A Study on failure mechanism and load-bearing capacity of single-shell tunnel lining

싱글쉘 터널 라이닝의 파괴 메카니즘 및 지보성능에 관한 연구

This study investigates the failure mechanism and load-carrying capacity of a single-shell lining which has no disturbance in transfer of shear force, with respect to a conventional double-shell lining which has separation between layers of shotcrete lining and secondary concrete lining by water-proof membrane. In order to evaluate the capacity, a 2-D numerical investigation is preliminarily carried out and then real-scale loading tests with tunnel lining section specimens are performed on the condition given by the numerical investigation. In the test, a concentrated load is applied for considering a released ground load or rock wedge load. Through this study, it appears that the single-shell lining takes the load-bearing capacity 20% higher than in case of the double-shell lining. In addition, a possibility of a composite single-shell shotcrete layer composed by multiple bonded layers partly involving different contents of high-capacity additives is shown thereby leading to use of less amount of the high-capacity additives on the condition of taking a similar load-bearing capacity.

본 연구에서는 숏크리트 라이닝과 2차 콘크리트 라이닝 사이에 방수막으로 분리된 기존 이중구조의 터널 라이닝과 터널 라이닝 단면상에 전단력 전달을 저해하는 장치를 포함하지 않은 일체화 싱글쉘 구조의 터널 라이닝의 파괴양상 및 하중 지지성능에 관해 고찰한다. 하중지지력 평가를 위하여 우선적으로 수치해석적인 사전 평가가 실시되었으며, 새롭게 고안된 실대형 터널 라이닝 하중재하 실험이 실시되었다. 이때, 이완하중이나 암괴하중을 모사하기 위해 터널 천단부 집중하중이 고려되었다. 본 연구를 통하여, 동일한 터널라이닝 강도 관리기준에서 이중구조 라이닝보다 싱글쉘 라이닝 구조가 약 20%정도 높은 지지력을 보였으며, 다중 숏크리트 타설 단계마다 고성능 첨가재료 투입량의 조절로 복합재료 싱글쉘 라이닝 구조를 형성함으로써 보다 적은 고성능화 첨가재료 투입량으로 유사한 지지성능을 확보할 수 있는 가능성을 보였다.