초록 ▼

Ⅱ. 연구목적
본 연구에서는 노후터널 구조물에 변상을 일으킬 수 있는 내 · 외적 원인들을 분석하여 터널의 사용용도별 및 중요성을 고려하여 보강등급을 결정하고 보수/보강방법 및 보강후 상태 평가 등에 관한 기술을 개발한다. 이러한 기술개발을 위하여 문헌연구, 실험 · 실증적 연구, 수치해석, 현장사례 조사 및 분석 등을 통하여 종합적인 연구를 수행할 계획이며, 터널구조 물의 장기공용에 따른 노후터널의 안정성 확보 및 이를 통한 터널구조물의 붕괴 /붕락 등과 같은 재해예방을 위한 체계적이고 합리적인 노후터널 안전관리 시스템을 개

Ⅱ. 연구목적
본 연구에서는 노후터널 구조물에 변상을 일으킬 수 있는 내 · 외적 원인들을 분석하여 터널의 사용용도별 및 중요성을 고려하여 보강등급을 결정하고 보수/보강방법 및 보강후 상태 평가 등에 관한 기술을 개발한다. 이러한 기술개발을 위하여 문헌연구, 실험 · 실증적 연구, 수치해석, 현장사례 조사 및 분석 등을 통하여 종합적인 연구를 수행할 계획이며, 터널구조 물의 장기공용에 따른 노후터널의 안정성 확보 및 이를 통한 터널구조물의 붕괴 /붕락 등과 같은 재해예방을 위한 체계적이고 합리적인 노후터널 안전관리 시스템을 개발하고자 한다.

Ⅲ. 연구의 필요성
최근 도심지 교통량 및 물류교통망의 증가, 국가전역의 생활권화에 따른 도로, 지하철, 철도, 통신구 건설 등이 증대 되고 있다. 이에 따라 터널건설의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 터널의 수명 또한 점점 증대하고 외부 및 내부 환경변화에 따른 노후터널의 안전성에 관한 여러 문제들이 야기되고 있다.
터널구조물의 경우 노후화 정도 또는 운영기관 등에 따라 다소 차이가 있으나, 향후 대대적 신규 국토개발사업 종료시점에 도달될 국내실정을 고려할 때, 터널구조물의 공용 중 터널구조체의 손상 및 붕괴는 막대한 인명 및 경제적 손실을 초래함과 동시에 교통장애, 불안감 조성 등 사회적 문제를 야기할 수 있다.
인접 지상건물의 신축, 교차터널의 건설, 인접 지반 굴착 등에 따른 응력증가 및 이완 등 외부 주변환경 변화 및 유해 지하수 유입이나 동결융해 등에 따른 지보재 및 콘크리트 라이닝의 열화. 건조수축에 따른 균열 등 내부 환경영향의 변화로 인해 영향을 받아 변상이 발생하며, 또한 터널시 공 중 발생된 구조적 결함에 의해 변상이 촉진될 수 있다.
그러므로 터널시 공 후 시간이 경과함에 따라 터널구조불의 안전성을 저하시키는 원인들에 의해 인명 및 경제적 피해 를 야기할 수 있으므로 체계적이고 합리적으로 공용중인 터널을 평가하고 보수/보강할 수 있는 노후터널 안전관리 시스템 개발에 대한 요구가 대두되고 있다.

IV. 연구의 내용 및 범위
과년도 연구에서 터널 구조물의 유해환경 조건이라 알려진 여러 가지 화학적 침식 환경은 대부분 토양, 지하수 및 침출수에 함유되어 있는 유해이온에 의한 것으로 알려져 왔다. 터널 지보재의 변상 원인중 대부분이 균열 및 누수에 의한 것으로 나타난 통계결과를 바탕으로 유해이온으로 인한 터널 지보재의 열화를 일으키는 경로 또한 균열 및 누수에 의한 것으로 판단하여 당해 연도에서는 균열 및 누수에 대한 보수/보강 방안을 집중적으로 검토하였다.
우선 균열 및 누수에 대한 보수/보강 재료를 검토하기 위하여 초속경광물질 혼화재를 사용하여 이에 대한 기초적 물성을 파악하고, 화학적 침식을 받는 구조물에 유효한 고로슬래그미 분말을 사용한 보수/보강재료의 내구성검토 및 Masterseal을 사용한 보수모르타르의 부착력 검토 등을 실시하였다. 이와 같은 실험결과들은 솟크리트 및 콘크리트 라이닝의 열화 메커니즘 분석 및 지보재 열화에 의한 터널안정성 분석에 사용될 것이다.
이러한 터널지보재의 역학적 특성분석 및 열화특성분석 결과를 이용하여 터널 구조물의 변상 메커니 즘에 대한 기틀을 마련하고 실내외 실험결과를 이용하여 터널 지보재의 노후화 영향평가 및 터널 안정성 평가를 수행 할 것이다.

