A study on the relationship between initial and final convergence in NATM tunnels

NATM 터널 굴착시 초기 내공변위와 최종 내공변위의 상관관계 연구

A tunnel behavior predicted in the investigation and design stage is often different from its actual behavior due to mainly the complexity of ground conditions. In a tunnel construction, therefore, it is necessary to ensure the stability of the tunnel by predicting the behaviors of the ground and the supports through observations and measurements, and modifying immediately excavation and reinforcing methods when necessary. To do so, it is important to be able to predict the final tunnel behavior based on the initial tunnel behavior as early as possible. In this study, the correlations were obtained between the initial and the final convergence by analyzing statistically the convergence measurement data, collected from two domestic road tunnels under construction using NATM. In order to estimate the unknown displacements, occurred during the period between the excavation and the first measurement, two methods were used - one is the method by means of regression analysis using a modified exponential function and the other the method by a simple linear regression analysis using the data measured within the distance from tunnel face equal to the tunnel diameter (D). Finally, the relationships were obtained between the initial and final convergence, including the non-measured displacements estimated from the two different methods, by performing linear regression analyses. The regression analysis results showed that there are clear linear relationships between the initial and final convegence and the difference between the two linear regression equations was not that large for when using the exponential function and the simple linear function to estimate the non-measured displacements.

터널 건설시 조사 및 설계 단계에서 예측한 터널의 거동은 지반의 지질 구조 및 재료 특성의 복잡함 등으로 인해 실제 시공 중의 거동과 일치하지 않는 경우가 많다. 따라서 시공 중에는 관찰과 계측을 통하여 지반과 지보재의 거동을 확인하고 위험이 예상될 경우 신속히 굴착 방법 및 보강 방법 등을 변경하므로써 터널의 안정성을 확보해야 한다. 그리고 이러한 목적을 위해서는 가급적 굴착 초기 단계에서 터널의 변형 거동을 파악하고 이로부터 최종적인 변위를 예측하는 과정이 필요하다. 본 연구에서는 NATM 방식에 의해 시공 중인 국내 두 곳의 도로터널 현장에서 수집한 변위 계측 data를 분석하여 굴착 초기 측정 내공변위량과 최종 내공변위량과의 관계를 통계적으로 유도하였다. 이 때 굴착 후 계측 전 까지 미측정 내공변위량을 추정하기 위하여 기존의 근사함수식을 수정하여 회귀분석하는 방법과 본 연구에서 제안하는 막장거리 1D(D:터널직경)까지의 계측 data를 이용하여 현장에서 용이하게 적용할 수 있는 간단한 선형 회귀분석을 이용하는 방법을 적용하였다. 최종적으로, 계측 전 변위량을 포함한 굴착 초기 내공변위와 최종 내공변위와의 관계를 통계적 방법을 통해 선형관계식으로 근사적으로 표현할 수 있었으며, 이 때 계측 전 변위량 추정방법으로 지수함수를 이용한 경우와 선형 회귀분석을 이용한 경우에 대해서 결과의 차이는 그다지 크지 않은 것으로 나타났다.