Mechanical Behavior of Tunnel Portal in Horizontal Arch Slope

수평 아치형 터널 갱구부 비탈면의 역학적 거동

The ground around the portal of a tunnel is the most typical part showing the 3-dimensional mechanical behavior in the tunnel. The portal slope is constructed at the weathered soft rock-mass, and remains as a potential sliding mass. The slope failure around the tunnel portal may happen drastically and induce the great disaster; hence, for the permanent stability several special techniques are required. To solve this problem, the ground around the tunnel portal may be excavated in the arch shape to develop the arching effect in horizontal direction. With the arch-type portal slope, one can reduce considerably the excavation mass and the damage of environments. This approach has not been attempted yet due to the lack of understanding and the well-defined analyzing method, so the retaining wall type portal is more universal. The 3-dimensional finite element analyses were carried out to prove that the arch type is more advantageous in safety and cost than the right angle type. The influence of the tunnel construction sequence and the strength of the rock-mass on the slope stability was investigated by focusing on the maximum shear strain in the slope, and the yield zone at the tunnel face.

터널의 갱구부는 터널에서 3차원 거동을 가장 뚜렷하게 보이는 부분이며 대체로 풍화가 진행되어 거의 토사화되어 있는 취약한 암반에 시공됨에 따라 비탈면은 잠재적인 활동체가 되게 된다. 터널 갱구부 비탈면에서 안정에 위해되는 요인이 발생했을 경우 파괴가 급속히 진행되어 대형사고로 이어질수 있으므로 특별한 안정화 대책이 필요하여 경제적으로 큰 부담이 된다. 이를 해결하기 위한 방안으로 갱구부 비탈면을 수평 아치형으로 굴착하게 되면 굴착량이 줄어서 경제적이고 자연훼손이 줄어들며 보다 안전하고 아름다운 형상을 기대할 수 있다. 그러나 인식부족으로 인하여 이와 같은 시도는 거의 이루어지지 않고 있어서 면벽식 갱구부가 보편화 되어 있는 실정이다. 본 연구에서는 아치형 갱구부 비탈면의 이점을 알아보기 위하여 3차원 수치해석을 ㄷ형과 아치형 비탈면에 대하여 각각 수행하여 그 결과를 서로 비교하였으며 터널 굴진과 암반강성에 따른 갱구부 비탈면의 안정성은 비탈면에서 발생되는 최대전단변형율과 막장면에서 터널굴진에 따른 소성접근도를 분석하여 검토하였다.