(출처 : 요약문)

Abstract ▼

Ⅱ. OBJECTIVES
This study is to analyze factors causing the regeneration of old tunnel, and to determine the grade for reinforcement of tunnel in considering the purpose and importance of tunnel, and to evaluate the capacity of tunnel after reinforcement. This study has been performed on the bas i

Ⅱ. OBJECTIVES
This study is to analyze factors causing the regeneration of old tunnel, and to determine the grade for reinforcement of tunnel in considering the purpose and importance of tunnel, and to evaluate the capacity of tunnel after reinforcement. This study has been performed on the bas is of literature review, test, numerical analysis, site investigation and analysis. From the this study, a safety maintenance system will be developed to prevent disasters such as tunnel failure, and to maintain the stability of tunnel in service.

Ⅲ. NECESSITY
The construction of road, subway, railroad, and microtunnel for electricity supplement have been increased because of increasement of traffic in urban area, increasement of industrial transportation, and the network between cities in Korea. The tunnels constructed in the country will be deteriorated by the environmental and circumstantial changes, and the problems about tunnel deterioration will be risen in the our society Although the tunnel deterioration is dependant upon the tunnel location and the purpose of tunnel operation, the failure of tunnel in service by the deterioration will cause social problems such as human loss, economy loss, traffic obstruction and uncertainty. In general, tunnel is deteriorated by the change of circumstance around tunnel and the change of properties in components of tunnel structure. The change of circumstance around tunnel is stress increase and ground movement caused by the construction of new building or new tunnel around the existing tunnel. The change of properties in components of tunnel structure is the deterioration of supporting system and concrete Iining caused by groundwater and freeze-thaw. Also, the deficit of stnlcture producted during tunnel constnlction may accelerate the deterioration of tunnel. The tunnel failure by factors, which influences the stability of tunnel may lead human loss and economic loss. Therefore, the safety maintenance system should be developed to evaluate the stability of tunnel and to determine the reasonable repair and reinforcement methods for the deteriorated tunnel.

