자연친화적 환경보존 터널 갱구보강 연구 사례
1. 서 론
현재 건설중인 창녕-밀양간 고속도로는 전국 간선 도로망 계획(7×9)에서 동서 1축과 2축의 간격(70km) 이 동서간선도로망 평균간격(30∼40km)보다 넓어 이를 보완하는 고속도로를 구축하는 건설사업으로서 상 대적으로 낙후된 경남 북부지역 개발촉진과 함께 익산∼장수 고속도로와 연계하여 영호남을 연결하는 산업·
관광 동맥 역할을 담당하기 위한 함양∼울산 고속도로중 일부 구간에 해당된다. 본 고속도로의 공사기간은 2016.12∼2023.12(총 78개
월)이며, 과업규모로는 설계 속도 100km/hr의 4차선으 로 총 연장은 28.54km(설계 6개 공구, 시공 6개 공구), 교량 32개소, 터널 6개소, 분기점 1개소, 나들목 2개 소, 휴게소 1개소로 구성되 어 있다.
홍 석 기 한국도로공사
창녕-밀양 사업단장 ([email protected])
장 근 선 한국도로공사 창녕-밀양 사업단
공사관리팀장 ([email protected])
최 성 일 한국도로공사 창녕-밀양 사업단
공사관리차장 ([email protected] )
김 종 오 한국도로공사 창녕-밀양 사업단
설계차장 ([email protected])
김 민 철
㈜ 천일 창녕-밀양 건설사업
기술감리 ([email protected])
그림 1. 창녕-밀양 고속도로 계획노선도
과업노선에서 3공구에 있는 무안1터널 은 함양방향 1,905m, 울산방향 1,940m의 중심간 거리가 34m인 병렬터널로서 터 널 시공은 NATM공법으로 설계되었다.
무안1터널 시점 갱구부와 인근 비탈면의 구성암반은 셰일이며, 탄성파 탐사 및 시 추조사 결과 토사 및 리핑암의 두께가 비 교적 얇게 분포하고 있다. 원설계에서 함 양방향 좌측 깎기비탈면은 환경피해 영 향을 최소화 하고자 패널식옹벽(4∼8단) 과 영구앵커로 계획되어 있으며, 갱구부는 L=16m구간에 소구경 강관다단 그라우팅 1열로 설계하였다.
무안1터널 함양방향 갱구부 배면은 무한비탈면으로 갱구조성을 위한 깎기 시행시 과다한 절취물량이 발 생하므로 환경보전 취지에 위배되어 원지반 상태에서 벌개제근 후 수평천공이 가능한 초대구경 강관보강그 라우팅 공법을 적용하였다. 본 고에서는 현장조건을 고려하여 갱구 안정성을 확보하고 터널 배면 깎기공종이 제외되어 비탈면 보강이 불필요한 환경보존형 터널 갱구부 조성방안을 소개하고자 한다.
2. 무안1터널 시점갱구부 설계내용
2.1 지질 조건
창녕-밀양 고속도로 건설공사 과업구간 시점부의 기반암은 중생대 백악기의 퇴적암류가 넓게 분포하고 있으며, 일부 이를 관입한 화성암류로 구성되어 있다. 본 구간내 퇴적암류는 경상분지 진동층에 대비되는 지 층으로 암종은 주로 흑색, 녹회색의 셰일과 회색의 장석질 사암이며, 일부 화산암류는 안산암, 석영반암, 산성 암맥등이 분포한다. 종점부로 갈수록 유천층군의 주산안산암질암, 안산반암, 밀양안산암, 안산암질 응회암이 주를 이루고 있다.
무안1터널 시점에서 중앙부 까지는 퇴적암류인 셰일, 사암이 주로 분포하고 이를 관입하는 안산암, 석영반암, 산성앰맥이 형성되어 있으며, 주절리의 경사와 경사방향은 19/074, 절리군 경사는 20°∼30° 가 대부분이다.
2.2 시공전 지표지질조사 결과
무안1터널 함양 시점부에 분포하는 암종은 담회색∼암회색의 셰일로서 보통∼심한 풍화 상태를 보이며, 틈새 폭 0.2∼2mm내에 충전물은 철산화물이 분포하는 것으로 파악되었다.
