Influence of the Existing Cavern on the Stability of Adjacent Tunnel Excavation by Small-Scale Model Tests

Generally, when constructing a tunnel close to existing structures, the tunnel must be built at a constant distance from the structures that is more than width of tunnel to minimize the impact of interference between an existing structures and new tunnel. Spacing of these closed tunnels should be designed considering soil state, size of tunnel and reinforcement method. Particularly when the ground is soft, a care should be taken with the tunnel plans because the closer the tunnel is to the existing structures, the greater the deformation becomes. As methods of reviewing the effect of cavities on the stability of a tunnel, field measurement, numerical analysis and scaled model test can be considered. In the methods, the scaled model test can reproduce the engineering characteristics of a rock in a field condition and the shape of structures using the scale factor even not all conditions cannot be considered. In this study, when construction of a tunnel close to existing structures, the method and considering factors of the scaled model test were studied to predict the actual tunnel behavior in planning stage. Furthermore, model test results were compared with the numerical analysis results for verifying the proposed model test procedure. Also, practical results were derived to verify the stability of a tunnel vis-a-vis cavities through the scaled model test, which assumed spacing distances of 0.25 D, 0.50 D, and 1.00 D between the cavities and tunnel as well as the network state distribution. The spacing distances of 1.0 D is evaluated as the critical distance by the results of model test and numerical analysis.

축소모형시험을 통한 공동이 근접터널 굴착에 미치는 영향평가

일반적으로 기존 터널이나 공동 등에 근접하여 터널을 시공하는 경우에 기존 공동과 터널간의 간섭이 발생하며 이로 인한 영향을 최소화하기 위하여 이격거리를 터널의 폭 이상으로 유지하도록 일부시방서 등에 권고안이 제시되어 있는 상태이다. 이와같이 공동이나 구조물 등에 근접한 터널은 지반 상태 및 공동의 크기, 보조공법 등을 고려하여 결정하여야 하며, 지반이 연약한 상태에서는 근접도에 따라 민감한 반응을 나타내고 변형량도 크게 나타나므로 지반조건을 고려한 터널계획이 이루어져야 한다. 설계단계에서 공동이 터널의 안정성에 미치는 영향을 검토하기 위해 현장측정, 수치해석, 모형시험 등의 방법이 고려될 수 있으며, 이 중에서 모형시험(Scaled model test)은 결과를 가시적으로 나타낼 수 있을 뿐 아니라, 수치해석과 비교를 통해 거동을 보다 상세하고 현실적으로 예측 가능하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 공동에 인접하여 터널 굴착이 이루어지는 경우, 계획단계에서 실제 거동을 예측하기 위한 모형시험 방법과 시험 시 고려사항들에 대해 고찰하고 실제 시험 결과와 수치해석 결과의 비교를 통해 제안된 기법의 적정성을 평가하였다. 또한 터널 굴착 시 터널 주변에 분포하는 공동의 이격거리에 따른 영향이 적절히 반영되는지 여부를 파악하기 위해 공동과 터널간 이격거리를 0.25D, 0.50D, 1.00D, Network 상태 분포 시로 가정한 일련의 모형시험을 수행하였으며, 공동이 없는 조건과 비교하여 제안된 방법의 적정성을 확인하였다. 추가적으로 축소모형시험 결과의 타당성 검증을 위한 목적으로 시험조건을 반영한 수치해석을 수행하였으며, 수치해석 결과와 모형시험 결과의 비교 검증을 수행하였다. 모형시험 및 수치해석 결과 이격거리 1.0D는 공동과 터널이 독립적인 거동을 보이는 한계거리로 평가되었다.