불연속면
-       원인 : 지반변동에 의한 압축 및 인장, 기상작용에 의한 퇴적 및 침식(풍화), 지열에 의한 가열팽창 및 냉각수축
-       종류 : 응력에 따른 절리(Joint), 퇴적면의 경계 층리(Bedding), 변형작용으로 층리를 따라 평행 또는 방사상으로 할렬되는 벽개(Cleavage), 변성암에서 생기는 편리(Schistosity)
-       형상 : 완전 분리되는 균열(Fissure), 이동한 흔적의 단층(Fault), 층리면 분리 성층, 단층면의 확장 파쇄대/구조선, 암반의 지각운동 소성유동의 습곡

암반 분류
-       강도 : 하지만 불연속면의 크기와 방향에 따라 강도 측정이 무의미해질 수 있음.
-       탄성계수
-       풍화정도
-       RQD (CSIR), Q system(NGI) (RQD-암반지지력 그래프, RQD-탄성계수 그래프, RQD-지보방법(No support-RB/SC-Rib support 그래프)
-       절리간격 : 3.0m solid, 1.0m Blocky/Seamy, 5cm Crushed

암반 하중 (터널)
-       Terzaghi (Arching Effect)

-       Rose 에 의해 수정된 암반하중 (Terzaghi Rock Load Classification)

RQD 에서 확장하여 터널/지중구조물 상단의 하중 고려방식 결정(터널폭/높이에 따름.). 그에 따른 지보형식을 고려.
Terzaghi 의 접근이 보수적인 것으로 판단하여 50% 가량 감소하여 접근

-       Lauffer 분류 : Active Span (Unsupported Rock) 과 자립시간 (Stand up Time)의 개념을 고려함.
-       RSR (단층, 종류, 방향, 절리빈도, 지하수) = 0.77 RMR + 12.4
-       RMR : 기본적으로 연암/경암의 절리 구분을 위함이고, 유동성/팽창성에 부적합
지보하중 P = (100-RMR)/RMR x rB = rHt
E = 2 x RMR -100 or 10(RMR-10)/40 (Gpa). 60이면 20 Gpa, 30이면 5 정도. (반보다 작은 값이다 정도)
-       점하중은 일압강도의 4% 정도로 보면 됨.
-       Q-system : 9lnQ + 44
-       De = B/ESR (ESR : 일시채굴 3~5, 영구채굴 1.6, 발전소 1.0, 지하철도 0.8)
무지보 굴진장 = 2(ESR) x Q^0.4
RB L = (2+0.15B) / ESR
E=25logQ (Gpa) (Q = 100 이면 50)
영구지보압력 Pproof = (2.0/Jr) x Q ^ (-1/3)

사전 조사로 정확도/중요도를 확보하기 어려우니,
굴착을 해 나가면서 지속적인 계측을 통해 역해석법으로 시공중 재검토를 하는 것이 중요.
암반 분류 -> 터널형상, 지보패턴, 굴착방법 결정.

점토 : 비배수 점착강도
사질토 배수 점착강도, 천층터널에서 중요.

분류의 목적 : 설계-시공 전반에 일관성있게 적용할 수 있는 객관적인 지표.

암반실내시험

1. 압축강도 : 일축압축, Point Load Test, Schmidt Hammer Test

PL test : L>2D

Is (보정전 강도) = P/De^2. (De = 환산지름)
크기계수에 따른 조정 Is50
UCS (일축압축강도) = Is50 x C (Core 크기에 따라 커짐, 보통 C 20 정도)


2. 전단 : 삼축압축전단
3. 인장 : Brazilian Tensile Test (Disc, Splitting)

하중 2P 를 원주로 나눔. = 인장강도 (D=50, t=25mm)
쪼개기 시험

균열형태 및 시점 확인.
FLAC 3D 를 통한 수치해석.

4. 동적 : 초음파
5. 비중, 함수량, 밀도, 입도, 연경도, 동결융해안정성, 팽창

암석과 암반의 구분
- 암석 Intact Rock : 광물의 구성비와 결합상태 및 결정의 크기에 의해 공학적 성질이 결정됨 (불연속면 X), 압축강도, 탄성계수, 풍화정도
- 암반 Jointed Rock Mass : 암석의 공학적 성질 + 불연속면, 풍화, 초기응력 등 공학적 성질 추가.

습곡

암분류

표준단면

암석 강도 (압축강도)
- 재료
- 불연속면 (암반) : 절리, 단층, 편리, 층리. 굴연틈충풍, 길이와 간격.
- 블록의 크기
- 풍화도
- 등방성 (이방성)
- 재하속도 : 탄성과 소성을 찾기 위한 시험. 파괴점에 도달하는 시간이 개별적임.
1) 급속 재하 시 완속 재하보다 강도가 커짐. (파괴가 늦게 일어남.)
2) 연암, 풍화암에서 속도에 의한 차이가 크게 발현됨.
- 구속압
1) 구속압이 커지면 암석의 파괴시점이 늦춰지고, 탄성한계가 더 커짐. -> 암석의 강도가 커짐.
2) 구속압이 커지면 잔류강도도 커지며, 취성파괴 확률도 적어진다.
- 공시체의 크기
1) 공시체의 크기가 크면 불연속면을 포함할 확률이 커져 발현 강도가 저하된다.
2) 전단 면적이 증가하거나, 길이가 길어지면 강도는 감소한다.
3) 공시체가 원형(Cylindrical)에 가까울수록 강도의 크기가 증가한다.

