실내모형시험을 통한 흙막이벽체 버팀대 변형에 따른 흙막이벽체 및 인접터널의 거동 Behavior of wall and nearby tunnel due to deformation of strut of braced wall using laboratory model test원문보기
흙막이벽체 시공 중 버팀대에 문제가 발생하여 변형되거나 제 기능을 상실하게 되면 흙막이벽체에 과다한 변형의 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 모형시험을 통해 시공 중 흙막이벽체의 버팀대 일부가 기능을 상실하게 되었을 때 흙막이 벽체의 거동특성 및 배면에 인접한 터널의 거동을 파악하고자 하였다. 연구 결과, 흙막이벽체의 변형으로 인해 배면지반의 토압이 재배치되고 지표변위를 발생시켜 인접한 터널의 변형에 영향을 미쳤으며, 터널에서 가장 가까운 측벽에 위치한 버팀대를 제거하였을 때 흙막이벽체 변형 및 터널변형이 가장 크게 나타났다. 터널의 위치에 따른 평균 전이토압은 터널 심도가 0.65D에서 2.65D로 깊어짐에 따라 평균 25.6% 증가하였으며, 흙막이벽체와 터널과의 이격거리가 0.5D에서 1.0D로 증가함에 따라 전이토압이 평균 16% 증가하였다. 버팀대 제거에 따른 흙막이벽체의 수평변위는 제거되는 버팀대 부근에 집중되는 경향을 보였으며 버팀대 제거위치가 하부로 내려갈수록 수평변위는 비선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 터널 내공변위는 토피고 1.15D, 수평거리 0.5D일 때 최대 내공변위가 발생하였고, 토피고 2.65D, 수평거리 1.0D에서 최소 내공변위가 발생하였다. 가상파괴면이 터널의 중심부를 통과하는 범위인 토피고 1.15~1.65D, 수평거리 0.5D에서 터널의 내공변위가 크게 증가하는 것으로 검토되었으며, 최대 내공변위와 최소 내공변위의 차이는 약 2배 정도 발생하였다.
흙막이벽체 시공 중 버팀대에 문제가 발생하여 변형되거나 제 기능을 상실하게 되면 흙막이벽체에 과다한 변형의 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 모형시험을 통해 시공 중 흙막이벽체의 버팀대 일부가 기능을 상실하게 되었을 때 흙막이 벽체의 거동특성 및 배면에 인접한 터널의 거동을 파악하고자 하였다. 연구 결과, 흙막이벽체의 변형으로 인해 배면지반의 토압이 재배치되고 지표변위를 발생시켜 인접한 터널의 변형에 영향을 미쳤으며, 터널에서 가장 가까운 측벽에 위치한 버팀대를 제거하였을 때 흙막이벽체 변형 및 터널변형이 가장 크게 나타났다. 터널의 위치에 따른 평균 전이토압은 터널 심도가 0.65D에서 2.65D로 깊어짐에 따라 평균 25.6% 증가하였으며, 흙막이벽체와 터널과의 이격거리가 0.5D에서 1.0D로 증가함에 따라 전이토압이 평균 16% 증가하였다. 버팀대 제거에 따른 흙막이벽체의 수평변위는 제거되는 버팀대 부근에 집중되는 경향을 보였으며 버팀대 제거위치가 하부로 내려갈수록 수평변위는 비선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 터널 내공변위는 토피고 1.15D, 수평거리 0.5D일 때 최대 내공변위가 발생하였고, 토피고 2.65D, 수평거리 1.0D에서 최소 내공변위가 발생하였다. 가상파괴면이 터널의 중심부를 통과하는 범위인 토피고 1.15~1.65D, 수평거리 0.5D에서 터널의 내공변위가 크게 증가하는 것으로 검토되었으며, 최대 내공변위와 최소 내공변위의 차이는 약 2배 정도 발생하였다.
