Study on the Effect of the Bearing Capacity Support of tunnel by Steel Rib in the Colluvial Soils

붕적층 지반에 적용된 터널에서 강재의 지보효과에 대한 연구

The entrance and the exit structures of tunnels are often constructed on unfavorably soft soils (colluvial soils) as a result of environment-friendly design highlighted in recent years. For construction of such a tunnel, it is essential to secure sufficient bearing capacity of the lining supports as well as that of the surrounding soils. In this regard, H-shape steel-ribs with high stiffness are commonly used for lining supports. However, it was the past convention to ignore the effect of the steel-ribs in numerical evaluation of the structural safety. This study is intended to show how the shotcrete stresses are relieved by the steelribs, on the basis of numerical data obtained from 3-dimensional finite element analysis. The effect of steel ribs to shotcrete stresses is examined at different levels of application rates, i.e., 0%, 50%, 75% and 100% of the total stiffness. The data obtained from numerical analysis was compared with in-situ measurement. The effect of st eel ribs to shotcrete stresses was verified and appropriate total stiffness was proposed in the range of 50%~75%.

최근 부각되고 있는 환경친화적인 설계의 결과로서 터널 입출구의 구조물이 연약한 지반(붕적층) 에 불가피하게 건설 되곤 한다. 그런 터널 공사의 경우, 주변 지반뿐만 아니라 라이닝 지보재의 충분한 지지력을 확보해야 한다. 이와 관련하여, 높은 강성을 갖는 H형 강지보재가 라이닝을 지지하기 위해 흔히 사용되었다. 그러나 수치해석에 의한 구조적인 안정성을 평가하는데 있어서 그 효과는 무시되는 젓이 관례였다. 본 연구에서는 붕적층에 적용된 터널에 대하여 강지보재로 사용된 H형강을 수치해석 모델에서 강성 적용을 0%, 50%, 75%, 100%로 반영하여 3차원 유한요소해석을 수행하였고, 각 강성 적용율에 따른 숏크리트 용력 감소효과를 비교 검토하였다. 수치해석으로부터 얻어진 데이터는 현장계측결과와 비교하였다, 연구 결과로부터 강지보재의 숏크리트에 대한 효과가 검증되었고 적절한 강성률은 50~75%의 범위 내에서 적절한 것으로 판단되었다.