제10강에서는 암반 구분(Rock Mass Type)에 따라서 화산암 지층 등에서 형성 되는 복합 암반(Composite Rock Mass)에 대에 기술하고자 한다. 복합 암반은 화산암 지층에서 지질작용에 의해 연암반(Soft rock)과 경암반(Hard rock)이 교호하는 복잡한 암반으로서, 본 장에서는 복합 암반의 공학적 특징과 거동 특성 그리고 터널과 사면에서 발생하는 지오리스크(Geo-Risk)에 대하여 실제 사례를 중심으로 살펴보고자 한다.
복합 암반 복합 암반은 하나의 지질단위에서 연암반과 경암반이 교호하거나 혼재되어 나타나는 복합구조(Composite structure)를 가지는 암반을 말한다. 일반적으로 화산암 지대에서 연암반의 특성을 나타내는 미고결 또는 반고결 상태의 화산쇄설물 퇴적층과 현무암 또는 안산암 등의 경암반이 혼재되어 나타나거나, 서로 다른 공학적 특성을 가진 화산쇄설암이 순차적으로 퇴적되면서 연암반과 경암반이 교호하면서 나타나는 응회암 지대에서 볼 수 있다. 복합암반은 지층 자체의 불균질성 뿐만 아니라, 단단한 암반하부에 연약한 층이 존재하는 수직적 불균질성이 나타날 수 있는 지질 조건을 가지고 있으므로, 지반조사시에 지층조건이나 지반조건에 대한 잘못된 해석을 가져올 수 있으며, 특히 이러한 복합 특성은 하부 연약암반에 의한 암반구조물의 불안정성을 가져와 커다한 피해를 가져올 수 있다.
복합 지질 다양한 화산활동에 의해 형성되므로 신생대 제3기층과 제4기층에서 흔히 볼 수 있다. 국내의 경우 동해안을 따라 형성된 제3기 지층을 분포하며, 제4기 지층인 제주도와 전곡리 등에서의 현무암 지층에서 볼 수 있다. 이 지역의 화산성쇄설암 지반융기로 인해 속성과정이 중단되어 미고결 상태를 보이며 공학적으로 암석과 퇴적물의 특성을 동시에 보이고 있다. 본 지층의 가장 큰 특성은 공간적 불균질성으로 상층에 단단한 지층이 존재하고 그 하부에 연약한 지층이 놓이는 경우로 연약한 지층 상부에 화산암 분출하는 경우다. 따라서 복합 지층의 경우, 지반조사시 주의를 기울이지 않으면 지반 상태에 대해 오판할 가능성이 높다. 또한 상세하게 구분된 지질단위의 분포 특성과 공학적 특성에 분석하여 암반구조물 설계 및 시공에 적용되어야 한다.
1. 화산암과 화산쇄설암
화산암(Volcanic Rock) 화산암은 마그마가 지표에 나와 고결된 분출암으로 빠르게 냉각되어 비정질, 세립질, 유리질의 결정조직을 보이며 휘발물질이 빠져나와 생긴 기공이 특징이다. 대표적인 화산암으로는 현무암, 안산암, 유문암, 응회암을 들 수 있는데 이 중 현무암은 화산암 전체의 90% 이상을 차지한다.
분출암(Extrusive Rock) 용융된 규산염 물질인 마그마가 지표면으로 흘러나오거나 분출되어 굳은 것인데 대기에 의해 급격히 냉각되므로 구성입자의 크기가 작다. 대부분 화산에서 분출되어 생성되었기 때문에 화산암이라고도 한다. 관입암인 심성암에 비해, 암석 안에 광물의 입자가 작고 석기를 가진 점이 다르다.
화산암 분포 한반도에서의 화산활동은 중생대 백악기말에 가장 활발하였다. 이 시기에 화산암 및 응회암들은 한반도 동남부 경상남북도 일대와 전라남도 남부 일대에 분포하며 경상누층군의 유천층군에 해당한다. 경상 분지를 포함한 백악기 분지들에서는 퇴적암과 함께 용암이 굳어서 만들어진 화산암, 화산 폭발 쇄설물이 쌓여서 만들어진 화산쇄설암인 응회암이 나타난다. 이들 화산암 및 응회암은 대부분 산성 및 중성 성분을 갖는 유문암질이나 안산임질이다. 독도, 울릉도 화산 상부도 유문암질이 안산암질 화산암 및 응회암로 구성되어있다. 반면에 제주도의 대부분은 염기성 화산암인 현무암이나 조면 현무암으로 구성되어 있으며, 제주도에는 기공이 많은 화산쇄설암인 스코리아와 부석이 나타난다. 특히 제주도에는 여러 작은 분석구 주변에 적갈색의 스코리아가 많이 나타난다.