If a problem occurs in the strut during the construction of the braced wall, they may cause excessive deformation of the braced wall. Therefore, in this study, the behavior of the braced wall and existing tunnel adjacent to excavation were investigated assuming that the support function of strut is ...
If a problem occurs in the strut during the construction of the braced wall, they may cause excessive deformation of the braced wall. Therefore, in this study, the behavior of the braced wall and existing tunnel adjacent to excavation were investigated assuming that the support function of strut is lost during construction process. For this purpose, a series of model test was performed. As a result of the study, the earth pressure in the ground behind wall was rearranged due to the deformation of the braced wall, and the ground displacements caused the deformation of adjacent tunnels. When the struts located on the nearest side wall from the tunnel were removed, the deformation of the braced wall and the tunnel deformation were the largest. The magnitude of transferred earth pressure depended on the location of tunnel. The increase of the cover depth of tunnel from 0.65D to 2.65D caused the increase of the earth pressure by 25.6%. As the distance between braced wall and tunnel was increased from 0.5D to 1.0D, the transferred earth pressure increased by 16% on average. Horizontal displacements of braced wall by the removal of the strut tended to concentrate around the removed struts, and the horizontal displacement increased as the strut removal position is lowered. The tunnel displacement was maximum, when the cover depth of tunnel was 1.15D and the horizontal distance between braced wall and the side of tunnel was 0.5D. The minimal displacement occurred, when the cover depth of tunnel was 2.65D and the horizontal distance between braced wall and the side of tunnel was 1.0D. The difference between the maximum displacement and the minimum displacement was about 2 times, and the displacement was considered to be the largest when it was in the range of 1.15D to 1.65D and the horizontal distance of 0.5D.
If a problem occurs in the strut during the construction of the braced wall, they may cause excessive deformation of the braced wall. Therefore, in this study, the behavior of the braced wall and existing tunnel adjacent to excavation were investigated assuming that the support function of strut is lost during construction process. For this purpose, a series of model test was performed. As a result of the study, the earth pressure in the ground behind wall was rearranged due to the deformation of the braced wall, and the ground displacements caused the deformation of adjacent tunnels. When the struts located on the nearest side wall from the tunnel were removed, the deformation of the braced wall and the tunnel deformation were the largest. The magnitude of transferred earth pressure depended on the location of tunnel. The increase of the cover depth of tunnel from 0.65D to 2.65D caused the increase of the earth pressure by 25.6%. As the distance between braced wall and tunnel was increased from 0.5D to 1.0D, the transferred earth pressure increased by 16% on average. Horizontal displacements of braced wall by the removal of the strut tended to concentrate around the removed struts, and the horizontal displacement increased as the strut removal position is lowered. The tunnel displacement was maximum, when the cover depth of tunnel was 1.15D and the horizontal distance between braced wall and the side of tunnel was 0.5D. The minimal displacement occurred, when the cover depth of tunnel was 2.65D and the horizontal distance between braced wall and the side of tunnel was 1.0D. The difference between the maximum displacement and the minimum displacement was about 2 times, and the displacement was considered to be the largest when it was in the range of 1.15D to 1.65D and the horizontal distance of 0.5D.
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문제 정의
따라서 본 논문에서는 흙막이벽체의 거동에서 가장 큰 영향을 미치는 수평변위에 의한 영향을 파악하기 위하여 기존터널에 인접하여 지반굴착이 이루어질 때 흙막이벽체 버팀대의 기능상실 시 흙막이 벽체와 인접터널의 거동을 분석하고자 하였다. 본 연구의 목적은 흙막이벽체의 버팀대를 위치별로 제거하여 흙막이벽체와 지반의 거동 특성을 파악하고, 벽체 배면에 인접하여 위치한 터널에 미치는 영향을 분석하여 터널의 취약부를 알아보고 향후 적절한 보강 대책을 수립하는데 도움이 되고자 하는데 있다.
