• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제26권1호
• /
• pp.19-37
• /
• 2024

록볼트는 NATM터널의 주 지보재로서 터널공사 현장에 널리 이용되고 있다. 국내 터널 현장에서는 전면접착형 록볼트가 가장 많이 사용되고 있다. 전면접착형 록볼트는 그라우트에 의해 볼트체와 지반 간 상대적인 거동을 구현한다. 그러나 터널 수치해석 시 전면접착형 록볼트는 이러한 거동 특성이 반영되지 못한 방법으로 모델링되는 경우가 많다. 이러한 경우, 지보재의 부재력을 과소 혹은 과대 평가하는 요인이 될 수 있다. 본 연구에서는 전면접착형 록볼트의 합리적인 모델링 방법에 대한 연구를 수행하였다. 문헌 연구 결과, 전면접착형 록볼트는 Cable요소와 Truss요소로 모델링되는 것으로 분석되었다. Cable요소의 그라우트 물성치가 록볼트 거동에 미치는 영향을 분석하기 위해, 그라우트 물성치를 록볼트 인발시험 데이터를 통해 산정하여 적용한 모델과 록볼트와 지반 간 완전 접착을 가정하기 위해 임의로 크게 적용한 모델의 록볼트 거동을 비교하였다. 동일한 터널 조건에서 전면접착형 록볼트를 Truss요소와 Cable요소로 각각 다르게 모델링하여 수치해석을 수행하였고, 이에 따른 터널 거동을 분석하였다. 연구 결과, 록볼트와 지반 간 경계면 효과, 즉, 그라우트를 고려할 수 있는 요소로 전면접착형 록볼트를 모델링하는 것이 바람직한 것으로 검토되었다. 실제 전면접착형 록볼트의 거동을 모사하기 위해 인발시험 데이터를 활용하는 방법은 유효한 방법으로 검토되었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제19권4호
• /
• pp.651-668
• /
• 2017

터널 굴착에 따른 초기 안정성 확보를 위해 1차 지보재인 숏크리트와 록볼트를 가장 적절한 시기에 터널 굴착면 주면으로 타설하여야 한다. 이러한 지보재의 역할은 장 단기적인 터널 안정성에 매우 중요한 역할을 하기 때문이다. 여기서 록볼트는 터널 굴착시 응력이완에 따라 발생되는 외압을 축력으로 받아들여 터널 굴착면의 숏크리트에 전달하여 전체적인 안정성을 도모하는 중요한 지보재이다. 현재까지 록볼트의 재료는 현장 수급이 유리한 이형강봉을 많이 이용하였으나 최근들어 불확실한 품질의 중국산 자재의 시장진입과 록볼트 주면 모르타르 충전시 흘러내림에 의한 밀실한 충전불량, 용수에 의한 부식 등 다양한 문제점이 나타나고 있다. 특히, 현재의 설계기준상 이형강봉에 대한 기계적 성질의 기준은 있으나 그 외 섬유보강 플라스틱(FRP) 등이 사용될 수 있으나 명확한 기준은 제시되지 않고 있다. 그래서 새로운 소재로 개발되더라도 실제 현장 적용에 있어서는 해결해야 할 부분이 많다. 따라서, 본 연구에서는 상기의 기존 록볼트가 지니고 있는 여러 문제점을 해결, 개선하고자 Autobeam 재료를 이용한 고강도 강관 록볼트(Samrt Pipe-록볼트, 이하 SP-록볼트)를 개발한 내용을 다루고 있다. 개발된 록볼트의 성능평가를 위해 현장시험을 수행하고, 기존 모르타르 충전을 개선할 수 있는 충전재를 개발하여 록볼트의 성능을 더욱 향상하고자 하였다. 또한, 실무현장의 적용성 확보를 위해 설계 및 시공기준에 대한 연구를 수행하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제19권5호
• /
• pp.388-396
• /
• 2009

