지반 굴착 후 설치하는 구조물의 크기가 하부 터널에 미치는 영향
Effect of the Ground Excavation and
초록/요약
최근 도심지에서 기존터널 상부에 구조물을 신설하는 경우가 증가하고 있다. 특히 지반굴착 후 구조물이 시공되는 경우 굴착 저면 하부 지반 내에서는 하중이 제하되었다가 재재하되므로 기존 터널에 작용하는 하중이 변할 수 있다. 따라서 지반굴착 후 상부구조물 설치로 인한 하중변화 상태에서 기존 터널이 안정을 유지하기 위해서는 터널 상부 지반의 굴착 및 구조물 설치에 의한 영향을 정확히 파악하여 대비해야 한다. 본 연구에서는 기존터널 상부지반을 굴착하고 구조물을 신설함으로 인한 지반내 하중 변화가 기존터널에 미치는 영향을 파악하기 위해 실제 크기의 1/5로 축소한 대형모형시험과 수치해석을 수행하였다. 이때 굴착저면과 터널 천단 간의 거리를 터널 직경의 2배로 유지하고 지반굴착을 모사하였으며, 구조물 하중의 폭을 3가지로 변화하여 폭에 따른 영향을 파악하였다. 연구 결과, 터널 상부 건물하중의 폭이 증가하면 터널 내공변위가 증가하는 것을 확인하였고, 지중응력은 하중작용폭 1.0D에서 5.0D로 넓어질 때 최대 2.4배까지 증가하는 것을 확인하였다. 이로부터 건물하중 푹이 넓어지면 지중응력이 증가되는 영향 범위가 넓어지고 깊어지는 것을 확인하였고, 기존터널을 중심으로 신규하중의 재하폭이 터널직경의 3배까지는 지중응력이 재하폭에 비례하여 증가하였고 그 이상으로 작용하면 기존터널이 설치된 지반의 지중응력은 재하폭에 비선형으로 비례하여 증가하는 것을 확인하였다. 기존 터널 상부 지반에 하중이 작용할 경우 기존터널의 안전성은 하중의 크기에 의한 영향 뿐만 아니라 하중의 폭에 의한 영향을 고려하여 판정해야 한다는 것을 확인하였다. 따라서 터널근접시공의 허용범위 등을 정할 때에 상부 구조물의 폭에 의한 영향을 고려해야 할 것으로 판단되었다.
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목 차
요 약 문 ⅰ
그림목차 ⅴ
표 목 차 ⅸ
제 1 장 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 목적 1
1.3 연구 내용 및 범위 2
제 2 장 이론적 배경 3
2.1 지중 응력 3
2.1.1 지중 연직 응력 3
2.1.2 임의점의 응력 상태 6
2.2 등분포 연직 띠형 하중에 의한 지중 응력 8
2.3 원형터널 라이닝의 부재력 9
2.4 터널 안정성 관리 12
2.4.1 터널 안전보호권(Safety zone) 12
2.4.2 Safety zone의 지배요소 13
2.4.3 시설물 규제범위 13
2.4.4 터널 상부 기초에 대한 안정성 14
2.5 원형터널 주변의 지중 응력 16
제 3 장 모형시험 18
3.1 개요 18
3.2 모형시험 변수 18
3.3 시험 지반의 특성 20
3.3.1 물리적 특성 20
3.3.2 역학적 특성 22
3.4 대형모형시험 장치 23
3.4.1 모형토조 23
3.4.2 모형터널 24
3.4.3 계측장치 28
3.5 대형모형시험 방법 30
3.5.1 모형시험 지반조성 30
3.5.2 모형시험 수행 31
3.6 계측 시스템 33
3.6.1 계측 항목 33
3.6.2 계측 위치와 종류 34
3.6.3 계측 시스셈 34
3.7 터널 라이닝의 부재력과 내공변위 측정 35
제 4 장 모형시험 결과 36
4.1 개요 36
4.2 지반굴착에 의한 영향 36
4.2.1 터널 내공변위 36
4.2.2 터널 부재력 40
4.3 건물하중 재하에 따른 영향 46
4.3.1 터널 내공변위 46
4.3.2 터널 부재력 49
4.3.3 건물하중 폭의 영향 55
제 5 장 수치해석 및 분석 56
5.1 개요 56
5.2 수치해석 경계조건 56
5.3 수치해석 수행 56
5.3.1 입력물성치 56
5.3.2 수치해석 변수 58
5.3.3 수치해석 순서 59
5.4 수치해석 결과 62
5.4.1 구조물 하중에 의한 지중 응력 62
5.4.2 구조물하중 재하에 따른 터널의 거동 74
5.4.3 건물하중 폭의 영향 93
제 6 장 결 론 94
참고문헌 96
Abstract 101
