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문제 정의
- 본 논문에서는 터널굴착과 지하수의 상호작용이 터널의 거동에 미치는 영향에 대하여 종합적으로 고찰하였다. 이를 위해 서울시 지하철 구간의 일반적인 시공조건을 고려하여 3차원 응력-간극수압 연계해석을 수행하였으며, 그 결과를 토대로 터널시공시 지하수와의 상호작용으로 인한 터널 라이닝의 거동매커니즘과 지하수 저하 억제 및 터널안정성 확보를 위해 수행되는 그라우팅의 효과에 대하여 고찰하였다.
가설 설정
- 해석대상 지반은 서울 도심 지역에서 일반적으로 나타나는 지반조건을 고려하였다. 즉 그림 3에서 보이는 바와 같이 해석 대상지반의 상부 5m는 실트질 모래로 이루어진 매립층 및 충적층으로 구성되어 있으며 그 하부에는 검토 Case에 따라 각각 풍화암/연암/경암이 위치하는 것으로 가정하였다. 주 지보재로 두께 30cm의 숏크리트가 시공되며 하루당 1.
- 투수계수를 부여하는 방법으로 모델링하였다. 터널 굴착과정의 모사는 현장 시공공정을 최대한 반영하도록 하여, 기존의 시공자료 및 연구결과를 토대로 1일 굴진장을 1.5m로 설정하였으며 굴착 후 숏크리트 라이닝은 비교적 짧은 시간에 설치되는 것으로 가정하였다. 본 해석에서 채택한 굴진 과정에 대한 개요도가 그림 5에 나타나 있다.
- 2003). 터널 굴착의 모델링에 있어서 해석의 편의상 전단면 굴착으로 시공되는 것으로 가정하였으며 터널 중심축으로부터 좌우 대칭인 점을 고려하여 우측 반단면에 대한 해석을 수행하였다. 2차원 해석을 통해서는 터널 굴진으로 인해 발생하는 주변지반의 응력상태 변화와 지하수 유동에 대한 경계조건의 모사가 복잡하므로 터널굴진과정에 대한 모사가 보다 용이한 3차원 해석을 수행하였다.
- Extended Drucker-Prager 모델과 sorption 에 대한 상세한 내용은 Hibbitt (2002)에 나타나 있다. 한편, 지반의 투수계수는 이방성을 나타내는 것이 일반적이나 또 다른 변수의 도입으로 인한 결론 도출의 어려움을 피하고자 지반의 투수성은 등방인것으로 가정하였다.
- 해석 대상 지반은 extended Drucker-Prager 항복규준과 비관련 소성흐름법칙(nonassociated flow rule)을 따르는 탄소성 재료로 가정하였으며 숏크리트 라이닝은 탄성재료로 가정하였다. 매립층은 지하수 저하시 부의 간극수압이 발생할 가능성이 있으므로 불포화토 개념에서 SWCC(Soil Water Characteristic Curve)를 이용한 sorption을 고려하였다.
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