경부고속철도 하부 터널관통에 따른 대책검토 및 시공사례

전체 글

(1)기술기사 | 한국지반공학회지 | Vol.30, No.8 | pp.8~16. 경부고속철도 하부 터널관통에 따른 대책검토 및 시공사례. 이용진. 이민식. 최재서. 김영익. 박노호. 코오롱글로벌(주) 토목기술팀 대리 (code [email protected]). 코오롱글로벌(주) 토목기술팀 차장 ([email protected]). 코오롱글로벌(주) 토목기술팀 팀장 ([email protected]). 코오롱글로벌(주) 경부고철동해남부연결선 소장 ([email protected]). 코오롱글로벌(주) 인프라본부 상무 ([email protected]). 1. 서문. 착은 공사기간, 효율 등을 고려하여 시·종점 양방향 굴착이 일반적이며, 터널관통은 터널 중앙부의 암반. 본 공사는 경부고속철도와 동해남부선을 연결하는. 이 양호하고 근접하여 주요 구조물이 없는 곳에서 이. 건설공사로, 연결선 공사를 위해서는 경부고속철도. 루어진다. 그러나 본 공사인 “경부고속철도 동해남부. 하부 터널횡단이 불가피하며, 기존 고속철도 하부를. 연결선 건설공사” 현장의 마산터널(L=1,358m)은 기. 최초로 횡단하는 시공사례이다. 통상적으로 터널 굴. 존 경부고속철도 하부에서 7.75m 이격되어 근접 통과. 그림 1. 과업노선도 및 교차구간 보강계획. 8 • 地盤.

(2) 경부고속철도 하부 터널관통에 따른 대책검토 및 시공사례. 터널명. 평면선형. 종단경사. 마산터널. R=700. -23.0 ~ -3.0‰. 구조물별 연장 갱문/개착. NATM. 중간개착. 24m. 1,129m. 205m. 터널구간 평면도. 경부고속철도 교차 통과구간 상세지층. •퇴적암 셰일 및 이암, 제4기 충적/붕적층. •A, B 저속도대, C는 경부고철 영향. 총연장 1,358m. 그림 2. 지반 및 터널현황. 하며 현장여건 및 암반상태에 의한 터널 굴진속도 저. 2.1 지형 및 지질. 하로 당초 설계 위치가 아닌 기존 경부고속철도 하부 에 서의 관통이 불가피하여 이에 대한 검토를 수행하 였다.. 본 과업지역은 지체구조상 백악기 경상누층군의 주 분포지인 경상분지의 중동부에 위치하고 있다. 진동 층(대구층)의 상부 지층인 건천리층과 안산암 및 안산 암질 응회암으로 구성되어 있으며, 건천리층은 흑색. 2. 현장 개요. 및 암회색의 셰일 및 이암과 실트암 내지 세립질 사암 으로 구성되며 주변의 화성암 관입 및 분출로 열변성. 경부고속철도 동해남부 연결선은 서울~포항간 1시. 을 받아 부분적으로 호온펠스화되어 있다. 안산암 및. 간대 운행으로 열차이용의 편리성 및 교통 수요 창출. 안산암질 응회암은 대부분 용암류 및 응회암으로서 건. 과 경북지역 고속철도 이용 수혜지역 확대를 위해 계. 천리층을 피복하고 있으며, 화산암류인 안산암은 남. 획되었으며, 과업구간 현황은 다음과 같다.. 서부와 중북부에 퇴적암류와 접촉하며 광범위하게 분 포하고 있다. 과업지역에는 백악기의 퇴적암류와 이. 2014. 8 Vol.30, No.8 • 9.

(3) 기술기사 | 한국지반공학회지 | Vol.30, No.8 | pp.8~16. 2.2 터널계획 현황. 표 1. 구분. 단면설계. ① 건축한계. 4,200×6,450mm. ② 전차 선. 5,080. ③ 가고 ④ 점검통로. •굴착 단면적 : 50.602 ㎡ •내공 단면적 : 40.696 ㎡ •터널내 대피로 양측 설치. 710 800mm양측. ⑤ 공동구. 340×190양측. ⑥ 배수구. W200×H500. ⑦ 도상. 500mm이상. 3. 관통 계획 3.1 터널 관통 계획 당초설계 시 상부에 경부고속철도와 교차하는 구간. 를 관입 분출한 화산암류 및 불국사화강암류, 이를 부. 은 시공에 주의를 요하는 바, 이격거리별로 무진동 또. 정합으로 덮고 있는 충적층이 분포하고 있다.. 는 미진동으로 굴착이 계획되어 있었으며, 대책시공구. 표 2. 관통부 위치 변경에 따른 굴착공법 검토. 구분. 당초 관통지점(1km 700)굴착 공법. 변경 관통지점(1km 376)굴착 공법. 암반타입. II. III. 굴착공법. 전단면 굴착. 상부 - 무진동 암파쇄공법 하부 - 무진동 암파쇄공법. 지보대책. 지보패턴 : PS-2 무근 콘크리트. 지보패턴 : PS-4-1 강관다단 그라우팅, 철근 콘크리트. 보강도. 10 • 地盤.

