터널설계 및 시공 안정성을 확보하기 위해서는 필수적인 조건은 터널구간에 대한 세부적인 지반조사분석이다. 이러한 지반조사의 중요성은 터널구간에 단층파쇄대 분포와 규모 그리고 지하수 분포에 대한 분석을 위해 필요하다. 그러나 터널구간의 지형조건과 민원 등의 제한조건으로 터널설계시 지반조사를 수행하는데 어려운 경우에는 최소한의 조사를 수행한 결과를 활용하여 터널설계를 수행한다. 따라서 이러한 경우 터널 시공 중 단층파쇄대가 발생하는 경우에는 터널안정성 확보를 위해서 설계변경을 수행하여 보강공법을 결정하게 된다. 터널굴착면에 대한 보강시 가장 중요한 것은 신속한 보강을 수행하여 터널안정성을 확보하는 것인데 특히 굴착면에 지하수 용출이 발생하는 경우에는 더욱 신속한 보강이 필요하다. 본 연구에서는 터널굴착면에 단층파쇄대가 존재하고 있고 굴착 후 단층파쇄대로 인하여 변위가 발생한 상태에서 지하수 용출량이 급증한 경우의 붕락사례를 중심으로 단계별 거동특성을 분석하였다. 본 연구대상 터널은 1단계 변위가 수렴되지 않고 지속적으로 발생하여 보강조치를 하였고 그 이후 지하수 용출량의 증가로 인해 변위가 수렴되지 않고 2단계 변위가 발생하여 추가보강 작업중 3단계 변위발생 과정 중 지표면 함몰붕락이 발생한 것으로 분석되었다.
터널설계 및 시공 안정성을 확보하기 위해서는 필수적인 조건은 터널구간에 대한 세부적인 지반조사분석이다. 이러한 지반조사의 중요성은 터널구간에 단층파쇄대 분포와 규모 그리고 지하수 분포에 대한 분석을 위해 필요하다. 그러나 터널구간의 지형조건과 민원 등의 제한조건으로 터널설계시 지반조사를 수행하는데 어려운 경우에는 최소한의 조사를 수행한 결과를 활용하여 터널설계를 수행한다. 따라서 이러한 경우 터널 시공 중 단층파쇄대가 발생하는 경우에는 터널안정성 확보를 위해서 설계변경을 수행하여 보강공법을 결정하게 된다. 터널굴착면에 대한 보강시 가장 중요한 것은 신속한 보강을 수행하여 터널안정성을 확보하는 것인데 특히 굴착면에 지하수 용출이 발생하는 경우에는 더욱 신속한 보강이 필요하다. 본 연구에서는 터널굴착면에 단층파쇄대가 존재하고 있고 굴착 후 단층파쇄대로 인하여 변위가 발생한 상태에서 지하수 용출량이 급증한 경우의 붕락사례를 중심으로 단계별 거동특성을 분석하였다. 본 연구대상 터널은 1단계 변위가 수렴되지 않고 지속적으로 발생하여 보강조치를 하였고 그 이후 지하수 용출량의 증가로 인해 변위가 수렴되지 않고 2단계 변위가 발생하여 추가보강 작업중 3단계 변위발생 과정 중 지표면 함몰붕락이 발생한 것으로 분석되었다.
It is necessary to conduct a detailed geotechnical investigation on the tunnel section in order to secure the tunnel design and construction stability. It is necessary for the importance of geotechnical investigation that needed for the analysis of distribution and size of fractured fault zone and d...
It is necessary to conduct a detailed geotechnical investigation on the tunnel section in order to secure the tunnel design and construction stability. It is necessary for the importance of geotechnical investigation that needed for the analysis of distribution and size of fractured fault zone and distribution of groundwater in tunnel. However, if it is difficult to perform the ground survey in the tunnel design due to ground condition of the tunnel section and the limited conditions such as civil complaint, the tunnel design is performed using the result of the minimum survey. Therefore, if weathered fault zone exists in the face the reinforcement method is determined in the design process to secure the stability of the tunnel. The most important factor in reinforcing the tunnel excavation surface is to secure the stability of the tunnel by performing quick reinforcement. In particular, if groundwater leaching occurs on the excavation surface, more rapid reinforcement is needed. In this study, fractured fault zone exists on the tunnel excavation surface and displacement occurs due to weathered fracture zone. When the amount of groundwater leaching rapidly increased under the condition of displacement, the behavior of tunnel displacement was analyzed based on tunnel collapse. In the study, reinforcement measures were taken because the first stage displacement did not converge continuously. After the first reinforcement, the displacement was not converged due to increased groundwater leaching and the second stage displacement occurred and chimney collapse occurred.
