선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 미고결 퇴적암을 통과하는 국내 최초 터널현장을 대상으로 점하중 강도 시험과 슬레이크 내구성 시험을 통하여 미고결 퇴적암에 대한 정량적인 평가 방법을 제시하고 고결 정도에 따른 적절한 굴착 및 지보패턴 등을 제안하고자 한다. 아울러, 시공 중 내공변위 계측결과 분석을 통하여 제안된 암반분류 기준 및 지보패턴의 적정성을 검증하고자 한다.
- 터널 계측의 목적은 터널 굴착에 따른 주변지반 및 지보재의 역학적 거동 특성을 파악하여 당초 설계 및 시공의 타당성을 검토하는 데 있다. 본 연구에서는 계측을 통하여 미고결 퇴적암에 적용된 지보패턴의 적정성을 검증하고 장기적인 변형거동을 파악하였다. 시공 중의 암반평가와 계측에 의한 평가는 상호 검토해야 하며 굴착에 따른 암반거동에 미치는 영향을 고려하여 종합적으로 설계, 시공조건을 판단하여야 한다.
- 본 연구에서는 미고결 퇴적암에서의 정량적인 암반분류 기준을 제시하고 적절한 지보패턴을 결정한 후 실제 시공시 계측결과를 확인함으로써 국내 미고결 퇴적암에서의 암반분류 및 보강의 적정성을 검증하였다. 본 연구로부터 얻어진 결과는 다음과 같다.
- 따라서, 본 연구에서는 미고결 퇴적암을 통과하는 국내 최초 터널현장을 대상으로 점하중 강도 시험과 슬레이크 내구성 시험을 통하여 미고결 퇴적암에 대한 정량적인 평가 방법을 제시하고 고결 정도에 따른 적절한 굴착 및 지보패턴 등을 제안하고자 한다. 아울러, 시공 중 내공변위 계측결과 분석을 통하여 제안된 암반분류 기준 및 지보패턴의 적정성을 검증하고자 한다.
- 터널 계측의 목적은 터널 굴착에 따른 주변지반 및 지보재의 역학적 거동 특성을 파악하여 당초 설계 및 시공의 타당성을 검토하는 데 있다. 본 연구에서는 계측을 통하여 미고결 퇴적암에 적용된 지보패턴의 적정성을 검증하고 장기적인 변형거동을 파악하였다.
제안 방법
- 굴착이 완료되고 내공변위 수렴이 이루어진 북평1터널 전 구간에 걸쳐 미고결 퇴적암 구간 52개 지점, 석회암층 구간 21개 지점에서의 계측결과 분석을 통해 지보패턴의 적정성을 검증하였다. 당초 원설계시 미고결 퇴적암의 경우 P-6-1에서 P-6-4까지 다양한 지보 패턴이 필요할 것으로 예상되었으나, 실제 시공 시 본 연구를 통해 제안된 암반분류를 실시한 결과 미고결 P-1의 고결도가 양호한 암반이 전 구간에 걸쳐 분포하였다.
- 그러나 국내에는 미고결 퇴적암 구간의 터널 설계에 관한 세부 기준 및 시공사례가 없는 실정이므로, 일본 도로공단(1985) 설계요령 제3집 “지반분류 기준” 적용 예를 참조하였고, 코어 관찰, 전기비저항, 탄성파속도, 일축압축강도를 통해 함수상태 및 고결상태를 살펴보고 Table 2와 같이 암반을네 가지 등급으로 분류하였다(한국도로공사, 2009).
- 이와 같은 시험법과 확인 가능한 항목 기준으로 미고결 퇴적암의 고결도 등에 따라 미고결 P1~P3과 같이 3가지 등급으로 분류하였다. 기질의 일축압축강도는 비정형시료에 대한 점하중 강도 시험을 실시하여 일축압축강도를 추정하였으며, RMR 및 ISRM의 일축압축강도 분류기준을 참고하였다. 일반적으로 1MPa 이하인 경우 대단히 연약한 암(풍화토)에 해당하고 1~5MPa인 경우 매우 연약한 암(풍화암), 5 MPa 이상인 경우 연암에 해당하므로, 기질 기준 1 MPa과 5 MPa을 중심으로 미고결 퇴적암 암반을 분류하였다.
