다양한 현장조건을 고려하기 위하여 필라 폭, 암반등급, 측압계수를 달리한 각종 병설터널을 모델링하고, 수치해석과 모형실험을 통해 필라의 안정성을 알아보았다. 수치해석을 통해 얻어진 필라 중앙부의 응력, 필라 전체의 평균응력, 필라 좌우단부의 응력을 각각 적용하여 필라의 강도/응력비를 구하였다. 이중 필라 좌우단부의 응력을 적용하였을 때의 강도/응력비는 가장 보수적인 값을 나타내었고, 분할굴착과 지보체계를 고려한 시공단계해석에서도 굴착 시점과 부합한 실제적인 값을 보였다. 또한, 병설터널의 모형실험에서 필라의 파괴균열은 필라 좌우단부로부터 필라 중앙부를 향해 점진적으로 발생하였다. 따라서 필라의 국부적 손상을 방지하고 터널 안정성을 보수적으로 평가하기 위해서는 필라 좌우단부의 응력을 적용하여 필라의 강도/응력비를 구하는 방법이 적합한 것으로 판단된다.
다양한 현장조건을 고려하기 위하여 필라 폭, 암반등급, 측압계수를 달리한 각종 병설터널을 모델링하고, 수치해석과 모형실험을 통해 필라의 안정성을 알아보았다. 수치해석을 통해 얻어진 필라 중앙부의 응력, 필라 전체의 평균응력, 필라 좌우단부의 응력을 각각 적용하여 필라의 강도/응력비를 구하였다. 이중 필라 좌우단부의 응력을 적용하였을 때의 강도/응력비는 가장 보수적인 값을 나타내었고, 분할굴착과 지보체계를 고려한 시공단계해석에서도 굴착 시점과 부합한 실제적인 값을 보였다. 또한, 병설터널의 모형실험에서 필라의 파괴균열은 필라 좌우단부로부터 필라 중앙부를 향해 점진적으로 발생하였다. 따라서 필라의 국부적 손상을 방지하고 터널 안정성을 보수적으로 평가하기 위해서는 필라 좌우단부의 응력을 적용하여 필라의 강도/응력비를 구하는 방법이 적합한 것으로 판단된다.
A lot of twin tunnels were modelled with different pillar widths, rock mass classes and stress ratios in order to consider various site conditions, and the stabilities of the pillars were estimated by numerical analyses and scaled model tests. The strength-stress ratios of the pillar were obtained f...
A lot of twin tunnels were modelled with different pillar widths, rock mass classes and stress ratios in order to consider various site conditions, and the stabilities of the pillars were estimated by numerical analyses and scaled model tests. The strength-stress ratios of the pillar were obtained from three different methods which were using the stresses appeared at the middle point, the whole average and the left/right edges of the pillar. The strength-stress ratio of the pillar edges showed relatively conservative values among them, and it was also practically consistent with the tunnel excavating steps comprising the construction sequence analyses which included the partial excavation and the support system. Scaled model tests were also performed to investigate the tunnel stability, where it was found that cracks were progressively generated from the pillar edges toward the middle point of the pillar. Therefore, in order to both prevent the local damage of pillar and conservatively estimate the tunnel stability, it was thought to be an appropriate method using the strength-stress ratio obtained from the left/right edges of the pillar.
A lot of twin tunnels were modelled with different pillar widths, rock mass classes and stress ratios in order to consider various site conditions, and the stabilities of the pillars were estimated by numerical analyses and scaled model tests. The strength-stress ratios of the pillar were obtained from three different methods which were using the stresses appeared at the middle point, the whole average and the left/right edges of the pillar. The strength-stress ratio of the pillar edges showed relatively conservative values among them, and it was also practically consistent with the tunnel excavating steps comprising the construction sequence analyses which included the partial excavation and the support system. Scaled model tests were also performed to investigate the tunnel stability, where it was found that cracks were progressively generated from the pillar edges toward the middle point of the pillar. Therefore, in order to both prevent the local damage of pillar and conservatively estimate the tunnel stability, it was thought to be an appropriate method using the strength-stress ratio obtained from the left/right edges of the pillar.
