비개착공법 시공 시 토피고-강관직경비에 따른 지반의 복합거동 분석

Abstract

현재 도로 및 철도의 비개착 지하횡단 공법을 이용한 공사는 중·대구경 강관(∅800~2800mm)을 이용하여 강관을 추진하기 때문에 내부를 굴착하는 과정에서 지반의 침하나 융기를 발생한다. 중·대구경 강관 사용 시 일어나는 문제점을 해결하기 위해 한국철도기술연구원에서 소구경 강관(∅150mm 이하)을 사용하여 도심지 저토피 구간 하부 횡단 구조물 설치를 위한 굴착공사 시 굴착지반의 이완과 상부지반의 초기 침하 억제가 가능한 비개착 공법을 개발하였다. 개발 된 공법은 소구경 강관을 이용하여 굴착방향의 지반 전방면을 보강하고, 경사진 굴착면 관리를 통해 지반변형을 최소화하게 된다. 소구경 강관으로 적용할 경우 강관 상부에 위치하는 토피고를 추가적으로 확보할 수 있어 강관 설치에 따라 깊은터널의 거동으로 전환되어 안정적인 굴착이 가능해진다. 이를 통해 토피고/관경비(H/D)를 증대시키게 되어 깊은터널의 거동으로 전환시키고, 이완영역의 축소, 지표면 변형의 최소화를 도모할 수 있게된다. 공법을 개발하면서 소구경 강관을 구조체 압입 이전에 안정적으로 설치하는 것이 중요한 절차로 정의되기 때문에 강관 설치위치와 간격에 대한 검토가 필요로 된다. 따라서 본 연구에서는 비개착 지하횡단 공법을 개발함에 따라 개별적으로 평가되던 설계법의 안정성 평가를 지반내 복합거동으로 검증하기위해 실내모형실험을 진행하였다. 실내모형실험에서는 토피고/관경비(H/D)에 따른 단일 강관의 영향과 다수의 강관 설치에 따른 간격의 영향에 대해 강관 설치 간격과 굴착면 경사변화를 변수로 하여 발생하게 되는 지반의 거동을 복합적으로 분석하여 설계법을 검증하였다.