- 국내 터널설계 사례를 살펴보면 경주지역 송전층 암반분류 및 북평1터널 원설계 시 미고결 퇴적암에 대하여 4가지 이상으로 암반분류 및 지보패턴을 사용하도록 되어 있는데, 이는 실제 터널 시공 시 유사한 물성의 미고결 퇴적암의 암질 판정과 적절한 보강을 하는데 많은 어려움이 예상된다. 따라서 본 연구에서는 제안한 미고결 퇴적암의 정량적인 암반분류기준에 따라 지보패턴을 터널의 안정성 및 시공성을 검토하여 3등급의 미고결 퇴적암에 대한 적절한 지보패턴을 결정하였다.
- (4) 국내의 경우 미고결 퇴적암 터널에 대하여 4가지 이상의 지보패턴을 사용하고 있으나, 이는 너무 세분화되어 있어 시공시지보패턴 결정에 어려움이 있다. 따라서 제안된 미고결 퇴적암 암반분류 기준을 바탕으로 기존 4가지 패턴을 2가지 지보패턴으로 단순화하고 양호한 미고결 퇴적암에 대한 추가적인 1가지 패턴을 제시하여 실제 미고결 퇴적암 터널 시공현장에서 보다 현실적인 적용이 가능한 지보패턴을 제안하였다.
- 미고결 퇴적층 구간을 하나의 지반 물성으로 산정한 후, 터널 안정성 해석 결과를 참조하여 P-6-1～P-6-4의 4가지 지보패턴으로 분류하였으나, 선진시추 조사결과 미고결 퇴적암의 암반특성이 양호한 내구성의 특성을 보이는 것으로 조사되었다. 따라서 터널의 원설계 시 지보패턴의 안정성 및 시공성을 검토하기 위하여 2차원 유한요소 해석을 수행하였다. 터널 해석은 2차원 범용 유한요소 해석 프로그램인 MIDAS/GTS를 이용하였고 터널 굴착에 따른 지반의 응력 영향권 전 영역을 해석 영역으로 설정하기 위하여 측면 경계의 4D 및 하부 경계 6H를 해석영역으로 설정하고, 상부를 지표면으로 설정하였다.
- 원설계시 제시된 4가지 표준지보패턴인 P-6-1~P-6-4는 실제 터널 시공 시 유사한 물성의 미고결 퇴적암에 대한 암질 판정으로 다양한 지보패턴을 결정하는 것은 현실적으로 매우 어려운 일이라 판단된다. 따라서, 고결도가 보통인 미고결 퇴적암에 대해서 당초 원설계시 제시되었던 표준지보패턴인 P-6-1과 P-6-2를 단순화하여 미고결 P-2 표준지보패턴으로 결정하였고, 고결도가 약한 미고결 퇴적암에 대하여는 당초 표준지보패턴인 P-6-3과 P-6-4를 단순화하여 미고결 P-3 표준지보패턴으로 제시하였다.
- 이처럼 절리의 발달이 미약한 미고결 퇴적암의 암반분류에서는 RQD값을 적용할수 없는 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 실제 시공 시 터널막장및 시추코어로 정량적인 시험이 가능한 점하중 강도시험에 의한 일축압축강도와 슬레이크 내구성 시험을 통한 내구성지수를 미고결 퇴적암의 정량적인 암반분류에 가장 중요한 적용요소로 선정하였다. 또한, 시공 시에 막장면에서 확인 가능한 항목들을 분류기준으로 선정하였으며, 용수의 경우 RMR 분류기준을 참조하였다.
- 본 연구에서 제시한 미고결 퇴적암의 암반분류 및 제안된 지보패턴에 따라 시공이 실시되었으며, 이 후 전 구간에 대한 내공변위 계측을 통해 그 적정성을 확인하였다. 또한, 미고결 퇴적암과 석회암층의 내공변위양상을 비교분석하였다. 다음 Table 15와 같이 미고결 퇴적암과 석회암층의 평균 변위진행속도는 각각 0.
