굴진면 전방 연약대에 대한 터널 천단보강효과에 관한 연구

Abstract

터널 굴진면 전방에 연약대가 존재할 때에는 종방향 아칭에 의해서 굴진면 직전영역에 응력이 증가되어 터널의 안정성이 영향을 받는다. 따라서 굴진면 전방 연약대의 조사를 통하여 이에 대한 대비책을 마련하는 것이 매우 중요하다. 굴진면 전방 연약대의 예측 방법은 물리탐사 및 수치해석적 방법에 의해 여러 연구가 진행되었고, 파쇄대 등 연약대 존재시 터널지보 및 보강방안에 대한 연구는 많이 이루어 졌으나, 굴진면 전방 연약대의 폭과 이격거리에 따른 천단보강효과에 대한 연구는 아직 미비한 실정이다.

본 연구에서는 굴진면 전방에 연약대 존재시 연약대의 폭과 이격거리에 따른 터널 천단보강효과에 대하여 실내모형실험을 통해 규명하였다. 이를 위하여 길이 113㎝, 높이 87㎝, 폭 30㎝의 모형시험기에 주문진 자연사를 이용하여 함수비 3.8%로 모형 원지반을 조성하였으며, 모형 연약대는 모형 원지반과 같은 자연건조 상태 주문진 자연사를 샌드커튼 방식으로 강사하여 조성하였다. 연약대 폭은 터널 직경 D를 기준으로 0.5D, 1.0D, 1.5D로 천단을 보강하지 않은 경우 굴진면과 연약대의 이격거리는 0.0D, 0.25D, 0.5D, 1.0D, 천단을 보강한 경우 굴진면과 연약대의 이격거리를 0.0D, 0.25D, 0.5D로 변화시키며 실험을 수행하였다. 터널 천단부까지 지반을 조성한 후에 보강재를 굴진면 천단부에 10° 각도로 설치하고, 상부지반을 조성하였다. 상․하 반단면 굴착이 가능하도록 굴진면을 조정하였으며, 토조 바닥에 로드셀을 설치하고, 지표에 변위계를 설치하여 터널굴착에 따른 연직응력 및 지표변위를 측정하였다.

실험결과 천단을 보강한 경우에는 보강하지 않은 경우보다 지표 침하 및 굴진면에 작용하는 수평응력 및 지표침하가 감소하였다. 종방향 연직응력은 보강재 길이(1D) 영역 내에서 감소하였다.