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파쇄대를 통과하는 해저터널의 수리거동에 관한 연구
Hydraulic behavior of a subsea tunnel in a ground with fractured-zones 원문보기

한국지반공학회 2008년도 추계 학술발표회, 2008 Oct. 10, 2008년, pp.1571 - 1580  

신종호 (건국대학교 토목공학과) ,  최규철 (건국대학교 토목공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Subsea tunnels that link land to island and among nations for transportation, efficient development of limited surface and pursuit of economic development should be designed to support pore water pressure on the lining. It is generally constructed in the bed rock of the sea bottom. When the tunnel e...

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문제 정의

  • 따라서 본 논문은 노르웨이의 사례를 토대로 이를 3차원으로 모델링하여 침투해석(seepage analysis)을 수행함으로써 파쇄대를 통과하는 해저터널의 수리거동을 파악하고자 하였으며, 이를 통해 파쇄대가 터널에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다.
  • 본 연구에서는 수치해석적 방법을 사용하여 고수압 조건에 있는 해저터널의 파쇄대 영향에 대한 수리 거동특성을 고찰하였다. 다양한 심도와 수리경계조건을 고려한 본 연구를 통해 확인된 파쇄대를 통과하는 해저터널의 수리거동특성을 정리하면 다음과 같다.
  • 해석모델은 파쇄대로 인한 천단붕괴사고가 발생한 노르웨이의 Vardø 해저터널을 기초로 하여 모델링하였으며, 본 해석을 통해 파쇄대의 영향을 직접적으로 받는 구간과 영향이 없는 구간에 대한 라이닝 작용 간극수압과 유입량을 검토하여 파쇄대 분포가 터널 라이닝에 미치는 영향에 대하여 고찰하고자 한다.

가설 설정

  • 파쇄대를 통과하는 해저터널의 수리거동분석을 위하여 해수의 수위에 변화를 주어 해석에 적용하였으며, 그림 2와 같이 수위가 20~100 m로 변화하는 5개 조건에 대한 침투해석을 수행하였다. 해저터널 조건의 특성상 항상 일정하게 수위가 유지되는 정상류 흐름조건을 가정하여 터널 굴착 시 수위저하는 발생하지 않는 것으로 설정하였으며, 터널의 심도는 천단부를 기준으로 50 m로 고정하였다. 또한, 수리경계조건에 의한 영향을 검토하기 위하여 라이닝/지반 투수계수비(kl/ks)를 1, 0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
다양한 심도와 수리경계조건을 고려한 본 연구를 통해 확인된 파쇄대를 통과하는 해저터널의 수리거동특성은 어떠한가? 1) 수위상승 및 배수성능 저하에 따라 라이닝에 작용하는 간극수압은 크게 증가한다. 2) 파쇄대 통과구간은 영향이 미치지 않는 구간과 비교하였을 때 매우 높은 수압분포를 보인다. 3) 본 논문에서 고려한 해석조건에 대하여 간극수압분포는 파쇄대를 통과하는 막장부 부근에서 가장 높은 수압분포를 보이다가 거리비가 증가하면서 급격히 수압이 감소하여 L/h ≥ 10이면 일정하게 수렴한다. 4) 파쇄대 통과여부와 관계없이 라이닝/지반 투수계수비(kl /ks)가 저하함에 따라 간극수압분포 및 유속 벡터는 비배수형 터널과 유사한 거동특성을 보인다. 5) 터널 내 유입량은 수두(hw)의 증가에 따라 선형적으로 증가한다. 6) 파쇄대 통과구간은 영향이 미치지 않는 구간에 비해 최대 10배 가량의 유입량이 발생하게 되며, 파쇄대 통과 시 과다한 해수의 유입 또는 고수압 작용에 의하여 터널의 구조적 안정성에 심각한 피해가 발생할 수 있다. 7) 해저터널의 경우 전수두(수위+토피)가 매우 크므로 완전배수형 터널로의 설계가 난해하며, 투수계수 제어를 통한 수리구조적 배분의 최적화가 필요하다.
해저시설물은 지상 또는 지중에 건설된 시설물과는 달리 고려되어야 하는 것은 무엇인가? 해저시설물은 지상 또는 지중에 건설된 시설물과는 달리 고수압 조건에 노출되어 있어 수압 및 구조물 내 해수의 유입량의 제어가 반드시 고려되어야 한다. 해수의 영향을 받는 해저터널의 설계에 있어 터널 내 유입수의 처리 또는 배제와 라이닝에 작용하는 수압을 지지할 수 있도록 구조적 안정성의 확보가 가장 중요한 수리요소가 된다.
배수형 터널과 비배수형 터널이란 무엇인가? 해수의 영향을 받는 해저터널의 설계에 있어 터널 내 유입수의 처리 또는 배제와 라이닝에 작용하는 수압을 지지할 수 있도록 구조적 안정성의 확보가 가장 중요한 수리요소가 된다. 일반적으로 터널은 배수형 터널과 비배수형 터널로 구분되는데, 터널내 물의 유입을 최대한으로 허용하고, 라이닝에 수압이 작용하지 않는 터널을 배수형 터널이라 하며, 터널 내 유입을 배제하고, 정수압에 해당하는 하중을 지지할 수 있도록 설계하는 것을 비배수형 터널이라 한다. 터널건설에 있어 배수형 터널과 비배수형 터널의 이점에 관한 논쟁은 지속적으로 진행되어 왔는데, Ward and Pender(1981)는 비배수 조건으로 터널을 설계하더라도 시간경과에 따라 누수가 발생하게 되어 대부분의 터널이 배수구(conduit)와 같이 거동한다고 하였다.
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