단양 지역 터널입구부 붕괴절토사면 현장조사 및 안정성 해석 사례 연구 A Case Study on the Field Investigation and Stability Analysis of the Collapsed Cut-Slope in Tunnel Portal, Danyang원문보기
단양과 가곡을 잇는 기존 구국도 59호선에는 35개소의 절토사면이 존재한다. 본 구간은 도로선형이 복잡하고, 폭이 협소하며, 2002년과 2006년 집중강우의 영향으로 절토사면 붕괴, 산사태, 도로침하 현상이 발생되는 등 위험성이 높아 신설국도를 계획하게 되었다. 2006년 12월 신설국도 공사 중 터널입구부사면이 붕괴되었으며, 상부에 존재하는 군도의 중앙선을 따라 인장균열이 발생되었다. 붕괴원인 파악 및 대책공법 제시를 위해서 면밀한 현장조사 및 인장균열에 대한 모니터링을 실시하였고, 스테레오투영망 해석, 한계평형해석, 유한차분해석을 수행하였다.
단양과 가곡을 잇는 기존 구국도 59호선에는 35개소의 절토사면이 존재한다. 본 구간은 도로선형이 복잡하고, 폭이 협소하며, 2002년과 2006년 집중강우의 영향으로 절토사면 붕괴, 산사태, 도로침하 현상이 발생되는 등 위험성이 높아 신설국도를 계획하게 되었다. 2006년 12월 신설국도 공사 중 터널입구부사면이 붕괴되었으며, 상부에 존재하는 군도의 중앙선을 따라 인장균열이 발생되었다. 붕괴원인 파악 및 대책공법 제시를 위해서 면밀한 현장조사 및 인장균열에 대한 모니터링을 실시하였고, 스테레오투영망 해석, 한계평형해석, 유한차분해석을 수행하였다.
Old national Road No. 59 that connects Danyang and Gagok has 35 dangerous cut slopes. It is relatively narrow and has a poor alignment. The torrential rains in 2002 and 2006 has caused numerous slope collapses, landslides and road settlements in this area. The old road's high risk level lead to the ...
Old national Road No. 59 that connects Danyang and Gagok has 35 dangerous cut slopes. It is relatively narrow and has a poor alignment. The torrential rains in 2002 and 2006 has caused numerous slope collapses, landslides and road settlements in this area. The old road's high risk level lead to the planning and construction of a new national road. During the construction of the new road in December 2006, the right side of Dugcheon Tunnel entrance has collapsed and tension cracks were observed on the district road above the tunnel. In order to determine the cause of failure, intensive field investigation and monitoring cracks were performed together with Lower Hemisphere Projection Analysis, Limit Equilibrium Analysis and Finite Difference Analysis.
Old national Road No. 59 that connects Danyang and Gagok has 35 dangerous cut slopes. It is relatively narrow and has a poor alignment. The torrential rains in 2002 and 2006 has caused numerous slope collapses, landslides and road settlements in this area. The old road's high risk level lead to the planning and construction of a new national road. During the construction of the new road in December 2006, the right side of Dugcheon Tunnel entrance has collapsed and tension cracks were observed on the district road above the tunnel. In order to determine the cause of failure, intensive field investigation and monitoring cracks were performed together with Lower Hemisphere Projection Analysis, Limit Equilibrium Analysis and Finite Difference Analysis.
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문제 정의
본 논문은 겨울철에 붕괴된 신설도로공사 중 터널 입구부 절토사면에 대한 사례연구로서, 붕괴 발생사면에 대한 현장 조사 및 상부 도로에서 인지되었던 인장균열의 모니터링의 분석을 수행하였다. 또한 붕괴사면과 터널 입구부에 대한 안정성 해석을 함께 수행하여 사면 안정성 평가와 함께 터널입구부 보강 적용 공법을 고려한 사례에 해당된다.
본 논문은 신설국도공사구간에서 겨울철 붕괴가 발생된 사면에 대하여 연구한 사례로서 일반적으로 알려진 사면분석과 더불어 지형적 특성으로 존재하는 사면 상단부 도로의 안정성 확보를 위한 연구, 장기적인 인장균열 모니터링 결과, 터널입구부 안정성 검토 등 다양한 시도가 실시된 사례이다.
제안 방법
하반구등면적투영망해석을 실시하였다. 또한 사면의 안전율을 산출하기 위하여 한계평형해석을 실시하였다. 이때 사용된 지반강도정수는 경험식, 실내시험, 관련 문헌 등을 참조로 산출되었으며, 붕적층은 c=1.
우안사면의 안정성 평가를 위하여 우안사면 붕괴부에서 노출된 지반의 불연속면 자료의 분석을 실시하였고, 이를 통하여 하반구등면적투영망해석을 실시하였다. 또한 사면의 안전율을 산출하기 위하여 한계평형해석을 실시하였다.
2 +640 지점)은 굴착 이전 상태이며, 터널 단면의 바깥쪽으로 록볼트(Rock Bolt), 쏘일네일링(Soil NaUing) 보강을 실시한상황이었다. 터널입구부 안정성 확보를 위한 방안으로 강관다단그라우팅을 추가적으로 고려하고 있으며, 이를 위하여 강관다단그라우팅을 1열(section 1)로 적용하였을 경우, 3열(section 2)로 적용하였을 경우에 대하여 Table1과 같은 개요로 수치해석을 실시하였다. 수치해석에 사용된 지반정수는 RMR을 고려한 경험치, 실내외시험 등을 통하여 산출된 값을 활용하였으며, 탄질 셰일의 경우는 김종욱(2002)이 제시한 값을 사용하였다(Table 2).