화산암의 분류 용암(lava)내 SiO2의 함량이 65% 이상이면 산성 화산암이며 대표적 암석은 유문암이고, 중성암의 대표적 화산암은 조면암과 안산암, 그리고 SiO2의 함량이 52% 이하인 염기성 화산암은 현무암이 대표적이다.
이들 산성, 중성 및 염기성 용암은 각각의 특성을 가지는데 산성의 용암은 점성이 크고 반대로 유동성이 작아서 지표에서 멀리 용암이 흐르지 않고 뭉치어 있다. 반면 염기성 용암은 점성이 적고 유동성이 크므로 용암이 멀리까지 흘러가게 된다. 또한 화산활동시 산성 화산암은 폭발성이 커서 많은 양의 화산쇄설물들을 뿜어내지만 염기성 화산암은 상대적으로 폭발력이 약하여 용암의 분출이 많으며 비교적 조용히 용암을 멀리까지 흘려보낸다.
화산쇄설암(Pyroclastic rock) 화산쇄설물이 퇴적하고 굳어서 이루어진 암석으로 일반적으로 해수, 육수에 의해 생긴 파쇄, 원마되어 2차 퇴적된 각종 규모의 화산방출물을 포함하는 화산성 퇴적암의 총칭이다. 화산쇄설암은 매우 다양한 화산방출물의 집합체이며 함량이 50% 이상인 주요 암편의 성상과 크기에 따라 분류한다. 특정한 형태, 내부구조를 가지지 않는 쇄설암으로는 화산암괴, 화산각력암, 응회강력암, 화산력응회암, 화산재로 이루어진 응회암, 특정한 모양을 나타내는 쇄설암으로는 응회집괴암, 스코리아집괴암, 용암병응회집괴암 등이 있으며 화구 주변에 한정되어 분포한다. 그 밖에 다공질인 경석응회암, 스코리아응회암이 있다.
화산쇄설암의 분류 화산쇄설암은 쇄설물들의 크기에 따라 암석의 이름이 붙어진다. 즉 쇄설물의 크기가 32mm 이상으로 크며 각력질인 것은 화산각력암이라 하며 4mm에서 0.25mm 정도의 쇄설물을 가지는 것을 래피리응회암 그리고 그 이하 세립의 화산재들이 쌓여 만들어진 암석을 응회암이라 칭한다. 이상의 화산쇄설암은 화산활동 시 쇄설물들이 공기 중으로 뿜어 오른 후 중력에 의해 낙하 하면서 무게가 무거운 것들이 먼저 지표에 쌓이고 가벼운 것들은 더 멀리까지 날아가서 쌓이게 된다. 이렇게 화산쇄설물들은 한층 한층 쌓이므로 퇴적암에서와 같이 층리들이 발달한다.
응회암(Tuff) 화산재가 퇴적, 고결하여 형성된 화산쇄설암으로 유리질 응회암, 결정응회암, 석질응회암, 응회집괴암, 부석응회암으로 분류한다. 전체의 75 % 이상이 유리파편으로 된 암석을 응회암을 유리질응회암이라 하고 응회암이 주로 마그마에 연유한 결정으로 되어 있는 것은 결정응회암, 기존암석의 파편이 위주가 되어 있는 것은 석질응회암, 화산탄을 함유한 응회암은 응회집괴암, 부석이나 암재가 굳어서 된 암석은 각각 부석응회암 암재응회암,응회암의 일종인 용결응회암은 화산재·부석·암재가 고온인 채로 두껍게 퇴적하여, 하중으로 인한 압축으로 암편이 서로 용결하여 생긴 것 용암과 오인되는 경우가 있다. 구성물질의 50∼75%가 유리이고 나머지가 결정이면 유리질결정응회암이라 한다.
