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Convergence-confinement method of a tunnel with the consideration of seepage forces

침투력을 고려한 터널의 내공변위 제어 미케니즘
In-Mo Lee1*
,
Seung-Youl Yoo2
,
Seok-Woo Nam3
,
Young-Jin Shin4
이 인모1*
,
유 승열2
,
남 석우3
,
신 영진4
1고려대학교 사회환경시스템공학부 교수
2(주)바우 컨설탄트 기술연구소
3Prudue University 박사후 과정
4고려대학교 사회환경시스템공학부 박사 과정
*교신저자. *Corresponding Author. 

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ABSTRACT

When a tunnel is excavated below groundwater table, the groundwater fiow occurs towards the tunnel resulting in the seepage pressure. In this paper, the effect of groundwater flows on the behavior of shotcrete lining installed between ground-liner interfaces was studied considering permeability ratio between the ground and the shotcrete into account. Three-dimensional coupled finite element analysis was performed for this assessment. Seepate orces will seriously affect the shotcrete behavior since arching phenomena do not occur in seepage forces. A parametric study was conducted on the various tunnelling situations including interfacial properties beween ground and shotcrete lining, the shape of tunnel cross-section and thethicknessof liner, etc. Moreover, the convergence-confinementmethod (CCM) of a NATM tunnel considering seepage forces was proposed. The result showed that themore watertight is the shotcrete, the smaller is the convergence and the larger is the internal pressure. Therefore, the watertight fiber-reinforced shotcrete isfound to be even more advantageouswhen usedin underwater tunnel.

Keywords
Seepate forces
shotcrete lining
convergence-confinement
permeability ratio

지하수위 하에서 터널을 굴착하게 되면, 지하수 흐름은 터널내로 발생하면서 터널 단면에 침투력이 작용하게 된다. 본 연구에서는 지하수 흐름을 고려한 숏크리트 라이닝 거동을 지반 및 숏크리트 라이닝 상호간의 라이닝 상호간의 투수계수의 비율에 따라 검토하였다. 숏크리트 응력 및 변위 관계는 3차원 유한요소 연계해석을 수행하여 산정하였다. 지하수 흐름자체는 아칭효과가 발휘되지 않기 때문에, 터널의 응력이 평형상태에 도달한 후에도 침투력은 계속적으로 숏크리트 라이닝에 작용하여 심각한 영향을 준다. 지반 및 숏크리트 라이닝 상호간의 인터페이스 특성 및 터널의 단면형상 그리고 라이닝의 두께를 포함한 숏크리트 거동의 영향 인자에 대해 매개변수분석을 실시하였다. 또한 NATM 터널에서의 침투력을 고려한 내공변위 제어법을 제안하였다. 해석결과를 보면, 숏크리트의 투수성이 낮아질수록 잔류수압에 따른 유효응력의 감소로 인해 내공변위는 감소하고, 내압은 커지는 것을 알 수 있었다. 따라서 차수성이 강한 강섬유보강 숏크리트거 해저/하저 터널의 지보재로서 더욱 유리하다는 결론을 얻었다.

키워드
침투력
2숏크리트 라이닝
내공변위 제어
투수계수 비

MAIN

  • 1. 서론

  • 2. 침투력을 고려한 숏크리트 거동

  •   2.1 숏크리트 및 지반 상호간의 특수성을 고려한 수치해석적 모델링 방법

  •   2.2 지하수위 복원시의 숏크리트 거동

  •   2.2.1 숏크리트 응력 양상

  •   2.2.2 터널의 내공변위 양상

  •   2.3 지하수위 상존시의 숏크리트 거동

  •   2.3.1 숏크리트 응력 양상

  •   2.3.2 터널의 내공변위 양상

  • 3. 단면형상 및 인터페이스를 고려한 숏크리트 거동

  •   3.1 마제형 단면에서의 숏크리트 거동

  •   3.2 지반 및 숏크리트 상호간의 인터페이스 특성을 고려한 숏크리트 거동

  •   3.2.1 건조지반 상태의 인터페이스 특성에 관한 숏크리트 거동

  •   3.2.2 침투력을 고려한 인터페이스 특성에 관한 숏크리트 거동

  • 4. 침투력을 고려한 내공변위 제어법

  •   4.1 침투력을 고려한 종단변형곡선

  •   4.2 침투력을 고려한 지반반응곡선

  •   4.3 지보재특성곡선을 고려한 숏크리트 라이닝 거동분석

  • 5. 결론

Acknowledgements

본 연구는 건설교통부가 출연하고 한국건설교통기술평가원에서 위탁시행 하는 2004년도 건설핵심기술연구개발사업, "공사핵심기술 CO1"에 의하여 연구비가 지원된 연구로서 이에 감사를 드립니다.

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