사진 1. 무안1터널 시점부 현장 전경
함양방향 울산방향
그림 2. 창녕-밀양 3공구 지질도 그림 3. 창녕-밀양 노선 지질도
표 1. 무안1터널 시점부 지표지질조사
위치도 노두사진
불연속면 분포도 로즈다이아그램
퇴적암
창녕-밀양 노선
그림 5. 무안1터널 시점부 갱구 및 비탈면 보강도
갱구(함양) 종단면도 갱구 좌측 비탈면 보강단면
표 2. 무안1터널 시점부 절리 특성 항 목
절리 분포 현황
J1 J2 J3
방향성(Dip/Dir) 10/306 67/078 77/344
간격(m) 0.1∼0.3 0.1∼0.3 0.1∼0.3
연속성(m) 1∼2 0.3∼1.0 0.3∼0.6
거칠기(JRC) Planar / Rough(4∼6) Planar / Rough(4∼6) Planar / Rough(4∼6)
벽면강도(Mpa) 14 12 16
틈새(mm) 밀착∼2.0 0.2∼2.0 0.2∼2.0
충진물 철산화물 철산화물 철산화물
풍화도 Slightly Weathered∼
Moderately Weathered
Slightly Weathered∼
Moderately Weathered
Slightly Weathered∼
Moderately Weathered
지하수 Dry Dry Dry
2.3 갱구부 및 갱구 비탈면 보강 설계내용
무안1터널 함양 갱구부 조성시 원지반에서 1:1∼
1:1.2 경사로 깎기 완료후 갱구부 연장 16m에 대해 P-6-3 Type에 해당되는 지보패턴을 적용하여 소구 경 강관다단 그라우팅 1단 보강하며, 갱구 좌측 우 각부 비탈면은 무한사면으로 깎기량 최소화 및 비 탈면 보강을 위해 영구앵커와 패널식옹벽으로 계획
하였다. 그림 4. 무안1터널 시점부 보강평면도
함양방향
울산방향
패널옹벽 4단
3. 환경 보존 갱구 보강공법
3.1 개 요
일반적인 갱구부 조성방법은 갱구 배면, 측면 원지반을 절취하여 터널 갱구부를 조성한 후 강관다단 그라 우팅 보강과 임시 가설갱문을 설치하고 터널 굴진을 진행하는 방식이나 환경보존 터널갱구부 보강공법은 원 지반 상태에서 벌개제근 후 직천공 초대구경 강관 보강을 수행함으로서 터널 갱구 안정성을 확보하고 터널 배면 깎기가 제외되어 비탈면 보강공법이 불필요한 환경친화적인 공법이다.
그림 6. 갱구배면 깎기 범위 및 보강단면
갱구(함양) 측면 및 배면 깎기 평면도 갱구부 초대구경 강관보강 단면도
표 3. 갱구부 조성공법 비교
구분 갱구부 조성(배면 절취) 환경보전 갱구부 조성(배면 미절취)
명칭 소구경 및 대구경 강관다단그라우팅 초대구경 강관보강그라우팅
개 념 도
강관 제원
- Φ60.5mm(t=4mm), Φ114.3mm(t=6mm) - L=6∼12.0m
- Φ165.2∼216.3mm(t=7∼8mm) - L=6.0∼40.0m
공법 개요
막장 전방으로 소구경, 대구경 강관을 매 6m마다 경사방 향으로 시공하여 강관 중첩 효과를 통해 터널 안정성을 확 보하는 공법
초대구경 강관을 수평방향으로 선보강하여 지반의 이 완을 최소화 하여 터널 안정성을 확보하는 공법
공법 특징
터널 굴착공사 중 보강공사가 이루어지므로 굴착공정이 복잡하여 굴진효율 저하
갱구부에서 선보강후 터널을 굴착함에 따라 터널 굴착 공정 단순화로 굴진 효율 증가
터널 시점 비탈면은 무한사면으로서 원설계에서는 토사와 리핑암 경사를 1:1∼1:1.2로 깍기후 우각부에 영구앵커와 패널식옹벽으로 계획되었으나 원지반을 보존한 상태에서 초대구경 강관보강을 적용한 결과, 깎 기물량 감소와 함께 비탈면 보강공법이 불필요하게 되었다.
