A Study on the Behavior of an Existing Tunnel and the Safety Implications on its Facilities from a New Tunnel Blasting

한국재난관리표준악회 논문집 2010년 6월

저13권 져12호，

pp. 57-64 ^L/、

EJ 극해납린 c!j표푼획외

~S~ Korean Society of S∞ etal Securi ty

신설 터널 발파 시 기존 터널 거동 및 시설물 안전에 관한 연구

김성훈

*

조원칠

A Study on the Behavior of an Existing Tunnel and the Safety Implications

。 n its Facilities from 0 New Tunnel Blasting

Sung Ho on Kim* and C ho Woncheol

접수일자 2010년 4월 18일/심사완료일 2010년 5월 7일

요 약 본 연구는 신설 터널 발파 시 기존 터널 거동 및 시설물 안전에 관한 연구로서 설계 당시에는 신설 터널의 안전성 에 초점을 맞추다 보니 기존 터널 내부에 설치되어 있는 제연 팬 등과 같이 시설물의 안전성을 확보하기 위한 세부적인 설

계에 있어서 다소 미흡한 면이 있었다. 기존 터널의 최근

10

년간 교통사고 유형을 분석한 결과 주행 중인 차량 간 긴급 상황

및 상호 장애요소 발생 시 미처 대처하지 못해 발생하는 사고가 대부분인 것을 알 수 있었다 이런 점을 감안하여 신설 터널

시점 부 및 본선 구간 발파 시 장약량을 최소화하였고 피난연

결

통로 굴착은 대구경 심빼기 발파공법으로 변경 시공하여 진

동을 최소화함으로써 기존 터널 내부의 시설물 안전성을 확보하였다 정 량적 분석 방법으로서는 각종 계측기를 설치하여 신 설 터널 주변 민가， 기존 터널 내부 및 제연 팬 주위에 설치하여 실시간 변위를 파악하여 교통류 차단 없이 정상 흐름을 확

보하였다. 향후 대도심지에 위치하면서

기

존 터널과 인접한 터널 설계 시 터널 내부 시설

물

안전성 확보를 위해 발파 장약

량， 발파공법 및 계측방법의 개선 방안을 제시하였다.

액심용어

터널 거동 터널 설계 발파 장약량·발파공법 계측

ABSTRACT In this study , the behavior and safety of an existing tunnel and its facilities are investi gated when a new tun- nel adjacent to the existing tunnel is blasted. The design of the new tunnel puts priority on stability of the tunnel itse lf over the safety of the facilities which are installed within the existing tunnel such as jet fans . And thus, a detailed con sid- eration on secllring the safety of the existing faci lities has been insufficien t. An ana lysis on the types of traffic accidents in the last ten years shows that most incidents were due to the driver ’ s improper response in emergency situations and

lI

nexpected obstacles. In consideration of this analysis , the safety of the faci lities in the existing tunnel was sec ured by minimizing the charging amount for each hangfire and changing the excavation method of evacuation cO

ll1ll1

unication shel- ters to the large center ho le cut blasting method to redllce blasting vibration. For a

ll10r

e quantitative analysis ,

^ll1

easure- ment devices were insta lled inside the existing tunnel , at hou ses adjacent to the new tunnel , near jet

떠 ns

in the existing tunnel. This enabled rea l time

ll1

easurement of displacements of the existing tunnel , adjacent hou ses , and jet fans without interrupting traffic flow . Therefore , the i

ll1

provements of charging amollnt for each hangfire , the blasting

ll1

ethod , and the meaSllre

ll1

ent method are suggested in this paper to secllre the safety of the facilities in the existing tunnel when a new tunnel , located on a large city and adjacent to an existing tunne l , is designed.

KEYWORDS The behavior of a ex isting tunnel , tunnel design , charging a

ll1

0

1l

nt , blasting method ,

ll1

easurement

*한국산업인력공단(E-ma il:

starhoonk@hanmai l.net)

57

1.

서 로

」

,.,

연구의배경

1

978년 14개소로 시작된 고속도로 터널 개수가 국가 경 제성장력과 더불어 2009년

4

727fl 소 로 급격히 증가되었다.

향후 우리나라의 국토개발계획에 근거한

7x9

격자망 고속 도로 건설이 단계적으로 완성되면 현재

3 , 500 km에서

6 , 000 km로

전국을 3

0분 이내 고속도로 진입이 가능하다.

아울러 신설 터널의 증가와 더불어 도심지의 기능 변화 또 는 국민 GDP증가에 따른 문화적 흐름에 따라 기존 노선의 확장공사 또한 지속적으로 발생할 것으로 판단된다.