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문제 정의
그러나 터널 굴착에 따른 필라부의 실제 응력은 필라 내부의 위치마다 다른 값을 보인다. 따라서 본 연구에서는 필라부에서 얻어진 최대 및 최소 주응력 값들을 이용하여 필라의 강도/응력비를 모델별로 산정해보았다. 여기서 응력 값으로는 필라 중앙부의 응력, 필라 전체의 평균응력, 필라 좌우단부의 응력 등의 3가지 응력을 각각 적용하였으며, 각 방법으로 얻어진 필라의 강도/응력비를 서로 비교함으로써 3가지 방법의 차이를 알아보았다.
5와 같이 필라 폭이 최소가 되는 필라 중앙단면을 따라 발생하며, 특히 터널 측벽부에 해당하는 필라 좌우단에서는 최대 응력집중이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 필라부의 세밀한 응력 검토를 위하여 필라의 중앙단면 즉, 병설터널의 측벽부를 연결하는 최단직선을 따라 생기는 3가지 응력을 알아보았다. 이는 필라 중앙부의 응력, 필라 전체의 평균응력, 필라 좌우단의 응력(또는 터널 좌우측벽부의 응력)으로, Fig.
본 연구에서는 다양한 현장조건을 고려하기 위하여 필라 폭(0.25D, 0.5D, 1.0D, 1.5D, 2.0D), 암반등급(Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ), 측압계수(0.5, 1.0, 1.5)를 달리한 각종 병설터널에 대한 수치해석과 모형실험을 통해 필라의 안정성을 알아보았다. 필라의 강도/응력비를 구할 때는 필라 중앙부의 응력, 필라 전체의 평균응력, 필라 좌우단부의 응력을 각각 적용하였다.
전절의 해석결과는 터널의 전단면 굴착과 지보설치의생략을 가정한 경우였으며, 여기서 필라 폭이 작거나 암반등급이 열악할 때는 필라 안정성이 급격히 감소함을 알 수 있었다. 하지만 실제로 2차선 도로터널을 굴착할 경우는 암반등급에 따라 분할굴착과 적정 지보가 설치되므로, 본 연구에서는 현장의 시공단계를 고려한 추가해석을 통해 시공단계에 따라 필라의 안정성이 어떻게 변화하는지 알아보았다.
가설 설정
Table 1은 본 연구에서 가정한 5가지 암반등급에 해당되는 입력물성을 나타낸 것이고, Fig. 4는 필라 폭 0.5D 모델의 터널굴착 후 해석요소망을 보여준다. 본 해석에 사용한 프로그램은 유한요소 해석프로그램인 Midas/GTS-NX이다.
본 연구에서는 실제로 접할 수 있는 가능한 모든 현장조건을 고려하기 위해 노력하였지만, 해석 대상지반을 동일 등급을 가지는 균일한 지층으로 가정하였고 제한된 해석조건과 가정된 입력물성을 근거로 해석을 수행하였다. 따라서 본 연구의 결과를 임의의 현장에 그대로 적용하기는 어렵지만, 주요 결과는 병설터널의 설계 기초자료로 활용되기를 기대한다.
본 실험에서 사용한 모형재료의 주요사항은 다음과 같다. 첫째, 본 실험에서는 현장 암반의 강도를 115MPa로 가정하였다. 둘째, 본 실험에 적합한 모형재료는 강도 축소율 1/276을 고려하면 0.
제안 방법
이때 필라의 안정성 평가를 위하여 Peck(1969)과 Matsuda et al.(1997)의 경험적 방법으로 각각의 안전율을 구하였고,수치해석으로 얻은 필라의 응력 값을 이용하여 각 경우에 대한 필라의 강도/응력비(strength-stress ratio)를 조사하였다.
둘째, 모형시험체에 70 mm×47 mm 규격의 모형터널 두 개를 35 mm(0.5D)만큼 이격시켜 굴착한 후, 시험체에 수직압과 수평압을 동일한 크기로 가압함으로써 측압계수 1.0 조건의 모형시험을 실시하였다.
42 MPa의 강도를 가져야하는데, Kim and Heo(2016)이 제시한 식 (10)에 의하면 전술한 배합비와 밀도를 가진 물질이 모형재료로 적합하였다. 따라서 본 실험에서는 이를 모형재료로 사용하였으며, 실제로 원주형 시험편에 대한 일축압축시험을 통해 소정의 강도를 확인하기도 하였다.
