얕은 터널의 굴진면 변위형태에 따른 종방향 하중전이 거동에 대한 실험적 연구

Abstract

최근 들어 지하공간의 활용이 빈번해짐에 따라 터널의 수요가 급증하여, 다양한 환경에서의 터널 건설이 급격히 증가하고 있다. 터널의 굴진면에서는 굴착공법, 토피의 크기, 단면 규모, 지반의 불균질성 등에 의해 굴진면 변위가 다양한 형태로 발생된다. 이와 같은 굴진면 변위는 전방 지반의 이완형태 및 주변지반으로 전이되는 하중의 분포와 크기에 영향을 미칠 수 있다. 그러나 지금까지 굴진면에 관련된 연구는 굴진면의 안정이나 파괴 메커니즘에 국한되어 있고, 굴진면의 변위형태에 따른 영향에 대해 연구한 사례는 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에는 굴진면 변위형태가 터널의 종방향 하중전이 거동에 미치는 영향을 규명하는 것을 목표로 선정하고 모형시험을 실시하였다. 이를 위하여 굴진면의 변위를 상부 큰 변위, 등변위, 하부 큰 변위형태로 단순・이상화하여 세 가지로 분류하고, 모형시험을 통해, 굴진면 변위에 따른 굴진면 토압과 터널 상・하부로 전이되는 하중을 측정하여 종방향의 하중전이 거동을 분석하였다. 모형시험을 위해 조밀한 사질토 지반을 조성하였고, 굴진면 변위형태와 토피고()를 변수로 설정하였다. 연구 결과, 굴진면에 변위가 발생하면 변위형태와 토피고에 따라 굴진면에 작용하는 토압이 감소되고 터널 종방향으로 하중전이가 발생하였다. 굴진면 토압은 하부 큰 변위일 때 가장 크게 감소하고, 등변위, 상부 큰 변위의 순서로 감소량이 작아졌다. 터널 종방향 하중전이는 터널 상부와 하부에서 모두 발생되었고, 토피고와 굴진면 변위형태에 따라서 전이되는 하중의 분포경향과 크기가 달라졌다. 토피고가 낮으면 전이되는 하중이 굴진면에 인접하여 집중되어 발생되며, 토피고가 높아질수록 하중전이 영역이 넓어지는 경향을 나타냈다. 터널 종방향으로 전이되는 하중의 크기는 굴진면 변위형태가 하부 큰 변위 일 때 가장 크고 등변위, 상부 큰 변위의 순서로 작아졌다.