개별요소법을 이용한 대심도 터널의 아칭효과 연구

Abstract

최근 대심도 터널의 건설이 증가함에 따라 적절한 해석방법의 정립이 필요한 실정이다. 대심도 터널에 있어서 연속체 수치해석 프로그램을 이용한 터널의 안정성 평가방법은 적정성이 검토되어야 할 것으로 판단되어 프로그램 방법별 수치해석 비교 분석을 통하여 적정성을 검토하였다. 본 연구에서는 국내 터널설계 사례를 바탕으로 조사된 지반등급별 물성값을 이용, 연속체 수치해석 프로그램을 통하여 지반등급 별, 토피고 별 수치해석을 수행하여 연속체 수치해석 프로그램의 적정성을 고찰하였다. 또한 적정성 검토를 위하여 지반등급 2와 3을 대상으로 연속체와 불연속체 수치해석 프로그램을 이용하여 터널 굴착 후 변형에 대해 분석하였다. 각각의 프로그램에서 지반 물성값과 초기응력을 동일하게 설정하고 굴착 후 천단부부터 지표까지 지반의 변위를 기록하여 분석을 수행하였다. 터널 굴착 후 지반의 변위 분석 결과, 연속체 수치해석 프로그램의 적정성을 검토 할 수 있었으며, 불연속체 수치해석 프로그램에서 지반아칭현상이 연속체 수치해석 프로그램과 비교하여 좀 더 정확하게 모사되는 것으로 나타났다. 이는 불연속체 수치해석 프로그램을 이용하여 연속체 수치해석 프로그램을 보완할 수 있음을 나타낸다. 또한, 천단침하의 분석을 통한 토피고 별 천단침하와의 관계식을 이용하여 터널 굴착 후 지반아칭현상으로 인해 감소된 상재하중의 영향을 산정하였고, 이와 같은 산정 결과를 통하여 대심도 터널의 안정성 평가 시 보다 편리한 연속체 수치해석 프로그램을 이용하여 이전 보다 좀 더 합리적인 안정성 평가를 수행할 수 있도록 지반아칭현상에 의한 하중감소효과를 반영한 대심도 터널의 안정성 평가방법을 제안하였다.