Lecture 8 터널과 지하공간

(1)

MME_326암반공학 lecture_08_tunnel 1

Lecture 8 터널과 지하공간

Tunnel and Underground structure

(2)

지하구조물의 분류

분류기호 지하구조물의 종류

A 일시적으로 유지되는 터널

B 지하수로

C 지하저장소, 소형터널

D 지하발전소, 지하터널, 방공호

E 지하원자력발전소, 지하정류장, 지하경기장

(3)

지하구조물의 형상

(4)

굴착방법: 인력, 기계, 발파, 파쇄 등

굴착공법:

굴착방법과 굴착공법

(5)

터널 굴착 순서

(6)

터널 굴착 순서

(7)

숏크리트(Shotcrete) - 지반의 이완방지

- 아치효과로 하중분담 - 굴착면 풍화방지

록볼트(Rock bolt)

- 봉합작용 및 보형성작용 - 내압작용

- 아치형성 및 지반보강 강지보재(Steel rib)

- 숏크리트 경화시까지 임시 보강재 - 무지보반 직접보강

- 숏크리트라이닝 하중분산 - 지지대

- 터널내공확인, 발파천공의 지표 역할 콘크리트 라이닝(Concrete lining) - 구조체로서 역학적 기능

- 비배수 터널에서 내압기능 - 내구성 확보 및 미관유지

지보재

(8)

강지보 설치 Wire mesh

(9)

TBM

(10)

Shield Tunnel

(11)

터널 파괴 유형

(12)

터널 및 지하공간의 해석 및 설계법

(13)

Terzaghi의 이완하중

일정 높이와 폭의 지반이 터널에 하중 으로 작용되는 것으로 고려함

경험적인 터널 설계법

(14)

Terzaghi의 이완하중

경험적인 터널 설계법

(15)

RMR 분류법에 근거한 경험 설계법 Q 분류법에 근거한 경험 설계법

경험적인 터널 설계법

(16)

터널 및 지하공간의 해석 및 설계법

(17)

지질구조 지배의 해석법

(18)

지질구조 지배의 해석법

운동학적 평가 - 낙반(Falling)

- 미끄러짐(Sliding)

- 안정(Stable)

(19)

지질구조 지배의 해석법

안정해석(단순해석) - 낙반(Falling)

- 미끄러짐(Sliding)

(20)

원형터널에서의 탄성해

Kirsch의 해

(21)

원형터널에서의 탄성해

Kirsch의 해 – 터널 벽면의 변위양상

(22)

원형터널에서의 탄성해

주응력의 궤적 – 유선을 이용한 응력분석

(23)

원형터널에서의 탄성해

주응력의 궤적 – 주응력 등고선

(24)

원형터널에서의 탄성해

쌍굴터널 굴착시의 응력

(25)

비원형터널에서의 탄성해

타원형 터널에 작용되는 응력

(26)

비원형터널에서의 탄성해

타원형 터널의 기울기에 따른 접선응력

Compare with Circular tunnel

(27)

비원형터널에서의 탄성해

터널의 형상이 접선응력에 미치는 영향

계란형 터널이 응력집중 최소 터널의 형상이 초기지중응력비와 일치하면 응력집중최소

(28)

MME_326

28

암반공학 lecture_08_tunnel 28

비원형터널에서의 탄성해

터널의 형상이 접선응력에 미치는 영향

(29)

탄소성 해석법

응력이론

(30)

탄소성 해석법

지반반응곡선

 _r 과 u _r 과의 관계

응력식 – 변위식을 개별적으로 유도

응력이론(식)

소성구역에서의 평형이론

탄성영역에서의 평형이론

r=b에서의 연속성 법칙

[ 0 (1 sin ) cos cot ] cot

2 sin , 1 sin

i v res res res res

res res

p c c a c

b where



    

 



          

 

(31)

탄소성 해석법

변형이론(식)

내공변위 = 탄성내공변위 + 소성내공변위

탄성 내공 변위

소성 내공 변위

2 2

0 ( )

( ) ( )

2 2

r r a v i

a b a

u p

G a

 



   

(32)

탄소성 해석법

지반반응곡선

0 2 2

0 [ (1 sin ) cos cot ] cot

2 sin , 1 sin

( )

( ) ( )

2 2

i v res res res res

res res

r r a v i

p c c a c

b where

a b a

u p

G a



    

 



 



          

 

   

(33)

지보재의 거동

i s

s

k p

 u

(34)

지보재의 작용원리

지보재 설치로 내압을 주는 효과를 얻으려면, 지반의 아칭현상을 이용해야 함.

아칭현상: 지반의 한 부분에서 변형이 발생되고 나머지 부분은 발생되지 않을 때 변형이 발생되는 지반에 존재하던 토압이 변위가 발생되지 않는 지반쪽으로 전이되는 현상  지하구조물이 성립될 수 있는 가장 중요한 원리

지보재를 너무 늦게 설치하면 pi의 효과가 없으며 아칭현상이 충분히 발현되지

않음

(35)

터널의 굴진과 지보재의 역할

A

B, C

D  지보재 설치

E, F

(36)

터널의 굴진과 지보재의 역할

터널굴진에 따른 내공변위 발생 양상

(37)

지보재의 설치원리

지반반응곡선과 지보재 작용하중의 예

지보재 설치 시기

지보재는 지반반응곡선의 최저점에 도달하기 전에 내압 pi가 발휘되도록 함.

최저점을 지나면 소성평형상태  붕괴상태

지보재는 터널굴착 즉시 설치하여야 함 (숏크리트)

(38)

지보재의 설치원리

지보재의 종류에 따른 강성과 최대 지보압

(39)

NATM 의 기본원리

NATM (New Austrian Tunneling Method) - 1956 오스트리아 개발

- 터널 주변 암반을 지보로 하여 터널링

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