[논문]프리캐스트 아치를 이용한 개착식 터널 시공사례

우혁근; 이동규; 이상만; 이정식; 이창훈

doi:10.22636/mkci.2009.21.3.81

프리캐스트 아치를 이용한 개착식 터널 시공사례
A Construction Case of Cut-and-Cover Tunnel with Precast Arch Bridge(PAB) System 원문보기

우혁근 (진성토건(주) 기술연구소) , 이동규 (코오롱건설(주) 고속국도 65호선 부산~울산 제4공구 현장) , 이상만 (코오롱건설(주) 고속국도 65호선 부산~울산 제4공구) , 이정식 (진성토건(주) 기술연구소) , 이창훈 (진성토건(주) 기술연구소)

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문제 정의

따라서 본 고에서는 기존의 현장타설이 아닌 프리캐스트를 이용한 개착터널 시공방법을 소개하고자 2008년 12월 개통을 목표로 현재 마무리 공사가 진행 중인 고속국도 65선(부산 ~ 울산)간 47.2 km 구간 중 제 4공구에 적용된 프리캐스트 아치 터널(precast arch bridge system, 이하 PAB)의 시공 사례를 소개하고자 한다.

제안 방법

기존의 라멘교 및 소규모 교량, 개착식 터널을 시공함에 있어 현장타설 공법 대신 프리캐스트 세그먼트를 제작한 후 현장 조립하는 프리캐스트 아치 개착식터널 공법을 적용함으로써 품질이 우수하고 내구성 및 미관이 한층 개선된 구조물 시공이 가능 하였다. 금번 일광터널 공사는 부산~울산간을 연결하는 고속도로라는 점에 운전자의 시각적 안정감을 주기 위해 도로바닥에서 아치 천정부까지의 형하고는 7 m에 이른다.
기존의 라멘교와 같은 강성설계법과 얇은 강판으로 구조체를 형성한 후 주변 뒤채움 흙의 상호작용을 고려하는 연성설계법의 중간에 위치하도록 하여 경제적인 설계법과 더불어 구조물의 안정성을 동시에 확보하도록 하였다.
이로 인해 사용 자재의 절감과 인양시 인양하중의 경감을 도모할 수 있었다. 또한 아치형상 프리캐스트 상부로부터 벽체로 전달되는 축력이 현장타설 벽체와의 이음부에서는 구조물에서 뒤채움 흙쪽으로 향하는 전단력으로 작용하도록 설계되어 벽체에 작용하는 뒤채움 토압과 상쇄되어 경제적인 설계가 되도록 하였다<;그림 1>.
본 구간의 도로선형은 1.2%의 경사를 가지고 있어 문제가 안되나 본 공법으로 7%까지는 자체적으로 자립이 가능할 뿐아니라 양측 터널부 세그먼트를 이음하여 시공하는 방법으로 종단경사에 대해서도 세그먼트가 안정되게 설치될 수 있도록 설계하였다<;그림 6>.
상, 하행선 중앙부 벽체 사이를 통해 배수 파이프를 설치하여 상부로부터 전달되는 우수를 하부로 배출할 수 있도록 설계하였으며 이러한 배수파이프의 동절기간내 동파 방지를 위하여 단열재(아티론)로 보강하여 시공하였다<;그림 4>.
아치형상 프리캐스트 상부와 현장타설 벽체의 이음부에는 어떠한 형태라도 기계적 체결이 없으므로 구조적으로는 내부 힌지로 가정하여 설계를 할 수 있어 이후 상부구조물에 어떠한 형태로의 하중이 작용하여도 그로 인한 2차 응력이 발생하지 않도록 하여 유리한 구조형식이 되도록 하였다<;그림 2>.
일광터널은 평면상 곡선형의 도로상에 위치하고 있어 세그먼트 제작시 좌, 우 길이를 달리하여 사다리꼴 형상으로 제작하여 도로선형에 일치하도록 하였다<;그림 5>.
제작장에서 제작된 상부 세그먼트를 야적장으로 이동하여 설치할 때, 인양 및 설치 공종에서의 하중에 의한 세그먼트의 안정성을 확보하도록 검토한 후 시행하였다<;그림 7>.
콘크리트 표면을 청소한 후 프라이머를 콘크리트 표면에 충분히 도포하고 부틸로프가 연결부위에 충분히 압착되도록 하여 시트가 구부러지거나 공기층이 없이 밀실 시공 후 상부에 시트 보호재를 시공하였다.
현장타설에 의한 기초부 시공과 병행하여 아치형상 상부 구조를 프리캐스르로 제작하여 절대 공기의 단축을 실현하였다<;표 3>.

