Effect of hydraulic lining-ground interaction on subsea tunnels

라이닝-지반 수리상호작용이 해저터널에 미치는 영향

One of the most important design concerns for undersea tunnels is to establish design water load and flow rate. These are greatly dependent on the hydraulic factors such as water head, cover depth, hydraulic boundary conditions. In this paper, the influence of the hydraulic design factors on the ground loading and the inflow rate was investigated using the coupled finite element method. A horse shoe-shaped tunnel constructed 30 m below sea bottom was adopted to evaluate the water head effect considering various water depth for varying hydraulic conditions and relative permeability between lining and ground. The effect of cover depth was analysed for varying cover depth with the water depth of 60 m. The results were considered in terms of pore water pressure, ground loading and flow rate. Ground loading increases with an increase in water head and cover depth without depending on hydraulic boundary conditions. This points out that in leaking tunnels an increase in water depth increases seepage force which consequently increases ground loading. Furthermore, it is identified that an increase in water head and cover depth increases the rate of inflow and a decrease in the permeability ratio reduces the rate of inflow considerably.

라이닝 작용수압과 유입량은 지하수 수위 아래 혹은 하 해저터널 설계시 중요하게 고려되어야할 수리요소이다. 이 요소들은 수심, 심도, 수리경계조건의 영향을 받는다. 본 논문에서는 각 설계요소가 라이닝하중과 유입량에 미치는 영향을 수치해석적 도구를 이용하여 살펴보았다. 수심영향해석은 심도 30 m에 건설된 마제형 터널에 대하여 수심과 라이닝/지반 상대투수계수 비를 다양하게 변화시켜 조사하였고, 심도영향 해석은 수심 60 m의 터널에 대하여 심도 및 라이닝/지반 상대투수계수 비를 변화시켜 해석하였다. 해석결과 수리경계조건과 상관없이 수심 및 심도가 증가함에 따라 지반하중이 증가하였다. 이는 배수터널은 침투력의 영향으로, 비배수 터널은 정수압의 영향으로 수두가 증가함에 따라 지반하중이 증가함을 보여준 것이다. 수심, 심도의 증가에 따라 유입량은 선형적으로 증가하였으며, 라이닝/지반 상대투수계수비와 유입량관계는 펼쳐진 S자 곡선(stretched S-curve)형태로 나타남을 확인하였다.