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
- 본 기사는 터널 건설 및 운영단계에서 발생하는 융기문제에 대처하기 위하여 융기의 원인, 조사방법 및 대책에 관련된 기술적인 정보를 제공하고자 작성하였다.
제안 방법
- 실내시험은 지반의 팽창성을 확인하는 것이 주목적이 다. 개소별 기본 물성 및 다짐시험을 수행하였으며, 팽창 성광물 함유량에 대한 정량적 분석을 위해 XRD 시험을 수행하였고 팽창률 시험도 병행하였다. 특이 개소에 대해서는 내구성 시험(Slaking)을 추가하였다.
- 도로터널로서 Montmorillonite의 영향으로 팽윤이 크고, 수분 흡수 시 급격히 풍화되어 토사화 되는 성질(Slaking) 이 있으며, 선구조 분석결과, 절리나 층리의 불연속면 경사방향이 터널굴진에 불리하게 위치되어 있다. 대책은 상하반 모두에 인버트를 설치하여 조기에 링폐합이 되도록 하였으며, 보조공법으로는 수평선진보링, 프리그라우팅, 훠폴링 등을 적용하였다.
- 혼펠스화 및 단층의 영향으로 분쇄암반을 형성한 파쇄대를 통과하고, 지하수 영향으로 암반강도 저하 및 파쇄대 단층점토의 결합력이 저하되어 여러 건의 낙반이 발생 하였다. 대책은 숏크리트(300mm), 1차 강지보(H-200), 2차 강지보(H-100), 가인버트 숏크리트(150mm), 인버트 숏크리트(200mm), 인버트 강지보(H-200), 가압식 훠폴링을 적용하였다.
- 표 6은 일본 철도에서 사용하는 락볼트 표준설계(안)으 로서 복선 터널을 기준으로 한다. 목표로 하는 수직변위속도 억제율에 따라 락볼트의 표준 패턴(보강 등급을 I~III)을 구분하였다. 천단 및 측벽에서의 내공변위 계측 결과와 노반의 수직변위 및 물성치 정보를 기반으로 노반수직변위의 허용값을 계산하여 락볼트의 설계 제원을 결정할 수 있다.
- 융기 우려개소에 대한 조사분석 사례를 제시하였다. 해당구간에 대한 실내시험과 현장시험 위주로 제시하였으며, 지보패턴, 보조공법, 암종, 침하 등을 추가적으로 조사하였다.
- 개소별 기본 물성 및 다짐시험을 수행하였으며, 팽창 성광물 함유량에 대한 정량적 분석을 위해 XRD 시험을 수행하였고 팽창률 시험도 병행하였다. 특이 개소에 대해서는 내구성 시험(Slaking)을 추가하였다. 그림 8의 XRD 시험 결과, 석영(Quartz; Qtz), 사장석(Plagioclase; Pl), K-장석(K-feldspar; K-f), 몬모릴로나이트(Montmorillonite; Mnt), 방해석(Calcite; Cc) 이 함유되어 있는 것으로 확인되었다.
- 팽창성 흙의 경우 상재하중에 의해 팽창률이 억제되는 경우가 있어, 1번 시료에 대해서는 궤도 상재하중에 해당하는 하중을 재하하고 팽창률 시험을 수행하였다. 일반적인 궤도상재하중은 35kN/m²을 적용하나 본 시험에서는 안전측 검토를 위하여 10kN/m²을 사용하였다.
- 융기 우려개소에 대한 조사분석 사례를 제시하였다. 해당구간에 대한 실내시험과 현장시험 위주로 제시하였으며, 지보패턴, 보조공법, 암종, 침하 등을 추가적으로 조사하였다.
- 현장시험은 콘관입시험, 평판재하시험, 시추조사, 표면 파탐사(MASW)를 수행하였다. 콘관입시험을 통하여 시험대상 8개소 중 3개소에서 이완영역이 1m 내외에 분포하는 것으로 확인하였다.
대상 데이터
- 해석을 수행하는 단면은 상부 토피고가 194m이며, 터널 주변에는 V등급 암반이 분포하고, 상부에는 IV등급 암반이 존재한다. 해석에 적용한 지보패턴은 그림 9와 같다.
이론/모형
- 0D로 모델링하여 주요 해석 영역이 경계조건에 의한 영향을 받는 것을 최소화하였다. 적용 하중 분담율은 40-30-30이었으며, 측압계수는 K0 = 1.7, 해석프로그램은 FLAC 2D, 해석 모델은 Mohr-Coulomb 파괴기준에 의한 탄소성 해석모델을 사용하였다.
