암반등급
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1. 개요
암반등급(Rock Mass Rating, RMR)은 암반의 품질을 평가하고 분류하는 데 사용되는 시스템이다. RMR은 암석의 강도, 암질 지수(RQD), 불연속면 간격, 불연속면 상태, 지하수 상태, 불연속면의 방향 등 6가지 변수를 점수화하여 1등급(매우 양호)부터 5등급(매우 불량)까지 분류한다. 이 시스템은 터널, 사면, 기초, 광산 등 다양한 토목 공학 프로젝트에 활용되며, 변형 계수 추정, 터널 지지 가이드라인 제공 등에도 사용된다. RMR은 사면 안정성 평가, 터널 설계, 광산 설계 등에 적용되며, 불연속면 방향의 영향을 고려한 사면 암반 등급(SMR) 체계로 발전하기도 했다.
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| 암반등급 |
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2. RMR 분류 기준
RMR은 현장이나 시추 자료에서 구할 수 있는 6가지 변수(암석 강도, 암질 지수(RQD), 불연속면 간격, 불연속면 상태, 지하수 상태, 불연속면의 상대적 방향)에 대해 점수를 주어 암반을 분류하고 평가한다.[9][10] 각 변수에 대한 최대 점수는 다음과 같다.
| 변수 | 최대 점수 |
|---|---|
| 암석 강도 | 15점 |
| 암질 지수(RQD) | 20점 |
| 불연속면 간격 | 20점 |
| 불연속면 상태 | 30점 |
| 지하수 상태 | 15점 |
| 불연속면의 상대적 방향 | 해당 없음 |
RMR 값은 이 6가지 변수에 대한 점수의 합으로, 0에서 100 사이의 값을 가진다. RMR 값에 따라 암반은 1등급부터 5등급까지 분류되며, 각 등급은 '매우 양호', '양호', '보통', '불량', '매우 불량'으로 표현된다.
RMR 시스템에서 암반 분류를 위해 사용하는 6가지 변수는 다음과 같다.
| 번호 | 매개변수 |
|---|---|
| 1 | 암석 재료의 일축 압축 강도 |
| 2 | 암질 지수(RQD) |
| 3 | 불연속면 간격 |
| 4 | 불연속면의 상태 |
| 5 | 지하수 상태 |
| 6 | 불연속면의 방향 |
이 값들은 현장 조사 및 실내 시험을 통해 얻어진다.
2. 1. 암석 강도
RMR 분류에 사용되는 6가지 변수 중 첫 번째는 암석 강도이다. 암석 강도는 일축 압축 강도 시험을 통해 측정된다.[9][10] RMR 시스템에서 암석 강도는 0에서 15점 사이의 점수로 평가되며, 강도가 높을수록 점수가 높다.2. 2. 암질 지수(RQD)
RMR(암반 분류법)은 현장이나 시추 자료에서 구할 수 있는 6가지 변수(암석 강도, 암질 지수(RQD), 불연속면 간격, 불연속면 상태, 지하수 상태, 불연속면의 상대적 방향)에 대해 점수를 주어 암반을 분류하고 평가한다.[9][10]2. 3. 불연속면 간격
RMR(암반 분류법)은 현장이나 시추 자료에서 구할 수 있는 6가지 변수 중 하나로, 불연속면 간격에 대해 점수를 주어 암반을 분류하고 평가한다.[9][10] 불연속면 간격은 RMR 시스템을 구성하는 요소 중 하나이며, 최대 20점까지 점수를 부여할 수 있다.2. 4. 불연속면 상태
RMR 분류에 사용되는 여섯 가지 변수 중 하나는 불연속면의 상태이다.[9][10] 불연속면의 상태는 불연속면의 거칠기, 틈새 간격, 풍화 정도, 전단강도 등을 종합적으로 고려하여 평가하며, 최대 30점까지 점수를 줄 수 있다.2. 5. 지하수 상태
RMR 시스템에서 암반을 분류하는 데 사용되는 여섯 가지 매개변수 중 하나는 지하수 상태이다. 현장이나 시추자료에서 지하수 상태를 확인하여 점수를 매기며, 최대 점수는 15점이다.[9][10]2. 6. 불연속면 방향
RMR 분류에서 불연속면의 방향은 6가지 변수 중 하나이다.[9][10] 불연속면의 방향에 따라 암반의 안정성이 달라지므로, RMR 분류에서 중요한 요소로 작용한다.3. RMR 등급
RMR은 현장이나 시추 자료에서 구할 수 있는 6가지 변수(암석 강도, RQD, 불연속면 간격, 불연속면 상태, 지하수 상태, 불연속면의 상대적 방향)에 대해 점수를 주어 암반을 분류하고 평가한다.[9][10]
각 변수에 대한 최대 점수는 강도 15점, 간격 20점, 상태 30점, RQD 20점, 지하수 상태 15점이며, RMR 등급은 이 점수들의 합계에 따라 1등급부터 5등급(매우 양호, 양호, 보통, 불량, 매우 불량)으로 분류한다.