(4) 경부고속철도 하부 터널관통에 따른 대책검토 및 시공사례. 간 약 75m는 강관다단을 통한 천단부 보강을 계획하. 0.91mm, 숏크리트의 휨압축응력은 74.38t/m2, 록볼. 였다. 따라서 상부 경부고속철도의 영향을 최소화 할. 트 축력 허용치 8.8tonf보다 작은 수치이므로 관통에. 수 있도록 미진동 구간을 관통지점으로 계획하고 기존. 따른 터널의 안정성은 확보되는 것으로 판단된다.. 미진동발파를 무진동 굴착으로 변경하였으며, 시점방 향으로 천단부 강관다단그라우팅을 추가하였다. 표 3. 해석순서. 3.2 터널 관통 순서. 시공단계. 시공 내용. 1 단계. INITIALIZING. 3 단계. 경부고속철도 시공완료. 4~15 단계. 종점부에서 관통위치까지 굴착 및 지보재 설치. 16~29 단계. 시점부에서 관통위치까지 굴착 및 지보재 설치. 30~42 단계. 연결선(상선) 교차구간 강관보강영역 시공, 굴착 및 지보재 설치. 43 단계. 관통. 44~45 단계. 연결선(상선) 시공완료. 터널 관통순서는 그림3과 같다.. 4.안정성 검토 4.1 관통 단계별 안정성 검토 해석결과를 정리하면 천단 및 내공변위는 최대. 그림 3. 관통순서. 2014. 8 Vol.30, No.8 • 11.

(5) 기술기사 | 한국지반공학회지 | Vol.30, No.8 | pp.8~16. 표 4. 해석모델링 적용현황. 구분. 해석모델링. 프로그램. •MIDAS GTS(3D). 해석모델. •Mohr-Coulomb 탄소성모델. 해석영역. •좌·우측 4D 및 하부 3.0H. 적용지반. •암반등급 Ⅲ 관통 계획. 해석방법. •실제지형을 모델링하여 초기 응력 및 지형 조건에 따른 지반응력 상태모사. 표 5. 적용지반 물성치 구분. 단위중량(t/m3). 탄성계수(t/m2). 점착력(t/m2). 내부마찰각(˚). 포아송비. Ⅰ. 2.65. 2900000. 600. 43. 0.19. Ⅱ. 2.55. 1800000. 200. 41. 0.22. Ⅲ. 2.40. 700000. 60. 35. 0.25. Ⅳ. 2.30. 200000. 25. 32. 0.28. Ⅴ. 2.20. 42000. 10. 27. 0.30. 풍화암. 2.00. 35000. 3.0. 33. 0.3. 토사. 1.90. 3500. 2.0. 30. 0.35. 표 6. 시공단계별 해석순서(계속). 12 • 地盤. 초기응력. 경부고속철도 시공완료. 연결선(상선) 종점부 굴착 및 지보재 설치. 연결선(상선) 시점부 굴착 및 지보재 설치.

(6) 경부고속철도 하부 터널관통에 따른 대책검토 및 시공사례. 표 6. 시공단계별 해석순서 연결선(상선) 교차구간 강관보강영역 시공, 굴착 및 지보재 설치. 연결선(상선) 관통 및 시공완료. 표 7. 단계별 변위 결과 천단변위 양상(관통위치). 내공변위 양상(관통위치). 표 8. 천단침하 및 내공변위 관통 전. 관통 후. δmax ≒ 0.23 mm. δmax ≒ 0.62 mm. δmax ≒ 0.26 mm. δmax ≒ 0.49 mm. 천단 변위. 내공 변위. 2014. 8 Vol.30, No.8 • 13.

