터널 라이닝 하중

라이닝 하중의 정의

터널 라이닝 하중은 굴착 후 라이닝이 받는 외력의 총칭이다.

라이닝은 빈 공간이 무너지지 않도록 둘러 세운 콘크리트 벽체다.

주변 흙과 물이 누르는 힘이 바로 라이닝 하중이다.

하중의 종류

라이닝 하중은 연직토압, 수평토압, 지하수압, 자중, 시공 중 하중, 지진하중으로 나뉜다.

연직토압과 수평토압, 지하수압은 굴착 후 장기에 작용한다.

지진하중은 특수 상황에서 작용하므로 내진설계 대상 구간에서 검토한다.

토압과 수압의 계산

정지토압계수는 사질토와 정규압밀토에서 Jaky 식으로 구한다.

흙 속 수압은 u = γw h로 구하며, h는 수위 아래 깊이다.

가상의 얕은 토사터널에 값을 넣어 계산해 본다. 토피는 10m이다.

연직토압은 pv = γH + q 이므로 18 × 10 + 10 = 190kPa이다.

수위 아래 2m 지점의 수압은 u = 10 × 2 = 20kPa이다.

수평토압은 K0를 곱해 구한다. φ′ = 30°인 사질토의 K0를 직접 구해 보자.

아칭효과와 토피고

앞 문제의 정답은 0.5다. φ′ = 30°이면 K0는 0.5가 된다.

아칭효과는 흙 입자 사이 전단저항 때문에 상부 하중 일부가 주변으로 분산되는 현상이다.

아칭은 사질토에서 뚜렷하며, 토피가 얕아지면 충분히 형성되지 않는다.

토피고는 지표면에서 터널 천단까지의 깊이이며, 작을수록 하중이 커진다.

얕은 터널과 깊은 터널 비교

같은 기준으로 비교하면 세 터널의 하중 적용 방식이 달라진다.

얕은 토사터널은 아칭을 기대하기 어려워 연직토압을 흙 자중 전체로 잡는다.

깊은 암반터널은 지보재가 변형을 허용하는 범위에서 하중이 감소한다.

연약지반은 두 경우의 중간 조건을 검토하거나 지반 변형을 함께 해석한다.

시험 포인트와 정리

시험에서는 하중 종류와 작용 시기, 토압·수압, 아칭 범위를 묻는 복합형으로 나온다.

토압 문항에서는 점성토와 사질토를 같은 식으로 쓰는 실수가 많다.

사질토는 삼각형 분포로 쓰고, 점성토는 점착력 항이 토압을 줄인다.

수압은 지하수위 이하에서 수두에 비례하게 따로 계산한다.

정리하면 작용 시기별 하중과 지층별 토압, 아칭 범위를 함께 쓴다.