지하수 유동과 응력-간극수압 연계 해석을 통한 노후터널의 라이닝 안정성 분석

Abstract

터널 노후화로 인한 배수능력 저하는 터널 주변 간극수압의 상승을 유발하고 이로 인해 터널 배면 라이닝 응력이 증가하여 터널 안정성에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 시공된 지 30여년이 지난 재래식 터널인 남산 3호 터널을 대상으로 수발공 폐색에 따른 배수조건 변화와 그에 따른 터널 주변 간극수압 및 라이닝 안정성의 관계를 수치해석을 통하여 분석하였다. 해석방법은 남산 지역에 대하여 지하수 유동 모델링을 수행하고 이로부터 설정된 수리경계조건을 적용하여 터널 침투류와 응력-간극수압 연계 3차원 유한요소해석을 수행하는 것으로 하였다. 이를 통하여 운영 중인 터널 현장에서 비교적 간단히 측정가능한 수발공 유출량 데이터를 이용하여 터널 주변 간극수압과 라이닝 응력을 산정할 수 있었으며, 본 연구에서 적용한 해석방법은 기존 자료가 부족하고 현장 조사에 제약이 많은 운영 중인 노후터널에 대하여 현재 터널의 배수상태를 고려하여 터널 안정성을 평가하는데 도움이 될 수 있을 것으로 판단된다.The degradation of a tunnel drainage system leads to increases in pore water pressure around the tunnel and the lining stress, which results in affecting the tunnel stability. In the present study of the Namsan 3th tunnel, more than 30 year old tunnel, the effects of the drainage performance reduction due to drain hole clogging on the tunnel lining stability were investigated by examining pore water pressure distribution around the tunnel and the lining stresses through numerical analysis. Groundwater flow modeling on the Mt. Namsan region was done first and 3D seepage and coupled stress-pore water pressure finite element analysis were performed on the tunnel using the results of the groundwater flow modeling. The pore water pressure distribution and the tunnel lining stresses could be predicted using a drain hole outflow data measured in the tunnel site. This analysis method may be used to evaluate the current stability of old tunnels for which in most cases field investigations and related information are not readily available.