록볼트는 지하공동 굴착시 암반의 과도한 이완을 초기에 방지할 수 있는 가장 중요한 터널 지보재 중 하나이다. 국내외에서 록볼트의 설치에 따른 침하저감 및 보강효과, 다양한 록볼트 형태에 따른 터널 안정성 증대효과 등 록볼트 지보효과에 대한 많은 연구는 있으나, 록볼트에 긴장력을 가함으로써 절리암반의 지반보강 효과에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 수평절리암반을 모사한 모형지반에서 록볼트의 긴장력 및 설치간격을 변수로 하여 대형모형실험을 실시하여, 록볼트에 의한 지반 보강효과를 확인하였다. 록볼트의 긴장력에 의한 절리암반 보강효과를 확인하기 위하여 단순보를 조성하여 긴장력과 설치간격을 변수로 하였다. 굴착에 따른 모형지반 중앙하부 처짐량을 측정하여 록볼트로 보강된 보강영역의 지반변형계수를 도출하였다.

• 터널과지하공간
• /
• 제20권4호
• /
• pp.267-276
• /
• 2010

오늘날 전면접착형 록볼트는 암반공학 현장에서 주요 지보재로써 널리 이용되고 있다. 따라서 정밀한 록볼트 지보설계를 위해서는 록볼트의 지보거동 특성을 정확히 이해하는 것이 중요하다. 그 중요성에도 불구하고 아직까지도 전면접착형 록볼트의 지보력이 발휘되는 원리를 완전히 이해하지 못하고 있다. 지금까지 제시된 대부분의 해석적 모델들은 볼트의 경계조건을 단순화시켜 개발되었기 때문에 현장 록볼트의 지보거동을 이해하는 도구로 사용하기에는 적합하지 않다. 이 연구에서는 전면접착형 록볼트의 지보력 발휘 메카니즘을 이해하기 위하 여 3차원 탄성 유한요소해석을 실시하였다. 이를 통해 볼트 선단의 변위경계조건 변화, 암반탄성계수의 변화, 그리고 절리면의 교차가 록볼트의 전단응력 및 축응력 분포특성에 미치는 영향을 분석하였다. 해석결과는 볼트 선단의 고정판 설치 유무가 록볼트의 지보력 발휘 및 보강효과 증대에 큰 영향을 미치고 있음을 보여주었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제8권3호
• /
• pp.259-271
• /
• 2006

본 연구에서는 시멘트 모르타르계 충전재에서 염화물의 확산에 의해 발생할 수 있는 록볼트의 부식 가능성을 예측하고자 하였다. 장기적인 내구성 측면에서 지하수에 포함된 황산염이나 염화물과 같은 화학적 성분들에 의해 록볼트 성능이 저하될 수 있으며, 특히 록볼트 강봉은 주로 염화물에 의해 부식된다. 이러한 록볼트의 부식은 강봉의 체적 팽창을 야기하여 결국 록볼트 충전재에 균열을 발생시키게 된다. 따라서 본 연구에서는 염화물에 의한 록볼트의 부식여부를 평가하고 록볼트의 장기 내구성을 예측하기 위한 척도로서, 시멘트 모르타르계 충전재의 염화물 확산계수를 이용하였다. 이때 염화물 확산계수를 측정하기 위하여 전기촉진시험법을 적용하였다.또한 실험실조건에서 록볼트의 인발내력을 보다 쉽게 측정하기 위하여 간단한 인발시험 시스템을 새롭게 제안하였다. 본 연구의 실험결과, 일반적인 콘크리트 재료에서보다 시멘트 모르타르계 충전재에서 염화물의 확산이 더욱 용이 한 것으로 나타났다. 즉, 록볼트가 완전 충전된 경우라 할지라도 부식을 발생시킬 수 있는 화학적 성분의 농도가 높은 경우, 화학적 성분의 확산에 의해서 단기간에 록볼트가 쉽게 부식될 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제25권6호
• /
• pp.459-468
• /
• 2023