환경보존 터널 갱구부 공법은 원지반 상태에서 토사 및 리핑암을 관통해야 하므로 일반 강관(소구경 60.5mm 또는 대구경 114.3mm)에 비해 강성이 증가된 보강용 강관(초대구경 강관 직경 165.2mm, 216.3mm 등)을 채택하고 있다. 해당 공법은 원지반에서 갱구부가 조성되므로서 NATM 터널 길이가 길어지나 갱구 배 면 비탈면 미절취로 슬라이딩에 대한 안정성이 확보되므로 절토부 패널식옹벽과 영구앵커 보강이 불필요하 고 강성이 증가된 초대구경 강관이 사용되어 터널 안정성이 확보된다. 또한 보강 강관을 활용하여 임시갱문 및 개착 터널의 일부로 활용이 가능하다.
3.2 환경보존 갱구공법의 시공순서
환경보존 갱구공법은 원지반 상태에서 갱구가 조성되어 환경친화적이고 갱구비탈면 미절취로 비탈면 안
표 4. 환경보존 갱구부 시공 순서
1단계 (직천공후 강관 삽입) 2단계 (주입구 코킹)
- 천공과 동시에 구조용 강관 삽입(φ165.2mm, 7t, L=8m) - 천공간격은 500mm,
- 굴진방향으로 평행하게 천공
- 지하수의 누수 및 토사유출 방지를 위해 강관 삽입직후 실시 - 코킹재는 주입압력에 충분히 견디고 급결성 있는 재료 사용
3단계 (강지보재 설치 및 굴진면 조성) 4단계 (숏크리트 타설 및 터널 굴진)
- 주입을 위해 강관 내·외부에 주입관을 설치 - 정압 주입이 원칙이나 현장 및 지질조건에 따라 조정 - 강관 전체 길이를 한번에 균질하게 주입
정, 공기 단축의 효과가 있으며, 기존 갱구부 조성시의 강관다단 중첩시공이 불필요하므로 터널 굴착공기 지 연을 방지할 수 있다. 환경보존 갱구부는 직천공 방식으로 초대구경 강관을 삽입하고 일정 간격으로 연결하 여 설치하며, 강관과 강지보재를 체결하여 임시갱문을 조성한다. 이후 숏크리트 타설과 NATM구간 굴진후 라이닝 시공과 상부 복토를 시행하므로서 터널 시공을 종료한다.
3.3 초대구경 강관 시공 관리방안
터널 계획 수립시 갱구위치는 안정된 지반으로 지형조건이 양호한 위치에 선정되도록 하며, 토지이용현황 과 토피등을 감안하고 환경성과 시공성을 우선하여야 한다. 따라서 갱구부 보강을 위한 보조공법으로서 지반 조건에 따라 소구경(φ60.5mm, t=4mm, L=6∼12m) 또는 대구경(φ114.3mm, t=6mm, L=6∼12m) 강관다 단 그라우팅을 시행하는 것이 일반적이나 원지반 절취없이 환경보존형 갱구조성을 위해서 무안1터널 함양방 향 갱구부에는 초대구경 강관(φ165.2mm, t=7mm, L=8m)을 적용하였다. 초대구경 강관은 공벽 붕괴를 방지 하고 장심도 천공시 직진성이 양호한 직천공 방식으로 시공되고 선단부 링비트는 사장되며, 케이싱 내부 천 천공비트는 회수된다.
그림 7. 직천공형 비트 개념
직천공 비트 시스템 직천공 회수형 비트
그림 8. 직천공형 직진성 관리
천공중 직진성 관리방안 개념도 직천공중 직진성 확인(광파 측량)
초대구경 강관보강시 직진성 확보를 위한 천공시스템을 가동하면서 변형율이 2% 오차범위 내에 관리되고 있는지 확인해야 한다. 이를 위해 천공장비에 부착된 타겟과 광파기를 이용하여 천공중 직진성이 유지되고 있는지 관리하며, 천공 완료후에도 초대구경 강관내에 설치되어 있는 타겟을 이용하여 일정 간격마다 광파기 를 이용하여 강관 삽입시 변형률을 확인한다.
