초록
타당성 있는 터널의 설계 및 경제적 시공을 위해서는 터널해석의 신뢰성이 확보되어야 한다. 이를 위해서는 암반과 지보재의 상호 작용을 포함하여 시공 전반에 걸친 깊은 이해가 필요하다. 본 논문에서는 파괴 이후에도 지보력을 상실하지 않는 강섬유보강 숏크리트의 거동을 적절히 모델링하는 기법을 소개하였다. 강지보재의 지보 효과를 알아보기 위해 3차원 해석을 수행하였으며, 이를 통하여 새로운 하중분담율이 산정되었다. 소성모멘트한계만을 사용한 경우(PML 모델) 숏크리트에 비정상적으로 발생하던 높은 인장응력을 없앨 수 있었고, 파괴 후의 연성 거동을 모사할 수 있었으나 축력의 영향이 고려되지 못하여 실제 거동과의 괴리를 메우기에는 다소 미흡하였다. 따라서 축력과 모멘트 한계를 동시에 고려할 수 있는 방법이 필요하였는데, FLAC의 내장 모델인 liner 모델을 통하여 이러한 거동이 모사될 수 있었다. Liner 모델에서는 강섬유 보강 숏크리트의 일축압축 강도와 더불어 최대 및 잔류 인장강도도 지정이 가능하다. 이 두 가지 모델을 이용하여 4등급 및 5등급 암반에 굴착되는 2차로 터널에 대하여 해석을 수행하였다. 또한 종래에 사용되던 탄성 beam 모델을 이용한 해석도 병행하여 그 결과를 비교하였다. 탄성 beam 모델을 제외한 두 가지 모델은 탄성 beam 모델에서는 반영될 수 없었던 휨인성을 고려할 수 있었다.
Reliability in tunnel analysis is necessary to accomplish technically sound design and economical construction. For this, a thorough understanding of the construction procedure including the ground-support interaction has to be obtained. This paper describes a proper modelling technique to simulate the behavior of the steel fiber reinforced shotcrete (SFRS) which maintain the supporting capability in post-failure regime. The additional supporting effect of the steel support was also verified by 3-D analyses and a new load distribution factor were proposed. The use of the plastic moment limit (PML) alone can eliminate the occurrence of the awkwardly high tensile stress in the shotcrete and can successfully model the post-peak ductile behavior of the SFRS. But with this method, moment is limited whenever the stress caused by moment reaches tensile strength of the shotcrete irrespective of the stress by axial force. Therefore, it was necessary to find a more comprehensive method which can reflect the influence of the moment and axial force. This can be accomplished by the proper use of "liner element" which is the built-in model in FLAC. In this model, the peak and residual strength as well as the uniaxial compressive strength of the SFRS can be specified. Analyses were conducted with these two models on the 2-lane road tunnels excavated in class IV and V rock mass and results were compared with the conventional elastic beam model. Results showed that both models can reflect the fracture toughness of the SFRS which could not be accomplished by the elastic beam model.