하나의 터널을 완성하기 위한 흐름을 살펴보면 교통량 증가를 예상하고 지역 간의 균형발전을 위한 타당성 조사 를 마친 뒤 기본설계를 거쳐 실시설계에 이르는 설계기간 과 이를 바탕으로 현장에서 공사를 수행하는 건설기간 그 리고 일상적인 청소와 정비에서부터 점검과 구조물의 안 전성， 내구성 및 사용성을 확보하기 위해 시행하는 유지관 리 기간으로 구분할 수 있다. 단계별 수행과정에 있어서 설계를 마무리하고 나서 공사착수까지는 몇 년의 기간이 소요됨에 따라 설계당시의 기준보다 더 나은 발파공법 및 체계적인 안전시설물 설치기준의 적용으로 설계당시보다 더 많은 부대시설물이 터널 내 적용되는 경우가 나온다.

고속도로 확장공사를 수행함에 있어 기존 터널과 인접 한 거리에서의 본선 발파 시 소요되는 적정 화약량 및 피 난연결통로에 대한 적정 발파공법의 적정성을 검토하여 향후 유사한 터널 설계·시공 시 설계방법에 대한 기준을 마련하고 고속도로뿐만 아니라 철도 및 기존 건물과 인접 한 지하시설물 공사 시 참고할 만한 자료로서의 역할을 수 행하고자한다.

1.2

연구의 목적

본 연구에서는 최근

10년간

발생된 기존 00 터널

내

부 교통사고 유형을 분석한 결과 주행 중 긴급 상황 및 장애 요소를 사전에 제거할 펼요가 있었다 이를 위해 신설 터 널 시공 시 기존 O 。터널 거동 및

내부의 시설물 안전성

을 확보하기 위해 발파 장약량 조절과 피난연결통로 발파 공법 변경을 시행하였다. 또한， 각종 계측기를 설치하여 실시간 변위 여부를 파악하여 기존 터널

내

부의 교통류 차 단 없

이

원활한 교통흐름을 확보하고 향후 이와 유사한 형 태의 터널 설계 및 시공시 도움을주는데 그목적

이

있다.

1.3

연구의 범위와 방법

본 연구의 범위는 최근

10년간

발생된 기존 터널 내부의

한국재t!판2/표준학희 논운즙/ 제3권 제2호

사고유형 분석을 실시하였고 이를

예

방하기 위해

터

널 내 부에 설치해야 될 방재시설물 설치기준과 현재 기존

00

터널에 설치되

어 있는 방재시설물을

조사·분석하였다. 또 한， 기존 。 o

터

널과 인접한 곳에 신설

터

널을

시

공함에 있어 본선 부 발파공법 및 기존 00 터널과 신설 터널을 연결하는 피난연결통로 시공에 따른 발파공법의 적정성을 검토하였다. 이를 위해 위치별 정밀 계측기를 설치하여 계 측 결과분석을 통해 기존 00 터널

내

부에 설치된 방재시 설물의 구조적 안전성을 연구하였다.

연구방법은 터널

내

재난 유형분석을 위한 이론적 고찰 은 재난관련 문헌연구를 참조했으며 최근

10년간 발생된

기존 。。터널

내부의 사고유형

분석은 한뉴국도로공사 통 계분석 자료를 참조하였다. 신설 터널 설계 분석은 당해구 간 실시설계 일반보고서， 시방서 자료 분석 및 소음진동 방침을 참조하였다. 신설 터널 본선 구간 및 피난연결통로 의 발파공법 적용은 시험발파를 통해 적정공법을 선정하 였고 정밀 계측기를 이용한 계측결과 분석은 소음 및 진동 관련 법규를 기준으로 연구하였다.

2.

기존 터널 재난유형 분석

2.' 최근 10년간 기존 터널 사고 사례

최근 10년간(2000년~2009년) 기존 00 터널 교통사고 발생 유형을 분석한 통계자료는 표

l

과 같다.

기존

O

。터널 교통사고의 주요한 원인을 분석해보면 안전거리 미확보 (26%)>졸음 운전(1 8%)>주시 태만(

15%)>

핸들 과대 조작(

1

3%)>기타 순이다. 사고발생 비율을 좀

더

세부적으로 분석해보면 교통류의 원활한 흐름에 있어서 장애요소가 발생

때

미처

대

처하지 못하여 사고가 발생하 는 유형

이 대부분을

차지하고 있는 것으로 분석된다 이는 본 논문의 목적과 상당히 부합되는 내용으로는 안전거리 미확보 및 주시

태

만에 한정해 접근해 볼 수 있다. 인접한 신설 터널 발파에 따른 터널 시설물의 낙하를 조기

에

발견 하지 못할시 예상치 못한 대형사고의 발생이 될 소지가 있 다는뭇으로고찰된다

또한 기존 00 터널 사고발생 요일을 분석해보면， 금요 일 (2

3%)>수요일 (20%)>목요일 (1

7%)>.화요일， 토요일 (

15%)>

일요일， 월요일 (5%)로 구성되어 있다 좀 더 세분하여 분 석해보면 주말을 맞아 야외로 나가는 교통량 증가에 따른 사고 발생이 많은 것으로 추정할 수 있다.

