반개착식으로 굴착한 천층터널에서 Braced Rib Arch의 거동

Abstract

최근에 저토피 및 터널 갱구부에 반개착식 공법을 적용하여 구조적인 안전성과 자연친화성을 높인 사례가 증가하고 있다. 반개착공법은 저토피구간에서 원지반을 터널 천단아치에 해당하는 지점까지만 굴착하고 아치형 구조물을 설치하여 복토한 후에 터널하반을 굴착하여 기존 개착공법에서 발생되는 지반 과다절취에 따른 대절토 사면 발생과 굴착면 보강에 따른 고비용과 불안정성 증대 문제를 해결할 수 있는 공법이다. 본 논문에서는 저토피 구간에서 반개착식으로 굴착한 Braced Rib Arch의 거동에 대하여 연구하였다. 이를 위하여 Rib Arch는 지간이 200mm인 아치형 강재를, Spacer는 두께 2mm인 베이클라이트판을 사용하여 1/60의 축척으로 실내모형실험을 수행하였다. 모형실험은 30㎝(폭)× 120㎝(길이)× 100㎝(높이) 크기로 제작된 모형토조에서 주문진 표준사를 이용하여 상대밀도가 일정한 모형지반을 제작하여 실시하였다. 실험은 되메움 과정과 지점침하 과정으로 분류하였다. 되메움 과정에서는 아치형 구조물에 작용하는 성토하중과 Rib Arch에 작용하는 단면력을 규명하였고, 지점침하 과정에서는 임의 지점침하에 따른 인접 지점부로의 하중전이, 단면력의 변화, 지표변위를 규명하였다. 모형실험결과 되메움 과정에서 굴착경사가 60°보다 크면 아치형 구조물에 작용하는 성토하중은 기존 개착터널에 적용되던 구조물의 폭에 해당하는 상부토체의 크기보다는 작은 것으로 나타났다. 또는 임의 지점이 침하되면 하중이 인접한 사면부와 지점부로 전이되어 인접한 지점부의 반력이 증가되었다. 또한, Rib Arch의 모멘트는 천단부에 집중되었으며, 축력은 전단면에 균일하게 분포하였고 성토고가 증가함에 따라 모멘트와 축력 모두 커지는 것을 알 수 있었다.