제3기 응회암 국내 제3기층은 동해안을 따라 국부적으로 발달하고 있으며, 특히 지질구조적으로 양산단층과 울산단층의 동편에 분포하고 있다. 제3기층에서의 응회암 지역은 특히 취약하다. 이는 화산재와 화산쇄설 물질이 혼재된 응회암의 절리가 매우 잘 발달되어있어 팽윤과 흡수율이 높고 이로 인하여 심부까지 풍화에 취약하기 때문으로 경주 산사태와 포함-구릉포간 국도면의 산사태가 이 종류의 산사태에 속한다.
제4기 제주도 응회암 제주도 송악산은 전형적인 응회암구조를 관찰할 수 있다. 송악산을 이루고 있는 암석은 수성응회암이며, 낮은 산높이와 완만한 층리로 보아 응회환(tuff ring)에 해당한다(응회환은 수성화산분출에 의해 높이가 50m 이하이고, 층의 경사 25。보다 완만한 화산체를 말한다), 송악산은 응회암, 스코리아층, 조면현무암, 분석구로 되어 있다. 이러한 암석분포는 수성화산활동에서 마그마성 화산활동으로 분출양상이 변한 것을 보여주는 것으로 이런 변화는 응회환이나 응회구같이 짧은 시간에 의해 형성되는 화산체에서 흔히 관찰되는 현상이다.
제4기층 전곡리 현무암 전곡리에 분포하는 현무암층은 제4기 분출현무암 직하부에 발달하는 고화되지 않은 고기하성층으로 이의 역은 주로 경기변성암복합체의 구성암석인 편마암, 편암 및 규암, 화강섬록암으로 되어 있고, 원마도는 양호하다. 역들은 분급이 불량한 편이고 사질 또는 점토질 물질과 함께 사력층을 이루며 층후는 지역에 따라 불규칙적이나 대체로 1~3m 내외이다. 거력(boulder)의 지름은 약 1~30cm 정도로 다양하며, 상향 세립화를 보인다.
제주도 제4기 현무암과 층상구조 제주도는 화산활동이 수차례 반복되어 형성된 생성기원을 가지고 있다. 제주도의 지층은 화산분출에 따른 마그마로 형성된 화산암층 위에 오랜 시간 동안 화산쇄설물 등 퇴적물이 쌓이는 반복적인 활동에 따라, 암반층과 암반층 사이에 퇴적층이 놓이게 되는 층상구조를 가지고 있다. 이러한 이질적 층상구조의 퇴적층 (화산쇄설층(클링커층)과 암반층이 불규칙하게 반복되는 이질적 층상구조)으로 인해 동일지역에서도 지층변화에 대한 예측이 매우 어렵고, 지반공학적 특성 또한 다르다. 그리고 제주도의 암반은 화산활동에 의한 용암분출로 형성된 화산분출암인 현무암류가 제주지역 전체면적의 90% 이상을 점유하고 있다. 표토층은 고기층에서 풍화·침식·퇴적 작용에 의한 풍화토보다는 현무암에서 기원된 화산회토로 구성되어 있다.
클링커(Clinker) 제주도에 존재하는 연약층중 하나로 화산 활동 시 용암이 분출하여 고결되는 과정에서 공기 또는 지표와 접하는 용암의 상·하부는 급격히 냉각으로 인한 고결된 파쇄 암편 또는 암괴 형태가 분포된 지층을 의미한다. 클링커는 용암이 흐르면 서 표면이 굳고, 굳은 표면이 깨져 크고 작은 알갱이를 의미하는데 불규칙한 형태의 응암편인 클링커가 용암이 계속하여 전진하면서 상부 표면과 전면부 뿐만 아니라 용암하부에도 집적하게 되고 클링커층을 형성하게 된다.
2. 복합 암반에서의 Geo-Risk와 대책
2.1 응회암층에서의 터널 설계 및 시공 사례와 대책
터널 및 지질 본 터널은 도로 건설공사중 경상북도 영덕군에 위치하며 지세가 험준한 산지부를 통과하는 것으로 계획되었다. 터널연장은 500m 이하의 단 터널이며, 통행방식은 일방향 2차로 및 환기방식은 자연환기 방식을 채택하였다. 지질은 양산단층에 의해 규제되는 유문암질 응회암이 존재하고 있는데 풍화에 약한 특성을 보이고 있다.
