[논문]암반사면 표면조사시 재해 예방을 위한 고려요인

이석진; 전성용; 이주호; 최성록

암반사면 표면조사시 재해 예방을 위한 고려요인
The Factors Considered for Disaster Prevention in Surface Investigation of Rock Slope 원문보기

이석진 (롯데건설(주)기술연구원 기술연구팀) , 전성용 (롯데건설(주)기술연구원 기술연구팀) , 이주호 (롯데건설(주)기술연구원 기술연구팀) , 최성록 (롯데건설(주)기술연구원 기술연구팀)

암반사면에 대한 표면조사 시에는, 암반 사면파괴로 인한 재해의 원인이 될 수 있는 파쇄대에서의 응력이완, 노출되지 않은 불연속면 등의 요인들을 고려하지 못하는 한계가 있다. 이에 본 고에서는 사면의 절취 또는 절취사면의 유지관리에 있어서 사면 안정성에 대한 판단을 도와 사면 파괴로 인한 재해를 예방하는 방안을 제시하고자 한다.

When the exposed surface of rock slopes investigated, various factors have not been considered. The factors required to be considered include the vlume swelling of rock caused by stress release at the fault zone, unexposed discontinuities in the earth and so on. Also, rock slope failure occurs sometimes due to these factors. In this paper, we intend to help engineers to judge about the stability of similar new cutting-slopes or the maintenance of already cut-slope, so that they can consider these factors.

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문제 정의

따라서 본 고에서는 위 가정사항을 벗어나는 사면파괴 사례를 바탕으로 사면파괴로 인한 재해 방지를 위해서 추가적으로 고려하여야 할 부분에 대하여 논의하고자 한다.
본 고에서는 사면파괴 발생 요인 중에서 노출된 암반사면에 대한 표면조사시 확인하기 힘든 '단층파쇄대에서의 응력해방'과 '노출되지 않은 내부 불연속면'이 원인이 되어 파괴된 사면의 사례를 제시함으로써, 사면절취시와 기존사면 유지관리시 사면으로 인하 재해 발생을 예방하는데 도움이 되도록 하고자 한다.

가설 설정

1) 사면파괴는 불연속면을 따라 발생.

제안 방법

사면을 재절취하는 안이고 보강안 2는 사면경사를 조정하되 단층파쇄대가 사면내에 존재하도록 사면경사를 재조정하는 안이다. 2가지 보강안에 대한 검토결과 발주처와의 협의를 통해 보강안 2를 적용하여 사면 절취를 시행하였다.
노출된 사면표면에서 불연속면 조사 및 현항파악된 내용을 바탕으로 안정검토를 수행하고 해설경과상 가장 큰 파괴가능성이 있는 불연속면을 기준으로 재 굴착을 수행하도록 하였다. 표면조사시 사면 내에서 연직방향으로 발달된 단층 파쇄대가 확인되었으나 경사각이 급해 평사투영 해석결과 단층면에 의한 사면파괴 가능성은 없는 것으로 판단되었다.
다음에 제시된 평가표는 OO공단에서 최근에 제시한 암반사면 유지관리용 기준(장현식, 2003)으로 파괴 징후 및 파괴 현황 등 손상상태 평가와 불연속면 상태를 기준으로 안정성 여부를 개략 판단하도록 제안하고 있다. 제안표의 내용은 상당히 구체적으로 명시되어 있으나 절취표면에 노출되지 않은 사면내부 요인은 고려하지 못하는 한계가 있다.
따라서 지속적인 표면유실에 의한 장기적인 안정성 확보가 곤란할 것으로 판단되어 Soil Nailing(C.T.C=2=3 m, L=4~8 m)으로 추가 보강하도록 재설계하였다.
사면 1의 파괴는 단충면 활동에 따른 대규모 사면파괴로 사면억지 공법을 적용하기는 사실상 불가하였으므로 사면파괴가 발생된 부분은 제거하고 사면경사를 완화하는 방안으로 사면 보강안을 제시하였다.
사면자체의 경사는 충분히 완화된 상태로 안정성을 확보하는데는 큰 문제가 없는 것으로 판단되나 표면보호공적용 후에도 이와 같은 형태의 균열은 계속 발생될 가능성이 있고, 경사조정에 따른 토량이 크지 않아 그림 1과 같이 사면경사를 재조정하기로 하였다.
사면파괴 발생부에 대해 경사완화를 배제하고 Soil Nailing으로 보강하는 것은 의미가 없으므로 3차 파괴가 발생된 사면하부는 옹벽 및 영구 Anchor로 보강하는 방안을 적용하여 안정성을 확보하도록 하였다.
그림 20에서 보는 바와 같이 우기시 사면내부에 발달된 불연속면을 따라 대규모의 사면파괴가 발생하였다. 사면표면과 평행하게 발달된 불연속면을 통하여 암괴탈락이 발생한 후 사면좌측부의 풍화된 사면부에서 추가 파괴가 진행되었으며 사면표면 조사시 확인되지 않은 불연속면을 따라 파괴가 발생하였다.
설계상 사면경사는 1:0.5 ~ 1:1.2로 계획되었으며 노출사면에 대한 조사결과 표면에 발달된 불연속면의 영향으로 평면파괴의 가능성이 있는 구간과 토사화된 표면부의 원호파괴 발생부가 확인되어 사면경사 완화(1:0.7 ~ 1:1.5)안으로 경사조정이 시행될 계획이었다.
절취 암반사면의 표면조사는 굴착이 진행 중인 사면 또는 완료된 사면에 대해 실시하며 표면조사에서 수집된 정보를 바탕으로 사면파괴 가능여부를 판단한다.

