A Study of effective installation patterns of face bolts using 3D-FDM analysis

터널 안정화를 위한 페이스볼트의 효율적 배치에 관한 수치해석적 연구

For application of NATM, the self-supporting until installation of the supporting system must be satisfied. However, the face of a tunnel are always unsupported and therefore it is fairly vulnerable to tunnel collapses. Face blots are well known and widely used to prevent the deformation of the tunnel face and its circumference, which are installed horizontally toward the tunnel axis generally. To maximize the supporting effect of face bolts, this study has analysed the effective design patterns of face bolts by changing their installation angles. As the conclusion, it has been found that the axial displacement of the face increases slightly by installing the outermost bolts upward from the axis but surface settlement at 2.5D behind the face decreases up to 18%.

터널굴착시 NATM이 적용되기 위해서는 "굴착 후 지보공의 시공이 완료되기 전까지 막장이 자립하고 있을 것"을 전제조건으로 하고 있지만 터널막장은 항상 무보강의 상태가 계속되고 있고, 붕괴사고가 집중되고 있는 가장 취약한 부분이라고 할 수 있다. 이에 대한 대책공법 중 페이스볼트는 주로 막장전방을 향하여 수평으로 설치해 막장을 보강하는 공법으로 널리 알려져 있다. 본 연구는 페이스볼트의 설치효과를 극대화시키기 위해 일률적인 수평설치의 패턴을 변경해 보다 효율적인 설계패턴에 대해 검토하였다. 그 결과, 최외곽부의 볼트들을 터널 축방향의 윗방향으로 배치함으로써 막장 수평변위는 다소 증가하지만, 막장후방 2.5D의 천단침하는 약 18% 줄일 수 있는 것이 확인되었다.