3.4 초대구경 강관 시공 Flow
초대구경 강관의 강성은 대구경 강관 2열 비하여 1.8∼4.7배의 휨강성을 발휘하므로 그라우팅 효과를 크 게 기대할 수 없는 지반에서 터널 안정성을 향상시킨다. 대구경 강관 2열 보강시 휨강성은 1,260.9kN·m2으로 φ165.2mm 강관에서 대구경 강관 2열보다 1.8배(휨강성 2,290.1kN·m2), φ216.3mm 강관에서 4.7배(휨강성 5,971.4kN·m2) 이상의 강성증가 효과를 보인다.
갱구 상부지반의 토피가 과도하게 낮거나 지층상태가 불량할 경우 직천공형 초대구경 강관을 보강하므로 서 갱구부 안정성을 확보하며, 이러한 일련의 시공순서를 그림 9와 같이 제시하였다.
표 5. 강관 직경별 휨강성 비교
구분 대구경 강관다단 그라우팅 초대구경 강관보강 그라우팅
φ165.2mm φ216.3mm
강관 제원 φ114.3mm, t=6mm φ165.2mm, t=7mm φ216.3mm, t=8mm
단면2차모멘트 I=π/64{D4-(D-2t)4}×2
= 600.4cm4
I=π/64{D4-(D-2t)4}×1
= 1,090.5cm4
I=π/64{D4-(D-2t)4}×1
= 2,843.5cm4 휨강성 E·I = 1,260.9kN·m2 E·I = 2,290.1kN·m2 E·I = 5,971.4kN·m2
검토결과
그림 9. 환경보존형 갱구 시공순서 전경
① 케이싱과 해머비트 결합
③ 입구부 코킹
⑤ 밀크주입호스 및 공기배출호스 주입
⑦ 초대구경 강관 시공 완료
② 직천공 및 초대구경 강관 삽입
④ 선두관 마개 주입
⑥ 시멘트 밀크 주입
⑧ 초대구경 강관 활용 임시갱문 시공
4. 터널 갱구부 안정성 해석
4.1 지반조건
무안1터널 시점부의 지반조건은 실시설계 TB-1, 2, 확인지반조사 NCB-3를 반영할 경우, 토사 및 풍화토 가 0.3∼1.2m, 일부 풍화암이 1.6m, 그 이하는 기반암이 나타나고 있어 표층 두께가 대체적으로 얕은 경향을 보이고 있다.
4.2 갱구부 초대구경 강관 자체 안정성
무안1터널 시점부(함양방향) 원지반에서 초대구경 강관(Φ165.2mm, t=7mm)으로 보강할 경우, 강관자체 표 6. 무안1터널 시점 지반조건
지층 조건 시추조사 위치 평면도
공 번 위 치(STA.) 지 층 심 도(GL.-m) 두 께(m) NCB-3 함양 0+813.1
(좌 17.5m)
풍화토 0.0∼1.2 1.2 경 암 1.2∼25.0 23.8
TB-1 함양 0+798.0 (우 1.8m)
붕적층 0.0∼0.3 0.3 풍화토 0.3∼1.0 0.7 연 암 1.0∼3.5 2.5 경 암 3.5∼12.0 8.5
TB-2 함양 0+812.9 (우 1.0m)
붕적층 0.0∼0.5 0.5 풍화암 0.5∼2.1 1.6 경 암 2.1∼27.6 25.5
그림 10. 갱구부 지층분포 현황
단면력에 대한 안정성과 터널 갱구부 안정성을 확인해 야 하며, 강관의 단면력은 초대구경 강관 보강시 상재 이 완하중 영향에 따른 강관의 응력(휨응력, 전단응력)을 비교하여 적정성을 확인할 수 있다.
갱구부의 상부 이완하중은 Terzaghi 식으로 보수적으 로 산정할 경우, 상부 토피고 7.1m, 터널 S.L폭이 13.8m 에서 상재하중은 70.8∼88.5 kPa(평균 79.6 kPa)이며, 강관 본당 하중은 w=Pv×α×β(여기서 α: 강관의 횡 방향 간격인 0.5m, β: 강관의 하중 감소율)으로서 계산 하면 강관 1본당 39.8kN이 작용한다. 지지층인 암반등
급 Ⅳ에 근입되는 초대구경 강관 길이(L1)를 포함한 무지보 길이(L=L1+L2, L2 : 강지보재 간격)를 계산하면 4.3m이며, 이를 반영하여 초대구경 강관 보강길이를 8m로 결정하였다.
