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요약문
목차
제1장 서론 16
1. 연구개발의 필요성 16
2. 연구개발 목표 및 내용 18
3. 기대성과 및 활용방안 20
4. 당해년도 연구 목표 및 내용 22
제2장 터널 구조물의 변상기구 및 안전/유지관리 기준 24
1. 터널 변상의 정의 24
2. 터널 라이닝의 변상 원인 26
2.1 외력에 의한 변상 27
2.2 재료열화에 의한 변상 29
2.3 누수 및 동해에 의한 변상 30
2.4 기타 31
3. 터널 라이닝의 변상 종류 33
4. 터널조사 및 상태평가 기준 38
4.1 터널조사 38
4.2 상태평가 기준 39
4.3 안전성 평가 및 문제점 43
제3장 터널지보재의 성능저하 원인 및 열화특성 46
1. 개요 46
2. 숏크리트의 열화특성 47
2.1 시편제작 47
2.2 실험방법 48
2.3 숏크리트의 열화특성 50
3. 록볼트의 열화특성 62
3.1 개요 62
3.2 시편제작 63
3.3 실험방법 68
3.4 실험결과 72
4. 소결론 81
제4장 노후화된 터널구조물의 현장조사 및 열화원인 분석 83
1. 개요 83
2. 조사대상 구조물의 개요 85
3. 외관조사 및 수질 분석 86
4. 콘크리트의 탄산화 및 백화 97
4.1 탄산화 97
4.2 백화(Efflorescence) 99
5. 터널 지보재의 역학적 특성 102
5.1 개요 102
5.2 압축강도 102
5.3 투수성 106
6. 콘크리트 라이닝의 열화원인 분석 112
6.1 개설 112
6.2 실험방법 112
6.3 라이닝 콘크리트의 성능저하 원인에 대한 미세구조적 관찰 114
7. 소결론 124
제5장 터널 라이닝의 보수 재료 및 공법 특성 125
1. 개요 125
2. 사용재료 126
3. 실험방법 128
4. 고로슬래그미분말을 사용한 모르타르의 성능평가 131
4.1 개설 131
4.2 저 알루미나형(LSG) 131
4.3 고 알루미나형(HSG) 137
4.4 고로슬래그미분말 대체율 및 알루미나 함량의 영향 139
5. 급결제 사용 모르타르의 성능평가 141
5.1 개설 141
5.2 응결특성 141
5.3 강도특성 143
5.4 염소이온 침투저항성 152
6. 소결론 160
제6장 누수방지를 위한 보수모르타르의 현장적용성 평가 162
1. 개요 162
2. 예비실험 164
3. 시험시공을 위한 시험단면 선정 168
3.1 점누수 168
3.2 면누수 169
4. 사용재료 171
4.1 보수모르타르 배합선정 171
4.2 누수방지 재료 171
5. 보수모르타르의 현장 적용성 평가 176
5.1 시험시공 흐름 176
5.2 시험시공 179
5.3 모르타르의 역학적 성질 187
6. 소결론 190
제7장 누수방지용 유도배수판 공법의 현장적용성 평가 192
1. 개요 192
2. 사용 재료 195
2.1 점누수 195
2.2 면누수 196
2.3 보수 모르타르 197
2.4 기타 재료 197
3. 유도배수판을 이용한 누수방지공법 플로우 199
3.1 점누수 시공 199
3.2 면누수 시공 201
4. 유도배수공법의 현장 적용성 평가 204
4.1 하수 박스 구조물 204
4.2 터널 라이닝 콘크리트 207
4.3 옹벽 209
5. 모르타르의 역학적 성질 212
6. 소결론 216
제8장 결론 217
참고문헌 223
판권기 233
표 1.1 연차별 연구 목표 및 연구내용 19
표 2.1 터널변상의 정의 24
표 2.2 라이닝 바닥부 주변지반조건에 따른 터널의 변상과 원인별 발생현상 28
표 2.3 사용재료에 의한 균열 29
표 2.4 시공조건에 의한 균열 29
표 2.5 사용 및 환경조건에 의한 균열 30
표 2.6 노후화 현상별 원인과 대책 37
표 2.7 터널 상태평가기준(안전점검 및 정밀안전진단 세부지침(터널편), 2009) 40
표 2.8 국내외 터널구조물의 상태평가등급 및 판정요소 41
