An Assessment of Safety Factor for Tunnels Excavated in a Weak Rock Layer

연약 암반층에 굴착된 터널의 안전율 평가

It is difficult to calculate factor of safety of a tunnel by applying any analytical method based upon limit equilibrium method since the shape of failure plane in tunnel analysis can not be easily assumed in advance. To cope with this shortcoming, a method is suggested to calculate safety factor of a tunnel by numerical analysis using strength reduction technique. A circular tunnel excavated in a homogeneous rock was selected as an example problem and factors of safety were calculated for no-supported, partly-supported, and completely-supported cases respectively. Meshes with 3 different sizes were examined for a sensitivity analysis. For the verification of the proposed method, a limit equilibrium analysis was conducted and compared with the numerical analysis. The proposed method herein can be used to calculate factor of safety of a tunnel regardless of tunnel shape or geological conditions, and thus can contribute for the improved design and stability assessment of tunnels.

터널의 파괴는 사면의 경우처럼 파괴면의 형상을 사전에 가정하기 어렵기 때문에 한계평형법에 기초한 해석법을 적용하여 안전율을 구하기가 곤란하다. 본 연구에서는 이러한 문제를 극복하기 위하여 강도감소기법을 이용한 수치해석기법에 의해 터널의 안전율을 구하는 방법을 제시하였다. 균질한 암반에 굴착된 원형터널을 가정하여 무보강, 부분보강 및 인버트의 완전한 폐합의 경우에 대하여 안전율을 계산하였으며, 요소망의 크기에 따른 민감도 분석을 위해 크기가 다른 3가지의 요소망을 사용하여 계산 결과를 비교하였다. 제안된 방법의 검증을 위해, 특정한 파괴 활동면을 갖는 경우에 대해 한계평형해석을 수행하여 수치해석 결과와 비교하였다. 본 논문에서 제안한 터널의 안전율 계산 방법은 터널의 형상이나 암반의 상태에 관계없이 적용될 수 있으므로 향후 터널 설계 및 안정성 평가에 큰 도움이 될 수 있을 것으로 생각된다.