이때는 표준지보패턴을 고려한 13단계의 시공을 적용하였고 시공단계에 따른 필라의 안정성을 알아보았다. 또한, 차원해석에 근거한 축소모형실험을 실시함으로써 수치해석으로 얻어진 터널해석의 결과를 검증해보았다. 이와 같이 본 연구에서는 수치해석과 모형실험을 통해 다양한 현장조건을 고려한 병설터널 필라의 안정성을 분석하였으며, 이 연구의 결과는 병설터널의 설계 기초자료로 활용되기를 기대한다.
3, 연성 및 경성 숏크리트의 영률 5, 15 GPa을 적용하였다. 또한, 하중분배율은 각 단면별로 굴착, 록볼트 및 연성 숏크리트, 경성 숏크리트에 각각 40%, 30%, 30%를 적용하였다.
터널의 굴착은 좌측터널 상부, 좌측터널 하부, 우측터널 상부, 우측터널 하부의 순서로 하였고, 각 단면의 굴착 후에는 록볼트와 숏크리트를 설치하였다. 록볼트는 길이 4 m, 간격 1.5 m로서 단위중량 78 kN/㎥, 영률 210 GPa, 포아송비 0.3이고, 숏크리트는 두께 120 mm로서 단위중량 24 kN/㎥, 포아송비 0.3, 연성 및 경성 숏크리트의 영률 5, 15 GPa을 적용하였다. 또한, 하중분배율은 각 단면별로 굴착, 록볼트 및 연성 숏크리트, 경성 숏크리트에 각각 40%, 30%, 30%를 적용하였다.
본 연구에서는 국도건설공사 설계실무요령(2013)에 나타난 터널표준단면을 가진 병설터널을 대상으로 필라 폭을 0.25D(D는 터널 폭), 0.5D, 1.0D, 1.5D, 2.0D로 변화시킨 5가지 경우에 대한 안정성해석을 실시하였다. 이때 터널 주변암반은 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ의 5가지 암반등급으로 세분하였고, 다양한 지하 응력상태를 반영하기 위하여 측압계수(K)는 0.
Kim(2015)은 19가지 병설터널의 모형실험에서 필라 균열이 발생한 압력수준을 분석하여 필라 폭과 지반 강도가 터널 안정성에 영향을 미치는 주된 요소임을 보였으며, 수치해석을 통한 본 연구도 같은 결과를 보였다. 본 연구에서는 수치해석의 결과를 실험적으로 검증하기 위하여, 각종 수치해석 단면 중에서 필라 폭 0.5D인터널에 대해 측압계수 1.0의 조건으로 축소모형실험을 실시하였다. 여기서 사용한 실험장치와 실험방법은 Kim(2015)과 동일하다.
따라서 본 연구에서는 필라부에서 얻어진 최대 및 최소 주응력 값들을 이용하여 필라의 강도/응력비를 모델별로 산정해보았다. 여기서 응력 값으로는 필라 중앙부의 응력, 필라 전체의 평균응력, 필라 좌우단부의 응력 등의 3가지 응력을 각각 적용하였으며, 각 방법으로 얻어진 필라의 강도/응력비를 서로 비교함으로써 3가지 방법의 차이를 알아보았다.
이 방법은 Mohr-Coulomb 파괴조건에 따라 필라 암반의 안정성을 수치해석적으로 평가하는 방법이다. 여기서는 필라에 작용하는 주응력을 이용하여 강도/응력 비를 구함으로써 해당 조건에서의 필라 안정성을 평가한다. 즉, 필라의 소성파괴는 식 (7)과 같은 파괴조건에 따라 발생한다고 가정하며, 이때 암반의 일축압축강도(σcm)와 파괴조건식의 기울기(k)는 식 (8)과 같고, 강도/응력비는 식 (9)와 같이 정의된다.
0D로 변화시킨 5가지 경우에 대한 안정성해석을 실시하였다. 이때 터널 주변암반은 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ의 5가지 암반등급으로 세분하였고, 다양한 지하 응력상태를 반영하기 위하여 측압계수(K)는 0.5, 1.0, 1.5의 3가지로 변화시켰다. 이와 같이 실제로 접할 수 있는 다양한 현장조건을 고려한 총 75가지 경우를 해석하였으며, 결과의 비교 검토를 통해 각 경우의 터널 안정성을 알아보았다.
