터널 건설에 주의해야할 지형

(1)

2009학년도 1학기

(2)

(3)

터널 건설에 주의해야할 지형

ž

단층

ž

하안단구

ž

애추

(4)

단층(fault)과 터널

단층: 외부의 힘(주로 지진 등으로 인한)을 받은 지각이 두 개의 조각으로 끊 어져 이동한 지질구조.

(5)

(6)

정단층

(7)

역단층

(8)

수직단층

(9)

주향이동단층

(10)

오버스러스트(over thrust)

완만한 경사의 역단층

(11)

단층과 터널 위치

단층면을 따라 터널을 건설하는 것은 부적합 단층을 수직관통하는 형태가 바람직

부적합 적합

단층면

(12)

하안단구(river terrace)

하천의 융기와 침식의 반복에 의해 형성된 계단모양의 층상 지형

(13)

하안단구와 터널의 위치

하천의 융기와 침식의 반복에 의 해 형성된 계단모양의 층상 지형 침식 경계면이나 연약층에 터

널을 건설하는 것은 바람직하 지 않음

부적합

양호

(14)

애추(talus)

풍화된 암석이 경사면을 따라 퇴적한 반원추형 지형

(15)

애추와 터널

포행성(느리게 경사면을 미끄러 져 내려옴) 바윗돌

부적합 양호

(16)

지질과 터널의 형상

양호한 지질

다소 나쁜 지질

매우 나쁜 지질

(17)

터널공법

(18)

개착공법

Open Cut Method

개착공법

Open Cut Method

NATM공법

New Austrian Tunnelling

Method

NATM공법

New Austrian Tunnelling

Method

TBM공법

Tunnel Boring Machine

Method

TBM공법

Tunnel Boring Machine

Method

Shield공법

Shield공법 침매공법침매공법

터널 공법의 종류

Tool box meeting과 혼동하지 말 것

(19)

(20)

공사순서

①시트파일 박기

②복공판 설치

③굴착

④구조물 구축

⑤되메우기

⑥시트파일 인발 및 복공판 철거

(21)

개착식 공법의 종류

소굴식

안정구배를 유지하면서 굴 착

구조물 구축 되메우기

전단면 굴착

흙막이가설후 굴착 구조물 구축

되메우기

(22)

트렌치식 개착터널

(a) 측벽 시공 (b) 1차 굴착

(c) 상부 상판 시공

(d) 상판 상부 되메우기 및 하부 굴착

(e) 바닥 콘크리트 타설 및 터널 완성

굴착이 완료되기 전에 되메 우기를 하여 차량통행이 빨 리 이루어질 수 있음

(23)

(24)

NATM공법의 개요

ž

발파에 의해 터널을 굴착하는 공법으로

ž

발파후 약해진 굴착부위(굴착선단부)를 숏크 리트와 강지보공 등으로 보강하면서 안정성을 유지시키는 공법

(25)

(26)

발파의 정의

ž

암석, 콘크리트 구조물 등 인력 해체가 어려운 물체 또는 구조체에 구멍을 뚫고 그 속에 폭약 을 장전해서 폭파하는 것

ž

발파작업으로 (1) 암석을 잘게 부수는 것(2) 한번에 수만 t의 암석을 폭파하는 것 (3) 대형 구조물을 해체하는 것 등이 가능하며 여러 가 지 고도의 기술이 사용된다.

(27)

자유면

ž 발파될 때 물체가 외계와 접하는 면의 수.

ž 발파에 의해 파괴되는 암석이 떨어져나오는 면 을 자유면이라고 함

ž 자유면의 수가 많을수록 발파는 용이하다.

1자유면 비산 방향

(28)

자유면

(29)

자유면

(30)

자유면

(31)

자유면

(32)

자유면

(33)

발파의 순서

ž

암석발파의 뜻:

—

암석에 구멍을 뚫고 그 속에 폭약을 장전해서 폭파

ž

착암기를 이용하여 구멍을 뚫음

ž

다이너마이트, 질산암모늄폭약, 질산암모늄유 제폭약 등을 사용

(34)

최소저항선

ž

폭약의 중심에서 자유면까지의 폭파에 대한 저항이 최소인 최단거리 (line of least resistance)

경사천공 수직천공

최소저 항선

최소저 항선 자유면

(35)

발파의 원리

1. 점화

2. 방사형 균열 발생 3. 압축응력파의 발산

4. 자유면 반사로 인한 판상 인장파 발생

5. 틈사이로 가스 침투하여 틈을 확대시키고 암반 이동시킴

압축응력 파

인장응력 파

(36)

누두(漏斗, crater)반경

ž 누두: 발파후 발생하는 원뿔모양의 파쇄공

ž 누두공의 모양과 크기는 암반의 종류와 폭약의 위력, 약실의 위치와 자유면과의 거리 등에 따라 달라진다.

