계곡부 터널 일방향 관통에 따른 대책검토 및 시공사례

전체 글

(1)기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.29, No.9 | pp.13~21. 계곡부 터널 일방향 관통에 따른 대책검토 및 시공사례. 안경익 코오롱글로벌(주) 토목환경BG 차장 ([email protected]). 정재민. 채길수. 코오롱글로벌(주) 토목환경BG 상무. 1. 서 론. 코오롱글로벌(주) 토목환경BG 부장. 우주현 코오롱글로벌(주) 토목환경BG 차장. 용되고 있다. 그러나 본 고속국도 제30호선 상주-영 덕간 고속도로건설공사(제14공구:옹점~괴정) 중 진. 일반적으로 터널 관통부는 터널 시·종점 갱구부에. 보터널 시점부는 진입도로 개설 및 갱구부 시공이 매. 서 양방향 굴착으로 시공되는 터널 시공공정을 고려하. 우 어려운 계곡지형에 위치하고 있어 종점측에서 시점. 여 터널 중앙부의 양호한 지반조건에서 관통계획이 적. 측으로 시공이 이루어 지고 있는 상황이다.. 그림 1. 과업위치. 2013. 9 Vol.29, No.9 • 13.

(2) 기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.29, No.9 | pp.13~21. 그림 2. 항공측량도. 2. 현 황. 그림 3. 과업구간 지질도 표 1. 터널개요 구분. 진보터널은 상주~영덕 고속도로(옹점~괴정)내 터 널로서 본 도로는 전국 간선도로망 계획(7×9)의 동서. 하고 국토 균형 발전과 개발촉진을 도모하기 위해 계. 종단경사. •위치 : 경상북도 청송군 파천면 옹점리, 괴정리. 편경사. •교통량 : 8,222대(2034년) •설계속도 : 100 km/h 1,120m. 터널). 2.2 지형 및 지질 본 과업구간은 경상북도 청송군 파천면 옹점리에서. 14 • 地盤. 상주방향. 1,975m (STA.2+505∼STA.4+480). 영덕방향. 1,911m (STA.2+491∼STA.4+402). 상주방향. R=6,975.7+직선+R=1,750. 영덕방향. R=7,000+직선+R=1,500. 상주방향. +2.52%. 영덕방향. -2.52%. 상주방향. -2%∼+3. 영덕방향. -2%∼-4%(-3.77%). 상주방향. 시점 : 아치면벽형 종점 : 확폭형 벨마우스. 영덕방향. 시점 : 아치면벽형 종점 : 벨마우스변형. 통행방식. 터널) - 상주방향 : 2개소 / 2,914m (파천3터널, 진보. 경북 청송군 진보면 괴정리. 갱문형식. •터널 : 4개소 / 5,770m(상, 하행 분리) - 영덕방향 : 2개소 / 2,856m (파천3터널, 진보. 종점. 평면선형. 2.1 과업현황. •교량 : 6개소(장대교 5개소, 소교량 1개소) /. 경북 청송군 파천면 옹점리. 터널연장. 하여 낙후된 경북 서북부와 동부지역의 접근성을 강화 획되었으며, 전체 과업구간의 현황은 다음과 같다.. 시점 위치. 6축으로 공용중인 청원~상주의 연장노선으로, 중부 내륙, 중앙고속도로와 경북 동해안의 7번 국도를 연계. 진보터널. 일방향 통행(2차로). 상주방향. 젯트팬 종류식. 영덕방향. 젯트팬 종류식. 환기방식 터널시공방법. NATM 공법. 피난시설 및 비상주차대. 차량용 피난연락갱 2개소 대인용 피난연락갱 5개소. 터널중심간격. 33.00.