It is necessary to conduct a detailed geotechnical investigation on the tunnel section in order to secure the tunnel design and construction stability. It is necessary for the importance of geotechnical investigation that needed for the analysis of distribution and size of fractured fault zone and distribution of groundwater in tunnel. However, if it is difficult to perform the ground survey in the tunnel design due to ground condition of the tunnel section and the limited conditions such as civil complaint, the tunnel design is performed using the result of the minimum survey. Therefore, if weathered fault zone exists in the face the reinforcement method is determined in the design process to secure the stability of the tunnel. The most important factor in reinforcing the tunnel excavation surface is to secure the stability of the tunnel by performing quick reinforcement. In particular, if groundwater leaching occurs on the excavation surface, more rapid reinforcement is needed. In this study, fractured fault zone exists on the tunnel excavation surface and displacement occurs due to weathered fracture zone. When the amount of groundwater leaching rapidly increased under the condition of displacement, the behavior of tunnel displacement was analyzed based on tunnel collapse. In the study, reinforcement measures were taken because the first stage displacement did not converge continuously. After the first reinforcement, the displacement was not converged due to increased groundwater leaching and the second stage displacement occurred and chimney collapse occurred.
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문제 정의
대부분 검토결과는 차수그라우팅+대구경강관 +지보재 조정+인버트 설치시 지보재에 발생하는 부재력이 허용응력 이내로 터널의 구조적 안정성을 확보하는 것으로 검토된다. 본 연구에서는 터널굴착면에 단층파쇄대가 존재하고 있고 굴착 후 단층파쇄대로 인하여 변위가 발생한 상태에서 지하수 용출량이 급증한 경우에 붕락사례를 중심으로 단계별 거동특성을 현장변위 계측을 중심으로 분석하였다. 본 연구대상 터널은 1단계 변위가 수렴되지 않고 지속적으로 발생하므로서 보강조치를 하였고 그 이후 지하수 용출량의 증가로 인해 변위가 수렴되지 않고 2단계 변위가 발생하여 추가보강 작업중 3단계 변위발생 과정중 지표면 함몰붕락이 발생하였다.
제안 방법
본 연구대상 터널과 같이 단층파쇄대와 지하수 용출이 시간적인 편차를 두고 지하수 용출이 서서히 증가하는 경우에는 변위가 억제되지 않고 단계 별로 변위가 지속적으로 발생하여 굴착면에서 과다변위에 의한 안정성 문제가 다수 발생하였다. 터널 바닥부에 강재인버트와 숏크리트를 설치하여 지속적인 변위에 대한 터널 변형제어를 위해서 강재 인버트를 설치하였다.
데이터처리
6~10과 같다. 본 분석을 위하여 터널 범용해석 프로그램을 널리 사용되고 있는 유한요소해석 프로그램인 마이다스GTX으로 분석을 수행하였다.
성능/효과
1. 터널설계시 추정한 지보패턴과 시공시 조사한 지보패턴 편차가 2등급 이상 발생하고 굴착면에 단층파쇄대가 소규모(폭 50~100 cm)단층파쇄대가 존재하고 터널굴착면에서 지하수 용출량이 서서히 증가하는 경우에는 1차, 2차, 3차 단계별 변위 및 붕락이 발생하는 경향이 분석되었다. 특히, 현장에서 선정한 터널 관리기준 이내 변위계측 값을 확인하여도 단층파쇄대가 존재하고 굴착면에서 지하수 용출이 서서히 발생하는 조건에서는 굴착완료 후에도 지속적인 관찰이 필요한 것으로 분석되었다.
2. 터널굴착중 굴착면에서 지하수 용출량이 증가하면 우선적으로 수발공 등을 설치하여 배수처리를 우선적으로 조치하는데 단층파쇄대가 존재하는 경우에는 지하수로 인한 장기적인 지반강도 감소를 고려하여 보강 방안을 현상태 조건에서 선정한 보강방안보다 보수적인 방안을 적용하는 것이 적정한 것으로 분석되었다.
3. 단계별 변위 발생 및 붕락형태는 1차 변위발생 시에는 천단부 변위가 최종단계 시 29.80 mm로 분석되었으며, 원설계 시 11.73 mm에 비해 상대적으로 2배 이상으로 큰 값을 보이는데 이는 지층변화에 따른 것으로 분석되었고 최대 천단변위는 32.99 mm로 분석되었다. 2차 변위발생 시에는 1차 변형 발생 후 터널 내 지하수 용출량 증가와 더불어 터널 좌측벽 숏크리트 균열 및 강지보재 변형이 발생하였다.
4. 본 연구대상 터널과 같이 단층파쇄대와 지하수 용출이 시간적인 편차를 두고 지하수 용출이 서서히 증가하는 경우에는 변위가 억제되지 않고 단계 별로 변위가 지속적으로 발생하여 굴착면에서 과다변위에 의한 안정성 문제가 다수 발생하였다. 터널 바닥부에 강재인버트와 숏크리트를 설치하여 지속적인 변위에 대한 터널 변형제어를 위해서 강재 인버트를 설치하였다.
록볼토 최대축력은 천단부에서 119.53 kN으로 허용치인 88.70 kN을 초과하므로, 안정성을 확보하지 못하는 것으로 분석되었으며, 숏크리트는 최대 6.18 MPa로 허용치 8.40 MPa 이내로 안정한 것으로 분석되었다.