대상 데이터

45 m, 전체 연장 128 m 규모로 아치형상의 프리캐스트 상부와 현장타설에 의한 기초 시공을 병행한 구조 형식이다<표 1, 사진 1>. 당 구간 터널에 적용된 세그먼트 제작 개수는 상?하행선을 포함하여 총 171개이다.

성능/효과

금번 일광터널 공사는 부산~울산간을 연결하는 고속도로라는 점에 운전자의 시각적 안정감을 주기 위해 도로바닥에서 아치 천정부까지의 형하고는 7 m에 이른다. 또한 아치의 개방감 으로 터널이라는 안정감과 벽체의 직선화를 통해 불필요한 도로 폭과 배면의 절토부를 최소화 할 수 있었다.
철저한 품질관리하에 제작된 프리캐스트를 이용함으로써 콘크리트 구체에서 균열 발생이 줄어들었으며, 세그먼트의 수밀성이 높아 침투수가 거의 발생하지 않은 것으로 판단된다.
프리캐스트 이음부에만 적용한 2중의 방수처리만으로도 이음부에서의 방수는 충분한 것으로 입증되었으며, 기계적인 체결 없이 독립적으로 설치된 프리캐스트 세그먼트와 또 세그먼트와 현장타설 벽체부 이음부에는 시공 중 및 완공 후에도 구조 및 사용성 측면에서 아무 문제없이 설계대로 성능을 발휘하는 것으로 확인되었다. 국내 건설시장에서 기능 인력의 수급 및 각종 공사의 선진화 과정의 추세를 살펴볼 때 이러한 프리캐스트 지중 개착터널 공법을 적용함으로써 터널의 유지관리 체계개선 및 건설비용의 절감이 가능할 것으로 기대된다.

후속연구

프리캐스트 이음부에만 적용한 2중의 방수처리만으로도 이음부에서의 방수는 충분한 것으로 입증되었으며, 기계적인 체결 없이 독립적으로 설치된 프리캐스트 세그먼트와 또 세그먼트와 현장타설 벽체부 이음부에는 시공 중 및 완공 후에도 구조 및 사용성 측면에서 아무 문제없이 설계대로 성능을 발휘하는 것으로 확인되었다. 국내 건설시장에서 기능 인력의 수급 및 각종 공사의 선진화 과정의 추세를 살펴볼 때 이러한 프리캐스트 지중 개착터널 공법을 적용함으로써 터널의 유지관리 체계개선 및 건설비용의 절감이 가능할 것으로 기대된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

대절토 사면은 어떤 문제점이 있는가?

우리나라는 국토의 대부분이 산지로써 도로나 철도를 계획할때 터널 시공이 곤란한 경우 대절토 사면으로 계획하곤 하였다. 그러나 대절토 사면은 인접한 마을 주민은 물론 주변에 서식하는 야생 동물의 이동 통로를 차단하게 되어 민원 발생과 함께 자연 환경을 훼손한다는 비판을 받아왔다.

현장타설에 의한 개착식 터널 공사는 어떤 공정을 통하여 시공이 이루어지는가?

현장타설에 의한 개착식 터널 공사는 원지반 굴착, 바닥정리, 강재 거푸집 설치 후 철근조립, 콘크리트 현장 타설 및 양생 후 방수처리, 성토 등과 같은 일련의 공정을 통하여 이루어지는 시공법이다.

개착식 터널 공사의 단점은 무엇인가?

현장타설 개착식 터널구조물의 시공과정 가운데 강재 거푸집 설치, 철근 조립, 콘크리트 타설 및 양생 등의 공정은 1 span(약 10 m) 시공에 약 2주일 정도의 기간을 필요로 하며, 이 기간 중 터널구조물의 품질은 물론 구조적 안정성에 큰 영향을 미치게 되는 등 작업의 품질관리에 만전을 기하여야 하는 어려움이 있다.

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