유문암질 응회암층 화산분출물이 상당히 뜨거워 분출 이후 다시 서로 재용융되며 결착되어 퇴적된 화성쇄설암으로 주로 성분상 유문암질이다. 응회암은 화산회가 모여 만들어진 암석으로, 화산재가 퇴적·고결하여 형성된 화산쇄설암이다. 폭발적으로 화산이 폭발했을 때, 공기중에 응고되어 먼지처럼 떨어져 쌓여 형성된다. 터널 전구간에 분포하는 유문암질 응회암은 담갈색 내지 적갈색을 띠고 있는데 입도는 중립 내지 조립질로 불균질 하고 다량의 암편을 함유하고 있으며 기질부는 세립질을 이루고 있다. 유문암질 응회암은 풍화와 변질작용에 약해 야외에서 쉽게 회백색의 점토질로 변화되고 있음이 관찰되었다. 또한 암석의 강도가 약하고 풍화에 쉽게 반응하는 특성을 보인다.
복합 암반 특성 터널굴착 예정구간에 대한 추가 지반조사(수평시추 및 연직시추)를 수행한 결과, 풍화암 및 암반등급 Ⅴ이 깊은 심도로 분포하며, 특히 풍화층 구간이 다수 분포하여 당초설계시 지반조건보다 불량한 것으로 판단된다. 특히 터널굴착방향으로 풍화층과 연암반 I과 연암반 II가 변화하며 나타나는 전형적인 복합암반의 특징을 보인다.
보강 대책 유문암질 응회암은 고결도가 낮고, 풍화 및 파쇄가 심하여 발파굴착 시 막장면 및 주변지반 자립이 어려울 것으로 판단되어 기계굴착(백호+브레이커)을 계획하였으며, 터널굴착 후 지반이완 및 변형을 억제하고 장기적인 터널 안정성 확보를 위하여 인버트 폐합단면을 적용하였다. 표준지보패턴 계획시 숏크리트 두께를 증대하고 H형 강지보재를 적용하여 지보재 강성을 상향 조정하였으며, 지하수 유출에 따른 기반암의 강도저하 및 낙반에 의한 지반유실 가능성이 커서 전 구간에 대해서 대구경 선진보강 그라우팅(ø114, L=12m, θ=180°)을 계획하였다.
막장 암반상태 유문암질 응회암은 고결도가 낮고, 풍화 및 파쇄가 심하여 발파굴착 시 막장면 및 주변지반 자립이 어려울 것으로 판단되어 기계굴착(백호+브레이커)을 계획하였으며, 터널굴착 후 지반이완 및 변형을 억제하고 장기적인 터널 안정성 확보를 위하여 인버트 폐합단면을 적용하였다.
변상 발생 터널 굴착이후 지속적인 계측을 수행한 결과, 일부구간에서 1차 계측관리기준(천단침하:20mm, 내공변위:40mm) 이상의 변위가 발생하였으며, 숏크리트에 균열이 관찰되었다. 이후 추가적인 변위가 발생하여 공동구 기초부 폐합 및 강제배수 조치한 이후 변위가 수렴상태를 나타내다 변위량이 증가하는 경향을 나타내어 전구간 압성토를 시행하여 추가적인 터널변상을 제어하였다.
보강 대책 지반조건이 불량한 구간에 계획된 터널의 표준지보패턴 계획시 숏크리트 두께를 증대하고 H형 강지보재를 적용하여 지보재 강성을 상향 조정하였다. 일반적으로 선진보강 그라우팅은 갱구부, 토사 및 풍화암 구간, 파쇄대에서 천장부 낙반 및 붕락방지를 위하여 적용하는데, 본 과업구간은 지하수 유출에 따른 기반암의 강도저하 및 낙반에 의한 지반유실 가능성이 커서 전 구간에 대해서 대구경 강관보강 그라우팅을 반영하였다. 또한, 인버트 및 공동구 콘크리트 타설을 위한 바닥굴착시 지반의 지지력이나 강성이 부족하여 추가적인 지반변위를 유발할 수 있으므로 우각부 지반강도와 변형특성을 향상시켜 하중을 주변지반에 분산시키고 수평력에 대한 저항효과로 지반파괴 및 변형을 억제할 수 있는 측벽 보강파일(ø60.5mm, L=6.0m, C.T.C 1.0~1.5m(종))을 계획하였다.
