종방향 이격거리에 따른 2-arch 터널의 거동특성에 관한 연구 = (A) study on the behavior characteristics of 2-arch tunnel due to longitudinally separated distance

국문 초록 (Abstract)

최근 급속한 산업화로 인하여 물류 및 여객의 신속한 수송이 요구됨에 따라 도로, 철도 및 지하철 건설이 증가되고 있다. 이러한 사회간접시설의 증가는 국토가 제한되어 있는 국내 실정을 고려할 때 효율적인 국토 이용계획이 절실히 필요하며 더불어 환경 및 민원문제에 대한 적극적인 대책이 요구되고 있다. 따라서 용지의 효율적인 이용, 환경훼손 최소화 그리고 경제적인 노선계획으로 점차 터널 및 교량구조물의 비중이 커지고 있다. 터널 구조물은 공사를 위한 용지 확보의 어려움과 경관과의 조화 및 환경훼손 최소화 등의 이유로 개소 및 연장이 증대되고 있다. 국내 도로 터널의 경우 대부분 병설터널이 주종을 이루고 있으나 환경훼손, 용지보상등의 이유로 터널 사이의 이격거리가 좁아지고 있으며 특히 선형분리가 곤란하거나 지하철의 경우 용지제약이 민원과의 밀접한 연관이 있어 2-Arch 터널의 채택이 점점 증가하고 있다. 이런 실정에도 불구하고 2-Arch 터널은 국내에서의 시공 실적 및 설계사례의 부족으로 자료의 데이터화가 체계적이지 않고 2-Arch 터널의 역학적인 거동 메커니즘에 대한 연구가 미흡한 실정이다.
일반적으로 병설터널은 횡방향 이격거리에 대한 검토를 통해 간섭효과를 최소화 하였으나 횡방향 이격거리가 불가피하게 좁아지게 되면 종방향 이격거리를 검토하여 독립굴착, 엇갈림굴착 등을 통해 굴착에 따른 상호 간섭을 최소화하여 터널의 안정성을 확보한다. 이와는 다르게 2-Arch 터널은 중앙벽체를 사이에 두고 양방향으로 터널이 굴착되므로 종방향 이격거리에 의한 영향이 터널의 거동 및 안정성에 지배적인 인자로 작용되므로 이격거리에 대한 고찰이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 2-Arch 터널의 종방향 이격거리에 대한 연구를 통해 본선 선행터널과 중앙벽체의 거동 메커니즘을 분석하고 적정 이격거리를 제안하고자 한다.
2-Arch 터널에서 종방향 이격거리에 따른 선행터널의 거동분석 및 중앙벽체에 작용하는 응력을 분석하기 위해 유한요소 해석프로그램을 이용하여 본선터널, 지반 및 2-Arch터널의 중앙벽체를 모델링하고 분석 목적에 맞춰 프로그램을 선정하여 해석을 수행하였다. 유한요소 해석 결과를 바탕으로 이격거리에 따른 선행터널의 지보재 응력 및 지반변위와 중앙벽체의 응력 변화를 분석하여 선행터널과 중앙벽체의 이격거리에 따른 영향을 민감도 분석을 통하여 확인하였다.
민감도 분석 결과 암반분류에 따른 선행터널의 거동은 이격거리가 짧아짐에 따라 숏크리트 응력은 8%~17% 증가하는 경향을 나타냈으며 지반변위는 4%~20% 증가하는 경향을 나타냈다. 반면 암반분류에 따른 중앙벽체의 응력은 이격거리가 짧아질수록 65%~69%의 응력감소 경향을 나타냈다.
보통암 연암 풍화암
표 1. 암반분류에 따른 민감도 분석 결과
따라서 2-Arch 터널의 이격거리 산정에 있어 터널의 안정성이 확보되는 조건에서 이격거리에 따라 민감도가 큰 중앙벽체의 거동에 영향을 최소화 할 수 있는 범위 내에서 이격거리를 산정하는 것이 바람직하다. 또한 이격거리에 따라 중앙벽체 응력이 급격히 변하는 0.3D를 이격거리로 산정하는 것이 타당할 것으로 판단되며 이격거리 0.3D이내에서 비대칭 응력의 감소가 월등하지만 터널의 응력과 변위가 과다하게 발현될 수 있으므로 현장계측과 실험적인 방법을 통한 고찰을 수행하여 터널 안정성이 확보되는 범위 내에서 선정하는 것이 바람직하다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As more and more important the effective land utilization and environmental protection, the construction of two-arch tunnel has been concentrated on in recent years. In spite the construction of two-arch tunnel has adopted increasingly, there is no enough information about the behavior Characteristics of it. So, it needs more analysis in this area is warranted.
According to this study, two-arch tunnel's adequate Longitudinally Separated Distance will be presented with considering an analysis of the behavior characteristics of advanced tunnel and the adhesion of central pillar.
The results of sensibility analysis, parallel tunnel tends to be increased in stress of shotcrete from 8.8∼17.2% as the distance becomes shorter, and ground displacement also goes up from 4.6∼22.%. On the contrary, the stress of central pillar has a tendency that as the distance becomes shorter, the stress reduces from 4.6∼22.0% under the same situation.
This study has found that Longitudinally Separated Distance could result in 0.3D With two-arch tunnel's safety and minimized sensitive central pillar's effects.

목차 (Table of Contents)

• 목차 = i
• 그림차례 = iii
• 표차례 = v
• 국문요약 = vi
• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구배경 및 목적 = 1
• 1.2 연구내용 및 방법 = 2
• 제2장 이론적 배경 = 3
• 2.1 터널 종방향 굴착공과 적용 = 3
• 2.2 1-Arch 터널과 2-Arch 터널의 비교 = 4
• 2.3 2-Arch 터널 시공사례 조사 = 6
• 2.4 2-Arch 터널의 시공순서 고찰 = 8
• 2.5 2-Arch 터널의 굴착순서에 따른 거동 특성 = 10
• 제3장 수치 해석 = 12
• 3.1 해석 개요 = 12
• 3.2 해석 적용지반 = 12
• 3.3 해석 적용 지보패턴 및 지보재 = 13
• 3.4 해석 프로그램 개요 = 15
• 3.5 해석 조건 = 18
• 3.6 해석 순서 = 19
• 제4장 해석결과 및 분석 = 22
• 4.1 이격거리에 따른 선행터널의 거동 분석 = 22
• 4.2 이격거리에 따른 중앙벽체의 거동 분석 = 30
• 4.3 암반분류에 따른 선행터널과 중앙벽체의 민감도 분석 = 39
• 제5장 결론 = 42
• 참고문헌 = 44
• ABSTRACT = 46