RMR 시스템의 암반 등급 분류는 아래 표와 같다.
| RMR | 암반 품질 |
|---|---|
| 0 - 20 | 매우 불량 |
| 21 - 40 | 불량 |
| 41 - 60 | 보통 |
| 61 - 80 | 양호 |
| 81 - 100 | 매우 양호 |
4. RMR 활용
RMR은 현장이나 시추 자료에서 얻을 수 있는 6가지 변수(암석 강도, RQD, 불연속면 간격, 불연속면 상태, 지하수 상태, 불연속면의 상대적 방향)를 통해 점수를 매겨 암반을 분류하고 평가하는 시스템이다.[9][10] 각 변수는 최대 15점에서 30점 사이의 값을 가지며, 총점을 기준으로 1등급(매우 양호)부터 5등급(매우 불량)까지 분류된다.
RMR은 터널, 사면, 기초, 광산 등 다양한 토목 공학 프로젝트에 널리 활용되며, 지식 기반 전문가 시스템에도 적용할 수 있다. 엔지니어들은 암반 구조를 '연속적이고 균질하며 등방성이 있고 선형 탄성'을 보이는 이상적인 상태와 '불연속적이고 불균질하며 비등방성이 있고 비탄성'을 보이는 실제 상태로 구분한다. RMR 시스템은 실제 암반의 복잡한 특성을 공학 설계에 반영하도록 돕는다.[5]
RMR 시스템은 암반의 변형 계수와 같은 물성을 추정하고, 터널 지지 가이드라인과 지하 굴착 유지 시간을 제공한 최초의 시스템이었다.[5]
최근 40년 이상 사용된 RMR 시스템은 암반 굴착성(RME) 평가, 특히 터널 굴착기(TBM)의 굴착 에너지(SEE)와의 직접적인 상관관계로 인해 다시 주목받고 있다. 이를 통해 터널링 조건 변화를 실시간으로 감지하여 시공 중 위험 상황에 대한 경고를 할 수 있다.[6]
RMR은 암반 사면 적용에 어려움이 있는데, 이는 불연속면 방향의 영향이 댐 기초나 터널에는 자세히 반영되었지만, 사면에는 그렇지 않기 때문이다.[7] 로마나(Romana)는 이 문제를 해결하기 위해 사면 암반 등급(Slope Mass Rating) 체계를 정의했다.[8]
4. 1. 터널 설계 및 시공
RMR(암반 등급)은 터널 설계 및 시공에 필요한 정보를 제공하며, 다음 세 가지 주요 차트를 활용한다.- 자립 시간: 터널 굴착 후 지지 없이 암반이 얼마나 오랫동안 안정적으로 유지될 수 있는지를 나타낸다.
- 암반 변형 계수(Em): 암반이 외부 힘에 의해 얼마나 변형되는지를 나타내는 값으로, 터널 안정성 분석에 사용된다.
- 암반 강도: 암반이 파괴되기 전까지 견딜 수 있는 힘의 크기를 나타내며, 터널 지보 설계에 중요한 지표로 활용된다.