2.2 복합 암반에서의 암반사면 시공사례와 대책
사면 및 지질 본 깍기비탈면은 도로 건설공사중 경상북도 포항에 위치하며 응회암 층을 통과하는 것으로 계획되었다. 설계당시 제한적인 지반조사결과로 표준경사를 반영하고 사면의 안정성을 확보하기 위하여 Soil Nailing을 적용하였다. 그러나 비탈면 절취중에 응회암의 풍화 변질정도가 심한 상태로 파악되어 이에 대한 적절한 보강대책이 요구되었다.
Face Mapping 결과 지층은 풍화토, 풍화암(암편 혼재), 연암(응회암)이 관찰되었다. 풍화암 구간은 암편이 혼재된 심한 풍화상태로 관찰되며, 연암구간은 연회색, 암회색을 띄며, MW정도로 분포하였다. 비탈면 우측구간에 단층(15/1075)이 관찰되며, 연암구간 상부에 토사 및 심한풍화상태 파쇄구간(점토 충진물)이 분포하였다.
복합 암반 특성 지층은 풍화토, 풍화암(암편혼재), 연암(응회암)이 관찰되었다. 풍화암 구간은 암편이 혼재된 심한풍화상태로 관찰되며, 연암구간은 연회색, 암회색을 띄며, MW정도로 분포하였다. 비탈면 우측(0+420~460)구간에 단층(15/1075)이 관찰되며, 연암구간 상부(0+380~420/0+430~490)에 토사 및 심한풍화상태 파쇄구간(점토충진물)이 분포하였다.
보강 대책 본 깎기 비탈면은 사전적정성 안정검토 결과 Soil Nailling 보강으로도 안정한 것으로 검토되었으나, 파쇄대가 실제는 더 불량한 것으로 확인되어 강화된 사면안정대책을 적용하였다. 보강공법으로는 암반까기면 하부구간을 Anchor 45t(12.7mm×5ea, C.T.C=2.4m(V)×2.4m(H), L= 13.5~19.5m)으로 보강으로 안정성을 확보하도록 하였다.
2.3 스코리아 층에서의 사면 시공사례와 대책
스코리아(Scoria) 유리질의 현무암질 부석으로서, 크기는 6cm 이하이며, 각력상이며 미고결층을 이루며, 기공의 함량이 높다(70-80%). 스코리라의 형성은 휘발성분이 높은 압력의 마그마에 녹아 있다가 마그마가 상승하면서 압력이 낮아지면 마그마속에 기포를 형성한다. 기포는 서로 합쳐져 커다란 기포를 만들어 압력이 높아지고 마그마 보다 빠른 속도로 상승하면서 폭발한다. 이때 다소 굳은 마그마가 작은 크기로 깨져 나오면서 스코리아가 되고, 큰 덩어리로 뿜어 나오게 되면 화산탄이 된다.
송이 제주도에서는 스코리아를 송이라고 하는데 약 120만 년 전 제주에서 화산이 폭발할 때 용암이 굳어져 만들어진 돌이다. 수많은 미세구멍으로 구성된 것이 특징이다. 지역에 따라 조금씩 차이를 보이고 있으나 색깔에 따라 적갈색, 황갈색, 흑색 및 암회색으로 크게 4가지로 분류하고 이들은 화학적 성분과 공학적 특성에서 차이를 보이고 있다. 송이는 지역에 따라 성분에 차이가 있으며, 송이의 Glass의 성분도 5~10%로 유리성분이 높은 동부지역과 서부지역이 배 이상의 차이를 보인다.
스코리아층과 복합 암반 스코리아층을 포함한 암반 사면은 전형적인 복합 암반의 특성을 보여준다. 즉 상부는 단단한 현무암층을, 하부는 연약한 스코이라층을 구성하고 있으므로, 미고결 상태로 상대적으로 연약한 스코리아층에서의 사면의 불안정이 야기되어 부분적인 낙석뿐만 아니라 사면 붕괴 등과 같은 문제가 발생할 수 있으므로 스코리아층에 대한 전반적인 보강대책을 수립하여야 한다.