- 따라서, 본 연구에서는 실제 시공 시 터널막장및 시추코어로 정량적인 시험이 가능한 점하중 강도시험에 의한 일축압축강도와 슬레이크 내구성 시험을 통한 내구성지수를 미고결 퇴적암의 정량적인 암반분류에 가장 중요한 적용요소로 선정하였다. 또한, 시공 시에 막장면에서 확인 가능한 항목들을 분류기준으로 선정하였으며, 용수의 경우 RMR 분류기준을 참조하였다. 이와 같은 시험법과 확인 가능한 항목 기준으로 미고결 퇴적암의 고결도 등에 따라 미고결 P1~P3과 같이 3가지 등급으로 분류하였다.
- 일반적으로 1MPa 이하인 경우 대단히 연약한 암(풍화토)에 해당하고 1~5MPa인 경우 매우 연약한 암(풍화암), 5 MPa 이상인 경우 연암에 해당하므로, 기질 기준 1 MPa과 5 MPa을 중심으로 미고결 퇴적암 암반을 분류하였다. 또한, 시공 시에 막장면에서 확인 가능한 항목들을 분류기준으로 제안하였으며, 용수에 의한 습윤상태에 대한 판단은 RMR의 분류 기준을 참조하여 완전건조 또는 습기가 있음, 젖어 있음, 물방울이 떨어짐으로 구분하였다. 슬레이크 내구성 지수의 경우 본 연구에서 얻은 슬레이크 내구성 시험결과는 기존 연구결과와는 달리 3-cycle 슬레이크 내구성 지수(Id3)가 수렴의 시작점으로 나타났다.
- 미고결 퇴적암의 일축압축강도가 5MPa을 상회하고 슬레이킹 지수(Id3)가 60%이상이며 비교적 양호한 암반이 출현할 경우, 기존의 설계된 미고결 퇴적암의 지보패턴과는 달리 일반구간에 추가보강을 실시하는 미고결 P-1 표준지보패턴으로 제시하였다. 여기서, 일반구간에 적용된 록볼트 등을 미고결 퇴적암에 적용하게될 경우 록볼트의 인발력이 설계기준에 도달하지 못해 보강효과가 떨어지게 되므로 전단면에 걸쳐 일반강관다단을 보조공법으로 적용하였다.
- 본 연구대상구간 미고결 퇴적암의 특성을 알아보기 위하여 터널전 구간에 걸쳐 선진시추를 시행하였으며 샘플을 이용하여 미고결 퇴적암의 특성을 비교 분석하였다. 시추조사 분석 결과, Table 7과 같이 미고결 퇴적암의 경우 TCR과 RQD 값은 각각 65%, 3.
- 국내 도로터널 설계 시 대부분 해석적 방법보다는 경험적 방법인 표준지보 패턴을 적용하고 있다. 본 연구대상인 북평1터널 원설계시 일반구간에서도 기존 적용사례를 분석하여 암질의 종류와 지보 공의 역할 및 발파진동의 영향 등을 종합한 표준지보패턴을 적용하였다. 한편, 미고결 퇴적암의 경우 지반강도가 낮고 토피가 높아 과다한 상재하중 작용이 발생하고 이로 인한 터널의 변형 및 융기가 발생할 수 있다.
- 본 연구에서 미고결 퇴적암의 경우 시료의 성형이 어려우므로 비정형시료에서 일축압축강도의 추정이 가능한 점하중 시험을 통하여 강도 특성을 파악하였고 RMR 및 ISRM의 일축압축강도 분류기준을 참고하여 고결도를 판단하였다. 사용된 점하중 강도 시험기(제조사: 제일정밀, 모델명: JI-4381)는 유압 수동식으로 최대 용량은 100kN이다.
- 당초 원설계시 미고결 퇴적암의 경우 P-6-1에서 P-6-4까지 다양한 지보 패턴이 필요할 것으로 예상되었으나, 실제 시공 시 본 연구를 통해 제안된 암반분류를 실시한 결과 미고결 P-1의 고결도가 양호한 암반이 전 구간에 걸쳐 분포하였다. 본 연구에서 제시한 미고결 퇴적암의 암반분류 및 제안된 지보패턴에 따라 시공이 실시되었으며, 이 후 전 구간에 대한 내공변위 계측을 통해 그 적정성을 확인하였다. 또한, 미고결 퇴적암과 석회암층의 내공변위양상을 비교분석하였다.