본 연구대상 터널과 같이 단층파쇄대와 지하수 용출이 시간적인 편차를 두고 지하수 용출이 서서히 증가하는 경우에는 변위가 억제되지 않고 단계별로 변위가 지속적으로 발생하므로서 굴착면에서 과다변위에 의한 안정성 문제가 다수 발생함에 따라 터널 바닥부에 다음 Fig. 17과 같이 인버트를 설치하고 지속적인 변위에 대한 터널 변형제어를 위해서 강재 인버트를 설치해야 하는 것으로 확인되었다. 이러한 인버트는 다음 Fig.
천단부 변위가 최종 단계시 28.53~29.80 mm로 검토되었으며, 원설계시 10.63~11.73 mm에 비해 상대적으로 2배 이상으로 큰 값을 보이는데 이는 지층변화에 따른 것으로 분석되었고 최대 천단변위는 32.99 mm로 검토되었다.
후속연구
본 연구구간과 같이 불량한 지반에 위치한 터널은 굴착 초기에 큰 변형이 발생하므로, 가급적 터널 굴착이 수행된 직후 조기에 계측을 수행하여 정확한 지반 변형을 평가하여야 하며, 향후 막장 관찰자료 및 계측결과 등 시공 자료의 지속적인 피드백을 통한 적정성 검증을 통하여 안정성 및 경졔성 모두를 만족하도록 하는 시공이 필요하다. 다음 Fig.
터널설계시 추정한 지보패턴과 시공시 조사한 지보패턴 편차가 2등급 이상 발생하고 굴착면에 단층파쇄대가 소규모(폭 50~100 cm)단층파쇄대가 존재하고 터널굴착면에서 지하수 용출량이 서서히 증가하는 경우에는 1차, 2차, 3차 단계별 변위 및 붕락이 발생하는 경향이 분석되었다. 특히, 현장에서 선정한 터널 관리기준 이내 변위계측 값을 확인하여도 단층파쇄대가 존재하고 굴착면에서 지하수 용출이 서서히 발생하는 조건에서는 굴착완료 후에도 지속적인 관찰이 필요한 것으로 분석되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지보재 폐합 후에 발생하는 터널의 붕괴유형 중 전단파괴에 의한 붕괴가 일어나는 원인은 무엇인가?
지보재 폐합 후에 발생하는 터널의 붕괴유형은 전단파괴에 인한 붕괴, 압축파괴에 의한 붕괴, 펀칭파괴에 인한 붕괴, 휨압축파괴에 인한 붕괴, 밀림현상에 의한 붕괴가 있다. 전단파괴에 의한 붕괴유형은 연약대, 파쇄대, 단층대 등 국부적으로 취약한 지층조건과 터널이 간섭될 경우 취약한 부분에 집중된 지반응력 및 하중 등이 터널의 지보재에 국부적인 외력으로 작용하여 지보재의 전단파괴를 유발하여 발생한다. 압축파괴에 의한 붕괴유형은 주로 지반응력이 지보재의 저항력을 초과하는 경우에 발생하는데 터널의 계획심도가 깊어 과지압이 작용하는 경우, 터널 내부로 지하수 침투가 원활하지 않아 지보재 배면에 수압이 집중되는 경우, 함수량이 높은 팽창성 지반에 터널이 계획되는 경우 등에서 볼 수 있다.
측압 증가에 의한 붕괴의 특징은 무엇인가?
측압 증가에 의한 붕괴는 일반적으로 원지반의 구속응력 중 연직응력보다 수평응력이 크게 발생하는 경우에 주로 발생하며, 측벽부에 과다한 변위발생으로 1차 지보재 천장부에 균열발생, 하부 지반의 융기 등이 발생할 수 있어서 터널의 붕괴로 이어질 수 있다(한국터널지하공간학회, 2010).
지보재 폐합 후에 발생하는 터널의 붕괴유형은 무엇이 있는가?
지보재 폐합 후에 발생하는 터널의 붕괴유형은 전단파괴에 인한 붕괴, 압축파괴에 의한 붕괴, 펀칭파괴에 인한 붕괴, 휨압축파괴에 인한 붕괴, 밀림현상에 의한 붕괴가 있다. 전단파괴에 의한 붕괴유형은 연약대, 파쇄대, 단층대 등 국부적으로 취약한 지층조건과 터널이 간섭될 경우 취약한 부분에 집중된 지반응력 및 하중 등이 터널의 지보재에 국부적인 외력으로 작용하여 지보재의 전단파괴를 유발하여 발생한다.
참고문헌 (4)
Korea Tunnelling and Underground Space Association (2010), Case Histories of Tunnel Collapse, pp. 11-99.
Technical Report (2007), The report of AAtunnel Safety analysis, pp. 12-89.
Technical Report (2007), The analysis report of collapse causes and reinforcement measures ootunnel, pp. 115-84.
Technical Report (2002), The report of DDtunnel instrumentation analysis, pp. 21-69.
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