사면 보강대책 스코리아층에 대한 보강대책으로는 규모가 비교적 작은 사면의 경우에는 스코리아층의 흘러내림을 방지하기 위한 낙석방지망을 설치하는 방법과 사면의 규모가 비교적 커서 사면의 안정성을 확보해야할 경우에는 스코리아층에 숏크리트를 타설하여 보강하는 방법이 있다.
참고문헌
1. 응용지질 암반공학 제2판, 김영근, 2020
2. 지반기술자를 위한 지질 및 암반공학, 한국지반공학회 암반역학위원회, 2009
3. 지반기술자를 위한 지질 및 암반공학II, 한국지반공학회 암반역학위원회, 2011
4. 지반기술자를 위한 지질 및 암반공학III 제2판, 한국지반공학회 암반지질위원회, 2021
■ 제10강을 마치면서
복합 암반(Composite Rock Mass)은 복잡한 화산 활동과정에서 여러 번의 퇴적작용과 부분적인 용결작용으로 인하여 여러 가지 암석을 포함하고 연암반과 경암반의 복합 특성을 가진 화산암 지층에서 나타나는 전형적인 지질 특성을 보여주는 암반 타입이라 할 수 있다. 복합 암반의 거동은 연암반과 경암반의 규모와 정도에 따라 결정되지만, 연암반의 특성과 경암반의 특성을 복합적으로 가지기 때문에 이를 정확하게 분석하는 것이 중요하며, 특히 설계단계에서 제한적인 지반조사만으로 복합 암반의 분포특성을 파악하는 것이 매우 어렵기 때문에 매우 유의해야 한다.
복합 암반에서 고결도가 낮은 화산퇴적층은 굴착후 노출시 급격한 열화 특성과 지하수 및 우수 등에 의한 차별 풍화특성은 가장 중요하게 고려하여야 하는 특성이라 할 수 있다. 또한 복합 암반은 단기적인 열화 특성과 장기적인 거동 특성으로 인하여 굴착중에 암판정에서의 혼란스러운 문제를 야기하고, 굴착이후에는 굴착당시에는 문제를 보이지 않다가 상당기간 이후에 변형이 발생하는 문제를 보여주기 때문에, 이러한 복합 지질구간에서 암반사면이나 터널과 같은 암반구조물을 설계 및 시공하는 경우 이를 예측하고 평가하는데 특히 유의해야 한다.
복합 암반은 미고결 암반과 함께 암반구조물에서 가장 심각한 문제를 발생시키는 문제 지질이라 할 수 있다. 그만큼 지질적으로도 어렵고, 공학적으로도 다루기 어려운 지질인 것이다. 작은 단위의 지역에서도 지질 및 암반특성이 변화무쌍하게 나타나기 때문에 시공중 암반상태의 관찰 및 평가가 특히 중요하다는 점을 알아야 한다. 또한 지역적으로 포항과 같이 동해안 지역에 분포하는 신생대 지층에서는 더 주의해야만 한다.
이상으로 제10강이 마무리되었다. 보다 자세한 내용은 [응용지질 암반공학] 책을 참고하기 바란다. 아마도 복합 암반은 우리 지반기술자들에게 상당히 다루기가 어려운 골치 아프고 어려운 지질이라 할 수 있다. 특히 신생대 지층에서 나타나는 전형적인 복합 지질 및 암반은 많은 사고를 수반하였고, 특히 개통이후에도 대규모 사고를 가져오는 경우가 많아 상당한 주의가 필요한 암반이라고 할 수 있다.
복합 암반은 지질과 토질 그리고 암반분야의 기술자들이 어떻게 협력하고 소통해야 하는지를 잘 보여주는 암반이라고 할 수 있다. 지질적으로 생성기원이 복잡하고(지질학), 부분적으로 연암반의 거동(토질역학)을 보이고, 어떤 구간에서는 경암반의 거동(암반공학)을 보이기 때문이다.