(7) 기술기사 | 한국지반공학회지 | Vol.30, No.8 | pp.8~16. 표 9. 숏크리트 응력 및 록볼트 축력 검토 관통 후. 최대값. 60.19 t/m2. 74.38 t/m2. 1.52 tonf. 1.52 tonf. 숏크리트 휨압축 응력. 록볼트 축력. 표 10. 검토결과 구분. 변위(mm). 지보재응력 2. 천단변위. 내공변위. 숏크리트 응력 (t/m ). 록볼트 축력 (ton). 관통전. 0.23. 0.26. 68.03. 1.52. 관통후. 0.62. 0.49. 60.19. 1.52. 최대값. 0.62. 0.91. 74.38. 1.52. 허용값. 10. 20. 840. 8.86. 평가. O.K. O.K. O.K. O.K. 4.2 관통시 인접구조물 안정 검토. 5. 시공단계별 계측결과 분석. 교차되는 상부의 경부고속철도 궤도 안정성 검토결. 터널 관통 후 터널의 안정성 확인을 위하여 계측결. 과 수평틀림 0.064mm, 고저틀림 0.047mm로 선로변. 과를 검토하였다.(그림 6~7참조) 변위 및 지보재 응력. 형 기준에 만족하며, 경부고속철도 라이닝은 인장응력. 모두 관리범위 이내에서 안정하게 시공되었음을 확인. 1.16 t/m , 압축응력 20.6 t/m 이 발생되어 허용치 이. 하였다.. 2. 2. 내로 나타난다. 따라서 연결선(상선) 굴착으로 인한 경 부고속철도 궤도 및 라이닝은 안정한 것으로 판단된다.. 14 • 地盤.

(8) 경부고속철도 하부 터널관통에 따른 대책검토 및 시공사례. 그림 5. 경부고속철도 라이닝 응력. 그림 4. 경부고속철도 바닥부 종방향 변위. 표 11. 선로변형 기준 및 검토결과. 표 12. 기설구조물 허용기준 및 해석결과. 종별. 해석결과(mm). 검토결과(mm). 구분. 허용치(t/m2). 해석결과(t/m2). 수평. 좌:0.186 / 우:0.250. 0.064 (≤2). 인장응력 증분. 100. 1.16. 고저. 10m 기준 0.229 / 0.182. 0.047 (≤2). 압축응력 증분. 500. 20.6. 사진 1. 강관다단 그라우팅 시공 및 굴착. 사진 2. 관통 완료. 그림 6. 지중변위 계측결과. 그림 7. 숏크리트 응력 계측결과. 2014. 8 Vol.30, No.8 • 15.

(9) 기술기사 | 한국지반공학회지 | Vol.30, No.8 | pp.8~16. 6. 맺음말. 암반등급을 안전측(암판정 결과 암반등급 Ⅱ이나 Ⅲ등급 적용)으로 적용한 바, 실제 관통부 굴착. 본 사례는 경부고속철도 동해남부연결선 건설현장. 시 발생변위는 크지 않을 것으로 판단되었다.. 의 마산터널 관통을 당초 설계의 위치가 아닌 주요 시. (3) 수치해석 결과 터널 관통 시 본선(마산터널)의. 설물인 경부고속철도 하부와 인접한 위치에서 관통하. 안정 및 인접 터널(방내터널)의 안정에는 영향이. 게 됨에 따라 보강계획을 수립하고, 수치해석을 통한. 없는 것으로 검토 되었으나, 시점방향으로 강관. 안정성 분석을 수행하였으며, 단계별 관통계획에 따. 보강그라우팅(원설계 : 훠폴링)을 추가하여 양방. 라 시공완료한 사례이다. 이상의 설계 및 시공으로 부. 향 강관다단 보강을 통해 시공 안정성을 향상 할. 터 다음과 같은 결론을 얻었다.. 수 있도록 계획하였다.. (1) 마산터널 관통부의 위치는 STA. 1km376.00으. 기존 고속철도 하부를 최초로 횡단하는 구간으로 특. 로 무진동 굴착구간과 미진동 굴착구간의 경계부. 히 양방향 터널 관통위치를 현장여건, 지반상태, 공기. 로 조정함으로써, 공기조정을 최소화하고 위험구. 등의 이유로 기존 고속철도 터널 하부에 인접하여 안. 간이 배제되도록 하였다.. 전하게 관통한 사례로서 단계별 보강계획에 따라 시공. (2) 관통부의 안정성 해석결과, 강관다단을 통한 터. 을 수행하였으며, 무사히 터널을 관통시킬 수 있었다.. 널 지보 시 연직침하, 내공변위, 숏크리트, 록볼. 본 사례는 향후 중요 구조물에 인접하여 터널을 관통. 트, 강지보재응력 모두 허용치 이내로 안정성이. 해야 하는 곤란한 경우 보강안 수립을 위한 참고사례. 확보되는 것으로 검토되었다. 또한 해석결과는. 로 활용 될 것이라 전망된다.. 16 • 地盤.

(10)