Prediction of Ground Condition Changes Ahead of Tunnel Face Using Three-Dimensional Absolute Displacement Analysis

터널 3차원 절대변위 해석기법을 이용한 막장전방지반 예측

Arching effect occurs around the unsupported excavation surface near to tunnel face when a tunnel is excavated in a stable rock mass. If a weak fracture zone exists in front of tunnel face, a displacement occurs between tunnel face and weak fracture zone due to stress concentration. If three-dimensional absolute coordinates (longitudinal, transverse, vertical direction) is measured at tunnel face by geodetic method, the ground change in front of the tunnel face can be predicted by analysing three-dimensional absolute displacement. The purpose of this study is to verify the analysis method of three-dimensional absolute displacement by comparing the trend of displacement ratio at crown and sidewall of tunnel and the influence line/trend line of crown settlement compared with TSP results in the same section.

안정된 암반에 터널을 굴착하는 경우 아칭효과에 의해 막장주변에 응력재배치가 발생하고 터널 막장 전방에 연약대가 존재하는 경우 응력재배치가 충분히 이루어지지 않아 막장과 연약대 사이의 응력집중으로 인해 변위가 발생하게 된다. 만일 막장에 근접하여 측점에서 종방향, 횡방향, 연직방향의 3차원 절대좌표가 측정되는 경우 막장전방의 지반거동이 반영된 3차원 절대변위가 산정되고, 이러한 3차원 절대변위의 분석을 통해 막장전방의 지반조건을 예측할 수 있게 된다. 본 연구에서는 4개 현장에서 측정된 3차원 변위비의 경향선과 천단침하의 영향선/경향선 분석을 실시하여 연약대 위치를 추정하였고, 3차원 절대변위의 분석에 의해 추정된 연약대 위치를 동일한 구간에서의 TSP탐사로 추정된 연약대 위치와 비교함으로써 3차원 절대변위 해석기법의 현장 적용성을 검증하였다.