그리고 기상조건의 상황을 분석해보면 맑음(

50%)>흐림

(35%)>비(13%)>눈(2%)로 구성되어 있다. 최근

10년간 발

생

된 총 사고 건수

40건 중에서

기상조건이 양호한 맙음을

신설 터널 발파 시 기존 터널 거동 및 시설물 안전에 관한 연구

59

표

1

최근 10년간 기존

00터널 사고

사려I(흔댁도로공사) 사고일자 ^{H。L;δ。10} 원인

2000-07-05

인천 핸들과대조작

2000-11-09

_강풍 졸음

2001-01-08

_{인천 안전거리 미확보}

2001-03-09

_{강릉 과속}

2001-03-28

7

,)-%

안전거리 미확보

2001-08-29

7，)-τ~ 안전거리 미확보

2001 -10-07

_{강릉 타이어파손}

2001-12-27

강릉 안전거리 미확보

2001-12-29

_{인천 핸들과대조작}

2002-01 -10

강릉 핸들과대조작

2002-04- 16

강릉 과속

2003-04- 19

_{강릉 주시태만}

2003 -11-14

_{강풍 졸음}

2003-12-22

_{인천 중앙선침범}

2004-03-17

_{인천 안전거리 미확보}

2005-02-15

_{인천 핸들과대조작}

2005-06- 10

인천 제동장치

2005-06-29

_{인천 주시태만}

2006-05-04

_{인천 중앙선침범}

2006-05-12

_{강릉 과속}

2006-06-02

_{강릉 과속}

2006-06-16

_{강릉 안전거리 미확보}

2006-09-29

_{강릉 졸음}

2006- 10-3 1

7

,)-%

안전거리 미확보

2007-01-26

인천 ^{걷EE프 S IL그}

2007-02-07

강릉 안전거리 미확보

2007-03-09

_{강릉 졸음}

2007-05-05

인천 ^{크E즈드j II2-}

2007-06-30

_{강릉 안전거리 미확보}

2007-07-07

_{강릉 주시태만}

2007-09-20

_{강릉 핸들과대조작}

2008-01-30

_강릉 주시태만

2008-07-13

_{인천 과속}

2008-07-14

_{인천 노면잡물}

2009-02-03

_{강릉 주시태만}

2009-03-25

인천 안전거리 미확보

2009-03-31

_강릉 jC2I」드르

’

2009-08-06

인천 기타

2009- 12-29

강릉 주시태만

20 10-02-27

7

,)-%

졸음

제외하면 20건이 발생되었다. 그 중에서 흐림 (14건)， 비 (5 건) 및 눈(1 건)등 도로주행에 불리한 기상조건이 발생 되 었을때 교통사고 전체의 50%가 발생되는 것을 알 수 있었 다. 이는 기존 00터널 내부의 사고는 날씨와는 크게 상 관된다고 볼 수는 없지만 터널 입·출구 측의 교통사고는 기상과 밀접한 관계가 있슴을 알 수 있다

날씨 사망

-

닝「λ。L 요일 차량수

~.g그-

0 0

^-/i「- _{l 대}

Dr1Fj 。g」

0 0

E-1l

l

대

흐림

0 0

S-1L l 대

밝음

0

^二t그I 2대

맑음

0 0

^'Íι- _{3 대}

맑음

0

^-/A「 9대

흐림

0

_{일 l 대}

밝음

0

*

^{2 대}

τ 」r

0 0

토 l 대

흐림

0 0

l-a1 l 대

비

0

_화 l 대

흐림

0 0

토 3 대

ng1ιs t21-

0 0

^二t그I l 대

~.f%

0

월 2대

흐림

0 5 4-

3 대

비

0 0

화 l 대 흐림

0 2

二C그1 8 대 비

0 2

^-/L「- _{3 대}

맑음

0

l-a1 2 대

흐림

0 0

^二I그I l 대

맑음

0 0

^二[그] l 대

맑음

0 0

二E그I l 대 맑음

0

^二I그I l 대

~-f% 0

_화 4대

흐림

0

二I그j l 대 맑음

0 2 -

/』「 4대

흐림

0 0

二C그I l 대

~%

0 0

토 l 대

~i%

0 0

토 3 대

\Ì

i% ⁰

^{토 3 대}

비

0 0

S-1L l 대

흐림

0 0 _"-‘「

2 대

비

0

_{일 l 대}

흐림

0 0

_{월 l 대}

口~.g

0 0

_{화 l대}

~-f%그

0 3

^「/A- 8대

호림

0 0

화 l 대

n

민u 디농

0 0

^E-E1 1 대

흐림

0 2

_화 5 대

흐림

0 0

토 l 대

3.

