비점착 지반에 굴착한 터널에서 시스템 볼팅의 보강효과

Abstract

비점착 지반에 터널을 굴착할 때에는 숏크리트를 두껍게 하기보다는 규칙적인 볼트(system bolting)를 설치하는 것이 효과적인 것으로 알려져 있다. 이러한 지반에서 볼트는 지반을 접선방향과 반경방향으로도 조여 주는 역할을 하며 반경방향 압축력이 커지면 볼트에 의해 원지반에 추가응력이 발생되어서 인공적인 압력대가 형성되고, 조여진 영역에서 힘이 평형을 이룬다. 비점착 지반에서 시스템 볼팅을 적용하여 다수의 터널이 시공되어 왔지만, 이러한 볼트의 보강효과에 관한 이론개발이나 연구는 아직 많지 않다. 본 연구에서는 비점착 지반에서 시스템 볼팅의 보강효과를 시험적으로 관찰하였다. 모형지반은 주문진 자연사를 사용하여 조성하였다. 볼트의 형식과 길이 및 지반의 토피고에 따라 지반 굴착 후 발생하는 숏크리트의 처짐 변위를 측정하였다. 연구결과 시스템 볼트로 보강된 숏크리트의 처짐은 토피고에 상관없이 무보강 시에 비하여 감소하였다. 볼트의 길이가 증가할수록 처짐량이 점점 감소하였으며, 전면접착형 볼트로 보강된 지반의 처짐량이 선단정착형 볼트로 보강된 지반보다 작게 측정되었다. 숏크리트와 지반을 합성보로 가정하고 보강지반의 강성을 산정하여 각 시험조건별 지반보강효과를 비교하였으며, 숏크리트를 제외한 보강지반의 탄성계수를 도출하였다. Hoek-Brown 제안식에서 산정된 볼트유효보강길이와의 상관관계를 이용하여 지반탄성계수 증가량 관계식을 유도하였다.