본연구에서는 국내에서 많이 활용되고 있는 시멘트 모르타르 및 수지와 같은 그라우팅재를 이용한 정착형 록볼트와 새롭게 제시되는 탄성복원력을 이용한 강관 마찰형 록볼트에 대한 인발력실험을 수행하고 그 결과를 비교분석 하였다. 지하수가 없는 건조한 조건에서 실험한 결과, 기존 시멘트 모르타르를 이용한 록볼트에 대한 인발력이 레진을 이용한 록볼트와 마찰형 강관 록볼트와 비교하여 측정한 인발력이 상대적으로 크게 나타났다. 그럼에도 불구하고 탄성복원력을 이용한 마찰형 강관 록볼트는 특히 지하수가 존재하여 그라우팅재료의 손실과 양생에 영향을 미치는 현장조건에서 유용하게 사용할 수 있을 것으로 판단된다. 이와 더불어 마찰형 강관 록볼트는 설치가 간편하고 빠른 장점을 가질 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
• /
• 제11권1호
• /
• pp.47-56
• /
• 2009

록볼트는 숏크리트와 함께 지하구조물의 주지보재로써 중요한 역할을 수행한다. 따라서 록볼트에 발생된 공동결함은 지하구조물의 안정성에 영향을 줄 수 있다. 최근 록볼트 건전도 평가를 위한 비파괴 검사 방법들 중 피에조 디스크 엘리먼트와 음향방출센서를 사용하는 유도초음파의 투과법과 반사법이 우수한 결과를 보여 주었다. 하지만 피에조 디스크 엘리먼트에서 발생되는 파는 현장에 적용하기에 부족한 에너지의 크기를 가진다. 또한 투과법의 경우 현장에서 록볼트 시공시 피에조 디스크 엘리먼트를 철근 끝단에 설치하여 시공하여야 한다. 본 연구의 목적은 충분한 에너지를 발생시킬 수 있는 유도초음파의 반사법을 개발하고 이를 현장에 시공된 록볼트의 건전도를 경가에 적용하는 것이다. 본 연구는 실내실험과 현장실험으로 수행되었다. 충분한 에너지를 갖는 유도초음파를 록볼트 두부에 자국정을 대고 해머로 타격하여 발생시켰으며, 이를 음향방출센서로 수신하였다. 측정된 신호의 분석을 위해 웨이브렛 변환을 이용하였다. 웨이브렛 변환의 최고점으로부터 에너지 속도를 산정하여 록볼트의 건전도를 평가하였다. 유도초음파의 에너지 속도는 실내에 설치된 록볼트 실험체와 현장에 시공된 록볼트의 결함비율이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구의 결과는 해머 타격방법이 현장에서 록볼트 건전도 평가에 유용한 방법이 될 수 있음을 보여 준다.