신설 터널 발파에 따른 계측결과 분석

3 .1

터널 시접부 계측결과 운석

막장 면 발파작업을 위한 사전준비를 완료하고 계측기를 총 3개소에 설치하였다. 첫 번째 계측기는 터널 현장과 가 장 가까운

000

가든 식당 입구에 설치하였고 두 번째 계

‘Jo umal of The Korean Society of Societal

Securirκ

V oI. 3. No. 2

·ε 잔 7

.. E .

D확모

l 즐를

l

주)

E FEr

•

-.흑

.~틀~'['，증작 .풍응‘양응딜

&」짜 -

낭

녕‘

: ,‘

앙

x -

g - r*

C

양‘­세 를 타

• : i' Ef

그림

1

교통사고 원인별 분석

(a)

요일

(b)

날씨

그림

2.

요일 및 날씨멸 사고원인 분석

측기는 터널 관리동과 인접한 가구에 설치하였다. 마지막 으로 설치된 계측기는 기존

00

터널(인천방향)의 입구측 에 서 계측을 실시하였다 항상 계측기를 설치하면 소음과 진동치를 알 수 있지만 본 논문의 흐름상 발파진동에 관한 내용만 언급하였다. 우선 시험 발파에 근거한 명확한 화약 량을 ™O는게 목적이니만큼 최소， 중간， 최대의 기준으로 장약량을 조정하였다. 발파결과에 대한 계측결과는 표

2

와같다.

발파 진동(kine) 계측결과 민가

1

(0

00

가든)에서 측정 한 발파 진동치는 최대

0.279 kine ,

최소

0.03 18 kine이

측정 되어 허용치

0 .3 kine

이하이므로 안전하다 민가2(일반주 택)에서 측정한 발파 진동치는

0.0215

kine이 측정되어 허

용치

0 .3 kine

이하이므로 안전하다. 기존 터널(인천방향)에

서 측정한 발파 진동치는 최대

0.424 kine ,

최소

0.268 kine

이 측정되어 허용치

3.0 kine

이하이므로 안전하다. 발파 결과 터널， 터널 갱구부， 법면 절취부 암 발파 굴착과 관련 하여 당해 지역의 발파 진동의 계측결과로부터 발파영향 과 안전성을 검토하였다 국내의 발파진동 허용기준은 외 국에 비해 매우 엄격한 안전성을 요구하여

0.5 kine

이하를 기준하고 있고， 특히 법원판례 및 중앙 환경 분쟁 조정위 원회에서는 건축물 피해 판단기준을

0 .3

kine으로 인정하

한국재난관2/표준학회 논문즙l 제3권 제2호

표

2.

발파진동 계측 현황

일자 계

측위치

진

동

치

(cm/sec)

_비

(측정 횟 수) 최대 최소

J:!.

2008년 10월 7일 민가1

(10) 0.279 0.1 22

2008년 10월 8일 민가1

(10) 0.18 1 0

‘

0556

2008년 10월 9일 민가 1

(20) 0.256 0.03 18

2008'년 10월 10일 민가 1

(12) 0.111 0.046

2008'년 10월

11

일 민가 1

(14 ) 0.24 1 0. 102

2008'견 10월 14일 민가 1

(1 0) 0. 176 0.0841

2008년 10월 15 일 민가1

(11) 0.11 0.0397

2008년 10월 16일 민가1

(2) 0.0524

2008년 10월 27일 민가1

(1) 0. 125

민가

1

(1)

0. 125

2008년 10월 30일 민가2(1

) 0.02 15

00터널 (1

) 0.424

민가I(

1 ) 0.108

2008년 10월 31 일

00터널 (1

) 0.268

고 있다. 따라서 발파진동 허용기준은 주택， 상가， 빌딩에 대해서는

0 .3 kine

이하， 기존 터널에 대해서는

3.0 kine

이 하로 관리하여야 할 것이다. 구조물 하부에서 터널 발파 시 진동성분이 장약으로부터 구형 형상으로 전파되어 나 갈 때 근접된 거리에서 최대진동속도가 나타나는 것이 아 니라 터널직경의 약

1

-2배일 때 최대진동속도를 나타내었 으며， 수치해석 시 속도성분영역을 확인하여 정확한 구형 의 발파진동속도 영역의 산정이 펼요하다고 판단된다

.

3.2

터널 본선 부(일반구간) 계측결과 분석

측정 빈도는 변위가 수렴할 때까지의 일수， 변위량， 굴 착법 등에 따라 다르지만 기본적으로 변위 속도(

1

일 변위 량) 및 막장으로 부터의 거리에 따라 정하며， 일반적으로 굴착 후 2개월 이상 경과해도 수렴하지 않는 것은 변위량

이

100.0 mm 이

상의 터널이고

l

개월 이상에 수렴하는 것

은 변위량이 대개

50.0 mm

이하의 터널이다

，

또 팽창성 지 반에서 장기간(굴착 후 2개월 이상) 변위가 수렴하지 않은 경우에는 계측상(

1.0-3.0 mm)/월

변위량을 수렴치로 간주 한다. 측정 종료는 후방

2D- 5D

까지 지나간 후 혹은 변위 가 완전 수렴될 때까지 내공 변위량이 작은 터널의 경우는 수렴 후 3 회

/주

빈도로

l

주일 정도 확인한다 내공 변위량 이 큰 터널의 경우는 수렴 후 3회/주 빈도로 2주일 정도 확 인하고 굴착 후 2개월 경과 후에도 변위가 수렴하지 않을 때는 계측상(

