본문 요약
대심도에 건설되는 암반구조물의 경우 높은 현지응력과 공동 굴착에 따른 유도응력(induced stress)으로 인하여 공동 경계면에서 스폴링(spalling)이나 슬래빙(slabbing)과 같은 취성파괴(brittle failure)가 발생하므로, 양호한 암반에 건설되는 터널일지라도 안정성 확보를 위하여 적절한 보강이 필요하다. 대심도 터널에 대해 지금까지 명확히 제시된 기준이 없으므로, ...
본문 요약
대심도에 건설되는 암반구조물의 경우 높은 현지응력과 공동 굴착에 따른 유도응력(induced stress)으로 인하여 공동 경계면에서 스폴링(spalling)이나 슬래빙(slabbing)과 같은 취성파괴(brittle failure)가 발생하므로, 양호한 암반에 건설되는 터널일지라도 안정성 확보를 위하여 적절한 보강이 필요하다. 대심도 터널에 대해 지금까지 명확히 제시된 기준이 없으므로, 수치해석 및 설계사례를 통하여 안정성 확보방안에 대해 연구한다.
기존 과지압구간 사례조사 결과 대심도에 의한 영향보다는 지역특성에 따른 원위치 응력의 영향이 큰 것으로 판단되며, 이러한 모든 경우, 공동 주변 암석은 괴상이며 취성인 특징을 보인다.(괴상 : 절리와 같은 불연속면이 거의 없거나, 불연속면 간격이 공동의 규모와 비슷한 경우)
수치해석에 있어서 M-C 모델의 경우는 지반이 소성상태로 된 이후에도 지반강도를 파괴전과 동일하게 평가하여, 파괴후 지반의 강도 및 거동을 실제와는 다르게 과대평가하는 문제점을 가지고 있으므로, 파괴이후의 거동을 수치해석적으로 모델링하기 위해서 Strain -Softening 모델을 적용하여 강도감소 정도에 따른 터널 및 주변지반의 거동을 파악하였다.
본 연구구간인 인제터널의 심도는 400m 이상 되는 구간의 연장이 1km이상이며, 300m 이상 되는 구간은 2km 이상으로 터널심도에 따라 수직응력이 크게 발생할 것으로 예상되나, 수치해석에 의한 과지압 발생 여부 판단 결과 측압계수 3.0이상 구간에서만 과지압이 발생하는 것으로 나타나 과지압에 의한 스폴링 발생가능성은 미약할 것으로 판단된다.
국내의 사례, 이론 및 수치해석 검토결과 본 연구구간의 스폴링 발생가능성은 극히 미비하다. 그러나 설계시 예측한 것과 달리, 공사중 스폴링 발생시 대응할 수 있는 예비 지보패턴 계획을 수립하는 것이 타당할 것이며, 본 연구에서는 대심도구간에 대하여 예비지보패턴으로 굴진장을 축소하고 숏크리트 두께를 증가시킨 DP-1을 적용하였다.
과지압구간에 대한 설계 및 시공방안으로는 과지압 구간의 암반분류를 통하여 수정된 SRF값을 암반분류에 적용하여 지보패턴 및 보강량 산정한다. 과지압 구간은 주변 암반의 Damage를 최소화할 수 있는 굴착방법인 스무드 블라스팅(S/B) + 무장약공, 라인드릴링(Line Drilling)을 적용하여 굴착하여야 한다.
또한 시공중 취성파괴 현상을 계측할 수 있는 미소탄성파 진동 모니터링 시스템을 도입하여 보강 이후 잔여분 굴착에 따른 과지압 구간의 전체적인 공동 안정성을 평가하고, 작업원의 안전성을 도모한다.
시공중 현장 측압계수를 측정할 수 있는 방법으로는 응력개방법(over-coring 방법), 응력보상법, 수압파쇄법, AE법(음향방출법)이 있고, 응력개방법(over-coring 방법)에는 공벽변형법(CSIRO-HI Cell)에 의한 초기응력 측정방법, 공경변형법(미광무국(USBM) 공경변형계)에 의한 초기응력 측정방법이 있다. 이러한 방법으로 측정된 터널내 암반의 측압계수를 바탕으로 3차원 수치해석을 통해 터널의 적정지보를 결정하고 안정성을 검토할 수 있다.
