터널공 ❙ 385

터널공

72

터 널 공

양호한 암반구간(P-3)에서의

터널 하반 록볼트 적정성 검토

설계처-1252

(2015.05.08)

1 검토 목적

터널 록볼트는 암반 특성 및 설치 위치에 따라 주요역할이 다르므로

양호한 암반구간(P-3)에서 하반 록볼트의 적정성을 검토하고자 함

2 설계 개념 및 방법

□ 설계개념

o 터널 하중 및 이완영역 개념

Terzaghi 하중 개념 Kommerell 모델 Engesser 모델

o 록볼트의 역할

구 분 봉합, 보형성작용 내압, 아치형성 작용 지반보강 작용

개요도

록볼트

역할

․발파 등에 의해 이

완된 암반 고정

․분리된 절리면 사이를

봉합하여 전단력 전달

․내압효과로 일체화되어

내공 측으로 일정하게

변형하여 내하력이 큰

그랜드아치 형성

․지반의 전단력 증대

로 지반전체의 공학

적 특성치 개선

(내하력, 잔류강도증가)

- 터널하반 록볼트는 터널상반 록볼트와 위치 및 방향이 달라 암반이

양호한 경우 보형성의 기능보다 절리면을 연결하여 전단강도를 증대

하는 역할이 주요 기능임

386 ❙ 터널공

□ 설계방법(록볼트의 배치간격, 길이 등)

o RMR 값을 이용한 방법

RMR 값에 의한 지보량 산출식

① Rock Bolt 길이(m)

L ＝ 6 － 0.05 × RMR ≥ 3 ( RMR ＜ 80 )

② Rock Bolt 간격(m)

S ＝ 0.5 ＋ 0.025 × RMR ≥ 1 ( RMR ＜ 80 )

③ Shotcrete 두께(mm)

T ＝ 200 － 2.5 × RMR ≥ 50 ( RMR ＜ 80 )

④ 강지보공 간격(m)

Sr ＝ 0.375 ＋ 0.0375 × RMR ( RMR ＜40 )

o Q 값을 이용한 방법

1) 무지보

2) 랜덤 록볼트

3) 시스템 록볼트

4) 시스템 록볼트＋일반숏크리트(40~100mm)

5) 시스템 록볼트＋강섬유보강숏크리트(50~90mm)

6) 시스템 록볼트＋강섬유보강숏크리트(90~120mm)

7) 시스템 록볼트＋강섬유보강숏크리트(120~150mm)

8) 시스템 록볼트＋강섬유보강숏크리트(150mm 이상)

□ 타기관 사례 : 한국철도시설공단 PD-3 하반 록볼트 삭제(붙임)

터널공 ❙ 387

터널공

3 검 토 내 용

□ 검토조건 : 양호한 암반구간 (2차로터널 P-3 기준)

* 불량한 암반(P-4등급 이상)은 시스템 지보를 활용한 복합적 검토 필요

□ 절리 상태에 따른 검토

o 절리면 각도에 따른 영향검토

고각 절리면 분포시 저각 절리면 분포시 절리각도에 따른 영향

- 절리면이 고각인 경우 터널에 영향을 미치는 범위는 협소

- 절리면이 저각일수록 영향범위는 증가하나, 하반 높이가 낮아 터널

영향범위는 제한적이며 절리면 각도가 약 30° 이하의 저각일수록

절리로 인한 쐐기파괴 발생 가능성은 점차 낮아짐

o 절리면 간격에 따른 영향검토

- 터널 하반에서는 절리면 간격이 넓은 경우에 비해 좁은 경우 절리로

인한 영향범위가 좁게 나타나며 쐐기파괴 발생의 범위도 작아짐

절리면 간격이 넓은 경우 절리면 간격이 좁은 경우

* RMR 분류기준 중 3등급 절리면 간격 : 0.2 ～ 0.6m

388 ❙ 터널공

□ 터널 하반 록볼트 미설치시 안정성 검토

지보패턴-3 하반 록볼트 설치 하반 록볼트 미설치

개요도

록볼트 간격 종방향 2.5m, 횡방향 1.5m 종방향 2.5m, 횡방향 1.5m

o 천단 및 측벽변위 : 변위량 차이가 거의 발생하지 않음

천단변위 좌측 측벽변위 우측 측벽변위

o 휨압축 및 전단응력 등 : 응력의 차이가 거의 발생하지 않음

휨압축응력 전단응력 록볼트축력

o 터널 하반에 록볼트(L=4m)를 설치한 경우와 미설치한 경우에 대해

안정성을 비교한 결과 차이가 거의 없어 양호한 암반에서 하반

록볼트의 역할은 미미한 것으로 판단됨

터널공 ❙ 389

터널공

□ 검토결과

o 안정성 해석결과 양호한 암반구간(P-3)에서 터널 하반에 록볼트

미설치 시에도 안정성 확보가 가능하므로 하반 록볼트 미설치

지보패턴-3 당 초 변 경

개요도

록볼트

길이 L=4.0m L=4.0m

간격 종방향 2.5m, 횡방향 1.5m 종방향 2.5m, 횡방향 1.5m

갯수 14.5개/2.5m 12.5개/2.5m (△2개)

o 다만, 터널 하반부 지반이 국부적으로 불량한 경우에는 내압효과를

통한 그랜드아치 형성을 위해 하반 록볼트 설치 필요

□ 공사비 검토

o 터널 1km당 약 53백만원 절감

◎ 산출근거

o Type-3 연장 : 366m (암반등급 Type-3 비율 36.6% 적용)

o 록볼트 절감 개수 : 584개

- 366 ÷ 2.5(지보장) × 2(양방향) × △2개 ≒ △584 개

o 예상절감액 : 53백만원/km

- 65,000원 × 584 × 1.4(제잡비) = 53백만원

4 적 용 방 안

□ 설계중인 노선(미착공 포함) 및 미굴착 터널 본 방침 적용

o 설계중(미착공 포함) 및 미굴착 터널 적용시 : 약 43억원 절감

- 대상 터널 : 약 81km (함양-울산, 아산~천안, 대구순환 63개소)

※ 3, 4차로 터널은 별도 검토결과에 따라 적용여부 판단