1

.0-3.0 mm)/월 변위량을 유지하면 수렴한 것 으로간주한다

일상계측 결과 중 첫째， 천단침하 계측 분석결과 총

17

단면이 설치되었으며 굴착에 의한 변위는 수렴된 상태이

신설 터널 발파 시 기존 터널 거동 및 시설물 안전에 관한 연구

61

다. 최대 침하량은

-8.0 mm의 변위가

발생하였으며， 현재 변위속도는

0.02 mm/day로

수렴된 상태이다. 일반적인 여 러 관리기준과 비교할 경우 관리기준치에 비해 매우 미소 하고 계측결과를 분석해 보았을 때， 하반굴착 및 피난연결 통로 굴착 시 초기에 대부분의 변위가 발생 하였으며， 점 차적으로 수렴된 양상을 보이고 있다. 현재 굴착이 모두 완료되어 추가적인 변위발생이 나타나지 않는 수렴된 상 태로 계측되므로 전체적으로 안정적인 것으로 판단된다-

둘째， 내공변위 측정결과는 계측 종료 구간에 총

17

단면 이 설치되었으며 굴착에 의한 변위는 수렴된 상태이다 최 종 내공 변위량은 상반에서 최대

11.0mm ,

최소

1.0mm의

변위로 평균

2.77 mm의 변위량을 나타내었으며， 하반에서

최대

12.0mm ,

최소

1. 0 mm의 변위로 평균 1.7 9 mm

의 변 위량을 나타내었다. 일반적인 여러 관리기준과

비

교할 경 우 관리기준치에 비해 매우 미소하며， 최대 변위 발생지점 인

STA.7K+645

구간의 현재 변위속도는 0.17mm로 매우 안정적인 변위속도를 보였으며 완전히 수렴된 상태이다.

전반적인 내공변위에 대한 계측결과를 분석해 보았을 때，

굴착 진행 초기

에 대

부분의 변위가 발생하였으며 점차적 으로 수렴된 양상을 보이고 있다. 현재 굴착이 모두 완료 되어 추가적인 변위발생이 나타나지 않을 것으로 판단되 므로 구조물 및 지반의 안정성에는 문제가 없는 것으로 판 단된다

셋째， 락볼트 축력 측정결과는 릭볼트의 증설 여부와 느 슨해진 영역을 파악하여 락볼트 적정길이를 판단하는데 그 목적 이 있다

ST A. 6K+405 , STA.7K+925

구간 2단면이 설치되었으며 굴착으로 인한 변위가 수렴된 것으로 판단 되어 계측을 종료하였다 구간의 최종 누계 변위량은 최대 압축

0.06 Tonf ,

인장

0.11 Tonf으로 관리기준치

이하의 안 정된 변위를 나타내었다.

넷째， 지중변위 측정은 터널 주변의 느슨해짐 등의 지반 거동을 파악하기 위하여 관리한다. 이에 대한 평가는 락볼 트 축력 및 내공변위 측정과 연관시켜 검토하고， 경과일수 별로 변화되는 앵커의 심도별 변위를 그래프화하면 변위 의 불연속성을 판단할 수 있어 느슨해진 영 역을 추정할 수 있다.

STA.6K+405 , STA.7K+925

구간 2단면이 설치되었으 며 굴착으로 인한 변위가 수렴된 것으로 판단되어 계측을 종료하였다. 구간의 최종 누계 변위량은

+0 .94 mm , -1. 42 mm

의 작은 변위를 나타내어 터널 주변지반은 안정적인 것으 로판단된다

다섯째， 훗크리트 응력 측정은

l

차 복공의 안정성 및

2

차 복공의 두께， 시공시기를 결정하는 것으로 일반적으로 반경방향(Radial)과 접선방향(Tangentia

l

)에 각각 계측기를

매설하여 반경방향(Radial)은 배면토압을 측정하고 접선방 향(Tangential)은 솟크리트의 파괴를 감시하는 것이 그 목 적이다.

ST A. 6K+405 , ST A. 7K +9 25

구간 2단면이 설치되었으 며 굴착으로 인한 변위가 수렴된 것으로 판단되

어 계

측을 종료하였다 구간의 최종 누계 변위량은 반경방향(Radial) 에서 압축

5.95 kgfìcm

²

,

인장

9.77 kgfìcm

²

,

접선방향σangential) 에서 압축

3. 54 kgf/cm

²

’

^인장

7.73 kgflcm

²의 미소한 변위를 나타내고 있었다.