(3) 계곡부 터널 일방향 관통에 따른 대책 검토 및 시공사례. 경상북도 청송군 진보면 괴정리에 이르는 연장 7.5km. 2.3 터널계획 현황. 의 고속도로로서, 시점부는 국도 31호선에 수직한 방 향으로 서쪽에서 동쪽으로 진행하며, 태백산맥의 일. 1) 터널 표준단면. 부분인 ▲600 고지를 관통하여 종점부의 진보면 괴정. 그림 4와 같다.. 리에 이르러 국도 34호선과 나란하게 진행한다. 본 과업구간은 시점부에서부터 높은 산지로 산계 의 발달이 두드러지고 진보터널 종점부부터는 대체적. 2) 평면 및 종단 그림 5, 6과 같다.. 으로 낮은 구릉지의 산계로 이루어져 농지로 사용하 고 있으며, 과업 종점부에는 다수의 계곡부가 나타나 고 있다. 주요 산능으로는 과업구간상부에 광덕산(▲ 489.0m), 포도산(▲748.0m), 비봉산(▲671.0m)이 있으며 하부에 위치한 태행산(▲933.1m) 및 주왕산 국립공원이 대표적이다. 또한, 본 조사지역 일대에 분포하는 지질은(청송도 폭, 1973, 이홍규, 홍승호) 선캠브리아기 변성암층의 일부로서 소량의 석회 규산염암, 중생대의 청송화강 암, 백악기의 경상계 퇴적암층군과 이들을 관입한 화 그림 4. 터널단면. 성암류 및 제4기의 충적층으로 구성되어 있다. 도폭 전체에 걸쳐 대부분을 차지하여 분포되는 것은 청송 화강암 및 퇴적암층군 등이다.. R = 6975.7. ) 방 향 터 널 주 (상 시 STA .2+ 50 점 (상 시 점 주 방 N ATM 510.00 5.00 + 향 .2 )A ST. 북서부에서 중남부로 대각선 방향으로 분포되는 것. V1. V1. V1. 과 북동부 일대에 분포하는 화강암을 청송화강암이라. CP L1 L1. L1. V1 V1. V1 V1. 2+500. FLOW. V1. L1/O. L1/O. L1. L1. V1 V1. B1. V1 V1. B1 B1. B1 B1. B1. B1. ST)A .2+ 49 1.00 방 향 N ATM 6. 덕 .2+ 49 STA 점 (영 시 점00 시 (영 덕 터 널 방 향 ) B1. B1. B1. B1. B1. B1. B1. B1. 포하며 주로 적색 사암을 우세하게 포함하고 있는 경. L1. L1. CP. V1. 하며 이는 경상계 아코스 질 사암층에 의하여 부정합. CP. V1. V1. 으로 덮혀 있다. 서부 및 동부 일대에 북서 방향으로 분. CP. 0 상주방향 2+50 L1. B1. 상계 퇴적층을 적색 사암층이라 부르며 이 적색 사암 층은 아코스질 사암층의 상위에 정합적으로 놓여 있. 그림 5. 평면도. 다. 녹색 사암층은 주로 서부 및 동부 일대에 분포되며 주로 녹색 사암으로 이루어져 있고 이는 적색 사암층 의 상위에 정합적으로 놓인다. 본 노선의 터널에 해당 하는 규장암은 중북부 및 중남부에 소량 분포하며 경 상계 퇴적층 및 청송 화강암을 관입하였다. 그 외에 중 남부에는 규장암을 관입한 불국사통의 흑운모 화강암 과 중앙부 도처에 소규모로 관입한 염기성 암맥이 있 으며 하천을 따라 제 4기의 충적층이 퇴적되어 있다. 그림 6. 종단면도. 2013. 9 Vol.29, No.9 • 15.

(4) 기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.29, No.9 | pp.13~21. 그림 7. 사방댐 현황(1). 그림 8. 사방댐 현황(2). 그림 9. 일반천공형 다단 그라우팅. 그림 10. 터널 외부토사 제거. 그림 11. 강지보재 설치(H-125, C.T.C 800) 및 굴착. 그림 12. 막장면 core형성 및 관통. 3) 갱구 진입구간 현황. 본 현장의 관통계획은 일방향 관통전 터널내부에서. - 진보터널은 갱구부가 계곡지형으로 그림 7, 8과. 강관다단 그라우팅을 실시하여 지반아치를 기대하기. 같이 사방댐이 4개소 존재하며, 대형장비 진입이. 힘든 저토피구간의 강성을 확보한 후 굴착 시 하중으. 곤란하여 갱구부 보강이 불가능한 상황이다.. 로 작용하는 터널외부 토사를 제거하여 굴착이완하중 을 경감시킨다. 다음으로 터널내 H형 강지보재를 800 간격으로 조밀하게 설치하며 토피전체가 이완하중으. 3. 일방향 관통계획 16 • 地盤. 로 작용하더라도 충분히 지지할 수 있도록 계획하였.

