이 글의 목적은 터널 NATM 공사에서 숏크리트 품질불량을 체계적으로 예방하고, 공정 중·후 점검과 시험을 통해 구조성능을 확보하는 실무 지침을 제공하는 것이다.
1. 숏크리트의 역할과 품질불량이 초래하는 위험
숏크리트는 굴착 직후 암반면을 조기에 지지하고 표면 풍화를 억제하는 1차 지보재이다. 라이닝 시스템의 하중분담과 방수층 보호 기능을 수행한다. 품질불량은 지보력 저하, 박리·탈락, 내구성 저하, 누수 확대, 변형 가속, 라이닝과의 복합 거동 악화로 이어진다. 이는 천단침하 증가, 숏크리트 덮개 파괴, 록볼트 부착력 저하, 후속 공정 지연과 비용 상승을 유발한다.
2. 대표적 결함 유형과 메커니즘
- 두께 부족: 가동 두께가 설계 두께 대비 10% 이상 부족해 국부 지보력이 떨어지는 현상이다.
- 부착 불량·공극: 기초면 먼지·수막·오염 또는 분사 각도·거리 불량으로 계면 공기가 갇히는 현상이다.
- 재료 분리·여러 겹 박리: 과도한 반발과 굵은 골재 분리로 층간 결합이 약화되는 현상이다.
- 균열: 수축균열, 온도균열, 재하균열로 구분한다. 급결제 과다, 급속 건조, 양생 부족이 원인이다.
- 반발량 과다: 노즐 압송·공기 비율 불균형, 분사 각도 불량, 표면 거칠기 과소가 원인이다.
- 섬유 분산 불량: 강섬유·합성섬유의 엉킴과 집속으로 국부 취약부가 발생한다.
- 알칼리 공격·장비 부식: 알칼리계 급결제 장기 사용과 분진 관리 미흡이 원인이다.
- 누수·백화: 계면 공극과 미충전부를 통한 누수 경로 형성으로 발생한다.
주의 : 두께 부족과 부착 불량은 외관이 양호해도 장비로 두께·공극을 확인하지 않으면 누락되기 쉽다. 초기에 반드시 비파괴검사와 코어 채취를 병행한다.
3. 설계·배합의 핵심 관리 항목
- 설계 두께와 허용 편차: 초벌·재벌 구간별 기준 두께, 윤활층 제거 구간, 단면 전이부 보강 두께를 명시한다.
- 배합 설계: 시멘트 종류, 물결합재비, 단위수량, 골재 최대치수, 혼화재(Slag, Fly ash, 실리카흄) 비율을 현장 재료와 장비에 맞춘다.
- 급결제 선정: 저알칼리 또는 무알칼리형을 우선 검토하고 목표 초기강도와 발열·수축 균형을 맞춘다.
- 섬유 종류·용적률: 강섬유 길이·형상·체적률, 합성섬유 혼입률을 가혹조건과 표준시방 시험 결과로 결정한다.
- 목표 성능: 초기 1~3시간 강도, 24시간 강도, 28일 압축강도, 반발률, 투수계수, 휨인성 지표를 수치화한다.
4. 자재 수급·검사 체계
- 시멘트·혼화재: 출고 성적서와 동일 로트 추적을 유지한다.
- 골재: 수분·입도 변동을 매일 측정하고 흡수보정을 배합에 즉시 반영한다.
- 급결제: 보관 온도·유통기한·점도 검사로 반응성 저하를 방지한다.
- 섬유: 포장 단위별 무게 확인과 현장 전량 계량 확인을 실시한다.
| 자재 | 검사 항목 | 빈도 | 합격 기준 |
|---|---|---|---|
| 시멘트 | 밀도, 응결, 강도 성적서 | 로트별 | 제조사 규격 일치 |
| 골재 | 수분, 입도, 유기불순물 | 매일 | 배합도 허용 범위 |
| 급결제 | 점도, 알칼리도, 반응성 | 주 1회 | 사양서 일치 |
| 섬유 | 길이·형상, 체적률 계량 | 분사 전 | 설계값 ±3% |
5. 장비·시공 변수의 표준값
- 건식·습식 공법 선택은 굴진장과 누수량, 반발 관리 수준을 기준으로 결정한다.
- 펌프 토출량과 공기압은 배합 점도와 노즐 직경에 맞춘다.
- 노즐 거리 1.0~1.5 m, 분사 각도 90°를 기준으로 곡면은 70~100° 범위에서 유지한다.
- 레이어 두께 50~70 mm를 넘지 않도록 다층 시공한다.
- 한 레이어의 연속성, 콜드조인트 위치, 겹침 길이를 관리한다.
주의 : 분사 거리가 길면 반발 증가와 공극 형성이 급증한다. 1.5 m를 넘기지 않는다.