표 2.9 균열에 대한 평가기준비교 42
표 2.10 누수에 대한 평가기준 비교 42
표 3.1 숏크리트 배합 47
표 3.2 실험용액의 종류 및 수준 49
표 3.3 용액에 침지한 숏크리트 코어 시편의 재령별 외관 등급 평가 51
표 3.4 황산염용액에 침지한 숏크리트 코어 공시체의 재령별 외관 상태 52
표 3.5 록볼트의 작용 효과 개념 62
표 3.6 시편 물성치와 경계조건 64
표 3.7 시멘트 모르타르의 기준배합(1㎥당) 67
표 3.8 실험용액조건과 측정재령 68
표 3.9 현장 록볼트 인발실험 개요 71
표 3.10 RCPT에서 사용되는 입력값 78
표 4.1 조사대상 구조물의 개요 85
표 4.2 수질검사 결과(ppm) 96
표 4.3 R1 터널 라이닝 콘크리트의 압축강도(MPa) 104
표 4.4 조사대상 터널 구조물의 압축강도 (MPa) 105
표 4.5 전위차 촉진 염소이온 확산시험 조건 107
표 4.6 총 통과전하량에 근거한 염소이온 침투성의 평가기준 108
표 5.1 사용된 시멘트질 재료의 화학성분 및 물리적 특성 126
표 5.2 잔골재의 물리적 성질 126
표 5.3 모르타르의 표면 흡수계수 (재령 7일) 133
표 6.1 광물질 모르타르 배합 171
표 6.2 현장 적용 모르타르의 배합 187
표 7.1 시공 조건 213
그림 1.1 연구 로드맵(TRM) 23
그림 2.1 변상현상별 변상유형 27
그림 2.2 팝아웃 현상 31
그림 2.3 손상평가 구성 38
그림 3.1 시편제작 과정 48
그림 3.2 각종 용액에 침지된 시편 49
그림 3.3 침식을 받은 경화체의 외관 등급 기준(Al-Amoudi, 1994) 50
그림 3.4 염산용액(pH 1)에 의해 열화된 숏크리트단면(재령 60주) 51
그림 3.5 각종 용액에 침지한 숏크리트 시편의 재령별 압축강도 54
그림 3.6 각종 용액에 침지한 숏크리트 시편의 재령별 부착강도 57
그림 3.7 각종 용액에 침지한 숏크리트 시편의 XRD분석결과 58
그림 3.8 수중양생을 실시한 숏크리트의 SEM분석결과(500배) 58
그림 3.9 pH-1 용액에 침지한 숏크리트의 SEM분석결과(2000배) 59
그림 3.10 5% 황산나트륨 용액에 침지한 숏크리트의 SEM분석 결과(2000배) 60
그림 3.11 2배농도 인공해수 용액에 침지한 숏크리트의 SEM분석결과(2000배) 61
그림 3.12 록볼트 제원 결정을 위한 수치해석시 사용된 록볼트 모델 63
그림 3.13 전체 시료지름 76mm (시료길이 600, 700, 800mm) 65
그림 3.14 전체 시료지름 140mm (시료길이 600, 700, 800mm) 65
그림 3.15 전체 시료지름 200mm (시료길이 600, 700, 800mm) 66
그림 3.16 수치해석에 의해 결정된 록볼트 시편제원 66
그림 3.17 완성된 록볼트 시편과 구성성분 67
그림 3.18 록볼트 시편 열화 촉진 광경 69
그림 3.19 실내 록볼트 인발시험 시스템 70
그림 3.20 록볼트 시편 고정용 지그 70
그림 3.21 충전재를 이용하여 시공된 록볼트시스템 72
그림 3.22 록볼트 인발응력 측정결과 (그림누락) 73
그림 3.23 레진 충전재를 사용한 록볼트 인발응력 (그림누락) 74
그림 3.24 레진 충전재를 사용한 재령별 록볼트 인발응력 (그림누락) 75
그림 3.25 시멘트 밀크 충전재를 사용한 록볼트 인발응력 (그림누락) 76
그림 3.26. 시멘트 밀크 충전재를 사용한 재령별 록볼트 인발력 및 인발응력 (그림누락) 76
그림 3.27 Rapid Chloride Permeability Test 광경 77
그림 3.28 시멘트 그라우트의 염화물 확산계수 78
그림 3.29 시멘트 콘크리트의 염화물 확산계수(Yang et al., 2004) 79
그림 3.30 시멘트 그라우트의 상대농도-부식시기 곡선 80
