Abstract
Existing cut-and-cover tunnels are designed regardless of cut-slope under the assumption that the overburden weight of backfill soil acts on tunnel arch and the earth pressure at rest acts on tunnel walls. However, actual earth pressures acting on the tunnel lining depend on open-cut size composed of cut-slope and cut-width, and thus the tunnel lining shows a different structural behavior. This study investigated the effect of cut-slope on structural behavior of the cut-and-cover tunnel lining as follows; Firstly, a comprehensive numerical analysis method using FLAC2D code was used and verified by field measurements of tunnel profile. Secondly, based on the verified numerical analysis technique, earth pressure acting on the lining, and displacement and sectional force developed on the lining were estimated with various shapes of cut-slopes$30^{\circ}\;, 456{\circ},\; 60^{\circ},\; and\;75^{\circ}%). Numerical analysis results indicate that the steeper cut-slope shows the more displacement and moment of the tunnel lining.
기존 개탁식터널은 굴착경사와 관계없이 터널상부에는 되메움지반의 자중이 그리고, 터널벽체에는 정지토압이 작용하는 것으로 가정하여 설계되고 있다. 그러나 개착식터널에 실제 작용하는 토압은 개착규모에 따라 다르며 이에 따라 터널라이닝의 구조적거동 또한 다르게 나타난다. 본 연구에서는 수치해석적방법을 사용하여 굴착경사가 터널라이닝에 미치는 영향을 다음과 같이 조사하였다. 첫째로, 지반범용수치해석프로그램인 FLAC2D를 사용하여 개착공법으로 시공된 기존 터널의 변형거동을 모사할 수 있는 수치해석방법을 활용하여 현장의 계측결과와 비교하므로써 수치해석방법의 타당성을 검증하였고, 둘째로, 동일한 수치해석기법을 적용하여 굴착경사가 $30^{\circ}\;, 456{\circ},\; 60^{\circ},\; 75^{\circ}%인 개착식터널에 작용하는 토압 및 변위와 터널라이닝에 발생하는 단면력을 조사하였다. 수치해석에 사용된 개착식터널은 2차로 도로터널이며, 터널라이닝과 되메움지반 사이의 마찰력을 고려하기 위하여 접합면 요소를 사용하였다. 수치 해석결과, 되메움지반과 터널라이닝 및 굴착사면 사이의 마찰력에 의한 되메움지반 내부의 아칭현상으로 인하여 굴착 경사가 클수록 터널벽체에 상대적으로 작은 토압이 작용하였으며, 이에 따라 터널라이닝의 변형, 모멘트, 전단력이 증가하였음을 알 수 있었다.