폭 약

최소저 항선 (W)

입계 심도

자유면 누두 반경

(R)

) (

) ) (

( W

n R

최소저항선 누두지수 = 누두반경

(37)

장약판정

ž 표준장약: 누두반경과 최소저항선이 같을 때

— n=1, R=W

ž 과장약: 누두반경이 최소저항선보다 클 때

— n>1, R>W

ž 약장약: 누두반경이 최소저항선보다 작을 때

— n<1, R<W

자유면 누두반경(R)

최소저 항선 (W) 누두반경(R) 누두반경(R)

표준장약 과장약 약장약

(38)

발파 위험요소

낙석 위험

잔류화약의 폭발 위험

(39)

숏크리트(Shotcrete)

암반의 갈라진 틈을 보강 하고 부착력을 증대시킴

(40)

록볼트(Rock Bolt)

암반 내에 뚫은 구멍에 꽂아 넣어 사용 하는 볼트

암석을 고정시켜 낙하를 방지

(41)

록볼트 시공

Dished plate Hex nut

Grouting(그라우팅) Resin

(42)

라이닝 콘크리트 타설

트레블링 폼(Travelling Form)

(43)

• 터널굴착입구 설치 및 보강 갱구설치

• 천공à발파 천공 및 발파

• 1차숏크리트à와이어메쉬à강지보공à2차숏크리트à록볼트 암반보강

• 방수à복공(라이닝콘크리트)à인버트콘크리트 후속공정

NATM공법의 순서

Travelling from 이용하여 타설 지반융기, 과다 측압, 이상지압 등이 발생할 때 타설

(44)

NATM공법의 암반보강방법

1차 숏크리트 와이어메쉬

강지보공(steel rib) 2차 숏크리트

록볼트 방수

라이닝 콘크리트 인버트 콘크리트

(45)

터널 종단면

발파 및 굴착 1차숏크리

트

와이어메쉬 2차숏크리트

록볼트

강지보

방수 및 콘크리트 타설

(46)

트레블링 폼(Travelling Form)

레일

작업 대차 콘크리트 타설

(47)

Shotcrete (숏크리트)

ž

건조시킨 모래와 시멘트를 섞은 것을 펌프로 압송하여 노즐 끝에서 물과 함께 분사하는 방 법

ž

압축공기 분사기(cement gun)를 사용하여 분 사

ž

수밀성(水密性)과 강도가 뛰어난 모르타르를 얻을 수 있어, 구조물의 표면 마무리, 보수용, 강재(鋼材)의 녹 방지용에 적당

(48)

Shotcrete 시공

(49)

Shotcrete의 효과

ž

암반과 부착력증대, 전단력저항

ž

휨압축 및 축력에 저항

ž

외력의 배분효과

ž

약층의 보강

ž

피복효과, 풍화방지

(50)

록볼트(Rock Bolt)

ž

암반 내에 뚫은 구멍에 꽂아 넣어 사용하는 볼 트

ž

암석이 벗겨져 떨어지기 쉬운 경우에, 그것을 주위의 단단한 암반에 고정시켜 떨어지는 것 을 방지하기 위해서 사용됨.

ž

갱도를 지지하는 것이 목적

(갱도: 공사를 위해 뚫어놓은 길)

(51)

One • 봉합효과

Two • 보강효과

Three • 빔형성효과

Four • 내압 및 아치형성효과

록볼트의 효과

(52)

(53)

막장이란?

ž 국어사전적 의미: 인생 갈 때까지 간 사람을 지칭 하는 말.

ž 건설공사에서의 의미

— 막장(workplace): 터널 굴착 선단부로서 굴착작업이 이 루어지고 있는 부분

(54)

막장면의 위험성

ž

암석 등의 낙반 위험

터널 막장면 장약 작업 중 암반 낙하, 작업대차의 버켓에 서 장약작업을 하던 피재자의 머리를 강타하여 사망

(55)

터널 상부 부석 확인 작업 중 암반이 낙하 머리, 복부 등에 떨어져 사망

(56)

막장면의 안전

ž

막장면의 위험성: 암석 등의 낙반 위험

ž

막장(workplace)

막장면의 안전

• Shotcrete로 덮음.