터널 공사는 현 단계에서 계측

Data를

종합 분석한 결과 추가적인 이상 변위 발생은 보이지 않으므로 안정성은 양 호한 것으로 판단되며， 구조물과 주변 지반에

대하여도

안 전한 것으로 사료된다. 구간의 터널 하반굴착 및 피난연결 통로 굴착에

따른 변위는 발파 또는 기타 장비에 의해 굴

착되어 지반이 이완되기 시작하여 굴착 초기

에 대부분의

변위가 발생하고 일정한 시간이 지나면 수렴한다. 신설 터 널 강흥방향은 본선 및 피난연결통로 굴착이 모두 완료되 었으며， 계측 결과 굴착에 의한 계측치가 수렴됨에 따라 구간의 계측을 모두 종료하였다.

3.3

계측결과 분석

대인용 및 차량용 피난연결통로의 계측결괴를 분석해 보면 아래 표 3과같다.

각 피난연결통로의 주변 지반의 평가점 (RMR)은 인천 방향 터널의 STA.7+660을 제외하고

대부분 65

점 이상으로 비교적 양호한 지반이며， 인천 방향 터널의 STA.7+660에 대해서도 지반 자체는 단단하다 계측 결과는，

대부분의

지점에서 천단 침하량， 수평 변위량은

1.0~2.0 mm이며

， 가 장 큰 값도

6.0 mm(인

천 빙-향 터 널 STA6+939)로， 거 의 모 든 지점에서 작은 값으로 수렴되고 있다.

3 .4

기존 터널 제연 괜 안전성 계측 분석

기존 제연 팬에 설치한 변형률계의 원리는 게이지 몸체 내부에 진동 현이 설치되어 있으며 가로방향의 변위를 스 트레인 게이지가 변위를 감지하였을 때 마그네틱 코일에 의해 자화된 진동 현

이

공진 주파수를 발생시키

며

출력장 치로 전송되어 변형 여부를 알 수 있는 것이다. 설치 시 기 존 차로를 차단하고 카고차를 이용하여 설치하였으며 계 측 결과치를 송출하기 위해

200.0 m의 케이블을 별도

설치 하여 기존

00

터널 관리동에서 관리하였다.

2009년 9월

20일까지

측정결과 최대 누계 변위량은 시 점 쪽에 설치된

변형률계에서 (+) 1 5.20 kglcm

²의 인장력을 나타내었다. 제연 팬 지지 턴벼클(Tumbuckle)의 최소

사양

한계하중(

Working Load Limit)이 5001 b( llb=0 .4 53 kglcm

²)

‘Jouma/of The Korean Society of Societ a/ Sec，αity. Voí 3, No. 2

표 3 피난연결통로발파어| 따른계측결과

방향 위치 막장관찰결과(RMR) 터널계측치

84 (6+722)

6+720 80 (6+ 717.2) (6+710)

천 단-2.0

mm ,

수평

-2.0 mm

71 (7+ 179) (6+730) :

천단-2.0

mm ,

수평-3.0

mm 84 (6+939.9)

6+939 92 (6+949) (6+949)

’ 천단

2.0 mm ,

수평

1.0 mm

인

78 (6+930 .5) (6+929) :

천단-2.0

mm ,

수평 -6.0

mm

천

73 (7+ 187)

방

7+ 188.91 5 73 (7+ 196) ⁽⁷⁺ 199)

천단-4.0

mm ,

수평-1. 0

mm

향

71 (7+ 179) (7 +179) :

천단-1.0

mm ,

수평-2.0mm

70 (7+ 40 1)

7+ 400 83 (7 +4 10) (7+4 10) :

천단-1.0 mm，수평

1.0 mm

67 (7+390) ⁽⁷⁺ 390) :

천단-1.0 mm，수평-1.0

mm 43 (7+ 660)

7+660 40 (7+ 674) (7+670) :

천단-2.0 mm，수평-2.0

mm

48 (7+ 651) ⁽⁷⁺ 650)

‘ 천단-1.0 mm ，수평 +3.0

mm 6+ 655 61 (6+651 .4) / 66(6+ 658.6)

(6+655)

천단1.0mm， 수평-2.0

mm 65(6+665) / 69(6+ 646)

6+905 89(6+907) / 88(6+ 902) (6+915)

천단-1.0 mm，수평-3.0

mm

89(6+916) / 92(6+900) (6+895)

천단-1. 0 mm ，수평-1.0

mm

강

77 (7+ 156.2)

릉

7+ 155 .4 52 84(7+ 165) (7 + 165)

’ 천단-2.0

mm ,

수평

2.0 mm

방

78(7+ 145) , ^{(7+ 145)}

^천단

^{1.0 mm} ,

수평

1.0mm

향

70(7+407)

7+ 405 70( 7+ 4 15) (7+415) :

천단

1.0mm ,

수평-1. 0

mm

78(7+395) (7+395)

’ 천단-1.0

mm ,

수평

2.0 m

l1

64( 7+ 656.2)

7+ 655 68( 7+ 665) (7+665) :

천단-2.0

mm ,

수평

3.0 mm

65( 7+ 643) ⁽⁷⁺ 645)

‘ 천단-2.0

mm ,

수평

1.0mm

..D>ot==εl.

