Abstract
Currently NATM tunnels are designed by applying the initial ground loads caused during construction to the primary supports, conisting of shotcrete, steel ribs and rock bolts. For long term considerations, it is assumed that the primary supports lose its functionality and therefore the secondary support, i.e. concrete lining, is design to resist against the entire ground loads. But the steel ribs, usually applied to bad ground conditions, are embedded in shotcrete causing very little corrosion and therefore the assumption that the primary support will lose all of its functionality is too conservative. Also even though shotcrete carbonates in long term, excluding it from design is also too conservative. In this study, we have, through analytical and numerical analysis, set a rational level of support pressure and allowable relaxed rock mass height sustainable by the primary support for long term design. Changes in sectional forces of the concrete lining considering the calculated support pressure of the primary supports was also carried out. Shallow subway tunnels were considered in the analysis with weathered rock and soft rock ground conditions. The analysis results showed that, by considering the support pressure of steel ribs, an economical design of the concrete lining is possible.
현재 NATM 터널의 설계 시 지반하중을 시공중에는 숏크리트, 강지보재 및 록볼트로 구성된 1차지보재가 부담하고, 장기적으로 1차지보재는 기능을 상실하고 2차지보재인 콘크리트라이닝이 부담하는 것으로 간주하는 것이 일반적이다. 그러나, 지반조건이 불량한 경우에 적용되는 강지보재는 숏크리트로 피복되어 있어 부식가능성이 작으므로 장기적으로 기능이 완전히 손실된다는 것은 지나치게 보수적인 개념이다. 숏크리트의 경우에도 장기적으로 열화가 진행되는 것은 사실이지만 하중지지 능력이 완전히 손실된다고 간주하는 것 역시 매우 보수적인 개념이다. 본 연구에서는 이론식 및 수치해석을 통하여 1차지보재가 장기적으로 지지할 수 있다고 판단되는 합리적인 지보압과 허용 이완하중고를 산정하였으며, 산정된 1차지보재의 지보압을 고려하였을 경우 콘크리트라이닝의 단면력 변화에 대하여 분석하였다. 검토 지반조건은 지하철 저토피터널을 대상으로 하였으며 주변 지반조건은 풍화암과 연암인 경우에 대하여 분석하였다. 검토결과 강지보재의 지보압을 고려할 경우 콘크리트라이닝의 경제적인 설계가 가능한 것으로 분석되었다.
