터널 붕괴 현장 지반거동의 수치해석적 연구

Investigation of Tunnel Collapse Mechanisms through Numerical Analysis

본 연구에서는 도심지의 불안정한 지반에서 발생할 수 있는 전형적인 두 가지 지반조건에서의 터널 굴착 사례를 소개하고 수치해석적 분석을 통하여 대상터널의 터널 붕괴의 메커니즘을 분석하였다. 풍화된 암반층에서의 터널 굴착 사례와 미고결사질토 지반에서의 터널 굴착 사례의 수치해석 결과에서 터널 단면 전체 영역에서 소성거동하기 시작하여 터널 어깨 부에서부터 지표면까지 발생한 것을 알 수 있었고 변위벡터의 발달 양상도 소성영역이 발생한 중심으로 터널 천장부의 함몰 가능성을 판단할 수 있었다. 수치해석 결과 계측 결과와 연관하여 터널 붕괴 원인으로 미고결 지반의 터널 붕괴 과정은 먼저 지하수가 유입된 후 기반암의 풍화나 그 밖의 지반이완을 촉진하는 굴착 과정으로 소성영역과 전단변형이 지표면까지 확대되고 결국 막장의 붕괴와 지표면이 붕괴하는 과정을 확인할 수 있었다.

In this study, tunnel excavations were introduced in two typical ground conditions found in unstable urban areas, and the corresponding tunnel collapse mechanisms were investigated using numerical analysis. The case studies of tunnel collapse in weathered rock and uncemented sandy soil layers revealed that a plastic area extended across the entire tunnel section from the tunnel shoulder to the ground surface. The development of the displacement vector indicated the possibility of a tunnel ceiling depression occurring around the plastic area. The numerical analysis results suggest that tunnel excavation, which accelerates bedrock weathering or induces ground relaxation following groundwater introduction, can lead to the collapse of uncemented sandy soils.