본문 요약
대심도에 건설되는 암반구조물의 경우 높은 현지응력과 공동 굴착에 따른 유도응력(induced stress)으로 인하여 공동 경계면에서 스폴링(spalling)이나 슬래빙(slabbing)과 같은 취성파괴(brittle failure)가 발생하므로, 양호한 암반에 건설되는 터널일지라도 안정성 확보를 위하여 적절한 보강이 필요하다. 대심도 터널에 대해 지금까지 명확히 제시된 기준이 없으므로, 수치해석 및 설계사례를 통하여 안정성 확보방안에 대해 연구한다.
기존 과지압구간 사례조사 결과 대심도에 의한 영향보다는 지역특성에 따른 원위치 응력의 영향이 큰 것으로 판단되며, 이러한 모든 경우, 공동 주변 암석은 괴상이며 취성인 특징을 보인다.(괴상 : 절리와 같은 불연속면이 거의 없거나, 불연속면 간격이 공동의 규모와 비슷한 경우)
수치해석에 있어서 M-C 모델의 경우는 지반이 소성상태로 된 이후에도 지반강도를 파괴전과 동일하게 평가하여, 파괴후 지반의 강도 및 거동을 실제와는 다르게 과대평가하는 문제점을 가지고 있으므로, 파괴이후의 거동을 수치해석적으로 모델링하기 위해서 Strain -Softening 모델을 적용하여 강도감소 정도에 따른 터널 및 주변지반의 거동을 파악하였다.
본 연구구간인 인제터널의 심도는 400m 이상 되는 구간의 연장이 1km이상이며, 300m 이상 되는 구간은 2km 이상으로 터널심도에 따라 수직응력이 크게 발생할 것으로 예상되나, 수치해석에 의한 과지압 발생 여부 판단 결과 측압계수 3.0이상 구간에서만 과지압이 발생하는 것으로 나타나 과지압에 의한 스폴링 발생가능성은 미약할 것으로 판단된다.
국내의 사례, 이론 및 수치해석 검토결과 본 연구구간의 스폴링 발생가능성은 극히 미비하다. 그러나 설계시 예측한 것과 달리, 공사중 스폴링 발생시 대응할 수 있는 예비 지보패턴 계획을 수립하는 것이 타당할 것이며, 본 연구에서는 대심도구간에 대하여 예비지보패턴으로 굴진장을 축소하고 숏크리트 두께를 증가시킨 DP-1을 적용하였다.
과지압구간에 대한 설계 및 시공방안으로는 과지압 구간의 암반분류를 통하여 수정된 SRF값을 암반분류에 적용하여 지보패턴 및 보강량 산정한다. 과지압 구간은 주변 암반의 Damage를 최소화할 수 있는 굴착방법인 스무드 블라스팅(S/B) + 무장약공, 라인드릴링(Line Drilling)을 적용하여 굴착하여야 한다.
또한 시공중 취성파괴 현상을 계측할 수 있는 미소탄성파 진동 모니터링 시스템을 도입하여 보강 이후 잔여분 굴착에 따른 과지압 구간의 전체적인 공동 안정성을 평가하고, 작업원의 안전성을 도모한다.
시공중 현장 측압계수를 측정할 수 있는 방법으로는 응력개방법(over-coring 방법), 응력보상법, 수압파쇄법, AE법(음향방출법)이 있고, 응력개방법(over-coring 방법)에는 공벽변형법(CSIRO-HI Cell)에 의한 초기응력 측정방법, 공경변형법(미광무국(USBM) 공경변형계)에 의한 초기응력 측정방법이 있다. 이러한 방법으로 측정된 터널내 암반의 측압계수를 바탕으로 3차원 수치해석을 통해 터널의 적정지보를 결정하고 안정성을 검토할 수 있다.
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