- 본 연구에서는 미고결 퇴적암과 석회암 층에 대하여 슬레이크내구성 시험을 실시하여 슬레이크 내구성 지수를 구하였다. 슬레이크 내구성 시험의 경우 선진시추를 통해 얻은 시료를 이용하여 암판정 지점의 물성을 측정하고, 암반공학회 표준암석시험법 중‘암석의 슬레이크 내구성 지수 결정 표준시험법’에 따라 시험을 실시하였다.
- 수렴기간은 변위가 더 이상 증가하지 않는 것을 기준으로 하며 본 연구에서는 약 1주일 단위 측정 시 변위 발생이 없는 시점으로 하였다. 미고결 퇴적암과 석회암층 수렴기간은 각각 119일, 49일로 미고결 퇴적암의 수렴기간이 두 배 이상 소요되는 것으로 확인되었다.
- )가 60%이상이며 비교적 양호한 암반이 출현할 경우, 기존의 설계된 미고결 퇴적암의 지보패턴과는 달리 일반구간에 추가보강을 실시하는 미고결 P-1 표준지보패턴으로 제시하였다. 여기서, 일반구간에 적용된 록볼트 등을 미고결 퇴적암에 적용하게될 경우 록볼트의 인발력이 설계기준에 도달하지 못해 보강효과가 떨어지게 되므로 전단면에 걸쳐 일반강관다단을 보조공법으로 적용하였다. 원설계시 제시된 4가지 표준지보패턴인 P-6-1~P-6-4는 실제 터널 시공 시 유사한 물성의 미고결 퇴적암에 대한 암질 판정으로 다양한 지보패턴을 결정하는 것은 현실적으로 매우 어려운 일이라 판단된다.
- (3) 실내 시험결과를 분석한 결과 기질의 3-cycle 슬레이크 내구성 지수 Id3가 60%일 때를 내구성암과 비내구성암의 판단기준으로 결정하였고, 점하중 강도값의 평가기준은 ISRM의 암석강도 분류기준을 참조하여 결정하였다. 이를 바탕으로 일축압축강도, 고결상태, 막장확인, 습윤상태, 슬레이크 내구성 지수를 분류요소로 포함하고 있는 미고결 퇴적암 터널의 시공 시 적용이 용이한 암반분류 기준을 제안하였다.
- 또한, 시공 시에 막장면에서 확인 가능한 항목들을 분류기준으로 선정하였으며, 용수의 경우 RMR 분류기준을 참조하였다. 이와 같은 시험법과 확인 가능한 항목 기준으로 미고결 퇴적암의 고결도 등에 따라 미고결 P1~P3과 같이 3가지 등급으로 분류하였다. 기질의 일축압축강도는 비정형시료에 대한 점하중 강도 시험을 실시하여 일축압축강도를 추정하였으며, RMR 및 ISRM의 일축압축강도 분류기준을 참고하였다.
- 기질의 일축압축강도는 비정형시료에 대한 점하중 강도 시험을 실시하여 일축압축강도를 추정하였으며, RMR 및 ISRM의 일축압축강도 분류기준을 참고하였다. 일반적으로 1MPa 이하인 경우 대단히 연약한 암(풍화토)에 해당하고 1~5MPa인 경우 매우 연약한 암(풍화암), 5 MPa 이상인 경우 연암에 해당하므로, 기질 기준 1 MPa과 5 MPa을 중심으로 미고결 퇴적암 암반을 분류하였다. 또한, 시공 시에 막장면에서 확인 가능한 항목들을 분류기준으로 제안하였으며, 용수에 의한 습윤상태에 대한 판단은 RMR의 분류 기준을 참조하여 완전건조 또는 습기가 있음, 젖어 있음, 물방울이 떨어짐으로 구분하였다.
- 제안된 지보패턴에 대한 적정성을 검증하기 위하여 원설계 지보 패턴과 변경된 지보패턴을 적용하여 수치해석을 실시하였다. 해석 결과는 Table 13 및 Fig.
- 따라서 터널의 원설계 시 지보패턴의 안정성 및 시공성을 검토하기 위하여 2차원 유한요소 해석을 수행하였다. 터널 해석은 2차원 범용 유한요소 해석 프로그램인 MIDAS/GTS를 이용하였고 터널 굴착에 따른 지반의 응력 영향권 전 영역을 해석 영역으로 설정하기 위하여 측면 경계의 4D 및 하부 경계 6H를 해석영역으로 설정하고, 상부를 지표면으로 설정하였다. 적용 모델은 Mohr-Coulomb 파괴기준에 의한 탄소성 모델을 사용하여 안정성 해석을 실시하였다.
