압출현상(Squeezing)

정의

압출현상은 응력이 암반의 강도를 넘어 터널 주변이 내공 안쪽으로 밀려 나오는 현상이다.

굴착 직후 한꺼번에 무너지는 것이 아니라, 변위가 몇 주에서 몇 달에 걸쳐 계속 늘어난다.

이 점이 붕락이나 낙반과 구별되는 핵심이다.

발생 원리와 구성요소

압출은 응력이 강도보다 커서 소성변형이 계속되고, 시간의존성 거동이 겹칠 때 생긴다.

표의 구성요소는 주변 암반, 지보재, 인버트, 계측 시스템이다.

압출은 시간의존적 소성변형이 지속되는 현상으로, 지보 강성보다 변형 허용이 핵심 대책이다.

강도비와 판정 절차

압출 판정은 지반조사와 막장 관찰로 암질과 토피고를 파악하는 데서 시작한다.

그다음 강도비 σcm/p0를 구하고, 압출 가능성을 판정한다.

강도비가 작을수록 압출 위험이 크다. 가능성이 크면 분할굴착으로 바꾼다.

이후 내공변위를 계측해 변위 수렴 여부를 확인하고 2차 보강을 결정한다.

압출의 세 가지 유형

압출은 발생 원인에 따라 세 가지 유형으로 구분한다.

팽창성 압출은 물과 점토광물의 상호작용이 핵심이라 배수와 방수가 우선이다.

점성·가소성 압출은 시간 의존 변형을 허용하는 가축성 지보 설계가 핵심이다.

전단 파괴형은 높은 지압에 따른 소성 전단으로, 분할굴착과 가축성 강지보로 대응한다.

팽창과 압출의 구별

헷갈리기 쉬운 짝은 압출과 팽창이다. 두 현상의 원인을 구분해 보자.

팽창은 수분 흡수에 따른 체적 증가이고, 압출은 응력에 의한 소성 흐름이다.

두 현상이 함께 나타나기도 하므로 답안에서는 원인을 분리해 서술한다.

시험에서 흔한 실수는 압출을 팽창압과 같은 개념으로 보는 것이다.

판정 계산 예제

토피고 300m, 일축압축강도 10MPa인 가상의 예로 판정 절차를 계산해 보자.

초기 지압은 γH이며, 단위중량 25kN/m³를 가정하면 7.5MPa가 된다.

판정 지수 N은 σc를 p0로 나눈 값이며, 약 1.33이 된다.

N이 1보다 커서 강도가 지압을 약간 상회한다. 다만 이 값만으로 압출을 단정하지는 않는다.

정리

압출현상은 응력이 지보 저항을 넘어 지반이 내측으로 밀려드는 현상이다.

시간에 따라 변위가 지속 증가하므로 계측으로 수렴을 확인해야 한다.

대책은 가축성 지보, 인버트 폐합, 분할굴착이며 강성 지보만으로는 억제하기 어렵다.

사전 지반조사와 시공 중 계측을 연계한 적응형 시공이 필요하다.