지반조건과 지진파를 고려한 해저철도 터널의 동적 수치 모델링 (Dynamic Numerical Modeling of Subsea Railway Tunnel Based on Geotechnical Conditions and Seismic Waves)

서지정보

· 발행기관 : 한국지반공학회
· 수록지 정보 : 한국지반공학회논문집 / 38권 / 11호 / 69 ~ 86페이지
· 저자명 : 곽창원, 유민택

초록

철도는 정시성과 수송능력을 갖춘 여객 및 물류 운송 수단으로서 널리 사용되고 있다. 근래의 급격한 건설기술의 발전으로 철도는 대륙과 대륙, 대륙과 섬을 잇는 다양한 해저철도의 건설이 계획되고 있으며 국내에는 보령 해저터널(2021), 가덕 해저터널(2010) 등 유사 설계 및 시공 경험이 축적되고 있다. 그러나 최근 국내외적으로 다양한 규모의 지진이 빈번하게 발생함에 따라 지진위험에 대한 인식이 증대되고 있으며, 국내 지진의 발생빈도 또한 증가하고 있다. 해저터널에 대한 지진의 영향은 매우 복잡하나 주로 지반조건, 지진하중 등에 의하여 큰 차이를 보일 수 있다. 본 연구에서는 외부수압이 작용하는 가상의 해저철도 쉴드터널에 대하여 지반구성과 지진파 의한 영향을 파악하기 위하여 토사, 암반, 복합지반 및 파쇄대로 구성된 4 가지 지반조건을 반영한 3차원 수치해석 모델을 구축하였다. 각 해석 모델에 대하여 장주기, 단주기, 그리고 장단주기 특성을 모두 가지는 인공지진파를 각각 적용하여 유한차분해석법에 의한 동적해석을 수행하여 변위 및 터널 부재력 응답을 검토하였다. 그 결과 터널 변위는 토사지반에서 터널 진행방향에 연직방향 지진하중이 작용 시 장주기파의 영향이 우세하고 암반지반에서는 단주기파의 영향이 우세한 결과를 얻었다. 또한 국부적 취약구간인 파쇄대에서는 인공지진파의 영향이 우세하였다. 터널 세그먼트의 부재력 검토 결과 지반 및 세그먼트의 구속효과로 인하여 지진하중이 변위보다 부재력에 미치는 영향이 크게 나타남을 확인하였다.

영어초록

The railway is widely used to transport passengers and freight due to its punctuality and large transport capacity. The recent remarkable development in construction technology enables various subsea railway tunnels for continent-continent or continent-island connectivity. In Korea, design and construction experience is primarily based on the successful completion of the Boryeong subsea tunnel (2021) and the Gadeok subsea tunnel (2010). However, frequent earthquakes with diverse magnitudes, globally induced and continuously increased the awareness of seismic risks and the frequency of domestic earthquakes. The effect of an earthquake on the subsea tunnel is very complicated. However, ground conditions and seismic waves are considered the main factors. This study simulated four ground types of 3-dimensional numerical models, such as soil, rock, composite, and fractured zone, to analyze the effect of ground type and seismic wave. A virtual subsea railway shield tunnel considering external water pressure was modeled. Further, three different seismic waves with long-term, short-term, and both periods were studied. The dynamic analyses by finite difference method were performed to investigate the displacement and stress characteristics. Consequently, the long-term period wave exhibited a predominant lateral displacement response in soil and the short-term period wave in rock. The artificial wave, which had both periodic characteristics, demonstrated predominant in the fractured zone. The effect of an earthquake is more noticeable in the stress of the tunnel segment than in displacement because of confining effect of ground and structural elements in the shield tunnel.

참고자료

· 없음