오래전 우리학회 암반역학 기술위원회를 중심으로 포항, 제주도 및 포천 전곡리 지질에 대하여 현장 답사 및 현장견학을 다녔던 기억이 새롭다. 산학연에서의 지질전문가, 토질전문가 및 암반전문가 들이 함께 모여 공부하면서 지질 및 암반에 대한 공부를 통하여 지질 및 암반에 대하여 하나씩 이해하고 깨닫게 되었다고 생각한다. 아마도 지질을 정확히 아는 것은 불가능할지 모르지만, 내가 지금 설계하고 시공하는 지역의 지질 및 암반특성에 대한 기본적인 이해가 바탕이 된다면, 현재 발생하고 있는 제반 문제를 조금이나마 줄일 수 있지 않을까 생각해 본다.
■ 특별강좌를 마치면서
지난 2020년 특별강좌에 대한 원고의뢰를 받아 시작된 [암반구분과 지오리스크]에 대한 특별강좌가 총10강으로 끝으로 대단원의 막을 내리게 되었습니다. 지난 10번의 강의내용을 정리하다 보니 나름 대단한 일이었다는 생각과 함께 지반 기술자로서 자그마한 보람을 느끼게 됩니다.
지난 28년간의 터널과 암반사면 등 현장에서의 기술적 경험을 바탕으로 [암반구분과 지오리스크]에 대한 문제를 우리 지반 기술자들에게 인식시켜 주고자 시작된 본 특별강좌는 지반공학에 있어서 지질 및 암반분야에 대한 이해와 소통의 폭을 넓히고자 하는 목적으로 국내에서 지질에서 발생한 다양한 문제 및 사고사례를 바탕으로 지오 리스크(Geo-Risk)에 대한 대책을 중심으로 정리하였습니다. 이제는 국내 지질 및 암반에 대한 지질학적 개념과 암반공학적 이해의 틀이 보다 명확해졌을 것이라 믿습니다.
2년이라는 시간이 훌쩍 지났습니다. 세월이 참 빠르기도 합니다. 우리 일에 대한 열정과 우리 일에 대한 믿음으로 지난 시간 열심히 빵꾸내지 않고 달려온 나 자신에게 고맙고, 본 특별강좌를 허락하고 게재해준 한국지반공학회 학회지 편집위원장 및 관계자 모든 분들에게 진심으로 감사드립니다.
이제 본 특별강좌는 끝이 났지만 새로운 주제로 다음 호에 만날 것을 지반기술자분들에게 약속드립니다. 과연 어떤 주제로 다시 시작할까 궁금하지 않습니까? 기대하시라 개봉박두! 특별강좌시리즈 II!
[Emphasis - 암반과 지오리스크]
암석특성, 불연속면 상태 및 지질작용 등을 고려하여 표에 나타난 바와 같이 총 3개의 범주에 10개의 암반으로 구분하였다. 각각의 범주에 해당하는 특징을 설명하면 다음과 같다.
Category I - Hard Rock Mass 주로 불연속면 의해 블록 또는 층상형태의 절리암반(jointed rock mass)로 암반의 거동은 불연속면의 거동(discontinuum)에 의해 지배)된다. 먼저 절리가 거의 없어 신선한 암석과 유사한 괴상 암반, 여러 개의 절리군에 의해 형성된 암반블록의 블록성 암반과 퇴적암의 층리와 변성암의 벽개, 편리의 층구조로 형성된 층상 암반으로 구분하였다.
CategoryⅡ - Soft Rock Mass 주로 연약 암반(Weak rock)에서의 파쇄 및 풍화로 인해 연약해진 암반으로 토사와 같은 연속체 거동(continuum)을 보인다. 크게 파쇄 암반, 풍화 암반 그리고 미고결 암반으로 구분하였다.
CategoryⅢ - Special Rock Mass 특수한 지질 및 지질작용에 의해 구성된 암반으로서 지하수, 현지암반응력, 암석 및 광물특성 등에 의하여 지질리스크를 가지는 경우이다. 석회암지대에서의 용해성 암반, 대심도 암반에서의 과지압 암반, 팽창성 점토를 포함한 팽창성 암반 그리고 화산암에서의 여러 가지 지질 및 암반특성을 가지는 복합 암반으로 구분하였다.