그림 3.31 시멘트 그라우트의 절대농도-부식시기 곡선 80
그림 4.1 R1 터널 외관조사 결과 87
그림 4.2 R2 터널 외관조사 결과 88
그림 4.3 R3 터널 외관조사 결과 89
그림 4.4 R4 터널 외관조사 결과 90
그림 4.5 R5 터널 외관조사 결과 90
그림 4.6 R6 터널 외관조사 결과 91
그림 4.7 R7 터널 외관조사 결과 91
그림 4.8 R8 터널 외관조사 결과 92
그림 4.9 S1, S2 터널의 외관조사 결과 94
그림 4.10 T1 터널의 외관조사 결과 94
그림 4.11 조사대상 구조물의 수질분석결과 96
그림 4.12 탄산화 측정 장면 97
그림 4.13 탄산화 깊이 측정결과 98
그림 4.14 터널 지보재에 발생한 백화현상 100
그림 4.15 백태 종류석에 대한 기기분석결과 101
그림 4.16 R1 터널에서 채취한 코어 공시체의 위치도 104
그림 4.17 코어 압축강도(R1 터널) 105
그림 4.18 비파괴 압축강도(R1 터널) 106
그림 4.19 전위차 촉진 확산셀 107
그림 4.20 확산공시체 (그림누락) 107
그림 4.21 총 통과전하량(R1 터널) 109
그림 4.22 염소이온 확산계수 109
그림 4.23/그림 4.24 염소이온 침투깊이 110
그림 4.24/그림 4.25 침투깊이에 의한 확산계수 111
그림 4.25/그림 4.26 SEM 및 EDS 측정 장치 113
그림 4.26/그림 4.27 H-1지점 코어 공시체의 표면부분 기기분석결과 115
그림 4.27/그림 4.28 H-1지점 코어 공시체의 표면에서 10mm 부분의 SEM 및 EDS분석 116
그림 4.28/그림 4.29 J지점 코어 공시체의 표면 부분 기기분석결과 118
그림 4.29/그림 4.30 J지점 코어 공시체의 표면부분에 생성된 반응생성물 기기분석 119
그림 4.30/그림 4.31 H지점 부근 상단 천정부분 샘플의 표면부분 기기분석결과 120
그림 4.31/그림 4.32 H지점 부근 상단 천정부분 샘플의 표면의 SEM과 EDS 121
그림 4.32/그림 4.33 J지점 부근 천정부 샘플에 대한 기기분석결과 122
그림 4.33/그림 4.34 J지점부근 천정부분 샘플의 표면부분 SEM과 EDS 123
그림 5.1 모르타르 배합 기호 127
그림 5.2 부착강도 시험 128
그림 5.3 확산실험 광경 130
그림 5.4 LSG 모르타르의 플로우 값 132
그림 5.5 모르타르의 압축강도 발현 132
그림 5.6 모르타르 표면흡수계수(재령 7일) 135
그림 5.7 모르타르의 재령별 밀도변화 136
그림 5.8 RCPT에 의한 투수성 실험결과 136
그림 5.9 HSG 모르타르의 플로우 값 137
그림 5.10 HSG 사용 모르타르의 압축강도 138
그림 5.11 HSG 및 LSG 대체율에 따른 모르타르의 유동성 및 압축강도 비교 140
그림 5.12 알칼리프리계 급결제를 혼입한 모르타르의 응결특성 142
그림 5.13 알루미네이트계 급결제를 혼입한 모르타르의 응결특성 142
그림 5.14 알칼리프리계 급결제를 혼입한 숏크리트의 압축강도 143
그림 5.15 알루미네이트계 급결제를 혼입한 숏크리트의 압축강도 144
그림 5.16 급결제 종류 및 혼입율에 따른 숏크리트의 휨강도 146
그림 5.17 급결제 종류 및 혼입율에 따른 숏크리트의 부착강도 148
그림 5.18 급결제 종류 및 혼입율에 따른 모르타르의 압축 및 휨강도와의 관계 150
그림 5.19 급결제 종류 및 혼입율에 따른 모르타르의 압축 및 부착강도와의 관계 152
그림 5.20 급결제 종류 및 혼입율에 따른 모르타르의 총통과전하량 154
그림 5.21 급결제 종류 및 혼입율에 따른 모르타르의 염소이온 침투깊이 156
그림 5.22 모르타르 종류별 염소이온 침투깊이 측정 156
그림 5.23 급결제 종류 및 HSG 대체율에 따른 모르타르의 투수저항 157
그림 5.24 HSG 사용 모르타르의 투수저항과 총통과전하량과의 관계 158
