지진동에 의한 터널라이닝 응답해석

Abstract

본 연구에서는 지진동에 의한 해저터널라이닝의 응답에 대하여 알아보았다. 먼저 해저 시설물이라는 특성을 고려하기 위하여 지진동이 발생 하였을 때 발생하는 수압이 터널 라이닝에 미치는 영향을 알아본 결과 지진동으로 인한 수압의 변화는 터널 라이닝에 영향을 거의 미치지 않는 것을 알 수 있었다. 또한 수치해석을 수행하기 위하여 최적의 Mesh수준을 검증 하였다. 그 결과 2차원, 3차원 모두 4m당 Mesh seed 하나가 위치하는 Mesh-4 수준이 Closed form solution과 값차이고 적고 Mesh 조밀도도 수치해석을 수행하는데 있어서 무리가 없는 최적의 Mesh 수준으로 밝혀졌다. 만약 중요도가 덜한 수치해석이라면 조밀도를 더 늘여서 좀더 빠른 수치해석을 수행하는데 문제가 없을 것이나 해저시설물과 같이 중요도가 높은 구조물에 대해서는 최소한 Mesh-4이상의 수준으로 수치해석을 수행하여야 할 것이다. 또한 지진동에 의한 수직구의 응답에 대하여 해석을 하였는데 지반과 지반 사이의 물성치가 변하는 경계면에서의 전단 변위가 수직구에 작용하여 그 경계에서 수직구 라이닝에 응력이 집중되는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서는 Ofunato파를 1000년 주기로 스케일링 하여 사용하였고 4가지 지반에서 2-1지반을 제외하고는 일반적인 터널 라이닝의 축력 허용치인 25MPa을 넘지 않는 것으로 나타났다. 하지만 2-1지반에서도 파괴가 매우 작은 부분에서 발생하였고 실제 숏크리트와 라이닝을 함께 고려한다면 안전하다고 할 수 있다. 하지만 만약 Ofunato파 1000년 주기이상의 지진에 대해서는 일반적인 터널 라이닝의 축력 허용치를 넘을 가능성도 있으므로 보다 큰 지진에 대해서는 검증이 필요하고 필요에 따라서는 지반 경계부에 대한 보강도 필요할 것이다. 해저시설물의 접합부에 Joint부분의 해석에 대한 수치해석결과에는 0.1%, 0.5%, 1%, 5%의 변형율에서 모두 안전한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 수행된 변형율이나 지진의 크기에 상응하는 지진에 대한 터널 라이닝의 응답해석은 안전한 것으로 나타났으나 만약 해저시설물이 설치되는 지역이 본 연구에서 사용된 지진보다 큰 지진이 발생할 확률이 있거나 큰 전단 변형률이 예상 될 때는 적절한 보강과 지반특성에 맞는 수치해석이 필요할 것이다. 향후 해저실물의 설계계시 수직구-접합부, 접합부-본선 Joint부분에 대한 고려보다는 수직구에서 지층과 지층의 경계에서의 안전율 고려가 더욱 중요하다고 할 수 있다.; In this study, performed numerical analysis about tunnel lining response under seismic loading. For undersea tunnel analysis consider pore pressure. And for more accurate analysis, verify Mesh density at 2D and 3D analysis. Result of numerical analysis, vertical shaft and vertical shaft-main tunnel joint have stress concentration where soil boundary layer which change soil properties are change. But occurred stress concentration at vertical shaft-main tunnel joint under 0.1%, 0.5%, 1%, 5% strain satisfied general concrete compression strength characteristics. And also stress concentration at vertical shaft satisfied general concrete compression strength characteristic when ofunato 1000 wave applied. However stress concentration at vertical shaft is larger than stress concentration at vertical shaft-main tunnel joint. So if design undersea tunnel, consider mainly vertical shaft safety.