 모델을 사용하려면 여러 설계 변수들의 크기를 종합적으로 고려한 하중분배율들이 확정되어 있어야 한다. 본 연구에서는 한국도로공사 표준 2차로 터널을 지반 등급에 따라 3, 4, 5, 6등급으로 나누고 이에 따른 적절한 하중분배율을 제시하기 위해, 시공 공정을 고려하는 3차원 해석을 실시한 후, 2차원 해석 결과와 비교함으로써 적절한 하중분배율 값을 구하였다. 연구 결과는 터널의 막장 및 이의 전진 효과를 비교적 정확히 고려할 수 있어 터널의 지보설계 및 안정성 검토에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
시공중인 터널의 막장 주위에는 횡방향 아치뿐만 아니라 막장 후방의 미 굴착부로 인한 종방향 아치가 형성된다. 이러한 종방향 아치는 2차원 해석상에서는 나타나지 않으며, 시공 공정을 고려하는 3차원 해석을 수행하여야 그 효과가 나타난다. 따라서 터널의 안정성을 정확히 해석하려면 시공 공정을 고려한 3차원 해석을 수행하여야 한다. 그러나 3차원 해석 시에는 요소망의 작성으로부터 자료의 처리 및 분석에 이르기까지 모든 면에서 작업량이 방대해져 어려움이 크므로 터널 막장 주위의 3차원 효과를 모사한 2차원 해석을 수행하는 것이 일반적이다. 즉, 터널 단면의 크기 및 형태, 굴진 속도 등에 따라 굴착 단계별로 초기 하중을 적절한 하중분배율로 배분하여 적용하여 3차원 효과를 모사하는 방법을 적용하고 있다. 2차원 해석에서 하중분배율을 사용하여 터널 막장 주위의 3차원 효과를 모사하는 방법을 하중 분배 모델이라고 하며, 하중 분배 모델에 의한 해석 결과가 신뢰할 수 있는 것이 되려면 적용한 하중분배율이 정확한 것이어야 한다. 부정확한 하중분배율을 사용하면 과다 설계 혹은 위험한 설계가 될 수 있다. 그러나 지금까지 설계 변수들의 영향을 고려한 합리적인 하중분배율이 제시되어 있지 않은 실정이다. 하중분배율은 설계 변수들의 크기에 따라 변하므로, 하중 분배 모델을 사용하려면 여러 설계 변수들의 크기를 종합적으로 고려한 하중분배율들이 확정되어 있어야 한다. 본 연구에서는 한국도로공사 표준 2차로 터널을 지반 등급에 따라 3, 4, 5, 6등급으로 나누고 이에 따른 적절한 하중분배율을 제시하기 위해, 시공 공정을 고려하는 3차원 해석을 실시한 후, 2차원 해석 결과와 비교함으로써 적절한 하중분배율 값을 구하였다. 연구 결과는 터널의 막장 및 이의 전진 효과를 비교적 정확히 고려할 수 있어 터널의 지보설계 및 안정성 검토에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
During the construction of a tunnel, a stress arch is formed around tunnel face not only in transverse direction but also in longitudinal direction owing to the uncut portion of the ground behind the tunnel face. This longitudinal arching effect cannot be reflected in 2-dimensional analysis, and can...
During the construction of a tunnel, a stress arch is formed around tunnel face not only in transverse direction but also in longitudinal direction owing to the uncut portion of the ground behind the tunnel face. This longitudinal arching effect cannot be reflected in 2-dimensional analysis, and can only be represented in 3-dimensional analysis. Since three-dimensional analyses require huge amount of work involved in mesh generation, manipulation of data and the analysis of results, it is common practice to conduct two-dimensional analysis which simulates the three-dimensional effect around tunnel face. The unbalanced force caused by excavation is distributed according to the pre-defined values(load distribution factor) at each excavation stage to simulate the longitudinal stress arching. This load distribution factor(LDF) depends upon the size and shape of the tunnel cross section, as well as face advancing rate. The two-dimensional model, which simulate the longitudinal arching effect around the tunnel face by the LDF, is called the Load Distribution Model. The accuracy in this model depends upon the accuracy of the LDF given. Analyses by the incorrect LDF result in over-estimated or under-estimated designs. Reasonable and reliable LDF considering critical design variables is yet to be found. This research intends to propose an appropriate LDF for standard 2-lane highway tunnel excavated in a rock mass with rock classes of 3, 4, 5, 6. Three dimensional analyses were conducted with FLAC^(3D) considering construction stages. Then two dimensional analyses were conducted using different LDF's to find the optimum LDF. It is expected that the result of this research can be utilized for proper support design and stability analysis of tunnels since it accurately reflects the longitudinal arching effect.
During the construction of a tunnel, a stress arch is formed around tunnel face not only in transverse direction but also in longitudinal direction owing to the uncut portion of the ground behind the tunnel face. This longitudinal arching effect cannot be reflected in 2-dimensional analysis, and can only be represented in 3-dimensional analysis. Since three-dimensional analyses require huge amount of work involved in mesh generation, manipulation of data and the analysis of results, it is common practice to conduct two-dimensional analysis which simulates the three-dimensional effect around tunnel face. The unbalanced force caused by excavation is distributed according to the pre-defined values(load distribution factor) at each excavation stage to simulate the longitudinal stress arching. This load distribution factor(LDF) depends upon the size and shape of the tunnel cross section, as well as face advancing rate. The two-dimensional model, which simulate the longitudinal arching effect around the tunnel face by the LDF, is called the Load Distribution Model. The accuracy in this model depends upon the accuracy of the LDF given. Analyses by the incorrect LDF result in over-estimated or under-estimated designs. Reasonable and reliable LDF considering critical design variables is yet to be found. This research intends to propose an appropriate LDF for standard 2-lane highway tunnel excavated in a rock mass with rock classes of 3, 4, 5, 6. Three dimensional analyses were conducted with FLAC^(3D) considering construction stages. Then two dimensional analyses were conducted using different LDF's to find the optimum LDF. It is expected that the result of this research can be utilized for proper support design and stability analysis of tunnels since it accurately reflects the longitudinal arching effect.
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