대상 데이터
- 본 연구대상 터널인 북평1터널은 지형침식윤회과정상 만장년기 또는 노년기에 해당하여 잔구상의 구릉성산지가 불규칙하게 분포하고 있다. 본 현장의 경우 석회암 구간과 미고결 퇴적암 구간으로 구성되어 있으며 미고결 퇴적암은 Fig.
- 본 연구대상 터널인 북평1터널은 지형침식윤회과정상 만장년기 또는 노년기에 해당하여 잔구상의 구릉성산지가 불규칙하게 분포하고 있다. 본 현장의 경우 석회암 구간과 미고결 퇴적암 구간으로 구성되어 있으며 미고결 퇴적암은 Fig. 1과 같이 각력과 공극을 채우고 있는 기질(Matrix) 성분으로 구성되어 있다. 기질의 공학적 거동은 주로 구성성분, 강도, 변형특성 등에 의해 좌우되며 습윤, 건조의 반복으로 인하여 슬레이킹 현상, 팽창, 급속한 강도열화 현상이 나타나므로 굴착공사에 주의해야 한다.
- 본 연구에서 미고결 퇴적암의 경우 시료의 성형이 어려우므로 비정형시료에서 일축압축강도의 추정이 가능한 점하중 시험을 통하여 강도 특성을 파악하였고 RMR 및 ISRM의 일축압축강도 분류기준을 참고하여 고결도를 판단하였다. 사용된 점하중 강도 시험기(제조사: 제일정밀, 모델명: JI-4381)는 유압 수동식으로 최대 용량은 100kN이다. 점하중 강도 시험은 선단을 뾰족하게한 가압부를 사용해서 Fig.
- 2와 같이 상하가 서로 접하는 점재하를 하고, 파괴 하중 P를 구하여 암석의 압축강도 등의 특성을 산정하는 시험이다. 시험에 사용된 시추코어의 사이즈는 NX크기의 코어이다.
- 점하중 강도 시험은 미고결 퇴적암 15개 케이스와 석회암층 8개 케이스를 실시하여 총 23개 케이스 시험을 수행하였다. 점하중강도 시험 결과 미고결 퇴적암은 10.
이론/모형
- 슬레이크 내구성 시험의 경우 선진시추를 통해 얻은 시료를 이용하여 암판정 지점의 물성을 측정하고, 암반공학회 표준암석시험법 중‘암석의 슬레이크 내구성 지수 결정 표준시험법’에 따라 시험을 실시하였다.
- 터널 해석은 2차원 범용 유한요소 해석 프로그램인 MIDAS/GTS를 이용하였고 터널 굴착에 따른 지반의 응력 영향권 전 영역을 해석 영역으로 설정하기 위하여 측면 경계의 4D 및 하부 경계 6H를 해석영역으로 설정하고, 상부를 지표면으로 설정하였다. 적용 모델은 Mohr-Coulomb 파괴기준에 의한 탄소성 모델을 사용하여 안정성 해석을 실시하였다. 해석 단계별 하중분담율과 지반물성은 Table 10, 11과 같다.
성능/효과
- (1) 미고결 퇴적암의 시공 중 암반분류에 대하여 국내외 사례 분석 결과 미고결 퇴적암의 고결도를 확인할 수 있는 정량적인 시험 방법으로 점하중 강도 시험과 슬레이크 내구성 시험 값을 중요 요소로 도출하였다.
- (2) 실내시험을 시험을 실시한 결과, 슬레이크 내구성 지수의 경우 3-cycle에서 변화량이 수렴되어 내구성을 구분하는 기준으로 Id3 값을 사용하였으며, 미고결 퇴적암과 석회암의 Id3 평균값은 각각 71.80, 84.61로 나타나 미고결 퇴적암의 내구성이 석회암 층보다 약한 것으로 나타났다. 점하중 시험의 경우 미고결 퇴적암의 평균 일축압축강도 값은 10.