RMR이 56 이상인 범위에서는 변형 계수 추정 관계가 개선되었다. 이는 RMR이 높으면 굳은 암석의 탄성 계수가, RMR이 낮으면 풍화 및 절리 충전재가 변형을 주로 제어한다는 점을 반영한 것이다.[5]
RMR 기반 터널 지지 지침은 원래 터널 경간/직경 10m를 기준으로 록볼트, 숏크리트, 강철 리브 등의 지보재 권장 사항을 표 형태로 제공했다. 이후 터널 설계 기술 발전에 따라 다양한 터널 크기에 맞게 수정되어 활용되고 있다.[5]
최근 RMR 시스템은 터널 굴착기(TBM)의 굴착에너지(SEE)와 직접적인 상관관계를 가진다는 점이 밝혀져, 시공 중 불리한 조건에 대한 경고 등 터널링 조건 변화를 실시간으로 감지하는 데 활용되고 있다.[6]
4. 2. 사면 안정성 평가
암반등급(RMR)은 사면의 안정성을 평가하는 데 사용될 수 있지만, 댐 기초 및 터널과는 달리 불연속면의 방향이 미치는 영향을 고려하는 매개변수가 상세하게 도입되지 않아 어려움이 있었다.[7] 이 문제를 해결하기 위해 로마나(Romana)는 불연속면 방향의 영향을 고려하는 매개변수를 엄밀하게 정의하여 사면 암반 등급(Slope Mass Rating) 체계를 정의했다.[8]4. 3. 광산 설계
암반등급(Rock Mass Rating, RMR)은 터널, 사면, 기초, 광산 등 다양한 종류의 토목 공학 프로젝트에서 폭넓게 활용되고 있다. 엔지니어들은 암반 구조를 '연속적이고 균질하며 등방성이 있고 선형 탄성'(대부분의 지반 공학 기술자들이 원하는 상태)과 '불연속적이고 불균질하며 비등방성이 있고 비탄성'(대부분의 현장 암반이 실제로 보이는 상태)으로 나눌 수 있다. 암반 등급 시스템은 실제 암반의 복잡한 역학적 특성을 공학적 설계에 반영하는 방법을 제공한다.[5]최근 40년 이상 사용된 후, 암반 굴착성(RME) 평가에 대한 적용과 특히 터널 굴착기(TBM)의 굴착에너지(SEE)와의 직접적인 상관관계로 인해 RMR 시스템에 대한 관심이 다시 높아졌다. 이로써 터널링 조건의 변화를 실시간으로 효과적으로 감지하여 시공 과정에서 불리한 조건에 대한 경고 역할을 한다.[6]
4. 4. 기타
암반등급(Rock Mass Rating, RMR)은 터널, 사면, 기초, 광산 등 다양한 종류의 토목 공학 프로젝트에서 폭넓게 활용되고 있으며, 지식 기반 전문가 시스템에도 적용 가능하다. 엔지니어들은 암반 구조를 ''연속적이고 균질하며 등방성이 있고 선형 탄성''(대부분의 지반 공학 기술자들이 원하는 상태)과 ''불연속적이고 불균질하며 비등방성이 있고 비탄성''(대부분의 현장 암반이 실제로 보이는 상태)으로 분류한다. 암반 등급 시스템은 실제 암반의 복잡한 역학적 특성을 공학적 설계에 반영하는 방법을 제공한다.이 시스템은 변형 계수와 같은 암반 물성을 추정할 수 있게 해주는 최초의 시스템이었으며, 터널 지지 가이드라인과 지하 굴착의 유지 시간도 제공했다.[5]
최근 40년 이상 사용된 후, 암반 굴착성(RME) 평가에 대한 적용과 특히 터널 굴착기(TBM)의 굴착에너지(SEE)와의 직접적인 상관관계로 인해 RMR 시스템에 대한 관심이 다시 높아졌다. 이는 터널링 조건의 변화를 실시간으로 효과적으로 감지하여 시공 과정에서 불리한 조건에 대한 경고 역할을 한다.[6]
암반등급은 암반 사면에 적용할 때 몇 가지 어려움이 있는데, 이는 불연속면의 방향이 미치는 영향을 고려하는 매개변수가 댐 기초 및 터널에는 상세하게 도입되었지만 사면에는 그렇지 않기 때문이다.[7] 이러한 문제를 해결하기 위해 로마나(Romana)는 원래의 비에니아우스키(Bieniawski)의 매개변수를 기반으로 하되 불연속면 방향의 영향을 고려하는 매개변수를 엄밀하게 정의하여 사면 암반 등급(Slope Mass Rating) 체계를 정의했다.[8]
5. RMR 개선 및 발전
RMR은 Edumine[4]에서 제공하는 표와 참고 문헌 및 추가 자료의 최신 차트를 통해 계산할 수 있다. 특히, RMR 매개변수인 완전 암석 강도, RQD, 불연속 간격(미터당 불연속 수)에 대한 차트는 평균 등급을 사용하는 표보다 더 정확한 값을 제공한다. 하지만, 경험이 부족한 직원은 덩어리 등급이나 거칠기, 풍화와 같은 주관적인 매개변수 때문에 RMR을 정확하게 결정하기 어려울 수 있다. Kundu et al.은 RMR89 및 RMR14의 각 매개변수에 대한 연속 함수를 제안하고,[3] 정량적 입력을 사용한 RMR 계산 소프트웨어 "QuickRMR"을 개발했다.
