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암석역학이란
터널 설계와 일반설계의 차이점
터널 설계는 조사를 기초로 선형, 단면, 굴착 및 지보 계획으로 구성된다. 굴착, 지보 설계는 터널 안전성의 확보를 위해 시공 중 지반조건에 따라서 적용방법이 조정된다. 불균질 한 암반의 불확실성을 고려하여 예비설계 개념의 패턴 설계를 실시한다. 대표 조사를 통한 극히 일부분에 대한 지반정보를 바탕으로 한다. 지반 자체의 지보 능력이 터널 안정성 확보의 주요 인자이다.
일반설계(박스)는 시공재료에 대한 제원이 각 사용재료에 따라 설계기준법에 의해 명확하게 제시되어 설계 사용재료에 대한 불확실성이 없다. 시공의 품질은 설계내용을 기준으로 평가된다. 박스 상부가 모두 하중으로 작용한다.
터널 설계를 위한 암반 역학의 기본
터널 굴착시 암반의 거동은 응력에 의해 지배되는 문제(stress controlled)가 있다. 이는 암석역학의 경우와 절리가 많이 존재하는 암반 역학의 경우에 해당된다. 지질구조에 지배되는 경우(structurally controlled)에는 절리가 몇 개 존재하는 경우로서 불연속면 역학에 해당된다.
불연속면에 의한 암석과 암반의 구분방법
암석역학적(intact rock) 방법은 불연속면이 없이 암석 자체를 분석하는 경우로서 공학적 대상이 완전히 무결 암으로 이루어진 경우에 해당한다. 불연속면 역학적(discontinuity) 방법은 대상지역에 몇 개의 불연속면이 존재하는 경우에 대상 암반은 대부분 불연속면의 성질에 의하여 지배받게 된다. 암반 역학적(rock mass) 방법은 불연속면이 아주 많이 발달하여 불연속면들을 포함한 전체 암반 덩어리의 거동이 중요한 경우에 해당된다.
절리도에 따른 해석법의 선택 방법
주된 거동이 블록의 미끄러짐이나 회전 등의 발생일 경우에는 불연속 체적 거동에 해당한다. 터널 주변 암반의 변형 거동과 비교 시 암반 블록의 움직임이 뚜렷하게 구별되지 않을 경우에 개개 암반 블록의 움직임 파악보다 전체 암반의 거동 파악이 중요할 경우에는 유사 연속 체적 거동에 해당한다.
터널 막장 진행 효과
터널이 굴착되면 막장면의 전방에서 변위가 발생되며 굴착된 막장면에서는 이미 전체 침하량의 어떤 비율로 침하가 발생되고 막장면이 통과한 일정 거리 후방에서는 최대 변위로 수렴된다.
NATM 공법의 등장 이유
1965년 Rabcewicz가 낸 특허로 시작되었다. 터널을 지보하는 것은 지반 자신이고 인공 지보는 보조수단이라는 내용이다. Rabcewicz는 오스트리아 그라즈 공대 교수로서 오랜 기간 동안 산학협동연구를 수행하였다. 뿜어 붙임 콘크리트가 암반 이완에 방지 게 크게 효과적임을 확인한 인물이다.
일본 철도공단에서 세이칸 터널에 반영하였다. 독일로부터 콘크리트 뿜 어치는 기술과 장비를 도입하였고 세이칸 터널에서 27년간 공사를 수행하였다. 세이칸터널 조사겡에 NATM 개념을 도입하였으나 강아치 지보공으로 내측으로부터 토압을 지탱하는 개념을 탈피하지 못하여 NATM 개념을 제대로 소화하지 못했다는 평을 받고 있다. 일본 철도공단은 오스트리아의 수많은 터널을 답사하였다. 연장 14km의 알베르그 터널 2단 벤치 발파 등을 보고 감탄하고 돌아갔다고 전해지고 있다.
