암반분류법

왜 배우는가: 암반분류는 터널·사면·기초 설계에서 굴착 방법과 지보량을 정하는 출발점이다. RQD, RMR, Q-시스템은 실무 설계 보고서와 시험 문제에 함께 등장하므로 개념과 수치를 정확히 정리해 두어야 한다.

출제 이력: 제114회 1교시 10번, 제114회 3교시 5번, 제111회 2교시 4번, 제109회 1교시 3번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

암반분류는 불연속면 상태와 암석 강도 등을 점수로 평가해 암반 등급을 정하고, 이를 설계·시공 기준에 연결하는 체계다.

답안에 쓸 핵심 키워드는 다음과 같다.

• 암반: 암석 덩어리에 절리·층리·균열 같은 불연속면이 포함된 구조체다.
• 불연속면: 암반의 강도와 변형을 지배하는 틈이며, 방향·간격·상태로 표현한다.
• RQD(Rock Quality Designation): 시추코어에서 100mm 이상인 코어편 길이의 백분율이다.
• RMR(Rock Mass Rating): 다섯 변수의 점수와 방향 보정으로 0~100점을 매기는 분류법이다.
• Q-시스템(Q-system): 여섯 지표를 곱하고 나누어 암반 품질 Q를 구하는 분류법이다.
• 자립시간: 지보 없이 굴착면이 스스로 버티는 시간이다.
• 지보 설계: 록볼트·숏크리트 같은 보강재의 종류와 양을 정하는 일이다.

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 암반분류는 암반이 얼마나 단단하고 얼마나 깨졌는지를 점수로 나누는 일이다. 같은 화강암이라도 금이 많이 간 암반과 덩어리가 큰 암반은 터널에서 거동이 전혀 다르다. 그래서 암석 시험값만으로는 설계할 수 없고, 불연속면 상태까지 함께 봐야 한다.

정식으로 보면 암반역학은 암반을 암석 재료와 절리·층리·균열 같은 불연속 분리면을 포함한 하나의 구조체로 취급한다. 암반분류는 이 구조체의 변형·강도·응력 전달 특성을 현장 조사 항목으로 바꾸어 등급으로 표시하는 실무 도구다. 분류 결과는 굴착 방법, 지보 패턴, 사면 경사, 기초 지지력의 출발값이 된다.

RQD는 시추코어 회수율을 암질 지표로 바꾼 값이다. 시추코어 중 길이 100mm 이상이고 단단하며 건전한 코어편의 길이 합을 시추 총길이로 나눈 백분율이다. 1964년 Deere가 정의했고, 직경 54.7mm 안팎인 NX 규격 코어에서 측정하는 것을 전제로 한다. 풍화되어 부서진 조각은 길이가 100mm 이상이어도 제외한다.

$RQD(\%) = \frac{\sum L_i\ (L_i \ge 100\,\text{mm})}{L} \times 100$

여기서 L_i는 개별 코어편 길이(mm), L은 해당 구간의 시추 총길이(mm)다. 판정은 RQD 75% 초과면 양호로 보고, 50% 미만이면 불량으로 본다.

RMR은 1973년 Bieniawski가 남아프리카공화국 광산 터널의 경험으로 제안하고 1979년에 일부 수정한 분류법이다. 다섯 변수는 암석 일축압축강도, RQD, 불연속면 간격, 불연속면 상태, 지하수 상태다. 각 변수 점수를 합한 뒤 불연속면 방향에 따른 보정값을 적용하여 0~100점을 얻는다. 점수가 높을수록 암반이 좋으며, 81~100점 I등급, 61~80점 II등급, 41~60점 III등급, 21~40점 IV등급, 0~20점 V등급으로 나눈다. 등급이 올라갈수록 같은 굴착 폭에서 자립시간이 길어져 보강을 줄일 수 있다.

Q-시스템은 1974년 노르웨이 지반공학연구소(NGI)의 Barton, Lien, Lunde가 개발했다. 여섯 지표를 다음 식으로 조합한다.

$Q = \frac{RQD}{J_n} \times \frac{J_r}{J_a} \times \frac{J_w}{SRF}$

J_n은 절리군 수, J_r은 절리면 거칠기 계수, J_a는 절리면 변질 계수, J_w는 절리수 감소계수, SRF는 응력 감소계수다. Q값은 Q 0.001~1000 범위이며, 값이 클수록 암반이 양호하다. 지보 설계에서는 굴착 폭에 따른 등가치수와 함께 지보 종류를 정하는 데 쓴다.