시공단계를 고려한 터널의 역해석에 관한 연구

초록

터널을 굴착한 이후에 터널의 안정성 확인등을 위해 다양한 계측이 이루어 지게 된다. 이들 중에서 내공벼위, 지중변위, 천단침하 등의 변위 계측 자료가 터널 주변 암반의 거동 상태를 가장 잘 나타내 주는 것으로 알려져 있다. 최근 수치해석 기법의 발달에 따라 기존의 터널 계측자료를 단순히 안정성 확인의 수단으로만 이용하지 않고 이를 이용하여 암반의 역학전 성질을 알아내려는 역해석에 관한 연구가 수행되고 있다. 역해석은 크게 직저법과 역순법으로 크게 분류된다. 먼저 직접법은 Gioda & Maier(1980)와 Cividini등 (1981)에 의해서 연구된 것으로 암반의 역학적 성질이나 초기응력을 변화시켜 가면서 해석을 수행하여 계측치와 겨산차가 최소의 오차를 갖는 경우를 찾아 이 때 암반의 역학적 특성값이나 초기 응력을 추정하는 방법이다. 역산법은 Sakurai & Takeuchi(1983)에 의한 것으로 일반적인 응력해석과는 반대로 변위를 입력자료로 역산하여 암반의 역학적 성질이나 초기 응력상태를 계산하는 방법이다. 이러한 역해석은 공통적으로 계측 자료 자체의 정확성이 올바른 해석결과를 얻기 위하여 전제 조건이 된다. 또한 정확성이 보장된다고 할지라도 터널의 굴착에 의해 발생한 총 변위가 필요하지만 현장에서는 여러가지 제약 조건 때문에 총변위의 일부분만이 계측되고 있는 경우가 대부분이며 회기 분석식등을 이용하여 계측변위로 부터 총변위를 추정하려는 시도도 있지만 아직까지 모든 지반조건과 시공조건등에 적용될 수 있는 분석은 불가능하다.따라서 계측자료 자체의 신뢰성에도 문제가 있으며 따라서 부정확한 역해석 결과를 얻을 가능성을 항상 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 터널의 굴착 및 보강 작업의 단계에서 이루어진 계측값을 통해 전체 변위량을 추정하는 방법이 아닌 각 단계에서 발생하는 변위의 변화량을 역해석의 입력값으로 선정하여 시공단계에 따른 역해석을 수행하였다. 이때 각 변위량 변화에 대한 오차함수를 선정하여 유전자 알고리즘을 이용한 최적화 기법을 적용하여 역해석을 수행하였다.