동해선 포항-삼척 철도건설 5공구 터널 보조공법 시험시공 사례

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(1)기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.29, No.5 | pp.8~18. 동해선 포항-삼척 철도건설 5공구 터널 보조공법 시험시공 사례. 김상대. 민경화. 장지건. 유상호. 임종철. ㈜ 동부건설 소장 ([email protected]). 한국철도시설공단 영남본부건설처 동해중부PM부장 ([email protected]). ㈜광림엔지니어링건설 상무이사 ([email protected]). ㈜ 지오알앤디 대표이사 ([email protected]). 부산대학교 토목공학과 정교수 ([email protected]). 1. 서론. 험시공이 이루어질 수 있도록 계획하였다. 삼사터널 종점부의 상반이 약 6m정도 굴착이 완료되었으며, 본. 포항-삼척 철도 5공구 터널공사와 관련하여, 당 현. 구간의 STA.35K153~STA.35K159를 시험시공 위. 장의 지질상태에 맞는 공법의 적정성을 확인하고자 삼. 치로 선정하였다. 시험시공 위치도 및 종·횡단면도는. 사터널 종점부에서 시험시공을 실시하였다. 이는 터. 다음과 같다(그림 1, 그림 2 참조).. 널 보조공법 중 대구경 강관다단 시멘트 그라우팅과. 본 시험 구간의 계측기기는 지표침하판, 변위타겟,. 소구경 강관다단 시멘트 그라우팅에 대해 주입효과 및. 터널 내공변위계를 성토 이전에 설치하였고, 계측기. 주입에 의한 확경구근의 형상을 객관적으로 확인하고. 설치 내용 및 계획도는 그림 3과 같다. 굴착 현황상 시. 자 함에 있다.. 험시공 위치가 한정되어 있고, 시험공 상부 토피가 얕 아 주입압에 의한 융기현상으로 터널의 안정성과 주입 압의 상부 노출이 우려되어 최소한의 성토를 약 2m 정. 2. 시험시공 개요. 도로 실시하였다.. 2.1 시험시공 위치. 2.2 시험시공 방법. 삼사터널을 구성하는 지반과 가장 유사한 지반에 시. 2.2.1 시험시공 자재. 8 • 地盤.

(2) 동해선 포항-삼척 철도건설 5공구 터널 보조공법 시험시공 사례. 시험시공 위치도. 시험시공 현장전경 그림 1. 시험시공 위치도 및 현장 전경. 종단면도. 횡단면도 그림 2. 시험시공 종단면도 및 횡단면도. 그림 3. 계측기 설치 내용 및 계획도. 2013. 4 Vol.29, No.4 • 9.

(3) 기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.29, No.5 | pp.8~18. 표 1. 대·소구경 강관 제원표. 표 2. 그라우트재 배합비. 구분. 대구경 강관. 소구경 강관. 외경(mm). 114.0. 60.5. 두께(mm). 6.0. 4.0. 길이(m). 6.0. 6.0. 200ℓ/BATCH 당. 배합비. 시멘트(kg). 물(ℓ). 60. 180. 1배합. 비고. 2배합. 80. 175. 적용. 3배합. 150. 152. 적용. 표 3. 급결재 배합비 A액. B액. 배합비. 주입량 (ℓ). 규산소다(ℓ). 물(ℓ). 시멘트(kg). 물(ℓ). 1배합. 400. 100. 100. 80. 175. 2배합. 400. 110. 90. 150. 152. 비고. •주입플랜트 및 시멘트 주입재를 현장 내에 배치한. 주입플랜트 설치 → 시멘트 주입재 배합 → 배합비 확인. 다.. 그림 4. 시험 순서도. •지정된 용기와 토출량을 설정한다. •시멘트 현탁액과 급결재를 개량하여 배합비율을. 대·소구경 강관 제원은 표 1과 같고, 주입용 시멘. 확인한다.. 트는 보통포틀랜드 시멘트를 사용하였다.. 2.2.2 주입재 배합비 및 시험방법. 2.2.3 대 ·소구경 강관 다단 시멘트 그라우팅 시 험방법. (1) 배합비. •지정된 시험시공 위체에 천공 규격으로 L=6.0m,. 주입재의 배합비는 본 현장의 시방서를 참조하여 표. 2개소를 천공한다.. 2, 표 3과 같으며 본 시험시공에서 그라우트재의 배합. •대구경, 소구경 강관을 삽입 설치한다.. 비를 2배합과 3배합을 적용하였다.. •주입시 주입재의 역류방지를 위하여 강관과 천공 홀 입구를 코킹한다.. (2) 시험방법. •주입플랜트를 설치한다.. . 천공. . 강관삽입 그림 5. 그라우팅 시험시공 순서. 10 • 地盤. . 코킹. 주입.