3과 같이 75가지 모델을 해석하였다. 이때 필라 폭은 0.25D, 0.5D, 1.0D,1.5D, 2.0D의 5가지 종류로 변화시켰고, 다양한 지반조건을 고려하기 위하여 터널 주변암반은 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ, Ⅴ의 5가지 암반등급 종류로 변화시켰으며, 다양한 지하 응력 상태를 반영하기 위하여 측압계수(K)는 0.5, 1.0, 1.5의 3가지로 변화시켰다.
한편, 병설터널에 대한 시공단계별 해석도 실시하였다. 이때는 표준지보패턴을 고려한 13단계의 시공을 적용하였고 시공단계에 따른 필라의 안정성을 알아보았다. 또한, 차원해석에 근거한 축소모형실험을 실시함으로써 수치해석으로 얻어진 터널해석의 결과를 검증해보았다.
5의 3가지로 변화시켰다. 이와 같이 실제로 접할 수 있는 다양한 현장조건을 고려한 총 75가지 경우를 해석하였으며, 결과의 비교 검토를 통해 각 경우의 터널 안정성을 알아보았다. 이때 필라의 안정성 평가를 위하여 Peck(1969)과 Matsuda et al.
첫째, 모형재료를 사용하여 500 mm×500 mm×51 mm규격의 모형시험체를 제작한 후, 이를 건조시켜 밀도 1500 kg/㎥이 될 때 시험체를 이축압축장치에 설치하였다.
여기서 적용한 굴착 및 지보체계는 RMR Ⅲ등급 암반의 터널 지침(Bieniawski,1989)에 근거한다. 터널의 굴착은 좌측터널 상부, 좌측터널 하부, 우측터널 상부, 우측터널 하부의 순서로 하였고, 각 단면의 굴착 후에는 록볼트와 숏크리트를 설치하였다. 록볼트는 길이 4 m, 간격 1.
5)를 달리한 각종 병설터널에 대한 수치해석과 모형실험을 통해 필라의 안정성을 알아보았다. 필라의 강도/응력비를 구할 때는 필라 중앙부의 응력, 필라 전체의 평균응력, 필라 좌우단부의 응력을 각각 적용하였다. 이로부터 얻어진 주요 결과는 다음과 같다.
한편, 병설터널에 대한 시공단계별 해석도 실시하였다. 이때는 표준지보패턴을 고려한 13단계의 시공을 적용하였고 시공단계에 따른 필라의 안정성을 알아보았다.
본 해석에 사용한 프로그램은 유한요소 해석프로그램인 Midas/GTS-NX이다. 해석을 할 때는 좌측터널을 선행굴착터널, 우측터널을 후행굴착터널로 모델링하였으며, 암반필라의 거동을 주로 살펴보기 위하여 지보재의 설치는 생략하였고 좌우 터널을 모두 전단면 굴착하였다.
대상 데이터
75 m)을 적용하였다. 또한, 병설터널 굴착에 따른 필라의 안정성 평가를 위해 Fig. 3과 같이 75가지 모델을 해석하였다. 이때 필라 폭은 0.
14와 같다. 모형재료는 모래, 석고, 물의 중량배합비가 145:55:100이면서 밀도 1500 kg/㎥인 물질을 사용하였다. Kim and Heo(2016)은 이 모형재료의 제반 물성을 보고한 바 있다.
수치해석을 위한 터널단면은 국도건설공사 설계실무요령(2013)에 제시된 2차선 도로터널의 표준단면(D=11.6m, H=7.75 m)을 적용하였다. 또한, 병설터널 굴착에 따른 필라의 안정성 평가를 위해 Fig.
이론/모형
5D 모델의 터널굴착 후 해석요소망을 보여준다. 본 해석에 사용한 프로그램은 유한요소 해석프로그램인 Midas/GTS-NX이다. 해석을 할 때는 좌측터널을 선행굴착터널, 우측터널을 후행굴착터널로 모델링하였으며, 암반필라의 거동을 주로 살펴보기 위하여 지보재의 설치는 생략하였고 좌우 터널을 모두 전단면 굴착하였다.
수치해석으로 얻어진 결과를 이용한 필라의 안정성검토에 앞서, 경험적 방법인 Peck의 방법과 Matsuda의 방법으로 Fig. 3에 나타낸 병설터널에서의 필라 안전율을 산정해보았다. Table 2는 이 두 가지 방법으로 계산된 안전율을 필라 폭과 암반등급별로 정리하여 나타낸 것이다.
