연약 퇴적 암반 내 터널의 이상 변형 거동 평가
Assessment of Abnormal Deformation Behavior in Tunnels in a Weak Sedimentary Rock Mass
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초록
퇴적암반 내 굴착 시 터널 거동은 층리나 퇴적 구조의 영향으로 이방성을 띠는 것으로 알려져 있다. 이 논 문은 해외 퇴적 암반 내 공사용 터널 굴착시 발생한 이상 변형 거동 및 터널 손상에 대하여 분석한다. 애 초 설계 시에는 균질한 사암층으로 규정되고 매우 안정될 것으로 예측되었지만, 실제 굴착시 다양한 퇴 적암층이 빈번하게 교호하였으며, 지보재 설치 후 100 mm가 넘는 과도한 터널 변위가 관측되었다. 또한 연속적으로 숏크리트 균열, 천반 slabbing 및 미소 파괴음 등 다양한 터널 손상이 광범위하게 진행되 었다. 이러한 이상 현상이 설계 시에는 고려되지 못한 이암 등 교호하는 다양한 퇴적암층의 복잡한 이방 성 및 불균질성 거동, 그리고 예측하지 못한 과지압의 영향이 복합적으로 작용하였기 때문이라 판단되었 다. 또한 이러한 현상은 중심도 퇴적암반에서 발생하기 어려운 취성 파괴와도 관련되는 것으로 보인다. 실제 측정된 지반 조건과 불균질성을 고려한 터널에 대한 수치해석을 통해, 실제 계측치와 유사한 터널 거동이 발생할 수 있음을 확인하였다. 이러한 이상 현상을 좀 더 상세하기 규명하기 위해 향후 퇴적 암반 내 이방성 및 취성 파괴로 인한 터널 손상 과정에 관한 추가 연구가 필요하다.
Abstract
Tunnel excavation in sedimentary rock mass generally shows anisotropic behavior by the effects of bedding or other structures. This paper assesses abnormal tunnel deformation and damage phenomena during the excavation of construction adits for an oversea tunnel project in a sedimentary rock mass. Various inter-bedded sedimentary layers were encountered during the excavation and over 100 mm convergence was monitored. Such condition was totally different from the original design prediction of uniform sandstone formation. Severe tunnel damage including shotcrete cracks, roof slabbing and acoustic emission have also been observed. The reason for such abnormal behavior was identified as the results of combined mechanism of anisotropic and heterogeneous behavior of inter-bedded sedimentary structures and also unexpected over-stressed conditions. Detailed assessments on monitoring results and the tunnel face mapping support such complex mechanism. It also appears to be related to brittle fracturing, which seems to be unique phenomena in a sedimentary rock. A series of numerical analysis with real characterized ground conditions and heterogeneity could confirm that very similar behavior could happen on such conditions. More detailed assessments will be needed to understand the effect of anisotropy, heterogeneity and the brittle fracturing process in sedimentary rock.