(4) 동해선 포항-삼척 철도건설 5공구 터널 보조공법 시험시공 사례. (2) 시험순서. •설치 완료된 후 주입을 실시하며 이 때의 주입압 력은 15~20kgf/cm 로 하며 범위를 넘어설 경우. 그림 6과 같다.. 2. 주입을 종료한다. •주입 종료 후 주입량을 확인한다.. 3. 시험시공 결과 분석 2.3 구근형성 및 확산범위 확인방법 3.1 시험시공 전 확인 사항 (1) 확인 방법 시험공 지반면은 관찰한 결과 암상을 보이나 손 또. •주입이 완료된 후 굴삭기 또는 인력굴착을 통하여. 는 망치에 의한 타격으로 모두 부스러지는 정도의 토. 육안으로 확산 범위 및 주입상태를 확인한다.. 사화가 진행되어 있어 약간의 차이는 있으나 토사지반. •페놀프탈레인 지시약 시험 : 물유리계 약액이나. 으로 볼 수 있는 것으로 판단되었다. 각 공종별 시험공. 시멘트 등의 알카리성 성분 확인. 주입 완료. . 주변지반 굴착. . . 확인 굴착. 효과 확인 (육안 확인 및 단면도 작성, 필요시 페놀프탈레인 지사약 사용하여 확인). . 육안 확인. 코킹. 그림 6. 구근형성 및 주입재 확산범위 확인 순서도. 그림 7. 시험공 위치도. 2013. 4 Vol.29, No.4 • 11.

(5) 기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.29, No.5 | pp.8~18. 표 4. 주입재의 수량 및 주입압력 주입압력(kgf/cm2). 주입량 (ℓ). 물/시멘트 (ℓ). 물/규산소다 (ℓ). 702. 175/80. 100/100. 1,340. 175/80→152/150. 90/110. 구분. 단계. 대구경 (좌측). 1. 19. 15. 2. 14. 14. 3. 13. 9. 2,040. 152/150. 90/110. 1. 8. 7. 702. 152/150. 90/110. 소구경 (좌측). 대구경 (우측). 소구경 (우측). 최대. 최종. 2. 7. 7. 1,340. 152/150. 90/110. 3. 10. 9. 2,040. 152/150. 90/110. 1. 17. 17. 550. 152/150. 90/110. 2. 18. 16. 1,026. 52/150. 90/110. 3. 11. 11. 1,066. 152/150. 90/110. 1. 4. 4. 906. 175/80. 100/100. 2. 4. 4. 1,418. 152/150. 90/110. 3. 4. 4. 2,000. 152/150. 90/110. 그림 8. 시공단계별 전면 타겟의 변위 계측결과. 12 • 地盤.

