[지반공학]제 7장 터널공(터널/숏크리트 및 록볼트) #1

 이번 포스팅에서는 터널공에 대한 이야기를 해보려고합니다.

 터널은 지표하에 통로나 공간으로 이용할 수 있도록 지하 또는 산을 뚫어 축조한 구조물을 말하며, 뿜어붙이기 콘크리트(Shotcrete) 공법은 콘크리트나 모르타르가 호스를 통하여 분사되면서 기오면에 압축공기에 의하여 고속으로 타설되는 것을 말합니다.

 제 7장 터널에 대한 포스팅은 2개로 나누어 올릴 예정인데요. 과년도에서는 숏크리트에 대한 내용이 출제되고 있습니다. 계산문제는 출제되지 않고요.

 제 1장~6장까지는 계산문제가 많이 출제되고 있는데 7장부터는 암기위주의 내용이 나오니 조금만 더 화이팅합시다.

터널(Tunnel)

 1. 터널의 종류 

 : 터널의 단면은 시공목적과 지질조건을 고려하여 외압에 경제적으로 대응 할 수 있는 형상을 선택해야 합니다.

  (1)단면형상(평면) 및 선형(종단)에 따른 터널의 종류

• 원형터널: 수압이나 토압을 많이 받는 압력터널로 원형인 터널
• 구형터널: 도로, 수로 등의 개착식 터널로 구형(사각형)인 터널
• 마제형터널: 철도 및 도로터널에 주로 사용되는 사다리꼴형인 터널
• 직선터널: 터널의 전 구간이 직선인 터널
• 곡선터널: 도로, 철도, 수로 등의 곡선 내에 설치된 터널

 단명형상에 따른 터널의 종류를 쓰라는 문제가 출제된적 있습니다.

 

 2. 지질구조

• 습곡(Fold): 지각에 작용하는 횡압력으로 생긴 세로방향의 지층주름으로 이 부분의 지질은 복잡하고 불안정하다.
• 단층(Fault): 지각변동으로 지층이 끊어져 어긋난 것으로 대부분 파쇄대로 되어 있어 지하수 누출이나 낙반사고가 발생한다.
• 애추(Talus cone): 풍화작용으로 경사진 산기슭에 바위 부스러기가 쌓여 퇴적한 곳으로 몹시 불안정한 지층이다.
• 단층지대(Falut zone): 지각변동의 한 현상으로 지구 내부에서 움직이는 힘의 영향을 받을 때에 양쪽 토지가 한쪽은 가라앉고, 한쪽은 솟아서 생기는 지층이다.
• 암반의 불연속면: 모든 암반 내에 존재하는 절리(Joint), 퇴적암에 존재하는 층리(Bedding), 변성암에 존재하는 편리(Schistosity), 대규모 지질구조와 관련된 단층과 파쇄대 등 암반 내에 있는 연속성이 없는 면을 암반의 불연속면(Discontinuities in rock mass)이라 한다. - 이 부분은 제 1장 토질조사의 암질조사 파트에서 자세히 다뤘습니다. 기억이 가물가물하다면 링크를 클릭하여 복습!!

[지반공학]제 1장 지반조사(암반조사)#2

 

 3. 이상지압

  : 이상지압이 발생하게 되면 동바리공이나 콘크리트 복공이 변형될 경우에 파괴되기도 한다. 이상지압의 원인으로는 편압, 본바닥의 팽창, 잠재응력의 해방등이 있다.

 여기서는 출제된 문제를 본적없습니다. 하지만, 터널공의 시작인 만큼 터널이 무엇이고 종류는 무엇이 있는지 대충  스윽 ~ 읽어보면 좋겠습니다.

 

숏크리트 및 록볼트

 1. 숏크리트(Shotcrete)

  : 뿜어붙이기 콘크리트(Shotcrete) 공법은 콘크리트나 모르타르가 호스를 통하여 분사되면서 기오면에 압축공기에 의하여 고속으로 타설되는 것을 말한다.

  (1)숏크리트 공법의 특징

• 광범위한 지질에 적용한다.
• 시공기계는 소형이고 이동성이 풍부하다.
• 본바닥이 불안하고 용수가 많은 경우에는 부적당하다.
• 콘크리트 두께는 자유롭게 조절되므로 그대로 2차 복공이 가능하다.
• 터널굴착 후 3~4시간 안에 매끈한 내벽을 완성하고 벽면 전체를 지지시킬 수 있다.