- (3) 실내 시험결과를 분석한 결과 기질의 3-cycle 슬레이크 내구성 지수 Id3가 60%일 때를 내구성암과 비내구성암의 판단기준으로 결정하였고, 점하중 강도값의 평가기준은 ISRM의 암석강도 분류기준을 참조하여 결정하였다. 이를 바탕으로 일축압축강도, 고결상태, 막장확인, 습윤상태, 슬레이크 내구성 지수를 분류요소로 포함하고 있는 미고결 퇴적암 터널의 시공 시 적용이 용이한 암반분류 기준을 제안하였다.
- (5) 제안된 지보패턴의 적정성 검토를 위하여 내공변위를 측정하였고, 그 결과 미고결 퇴적암은 일반적인 암반의 내공변위 양상과 비교하였을 때 변위속도에는 큰 차이가 없으나 장기간에 걸쳐 변위가 수렴하는 경향을 확인할 수 있었다. 하지만, 본 연구지역 미고결 퇴적암의 변위양상은 변위속도 및 내공변위 기준을 모두 만족하고 있어 제안된 지보패턴의 지보량은 적절한 것으로 판단된다.
- 이러한 결과를 볼 때 미고결 퇴적암의 슬레이킹에 대한 내구성이 석회암층보다 떨어짐을 확인할 수 있었다. Fig. 4와 같이 1-cycle에서 4-cycle로 진행할수록 슬레이크내구성 지수의 변화량은 작아짐을 확인하였으며, 특히 2-cycle에서 3-cycle로 진행되면서 값이 수렴하는 것으로 나타났다. 기존 연구 결과 슬레이크 내구성 지수는 2-cycle이 지난 후의 Id2를 슬레이크내구성 지수로 사용하는 것이 일반적이지만, 본 실험결과로 볼때 Id3의 값이 수렴되는 시작점으로 나타나므로 이 값을 기준으로 하여 내구성 암과 비내구성 암으로 구분하는 것이 합리적이라고 판단된다.
- 4와 같이 1-cycle에서 4-cycle로 진행할수록 슬레이크내구성 지수의 변화량은 작아짐을 확인하였으며, 특히 2-cycle에서 3-cycle로 진행되면서 값이 수렴하는 것으로 나타났다. 기존 연구 결과 슬레이크 내구성 지수는 2-cycle이 지난 후의 Id2를 슬레이크내구성 지수로 사용하는 것이 일반적이지만, 본 실험결과로 볼때 Id3의 값이 수렴되는 시작점으로 나타나므로 이 값을 기준으로 하여 내구성 암과 비내구성 암으로 구분하는 것이 합리적이라고 판단된다.
- 6MPa 정도 값을 보였다. 당초 미고결 퇴적암의 기질 강도가 작을 것으로 예상하였으나 실제 시공 시 확인한 결과 고결도가 5MPa 이상으로 ISRM 기준에서 연암수준의 값을 나타냈다. 한편 석회암의 경우 암종 경계부에 있어 일반적인 강도보다 낮은 값을 보이고 있으나 미고결 퇴적암보다는 높은 강도를 나타냈다.
- 굴착이 완료되고 내공변위 수렴이 이루어진 북평1터널 전 구간에 걸쳐 미고결 퇴적암 구간 52개 지점, 석회암층 구간 21개 지점에서의 계측결과 분석을 통해 지보패턴의 적정성을 검증하였다. 당초 원설계시 미고결 퇴적암의 경우 P-6-1에서 P-6-4까지 다양한 지보 패턴이 필요할 것으로 예상되었으나, 실제 시공 시 본 연구를 통해 제안된 암반분류를 실시한 결과 미고결 P-1의 고결도가 양호한 암반이 전 구간에 걸쳐 분포하였다. 본 연구에서 제시한 미고결 퇴적암의 암반분류 및 제안된 지보패턴에 따라 시공이 실시되었으며, 이 후 전 구간에 대한 내공변위 계측을 통해 그 적정성을 확인하였다.
- 따라서, 미고결 퇴적암은 일반적인 암반의 내공변위 양상과 비교하였을 때 변위속도에는 큰 차이가 없으나 장기간에 걸쳐 변위가 수렴하는 경향을 확인할 수 있었다. 하지만, 본 연구지역 미고결 퇴적암의 변위양상은 변위속도 및 내공변위 기준을 모두 만족하고 있어 제안된 지보패턴의 지보량은 적절한 것으로 판단된다.