(6) 동해선 포항-삼척 철도건설 5공구 터널 보조공법 시험시공 사례. 위치는 그림 7과 같다. 대구경 강관다단 시멘트 그라. 조정하였다.. 우팅은 A위치, 소구경 강관다단 시멘트 그라우팅은 B. (2) 시공 중 계측 결과. 위치에 각각 시공하였다.. ① 전면 설치 타겟의 변위. 3.2 시험시공 중 확인 사항. 굴착면 전면에 설치된 타겟의 변위는 터널 종·횡방 향 및 상하방향으로 측정이 이루어 졌으며(그림 3 참. (1) 주입재의 배합, 수량 및 주입압력. 조), 천공시 최대변위 4mm 발생하였고, 그라우팅 완. 주입과정에서 주입재의 배합비, 수량, 주입압력 등. 료 후 측정한 변위 중 굴착측 자유면 방향(종방향)으로. 을 확인하였으며, 그 결과는 표 4와 같다. 물/시멘트는. 변위가 28mm로 가장 크게 나타났다.. 주입 초기과정에서 주입량의 적정성을 판단하여 일부. 그림 9. 시공단계별 침하판의 변위 계측결과. 2013. 4 Vol.29, No.4 • 13.

(7) 기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.29, No.5 | pp.8~18. ② 침하판 변위. 를 측정한 결과, 전 과정에서 2mm정도의 변위가 발생. 시험공 상부 원지반면에 설치한 침하판의 측정결. 하였으며 전체적으로 그라우트 주입과정에서 터널 내. 과를 아래에 나타내었다. 천공과정에서는 2mm 내외. 공변위에는 영향이 미미한 것으로 나타났다.. 의 변위가 발생하였으며, 그라우팅 과정에서는 최대. 3.3 시험시공 후 확인 사항. 37mm의 융기현상이 발생하였다. ③ 터널 내공변위. (1) 지반상태. 천공 및 그라우팅, 성토부 제거 후의 터널 내공변위. 여러 굴착단계를 진행하면서 시공된 강관 단부까지. 그림 10. 시공단계별 터널 내공변위의 계측결과. 14 • 地盤.

(8) 동해선 포항-삼척 철도건설 5공구 터널 보조공법 시험시공 사례. 1m 굴착면. 2m 굴착면 그림 11. 굴착면에 대한 절리면 분포 현황. 표 5. 구근 크기 및 최대확산범위. (※ 천공경 : 대구경-150mm, 소구경-105mm). 좌측. 구분. 구근 (mm). 최대확산범위 (mm). 우측. 대구경(A). 소구경(B). 대구경(A). 소구경(B). 130.5. 187.0. 125.5. 1m 굴착면. 좌우거리. 191.0. 상하거리. 174.0. 125.5. 162.0. 140.5. 2m 굴착면. 좌우거리. 161.0. 120.5. 169.0. 120.5. 상하거리. 165.0. 118.5. 159.0. 128.5. 1m 굴착면. 653. 221. 377. 413. 2m 굴착면. 964. 0. 0. 686. 확인하고자 하였으나, 현장 여건상 추가 굴착할 경우. 과정에서 이완영역을 그라우트가 다짐한 효과에 기인. 막장면의 안정성이 우려되어 2단계까지의 굴착에서. 하는 것으로 판단된다. 확산범위는 천공경 외주면으. 시공상태 확인을 종료하였다. 2단계까지 거의 전 시공. 로부터 이어지는 절리면이 있는 경우에는 절리면을 따. 위치에서의 그라우트의 구근 및 확산양상은 유사하였. 라 상당범위까지 주입이 이루어지며, 절리면이 없는. 다.. 경우에는 확산범위가 나타나지 않았다. 절리면이 있 더라도 풍화되어 절리면에서의 투수성이 낮은 경우에. (2) 구근 크기 및 확산범위 확인. 는 주입이 이루어지지 않았다. 아래의 그림과 같이 도. 대구경, 소구경 모두 주입재에 의한 천공경보다 약. 식화된 확산범위는 지반전체에 확산된 것을 의미하는. 간 더 큰 구근이 형성되고 있으나, 그 크기는 미미한 정. 것이 아니라 절리면의 형성방향으로 면상의 할렬주입. 도이며 이는 천공시 천공벽 주변이 이완되고 가압주입. (맥상주입)인 것임을 주지하여야한다.. 2013. 4 Vol.29, No.4 • 15.

