숏크리트 : 형상에 구애받지 않는 지보재

숏크리트의 구분

1. 시공방법에 따른 구분 :

- 건식(dry-mix) 및 습식(wet-mix). 1990년대 중반 이전까지는 건식 숏크리트가 지배적으로 사용되었으나, 현재에는 성능, 시공성, 작업성 등이 우수한 습식 숏크리트가 전세계 숏크리트의 80~90%를 차지고 하고 있다(Melbye and Dimmock, 2001).

 

2.보강재료에 따른 구분 :

- 강섬유보강 숏크리트 및 철망보강 숏크리트. 숏크리트의 취성파괴 특성을 보완하고 인성(toughness)을 확보하기 위하여 강섬유(steel fiber) 또는 철망(wire mesh)이 사용될 수 있다. 최근 들어서는 부식으로 인한 내구성 저하를 방지하고 높은 인성을 확보할 수 있는 고성능의 합성섬유(synthetic fiber)가 외국에서 일부 적용되고 있다(Melbye and Dimmock, 2001). 대표적인 합성섬유로는 폴리프로필렌 (polypropylene) 섬유를 들 수 있다.

 

3.성능에 따른 구분 :

- 일반 숏크리트 및 고강도 숏크리트. 일반 숏크리트는 재령 28일 압축강도 기준이 21MPa 인 현행의 숏크리트를 의미하며, 고강도 숏크리트는 고강도 보강을 목적으로 활용되기 위하여 재령 28 일 압축강도가 35MPa 이상으로 향상된 숏크리트를 의미한다. 고강도 숏크리트는 일반적으로 내구성이 우수하므로 터널지보재를 영구지보재(permanent support)로 적용하고 콘크리트라이닝을 생략하는 NMT (Norwegian Method of Tunnelling)과 같은 싱글쉘(single-shell)터널에서는 고성능 숏크리트(high- performance shotcrete)로 불리기도 한다

 

숏크리트의 지보기능

1.축압축저항에 의한 지보기능 :

- 숏크리트는 콘크리트와 마찬가지로 재료특성상 휨강도 및 전단강도에 비해 압축강도가 크다. 숏크리트는 터널굴착면에 아치구조를 형성하고 반경방향의 응력에 대하여 축방향의 압축력(축력)이 발생하여 저항한다. 따라서 이와 같이 숏크리트로 인한 아치구조의 형성과 축압축저항에 대한 지보기능은 압축강도가 큰 숏크리트의 특성을 잘 활용하는 것이라 할 수 있다.

 

2.휨저항에 의한 지보기능 :

- 숏크리트에 부석, 키블록(key block) 등의 국부적인 외력이 작용하는 경우, 숏크 리트의 일부분은 보(beam) 또는 쉘(shell)로서 휨저항에 의해 외력에 저항할 수 있다. 이때 지보부재로서의 휨저항을 저감시키지 않도록 하기 위하여 지반과 숏크리트의 부착이 양호해야 한다. 록볼트 선단의 지압판 도 숏크리트의 휨저항에 의한 지보기능을 발휘하기 위한 일종의 교점으로 볼 수 있다.

 

3.전단저항에 의한 지보기능 :

- 숏크리트에 부석, 키블록(key block) 등의 국부적인 외력이 작용하는 경우 또 는 암반블록 등으로 인해 전단하중이 작용하는 경우, 숏크리트의 일부분은 보(beam) 또는 쉘(shell)로서 전단저항에 의해 외력에 저항할 수 있다. 이때 지반과 숏크리트의 부착력이 충분하지 않으면, 암반블록의 저면 양단에서 박리가 발생할 수 있다. 그 결과 숏크리트에 휨모멘트가 발생하고 지보능력이 저하될 수 있다.

 

4.지반과의 부착효과 :

- 숏크리트와 지반이 부착되어 있지 않고 일체화되지 않는 경우, 숏크리트의 자중과 암반블록의 자중을 숏크리트의 강성으로만 지지하게 된다. 하지만 숏크리트와 지반 사이에 부착이 충분되어 있고 일체화되어 있다면, 암반블록과 숏크리트의 자중을 숏크리트와 지반의 복합체 강성으로 지지할 수 있다. 즉, 부착이 없는 경우와 비교하여 부착성이 양호한 경우에, 축력은 증가하지만 숏크리트의 하중분담은 줄어들고 휨응력과 휨모멘트의 발생이 작아지게 된다. 따라서 숏크리트가 굴착면에 충분히 부착될 수 있도록 유의하여야 한다.

 

 

참고) 터널설계기준 해설