IV. CONTENTS AND SCOPES
The 4th term of the research project is to analyze the engineering characteristics of shotcrete deteriorated by acid, sulfate, and seawater for the development of safety maintenance and disaster prevention technology. The parameters deteriorating the shotcrete were determined in conducting various laboratory tests on shotcrete deteriorated. The numerical analysis was performed to evaluate the long-term durability of shotcrete. The deterioration of concrete lining in tunnel structures was occurred by various internal and external main causes. Especially, tunnel structures was constructed at underground space, it contact with groundwater and hazardous ions. The hazardous water on tunnel concrete lining leads to the seriously problems. From th e viewpoint of these, it is an important problem that deals with the leakage on tunnel concrete lining So, this study is to evaluate the effect of chemical attack on durability and deterioration of concrete lining in tunnel by leakage. Therefore . surface examination, nondestructive inspection, compress ive strength, carbonation depth. XRD, and EDS were performed 10 analyze the deterioration of concrete lining in several tunnels constructed over 50 years. From surface examination, tunnels had been repaired and reinforced in several times. Also, tunnels bad many cracks, leakage. efflorescence‘ and exploitation. Compressive strengths obtained from nondestructive inspection and compressive strength test varies according to the concrete lining condition. Carbonation depth was between 3mm and 27mm. From XRD analysis, ettringite, gypsum and thaumasite were detected in the concrete linin g having water leakage. It seems that thc deterioration of concrete lining was caused by thaumasite and gypsum formation.
(출처 : Executive Summary)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요약문 ... 3
• Executive Summary ... 5
• 목차 ... 7
• Contents ... 13
• 표목차 ... 17
• List of Tables ... 19
• 그림목차 ... 21
• List of Figures ... 29
• 제1장 서론 ... 37
• 1. 연구개발의 필요성 ... 37
• 2. 연구개발 목표 및 내용 ... 39
• 3. 기대성과 및 활용방안 ... 41
• 4. 과년도 연구내용 및 결과 ... 42
• 5. 당해연도 연구내용 및 추진일정 ... 46
• 제2장 국내외 터널구조물 안전관리를 위한 기준 및 연구동향 ... 48
• 1. 국내·외 터널구조물 안전관리 기준 ... 48
• 1.1 오스트리아의 터널 점검지침 ... 55
• 1.1.1 터널의 안전감독 ... 55
• 1.1.2 터널의 안전검사 ... 55
• 1.2 노르웨이의 터널 점검지침 ... 56
• 1.3 독일의 터널 점검지침 ... 57
• 1.3.1 독일연방철도 (Federal German Railway) ... 57
• 1.3.2 도로 및 철도 통근차량 터널 ... 57
• 2. 터널조사 및 평가기준 ... 57
• 2.1 터널조사 ... 57
• 2.1.1 육안조사 ... 58
• 2.1.2 지반조사 ... 58
• 2.2 상태평가 항목 및 기준 ... 58
• 2.3. 터널구조물 안전관리 관련 연구동향 ... 59
• 2.4. 문제점 분석 ... 64
• 2.4.1 상태평가등급 ... 64
• 2.4.2 균열 ... 64
• 2.4.3 박리/박락 ... 64
• 2.4.4 누수 ... 65
• 2.4.5 솟크리트 관련 기준 ... 65
• 제3장 터널라이닝의 변상현황 및 실태조사 ... 66
• 1. 터널 변상의 정의 ... 66
• 2. 터널 라이닝의 변상 원인 ... 68
• 2.1 외력에 의한 변상 ... 69
• 2.2 재료열화에 의한 변상 ... 69
• 2.3 누수 및 동해에 의한 변상 ... 72
• 2.3.1 누수 ... 72
• 2.3.2 동해 ... 72
• 2.4 기타 ... 73
• 2.4.1 라이닝 배면공동 ... 74
• 2.4.2 라이닝의 두께 부족 ... 74
• 2.4.3 인버트 라이닝 미설치 ... 74
• 2.4.4 터널변상과 원인의 상호관련성 ... 74
• 3. 터널 라이닝의 변상 종류 ... 75
