[논문]도로 터널 사공중 발생된 붕락형태 분석 연구

이수곤; 김낙영; 전복현

도로 터널 사공중 발생된 붕락형태 분석 연구
A Study on the Collapse Pattern of Road Tunnel under Construction 원문보기

지질공학 = The journal of engineering geology, v.17 no.1 = no.50, 2007년, pp.115 - 123

이수곤 (서울시립대학교 공과대학 토목공학과) , 김낙영 (한국도로공사 도로교통기술원) , 전복현 (서울시립대학교 공과대학 토목공학과)

초록
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최근 들어 인구증가와 경제발전에 따른 고속도로의 확장 또는 신설이 급증하고 있고 양호한 노선을 위해 터널 건설도 급속도로 증가하고 있다. 이와 더불어 터널 시공 중 붕괴가 발생할 수 있는 경우도 상대적으로 높아지고 있다. 특히, 도로의 양호한 선형 확보를 위하여 지반조건이 불량한 구간에서 터널 굴착이 증가하므로 적절한 보강공법의 적용 없이 굴착을 실시하는 경우에 붕락이 자주 발생하였다. 본 논문에서는 고속도로 터널 시공 중 보편적인 붕괴 사례를 조사함으로써 다른 지질조건에서의 붕괴원인과 형태 및 적용 보강공법에 대해 분석하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, accelerating population and advanced economy result in extending old freeways and constructing new freeways. To make a good freeway shape, tunnel constructions are also rapidly increasing. Therefore, a possibility of a collapse during a tunnel excavation is getting higher in a proportionate manner. Especially, tunnel excavation has increased in poor geological condition in order to maintain good alignment of road and the collapse of tunnel has often happened without reinforcement method. This research paper will analyze for ms and causes of the collapses for different geological conditions and applied reinforcement solutions by investigating typical collapse sites during highway tunnel constructions.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이하 본문에서는 고속도로 건설공사 중 발생된 8개소 ("A"~"H")의 터널에 대한 붕락 현황조사 및 붕락 사례를 유형별로 세부적으로 원인 분석하고 그에 따른 적절한 보강공법 및 향후 관리방안에 대해 논해보고자 한다.
이 분석 결과에 따르면 터널천단부의 지지층이 충분치 못하고 터널이 지하수위 아래에 위치하는 경우 붕락에 취약함이 밝혀졌다. 특히 투수성이 큰 지반의 무지보 터널이 이러한 조건에 놓이면 지하수의 유입과 함께 붕락에 이를 가능성이 큼을 지적하였다. 또한 가장 흔한 형태의 파괴메커니즘은 천단부의 국부적인 붕괴이며 대부분 파괴가 막장주위에 집중되는 특성을 보였다.

제안 방법

따라서 터널 굴착 초기에도 이러한 불리한 지질학적 특성을 고려하여 굴착에 따른 터널 안정성 확보를 위해터널 갱구부에서 3열 강관다단을 120°, C.T.C 60 cm간격으로 보강을 한 후, 굴착 작업을 수행하였다. 이와 같은 보강공법을 적용하여 약 20 m 굴진중에 Sta.
본 논문에서는 고속도로 터널 시공 중 터널 붕락사례에대하여 분석하여 붕락형태를 크게 4가지로 분류하였다. 최근 들어 터널 시공 중 가장 흔히 일어나는 터널 붕락 형태는 갱구부에서의 국부적인 쐐기형 붕락이고 그 다음으로는 소규모 계곡부에서 강우 직후 터널 천단부에서 지표부까지 함몰된 경우이다.
본 터널 현장에는 용수처리를 위한 보조공법 뿐만 아니라, 상반 굴착 작업 중 발생한 과대변위 및 붕락에 대한 보강공법도 적용되었다. 과다변위 발생은 Fig.