0D인 병설터널의 시공단계별 해석을 위한 모델이고, Table 3은 본 연구에서 가정한 13단계 시공순서를 보여준다. 여기서 적용한 굴착 및 지보체계는 RMR Ⅲ등급 암반의 터널 지침(Bieniawski,1989)에 근거한다. 터널의 굴착은 좌측터널 상부, 좌측터널 하부, 우측터널 상부, 우측터널 하부의 순서로 하였고, 각 단면의 굴착 후에는 록볼트와 숏크리트를 설치하였다.
성능/효과
1. 병설터널에서 필라 폭과 암반등급은 필라의 강도/응력비에 큰 영향을 미쳤으나 측압계수의 영향은 비교적 작았다.
2. 필라 좌우단부의 응력을 적용했을 때의 강도/응력비는 필라 중앙부의 응력이나 필라 전체의 평균응력을 적용했을 때보다 상대적으로 작았다.
3. 시공단계해석에서 필라 중앙부의 응력이나 필라 전체의 평균응력을 적용하여 얻어진 강도/응력비는 시공단계가 진행됨에 따라 서서히 작아지는 경향을 보였지만, 필라 좌우단부의 응력을 적용했을 때는 굴착 시점과 부합한 실제적인 값을 보였다.
4. 병설터널의 모형실험에서 필라의 파괴균열은 필라좌우단부 또는 터널 측벽부로부터 필라 중앙부를 향해 발생한 것으로 나타났다.
5. 필라의 국부적 손상을 방지하고 터널 안정성을 보수적으로 평가하기 위해서는 필라 좌우단부의 응력을 적용하여 필라의 강도/응력비를 구하는 방법이 적합한 것으로 판단된다.
87이다. 둘째, Table 1에 나타난 5가지 암반등급 중에서 중간에 해당하는 Ⅲ등급 암반의 단위중량은 25 kN/㎥인데 비해, 실험에서 사용한 모형재료의 밀도는 1500 kg/㎥이므로 약간의 계산을 거치면 질량[M]의 축소율은 1/1.67이다. 따라서 본 실험에 적합한강도[ML-1T-2]의 축소율은 1/276로 나타났다.
첫째, 본 실험에서는 현장 암반의 강도를 115MPa로 가정하였다. 둘째, 본 실험에 적합한 모형재료는 강도 축소율 1/276을 고려하면 0.42 MPa의 강도를 가져야하는데, Kim and Heo(2016)이 제시한 식 (10)에 의하면 전술한 배합비와 밀도를 가진 물질이 모형재료로 적합하였다. 따라서 본 실험에서는 이를 모형재료로 사용하였으며, 실제로 원주형 시험편에 대한 일축압축시험을 통해 소정의 강도를 확인하기도 하였다.
9에 나타낸 무지보 병설터널에서 얻어진 결과와도 일치한다. 따라서 병설터널 필라의 강도/응력비를 산정할 때, 필라좌우단부의 응력 값을 적용하면 필라의 국부적 손상을 방지할 수 있을 뿐 아니라 터널 안정성을 보다 실제적이거나 보수적으로 평가할 수 있다고 판단된다.
67이다. 따라서 본 실험에 적합한강도[ML-1T-2]의 축소율은 1/276로 나타났다.
9의 3가지 그림을 서로 비교하면 필라 폭이 커질수록 필라의 강도/응력비는 점차 증가함을 알 수 있다. 따라서 필라 폭이 작은 병설터널은 안정성이 작아 주의를 요하는데, 특히 Fig. 9(a)와 같이 필라 폭이 0.25D로 매우 작은 Ⅳ,Ⅴ등급 암반의 경우에는 3가지 응력을 각각 적용하여 얻은 필라의 강도/응력비 값이 모두 1이하를 보여 필라 전체영역이 파괴되었다.
또한, Fig. 13에서 Ⅲ등급 암반, 필라 폭 1.0D인 병설 터널을 13단계의 현장시공단계로 굴착하였을 때 얻어진 최종 강도/응력비의 값을 살펴보면, 필라 중앙부의 응력 값을 적용했을 때는 5.7, 필라 전체의 평균응력 값을 적용했을 때는 4.6, 필라 좌우단부의 응력 값을 적용했을 때는 3.5로 나타났다. 이에 비해 지보설치를 생략하고 전단면굴착을 적용한 단순조건에서 얻어진 강도/응력비의 값은 Fig.
