Feedback Analysis Technique for Tunnel Safety by Using Displacements Measured during the Tunnel Excavation

The purpose of this study is to develop a new technique to quickly assess the quantitative stability of a tunnel by using measured displacement at the tunnel construction site. To achieve this purpose, in this study, a critical strain concept was introduced for the first time and applied to an assessment of a tunnel under construction. The new technique calculates numerically the strains of the surrounding ground by using displacements measured during tunnel excavation. The techniques considering the relative displacement, shotcrete, and anisotropic characteristics of ground were newly introduced after reinvestigating the existing analysis technique. In addition, an analysis module was developed based on the proposed analysis technique in this study, and the applicability of the developed module was verified. To verify the module, first of all, the calculated excavation displacements of a cylindrical tunnel by analytic method and commercial programs (Pentagon-3D, Flac-2D) were compared for the confirmation of applicability of commercial programs. Then, the calculated excavation displacements under the same initial condition, both with and without a shotcrete lining, by two commercial programs were compared. finally, we assess the load condition and material properties of in-situ ground by inputting tunnel excavation displacement, which was calculated by a commercial program, into the developed analysis module (FAST-Ver. 1.2, feedback Analysis System for Tunneling), and checked whether the assessed results conform to the originally assumed values.

터널굴착변위를 활용한 시공중 피드백 해석기법 연구

본 연구에서는 굴착이 진행 중인 터널 시공현장에서 계측변위를 활용하여 신속하게 터널의 안정성을 정량적으로 평가할 수 있는 기법을 새롭게 개발하였다. 이를 위해, 본 연구에서는 Critical strain 개념을 새롭게 도입하였으며, 굴착중인 터널의 안정성 평가에 이를 활용하였다. 본 연구에서 개발한 해석기법은, 굴착면에서의 변위값을 입력하여 주변지반의 변형률을 구하는 방법으로서, 기존에 제안된 해석기법을 재검토하여, 상대변위활용기법, 숏크리트 반영기법, 지반의 이방특성 반영기법을 새롭게 제안하였다. 아울러 본 연구에서 제안한 해석기법을 토대로 해석모듈을 개발하였으며, 개발된 해석모듈의 활용성을 평가하기 위한 검증을 수행하였다. 검증 방법으로는 먼저, 이론해석과 상용프로그램(Pentagon-3D, Flac-2D) 해석을 통해 원형 터널에서의 굴착변위를 서로 비교하여, 상용프로그램의 활용성을 검토하였다. 이어서, 두 종류의 상용프로그램을 활용하여 숏크리트 라이닝의 유무에 따라, 동일한 초기조건에서의 굴착변위를 구하여, 두 상용프로그램의 해석결과를 비교하였다. 마지막으로, 상용프로그램에서 획득한 터널굴착변위를 본 연구에서 개발한 해석모듈(FAST-Ver. 1.2, Feedback Analysis System for Tunneling)에 입력치로 이용하여, 원지반의 하중상태 및 재료특성 등을 추정하고, 추정된 값들이 당초 가정하였던 값들을 얼마만큼 재현할 수 있는지에 대한 검증을 수행하였다.