본 논문에서는 기존 터널에 근접하여 흙막이벽 시공 시 버팀대 일부가 기능을 상실할 경우 벽체 변위와 벽체에 작용하는 단면력, 흙막이벽체의 거동과 벽체 배면의 기존터널과 지표침하 등에 미치는 영향을 파악하기 위하여 실내모형시험을 수행하였다. 연구에 적용한 터널의 형상은 터널의 거동특성을 잘 파악할 수 있도록 현장에서 많이 시공되고 있는 마제형이나 난형이 아닌 원형터널로 적용하였다.
본 논문에서는 기존 터널에 인접한 터파기 공사에서 공사 중 흙막이벽체 버팀대의 기능상실 위치에 따라 흙막이벽체와 벽체 배면에 있는 기존 터널 및 배면 지반의 거동특성을 파악하고 흙막이벽체의 변형위치별 인접한 터널이 받는 영향관계를 확인하고자 하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 논문에서는 흙막이벽체 굴착을 단계별로 적용하여 굴착단계별 흙막이벽체의 수평변위와 부재력, 기존 터널의 내공변위 그리고 흙막이벽체 배면지반의 지표침하에 대하여 실내모형시험을 실시한 후 흙막이 공사 시 혹시 발생할 수 있는 버팀대의 기능상실 상태를 구현하기 위하여 흙막이벽체의 버팀대를 위치별로 제거한 후 흙막이벽체의 거동과 인접터널에 미치는 영향을 분석하였다.
따라서 본 논문에서는 흙막이벽체의 거동에서 가장 큰 영향을 미치는 수평변위에 의한 영향을 파악하기 위하여 기존터널에 인접하여 지반굴착이 이루어질 때 흙막이벽체 버팀대의 기능상실 시 흙막이 벽체와 인접터널의 거동을 분석하고자 하였다. 본 연구의 목적은 흙막이벽체의 버팀대를 위치별로 제거하여 흙막이벽체와 지반의 거동 특성을 파악하고, 벽체 배면에 인접하여 위치한 터널에 미치는 영향을 분석하여 터널의 취약부를 알아보고 향후 적절한 보강 대책을 수립하는데 도움이 되고자 하는데 있다. 이를 위해 터널이 지반굴착의 영향범위 내에 있을 경우를 가정하여 모형시험을 수행하였으며, 벽체와 터널 간 이격거리와 토피고가 상호 거동에 미치는 영향을 파악하였다.
흙막이벽체의 수평변위가 시작되는 저면을 지나는 평면활동면 θ = 45° + ∅/2를 가정하여 활동파괴면 위치에 따라 터널을 위치시키고 흙막이벽체의 변형으로 인한 수평변위를 발생시켜 인접터널의 거동을 파악하고자 하였다.
가설 설정
, 2013)와 같이 영향범위 I, II, III 세 부분으로 정의할 수 있다. 수평변위에 의한 영향범위는 단계별 굴착 시 흙막이벽체의 수평 변위에 의해 배면지반이 대수나선형으로 활동파괴된다고 가정하고 모멘트 평형을 적용하여 대수나선 활동파괴면을 측정한다.
흙막이벽체는 실제 현장에 적용된 System stiffness (S = EI/rwh4, Clough et al., 1989)가 19.05인 H-pile + 토류 형식의 벽체를 가정하였고, 모형흙막이벽체의 System stiffness는 20.7로 나타났다. 터널은 7.
제안 방법
총8단 굴착으로 각 단계별로 굴착 완료 후 5분의 안정화 시간을 주고 버팀대를 벽체에 밀착시키면서 모형시험을 수행하였다. 굴착완료 후 실험 case별로 소정의 위치의 버팀대를 제거하면서 시험을 수행하였다. 이러한 시험과정은 각 시험변수별로 동일한 순서로 반복하였다.