여기서 두 가지 방법 모두 필라 폭이 작을수록, 암반등급이 열악할수록 필라의 안전율은 작게 나타났다. 또한, 두 방법의 결과를 비교하면, Peck 방법으로 구한 안전율은 대체로 Matsuda 방법으로 구한 것보다 더 작게 나타났다.
6에서 암반등급별로 얻어진 응력 값을 살펴보면, 암반등급이 Ⅰ등급에서 Ⅴ등급으로 열악해질수록 최대 및 최소주응력은 작아지는 것으로 나타났다. 또한, 필라 폭에 따른 응력값을 살펴보면, 필라 폭이 0.25D에서 2.0D로 커질수록 최대주응력은 작아지며 최소주응력은 커지는 것으로 나타났다.
15는 하중증가에 따른 모형터널 주변의 변형과정을 나타낸 것이다. 실험모형은 필라 좌하단으로부터균열이 생기다가 수직 및 수평압력 0.33 MPa이 작용할 때 필라를 수평방향으로 관통하는 균열이 생겼고, 이후 하중증가에 따라 균열이 심화되었으며 최대압력은 0.43MPa로 나타났다. 이와 같이 병설터널에서는 필라부가 가장 취약하며, 필라의 파괴균열은 필라 좌우단부(터널측벽부)로부터 필라 중앙부를 향해 발생함을 모형실험을 통해 알 수 있었다.
0인 경우에 얻어진 암반등급별 강도/응력비를 나타낸 것이다. 여기서 강도/응력비를 구할 때의 응력 값으로서 3가지 응력을 각각 적용한 결과를 비교해보면, 모든 경우에서 필라 중앙부의 응력 값을 적용했을 때의 강도/응력비가 가장 크고, 필라 좌우단부의 응력 값을 적용했을 때는 가장 작았으며, 필라 전체의 평균응력 값을 적용했을 때는 대략 중간 값에 해당하였다. 따라서 병설터널의 안정성을 보수적으로 평가하기 위해서는, 필라의 강도/응력비를 구할 때 위의 3가지 방법 중 필라 좌우단부에서의 응력 값을 적용하는 것이 합리적이라고 생각된다.
8은 계산된 안전율을 그림으로 나타낸 것으로, 안전율 15이상은 무의미하다고 생각되어 표시하지 않았다. 여기서 두 가지 방법 모두 필라 폭이 작을수록, 암반등급이 열악할수록 필라의 안전율은 작게 나타났다. 또한, 두 방법의 결과를 비교하면, Peck 방법으로 구한 안전율은 대체로 Matsuda 방법으로 구한 것보다 더 작게 나타났다.
전절의 해석결과는 터널의 전단면 굴착과 지보설치의생략을 가정한 경우였으며, 여기서 필라 폭이 작거나 암반등급이 열악할 때는 필라 안정성이 급격히 감소함을 알 수 있었다. 하지만 실제로 2차선 도로터널을 굴착할 경우는 암반등급에 따라 분할굴착과 적정 지보가 설치되므로, 본 연구에서는 현장의 시공단계를 고려한 추가해석을 통해 시공단계에 따라 필라의 안정성이 어떻게 변화하는지 알아보았다.
그러나 필라 좌우단부의 응력을 적용했을 때의 강도/응력비는 다른 특징을 나타내었다. 즉, 필라 좌단부의 강도/응력비는 좌측터널이 굴착된 2단계 시점에 급격히 감소하였고, 필라 우단부의 강도/응력비는 우측터널이 막 굴착된 8단계에 이르러서야 비로소 대폭 감소하였는데, 이는 해당지점의 굴착 시점과 일치한다.
첫째,현장 터널의 단면은 Fig. 3과 같이 11.6 m×7.75 m인데 비해, 모형터널의 단면은 Fig. 14와 같이 70 mm×47mm이므로 길이[L]와 시간[T]에 대한 축소율은 각각 1/166, 1/12.87이다.
따라서 측압계수가 커질수록 필라의 강도/응력비는 증가한 것으로 판단된다. 한편, Fig. 10에서 필라 안정성에 영향을 미치는 3가지 영향요소를 비교해서 살펴보면, 필라 폭과 암반 등급은 필라의 강도/응력비에 큰 영향을 미치지만, 측압계수의 영향은 비교적 작게 나타났다.