(5) 계곡부 터널 일방향 관통에 따른 대책 검토 및 시공사례. 그림 13. 관통 후 갱구부 정리. 그림 14. 해석단면. 다. 또한, 막장면 안정성을 확보하기 위해 core를 형성. 였으며 해석방법은 Mohr-Coulomb 파괴기준에 의. 시키고, 예비 보강계획으로 막장전방 록볼트 설치를. 한 탄소성 해석을 적용하였다. 지반정수는 설계 시 값. 계획하였다. 그림 9 ~ 그림 13은 관통계획을 모식화한. 을 준용하였으며, 적용 지반정수는 표 3과 같다. 강관. 도면이다.. 다단 그라우팅 공법에 의한 보강지반은 설계시와 동일 하게 그라우팅 연구시험결과 및 적용사례 등을 토대로 변형계수와 점착력을 원지반의 2배로 가정하여 해석. 4. 관통계획에 따른 터널 안정성 검토. 하였다. 관통위치는 STA.2+489.20을 해석하였으며, 적용. 해석프로그램은 MIDAS/GTS VER 440를 사용하. 지보패턴은 반단면 굴착 및 상부 120˚를 강관다단그. 표 2. 해석모델링 적용현황. 구분. 해석모델링. 프로그램. •MIDAS GTS(3D). 해석모델. •Mohr-Coulomb 탄소성모델. 해석영역. •터널 관통부 좌·우측 4D 및 하부 3.0H. 적용지반. •지질종단면도기준 토사 관통 계획. 해석방법. •실제지형을 모델링하여 초기 응력및 지형 조건에 따른 지반응력 상태모사. 표 3. 적용지반 물성치 구분 Ⅴ. 퇴적암 토사. 단위중량(t/m3). 탄성계수(t/m2). 점착력(t/m2). 내부마찰각(˚). 포아송비. 비고. 2.1. 40000. 5. 33. 0.3. -. 1.8. 3000. 1.5. 30. 0.35. -. 2013. 9 Vol.29, No.9 • 17.

(6) 기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.29, No.9 | pp.13~21. 표 4. 해석순서 ① 초기단계. ② 관통후. ② 관통전. 표 5. 천단침하 및 내공변위 관통 전. 관통 후. δmax ≒ 4.14 mm. δmax ≒ 3.42 mm. δmax ≒ 2.66 mm. δmax ≒ 2.57 mm. 천단 변위. 내공 변위. 라우팅으로 시공하고 좌우 측벽부에 록볼트를 시공하. 로 해석하였으며 대표적으로 표 4에 초기단계, 관통. 는 P-6-3을 적용하였다. 해석과정은 일반천공형 다. 전, 관통후의 해석그림을 나타냈다.. 단 그라우팅, 터널 외부토사 제거, 강지보재 설치(H-. 표5 ~ 표8은 해석결과를 정리한 것으로 천단 및 내. 125, C.T.C 800) 및 굴착, 관통 및 갱구부 정리의 순으. 공변위는 최대 4.14mm로 해석되었으며, 강지보재의. 18 • 地盤.

(7) 계곡부 터널 일방향 관통에 따른 대책 검토 및 시공사례. 표 6. 강지보재 응력검토. 강지보재 휨압축응력 허용치 14000 t/m2과 숏크리 트 휨압축응력 허용치 840 t/m2, 록볼트 축력 허용치 8.8ton보다 작은 수치이므로 일방향 관통에 따른 터 관통 전. 1489 O.K t/m2. 널의 안정성은 확보되는 것으로 판단된다.. 5. 일방향 관통시공. 강 지보재 휨압축 응력. 그림15 ~ 그림19까지는 관통 직전부터 관통후까지 의 시공사진이며, 해석단계별로 시공한 결과 무사히 관통 후. 1418 t/m2. 터널을 관통시킬 수 있었다. O.K. 6. 결 론 본 사례는 고속국도 제30호선 상주-영덕간 건설공 휨압축응력은 최대 1489 t/m2 , 숏크리트 휨압축응력. 사(제14공구) 진보터널의 시점부 대형장비 진입불가. 은 최대 687.6 t/m2 , 록볼트 최대 축력은 6.89 tonf로. 로 양방향 굴착이 곤란하여 일방향 관통에 대한 관통. 해석되었다. 이는 변위치가 10mm 이내로 크지 않고,. 계획을 수립하고 수치해석을 통한 안정성 분석을 수행. 표 7. 숏크리트 응력검토. 관통 전. 687.6 t/m2. O.K. 관통 후. 687.6 t/m2. O.K. 숏크리트 휨압축 응력. 2013. 9 Vol.29, No.9 • 19.