모형시험에 사용된 강사장치는 270 mm × 300 mm × 1300 mm (폭 × 길이 × 높이)의 크기로 강사고를 일정하게 유지하기 위하여 측면에 롤러를 부착하여 토피고 증가에 따라 강사기 위치가 상향으로 이동되도록 하였으며, 강사장치 하부에도 롤러를 부착하여 강사레일을 따라 자유롭게 이동하도록 제작하였다.
지반 조성 전에 흙막이벽체를 소정의 위치에 고정한 후 강사장치를 설치하여 지반을 조성한다. 모형지반은 샌드커튼 방식으로 조성하였고, 이때 강사고 90 cm를 유지하며 10 cm씩 지반을 조성하였다. 모형터널 바닥부까지 지반 조성 후 터널의 위치를 고정하고 동시에 내공변위계를 설치하였다.
모형지반의 상대밀도는 59.5%로 Table 4에 나타난 바와 같이 중간조밀 정도에 해당하며 입도분포시험(KS F 2302), 최대 · 최소건조단위중량시험(KS F 2345)을 통하여 물리적 특성을 파악하고 직접전단시험(KS F 2342)을 실시하여 모형지반의 역학적 특성을 파악하였다.
모형지반은 샌드커튼 방식으로 조성하였고, 이때 강사고 90 cm를 유지하며 10 cm씩 지반을 조성하였다. 모형터널 바닥부까지 지반 조성 후 터널의 위치를 고정하고 동시에 내공변위계를 설치하였다. 이후 벽체의 상단, 즉 지표면까지 지반을 조성한 후 단계별 굴착을 진행하였다.
모형터널(Fig. 2)의 크기는 길이(L)에 대한 대응비를 적용하여 실제 터널의 크기(D = 7 m)로부터 상사율 1/30 축척을 고려하여 직경 20 cm로 하였고, 모형터널의 두께는 실제 터널라이닝 두께를 적용하여 지반과 라이닝의 상대강성비(α)를 이용하여 결정하였다.
본 실내모형시험에서는 흙막이 벽체, 기존 터널, 지표침하의 거동을 분석하기 위해 각각의 위치에 계측기를 설치하였으며, 시험이 진행되는 동안 각 굴착단계별로 자동 및 수동 계측되어 컴퓨터에 저장되도록 하였다.
실내모형시험의 지반은 균질하고 등방성인 모래로 시험지반을 조성하였다. 상대밀도를 일정하게 유지하기 위하여 낙하고를 조절할 수 있는 샌드커튼(sand curtain) 방식의 강사장치를 사용하여 모형지반을 조성하였다. 모형시험에 사용된 강사장치는 270 mm × 300 mm × 1300 mm (폭 × 길이 × 높이)의 크기로 강사고를 일정하게 유지하기 위하여 측면에 롤러를 부착하여 토피고 증가에 따라 강사기 위치가 상향으로 이동되도록 하였으며, 강사장치 하부에도 롤러를 부착하여 강사레일을 따라 자유롭게 이동하도록 제작하였다.
본 논문에서는 기존 터널에 근접하여 흙막이벽 시공 시 버팀대 일부가 기능을 상실할 경우 벽체 변위와 벽체에 작용하는 단면력, 흙막이벽체의 거동과 벽체 배면의 기존터널과 지표침하 등에 미치는 영향을 파악하기 위하여 실내모형시험을 수행하였다. 연구에 적용한 터널의 형상은 터널의 거동특성을 잘 파악할 수 있도록 현장에서 많이 시공되고 있는 마제형이나 난형이 아닌 원형터널로 적용하였다.
본 연구의 목적은 흙막이벽체의 버팀대를 위치별로 제거하여 흙막이벽체와 지반의 거동 특성을 파악하고, 벽체 배면에 인접하여 위치한 터널에 미치는 영향을 분석하여 터널의 취약부를 알아보고 향후 적절한 보강 대책을 수립하는데 도움이 되고자 하는데 있다. 이를 위해 터널이 지반굴착의 영향범위 내에 있을 경우를 가정하여 모형시험을 수행하였으며, 벽체와 터널 간 이격거리와 토피고가 상호 거동에 미치는 영향을 파악하였다.
