초근접 병설터널에서 강성지지대에 작용하는 하중산정방법 연구

Abstract

부지이용에 대한 제약이 큰 도심지내에 병설터널을 설치하는 경우 터널 상호간의 간섭을 배제할 수 있을 정도의 충분한 필라 폭을 확보하기가 곤란한 경우가 많다. 이에 대한 대안으로 부지 점용을 최소화할 수 있는 터널 공법인 전통적 2(or multi)-arch 터널 또는 인공 필라 2-arch 터널의 시공사례가 최근 급증하고 있다. 그러나 이러한 공법들은 중앙 파일럿 터널을 먼저 굴착하고 중앙 기둥을 설치한 이후 좌·우측 터널을 확대 굴착하도록 계획되고 있어 기존 병설터널에 비해 공기 및 공사비의 증가가 필연적이다. 이러한 2-arch 터널의 단점을 보완하기 위해 암반 필라의 크기를 매우 작게 하는 근접 병설터널도 많이 시공되고 있으나 지반이 불량하고 두 터널사이의 이격거리가 충분하지 못할 경우 필라의 안정성 확보를 위해 타이볼트 또는 인장볼트 등을 이용한 보강이 필수적이라 할 수 있으며 이로 인한 공사비 및 공기의 증가가 필연적이다. 따라서 이러한 문제점을 해결 할 수 있는 대안 공법의 검토가 필요하다. 이 연구에서는 강성지지대를 활용한 초근접 병설터널 공법을 제안하여 기존 2-arch 터널 공법에 비해 공사비 및 공사기간을 크게 절감할 수 있도록 하였으며, 기존 근접 병설터널의 적용한계인 Pw/D(필라폭 /터널직경)가 0.2 이하인 구간에서도 강성지지대를 설치함으로써 안정적인 터널계획이 가능토록 하였다.

매개변수분석을 통해 초근접 병설터널에서 암반 필라에 작용하는 하중에 대한 응력집중계수(Stress Concentration Factor

SCF)를 검토하였으며 이를 기반으로 강성지지대에 작용하는 하중에 대한 산정식을 제안하여 강성지지대를 활용한 터널 계획에 있어 즉각적인 활용이 가능토록 하였다. 아울러 실제 고속도로 터널을 대상으로 시공단계를 고려한 3차원 FEM 해석을 통해 본 공법의 안정성에 대해 검토하였으며, BIM을 이용한 시공 시뮬레이션을 수행함으로써 경제적인 효과를 객관적으로 검증하였다. 이 연구에서 제안한 강성지지대를 이용한 초근접 병설터널 공법이 적절히 활용된다면 기존 2-arch 터널 공법의 충분한 대안이 될 수 있음을 확인할 수 있었으며, 향후 실제 현장 적용성에 대한 보완 및 개선을 통해 초근접 병설터널의 계획 및 시공에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.