• 막장을 경사시킴

• Core를 둠.

(57)

NATM공법의 특징

ž

지반자체가 터널 벽면을 지지하는 재료로 활 용됨.

ž

연약지반에서 경암까지 적용이 가능하다.

ž

계측을 실시하여 설계시공에 반영할 수 있다.

ž

경제성이 우수

(58)

(59)

TBM 공법이란?

(60)

공법 개요

ž

TBM (Tunnel Boring Machine)이라는 명칭 의 전단면 터널 굴착기계를 이용하여

ž

무진동, 무발파로 굴착하는 공법

ž

역학적으로 안정되고 기계화 굴착에 의한 변 형을 최소화할 수 있다.

ž

발파작업이 없으므로 갱내 환경이 양호하고 안전성이 높다.

(61)

TBM Machine

(62)

공사순서

1.

본체를 벽면에 클램핑하고 굴착개시

2.

한 행정 굴진

3.

본체클램핑을 풀고 전후부지지대를 내림

4.

굴진방향의 재설정

(63)

TBM공법의 특징

ž 장점

— 굴착속도가 빠르다.

— 갱내 분진과 진동을 다른 공법에 비해 줄일 수 있어 양호한 공사환경을 조성하고 안전성을 높일 수 있다.

— 여굴이 적다

(여굴: 굴착계획선을 넘어서 굴착한 부분)

— 노무비를 절약할 수 있다.

— 공사기간의 단축이 가능하다.

ž 단점

— 단면을 변경할 수 없다.

— 지질에 따라 적용에 한계가 있다.

— 고가의 장비가 필요하여 초기투자비가 크고 유지관리비가 많이 든다.

(64)

(65)

공법 개요

ž

연약지반에 터널을 굴착하는 공법으로서,

ž

쉴드 장비를 지반에 압력으로 밀어넣어 회전 과 동시에 밀면서 굴착하는 공법

ž

쉴드 장비의 앞부분은 굴진을 하고 후방에서 는 세그먼트를 조립하여 터널굴착면을 보강

(66)

쉴드 장비

(67)

공사순서

1. 쉴드장비를 회전 시키면서 굴진 2. 동시에 토사 배출 3. 세그멘트로 갱내

굴착면 보강

토사의 배출

(68)

세그먼트

(69)

쉴드 터널 내부

(70)

공법의 특징

ž 장점

— 작업이 안전하다.

— 비교적 깊은 장소까지 시공 가능

— 소음 진동이 적음

— 도심지 공사가 가능

ž 단점

— 단면이 클수록 대형 장비를 제작해야 하므로 공사비가 증가 된다.

— 숙련공이 필요하다.

— 연약지반에서 시공하므로 수분의 침투 등의 조치가 필요하 다.

(71)

(72)

침매터널

ž

지상에서 터널박스(함체)를 제작

ž

물에 띄워 현장에 운반 후

ž

소정위체에 침하시켜 터널구축

침매터널 시공순서 (거가대교)

(73)

침매터널의 시공

1.

터널박스(함체)의 제작

2.

현장운반

3.

소정위치에 침하 및 함체연결

함체제작 현장운반

(74)

안전관리상의 특성

ž

고소작업이 많은 일반건설현장과는 달리 터널 공사는 극소공간에서 작업이 진행됨

à

추락, 낙하비래 등의 재해는 드문 반면, 낙반, 질식, 소음, 발파 등으로 인한 재해가

일반적이다.

à

역학적 검토, 환기 대책, 소음진동대책, 발파시 안전 등에 유의

(75)

터널 막장에서 천공작업중 폭발

(원인: 발파작업 후 잔류화약 점검 소홀)

(76)

터널내 발파작업시 비산석에 맞아 사망

원인 및 대책: 발파전에 피난장소를 설치하고 근로자를 피난장소로 모두 대피시킨 후 발파를 실시하여야 함.

(77)

터널 라이닝 보강철근 조립중 철근망 처짐 발생

원인: (1) 조립중인 철근의 처짐 방지조치 미실시 (2) 앵커 (Anchor) 지지력 부족