• 터널과지하공간
• /
• 제19권3호
• /
• pp.181-189
• /
• 2009

이 연구는 지보재로서 가장 널리 사용되고 있는 록 볼트와 새로운 지보 형태인 스파이럴 볼트에 대한 지보특성을 비교하여 두 지보재의 지보효과를 평가하는데 있다. 이를 위하여 시멘트-모르타르 그라우트의 양생기간이 7일과 28일에 대한 록 볼트와 스파이럴 볼트의 실내인발시험을 실시하였으며, 각 시험결과로부터 인발하중, 변위 그리고 구속압, 내부압, 전단응력 등을 각각 구하였다. 인발하중에 대한 변위의 관계를 보면 각각의 양생기간에 대해서 스파이럴 볼트의 변위가 록 볼트에 비해 크게 나타나는데, 이것은 록 볼트의 역학적 성질이 스파이럴 볼트보다 크기 때문인 것으로 사료된다. 또한 양생기간이 길 경우 두 지보재의 변위는 거의 동일하거나 감소하는 경향을 보이는데, 그 원인은 양생기간에 따라 그라우트의 압축강도가 증가하므로 지보재와 시멘트-모르타르 그라우트 사이의 부착력이 증가하기 때문으로 사료된다. 구속압을 비교한 결과 동일한 인발하중단계에서 스파이럴 볼트의 구속압이 록 볼트보다 크게 나타났다. 이러한 사실은 같은 조건하에 있는 지반이나 암반에 지보재를 설치 할 경우 시공성 측면에서 스파이럴 볼트가 록 볼트보다 지반이나 암반의 안정성을 확보하는데 더 효과적임을 지시한다. 이상의 결과를 종합해 볼 때 같은 조건하에 있는 지반이나 암반에 지보재를 설치할 경우 새로운 형태의 지보재인 스파이럴 볼트가 기존의 지보재인 록 볼트보다 인발하중과 구속압을 더 크게 발휘하는 것으로 사료된다. 아울러, 지보재에 있어서 경제성, 현장에서의 지보재 시공성 뿐만 아니라 지보재 설치 전후의 지반이나 암반의 안정성 측면 등을 고려할 때 스파이럴 볼트가 록 볼트에 비하여 더 효과적일 것으로 판단된다.

• 대한토목학회논문집
• /
• 제33권4호
• /
• pp.1529-1539
• /
• 2013

최근에 일본의 시공사례에 따르면 터널확대를 위해 보호공(프로텍터)을 설치하고 기존 터널을 사용하면서 시공하는 경우에는 록볼트를 굴착방향에 수직하게 타설할 수 없어서 경사지게 타설하는 경우가 있다. 운용 중인 터널을 확대 시공하는 경우에는 작업조건이 매우 나쁘기 때문에 록볼트의 패턴(경사 록볼트 설치, 사전 록볼트 시공, 록볼트 제외 등)에 대한 검토가 필요하다. 이 연구에서는 모형시험을 이용하여 일반적으로 터널 굴착방향과 수직하게 설치되는 시스템 록볼트의 보강효과와 터널 굴착방향에 경사지게 설치되는 경사 시스템 록볼트의 보강효과를 비교하였다. 모형 록볼트의 설치각도, 설치간격, 정착 길이 등을 변화시켜 총 24회의 모형시험을 수행하였으며, 모형시험 결과 모형볼트 1개가 부담하는 면적에 대한 이완하중 발생률은 부담면적 감소에 따라 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 모형볼트 정착 길이 변화에 따른 이완하중 발생률은 정착 길이가 길어질수록 감소하는 경향이 나타났다. 한편 터널 지보재 설치효과를 주변 지반의 공학적 특성 증가로 간주하는 지보재 모형화 방법에 의한 2차원 수치해석 결과가 모형시험의 처짐 증가량 발생경향을 유사하게 예측하는 것으로 나타나 본 해석 기법이 경사 시스템 록볼트의 보강효과를 적절히 모사할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국지반환경공학회 논문집
• /
• 제24권4호
• /
• pp.13-22
• /
• 2023

본 논문에서는 시험적 연구를 통해 록볼트가 지보효과를 발휘하는 시기를 그라우트 강도로 제시하고, 수치해석적 연구를 통해 지반조건과 경계면 강도감소계수에 따른 록볼트 인발 거동을 분석한 연구를 다루었다. 그 결과 록볼트는 그라우트 강도 5 MPa(재령 18시간)에서 지보효과를 발휘하였으며, 경계면 강도감소계수의 영향은 록볼트 변위의 경우 연약한 지반일수록, 그라우트- 지반의 전단응력의 경우 지반의 탄성계수가 높을수록, 그라우트 응력의 경우 모든 지반조건에서 영향이 큰 것으로 분석되었다. 이러한 연구결과는 록볼트 인발시험의 구체적인 기준 재정립과 록볼트 수치해석에 도움이 될 것으로 판단된다.