후속연구
본 연구에서는 실제로 접할 수 있는 가능한 모든 현장조건을 고려하기 위해 노력하였지만, 해석 대상지반을 동일 등급을 가지는 균일한 지층으로 가정하였고 제한된 해석조건과 가정된 입력물성을 근거로 해석을 수행하였다. 따라서 본 연구의 결과를 임의의 현장에 그대로 적용하기는 어렵지만, 주요 결과는 병설터널의 설계 기초자료로 활용되기를 기대한다.
또한, 차원해석에 근거한 축소모형실험을 실시함으로써 수치해석으로 얻어진 터널해석의 결과를 검증해보았다. 이와 같이 본 연구에서는 수치해석과 모형실험을 통해 다양한 현장조건을 고려한 병설터널 필라의 안정성을 분석하였으며, 이 연구의 결과는 병설터널의 설계 기초자료로 활용되기를 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Peck의 방법은 무엇인가?
Peck의 방법은 병설터널을 굴착할 때 필라에서 발생하는 평균응력(Sp)을 필라 암반의 일축압축강도(σp)와 비교함으로써 필라의 안정성을 평가하는 방법이다(Peck,1969). 필라의 평균응력은 식 (1), 필라 암반의 일축압축강도는 식 (2)와 같으며, 이때 필라의 초기항복에 대한안전율(Fs)은 식 (3)과 같다.
병설터널 사이에 존재하는 필라의 안정성을 평가하는 방법은 무엇인가?
병설터널 사이에 존재하는 필라의 안정성을 평가하는 방법은 경험적 방법과 수치해석적 방법으로 나뉜다. 경험적 방법으로는 Peck의 방법과 Matsuda의 방법이 있으며, 수치해석적 방법으로는 강도/응력비 방법을 들 수 있다.
병설터널에서 적정한 이격거리가 필요한 이유는 무엇인가?
상행 및 하행 터널이 평행 배열되는 병설터널은 용지매입이나 시공측면에서 유리한 점이 많아 국내 도로터널의 표준 형태로 자리매김하고 있다. 하지만 병설터널은 양쪽 터널 간에 역학적인 상호간섭이 발생하기 때문에 터널 안정성을 확보하기 위해서는 적정한 이격거리가 필요하다(Kim, 2015). 터널간의 이격거리는 필라 폭으로 특정되는데, 필라 폭이 클수록 터널간 간섭효과가 작아져 역학적 안정성은 증가하지만 시공할 때 공사비용의 증가를 초래하기 쉽다.
참고문헌 (13)
Bieniawski, Z.T., 1989, Engineering rock mass classifications, New York, Wiley.
Byun, Y.S., H.G., Kim, S.S., Lee and B.S., Chun, 2010, A study on pillar behavior of twin parallel tunnels by numerical approach, Journal of the Korean Geoenvironmental Society, 11.8, 49-55.
Choi, J.J, 2014, Reinforcement method of a pillar using tension bolts in 2-Arch varying section tunnels, Ph.D. thesis of Suwon University, Korea.
Design guideline for construction works of national highway, 2013, Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Korea, 395.
Hoek, E. and E.T., Brown, 1980, Underground excavation in rock, Institution of mining and metallurgy, London.
Kim, D.S. and Y.G. Kim, 2007, A study on the stability analysis for asymmetry parallel tunnel with rock pillar, Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, 9.4, 387-401.
Kim, J.W., 2012, A study on the stability of asymmetrical twin tunnels in alternating rock layers using scaled model tests, Tunnel and Underground Space, 22.1, 22-31.
Kim J.W. and S. Heo, 2016, Stability investigation of a foundation located above limestone cavities using scaled model tests, Tunnel and Underground Space, 26.6, 493-507.
Kim, W.B., H.S., Yang and T.W. Ha, 2012, An assessment of rock pillar behavior in very near parallel tunnel, Tunnel and Underground Space, 22.1, 60-68.
Matsuda, T., E. Toyosato, M. Igarashi, Y. Nashimoto and T. Sugiyama, 1997, A study on design methods for twin tunnels constructed by the single drift and central pier method, Proceeding of Studies on Tunnel Engineering, Vol. 7.
Peck, R.B., 1969, Deep excavations and tunnelling in soft grouting, Proc. 7th ICSMFE, Mexico, State-of-the-art Report, 225-290.
Tunnel design criteria, 2007, Ministry of Construction and Transportation, Korea, 17.
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