Abstract
The existing tunnel in urban area can be enlarged because of requirement of road-widening by traffic growth. The protector with rectangular cross section can be set up in the tunnel, which will be constructed for enlargement of width, to solve traffic jam around the tunnel. It is impossible to install the rockbolt in the lower area of tunnel due to a limited space between the protector and cutting surface. The objective of this study is to suggest the method of shotcrete thickness increase instead of rockbolt installation in the side wall of tunnel for the stability of tunnel. Numerical analysis was performed to evaluate displacement at the crown of tunnel, convergence of tunnel, and stress in shotcrete lining in 3-lane and 4-lane NATM tunnels enlarged from 2-lane conventional tunnel. There were three types of analysis condition, rockbolt installation, no rockbolt installation, and increase of shotcrete thickness without rockbolt in the side wall of tunnel. There was no difference on the displacement at the crown and the convergence of upper tunnel. In the lower tunnel, the convergence in case of no rockbolt installation was larger as maximum 1.3mm than that in case of rockbolt installation. The stress in shotcrete lining in case of no rockbolt installation was larger as maximum 1.3MPa than that in case of rockbolt installation. Numerical analysis was performed to compare the behavior of shotcrete with rockbolt with that of shotcrete, which its thickness was increased, without rockbolt. The shotcrete has an increase of 20%(250mm ${\rightarrow}$ 300mm, 4-lane tunnel)~25%(200mm ${\rightarrow}$ 250mm, 3-lane tunnel) in its thickness to reduce the stress in shotcrete lining. The behavior of shotcrete lining increased the shotcrete thickness by 20%~25% was similar to that of existing shotcrete lining with rockbolt.
도심지 내에서 교통량 증가로 인하여 차선확대가 요구되는 경우, 기존 터널은 증가된 차선만큼 단면을 확대할 필요가 있다. 터널 단면확대 공사로 발생되는 터널주변의 교통정체를 해소하기 위하여 터널 내에 직사각형 단면의 프로텍터를 설치하여 프로텍터 내부로 교통흐름을 유지하기도 한다. 프로텍터를 사용하면 터널 측벽 하부에서 프로텍터와 굴착 면 사이의 공간이 협소하여 록볼트 시공이 불가능할 수도 있다. 본 연구에서는 터널 측벽 하부의 협소한 공간에서 록볼트를 시공하지 않고 숏크리트 두께를 증가시켜 터널의 안정성을 확보하는 방법을 제안하였다. 기존 2차선 재래식 터널을 3차선 및 4차선 NATM터널로 확대 시공할 경우에 대하여 수치해석을 수행하였다. 터널 측벽 하부에 록볼트를 시공한 경우, 록볼트를 시공하지 않은 경우 및 록볼트를 시공하지 않고 숏크리트 두께만 증가시킨 경우에 대하여 터널의 천단변위, 내공변위 및 숏크리트에 발생한 응력을 비교분석하였다. 천단변위 및 상반 내공변위는 차이가 거의 없었으며, 하반 내공변위는 터널 측벽 하부에 록볼트를 시공하지 않은 경우가 록볼트를 시공한 경우보다 최대 1.3mm 크게 발생하였다. 또한 숏크리트에 발생한 휨압축응력은 터널 측벽 하부에 록볼트를 시공하지 않은 경우가 록볼트를 시공한 경우보다 최대 1.3MPa 크게 발생하였다. 록볼트 미시공에 의해 추가 발생된 숏트리트 응력을 감소시키기 위하여 기존 숏트리크 두께의 20%(250mm ${\rightarrow}$ 300mm, 4차선 터널)및 25%(200mm ${\rightarrow}$ 250mm, 3차선 터널)를 추가 시공하면 록볼트를 시공할 경우와 비슷한 응력수준을 나타내는 것으로 분석되었다.
