터널이 시공되는 지반에서 지표형상이 평탄하지 않거나 경사진 경우에 지반 내 응력분포는 물론 얕은 터널 굴착에 따른 종방향 하중전이 특성이 지표 형상에 의해 큰 영향을 받는다. 그 밖에도 얕은 터널을 굴착할 때 종방향 하중전이 발생에 영향을 미치는 인자로는 시공방법이나 지반조건 및 굴진면 변위형태 등이 있지만 이에 대한 연구는 찾아보기 힘들다.
따라서 본 연구에서는 지표면의 경사와 굴진면 변위형태에 따른 얕은 터널 종방향 하중전이 특성을 규명하기 위해 지표면 경사를 0°, ±10°, ±20°, ±30°로 모사하고, 굴진면의 변위형태(상부변위, 등변위, 하부변위)에 따른 굴진면의 토압과 터널 천단 상부와 하부의 종방향 하중전이 특성을 모형실험을 수행하여 측정하였다.
연구결과 지표경사 변화에 따라 굴진면에서 변위가 발생하면 굴진면 토압이 감소하고 터널의 천단과 하부에 하중이 전이되며, 이 전이하중의 크기와 발생경향이 굴진면의 토압 변화량에 따라 결정되었다. 따라서 굴진면의 토압변화가 터널 종방향 하중전이에 직접적인 영향을 주는 것으로 나타났다.
지표가 굴진방향으로 상향경사인 경우 지표경사가 커질수록 종방향 하중전이는 증가하고 하중 전이영역은 굴진면 상부 앞쪽에 집중되었고, 지표가 하향경사인 경우 지표경사가 낮아질수록 종방향으로 하중전이는 감소하고 하중 전이영역도 감소되는 것으로 나타났다.
또한, 굴진면의 변위형태에 따라 종방향으로 전이되는 하중의 분포경향도 달라지므로 종방향 지반의 응력조건과 굴진면의 변위형태는 터널 종방향 하중전이의 형태와 크기에 영향을 주는 것으로 나타났다.
Alternative Abstract
Lots of shallow tunnels are constructed in the mountainous areas where the stress distribution in the ground around the tunnel is not simple, also the effects of stress conditions on the longitudinal load transfer characteristics is unclear. Tunnel construction methods and the ground conditions would also affect the longitudinal load transfer characteristics which would be dependant on the displacement patterns of tunnel face.
Therefore, in this study, the slope of the ground surface was varied in 0 °, ±10 °, ±20 °, ±30 °, and the longitudinal load transfer depended on the deformation conditions of tunnel face(that were maximum deformation on the top, constant deformation, and maximum deformation on the bottom), and the stress distribution at tunnel face. As results, when the tunnel face deformed, the earth presure on the tunnel face decreased and the load at tunnel crown increased.
The load transferred on the crown was influenced by the earth presure on tunnel face. Smaller load would be transfered to the wide areas when the slope of ground surface decreased. When the slope of ground surface became larger, the longitudinal load transfer would be smaller and would be concentrated on tunnelface,
In the declined slope, the load would be transferred in the wide range to the longitudinal direction and the small load was longitudinally transferred at the steeper slope,
In addition, the shape of the transferred load distribution in the longitudinal direction was dependant on the deformation shape of tunnelface. The deformation shape of tunnelface and stress conditions in longitudinal sections would affect the shape and the magnitude of the load transfer in the longitudinal directions.
