Variation of Earth Pressure Acting on Cut-and-Cover Tunnel Lining with Settlement of Backfill

Damage of cut-and-cover tunnel lining can be attributed to physical and mechanical factors. Physical factors include material property, reinforcement corrosion, etc. while mechanical factors include underground water pressure, vehicle loads, etc. This study is limited to the modeling of rigid circular cut and cover tunnel constructed at a depth of $1.0{\sim}1.5D$ in loose sandy ground and subjected to a vibration frequency of 100 Hz. In this study, only damages due to mechanical factors in the form of additional loads were considered. Among the different types of additional, excessive earth pressure acting on the cut-and-cover tunnel lining is considered as one of the major factors that induce deformation and damage of tunnels after the construction is completed. Excessive earth pressure may be attributed to insufficient compaction, consolidation due to self-weight of backfill soil, precipitation and vibration caused by traffic. Laboratory tunnel model tests were performed in order to determine the earth pressure acting on the tunnel lining and to investigate the applicability of existing earth pressure formulas. Based on the difference in the monitored and computed earth pressure, a factor of safety was recommended. Soil deformation mechanism around the tunnel was also presented using the picture analysis method.

되메움토의 침하에 따른 개착식 터널 라이닝에 작용하는 토압의 변화

개착식 터널라이닝의 파괴 원인은 물리적 요인과 공학적 요인으로 나눌 수 있다. 물리적 요인으로서는 재료특성, 보강재 부식 등이 있으며, 공학적 요인은 수압과 교통진동 등이 있다. 본 연구에서는 공학적 요인 중 부가하중 즉, 공사를 완료한 뒤에 라이닝의 변형 및 파괴를 유발하는 증가 토압에 초점이 맞추어져 있다. 증가 토압은 되메움토의 다짐 불량, 자중 및 강우에 의한 침하, 교통하중에 의한 진동 등이 원인이 되어 발생한다. 본 연구는 모래 지반에 $1.0D{\sim}1.50D$ 깊이에 개착식으로 시공하는 원형의 강성 터널에 작용하는 토압에 관한 것으로 진동다짐의 영향을 모형 실험에서 충분히 반영하기 위하여 100Hz의 진동주파수를 사용하였다. 본 연구에서는 개착식 터널 라이닝에 작용하는 토압과 주변 지반의 변형 양상을 파악하고 기존 토압 계산공식을 검토하기 위해 실내 터널모형실험을 실시하였으며, 개착식 터널 라이닝에 작용하는 측정 토압과 토압공식에 의해 산출한 토압을 비교 분석하여 기존 공식에 대한 안전율을 제시하였다.