Variation of Earth Pressure Acting on the Cut-and-Cover Tunnel Lining due to Geotextile Mat Reinforcement

Excessive earth pressure is one of the major mechanical factors in the deformation and damage of Cut-and-Cover Tunnel lining in shallow tunnels and portals of mountain tunnels (Kim, 2000). Excessive earth pressure may be attributed to insufficient compaction and consolidation of backfill material due to self-weight, precipitation and vibration caused by traffic (Komiya et al., 2000; Taylor et al., 1984; Yoo, 1997). Even though there were a lot of tests performed to determine the earth pressure acting on the tunnel lining, unfortunately there were almost no case histories of studies performed to determine remedial measures that reduce differential settlement and excessive earth pressure. In this study the installation of geotextile mat was selected to reduce the differential settlement and excessive earth pressure acting on the cut-and-cover tunnel lining. In order to determine settlement and earth pressure reduction effect (reinforcement effect) of geotextile mat reinforcement, laboratory tunnel model tests were performed. This study was limited to the modeling of rigid circular cut-and-cover tunnel constructed at a depth of $1.0D\sim1.5D$ in loose sandy ground and subjected to a vibration frequency of 100 Hz. Model tests with varying soil cover, mat reinforcement scheme and slope roughness were performed to determine the most effective mat reinforcement scheme. Slope roughness was adjusted by attaching sandpaper #100, #400 and acetate on the cut slope surface. Mat reinforcement effect of each mat reinforcement scheme were presented by the comparison of earth pressure obtained from the unreinforced and mat reinforced model tests. Soil settlement reduction was analyzed and presented using the Picture Analysis Method (Park, 2003).

지오텍스타일 매트의 설치에 의한 개착식 터널 라이닝에 작용하는 토압의 변화

얕은 터널의 개착식 터널 라이닝에 발생하는 과잉토압은 라이닝의 변형과 손상을 유발하는 역학적 주요인자들 중의 하나이며(Kim, 2000), 과잉토압은 되메움토의 다짐불량, 자중에 의한 압밀, 강우의 침투에 의한 다짐, 차량에 의한 진동 등에 의해 발생할 수 있다(Komiya et al., 2000; Taylor et al., 1984; Yoo, 1997). 터널 라이닝에 발생하는 토압을 구하기 위한 많은 시험이 행해졌지만, 부등침하와 과잉토압을 줄일 수 있는 보강대책을 수립하기 위한 사례는 없다. 본 연구는 모래 지반에 $1.0D\sim1.5D$ 깊이에 개착식으로 시공하는 원형의 강성 터널에 작용하는 토압에 관한 것으로 진동다짐의 영향을 모형실험에서 충분히 반영하기 위하여 100Hz의 진동주파수를 사용하였다. 본 연구에서는 개착식 터널 라이링에 작용하는 부등침하와 과잉토압을 줄이기 위해서 지오텍스타일 매트를 설치하였다. 지오텍스타일 매트의 보강에 의한 부등침하와 토압의 감소효과를 확인하기 위해 실내모형실험을 수행하였다. 실내모형실험에서 토피, 매트 보강형태, 절취면의 거칠기 등을 달리하여 가장효과적인 방법을 구하였다. 절취면의 거칠기 달리하기 위해 사면에 사포#100, 사포#400과 acetate 부착하였습니다. 무보강과 매트 보강에 대한 모형실험을 실시하여 구한 토압을 비교하여 매트 보강효과를 살펴보았으며, 사진분석법(Park, 2003)을 이용하여 지반의 변형을 분석하였다.