A study on hydraulic back analysis for an urban tunnel site and stability analysis based on hydro-mechanical coupling analysis

도심지 터널 용출수 발생구간에서의 수리 역해석 및 수리-역학 연계해석을 통한 안정성 해석 연구

Excessive amount of groundwater flowed into tunnel, while constructing Incheon international airport railway. Tunnel passes under subway line no. 2 with only 1.76 m below. To protect the existing structure, TRcM excavation method was applied. As station and construction shaft are already constructed, which are located back and forth of TRcM section, 86.4 ton per day of groundwater inflow is against expectation. To identify mechanism of excessive water inflow, hydraulic back analyses were performed. Then, hydro-mechanical coupled analysis were also performed with the hydrogeologic parameters identified, whose results are investigated for checking the stability of adjacent structures to the tunnel under construction. And a number of mechanical analyses were also performed to check the hydro-mechanical coupling effect. The result from the mechanical analysis shows that subsidence and tunnel ceiling displacement will be 0.85 mm and 1.32 mm. The result of hydro-mechanical couple analysis shows that subsidence and maximum tunnel ceiling displacement will be 1.2 mm and 1.72 mm. Additional displacements caused by groundwater draw down were identified, however, displacement is minute.

본 연구는 인천국제공항철도 신설 공사구간 중 서울지하철 2호선 하부에서 TRcM 공법으로 통과하는 구간의 수리 및 굴착 안정성에 대해 검토한 내용이다. 본 검토 대상 구간에서는 터널 굴착과정에서 하루 최대 86.4 ton의 예상치 못한 과다 용출수가 발생하였으며, 과다 용출수의 발생에 대한 원인 분석을 위해 관측정에서 계측된 지하수위 저하거동과 가장 적합한 수리해석 파라미터를 찾기 위한 수리 역해석을 실시하였다. 본 수리 역해석에서는 TRcM 구간에 접한 홍익대학교 정거장 굴착시의 측정된 자료중 TRcM 구간 굴착전까지의 지하수위 계측결과를 사용하였다. 암종별 수리전도계수와 서울지하철 2호선의 배수경계조건, 과업구간의 강우강도 등을 변화시켜가며 수리 역해석을 수행하였다. 그 결과 계측된 자료와 유사한 최종 지하수위 및 지하수위 저하 경향을 보이는 수리해석 조건을 얻을 수 있었다. 다음, 지반의 굴착에 의한 역학적 영향을 분석하기 위해 지하수를 고려하지 않은 역학적 해석을 수행하였다. 순수 역학적 해석 결과, 지표침하 0.85 mm, TRcM 구간 천단침하 1.32 mm 발생하는 것으로 나타났으며, 복합거동 해석결과 지표침하 1.2 mm, TRcM 구간 최대 천단침하 1.72 mm으로 나타나 지하수위 저하에 의해 추가 변위가 발생하나 침하량이 크지 않아 안정성에는 영향이 없는 것으로 분석되었다.