그림 5.25 급결제 종류 및 HSG 대체율에 따른 모르타르의 염소이온 확산계수 159
그림 5.26 총통과전하량과 확산계수와의 관계 159
그림 6.1 터널 누수 형상(점누수) 162
그림 6.2 터널 누수 형상(면누수) 162
그림 6.3 터널 라이닝 공법의 유도 배수 시스템 163
그림 6.4 스프레이 장비 및 모르타르 믹싱장비 164
그림 6.5 급결제 펌핑장비 164
그림 6.6 모르타르 믹싱 165
그림 6.7 모르타르 스프레이 시공 166
그림 6.8 급결제사용 모르타르 시공 166
그림 6.9 시험체 제작 167
그림 6.10 표면 마무리작업 167
그림 6.11 단면의 누수 형상(복합점누수) 168
그림 6.12 단면의 누수 형상(점누수) 169
그림 6.13 단면의 누수 형상(복합누수) 170
그림 6.14 단면의 누수 형상(균열 면누수) 170
그림 6.15 점누수 유도 배수를 위한 장치 172
그림 6.16 점누수 지역의 관로 결합 172
그림 6.17 면누수 유도 배수장치(방사형) 173
그림 6.18 면누수 유도 배수장치(수직형) 174
그림 6.19 배수관 고정핀 174
그림 6.20 배수장치 고정장비 175
그림 6.21 터널 콘크리트의 보수ㆍ보강 흐름 176
그림 6.22 점누수 시공 흐름 178
그림 6.23 면누수 시공 흐름 179
그림 6.24 초속경 광물질 모르타르 적용 180
그림 6.25 광물질 모르타르 적용(급결제사용) 180
그림 6.26 초속경 광물질 모르타르 181
그림 6.27 표면 마무리 작업 181
그림 6.28 표면마무리 및 작업 완료(점누수+초속경광물질) 182
그림 6.29 면누수 마무리 작업 182
그림 6.30 숏크리트 모르타르 시공완료(초속경 광물질 모르타르) 183
그림 6.31 숏크리트 모르타르 시공완료(점누수) 184
그림 6.32 숏크리트 모르타르 시공완료(면누수) 185
그림 6.33 숏크리트 모르타르 시공완료(점누수) 186
그림 6.34 모르타르 시공후 부착강도 측정결과 187
그림 6.35 모르타르 시공후 압축강도 측정결과 188
그림 6.36 모르타르 시공후 휨강도 측정결과 188
그림 7.1 터널 누수 형상(점누수) 193
그림 7.2 터널 누수 형상(면누수) 193
그림 7.3 터널 보수/보강 후 균열 및 누수 194
그림 7.4 터널 구조물의 점누수 195
그림 7.5 점누수용 유도배수판 195
그림 7.6 터널 구조물의 면누수 196
그림 7.7 면누수 유도배수판 197
그림 7.8/그림 7.7 배수관 고정핀 198
그림 7.9/그림 7.8 모르타르 탈락방지용 철메쉬 198
그림 7.10/그림 7.9 점누수 유도배수공법 시공 순서 199
그림 7.11/그림 7.10 점누수용 유도배수판 시공 장면 201
그림 7.12/그림 7.11 시공 완료 201
그림 7.13/그림 7.12 면누수 유도배수공법 시공장면 203
그림 7.14/그림 7.13 하수박스 구조물 천정부 철근노출 204
그림 7.15/그림 7.14 하수박스 구조물 현장적용 시공장면 206
그림 7.16/그림 7.15 터널 라이닝 콘크리트 구조물 현장적용 시공장면 208
그림 7.17/그림 7.16 부착강도 측정 장면 209
그림 7.18/그림 7.17 배수판 시험시공 조건 210
그림 7.19/그림 7.18 부착강도 측정후 단면(Case Ⅰ) 210
그림 7.20/그림 7.19 부착강도 측정 후 단면(Case Ⅲ) 211
그림 7.21/그림 7.20 모르타르 압축 및 부착강도(실내실험) 212
그림 7.22/그림 7.21 보수모르타르 부착강도(옹벽) 213
그림 7.23/그림 7.22 시공조건(W-3 및 TL-2) 214
그림 7.24/그림 7.23 보수모르타르 부착강도(터널 라이닝) 214
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