초록
도심지 터널 건설에 있어서 중요한 고려 사항중 하나가 지상 건물에 대한 터널 굴착의 영향을 평가하는 문제이다. 일반적으로 터널 굴착에 의한 지표침하로 인접구조물이 영향을 받기도 하지만 기존 인접구조물이 터널 굴착에 따른 지표침하에 영향을 미치기도 한다. 이러한 터널 굴착에 의한 기존 인접구조물의 침하억제 효과와 구조물 손상 평가인자의 감소효과를 규명하기 위해서 3차원 탄소성 유한요소해석을 수행하였다. 또한, 본 연구에서는 터널 굴착에 기인한 지반침하가 인접구조물에 미치는 영향과 인접구조물이 지표침하에 미치는 영향을 규명하기 위해서 총 162개의 2차원 탄소성 유한요소 모델을 설정하고, 매개변수 변환연구를 수행하였다. 본 연구에서는 구조물의 폭과 구조물의 축강성 및 휨강성, 구조물의 위치, 터널 심도 등을 고려하였다. 그리고, 구조물과 지반침하의 상호작용을 표현하기 위해서 구조물의 손상평가 인자인 뒤틈각(angular distortion), 처짐비(deflection ratio), 건물의 최대침하량, 부등침하량 및 수평변형률 등의 변화를 관찰하였다. 한편, 지반의 강성과 구조물의 축, 휨강성을 대표할 수 있는 상대 강성비를 도입함으로써 터널 설계자가 활용할 수 있는 도표를 제시하였고, 구조물을 고려하지 않은 상태에서의 greenfield 지표침하 트라프를 수정할 수 있는 보정계수(modification factor) 개념을 도입하였다. 본 연구에서는 구조물과 지표침하와의 상호 간섭효과에 의한 지표침하의 억제와 인접구조물 손상평가 인자들의 감소효과를 고려할 수 있도록 하기 위해서 설계 단계에서 보정계수를 활용한 인접구조물의 합리적인 손상평가방법을 제안하였다.
The influence of tunnelling on buildings has become an important issue in urban areas. The problem is an interactive one: not only do tunnelling settlements affect existing structures, but existing structures affect tunnel-induced soil movements. In order to examine the constraint of surface settlement and the degradation of building damage parameters, 3-dimensional elasto-plastic finite element analyses are peformed. Also, in this paper, the results of the parametric studies for the variations of the damage parameters due to the ground movements are presented by utilizing 2-dimensional elasto-plastic finite element models, totally 162 models. The width of a structure, its bending and axial stiffness, its position relative to the tunnel and the depth of tunnel are considered. The interaction is shown by reference to commonly-used building damage parameters, namely angular distortion, deflection ratio, maximum building settlements, maximum differential settlements and horizontal strain. By introducing relative stiffness parameters which combine the bending and axial stiffness of the structure with its width and stiffness of soil, design curves are established. These give a guide as to the likely modification of the greenfield settlement trough caused by a surface structure. They can be used to give initial estimates of likely building damage.