- Ⅳ등급 암반 근입길이 L1 = 상반높이(6.1m)×tan(45°-32°/2) = 3.3m, 강지보재 간격 L2 = 1.0m 터널 NATM 시점부를 당초 STA.0+805에서 STA.0+800으로 조정하고 지층조건을 고려하여 초대구경 강 관의 직경과 보강길이를 결정하였다. 이때 강관에 작용하는 상재하중을 고려하여 단면 안정성을 확인하였으 며, 강관의 휨응력, 전단응력은 허용기준 이하로 적정한 것으로 확인되었다.
표 7. 강관 상재 이완하중
검토 조건 모식도
- 터널 상부지반 : 단위중량 22.0kN/m3, 내부마찰각 32°, 점착력 100kPa
- 터널 상부 토피고(h) : 7.3m - 터널 상반 높이(t) : 6.1m - 터널 폭(2b) : 13.8m - 상재하중 : 70.8∼88.5kPa
여기서,
그림 11. 초대구경 강관 보강길이 결정 표 8. 초대구경 강관 단면 안정성
구 분 강관작용
하중(kN)
휨응력(kPa) 전단응력(kPa) 최대 처짐량
작용력 허용응력 판정 작용력 허용응력 판정 (mm)
초대구경강관
(φ165.2mm) 39.8 207,854 210,000 OK 4,995 120,000 OK 10.1
4.3 터널 갱구부 안정성 해석
1) 해석 개요
갱구부 조성시 배면절취를 지양하고 원지반 형태를 보존하기 위해 초대구경 강관 보강시 이에 따른 2D 터 널 안정성해석을 통해 최적의 보강구간을 결정하였다. 본 해석단면은 STA.0+800(함양방향)으로서 지보형식 은 P-3로 계획되어 있으며, 대상 구간의 암반은 4∼5등급에 해당되고 터널 최대 토피고는 2.9m 정도이다. 해 석단면내 함양방향은 굴진장 1.0m, 숏크리트 두께 160mm, 록볼트(길이 4m, 횡방향 간격 1.5m, 종방향 간격 1.0m) 및 초대구경 강관이 보강되는 것으로 모델링을 수행하였다.
2) 터널 보강단면 및 시공해석단계
터널 단면에서 강관을 150°범위로 보강(35공, L=8m, C.T.C 0.5m)할 경우 굴착시 시공단계별 해석을 수행하였다.
3) 유한요소 해석결과
터널 유한요소 해석프로그램 MIDAS GTS로 안정성 해석결과 시공단계별로 숏크리트응력, 록볼트에 대해 허용치를 만족하는 것으로 확인되었다.
표 9. 보강대표단면 및 시공해석단계
보강 단면 해석 단계
단계 시공 순서 하중분담율(%)
- 울산방향
(우측)
원지반 -
- 개착 절취 -
-
함양방향 (좌측)
변위초기화 -
- 초대구경 강관 -
1 상부굴착(반단면) 40
2 S/C+R/B 30
3 Hard Shotcrete 30
4 하부굴착(반단면) 40
5 S/C+R/B 30
6 Hard Shotcrete 30
그림 12. 유한요소해석 Modelling
STA.0+800구간 모델링 갱구부 해석단면
Ko=0.5 변위도 시공단계별 변위량(y축)
표 10. 천단, 측벽부 변위해석 결과 (단위 mm)
해석 단계
Ko=0.5 Ko=1.0 Ko=2.0
천단부 좌측벽 우측벽 천단부 좌측벽 우측벽 천단부 좌측벽 우측벽
1 -0.68 0.05 -0.03 -0.62 0.04 0.02 -0.49 0.03 0.11
2 -1.23 0.10 -0.06 -1.12 0.08 0.03 -0.91 0.05 0.19
3 -1.56 0.14 -0.08 -1.41 0.12 0.03 -1.11 0.07 0.26
4 -1.56 0.11 -0.07 -1.38 0.03 0.09 -1.02 -0.11 0.42 5 -1.56 0.08 -0.06 -1.36 -0.03 0.14 -0.96 -0.25 0.54 6 -1.55 0.06 -0.06 -1.33 -0.09 0.18 -0.88 -0.38 0.66 최대 -1.56 0.14 -0.08 -1.41 0.12 0.18 -1.11 -0.38 0.66
