기존터널에 근접한 하부터널 굴착에 따른 교차부 지반의 거동
Behavior of the Ground in Crossed Area due to Tunnel Excavation under an Existing Tunnel
- 발행기관 아주대학교 대학원
- 지도교수 이상덕
- 발행년도 2004
- 학위수여년월 2005. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 건설교통공학과
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 논문에서는 저토피 구간에서 기존터널 하부에 새로운 터널을 교차하여 신설할 때에 하부 터널굴착으로 인하여 발생하는 교차부 주변지반의 거동과 상부의 기존터널의 거동을 연구하였다. 이를 위하여 토피고가 8.4m이고, 직경 7.2m인 기존 상부터널의 하부에 순간격 8.4m로 하부터널(직경 10.8m)을 신설하는 경우에 대하여 1/12의 축척으로 축소한 대형모형시험을 수행하였다. 상하터널의 교차 각도가 직각인 경우와 56˚인 경우에 대하여 실험하였고, 수치해석을 실시하여 실험결과와 비교 검토하였다. 모형실험은 4.0m(폭), 3.8m(높이), 4.1m(길이) 크기의 콘크리트로 제작된 대형토조에서 모래를 이용하여 상대밀도가 일정한 모형지반은 3.4m높이로 조성하여 실시하였다. 기존의 상부터널을 직경 60cm, 두께 4mm의 강재라이닝을 제작하여 지반조성 과정 중에 설치하였고, 하부터널은 직경 90cm로 굴착하면서 30cm 굴착 단계마다 두께 4.5mm의 강재라이닝을 설치하였다. 하부터널 굴착단계마다 상부 터널의 라이닝응력 및 내공변위를 측정하였고, 교차부 주변지반의 응력변화량과 지반변위를 측정하였다. 모의실험결과 교차부 주변지반은 하부터널 종방향의 응력 전이로 인하여 교차 전과 교차 후에 응력과 지반변위의 차이가 발생하였다. 경사교차의 경우가 직각교차의 경우보다 하부터널굴착에 의한 상부터널 축방향의 강성이 더욱 크게 반응하였다. 수치해석결과 상·하부터널의 교차 각도에 따라 하부터널 굴착으로 인하여 발생하는 축방향의 강성이 상부터널 주변지반의 거동을 지배하였다. 상·하 터널 교차부 응력의 거동은 상하터널이 평행한 병렬터널과 직각교차터널에서 유사하게 나타났다. 모형실험과 수치해석 결과로부터 교차 전·후의 하부터널굴착에 따른 종방향 응력전이가 상부터널에 의하여 차단됨을 알 수 있었다.
more목차
목차
그림목차 = ⅴ
사진목차 = xi
표 목 차 = xii
기호설명 = xiii
제 1 장 서론 = 1
1.1 연구배경 및 목적 = 1
1.2 연구내용 및 범위 = 4
제 2 장 이론적 배경 = 6
2.1 지반변형 특성 = 6
2.2 터널의 이완하중 = 7
2.3 지반과 터널라이닝의 강성 = 11
2.4 터널주변의 응력상태 = 14
2.4.1 원형단일터널 = 14
2.4.2 원형병렬터널 = 18
2.5 터널 굴착에 따른 지반거동 = 21
2.5.1 터널 굴착에 따른 하중전이 = 21
2.5.2 터널의 굴착에 따른 주변지반의 응력변화 = 22
2.5.3 응력변화와 터널의 변형 = 23
2.5.4 터널굴착에 따른 지반변위 = 25
2.6 근접터널에 대한 연구동향 = 27
제 3 장 대형모형실험과정 = 32
3.1 모형실험 규모의 결정 = 32
3.2 모형지반의 물리·역학적 특성 = 34
3.2.1 물리적 특성 = 34
3.2.2 역학적 특성 = 35
3.3 실험장치 = 37
3.3.1 모형토조 = 37
3.3.2 터널모형 = 38
3.3.3 터널 굴착기 = 44
3.3.4 계측기기 = 45
3.4 실험방법 = 46
3.4.1 모형실험 지반조성 = 47
3.4.2 하부터널 굴착 = 49
3.4.3 실험순서 = 50
3.5 계측위치 = 52
3.5.1 직각교차터널의 계측위치 = 52
3.5.2 경사교차터널의 계측위치 = 56
제 4 장 대형모형실험결과 = 59
4.1 직각교차터널 = 59
4.1.1 주변지반의 토압변화 = 59
4.1.2 주변지반의 지반변위 변화 = 66
4.1.3 상부터널의 라이닝응력 변화 = 72
4.1.4 상부터널의 내공변위 변화 = 76
4.2 경사교차터널 = 78
4.2.1 주변지반의 토압변화 = 78
4.2.2 주변지반의 지반변위 변화 = 96
4.2.3 상부터널의 라이닝응력 변화 = 102
4.2.4 상부터널의 내공변위 변화 = 109
제 5 장 모형실험과 수치해석결과의 비교 = 111
5.1 수치해석에 사용된 프로그램 = 111
5.2 수치해석조건과 모델 = 113
5.3 하부터널 보강에 따른 지반의 토압변화 비교 = 115
5.3.1 단일터널 = 116
5.3.2 직각교차터널 = 118
5.4 교차부 주변 지반의 토압변화 비교 = 120
5.4.1 단일터널과 상하병렬터널 수치해석결과 비교 = 120
5.4.2 직각교차터널 = 123
5.4.3 경사교차터널 = 131
5.4.4 직각·경사교차터널의 굴착길이 연장시 수치해석결과 비교 = 141
5.5 교차부 주변 지반 침하량 비교 = 142
5.6 상부터널의 거동 = 145
5.6.1 상부터널의 내공변위 비교 = 145
5.6.2 상부터널의 라이닝 응력 비교 = 146
5.7 실제터널 규모에서의 수치해석 = 149
5.7.1 단일터널 = 150
5.7.2 직각교차터널 = 151
제 6 장 고찰 = 152
6.1 교차부 주변지반의 거동 = 152
6.1.1 지반변위 변화 = 152
6.1.2 토압 변화 = 159
6.1.3 응력 경로 = 175
6.2 상부터널 거동 = 191
6.2.1 직각교차터널 = 191
6.2.2 경사교차터널 = 193
제 7 장 결론 = 195
참고문헌 = 200
부록 = 206
A. 모형실험 : 하부터널 굴착단계에 따른 심도별 토압변화 = 207
B. 모형실험 : 하부터널 굴착단계에 따른 지반변위 = 226
C. 모형실험 : 하부터널 굴착단계에 따른 상부터널 라이닝의 응력 = 235
D. 수치해석 : 하부터널 굴착단계에 따른 토압변화 = 251
E. 수치해석 : 상부터널 라이닝 해석 조건에 따른 응력 = 277
Abstract = 285