(9) 기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.29, No.5 | pp.8~18. 좌측. 대구경 (A). 1m 굴착면. 소구경 (B). 대구경 (A). 2m 굴착면. 소구경 (B). 그림 12. 각 굴착면에서의 확산범위 도식화(단위 : cm). 16 • 地盤. 우측.

(10) 동해선 포항-삼척 철도건설 5공구 터널 보조공법 시험시공 사례. 4. 결 언. (3) 터널 내공변위 계측결과 굴착과정에서 1mm 내외의 내공변위가 발생하였으 며, 굴착방향의 반대방향(갱구방향)으로는 하반굴착. 본 시험시공사례는 터널 보조공법 중 대구경 강관다. 시 최대 4mm가 발생하여 막장면의 안정성이 우려되. 단 시멘트 그라우팅, 소구경 강관다단 시멘트 그라우. 어 다음 단계의 굴착확인을 중지하였다.. 팅에 대해, 삼사터널 종점부에서 시험시공을 실시하. 그림 13. 단계별 터널 내공변위 계측결과. 2013. 4 Vol.29, No.4 • 17.

(11) 기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.29, No.5 | pp.8~18. 여 주입에 대한 확경구근의 형상과 주입효과를 객관적. 산영역이 관찰되지 않았고, 절리가 있는 부분은. 으로 확인하고, 당 현장의 지질 상태에서 공법의 적정. 그라우팅 되어 상당 영역까지는 안정화가 발휘된. 성 여부를 확인하고자 하였으며 그 결과는 다음과 같. 것으로 나타났다. 절리가 있더라도 풍화되어 절리. 다.. 면에서의 투수성이 낮은 경우 주입이 이루어지지 않았다( 표 5참조).. 1) 그 라우트는 표 4와 같이 많은 양이 주입되었으며, 이는 천공경 외주면으로부터 형성된 절리면을 따. 5) 천공시 굴착면 전면의 변위는 최대 4mm, 상부. 라 주입이 확산되거나 상부 성토와의 경계면으로. 원지반 융기는 2mm내외로 비교적 작은 값이나,. 유출되었기 때문인 것으로 판단된다.. 그라우트 주입(최대주입압 19kgf/cm2)과정에서 굴착측 자유면 방향(종방향)으로 변위가 28mm,. 2) 주 입은 토립자 사이로 침투되는 침투주입과 절리. 상부 원지반의 융기현상이 최대 37mm발생한 것. 면을 따라 주입되는 할렬주입(맥상주입)으로 나누. 으로 나타났다. 터널 보강시 주입압이 클 경우 과. 어진다. 투수성이 높은 사질토에는 침투주입이 되. 대한 내공 및 천단변위의 발생으로 지반이 이완. 어 지반강도가 증대되는 효과가 발휘되나, 풍화토. 될 수 있으므로, 현장주입압은 시험시공시 내공. ~연암의 경우는 할렬주입이 주된 효과로 나타난. 및 천단변위 계측결과를 활용하여 결정하는 것이. 다.. 바람직하다. 투수성이 낮은 지반이나 암반에서는 5kgf/cm2정도의 주입압으로도 할렬 주입이 이루. 3) 본 현장의 경우 주로 할렬주입에 의한 불연속면. 어 질수 있는 것으로 관찰되었다.. 의 연약대를 감소시키는 효과로 지반의 안정화를 도모한 것으로 나타났다. 또한, 불연속면의 공극 을 충진함으로써 어느 정도의 차수효과가 있는 것 으로 판단된다. 1. 임종철, 박이근, 유상호, 장지건(2012), 동해선 포항-삼척 철도. 4) 본 현장의 주입범위를 관찰한 결과, 절리가 없는 투수성이 낮은 풍화토 지반에서는 침투에 의한 확. 18 • 地盤. 건설 5공구 터널 보조공법 시험시공결과 분석 보고서, 대한토목 학회 부산울산경남지회.

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