6. 기초면 준비와 부착 품질 확보
- 스케일링·버드네스트 제거, 풍화층 박리, 느슨한 암편 제거를 완료한다.
- 먼지 제거는 고압 공기·물 병행 세척 후 표면 포화건조 상태를 확보한다.
- 누수부는 배수 못·그라우팅·배수 매트로 유도 후 분사한다.
- 프라이머 도포는 미세분진이 많은 구간에 한정하여 시공한다.
7. 초기 양생·장기 내구성 관리
- 급결 반응 후 1시간 내 수분 손실을 최소화한다.
- 습윤막·양생제 살포를 병행한다.
- 열화 요인: 동결융해, 황산염·염화물 침투, Alkali-Silica 반응을 평가한다.
- 장기 누수 대응: 재분사보수 전에 주입 그라우팅으로 경로를 차단한다.
8. 반발률·두께·공극의 정량 관리
- 반발률은 15% 이하를 목표로 하되 암질 불량부는 20% 이내 관리한다.
- 두께 측정은 핀 게이지, 깊이 게이지, 내시경, GPR을 병행한다.
- 공극·박리 확인은 타점 검사, 열화상 보조, 의심부 코어 확인으로 종결한다.
| 항목 | 측정 장비 | 표본수 | 합격 기준 |
|---|---|---|---|
| 반발률 | 수거상자·저울 | 아칭별 1회 | ≤ 15% |
| 두께 | 핀 게이지·GPR | 10 m당 5점 | 설계값 -0/+20 mm |
| 공극 | 해머 타점·내시경 | 의심부 전수 | 무공극 또는 보수 |
9. 현장 시험·검사 절차
- 프레시 콘: 슬럼프 흐름, 공기량, 단위용적질량, 온도 측정을 실시한다.
- 초기강도: 침입저항, 미니 코어, 패널 타설 큐브를 사용한다.
- 재료분리·부착: 패널 휨인성, 인발부착 시험으로 검증한다.
- 압축강도: 7·28일 코어 압축, 습식 절단 코어를 우선한다.
- 섬유 분포: 절단면 이미지 분석으로 균등 지표를 산정한다.
품질관리 ITP 예시 - Hold Point: 초기 분사 전 기초면 승인 - Witness: 반발률 측정, 두께 샘플링 - Record: 레이어별 분사 일시, 장비 설정값, 배합번호, 온·습도 - Acceptance: 두께 ≥ 설계-0 mm, 반발률 ≤ 목표치, 부착 인발 ≥ 0.6 MPa10. 데이터 기반 공정제어
- 장비 IoT: 펌프 토출량, 공기압, 노즐 압력, 분사 시간 로그를 저장한다.
- 현장 환경: 온도·습도·풍속·여기수량을 기록하고 배합수·급결제 투입을 보정한다.
- 통계관리: Xbar-R 관리도로 반발률·두께 편차를 관리한다.
11. 결함 진단·보수 의사결정 트리
결함 발견 → 등급화(A:위험, B:보통, C:경미) A: 코어·내시경 즉시, 박리면 전면 제거 후 재분사 B: 부분 제거·패치 보수, 누수는 소규모 주입 후 재분사 C: 표면 실링, 양생 보강, 추적 점검12. 현장 점검 체크리스트
| 구분 | 점검 항목 | 점검 방법 | 기록 |
|---|---|---|---|
| 기초면 | 먼지·수막 제거 | 시각·촉진 | 사진, 승인서 |
| 배합 | W/B, 공기량 | 현장 시험 | 시험성적 |
| 장비 | 압력·토출량 교정 | 게이지 확인 | 점검표 |
| 시공 | 각도·거리·레이어 | 감리 입회 | 체크리스트 |
| 품질 | 반발·두께·공극 | 계측·타점 | 일지·위치도 |
| 양생 | 습윤·보호 | 순찰 | 양생기록 |
13. 섬유보강 숏크리트 관리 포인트
- 체적률 오차 ±3% 이내를 유지한다.
- 집속 방지를 위해 투입구 진동·에어 블로잉을 금지한다.
- 분산 확인을 위한 패널 절단 면적 0.25 m² 이상을 확보한다.
주의 : 섬유가 분사 중 필터처럼 노즐에 쌓이면 순간 압력상승과 분사 불균일이 발생한다. 노즐 내부 이물 축적을 교대마다 점검한다.
14. 누수 구간 시공 전략
- 유입수량에 따라 배수 못, 파이프 드레인, 집수관을 먼저 설치한다.
- 국부 누수는 미세 실링 주입 후 저압 재주입을 반복한다.
- 분사는 상향에서 하향으로 진행해 수막 재형성을 억제한다.
15. 계측·연계 관리
- 천단·내공변위, 록볼트 인발, 라이닝 응력계와 품질 결과를 연계한다.