모형터널 바닥부까지 지반 조성 후 터널의 위치를 고정하고 동시에 내공변위계를 설치하였다. 이후 벽체의 상단, 즉 지표면까지 지반을 조성한 후 단계별 굴착을 진행하였다. 총8단 굴착으로 각 단계별로 굴착 완료 후 5분의 안정화 시간을 주고 버팀대를 벽체에 밀착시키면서 모형시험을 수행하였다.
지표침하는 각각의 경우에 대해 지반조성이 완료된 후 흙막이벽에서 50 mm 이격된 곳부터 100 mm간격으로 10개의 변위계를 설치하여 초기치를 설정하고 굴착 및 흙막이벽체의 변형에 따른 지표변위를 측정하였다.
모형지반 조성은 샌드커튼(sand curtain) 방식의 강사장치를 사용하였다. 직경 8 mm의 강봉과 베크라이트판을 이용하여 띠장을 제작하였고, 버팀대는 직경 12 mm의 강봉을 이용하여 제작하였으며, 버팀대 후면에는 볼트를 이용하여 굴착 후 가압할 수 있도록 하였다. 버팀대 중앙부에는 하중 측정장치를 설치하여 버팀대 축력을 측정할 수 있도록 Fig.
이후 벽체의 상단, 즉 지표면까지 지반을 조성한 후 단계별 굴착을 진행하였다. 총8단 굴착으로 각 단계별로 굴착 완료 후 5분의 안정화 시간을 주고 버팀대를 벽체에 밀착시키면서 모형시험을 수행하였다. 굴착완료 후 실험 case별로 소정의 위치의 버팀대를 제거하면서 시험을 수행하였다.
터널 변위계(LVDT)는 터널의 내부에 45°간격으로 8개의 변위계를 지반조성 중 설치하여 지반조성이 완료된 후 초기치를 설정하고 굴착 및 흙막이벽체의 변형에 따른 터널 내공변위를 측정하였다.
흙막이벽체의 수평거동에 영향을 미치는 요소 중 흙막이벽체와 터널의 심도 및 이격거리를 변화시켜가며 단계별 굴착을 실시한 후 위치별로 버팀대를 제거하여 모형시험을 수행하였다(Table 5).
흙막이벽체의 수평변위는 지반조성 전에 흙막이벽체 상단 50 mm하부에서부터 심도별 100 mm간격으로 8개의 변위계와 흙막이벽체를 설치하고 지반이 조성된 후 초기치를 설정하고 굴착 및 흙막이벽체의 변형에 따른 변위를 측정하였다(Fig. 1(b)).
흙막이벽체의 위치별로 버팀대를 제거함으로써 흙막이벽체의 변형을 발생시켜 제거된 버팀대로 인해 주변으로 전이되는 토압을 분석하였으며 아래 Fig. 6은 전이토압이 가장 크게 발생한 S7 버팀대를 제거했을 때 터널 토피고별, 이격거리별 전이토압을 나타내었다. Fig.
대상 데이터
모형시험에 사용된 흙막이벽체는 비교적 강성이 크고 변형 및 성형이 쉬운 베크라이트판을 이용하여 270 mm × 900 mm (폭 × 높이)의 크기로 제작하였고 모형터널은 철판(steel)을 사용하여 제작하였다.
본 실험을 위한 모형토조는 270 mm × 1700 mm × 1200 mm (폭 × 길이 × 높이)로 제작하였으며, 굴착을 모사하기 위해 100 mm씩 굴착판을 제작하여 탈부착이 가능하도록 하였다. 모형지반 조성은 샌드커튼(sand curtain) 방식의 강사장치를 사용하였다. 직경 8 mm의 강봉과 베크라이트판을 이용하여 띠장을 제작하였고, 버팀대는 직경 12 mm의 강봉을 이용하여 제작하였으며, 버팀대 후면에는 볼트를 이용하여 굴착 후 가압할 수 있도록 하였다.