1.     Griffith
취성 거동만 한다는 가정하여 미세한 균열이 발생.
균열에 의한 응력집중 때문에 이론보다 작은 응력에서도 파괴가 일어남.
균열에 따른 탄성변형에너지 감소를 고려하여 균열을 통해 취성에 이르는 인장력을 계산하여 검토.
(암석에서는 인장응력과 인장강도에 의한 검토에서 사용)

2.     탄-소성 : flow/hardening rule 과 연결.
항복응력의 증가여부에 따라 취성과 연성으로 구분

3.     Mohr-Coulomb : 전단강도와 전단응력의 비교.
일축압축강도, 일축인장강도 (압축이 보통 인장의 10배이상)

4.     공극수압
함수비가 증가하면 강도 감소. 간극수압에 따라 Mohr Circle 이 유효응력 기준으로 변환하는 경우 왼쪽으로 파괴포락선에 가까워짐.
암석 공극 내부의 수압 발생에 따른 강도 감소.

국가 건설 기준 센터에 나온 내용을 요약

암반의 초기 응력
- 굴착 전 원지반이 가지고 있는 응력.

터널 굴착방법의 종류
- 전단면/수평/수직분할/선진도갱굴착
- 인력/기계/파쇄/발파
- 기계의 종류 :
무쉴드 : 로드헤더, 그리퍼
쉴드 : 개방형(그리퍼, 추진잭), 밀폐형(이수,토압,혼합)
연암 이하의 경우 지보가 필요한 경우, 밀폐형 필요.
(압으로 막장면을 유지하면서 굴착 필요.)
- 커터의 종류 : 디스크 커터, 커터비트(크롬몰디브덴강, 니켈크롬몰디브덴강+초경합금 용접), 카피커터

터널 구성 : 굴진면(막장면), 굴진구역, 굴착구역, 후방구역

터널 조사의 종류 : 입지환경조사(지형도, 항공사진, 인공위성사진, 주변환경, 지장물, 사토장), 지반조사(노선 선정을 위한 예비조사, 계획 후 설계/시공계획을 위한 본조사, 보완조사), 시공 중 보완조사(문제점 해결을 위함. Face mapping 과 연결)
- 본조사 : 지표지질조사, 지구물리탐사, 시추조사(NX 이중 코아배럴, 노선방향 50~200m, 바닥부계획심도+직경/2 깊이까지, 갱구부는 반드시 포함), 현장시험 (표준관입시험, 현장투수시험, 루전시험, 공내재하시험), 실내시험
- 설계정보 : 토사-통일분류법, 암반-압축강도, 탄성파속도, 변형계수, RQD, 불연속면(간격,상태,방향), 지하수 상태, 초기응력 상태
- RMR=9lnQ+44 or RMR=15logQ+50
- 이에 따라 터널크기, 굴착패턴, 지보패턴 결정.
- 계획의 종류 : 조사계획, 계측계획, 갱구부/작업구 계획, 방수형식계획, 환기계획, 방재설비계획


RQD : NX 규격 이상의 코어로 10cm

응답변위법 : 표층 지반의 전단 진동에 따른 변위를 지반 속에 위치한 터널에 입력하여 터널의 변형과 응력을 산정하는 내진설계방법. 지진 시 지층지반의 변위는 일반적으로 수평변위를 대상으로 함. 응답스펙트럼법, 유한요소 진동모델 법.

인버트 : 터널 단면의 바닥 부분을 통칭. 원형 터널의 경우 바닥부 90도 구간의 원호 부분, 마제형 및 난형 터널의 경우 터널 하반의 바닥 부분을 지칭. 인버트의 형상에 따라 곡선형 인버트와 직선형 인버트로 분류. 라이닝 유무에 따라 폐합형 콘크리트라이닝과 비폐합형 콘크리트라이닝으로 구분.

물리탐사 : 탄성파, 전기비저항, 중력, 자기, 전자, 방사능

환기방식 : 종류식 – 제트팬식, 수직갱 송배기식, 집중배기식, 횡류식

계측
- 지중침하 : 인접지반의 침하를 보기 위해 터널 천장을 기점으로 지표로 갈수록 각 지층의 침하량을 확인.
- 지표침하 : 터널 종단/횡단 방향으로 침하판을 설치하여 상대적 침하량 측정

라이닝에 대하여 특별판

1. 라이닝의 목적 : 굴착면 안정성, 사용자의 심리적 안정감, 차수, 철근 콘크리트 or SFRC, 지보재 부식 방지, 터널 부착물 지지공간 확보
2. 두께 : t = 0.19 C r^0.5. (C : 암석계수, 탄성파속도에 따름)
300mm 보통, 부분적 100~200mm, 단면 크기에 따라 다름.
3. 형식 : 측벽형, 인버트형 (폐합), 원형, 마제형
4. 시공 : Caster 가 부착된 Sliding Form 사용. SFRC (30kg of Steel fiber / m3), Joint 관리
필요에 따라 Geotextile 등 토목 섬유나, HDPE sheet 등 설치 (배수/비배수 터널). 수발공/배수측구 유지여부 결정 필요.
- 전권 : 전단면 일시시공 – 작거나 지반 양호
- 역권 : 상부 -> 하부
- 순권 : 하부 -> 상부 – 지반 불량. 측벽선진도갱
- 가권 : 선행복공. 이완영역 방지
5. Bench cut 의 경우 가 Invert 가 형성되기도 한다.