- 원설계 지보패턴을 적용할 경우, 미고결 퇴적층의 지반 물성이 상향되었을 때 터널의 변위는 원설계 미고결 퇴적층 물성을 적용한 경우에 비해 천단변위의 경우 약 40% 정도, 숏크리트 휨압축응력은약 30% 정도 감소되는 것을 확인할 수 있다. 또한 미고결 퇴적층의 지반 물성이 상향되고 지보패턴을 변경하였을 경우는 P-6-4 지보패턴을 적용한 경우보다 변위 및 숏크리트 휨응력이 다소 증가하지만, 터널의 안정성에는 큰 영향이 없는 수준으로 해석되었다. 따라서 양호한 미고결 퇴적층의 경우 변경된 지보 패턴으로도 충분히 터널은 안정성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
- 일반 터널구간에서 사용되고 있는 RMR 분류나 Q system의경우 점수 배점에 있어 불연속면에 대한 항목이 전체 배점 중 70% 이상을 차지하고 있어 각력과 기질로 구성되어 있는 미고결 퇴적암에 적용하는데 한계점이 있다. 또한, 본 연구대상 터널의 TCR과 RQD값을 분석한 결과 미고결 퇴적암의 경우 TCR 값은 65%로서 어느 정도 고결도를 가지고 있으나, RQD값은 3.5%로서 매우 불량한 암질을 나타내는 것으로 분석되었다. 이처럼 절리의 발달이 미약한 미고결 퇴적암의 암반분류에서는 RQD값을 적용할수 없는 실정이다.
- 수렴기간은 변위가 더 이상 증가하지 않는 것을 기준으로 하며 본 연구에서는 약 1주일 단위 측정 시 변위 발생이 없는 시점으로 하였다. 미고결 퇴적암과 석회암층 수렴기간은 각각 119일, 49일로 미고결 퇴적암의 수렴기간이 두 배 이상 소요되는 것으로 확인되었다. 평균 최대 변위량 또한 미고결 퇴적암이 8.
- 미고결 퇴적층 구간을 하나의 지반 물성으로 산정한 후, 터널 안정성 해석 결과를 참조하여 P-6-1～P-6-4의 4가지 지보패턴으로 분류하였으나, 선진시추 조사결과 미고결 퇴적암의 암반특성이 양호한 내구성의 특성을 보이는 것으로 조사되었다. 따라서 터널의 원설계 시 지보패턴의 안정성 및 시공성을 검토하기 위하여 2차원 유한요소 해석을 수행하였다.
- 수치해석 결과 양호한 미고결 퇴적층 지반이 출현할 경우, 원설계 시 지보패턴을 적용한 해석을 실시한 결과 천단변위는 약 40%, 숏크리트 휨 압축응력은 10～35%가 감소됨을 확인할 수 있었다. 이러한 전산해석 결과를 고려해 미고결 퇴적암의 지반 물성이 원설계 당시보다 좋은 경우에는 지반 변위 및 지보재의 허용 응력 등에 여유가 있으므로 시공성과 경제성 등을 고려하여 Table 12및 Fig.
- 슬레이크 내구성 시험결과, 미고결 퇴적암에서의 단계별 슬레이크 내구성 지수의 평균값은 Id1~Id4 값이 각각 88.46, 78.24, 71.80, 67.93을 나타냈고, 석회암층의 경우 평균값은 각각 92.06, 87.16, 84.16, 81.86을 나타냈다. 이러한 결과를 볼 때 미고결 퇴적암의 슬레이킹에 대한 내구성이 석회암층보다 떨어짐을 확인할 수 있었다.
- 또한, 시공 시에 막장면에서 확인 가능한 항목들을 분류기준으로 제안하였으며, 용수에 의한 습윤상태에 대한 판단은 RMR의 분류 기준을 참조하여 완전건조 또는 습기가 있음, 젖어 있음, 물방울이 떨어짐으로 구분하였다. 슬레이크 내구성 지수의 경우 본 연구에서 얻은 슬레이크 내구성 시험결과는 기존 연구결과와는 달리 3-cycle 슬레이크 내구성 지수(Id3)가 수렴의 시작점으로 나타났다. 이 결과와 Taylor(1988)의 연구결과를 참고하여, 기질의 3-cycle 슬레이크내구성 지수(Id3) 60%를 고결도의 판단기준으로 결정하였다.