본 실험을 위한 모형토조는 270 mm × 1700 mm × 1200 mm (폭 × 길이 × 높이)로 제작하였으며, 굴착을 모사하기 위해 100 mm씩 굴착판을 제작하여 탈부착이 가능하도록 하였다.
7로 나타났다. 터널은 7.0 m의 직경을 가진 지하철 단선터널을 대상으로 하였으며, 상사법칙을 이용하여 아래와 같이 두께를 산정하였으며, 그 결과는 Table 1과 2에 요약된 바와 같다.
성능/효과
1. 흙막이벽체의 변형은 배면지반의 토압을 재배치시키고 지표변위를 발생시켜 인접한 터널의 변형에 영향을 미쳤으며, 흙막이벽체 높이의 2/3 지점의 버팀대를 제거하였을 때 흙막이벽체 변형 및 터널변형이 가장 큰것으로 나타났다.
2. 버팀대에 작용하는 하중을 제거함에 따라 흙막이벽체에 변형이 발생하며 버팀대가 지지하던 토압은 주변 버팀대로 전이되는 경향을 보였으며, 이러한 전이토압은 터널에서 가장 가까운 측벽에 위치한 버팀대 제거 시 가장 크게 나타났다. 터널의 위치에 따른 평균 전이토압은 터널의 심도가 깊어지고 흙막이벽체와의 이격거리가 멀어질수록 증가하는 경향을 보였다.
3. 흙막이벽체 배면지반의 지표변위는 흙막이벽체 변형이 하부로 이동할수록 변위영역이 넓어지는 경향을 보였다. 토피고 1.
4. 버팀대 제거에 따른 흙막이벽체의 수평변위는 제거되는 버팀대 부근에 집중되는 경향을 보였으며 버팀대 제거위치가 아래로 내려갈수록 수평변위는 증가하는 것으로 나타났다. 터널이 가상파괴면 내에 50%이상 포함되고 이격거리가 가까운 경우(토피고 1.
각 실험변수별 전이토압의 평균값을 기준으로 터널의 심도가 깊어질수록 전이토압은 평균 25.58% 증가하는 경향을 나타내었고, 흙막이벽체와 터널의 이격거리가 멀어지는 경우에도 H1 (1.15D)에서는 평균 16.14%, H2(1.65D)에서는 평균 15.69%씩 증가하는 경향을 보였다(Fig. 7).
65D)으로 깊어지면서 터널측벽에 위치한 버팀대가 3번째, 4번째, 7번째로 변화하는데 전이토압은 터널의 측벽부의 흙막이벽체에 변형이 발생했을 때 가장 크게 나타나는 것으로 확인되었으며, 그 이유는 터널 심도가 깊을수록 터널에 작용하는 하중이 크며 버팀대 기능상실로 인해 벽체와 터널사이의 지반응력이 해방되면서 이부분의 전이하중이 인접 버팀대로 전이되는 현상으로 판단된다. 또한, 터널 측벽 또는 하부에서 지반변형이 발생했을 경우 터널에 급격한 변형이 발생하며 터널이 없는 경우보다 더 큰 전이토압이 발생하는 것으로 검토되었다. 흙막
11에 나타내었다. 상부 흙막이벽체 변형에 의한 지표변위는 흙막이벽체 인접부근에 집중되는 경향을 보이며 흙막이벽체의 변형위치가 하부로 변화할수록 변위영역이 넓어지는 것을 확인하였다. 이는 버팀대를 제거하는 위치가 내려갈수록 지반 내 변형 영향범위가 넓어져 지표에 미치는 영향이 벽체에서 멀리까지 영향을 미치는 것으로 판단된다.