표 11. 시공단계별 숏크리트 응력 해석 결과 (단위 mpa)
해석 단계
Ko=0.5 Ko=1.0 Ko=2.0
휨압축응력 전단응력 휨압축응력 전단응력 휨압축응력 전단응력
1 0 0 0 0 0 0
2 0.289 0.014 0.295 0.014 0.376 0.014
3 0.802 0.016 0.932 0.028 1.192 0.052
4 0.689 0.015 0.707 0.015 1.052 0.016
5 0.677 0.033 0.741 0.049 1.155 0.080
6 0.672 0.087 0.772 0.129 1.256 0.212
최대 0.802 0.087 0.932 0.129 1.256 0.212
허용치 8.4 0.37 8.4 0.37 8.4 0.37
Ko=2.0 휨압축응력 시공단계별 최대 휨압축응력
5. 환경보존형 갱구부 계측관리
환경보존형 갱구 보강공법이 적용된 무안1터널 함양방향은 NATM 갱구 시점이 당초 STA.0+805에서 5m 연장된 STA.0+800에서 초대구경 강관보강후 2019년 7월 400m가량 굴착이 진행되었으며, 지보패턴은 고속 도로 터널공법(Ex-TM)에 제시된 기준에 의해 시공되고 있다.
Ko=2.0 록볼트 축력 시공단계별 록볼트 축력
표 12. 시공단계별 록볼트 축력 해석 결과 (단위 KN)
해석단계 Ko=0.5 Ko=1.0 Ko=2.0
1 0 0 0
2 1.48 1.89 2.69
3 2.30 3.12 4.78
4 2.60 3.84 6.33
5 3.17 4.82 8.13
6 3.66 5.73 9.89
최대 3.66 5.73 9.89
허용치 86 86 86
표 13. 고속도로 터널공법(Ex-TM) 지보패턴
구분 A B-1 B-2 C-1 C-2 D-1 D-2 E-1 E-2
RMR 100~81 80~71 70~61 60~51 50~41 40~31 30~21 20~11 10이하 개요도
굴착방법 전단면 전단면 전단면 전단면 전단면 전단면 반단면 반단면 반단면
굴진장 4.0m이상 3.5~4.0m 3.0~3.5m 2.5~3.0m 2.0~2.5m 1.5~2.0m 1.5/3.0m 1.2/2.4m 1.2/1.2m 숏크리트 5cm(일반) 5cm(강섬유)6cm(강섬유)8cm(강섬유)9cm(강섬유)12cm(강섬유) 12cm(강섬유) 16cm(강섬유) 16cm(강섬유)
록볼트 랜덤
(L=3m)
2.5m간격 (L=3m)
2.0m간격 (L=3m)
1.8m간격 (L=4m)
1.5m간격 (L=4m)
1.5m간격 (L=4m)
1.5m간격 (L=4m)
1.2~1.5m (L=4m)
1.5m간격 (L=4m)
강지보 - - - - (50×20×
30) 50×20×30 50×20×30 70×20×30 H-100
보조공법 - - - - - (포어폴링) (포어폴링) 포어폴링 선진보강
갱구부는 초대구경 강관보강 시행구간에 대해 일상계측(천단침하, 내공변위), 정밀계측(록볼트축력, 숏크 리트응력, 지중변위, 지표침하)을 수행한 결과 안정한 것으로 확인되었다.
표 14. 내공변위 및 천단침하
STA. 내공변위/천단침하 그래프 설치 단면
0+800
0+810
표 15. 지표침하
STA. 지표침하 그래프
0+800
표 16. 지중변위
STA. 천단부 지중변위 그래프 설치 단면
0+810
6. 결 론
1) 창녕-밀양 고속도로 건설사업 구간내 무안1터널은 함양방향 1,905m, 울산방향 1,940m의 중심간 거리 가 34m인 병렬터널로서 시점 갱구부 인근 암종은 주로 셰일이며, 수직, 수평 및 사절리가 발달되어 있 고 토사, 풍화암 두께가 얕게 분포하고 있다.