- 본 연구대상구간 미고결 퇴적암의 특성을 알아보기 위하여 터널전 구간에 걸쳐 선진시추를 시행하였으며 샘플을 이용하여 미고결 퇴적암의 특성을 비교 분석하였다. 시추조사 분석 결과, Table 7과 같이 미고결 퇴적암의 경우 TCR과 RQD 값은 각각 65%, 3.5%의 평균값을 나타내며, 석회암층의 경우에는 각각 83%와 14%의 결과를 나타내었다. 미고결 퇴적암의 경우 기질이 가지고 있는 특성에 의하여 절리가 상대적으로 덜 발달하여 TCR 값은 65%로 어느 정도 고결도를 가지고 있는 암반으로 나타나고 있으나, RQD 값은 3.
- 원설계 지보패턴을 적용할 경우, 미고결 퇴적층의 지반 물성이 상향되었을 때 터널의 변위는 원설계 미고결 퇴적층 물성을 적용한 경우에 비해 천단변위의 경우 약 40% 정도, 숏크리트 휨압축응력은약 30% 정도 감소되는 것을 확인할 수 있다. 또한 미고결 퇴적층의 지반 물성이 상향되고 지보패턴을 변경하였을 경우는 P-6-4 지보패턴을 적용한 경우보다 변위 및 숏크리트 휨응력이 다소 증가하지만, 터널의 안정성에는 큰 영향이 없는 수준으로 해석되었다.
- 86을 나타냈다. 이러한 결과를 볼 때 미고결 퇴적암의 슬레이킹에 대한 내구성이 석회암층보다 떨어짐을 확인할 수 있었다. Fig.
- 61로 나타나 미고결 퇴적암의 내구성이 석회암 층보다 약한 것으로 나타났다. 점하중 시험의 경우 미고결 퇴적암의 평균 일축압축강도 값은 10.8 MPa, 석회암이 평균 일축압축강도 값은 22.6 MPa로 측정되었다.
- 점하중 강도 시험은 미고결 퇴적암 15개 케이스와 석회암층 8개 케이스를 실시하여 총 23개 케이스 시험을 수행하였다. 점하중강도 시험 결과 미고결 퇴적암은 10.8MPa, 석회암은 22.6MPa 정도 값을 보였다. 당초 미고결 퇴적암의 기질 강도가 작을 것으로 예상하였으나 실제 시공 시 확인한 결과 고결도가 5MPa 이상으로 ISRM 기준에서 연암수준의 값을 나타냈다.
- 미고결 퇴적암과 석회암층 수렴기간은 각각 119일, 49일로 미고결 퇴적암의 수렴기간이 두 배 이상 소요되는 것으로 확인되었다. 평균 최대 변위량 또한 미고결 퇴적암이 8.15 mm, 석회암층이 2.37 mm로 미고결 퇴적암의 변위량이 더 크게 측정되었다.
- 따라서, 미고결 퇴적암은 일반적인 암반의 내공변위 양상과 비교하였을 때 변위속도에는 큰 차이가 없으나 장기간에 걸쳐 변위가 수렴하는 경향을 확인할 수 있었다. 하지만, 본 연구지역 미고결 퇴적암의 변위양상은 변위속도 및 내공변위 기준을 모두 만족하고 있어 제안된 지보패턴의 지보량은 적절한 것으로 판단된다.
후속연구
- 본 연구대상 터널인 북평1터널은 미고결 퇴적암의 경우 일반적인 암반의 성질과 상이하므로 기존 암반의 RMR에 의한 암반분류 방법과는 다른 지반분류가 필요하다. 그러나 국내에는 미고결 퇴적암 구간의 터널 설계에 관한 세부 기준 및 시공사례가 없는 실정이므로, 일본 도로공단(1985) 설계요령 제3집 “지반분류 기준” 적용 예를 참조하였고, 코어 관찰, 전기비저항, 탄성파속도, 일축압축강도를 통해 함수상태 및 고결상태를 살펴보고 Table 2와 같이 암반을네 가지 등급으로 분류하였다(한국도로공사, 2009).
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.