지반 강도저하 모델을 이용한 인버트 유무에 따른 터널 노반 융기 거동 분석

초록

터널은 현대 인프라의 핵심 요소로, 교통 및 물류 시스템의 효율성을 높이는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 장기 운영 과정에서 지반 열화(ground degradation)가 진행되면 지반 강도가 저하된다. 이에 따라 터널 노반의 융기가 발생하여 구조적 안정성을 저하시킬 수 있다. 특히, 지반 강도 저하는 시간이 지남에 따라 터널 노반의 변형을 가속화시키며, 유지보수 비용 증가 및 구조적 손상의 위험을 초래할 수 있다. 따라서 지반 열화에 따른 터널 노반의 변형 거동을 정량적으로 분석하고, 변위 제어를 위한 방안을 마련하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 지반 강도 저하 모델을 적용하여 터널 노반의 장기 변형 거동을 수치해석적으로 평가하고, 인버트(invert) 설치가 변위 제어에 미치는 영향을 분석하였다. 이를 위해 터널 주변 지반 열화율을 10, 30, 50, 70%로 설정하고, 인버트 설치 유무에 따른 터널 노반의 수직 변위를 비교 분석하였다. 수치해석 결과, 지반 열화율이 증가할수록 노반 융기가 급격히 증가하는 경향을 보였으며, 지반 열화율이 10%에서 70%로 증가할 경우 수직 변위는 약 4.9배 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 인버트 설치 여부에 따른 변위 저감 효과를 분석한 결과, 인버트 설치 시에도 지반 열화율 증가에 따른 변위 증가는 지속되었으나, 최대 91.4%의 변위 저감 효과가 확인되었다. 따라서 본 연구에서 적용한 지반 강도 저하 모델을 활용한 수치해석 분석은 다양한 터널 환경에서 노반 융기 및 변위 거동을 정량적으로 예측하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

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