대상 데이터

대상사면은 OO-OO간 도로현장의 일부로 사면풍화가 심하게 진행된 상태여서 굴착초기부터 사면파괴 가능성이 예견되었던 사면이다. 그림 13~14와 같이 사면표면이 노출된 후 사면 내에 균열이 발생하는 등의 파괴징후가 관찰되어 사면 표면조사를 바탕으로 사면경사를 1:0.
대상사면은 OO고속도로 현장의 OO터널 종점 갱구부 사면으로, 그림 19와 같이 사면상부 및 좌우는 풍화가 많이 진행된 상태였고, 사면의 굴착은 수직에 가깝게 진행된 상태였다.
대상사면은 원 설계시 최대 설계높이 35 (소단 4개)로 계획되었으나 사면절취 중 파괴로 인해 3차에 걸쳐 경사 조정 및 보강이 시행되었다.

성능/효과

2) 평사투영 해석결과 사면파괴 가능영역에 해당되는 불연속면에 의해 사면파괴가 발생.
3) 절취암반의 사면파괴는 평면, 쐐기, 전도 파괴 등 예측 가능한 파괴형태를 따름.
사면 표면조사 결과를 바탕으로 사면 안정검토를 수행하면 다층면이 사면표면으로 진행되지 않고 진행방향도 사면내부 방향일 경우, 사면파괴 가능성이 없는 것처럼 보일 수 있다. 그러나, 본 파괴사례와 같이 응력해방으로 단층면 상부 토괴 및 암괴의 이격이 발생되어, 지지구조가 없는 사면 전면방향으로 대규모 붕괴가 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 사면파괴가 기발생한 면은 향후 추가 사면 활동면으로 작용할 가능성이 있으므로 모두 제거하거나 활동면이 원지반에 충분히 구속되도록 선행 보강하여야 장기적인 사면 안정성을 확보할 수 있는 것으로 판단된다.
사면 표면조사 결과를 바탕으로 사면 안정검토를 수행하면 다층면이 사면표면으로 진행되지 않고 진행방향도 사면내부 방향일 경우, 사면파괴 가능성이 없는 것처럼 보일 수 있다. 그러나, 본 파괴사례와 같이 응력해방으로 단층면 상부 토괴 및 암괴의 이격이 발생되어, 지지구조가 없는 사면 전면방향으로 대규모 붕괴가 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
사면조사시 사면상부에서의 사면파괴 가능성은 예측되었으나 전반적인 파괴가능성은 없는 것으로 판단되었다.
파괴전 사면은 절취면내에서 불연속면 발달에 따른 소규모 암괴탈락 및 국부적인 평면파괴 가능성이 확인되었으나 대규모의 전체적인 사면파괴 가능성은 적은 것으로 판단되었다.

후속연구

사면내부로 발달된 불연속면에 대해서는 조사단계에서 그 연장성 및 파괴가능성에 대하여 고려하기가 쉽지 않다. 특히 사면 굴착이 완료된 후 장시간이 경과한 사면이라면사면의 안정성이 확보되었다고 볼 수 있으나 제시된 사례와 같이 내부의 불연속면을 따라 대규모 사면파괴가 발생할 수 있으므로 내부 불연속면 발달 가능성 여부를 확인하여야 한다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

암반사면에 대한 표면조사의 한계는?

암반사면에 대한 표면조사 시에는, 암반 사면파괴로 인한 재해의 원인이 될 수 있는 파쇄대에서의 응력이완, 노출되지 않은 불연속면 등의 요인들을 고려하지 못하는 한계가 있다. 이에 본 고에서는 사면의 절취 또는 절취사면의 유지관리에 있어서 사면 안정성에 대한 판단을 도와 사면 파괴로 인한 재해를 예방하는 방안을 제시하고자 한다.

단층파쇄대에서의 굴착에 따른 응력해방으로 불연속면의 이격이 발생할 경우 발생할 수 있는 것은?

단층파쇄대에서의 굴착에 따른 응력해방으로 불연속면의 이격이 발생할 경우, 파쇄대 상부에서 지속적인 사면재해가 발생할 수 있으므로 사면보강안 적용시 단층파쇄대를 고려하여 안정성을 충분히 확보할 수 있어야 한다.

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