그 이유는 터널이 가상파괴면 내에 있을 경우 터널의 내공변위는 증가하나 라이닝의 강성으로 인해 지반변형을 억제하는 효과가 있는 것으로 사료된다. 전이토압은 터널의 심도가 깊어짐에 따라 평균26% 증가하였으며, 흙막이벽체와 터널과의 이격거리가 0.5D에서 1.0D로 증가함에 따라 약 16% 증가하였다.
굴착 시 흙막이벽체의 버팀대 기능상실로 발생하는 수평변위는 배면에 있는 지반을 이완시키고, 배면 지반은 수평변위가 발생하는 동안 서서히 압축되어 지표침하를 발생시킨다. 지표침하 발생경향은 터널 토피고가 깊어질수록 지표침하 발생범위와 크기가 증가되는 경향을 보였으며, 흙막이벽체와 터널과의 이격거리가 멀어질 경우 지표침하 영향범위도 흙막이벽체에서 멀리까지 분포하는 경향을 보였다.
터널 위치별 내공변위 최대값을 기준으로 터널의 심도가 깊어질수록 내공변위는 평균 25.89% 감소하는 경향을 나타내었고, 흙막이벽체와 터널의 이격거리가 멀어지는 경우에도 H1 (1.15D)에서는 평균26.67%, H2 (1.65D)에서는 평균 26.49%씩 감소하는 경향을 보였다.
65D)에서는 7번째에서 크게 나타났다. 터널의 심도가 H0 (0.65D)에서 H3 (2.65D)으로 깊어지면서 터널측벽에 위치한 버팀대가 3번째, 4번째, 5번째, 7번째로 변화하는데 수평변위는 터널 측벽부와 가장 인접한 부분의 버팀대가 제거되었을 때 가장 크게 나타나는 것으로 확인되었다.
65D)에서는 7번째에서 크게 나타났다. 터널의 심도가 H0 (0.65D)에서 H3(2.65D)으로 깊어지면서 터널측벽에 위치한 버팀대가 3번째, 4번째, 5번째, 7번째로 변화하는데 내공변위는 터널 측벽 혹은 측하부의 흙막이벽체에 변형이 발생했을 때 가장 크게 나타나는 것으로 확인되었다. 이를 통해 흙막이 벽체 버팀대가 기능을 상실할 경우 터널에 가장 큰 영향을 미치는 위치는 터널의 측벽 하부임을 알 수 있다.
65D)에서는 6번째에서 크게 나타났다. 터널의 심도가 H0 (0.65D)에서 H3(2.65D)으로 깊어지면서 터널측벽에 위치한 버팀대가 3번째, 4번째, 7번째로 변화하는데 전이토압은 터널의 측벽부의 흙막이벽체에 변형이 발생했을 때 가장 크게 나타나는 것으로 확인되었으며, 그 이유는 터널 심도가 깊을수록 터널에 작용하는 하중이 크며 버팀대 기능상실로 인해 벽체와 터널사이의 지반응력이 해방되면서 이부분의 전이하중이 인접 버팀대로 전이되는 현상으로 판단된다. 또한, 터널 측벽 또는 하부에서 지반변형이 발생했을 경우 터널에 급격한 변형이 발생하며 터널이 없는 경우보다 더 큰 전이토압이 발생하는 것으로 검토되었다.
버팀대에 작용하는 하중을 제거함에 따라 흙막이벽체에 변형이 발생하며 버팀대가 지지하던 토압은 주변 버팀대로 전이되는 경향을 보였으며, 이러한 전이토압은 터널에서 가장 가까운 측벽에 위치한 버팀대 제거 시 가장 크게 나타났다. 터널의 위치에 따른 평균 전이토압은 터널의 심도가 깊어지고 흙막이벽체와의 이격거리가 멀어질수록 증가하는 경향을 보였다. 그 이유는 터널이 가상파괴면 내에 있을 경우 터널의 내공변위는 증가하나 라이닝의 강성으로 인해 지반변형을 억제하는 효과가 있는 것으로 사료된다.
