지상 구조물의 영향을 받는 얕은 터널의 측벽변형에 따른 터널 주변지반의 이완거동

Abstract

최근 도시지역 등에서 구조물 하부지반에 얕은 터널을 굴착하는 사례가 증가하고 있다. 얕은 터널은 토피가 얕기 때문에 상부지반이 함몰파괴 되는 경우가 많다. 특히 지상구조물 하부에 얕은 터널을 굴착하면, 터널굴착에 의한 하중전이와 터널변위 및 지표침하 등이 상호 간섭하게 된다. 본 연구에서는 지상구조물의 영향을 받는 얕은 터널의 측벽변형에 따라 발생하는 주변지반의 이완거동을 모형시험을 통해 확인하였다. 구조물의 위치와 토피고를 변화시키면서 터널에 작용하는 하중, 터널 주변지반의 하중, 터널상부의 지표침하, 터널주변의 파괴영역 등을 분석하였다. 모형시험은 지상구조물이 없는 경우와 지상구조물이 있는 경우에 대해 수행하였고, 각각 토피조건 6가지 및 구조물 위치조건 4가지를 조합하여 모형지반을 조성하고, 실제터널을 1/35 규모로 축소한 모형터널의 측벽에 변위를 가하였으며, 각 조건별로 측벽하중, 천단하중, 주변지반 하중전이, 지표침하 및 터널주변지반의 파괴영역을 분석하였다. 시험결과, 터널주변지반의 이완영역은 지상구조물이 없는 경우의 이완영역을 하나의 모델로 제시하였고, 지상구조물이 있는 경우에는 지상구조물이 없는 경우의 이완영역을 중첩하여, 구조물에 의한 영향권과 측벽변위에 의한 영향권으로 구분한 모델을 제안하였다. 최대침하량은 구조물의 위치가 이동되는 범위 내에서 일정한 간격으로 발생하였으므로 각각의 토피별로 평균한 침하량 값들을 최대침하량 값으로 제안하였다. 최대침하위치는 터널중심축에서 0.75D 이격된 수직선에 분포한다. 침하범위는 수직선을 기준으로 우측은 터널천단부의 구속에 의한 영향으로 1.25D까지 형성되고, 좌측은 1.75D까지 형성되었다. 지표면 침하에 의한 구조물의 침하경향은 모델에서 제시한 역삼각형 하부의 경사진 2개의 직선과 동일한 기울기로 부등침하 하였고, 구조물의 위치가 L10(터널중심축에서 1.0D 이격) 지점에 근접할 경우 등분포 침하하는 경향을 보였다. 따라서 최대침하위치 및 침하경향을 그림으로 나타내고, 하나의 모델로 제안하였다.