  (2)숏크리트 공법의 장단점

장점	단점
·거푸집이 필요없다. ·급속시공이 가능하다. ·급결제의 첨가로 조기강도의 발현이 가능하다. ·임의 방향에서 시공이 가능하다. ·협소한 장소나 급경사면 장소에서 시공이 가능하다. ·비교적 소형기계로 시공할 수 있어 이동이 간단하다.	·숙련된 노즐(Nozzle)공이 필요하다. ·수밀성이 결여된다. ·수축균열이 생기기 쉽다. ·표면이 거칠다. ·건식의 경우, 시공 중 분진이 발생한다. ·반발 등에 의한 재료손실이 크다. ·뿜어붙인 면에 용수가 있을 때는 부착이 곤란하다.

▲숏크리트의 특징(장단점)

구분	숏크리트 습식법	숏크리트 건식법
장점	·반발량이 적다. ·분진발생이 적다. ·품질관리가 양호하다.	·장거리 수송이 가능하다. ·장비가 소형으로 작업공간이 작다. ·재료공급에 제한을 덜 받는다.
단점	·장거리 압송에 부적합하다. ·재료의 공급에 제한을 받는다. ·장비가 대형으로 작업공간이 크다.	·반발량이 많다. ·분진발생이 많다. ·작업원의 숙련도에 품질이 좌우된다.

  (3)숏크리트가 갖추어야 할 조건

• 조기에 필요한 강도 발휘
• 높은 수밀성을 가질 것
• 반발(Rebound)률 및 분진발생량 최소화
• 지반과의 충분한 부착성과 내구성 확보
• 평활한 굴착면을 확보하여 방수 및 배수시공의 용이성 확보

  ▲수밀성: 압력수가 통과하지 않는 재료. 부재 또는 부위의 성질. 일반적으로 흡수성, 투수성 등이 종합된 성질

  ▲숏콘크리트의 일반 사항

Rebound율을 감소시키는 방법	숏콘크리트의 배합결정 시 검토사항
·벽면과 직각으로 분사시킨다. ·압력을 일정하게 한다. ·조골재를 13mm 이하로 한다. ·시멘트량을 증가시킨다. - 부착력의 상승 ·분사부착면을 거칠게 한다.	·소요의 강도를 가질 것 ·Rebound량을 최소로 할 것 ·부착성이 좋을 것 ·호스(Hose)의 막힘이 없을 것 ·용수의 상황에 적합할 것

   (4)숏크리트 굴착면의 용수처리방법

• 배수파이프나 배수필터를 설치하여 배수처리: 용수되는 장소에 PVC배수파이프를 설치한 후 숏크리트를 타설하고 용수는 배수파이프를 통하여 배수처리함
• 시멘트량이나 급결제 사용량의 증대로 배합 변경: 부배합 및 급결제 사용 등 배합의 변경으로 콘크리트 강도를 증가시키고 콘크리트를 급결시킴
• 건식 숏크리트공법으로 용수지반에 뿜질하여 용수를 흡수: 먼저 건식 숏크리트를 요수지반에 뿜칠하여 용수를 흡수시킴
• 부분적으로 용수가 있을 때는 염화비닐파이프, 비닐호스 등으로 용수처리 하면서 뿜어붙임: 일정한 위치에 따라 염화비닐파이프, 비닐호스 등을 설치한 후 숏크리트를 타설하고 용수는 이 파이프 등을 통하여 배수함.

 숏크리트에 대한 내용은 많이 출제 됩니다. 암기만하면 되는 문제이니 꼭 암기하여 틀리면 안됩니다.

 

 2. 록볼트(Rock bolt)

  : 암반의 이완부분부터 경암까지 볼트를 고정시켜 암반의 탈락을 방지하고 터널공사에서는 터널측면의 본바닥의 아치를 형성시켜 주는 공법을 록볼트라 한다.

기능	효과
봉합작용	굴착으로 인한 이완암괴를 원지반에 봉합시켜 주는 작용
내압작용	굴착으로 인해 2축 응력상태를 록볼트 인장력으로 3축응력상태로 구속시켜 주는 작용
아치형성작용	록볼트 개개의 내압작용과 시스템록볼트 간 일체화로 굴착면 주변지반에 내하력이 큰 아치를 형성하는 작용
보형성작용	터널 주변에 층을 이루고 있는 지반의 절리면을 록볼트로 조여 주므로 절리면의 전단력 전달이 가능하게 합성보로 거동하게 하는 작용
지반보강작용	록볼트에 의한 지반의 전단저항 능력이 증대, 지반의 내하력이 증대되는 작용

 록볼트에 대한 내용은 출제된적이 없습니다. 하지만 터널공의 주요 3요소를 쓰라는 문제를 본적있습니다. 록볼트가 무엇인지에 대해 알고 넘어갑시다.