수직구 막장면 변위거동 예측에 관한 수치해석적 연구

Abstract

지반-지보재 상호분석법은 터널 설계시 널리 이용되고 있다. 특히, 수직구는 주로 원형으로 건설되고 있어 응력-변위관계의 분석시 이론해를 적용함에 있어 유리한 특징이 있다. 지반-지보재 상호분석법을 이용한 수직구 설계시 합리적인 지보압의 산정은 적정한 무지보 막장반경변위의 예측에 좌우된다. 그러나, 수직구의 경우 심도가 증가함에 따라 초기응력이 계속 변화하므로 막장반경변위의 산정을 위해서는 반복적인 수치해석의 수행이 불가피하다. 따라서 본 연구에서는 다양한 조건에서의 수치해석을 수행하여 수직구 굴착시의 막장반경변위비 산정을 위한 예측식을 도출하였다. 도출된 예측식에 대한 신뢰도 분석결과 신뢰도 99%에서 평균상대오차 0.94%～1.64% 범위의 높은 신뢰도를 확인하였다. 본 연구결과로 도출된 막장반경변위비 예측식은 지반-지보재 상호분석법을 이용한 수직구 설계시 반복적인 수치해석의 수행 없이도 합리적인 지보압을 산정함에 있어 매우 유용할 것으로 판단된다.The ground-support interaction analysis is widely used for tunnel design. Especially, in case of a shaft it is known as more useful to apply analytic solution for the analysis of the stress-displacement relation, because the usual shape of the shaft is circular. When the ground-support interaction analysis for a shaft design is used, the desirable assessment of support capacity depends on the reasonable prediction of the unsupported radial displacement at the face. However, in the case of a shaft the initial stress changes continuously as the depth of the shaft increases, thus repetitive numerical analysis is unavoidable to find the face radial displacement. Hence, in this study the prediction formula that can determine the face radial displacement ratio of a shaft is obtained throughout the various numerical analysis. The result of reliability analysis for the prediction formula shows 99% reliability with 0.94%～1.64% of average relative error. Therefore, the prediction formula from this study can be very useful to calculate rational support capacity for a shaft design by using the ground-support interaction analysis without repetitive numerical methods.