점탄소성 크리프 모델을 적용한 터널 노반 융기 거동 분석

초록

본 연구는 스퀴징 조건의 단층 파쇄대 구간을 통과하는 철도 터널에서 장기 노반 융기를 정량적으로 평가하기 위한 수치해석 프레임워크를 제안하였다. 시간 의존적 크리프를 모사하기 위해 FLAC3D 기반의 Burgers-Mohr 점탄소성 모델을 적용하였으며, 차분진화(Differential Evolution, DE) 역해석을 통해 유동학적 매개변수를 보정하였다. 역해석 보정 타겟의 구성을 위해 대상 현장의 실측 계측값을 선형 외삽하여 합성 시계열 곡선을 생성하였으며, 이러한 방법론적 가정은 유사 스퀴징 터널의 장기 관측 데이터에 의해 경험적으로 정당화된다. 20년 장기 수치해석 결과, 무보강 조건에서 노반 융기량이 수렴 없이 30.87 mm까지 증가하여 궤도 안정성을 위협하는 것으로 나타났다. 마이크로파일 보강 적용 결과, 융기 속도가 84.7% 저감되었으며, 20년 최종 융기량은 22.50 mm로 억제되어 27.1%의 저감 효과가 확인되었다. 나아가 40개의 Sobol 표본 시나리오를 활용한 다목적 파레토 최적화를 통해, 파일 길이 14.5 m, 종방향 간격 2.0 m, 굴착 후 2년 차 시공 조건을 최적 설계안으로 도출하였으며, 해당 설계안은 비용지수 0.46 수준에서 42.1%의 융기 저감 효과를 달성하였다. 본 프레임워크는 스퀴징 터널에서의 마이크로파일 설계를 위한 정량적이고 경제적으로 합리적인 근거를 제시한다.

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