[토질 및 기초 기술사] 137회 1교시 기출문제 6번

6. 암반층을 포함한 대심도 굴착 시 경암의 경험적토압과 정지토압 산정방법

 

Ⅰ. 개요

- 대심도 굴착 시 암반층은 자립성이 강해 토사층과는 다른 거동을 보이며, 특히 경암 구간은 불연속면의 특성과 초기 응력 상태가 토압을 결정하며, 설계 시에는 암반의 강도 정수를 활용한 경험적 토압과 지반의 구속 상태를 고려한 정지토압을 구분하여 산정

Ⅱ. 경암의 경험적 토압 산정방법 (Peck & Terzaghi 수정)

1) 기본 원리: 굴착 벽체의 변위에 따른 토압 재분배를 고려한 사각형 또는 배부른 모양의 분포를 가정

2) 산정식 예시 (지반 조건에 따른 수정):

① 암반 구간은 일반적으로 토사 토압의 0.1 ~ 0.2배 수준으로 저감하여 적용하거나, 암반 등급(RMR, Q)에 따른 경험 수치를 사용한다.

② 불연속면이 발달한 경우, 이완 하중 개념을 도입

Ⅲ. 경암의 정지토압(P0) 산정방법

1) 정의: 벽체의 변위가 거의 발생하지 않는 상태에서 작용하는 수평 응력

2) 측압비(K0)

3) 산정식

Ⅳ. 암반층 대심도 굴착 시 설계 고려사항

1) 불연속면 영향: 경암은 암 자체의 강도보다 절리, 단층 등 불연속면의 방향성에 따른 쐐기 파괴 토압을 반드시 검토

2) 초기 지중응력: 대심도일수록 수평 응력이 연직 응력보다 큰 경우(K0 > 1.0)가 존재하므로 수압파쇄법 등의 실측치 반영이 유리

3) 아칭 효과: 암반의 강성이 크므로 굴착 시 하중이 지보재로 전이되는 메커니즘을 수치해석으로 검토

Ⅴ. 기술자적 제언

- 대심도 경암 구간 설계 시 획일적인 경험적 토압 적용은 과다 설계 혹은 국부적 불안정을 초래할 수 있다. 따라서 기술사는 암질지수(RQD)와 GSI를 바탕으로 한 암반 분류를 선행하고, 시공 중 자동화 계측(벽체 변위, 지중 응력)을 통해 설계 토압과 실제 거동의 차이를 실시간으로 피드백하여 안정성을 확보