• 3.1 균열 ... 76
• 3.2 박리·박락 ... 77
• 3.3 백태 ... 79
• 3.4 열화 ... 80
• 3.5 파손 및 붕락 ... 81
• 3.6 배면공동 ... 81
• 3.7 누수 ... 82
• 3.8 단차 및 압좌 ... 84
• 3.9 바닥세굴 ... 84
• 3.10 라이닝의 노후화 ... 85
• 4. 콘크리트의 성능저하기구 ... 86
• 4.1 개설 ... 86
• 4.2 염해(籃害) ... 86
• 4.3 철근부식 ... 88
• 4.4 탄산화 ... 90
• 4.5 화학적 침식 ... 91
• 4.5.1 산에 의한 침식 ... 92
• 4.5.2 황산염에 의한 침식 ... 93
• 4.5.3 강알칼리에 의한 침식 ... 94
• 4.6 알칼리 골재반응 ... 95
• 5. 터널라이닝 피해사례 ... 97
• 5.1 터널 라이닝의 화학적 침식에 대한 피해사례 ... 97
• 5.2 터널 라이닝의 피해 및 보수보강 사례 ... 101
• 5.2.1 수압에 의한 터널 라이닝 처짐에 의한 손상 발생 ... 101
• 5.2.2 라이닝 배면 공동에 의한 종방향 균열 ... 103
• 5.2.3 터널 중앙배수관을 통하여 토사 및 지하수 다량유입에 따른 보강공사 ... 104
• 5.2.4 터널 2차라이닝 콘크리트 신축이음부 파손단면 복구 ... 106
• 5.2.5 터널 2차라이닝 콘크리트 균열발생 및 이완부위 복구 ... 107
• 5.2.6 터널 2차 콘크리트 라이닝 벽체균열발생 및 파괴부위 복구공사 ... 108
• 5.2.7 지하수위 상승에 따른 터널벽체 붕락 ... 109
• 5.2.8 터널과 개착구조물 연결부 2차라이닝 손상부위 복구공사 ... 110
• 5.2.9 터널과 개착구조물 연결부를 통하여 토사 및 외수 유입 ... 112
• 제4장 라이닝 콘크리트의 현장조사 및 열화원인 분석 ... 114
• 1. 개요 ... 114
• 2. 조사대상 구조물의 개요 ... 115
• 3. 외관조사 및 수질 분석 ... 116
• 3.1 외관조사 ... 116
• 3.2 수질분석 ... 125
• 4. 콘크리트의 탄산화 및 백화 ... 127
• 4.1 탄산화 깊이 ... 127
• 4.1.1 시험방법 ... 127
• 4.1.2 탄산화 깊이 측정결과 ... 127
• 4.2 백화현상 ... 129
• 4.2.1 개요 ... 129
• 4.2.2 백화현상이란? ... 129
• 4.2.3 시멘트의 수화반응과 백화 ... 130
• 4.3 백화의 종류 및 성분 ... 131
• 4.3.1 백화의 정의 ... 131
• 4.3.2 백화의 종류 ... 131
• 4.3.3 2차 백화 현상 ... 132
• 4.3.4 백화의 성분 ... 133
• 4.4 백화의 제거와 방지 ... 134
• 4.4.1 백화의 제거 ... 134
• 4.4.2 백화의 방지 ... 134
• 4.5 백화 현장 조사 ... 137
• 4.6 백화 원인 분석 ... 139
• 5. 터널 지보재의 역학적 특성 ... 140
• 5.1 개요 ... 140
• 5.2 압축강도 ... 140
• 5.2.1 시험방법 ... 140
• 5.2.2 실험결과 ... 144
• 5.3 투수성 시험 ... 148
• 5.3.1 시험방법 ... 148
• 5.3.2 코어 공시체의 투수성 실험결과 ... 150
• 6. 라이닝 콘크리트의 열화원인 분석 ... 157
• 6.1 개설 ... 157
• 6.2 실험개요 ... 157
• 6.2.1 X-ray 회절분석 ... 157
• 6.2.2 SEM 및 EDS분석 ... 160
• 6.3 라이닝 콘크리트의 성능저하 원인에 대한 미세구조적 관찰 ... 164
• 6.3.1 코어 공시체에 대한 미세구조 조사(측벽) ... 164
• 6.3.2 터널 구조물 천정부분 라이닝 콘크리트에 대한 미세구조 조사 ... 174
• 제5장 터널 라이닝 콘크리트의 보수보강 현장적용성 평가 ... 184
• 1. 개설 ... 184
• 2. 터널 콘크리트 라이닝의 보수/보강 재료 및 공법 ... 184
• 2.1 터널 구조물의 보수/보강 현황 ... 184
• 2.2 보수·보강 재료 ... 186
• 2.3 보수·보강 공법 ... 187
• 2.3.1 배수구와 지보재 사이의 누수 ... 187
• 2.3.2 외부 및 내부의 보수.보강 ... 189
• 2.3.3 단면증설 보강 공법 ... 189
• 2.3.4 균열 및 누수 ... 190
• 2.3.5 지보재 콘크리트 단면 복구 ... 191
• 2.3.6 철근방청 및 단면 복구 ... 192
• 2.4 보수·보강공사의 문제점 ... 193
• 2.4.1 재료적인 측면에서의 문제점 ... 193
• 2.4.2 시공 측면에서의 문제점 ... 194
• 2.4.3 제도적인 측면에서의 문제점 ... 194
• 2.4.4 개선 방향 ... 194
• 3. 균열 및 누수에 의한 라이닝 콘크리트의 보수/보강 ... 195
• 3.1 개요 ... 195
• 3.2 사용재료 및 실험방법 ... 196
• 3.2.1 사용재료 ... 196
• 3.2.2 실험방법 ... 198
• 3.2.3 실험배합 ... 201
• 3.3 초속경광물질 모르타르의 기초물성 및 현장적용성 평가 ... 202
• 3.3.1 유동성 및 강도특성 ... 202
• 3.3.2 현장여건 및 열화상태 ... 206
• 3.3.3 시공방법 ... 209
• 3.3.4 시공후 현장 조사 및 평가 ... 210
• 3.4 고로슬래그미분말을 이용한 보수모르타르의 특성 ... 211
• 3.4.1 개설 ... 211
• 3.4.2 황산염용액에 침지한 모르타르의 외관조사 ... 212
• 3.4.3 압축강도 ... 217
• 3.4.4 팽창특성 ... 235
• 3.4.5 상대밀도 ... 244
• 3.4.6 열분석 ... 252
• 3.4.7 미세구조분석 ... 256
• 3.4.8 황산염침식에 대한 고로슬래그미분말의 효과 ... 259
• 3.5 Masterseal을 이용한 보수보강 ... 261
• 제6장 결론 및 향후 연구계획 ... 263
• 참고문헌 ... 266
• 끝페이지 ... 280