흙막이벽체 배면지반의 지표변위는 흙막이벽체 변형이 하부로 이동할수록 변위영역이 넓어지는 경향을 보였다. 토피고 1.65D, 이격거리 0.75D에서 터널 측벽부 흙막이벽체 버팀대를 제거했을 경우 지표변위가 가장 크게 발생하였으며, 터널 토피고가 깊어질수록 지표침하 발생범위와 크기가 증가되는 경향을 보였으며, 흙막이 벽체와 터널과의 이격거리가 멀어질 경우 지표침하 영향볌위도 흙막이벽체에서 멀리까지 분포하는 경향을 보였다.
9에 나타내었다. 흙막이벽체 변형에 의한 터널의 내공변위 형상은 천단부가 침하되며 우측벽 또는 우측하부로 찌그러지는 형상으로 나타났으며 우측은 흙막이벽체 측이므로 흙막이벽체의 수평변위에 따라 천단부가 침하되면서 흙막이벽체 측으로 변형되는 것으로 확인되었다. 이는 흙막이벽체 버팀대가 기능을 상실하여 지반변형이 발생할 경우 천단부에 비해 스프링라인 하부쪽 변형이 더 크게 나타나며, 터널의 토피고가 클수록, 이격거리가 가까울수록 내공변위가 더 커지는 경향을 보인다.
후속연구
본 연구의 지반은 중간조밀 정도의 사질토 지반이며 실제 현장의 다양한 지반조건과 지반상태에 따라 터널 및 흙막이 벽체의 거동특성이 다르게 나타날 수 있다. 따라서 지반조건을 달리하여 시험을 수행하고 실제 현장 계측 결과를 비교, 분석하면 좀더 구체적인 지반의 거동특성을 파악할 수 있을 것으로 판단된다.
터널이 흙막이벽체 높이 1/2~2/3지점에 위치하고 터널의 이격거리가 1.0D 이내일 때 터널 측면에 흙막이벽체변형이 발생하는 경우 터널 및 흙막이벽체 안정성이 가장 취약할 것으로 판단되며 흙막이벽체 변형과 터널의 거동 형상을 분석하여 이를 설계 및 시공에 반영하여 혹시 발생할 수 있는 사고를 예방할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
어느 상황에서 흙막이벽체의 변형위치별 인접한 터널이 받는 영향관계에서 가장 크게 작용하나?
1. 흙막이벽체의 변형은 배면지반의 토압을 재배치시키고 지표변위를 발생시켜 인접한 터널의 변형에 영향을 미쳤으며, 흙막이벽체 높이의 2/3 지점의 버팀대를 제거하였을 때 흙막이벽체 변형 및 터널변형이 가장 큰것으로 나타났다.
버팀대에 문제가 발생하면 ?
흙막이벽체 시공 중 버팀대에 문제가 발생하여 변형되거나 제 기능을 상실하게 되면 흙막이벽체에 과다한 변형의 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 모형시험을 통해 시공 중 흙막이벽체의 버팀대 일부가 기능을 상실하게 되었을 때 흙막이 벽체의 거동특성 및 배면에 인접한 터널의 거동을 파악하고자 하였다.
고도의 산업발전과 경제성장이 일으킨 변화는 ?
고도의 산업발전과 경제성장에 따른 도심지 경제활동의 집중 현상과 이로 인한 과도한 인구집중현상은 사회간접자본시설의 확충을 요구하게 되었다. 또한 도시가 과밀화, 거대화되면서 고층빌딩의 증가는 물론 지하철, 경전철 등과 같은 새로운 교통수단이 도입되면서 깊은 심도의 굴착이 빈번해지고 있다.
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