■ 암반 구분과 암반 특성
암석, 불연속면 및 지질특성을 고려하여 분류한 총 10개의 암반으로 분류하고, 각각에 대한 암반 특성과 지오 리스크를 기술하면 다음 표와 같다.
[Recommendation - 지질 및 암반에 대한 이해]
암반 사면과 터널 굴착현장을 다니면서 가장 아쉬운 점은 대부분의 기술자들이 암반 분류(Rock Classification)에만 신경 쓴다는 점이다. 암반 사면의 경우 풍화암, 연암, 보통암, 경암 등의 분류와 터널의 경우 RMR 분류에 의한 암반등급 I, II, III, IV, V 분류 등이 그 예이다. 하지만 특별강좌에서 살펴보았듯이 지질 특성을 기반으로 한 다양한 형태의 암반으로 구분할 수 있고, 암반 구분에 따라 거동 특성이 완전히 다른 것임을 확인할 수 있다. 암반 분류는 공학적 특성을 대표하는 하나의 지수일뿐 해당 지질이나 암반 특성을 제대로 설명할 수 없는 취약점을 가지고 있음을 유념해야 할 것이다.
이러한 관점에서 암반 사면과 터널 설계 및 시공시 해당 지역의 지질 및 암반특성을 정확히 이해하는 것이 정말 중요하다 할 수 있다. 암반사면이나 터널공사시 발생하는 대부분의 사고나 문제 사례에서 보듯이 지질 및 암반특성에 대한 정확한 이해 부족으로 으로 인하여 발생하는 것임을 알 수 있다.
지반기술자들에게 지질이나 암반의 문제는 근접하기 어려운 분야 또는 굳이 알 필요가 없는 분야라는 인식이 있는 것이 현실이다. 하지만 진정한 지반기술자라고 한다면 지질 및 암반에 대한 나름의 공부를 통하여 현장에서 발생하는 제반 문제에 대한 분석을 통하여 적정한 대책을 수립할 수 있어야 한다.
또 한가지 강조할 점은 현장을 통한 경험이다. 지금 우리가 수행하고 있는, 굴착하고 있는 현장이 가장 좋은 공부의 대상이며, 가장 훌륭한 경험의 장임을 인식해야만 한다. 그리고 현장에 대한 정확한 이해없이 해석결과에만 의지하는 것이야말로 지반엔지니어가 가장 조심해야할 사항이다, 지질 및 암반분야에서의 해석은 수많은 단순화와 가정치를 통하여 얻어진 결과일 뿐, 반드시 현장의 여건이나 상황과 비교 검증하는 노력이 수반되어야만 한다. 오랜 경험을 통하여 얻는 결론은 우리분야는 지질, 지반, 암반분야와의 협업을 통하는 것이 가장 좋은 성과를 가져온다는 점이다. 공학적 편견, 업무적 구역, 주관적 고집 등이 우리 지반엔지니어가 버려야말 것들이다. 우리업에서 가장 중요한 것은 엔지니어의 출신이나 전공이 아니라 현장의 문제를 분석하고 해결할 수 있는 능력과 전문성이라고 생각한다.
부디 지난 2년간 진행되었던 총 10번의 특별강좌가 지질 및 암반에 대한 이해의 공간이자 소통의 장이 되었음 한다. 이제는 지반기술자의 입에서 블록성 암반, 층상 암반, 미고결 암반, 파쇄 암반 등의 암반구분(Rock Type)에 대한 명확한 개념이 정립되길 바래본다. 아직도 갈 길이 멀다는 생각이다. 지질과 암반 그리고 지반기술자들이 함께 협력하고 코웍하여 어려운 기술적 문제를 해결하고, 전문가로 성장하는 우리 모두의 모습을 그려본다.
누누이 강조했듯이 우리가 꿈꾸는 G벤져스는 다양하고 특별한 능력을 가진 기술자들이 각자 자기 능력을 최대한 발휘하고 상호 협력과 소통을 통하여 살기 좋은 G공간을 구축하기 위해 노력하는 최고의 총체적인 기술집단이라 할 수 있다. 우리 지반기술자 각자가 전문성을 가진 G벤져스의 일원으로 활약하는 그날을 꿈꾸면서 특별강좌를 마치고자 한다.
