A Study on the Stability of Asymmetrical Twin Tunnels in Alternating Rock Layers Using Scaled Model Tests

In this study, scaled model tests were performed to investigate the stability of an asymmetrical twin tunnels constructed in rock mass comprising alternating layers of sandstone and shale. Each of tunnels had a differently shaped section, where the one was already constructed tunnel including lining structure but the other was planned to be under construction. Four types of test models which had respectively different pillar widths and loading conditions were experimented, where both crack initiating pressures and deformation behaviors around tunnels were investigated. The cracks of pillar mainly began to appear at the interfaces of alternating layers, following additional shear displacement between layers was confirmed as one of the most important factors of pillar failure in case of the model of pillar width 0.5D. The models with shallower pillar widths proved to be unstable because of lower crack initiating pressures and more tunnel convergences than the models with thicker pillar widths. The failure and deformation behaviors of tunnels were also dependent on the loading conditions, where the model of coefficient of lateral pressure 1.0 was more stable than the other model. Futhermore, the results of FLAC analysis were qualitatively coincident with the experimental results.

호층암반내 비대칭 쌍굴터널의 안정성에 관한 모형실험 연구

본 연구에서는 사암과 셰일이 교대로 반복되는 호층 지질구조를 가진 암반에서 복공이 설치되어 운영중인 기존 터널의 인근에 단면 형태가 다른 신설 터널을 건설할 경우, 신설 터널의 시공중 안정성을 검토하기 위하여 축소모형실험을 실시하였다. 이러한 비대칭 쌍굴터널에서 터널간 이격거리와 하중조건이 서로 다른 네가지 모형을 제작하였고 실험을 통해 모형별 균열개시압력과 변형거동을 조사하였다. 터널간 이격거리가 0.5D인 모형의 경우 필라에서 발생한 균열은 모두 호층 지질구조상 지층 경계면에서 발생하였고 지층간 전단변위가 필라 피괴의 중요한 인자로 작용하였다. 터널간 이격거리가 작은 모형일수록 낮은 압력수준에서 균열이 발생할 뿐 아니라 같은 압력 수준에서 터널의 내공변형량은 더 크게 나타나 터널의 안정성이 상대적으로 작은 것으로 평가되었다. 또한 하중조건을 달리한 경우에는 측압계수가 1.0일 때 터널 안정성이 우수한 것으로 나타났으며, FLAC을 사용한 수치해석 결과는 모형실험의 결과와 정성적으로 부합하였다.