연약지반에서의 터널 융기 방지를 위한 터널 보조보강공법에 대한 수치해석 연구 = Numerical Analysis of Tunnel Auxiliary Reinforcement Methods to Prevent Heaving in Soft Ground

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

his study aims to quantitatively analyze the effectiveness of four key auxiliary reinforcement methods—invert depth, bottom shotcrete thickness, leg piles, and sidewall reinforcement—in mitigating invert heaving in tunnels constructed in soft ground, and to determine their optimal combination. Invert heaving, often observed in soft ground due to low bearing capacity and high deformability, can cause significant structural deformation and cracking, compromising tunnel stability.
To address this issue, numerical analyses were performed using FLAC 2D. Key variables included invert depth, bottom shotcrete thickness, leg pile application and type, and sidewall reinforcement using steel bars. A total of 108 cases were analyzed to evaluate both individual and combined effects of these parameters.
Results show that increasing invert depth and applying bottom shotcrete significantly reduce tunnel deformation. Among the reinforcement methods, large-diameter leg piles provided the most effective structural support, while increasing the diameter of sidewall reinforcement bars contributed to stress redistribution and enhanced sidewall stability. The interaction between these reinforcement methods produced synergistic effects in reducing invert heaving, and their effectiveness varied considerably depending on the specific combination applied.
This study provides a quantitative assessment of the key reinforcement factors for mitigating invert heaving in soft ground tunnels and offers practical insights for developing optimal reinforcement strategies that balance construction feasibility and structural safety.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 1.1 연구배경 및 목적 1
• 1.2 연구 동향 2
• 1.3 연구내용 및 방법 5
• 제 2 장 이론적 배경 8
• 2.1 터널 융기의 개념 및 발생 메커니즘 8
• 2.1.1 융기의 정의와 중요성 8
• 2.1.2 주요 발생 메커니즘 9
• 2.2 터널 융기 영향 요인 10
• 2.2.1 지질 및 지반조건 10
• 2.2.2 지하수 및 응력 변화 11
• 2.2.3 시공 단계 및 설계 결함 13
• 2.3 터널 융기 보강공법 14
• 2.3.1 인버트 폐합 14
• 2.3.2 록볼트 보강 및 그라우팅 공법 15
• 2.3.3 각부 보강과 레그파일(leg plie) 17
• 2.3.4 대구경강관 보강 19
• 2.4 터널 안정성 평가 지표 및 수치해석 기법 20
• 2.4.1 터널 안정성 지표 20
• 2.4.2 전단강도 감소기법에 의한 안전율 계산 22
• 2.4.3 안전율 게산 루틴 및 해석 절차 24
• 제 3 장 유한차분법 기반 수치해석 및 모델링 27
• 3.1 개요 27
• 3.2 매개변수 설정 29
• 3.3 해석 단계별 하중분담율 37
• 제 4 장 수치해석 결과 분석 및 고찰 39
• 4.1 인버트 깊이에 따른 영향 39
• 4.1.1 안전율 비교 40
• 4.1.2 지반 변위와 내공변위 42
• 4.1.3 휨응력 분포 및 지반 소성영역 49
• 4.2 하반 숏크리트 두께에 따른 효과 56
• 4.2.1 안전율 비교 56
• 4.2.2 지반 변위와 내공변위 59
• 4.2.3 휨응력 분포 및 지반 소성영역 65
• 4.3 보조보강 적용 73
• 4.3.1 안전율 비교 73
• 4.3.2 지반 변위와 내공변위 75
• 4.3.3 휨응력 분포 및 지반 소성영역 81
• 4.4 상관성 분석을 통한 최적 보강 안 도출 87
• 4.4.1 안전율과 평가 지표간 상관관계 분석 87
• 4.4.2 터널 융기 억제를 위한 설계 제안 91
• 제 5 장 결론 94
• 참고 문헌 96
• ABSTRCT 100