일차 지보재의 지보압을 고려한 NATM 터널의 콘크리트라이닝 설계방법에 관한 연구

Abstract

국내에서는 대부분의 터널 공사에 NATM 공법을 채택하여 적용하고 있다. NATM 공법의 특징 중 하나는 지반의 하중은 일차 지보재가 모두 부담하며 터널의 장기적인 안정성 확보와 내부 지장물 설치 및 미관을 위하여 콘크리트라이닝을 타설하는 것이다. 그러나 실제 NATM 터널 설계시 일차 지보재는 장기적으로 하중지지기능이 상실되고 지반조건에 따른 장기적인 지반이완하중은 콘크리트라이닝이 모두 지지하는 것으로 설계하고 있다. 이 때, NATM 터널에서의 강지보재는 숏크리트가 경화하기 전 일시적인 하중지지역할을 하는 것으로 간주하여 콘크리트라이닝 설계 시 고려하고 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 일차 지보재가 지지할 수 있다고 판단되는 합리적인 지보압과 지보압을 바탕으로 산정된 허용 이완하중고를 이론적인 방법과 수치해석방법을 활용하여 산정하였다. 지보압 산정조건은 강지보재만 고려했을 경우, 강지보재와 숏크리트를 모두 고려했을 경우에 대하여 검토하였다. 또한 영구지보재로서 강지보재의 지보압을 고려하였을 경우 콘크리트라이닝에 발생하는 부재력의 변화를 수치해석을 통하여 검토하였다. 강지보재의 지보압을 고려한 콘크리트라이닝의 구조검토 결과 터널 주변 지반조건이 양호할수록 강지보재가 지지할 수 있는 지보압과 허용 이완하중고가 크게 나타났으며, 콘크리트라이닝에 발생하는 부재력이 감소하여 경제적인 설계가 가능함을 확인하였다. 한편, 향후 강지보재와 숏크리트의 합성거동과 숏크리트의 장기적인 열화 등을 고려한 일차 지보재의 지보압을 평가하기 위한 실내실험 및 현장계측 등의 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.