[UoØe4 121 이

[GAGEJ 고)00-.검r‘

fMoócl12151

(c)

연형단셰 시1 이지 섣치 (d) 꺼영단셰 세이지 보호낀 섣치

그림

3.

변형률계 설치

표 4 변형률계 측정 결과

1 설치위치

00터널(강릉방향)

NO.5 제트팬

전월응력 (kgf/cm²)

10.27 -5 .37

이므로 한계 하중의

80.0%( 181 .2 kglcm

²)를 l 차 관리 기준 치로 볼 때， 1차 관리기준치 대비 8 .3 8%의 미세한 변위를 나타내었다 강릉방향막장굴착 면이 기존 O 。터널 제연 팬 설치 위치를

4 1. 0 m

이상을 통과하여 추가적인 변위 발 생이 없으며， 제연 팬의 안전성에는 문제가 없는 것으로 판단하여 계측을 종료하였다.

-4.결 ^르툴

‘-

본 연구는 신설 터널 발파 시 기존 터널 거동 및 내부에 설치된 시설물 안전성 개선에 관한 연구로서 신설 터널 시 공을 위한 실시설계의 이론적 자료， 기존 터널의 터널 관 리동 현장 조사 및 각종 계측기를 활용하여 본선 터널·피 난연결통로의 발파공법 개선 방안을 연구한 것으로서 연 구결괴를 요약하면 다음과 같다.

nu m

앤

- m -αμ 懶 _-5

-J

월 간대 비

(kgf /cm

²)

4.93 -0.28

한국재난관2/표준학희 논문즙l 제3권 제2호

신설 터널 발파 시 기존 터널 거동 및 시설물 안전에 관한 연구

63

첫째 기존 터널의 최근

10

년간 교통사고 유형을 분석한 결과 안전거리 미확보 및 전방 주시태만이 주요 원인 (41%

이상)으로 분석되었다. 이는 신설 터널 공사 중에 발파로 인한 진동으로 터널 내부에 설치된 시설물의 낙하가 발생 될 시 일반 조건에서 발생되는 사고 유형보다 훨씬 큰 대 형사고로 이어질 소지가 많다는 것을 의미한다. 또한 부가 적으로 주 5 일제 근무로 인한 금， 토， 일 (43%이상)에 교통 사고가 집중됨을 알 수 있었고 흐린 날， 비 및 눈 등 고속 도로 주행조건에 있어서 악(惡)기상(50%이상)일 경우 사 고 빈도가 높음을 알 수 있었다.

둘째 터널 입，출구측 발파시 주변 입지조건을 감안하여 시험발파를 통한 적정 화약량 조절이 필요하다. 신설 터널 시점부에 위치한 주변 민가와 기존

00

터널 입구의 안전 성 확보를 위해 실시한 시험발파 계측결과 진동치는 민가 l 에서는 최대

0.279 kine ,

최소

0.0318

kine이 측정되어 허 용치

0.3

kine이하이므로 민가 및 기존 00 터널 입구 구조 물에 대한 안전성을 확보했고， 민가2에서도 최소

0.0215 kine

이 측정되어 허용치

0 .3

kine기준치 이하이므로 충분히 안 전한 것으로 판단되었다. 기존 00 터널에서 측정한 발파 진동치는 최대

0.424 kine ,

최소

0.268 kine이 측정되어

허

용치

3 kine

이하이므로 화약량에 있어서 충분한 여유치가

있었지만 대도심지에 위치한 지역 주민의 심리적 정서 및 향후 발생될지도 모를 지속적인 소음관련 민원을 감안한 다면 시험발파 결과에 따른 적정 화약량으로 공사를 진행 하는 것이 공기 지연의 사전 대책임을주지하여야한다.

셋째 본선 구간 발파 시 계측기를 통한 실시간 분석이 필요하다. 기존 터널과 인접한 거리에 위치하기 때문에 지 속적인 계측 관리를 통해 기존 터널의 변위를 파악해야한 다. 이에 따라 계측결과를 분석해보면 천단침하 최대 침하

량은

-8.0

mm의 변위가 발생되었으며

0.02 I11 m/day로 수렴

된 상태이다. 내공변위 측정결과 최종 내공 변위량은 상반 에서 최대

11 .0mm ,

최소

1 .0 111111

변위로 평균

2.77

111m의 변위량을 나타내었다. 일반적인 관리기준에 근거하면 매 우 미소한 변위량으로 이미 수렴된 상태로 판단되며 구조 물 및 지반의 안전성에는 문제가 없는 것으로 판단된다.

