대단면 급속시공을 위한 최적의 곡면막장형상개발에 관한 수치해석적 연구

초록

현재 국내 터널시공시에는 막장이 굴진방향에 직립함으로써 응력의 집중이 발생하며 또한 막장의 안정성을 우려하여 단면분할공법을 채택하는 것이 일반적 공법으로 되어왔다. 그러나 이러한 방법은 경제적으로 큰부담이 되며 공사기간 연장의 한 원인이 된다. 따라서 곡면막장 굴착공법을 개발하여 적용한다면 보다 나은 응력상태를 유지할 수 있어 1회 굴진장의 증대 및 분할공법을 피함으로써 공사비절감 및 공사기간 단축에 매우 유리할 것이라 판단된다. 따라서, 본 연구는 3차원 연속체 해석을 통하여 곡면막장의 안정성을 막장면의 변위양상에 의거 기존의 직립막장과 비교 검토하였고, 해석에 사용된 프로그램은 국내에 상용화되고 있는 연속체해석 프로그램인 FLAC-3D Ver 2.1을 사용하였다. 측압계수에 따라 막장주변 지역의 변위양상과 더불어, 곡면막장면의 곡률반경에 따른 변위양상을 확인하기 위해 직립막장면으로부터 막장 전방으로의 최전방곡면지점을 터널반경의 0.6, 0.5, 0.4, 0.3, 0.2, 0.1배의 다양한 곡면을 형성하여 검토하였다. 해석결과를 바탕으로, k(측압계수)값이 증가하면 할수록 직립막장면보다는 0.5D이하의 곡면막장면에서의 최대변위가 작아짐을 알 수 있으며, 특히 0.2D의 곡면막장면에서의 최대변위값은 각각 직립막장면에서의 최대값의 0.71(k=1.0), 0.73(k=1.5), 0.74(k=2.0), 0.74(k=2.5)배로 다른 곡면막장면에 비하여 가장 작은 값을 나타내고 있다. 따라서, k값이 증가할 수록(즉, 수평응력이 수직응력보다 큰 경우) 곡면막장이 더 효과적인 것으로 나타나며, 특히 0.2D의 곡면막장면을 형성하였을 때가 가장 효과적인 것으로 판단된다.