(8) 기술기사  | 한국지반공학회지 | Vol.29, No.9 | pp.13~21. 표 8. 록볼트 응력검토. 관통 전. 6.89 ton. O.K. 관통 후. 6.89 ton. O.K. 록볼트 축력. 표 9. 검토결과 구분. 변위(mm). 지보재응력. 천단변위. 내공변위. 강지보재 응력(t/m2). 숏크리트 응력(t/m2). 록볼트 축력(ton). 관통전. 4.14. 2.66. 1489. 687.6. 6.89. 관통후. 3.42. 2.57. 1481. 687.6. 6.89. 최대값. 4.14. 2.66. 1491. 688.6. 6.91. 허용값. 20. 20. 14000. 840. 8.86. 평가. O.K. O.K. O.K. O.K. O.K. •안정성 해석 결과 최대천단변위 4.14mm(K0 = 1.0), 최대내공변위 2.66mm (Ko = 1.0) 발생 결과 분석. •지보재 응력은 강지보재 응력 1491t/m2 , 숏크리트 응력 688.6t/m2 , 록볼트 축력 6.91ton 로서 모두 허용치이내의 값을 나타내므로 터널의 안정성 확보 •시공시 막장관찰 및 현장 계측을 통해 터널 안정성을 지속적으로 확인 하여야 함. 하였으며, 관통계획에 따라 시공 완료한 사례이다. 이. 를 형성시키고, 예비 보강계획으로 막장전방 록. 상의 설계 및 시공으로부터 다음과 같은 결론을 얻었다.. 볼트 설치를 계획하였다.. (1) 본 현장의 관통계획은 터널내부 강관다단 그라 우팅, 터널외부 토사제거, 터널내 H형 강지보재. (2) 관 통위치는 STA.2+489.20을 해석하였으며, 해. 800간격 조밀설치, 굴착 및 관통의 순으로 계획. 석과정은 일반천공형 다단 그라우팅, 터널 외부. 하였으며, 막장면 안정성을 확보하기 위해 core. 토사 제거, 강지보재 설치(H-125, C.T.C 800). 20 • 地盤.

(9) 계곡부 터널 일방향 관통에 따른 대책 검토 및 시공사례. 그림 15. 1단계 : 터널 내부에서 일반 천공형 다단 그라우팅 시공 및 굴착. 그림 16. 2단계 : 시점부 테일러스 및 토사 일부 제거. 그림 17. 3단계 : 강지보재 설치(C.T.C 900) 및 굴착. 그림 18. 4단계 : 시점부 관통. t/m2 , 록볼트 최대 축력은 6.89 tonf로 해석되었 다. 이는 변위치가 10mm 이내로 크지 않고, 강 지보재 휨압축응력 허용치 14000 t/m2과 숏크리 트 휨압축응력 허용치840 t/m2, 록볼트 축력 허 용치 8.8ton보다 작은 수치이므로 일방향 관통 에 따른 터널의 안정성은 확보되는 것으로 판단 된다. 그림 19. 5단계 : 관통 후 갱구부 정리. 상기와 같은 해석단계별로 시공을 수행하였으며, 무 사히 터널을 관통시킬 수 있었다.. 및 굴착, 관통 등의 단계별 안정성 해석을 수행하 였다.. 본 사례는 향후 계곡부에 시공되는 터널현장에서 대 형장비 진입이 곤란하여 양방향 시공이 곤란할 경우 일방향에서 보강(강관다단그라우팅 + 강지보재 설치. (3) 해석결과 천단 및 내공변위는 최대 4.14mm로 해석되었으며, 강지보재의 휨압축응력은 최대. (CTC 800이하) + 터널외부 토사하중 제거)후 관통시 키는 대표적인 사례로 제시될 수 있을 것이다.. 1489 t/m2 , 숏크리트 휨압축응력은 최대 687.6. 2013. 9 Vol.29, No.9 • 21.

(10)