5. 1. QuickRMR
RMR 계산에 대한 자세한 내용은 Edumine[4]에서 제공하며, RMR 결정을 위한 일련의 표를 제공한다. 반면, 동일한 목적을 위한 최신 차트는 참고 문헌 및 추가 자료에서 확인할 수 있다. 특히, 여기에 포함된 RMR 매개변수인 완전 암석 강도와 결합 매개변수인 RQD 및 불연속 간격(미터당 불연속 수로 표시)에 대한 차트는, 각 RMR 매개변수의 범위에 대한 평균 등급을 보여주는 표에 의존하는 것보다 더 나은 정확도를 제공한다.각 매개변수에 대한 덩어리 등급은 경험이 부족한 직원이 RMR을 정확하게 결정하는 것을 어렵게 만든다. 거칠기 및 풍화와 같은 주관적인 매개변수 또한 등급 할당에 어려움을 야기할 수 있다. Kundu et al.은 거칠기 및 풍화를 포함한 RMR89 및 RMR14의 각 매개변수에 대한 연속 함수를 제안했다.[3] 더불어, 정량적 입력을 사용하여 RMR을 계산하기 위해 연속 함수를 기반으로 하는 소프트웨어 "QuickRMR"을 개발했다.
5. 2. 사면 암반 등급(Slope Mass Rating, SMR)
로마나(Romana)[8]는 암반 등급을 암반 사면에 적용할 때 불연속면의 방향이 미치는 영향을 고려하기 위해 사면 암반 등급(Slope Mass Rating) 체계를 정의했다.[7] 이는 댐 기초 및 터널에는 불연속면 방향의 영향에 대한 매개변수가 상세하게 도입되었지만, 사면에는 그렇지 않다는 문제를 해결하기 위한 것이었다. 이 체계는 원래 비에니아우스키(Bieniawski)의 매개변수를 기반으로 하되, 불연속면 방향의 영향을 고려하는 매개변수를 엄밀하게 정의했다.5. 3. 터널링 굴착기(TBM) 적용
40년 이상 사용된 후, 암반 굴착성(RME) 평가에 대한 적용과 특히 터널 굴착기(TBM)의 굴착에너지(SEE)와의 직접적인 상관관계로 인해 RMR 시스템에 대한 관심이 다시 높아졌다. 이로써 터널링 조건의 변화를 실시간으로 효과적으로 감지하여 시공 과정에서 불리한 조건에 대한 경고 역할을 한다.[6]참조
[1]
서적
Engineering rock mass classifications : a complete manual for engineers and geologists in mining, civil, and petroleum engineering
Wiley-Interscience
[2]
간행물
Innovating tunnel design by an improved experience-based RMR system
Foz do Iguaçu, Brazil
2014-05-15
[3]
논문
Continuous functions and a computer application for rock mass rating
2020
[4]
웹사이트
edumine
http://www.edumine.c[...]
[5]
학술지
Determining rock mass deformability.
[6]
학술지
Specific energy of excavation in detecting tunnelling conditions ahead of TBMs.
2012-02
[7]
학술지
Review of rock mass rating classification: Historical developments, applications, and restrictions
[8]
간행물
New adjustment ratings for application of Bieniawski classification to slopes
Proc. Int. Symp. on the Role of Rock Mechanics
1985
[9]
문서
터널표준시방서
국토해양부
2009
[10]
서적
토목기사 실기
세진사
2019
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