- 두께 부족·박리 밀집 구간과 변형 가속 구간의 상관을 분석한다.
16. 교육·숙련도 관리
- 노즐맨·포퍼·펌프맨 역할을 분리하고 교차검정을 실시한다.
- 모의 분사 패널 시험을 월 1회 실시한다.
- 결함 사진 라이브러리로 불량 유형 인지 훈련을 수행한다.
17. 비용·리스크 관점의 우선순위
- 두께 부족과 부착 불량은 재시공 비용이 크므로 1순위로 통제한다.
- 반발률 저감은 원가절감과 품질 안정에 직결된다.
- 장비 교정과 배합 안정성 확보가 전 방위 리스크를 동시에 낮춘다.
18. 불량 원인-대책 매핑 표
| 불량 | 주요 원인 | 즉시 조치 | 근본 대책 |
|---|---|---|---|
| 두께 부족 | 반발 과다, 분사 시간 부족 | 재분사, 두께 재측정 | 각도·거리 교정, 레이어 얇게 분할 |
| 부착 불량 | 먼지·수막, 저속 분사 | 제거 후 재분사 | 기초면 관리, 공기압 조정 |
| 공극 | 곡면 과속, 겹침 불량 | 타점·코어 확인, 보수 | 분사 패턴 표준화 |
| 균열 | 급결 과다, 건조 양생 | 보양, 미세주입 | 급결 최적화, 습윤 양생 |
| 섬유 불균일 | 투입 집속, 혼합 불량 | 노즐 청소, 재분사 | 계량·혼합 절차 개선 |
| 백화 | 누수 경로 | 세척·실링 | 배수·주입 선행 |
19. 기록 양식 예시
숏크리트 일일기록 - 구간: XX+XXX ~ XX+XXX - 암질: RMRC 등급 - 배합번호: SC-2025-10-20-01 - 급결제 투입율: 바인더 대비 5.0% - 섬유: 강섬유 35 kg/m³ - 장비 설정: 토출 12 m³/h, 공기 6 bar, 노즐 Ø50 mm - 분사 조건: 거리 1.2 m, 각도 90°, 레이어 60 mm × 3층 - 결과: 반발률 12.8%, 두께 평균 160 mm, 공극 의심 0.5 m² 보수20. 계산 예시: 골재 수분 보정
주어진 값 - 설계 단위수량 Wd = 180 kg/m³ - 잔골재 표면수분 Ss = 3.0% - 잔골재 사용량 S = 900 kg/m³ - 잔골재 흡수율 Sa = 1.0%
계산
유효수분 = S × (Ss - Sa) = 900 × (0.03 - 0.01) = 18 kg/m³
현장 투입수량 = Wd - 유효수분 = 180 - 18 = 162 kg/m³21. 현장 표준 작업순서(SOP) 요약
- 기초면 승인 후 분사 시작한다.
- 초벌은 얇고 균일하게 입히고 리바운드 제거 후 재벌한다.
- 레이어 간 양생과 청소를 철저히 한다.
- 두께·반발·공극을 즉시 점검하고 보수한다.
- 기록·사진을 일지에 즉시 반영한다.
주의 : 리바운드 재사용은 금지한다. 분말·약화 입자가 층간 결합을 크게 저하시킨다.
22. 사례 기반 개선 포인트
- 곡면 전이부에서의 두께 부족은 패턴 속도 저감과 겹침 폭 확대로 해결한다.
- 누수부 박리 반복은 배수·주입을 선행하고 느리게 다층 분사로 개선한다.
- 반발률 편차는 노즐맨 개인 기량 차가 크므로 페어 작업으로 상호 모니터링을 적용한다.
23. 마감 전 종합점검
- 전 구간 두께 지도화 결과를 작성한다.
- 부착 인발 시험을 위험 구간에서 추가 실시한다.
- 표면 결함 보수 완료 확인 후 방수층 시공을 승인한다.
FAQ
반발률을 가장 빠르게 낮추는 방법은 무엇인가?
노즐 거리 단축, 분사 각도 90° 유지, 레이어 얇게 분할, 골재 최대치수 축소가 가장 효과적이다. 배합 점도를 약간 높이고 공기압을 미세 조정한다.
두께 부족이 발견되면 어디까지 제거해야 하는가?
타점·내시경으로 박리 경계를 확인하고 약화층을 전부 제거한다. 모재가 견고하고 청결한 상태가 될 때까지 제거 후 재분사한다.
섬유보강의 효과를 현장에서 어떻게 확인하나?
절단면 섬유 밀도 분석과 패널 휨인성 시험을 병행한다. 코어 절단 사진으로 균일 분포를 정량화한다.
누수부 시공 시 급결제를 늘리면 해결되는가?
급결제 과다는 부착 저하와 균열 위험을 키운다. 배수·주입 선행과 분사 패턴 개선이 우선이다.