역해석을 이용한 콘크리트라이닝 지반이완하중 산정방법 연구

Abstract

터널 콘크리트라이닝 설계 시 적용되는 지반이완하중은 합리적인 설계기준이 없는 상태이고, 경험적인 설계로서 과다한 하중적용으로 국외에 비하여 콘크리트라이닝의 지나친 보강이 이루어지고 있는 것이 현실이다. 또한, 기존의 지반이완하중 산정방법은 방법에 따라 적용기준이 모호하고 수치해석에 의한 지반이완하중산정 방법은 복잡하며 설계자에 따라 하중산정에 차이를 보이므로 명확한 지반이완하중산정방법의 제시가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 기존 지반이완하중산정방법의 특징과 문제점을 비교 분석하였으며, 역해석을 위하여 합성부재(강지보재+숏크리트)를 빔-스프링으로 모델링한 후 매개변수로 일반적으로 사용되는 Terzaghi의 암반하중분류표(1982)로 하중을 산정하였다. 목표함수를 계측변위로 선정하고 구조 계산을 통하여 시행착오법을 적용한 직접법을 이용하여 지반이완하중고와 천단변위의 선형회귀식을 도출하였다. 선형회귀식에 의해 산정한 지반이완하중은 일차지보재의 열화 및 계측의 불확실성을 고려하여 안전율(1.5)을 적용하여 산정하였다. 또한, 2개 현장의 지반조건과 계측자료를 통하여 기존 지반이완하중산정법들과 역해석을 이용한 지반이완하중을 지반이완하중고로 역산하고 비교 분석하였다. 기존 산정방법들의 현장 지반조건 적용시 예측되는 지반이완하중의 크기가 방법별로 다르므로 어떤 방법의 하중이 참값인지 판단할 수 없었다. 그러나 역해석을 통한 지반이완하중산정은 터널현장의 계측변위만 있다면 간단한 구조해석을 통하여 산정할 수 있으며 기존산정방법보다 실제 현장조건을 가장 잘 반영한 지반이완하중일 것으로 판단된다.