연직 불연속면의 영향을 받는 사질토 지반 내 2-Arch 터널의 거동

Abstract

2-arch 터널은 터널 단면의 축소, 자연환경 훼손의 최소화 및 기존 도로와의 연계성 확보에 유리한 터널 형태이다. 최근 터널 시공을 위한 용지 확보의 어려움과 제한된 지상 작업공간으로 인하여 효율적인 지하 공간 활용이 요구되어지고 이에 따라 터널 내 최대한의 사용 공간 확보를 위하여 2-arch 터널 계획이 증가하고 있다. 그러나 지금까지 2-arch 터널의 복잡한 시공과정과 지반이완 이력으로 인하여 터널 굴착시 발생하는 지반거동에 대하여 명백히 밝혀지지 않은 상태이다. 이 때문에 선행터널과 후행터널의 지보패턴이 동일하게 적용되어지고 있다. 또한 지반조건, 시공순서에 따른 중앙필러의 역학적 거동에 대한 연구가 미흡하여, 터널 안정성에 대한 체계적인 검토가 이루어지고 있지 않는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 터널 굴착시 연직 불연속면의 위치에 따른 하중전이 특성과 중앙필러의 역학적 거동을 규명하기 위하여, 연직 불연속면을 포함한 사질토 지반을 조성하고, 실제 시공순서에 따라 실제 단면의 1/50 크기의 모형실험을 수행하였다. Pilot 터널 바닥부에 설치된 트랩도어(trap door)를 강하하여 Pilot 터널의 굴착을 모사하였고, 본선터널을 직접 굴착함으로써 Pilot 터널 좌·우 Arch 공간의 굴착과정을 구현하였다. 지반으로 전이되는 하중을 측정하기 위하여 바닥판을 로드셀이 설치된 분리된 판으로 제작하였고, 터널 라이닝의 내부와 외부에 변형률 게이지를 부착하고, 모형지반의 지표와 모형 터널 내부에 변위계를 설치하여 터널의 변형과 지표변위를 측정하였다. 본 연구결과, 2-Arch 터널의 상부 반단면 굴착 후 중앙필러에 작용하는 하중은 급격한 증가를 보이며, 반면 하부 반단면 굴착시에는 필러하중의 증가량이 작게 나타났다. 또한 지표침하는 대부분 상부 반단면 굴착 단계에서 발생하였다. 불연속면이 2-Arch 터널 좌·우 0.25D(D: 터널 전체 폭)범위 내에 있는 경우, 필러하중이 균질한 지반의 경우보다 크게 나타나는 경향을 보였으며, 증가한 필러하중은 불연속면의 위치와 굴착순서에 따라 다르게 나타났다. 그리고 전이하중은 중앙필러의 기초부와 터널과 불연속면 사이에 집중되어 나타났다. 이로부터 중앙필러에 작용하는 하중은 인접지반으로 전이되는 하중과 관련이 있으며, 불연속면의 위치에 따라 2-Arch 터널의 굴착순서를 변경함으로써 불연속면이 중앙필러에 미치는 영향을 감소시킬 수 있음이 실험적으로 판명되었다.