넷째 현장조건에 적정한 발파공법의 변경이 펼요하다 당초 설계기준에 따르면 기존 터널 측에서 14.0m를 굴착 하도록 되어 있으나 변경된 발파공법 적용으로 평균

25.0 111

중 최대 19.0111까지 굴착이 가능했다. 이론적으로는 추가 굴착이 가능했으나 시험 발파에 근거한 화약량으로 굴진 중 당해 지점에서 기존 터널 측면부 타일이 떨어지는 현상 이 발생되어 더 이상의 심빼기 공법을 적용한 발파작업은 진행하지 않았다. 물론， 타일의 접착불량으로 탈락일 수도

있으나 하루 20만대 이상의 교통량을 감안하여 안전 측으 로 시공함이 적당하다고 판단되었다. 피난연결통로의 계 측결과 지반의 평가점 (RMR)은 대부분이 65점 이상으로 비교적 양호한 지반이었으며 대부분의 지점에서는 천딘침 하량， 수펑 변위량은

1.0-2.0

mm이며 가장 큰 값이

6.0 111111

로서 거의 모든 지점에서 작은 값으로 수렴되고 있는 것으 로판단된다.

다섯째 기존 。 O 터널 내부에 설치된 시설물의 안전성 확보하여 신설 터널 발파 시 발파진동에 따른 낙하를 사전 계측관리하여야 한다. 이에 따라 터널 내부 제연 팬에 설 치된 계측기의 측정결과 최대 누계 변위량은 시점쪽에 설 치된 응력계에서

+ 15.20

kglcm³의 인장력을 나타내었다.

제연 팬 지지 턴벼클(T뻐buckle)의 최소 사양 한계 하중

(Working Load Limit)이 500Ib(llb=0.453 kglcm

²⁾ 이므로 한 계 하중의

80.0%( 181 .2

kglcl11²)를

l

차 관리 기준치로 볼 때，

l

차 관리기준치 대비 8 .3 8%의 미세한 변위를 나타내었다.

현재 강릉방향 막장 굴착 면이 기존 터널 제연 팬 설치 위

치를

4 1.0m

이상을 통과하여 추가적인 변위 발생이 없으

며， 제연 팬의 안전성에는 문제가 없는 것으로 판단된다 특히， 본 논문 작성을 위해 국내의 각종 논문을 확인 한 결과 대부분의 터널 설계 시 인접한 구조물 및 지반 거동에 대한 진동 허용치는 있으나 지하철， 고속도로 및 지하 공 간 개발을 위한 발파 시 기존 구조물 내부에 설치된 제연 팬， 전기등 및 각종 부착물과 같이 진동으로 인한 닥하 시 2차사고가 예상되는 주요 시설물에 대한 허용 진동 기준

치가 별도로 필요한 것으로 사료된다

잠고문헌

이희성

(2009)

터널 굴착에 따른 선행변위 예측 및 인접 구조물 에 대한손상평가연구.

강만호

(2008)

시공 과정 및 현장 계측을 고려한

NATM

터널의 수치 해석적 연구-

이진하

(2007)

기존 터널 상부 지표 지반 굴착으로 인한 터널의 거동.

진 용 (2007) 기존터널 하부굴착에 따른교차부지반의 거동

해서 --,

검승환

(2005)

신설 터널 굴착에 따른 기존 터널의 거동에 관한 연구.

안현호

(2008)

축소 모형실험을 통한 근접터널의 거동에 관한

연구

박병석

(2006)

교차 터널 주변 지반의 거동

최병훈

(2006)

기존 철도하부 통과 터널의 안정성에 관한 연구.

권헌철 둥 5 명

(2008)

국방대학교. 재난 유형별 부대규모에 따

Jo uma/ of The f{，αean Society of Societa/ Sec，αyι Vo l. 3, No. 2

른 지원장비 및 물자 적정소요 판단

.

건설교통부

(2000)

도로설계편람.

조원철

(2006)

방재안전관리의 기초. 선진지-큐.씨

(2010) 00터널 계측보고서

한국도로공사

(20 10)

재난유지관리정보시스템. 최근

10년간

문훈기， 신종호

(2008)

한국터널공학회논문집， 발파진동이 터 널구조물에 미치는 영향.

00터널사고사례

한국도로공사

(2002)

고속도로 터널 환기시설 설계기준.

한국터널공학회

(1999)

터널 표준 시방서.

한국도로공사

(2003)

고속도로 건설공사 표준도 한국도로공사

(2002)

도로설계요령.

흔}국X/lt.딴2/표준학희 논문즙l 제3권 제2률

김학문

(2003)

한국산학기술학회， 터널발파굴착시 수치해석에

의한구조물의 영향평가.

영동고속도로 확장공사 일반보고서

(2005)

한국도로공사.