성능/효과

1) 도로터널 시공중 발생된 붕락사례를 위치별로 분석을 해보면 터널 입출구부와 풍화 파쇄가 심한 계곡 부에서 대부분이 발생하고 그 외에는 국부적인 파쇄대가 존재하는 본선부에서 발생한 것으로 조사되었다.
2) 국가별 터널 붕락을 분석해보면 국내 터널에서는 연 약대 붕락 41%, 천정부 붕락 33%를 나타내었으며, 해외터널에서는 천정부 붕락 23%, 연약대 붕락 20%로 나타나 다소 차이를 보였다.
3) 터널붕락사고가 발생된 위치에서 분석해보면 입출구 부근과 계곡부에서 대부분 발생하였다. 이는 터널 굴착 거동 특성이 3차원 거동이므로 아칭현상(arching effect) 발현을 위해서는 적정한 토피고가 확보되어야 하고 또한 막장전방 미굴착 구간의 지반조건이 급격히 저하되는 경우에는 터널 붕락가능성이 상대적으로 높은 것으로 분석되었다.
4) 붕락이 발생한 대부분의 터널에서 분석된 공통된 특징은 풍화 파쇄대 구간이면서 저토피고의 조건을 가질 때 발생하였고 부가적으로는 붕락발생 시점이 강우 직후에 발생하는 경우가 가장 많았다. 이는 강우로 인하여 지반전단강도의 급격한 저하로 인하여 터널 굴착에 따른 아칭현상이 발달할 때 불리한 조건으로 작용한 것으로 분석되었다.
5) 터널내 국부적인 쐐기형 암반블럭 붕락의 경우는 대부분 지보패턴 에서 발생하였는데 이는 지반조건이 매우 양호한 상태에서 굴진거리를 증가시키기 위한 과발파 등으로 인하여 발생되는 것으로 분석되었다.
6) 고속도로터널 공사 중 발생된 붕락형태를 분석해보면 터널 붕락이 지표면까지 함몰되는 형태의 붕락은 대부분 계곡부에 위치하는데 특징적인 사항으로는 대규모 계곡부에서 붕락이 발생하는 경우보다 소규모 계곡 부에서 발생하는 경우가 더 많은 것으로 분석되었다. 이는 대규모의 계곡부 지점 통과 시에는 설계단계에서 터널보강공법이 반영되어 시공관리가 가능하나 소규모 계곡 부의 경우 설계단계에서 터널보강공법이 미반영 되어있어 시공하는 과정 중에서 체계적인 계측과 현장 조사를 실시하여 보강공법 적용에 대한 검토가 수행되어야 할 것으로 분석되었다.
같이 구분된다. 가장 큰 피해가 발생되는 붕락 형태 인지 표면까지 함몰된 경우는 적정한 보강방법은 지표 부에서 시멘트그라우팅, 터널 내에서 강관다단그라우팅 또는 FRP그라우팅 공법이 적용되는 경우가 적정하고 터널 내부 분 적인 암반블럭 붕락의 경우 에는 4m 길이 이상의 록 볼트를 설치하고 반드시 붕락부위를 와이어 메쉬를 설치한 후 숏크리트로 붕락부위를 최대한 채워 터널 형상을 이루도록 해야 콘크리트 라이닝 타설 후 지하수 등이 집수되어 누수가 발생하는 것을 방지할 수 있는 것으로 분석되었다.
특히 투수성이 큰 지반의 무지보 터널이 이러한 조건에 놓이면 지하수의 유입과 함께 붕락에 이를 가능성이 큼을 지적하였다. 또한 가장 흔한 형태의 파괴메커니즘은 천단부의 국부적인 붕괴이며 대부분 파괴가 막장주위에 집중되는 특성을 보였다.
또한, 붕락구간 직전의 막장면도 암질이 양호하고 암 판정 결과에 따르면 암반등급은 1, 2등급으로 양호한 것으로 평가되어 지보패턴을 변경하는 것이 적정하다. 본 붕락이 발생된 구간이 저토피구간(H= 17.
본 터널은 시추조사결과 붕락구간은 붕적층이 2.0 m 내외로 분포하고 터널심도까지는 흑운모화강암, 각섬석 화강암 등 일부구간을 제외하고는 전반적으로 보통~양호한 암반층이 분포한다. Fig.
셋째, 연약지반 통과 구간 등 비교적 시공 난이도가 높은 구간을 굴착하면서 적절한 보강 대책 등이 없이 낮은 수준의 기능도에 의해서 무리하게 굴착을 진행하다가 붕락 위험에 노출되는 등의 다양한 원인들을 들 수 있다.
이 분석 결과에 따르면 터널천단부의 지지층이 충분치 못하고 터널이 지하수위 아래에 위치하는 경우 붕락에 취약함이 밝혀졌다. 특히 투수성이 큰 지반의 무지보 터널이 이러한 조건에 놓이면 지하수의 유입과 함께 붕락에 이를 가능성이 큼을 지적하였다.
터널 갱구부 토피고는 약 8 m이고 전반적으로 풍화가 심한 풍화대가 광범위하게 분포하고 있고 특히, 국부적으로 탄층이 존재하여 터널 굴착에 매우 불리한 지질적인 조건으로 형성되어 있는 상태로 조사되었다.

후속연구

이는 대규모의 계곡부 지점 통과 시에는 설계단계에서 터널보강공법이 반영되어 시공관리가 가능하나 소규모 계곡 부의 경우 설계단계에서 터널보강공법이 미반영 되어있어 시공하는 과정 중에서 체계적인 계측과 현장 조사를 실시하여 보강공법 적용에 대한 검토가 수행되어야 할 것으로 분석되었다.

참고문헌 (13)

과학기술부, 2000, 첨단기법을 이용한 터널 정보화 설계/시공 기술개발, 1-101
전복현, 2006, 고속도로 터널 기공중 붕락 분석 연구, 서울시립대학교 산업대학원 공학석사학위논문, 80p
Bieniawski, Z.T., 1979, Determination of rock mass deformability, Experience from case histories, Int. J. Rock Mech. Sci & Geomech. Abstr., 16, 1, 237-247
Bieniawski, Z.T., 1989, Engineering rock mass classification, John Wiley, New York, 251p
Brandy, B.H.G. and Brown, E.T., 1985, Rock mechanics for underground mining, George and Unwin, 527p
Carmichael, R.S., 1989, Practical Hand book of Physical Properties of Rocks and Minerals, material, 741p
Chambon, P., Corte, J. E, 1994, Shallow tunnels in cohesionless soil, stability of tunnel face, journal of geotechnical engineering, 120, 7, 1148-1165

상세보기
Hoek, E, Kaiser, P.K. and Bawden, WE, 1995, Support of underground excavations in hard rock, Balkema, 215p
HSE, 1996, Safety of New Austrian Tunnelling Method (NATM) Tunnels, A review of sprayed concrete tunnels with particular reference to London Clay, Health and Safety Executive (HSE) Books, Sudbury, 8Op
Hudson, J.A. and Harrison, J.P., 1997, Engineering rock mehcanics, Pergamon, 444p
Jeremic. M. L, 1991, Ground Mechanics in Hard Rock mining, Balkema, 537p
Kaser, P.K., 1980, Effect of stress-history on the deformation behavior of underground openings, 13th Canadian Rock Mechanics Symp., CIMM, Montreal, 133-140
Nicholson, G. A. and Bieniawski, Z.T., 1990, A Nonliner Deformation modulus based on rock mass classification, Geotechnical & Geological Engineering, 8, 3, 181-202

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용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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