Performance Improvement and Durability Evaluation of Shotcrete for Permanent Tunnel Support

Recently, many efforts have been made to construct the first unlined tunnel, without in-situ concrete lining, in Korea. However, the lack of reliability in the performance of shotcrete as permanent tunnel support prevented from its realization. Shotcrete has been regarded to have significant problems in field application and long term performance because of unsatisfactory strength level and durability compared to those of European countries. In this study, the high strength shotcrete satisfying compressive strength over 40 MPa and flexural strength over 4.5 MPa was developed from optimized mix design. The type of accelerators and the amount of silica fume were selected as the main factors in mixing process and the analyses were carried out up to the elapsed time of 2 years. In order to evaluate the short term durability of shotcrete, an array of laboratory test consisting of freeze-thaw, carbonation chloride penetration and permeability test was performed. For long-term durability tests, specimens have been put in an operated highway tunnel to expose them to the similar environment when they are actually used as an unlined tunnel support. From the strength and durability tests, it was found that only alkali-free based accelerator satisfied the target strength of this study and also, the developed shotcrete showed very high performance in its durability.

터널 영구 지보재로서의 숏크리트 고성능화 및 내구성 평가에 관한 연구

최근 국내 터널 분야에서는 현장타설 콘크리트 라이닝을 생략한, 이른바 무라이닝 터널을 적용하려는 시도가 수차례 있었으나 숏크리트가 영구 지보재로서의 성능을 확보하고 있는지에 대한 의구심으로 인해 시공으로는 이어지지 못하고 있다. 숏크리트는 시공 상 문제뿐만 아니라 강도기준이 유럽에 비해 현저히 낮고 내구성에서도 많은 문제를 내포하고 있는 것으로 파악되고 있다. 본 연구에서는 효율적인 배합개선을 통하여 압축강도 40 MPa, 휨강도 4.5 MPa 이상의 고강도 숏크리트를 개발하였으며 급결제 종류와 실리카퓸 첨가량을 주 변수로 하여 최대 2년까지의 성능변화 추이를 분석하였다. 또한 단기 내구성 평가를 위해서는 동결융해, 중성화, 염해에 따른 실험실 촉진 실험과 투수시험을 실시하였으며 장기 내구성 검증을 위해서는 실제 운영 중인 고속도로 터널 내에 시편을 적치하여 복합 환경에 대한 영향을 조사하였다. 분석결과 알칼리프리계만이 유일하게 고강도 목표기준을 만족하였으며, 또한 개발된 고성능 숏크리트가 내구성에 있어서도 매우 우수한 것을 확인하였다.