2-Arch 터널 중앙벽체 작용하중 산정에 관한 연구

Abstract

최근 용지의 효율적인 이용 및 환경훼손 최소화를 위해 터널 및 교량구조물의 비중이 커지고 있다. 터널은 공사를 위한 용지확보의 어려움과 환경훼손 최소화 등의 이유로 개소 및 연장이 증대되고 있으며, 이중에서도 2-Arch 터널은 용지폭이 제한되고 선형 분리가 불가능한 도로터널의 경우도 점차 시공 사례가 증가하고 있으나 중앙벽체의 설계가 매우 중요함에도 불구하고 이에 대한 뚜렷한 설계 방법이 없어 Matsuda가 제안한 식에 의존하여 작용하중을 산정하고 경험적인 방법에 의한 지보패턴을 결정하고 있다. Matsuda의 제안식은 불량한 지반에서는 매우 적합하지만 지반상태가 양호할 경우 2-Arch 터널 중앙벽체에 작용하는 하중이 과다하게 산정된다는 한계점을 가지고 있어 우리나라와 같이 지반상태가 대체적으로 양호한 경우에는 적용이 불합리하다고 판단되었다. 따라서 본 연구에서는 2-Arch 터널의 중앙벽체에 작용하는 하중 산정에 사용되는 Matsuda의 제안식에 대해 검토하고 현장 지반조건에 적절히 적용될 수 있도록 수치해석적인 방법을 통해 제안식에 적정한 계수를 적용하여 작용하중을 재산정하여 경제성 있는 설계가 되도록 하였다. 지반+중앙벽체의 수치해석 결과, 중앙벽체 시공후 선행터널 굴착으로 인하여 중앙벽체는 편측으로 응력이 집중되는 현상을 보이며 터널 굴착 완료후의 중앙벽체 응력과 비교해 암반이 불량한 경우 최대 86.5%의 응력이 국부적으로 불균등하게 발현되었고, 주변지반 특성에 따른 중앙벽체 작용하중을 수치해석으로 검토한 결과 제안식에 비해 14%~83%의 하중이 감소되었으며 이를 바탕으로 하중감소계수(a)를 계산하여 향후 2-Arch 터널 설계시 하중감소계수(a)를 적용함으로서 2-Arch 터널 중앙벽체 구조물의 과다 설계를 피하고 안정성 및 경제성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.; These days, for the purpose of effective land utilization and environmental protection, two-arch tunnel has been constructed gradually. Inspite of increasing construction of two-arch tunnel, most constructions depend on the empirical methods from overseas design cases. Moreover, unfortunately, pillar in two-arch tunnel is one of the most important design factor, however, there is no exact design criterion. In this study, Matsuda formula used to evaluate the loads acting on the pillar is investigated and load reduction factor(α) is evaluated by numerical analysis to better apply for the design. From the results, normal stresses concentrate to the one side due to excavation of preceding tunnel after construction of pillar. And 86.5% of maximum normal stress reveals partly inequally when the ground is poor. By numerical analysis, 14~83% of total loads calculated by Matsuda formula is decreased and then, from these results, load reduction factor(α) is estimated. From now on, stability and economic aspects can be guaranteed by applying the load reduction factor(α).