2) 무안1터널 함양 갱구부 좌측, 배면은 무한사면으로서 깎기시 과다 절취물량이 발생되므로 실시설계에 서는 절토부 옹벽과 영구앵커로 갱구비탈면 보강이 계획되었으나 해당 구간의 기반암이 조기에 노출 되므로 원지반조건에서 갱구조성을 위한 초대구경 강관보강이 적합한 조건이라 판단되어 깎기공종을 제외하는 환경보존형 터널공법을 도입하였다.
3) 환경보존형 갱구보강공법에 적용되는 초대구경 강관 직경은 φ165.2mm로서 휨강성은 대구경 강관 다단그라우팅(φ114.3mm)의 2열 보강시 휨강성에 비해 1.8배 효과를 보이며, 강관 자체의 단면 적 정성에서 휨응력(작용력 207,854kPa<허용응력 210,000kPa), 전단응력(작용력 4,995kPa<허용응력 120,000kPa)에 대해 안정한 것으로 계산되었다.
4) 또한 초대구경 강관보강이 된 터널 갱구 안정성 해석결과, 강관 보강범위 150°(보강공수 35개소), 보강 길이 8m, C.T.C 0.5m 조건에서 시공단계별 해석시 변위, 록볼트 축력, 숏크리트응력이 허용치 이내로 표 17. 록볼트 축력
STA. 천단부 록볼트 축력 그래프 설치 단면
0+810
표 18. 숏크리트 응력
STA. 천단부 숏크리트 응력 그래프 설치 단면
0+810
만족한 것으로 나타났다.
5) 환경보존형 갱구보강공법 도입으로 NATM 갱구부 시점이 STA.0+805에서 5m 증가된 STA.0+800으 로 조정되었으며, 보강후 굴진이 2019년 7월 현재 400m가량 진행되어 갱구부를 통과후 수렴되는 지점 까지 일상계측(내공, 천단변위), 정밀계측(록볼트 축력, 숏크리트 응력, 지중변위, 지표침하)을 수행한 결과 관리기준치 이내로 유지됨을 확인하였다.
6) 원지반 절취없이 초대구경 강관을 수평·직천공하는 방법은 기존 시설을 통과하기 위해 대구경 강관을 활용하는 파이프루프 방식을 벤치마킹한 공법으로서 그동안 철도터널 및 국도에 일부 적용된 사례가 있으나 본 고속도로 터널에서는 최초로 적용되는 사례로 기록될 것이며, 지형, 지반조건 및 현장여건을 고려하여 친환경적 시공을 위한 적용을 확대할 필요성이 있을 것이다.
1. 박춘식, 하정철(2018), 경상남도에서 발생한 암반사면의 파괴유형 연구, 터널지하공간학회 학회지, Vol.28, pp. 569-583 2. Barton, N.R.; Lien, R.; Lunde, J. (1974). "Engineering classification of rock masses for the design of tunnel support". Rock
Mechanics and Rock Engineering, 189–236
3. 이성기, 조국환(2018), 고속철도 하부 비개착공법 시공사례 연구, 한국철도학회, 추계학술대회 논문집
4. 문경선, 신영완, 박영만(2018), 미니 파이프루프를 이용한 친환경 터널갱구부 공법(ETPM)을 적용한 시공사례, 한국지반공학 회, Vol.34, No.1
5. 경기도 건설본부, 야밀고개 위험도로 선형개선공사 야밀터널 설계도, 2018 6. 고속도로 터널공법(Ex-TM) 가이드라인, 2016, 한국도로공사
7. 한국도로공사, 고속국도 제14호선 창녕-밀양간 건설공사 지반조사보고서(제3공구 웅송-삼태), 2015.
8. 한국도로공사, 고속국도 제14호선 창녕-밀양간 건설공사 일반보고서(제3공구 웅송-삼태), 2015.
참고문헌
[본 기사는 저자 개인의 의견이며 학회의 공식 입장과는 관련이 없습니다]