성능/효과
- 그림 8의 XRD 시험 결과, 석영(Quartz; Qtz), 사장석(Plagioclase; Pl), K-장석(K-feldspar; K-f), 몬모릴로나이트(Montmorillonite; Mnt), 방해석(Calcite; Cc) 이 함유되어 있는 것으로 확인되었다. 1번 개소는 팽창성 몬모릴로나이트의 함량이 14.1%로 나타났으며, 팽창률 시험 결과 최대 4.7% 까지 체적이 증가하였다. 1번 개소를 제외한 시료에서는 1% 이내의 작은 팽창률을 보였다.
- 융기된 궤도의 변형별(융기 연장 대비 융기량) 윤중변동율을 노반침 하인 경우와 비교하여 나타낸 것으로, 점선은 노반침하인 경우이고 실선은 노반융기의 경우이다. 노반이 융기한 경우의 윤중변동율이 노반이 침하한 경우 보다 약 10% 크게 나타나 융기가 침하보다 더 불리한 것으로 나타났다.
- 다만, 해석 결과에서 보면, 하반 솟크리트 굴착 후 발생하는 측벽부의 변위가 387.9mm로 상당히 크게 산출되어 터널의 안정성에 영향을 줄 것으로 판단된다. 이러한 결과는 194m의 깊은 심도와 V등급 암반 조건, K0 =1.
- 해당 구간은 붕적토사층에 해당하며, 풍화잔류토와 풍화전석이 협재된 토질로 구성되어 있다. 전 구간에서 전반적으로 단층파쇄대가 존재하는 것으로 나타났으며, 단층점토 및 단층각력으로 구성되어 있는 것으로 나타났다. 또한 절리에 의한 파쇄대가 발달하여 시추조사의 코어회수율이 저조하였고 터파기 중 침출수로 인한 포화지반의 지지력 저하가 발생하였다.
- 또한 그림 10(c)는 본 인버트 하단의 추가로 1차 인버트를 조기폐합하여 설치하는 안이다. 조기폐합의 경우에는 건설시의 변위소성영역의 억제뿐만 아니라 공용중의 변위억제에도 상당한 효과가 있는 것으로 나타났다.
- 현장시험은 콘관입시험, 평판재하시험, 시추조사, 표면 파탐사(MASW)를 수행하였다. 콘관입시험을 통하여 시험대상 8개소 중 3개소에서 이완영역이 1m 내외에 분포하는 것으로 확인하였다. 확인 구간은 지하수로 포화된 구간으로서, 다른 구간에서도 지하수의 침투에 의한 이완 가능성이 있을 것으로 예상되었다.
- 대책공으로서 하향 락볼트만 실시한 경우의 융기 억제율은 50~100%이다. 표 3의 1번과 2번 터널에서는 융기가 충분히 억제되지 않았으나, 5번과 6번 터널에서는 충분히 억제하는 것을 알 수 있다. 융기속도가 빠른(30~40mm/년 이상) 경우에는 인버트 신설이나 개축 등 대규모 보수를 실시하였다.
- 해석 결과, 터널 바닥부의 추가적인 굴착으로 인해서 발생하는 터널 천단변위는 10mm 내외(천단변위의 8% 이내)로 나타났다(표 5 참조). 천단부의 경우 대구경 보강 그라우팅과 숏크리트, 강재보재로 보강이 되어 있어 하단부 굴착으로 인한 영향은 크지 않은 것으로 판단된다.
- 해석에 적용한 지보패턴은 그림 9와 같다. 해석을 위한 지반경계범위는 터널 좌ㆍ우측 4.0D(D:터널 직경), 하부 경계까지는 4.0D로 모델링하여 주요 해석 영역이 경계조건에 의한 영향을 받는 것을 최소화하였다. 적용 하중 분담율은 40-30-30이었으며, 측압계수는 K0 = 1.
- 콘관입시험을 통하여 시험대상 8개소 중 3개소에서 이완영역이 1m 내외에 분포하는 것으로 확인하였다. 확인 구간은 지하수로 포화된 구간으로서, 다른 구간에서도 지하수의 침투에 의한 이완 가능성이 있을 것으로 예상되었다. 표면파탐사를 통하여 국부적으로 전단파속도가 낮은 층과 여러 개의 불연속면을 확인할 수 있었다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.