예정되어 있다. 터널입구부 지반의 안정성 평가를 위하여 유한차분이론에 근거한 FLAC 프로그램을 사용하여 터널입구부 지반을 안정하게 보강하기 위한 방안에 대한 평가를 실시하였다. 현재 본 터널입구(STA.
mm)가 진행 중인 것이 확인되었다. 현장조사를 통하여 본 사면의 붕괴 원인은 사면 구성 지반의 열악성, 인장균열 및 낙석흡수도랑으로 유입되는 유수, 군도 6호선 불량한 포장 상태 등으로 요약될 수 있으며, 이를 1차적으로 방지하기 위한 응급조치가 실시되었다.
대상 데이터
연구대상 지역은 한반도 중앙부의 충청북도 단양-가곡 지역에 위치한다. 원래 본 지역의 단양군과 영월군을 잇는 국도 59호선(이하, 구국도)은 과거 2001년 하반기 국가의 정책에 따라 지방도였던 도로가 국도로 승격된 도로에 해당된다.
응급조치는 12월 7일에 진행되었으며, 응급조치 내용은 낙석흡수도랑 청소 및 시멘트 코팅, 인장균열 내부 그라우팅, 군도 6호선 사면 쪽 유수 유입 방지턱 설치 등이었다. Fig.
인장균열은 12월 1일에 최초로 매우 얇은 균열의 형태로 발견되었다. 이들 인장균열의 거동을 파악하기 위하여 총 5개의 간이 센서를 현장에 설치하였으며, 인장균열 설치 위치는 각각 STA.2 + 560(센서 1), SIA.2 + 580 (센서 2), STA.2 + 600(센서 3), STA.2 + 620(센서 4), STA.2 + 640(센서 5) 지점을 선정하였고, Fig. 9는 2007년 12월 1일부터 2008년 1월 28일까지 동일시각에 측정한 각각 인장균열의 센서 변위량에 대한 누적변위량을 나타낸 것이다.
조사대상 절토사면을 구성하는 암석은 설계 단계에서 반영하지 못하였던 탄질셰일이며, 부분적으로 유백색 사암이 분포하였다. 탄질셰일 분포지에는 다양한 방향과 조밀한 빈도의 파쇄대가 발달하고 있어 매우 열악한 지반환경을 가진다.
이론/모형
터널입구부 안정성 확보를 위한 방안으로 강관다단그라우팅을 추가적으로 고려하고 있으며, 이를 위하여 강관다단그라우팅을 1열(section 1)로 적용하였을 경우, 3열(section 2)로 적용하였을 경우에 대하여 Table1과 같은 개요로 수치해석을 실시하였다. 수치해석에 사용된 지반정수는 RMR을 고려한 경험치, 실내외시험 등을 통하여 산출된 값을 활용하였으며, 탄질 셰일의 경우는 김종욱(2002)이 제시한 값을 사용하였다(Table 2).
성능/효과
FLAC 안정성 해석결과, section 1에서는 터널 천단부의 변위량은 최대 2, 100 mm까지 발생하는 것으로 확인되었으며, 반면 section 2에서는 58.5 mm로 그 변위량이대폭 감소하는 것으로 확인되었으며, 그 외 수치해석 결과는Table 3과 같다(Fig. 11과 Fig. 12). 상기 결과에 대하여 터널에 대한 일본 천단침하 관리기준(1986)과 미국의 ASCE(Franklin, 1976) 기준을 비교하였을 때, 강관다단1열 적용시의 변위량 값은 명확한 이완영역이 발생하는 주의 레벨 에 해당되는 것으로 판정되며, 강관다단 3열 적용시의 변위량 값은 강관다단 1열 적용시보다는 안정성은 확보되나, 주의레벨 에 해당되므로 터널 굴착시 주의가 요구되는 상황이라고 판정하였다.
6). 본 구간의 불연속면 발달 방향은 쐐기 파괴 및 평면파괴를 유발할 수 있는 방향이었으며, 붕괴부 주변으로 층리 및 절리의 발달 방향이 매우 다양하게 노출되고, 지반의 교란이 뚜렷한 상태였다.
본 구간의 붕괴는 상부 군도 6호선 도로기층의 지지력 상실로 이어져 군도 중심부에 인장균열이 발생시키는 등 파급효과를 크게 하였다. 또한 군도 6호선을 이용하는 중차량의 잦은 통행으로 인하여 도로 아스팔트에 골이파여 있어 우기시 아스팔트를 따라 흐르는 유수의 방향이 사면 쪽으로 향하게 되어 있으므로 우안사면 쪽의 붕괴를 유발시킨 또 다른 잠재적 인자가 되었던 것으로 판단된다.
붕괴가 발생한 우안사면의 경우, 대부분 열악한 탄질 셰일로 구성되어 있었으며, 사면의 최대 높이는 28 m에 해당된다. 붕괴 구간에서는 다양한 방향의 파쇄대가 발달하며, 이를 중심으로 붕괴가 발생되었고 발달 불연속면에 대한 안정성 평가 결과 쐐기 파괴를 유발할 수 있는 상태임이 확인되었다. 본 사면의 붕괴는 열악한 지반 내로 우기시 우수가 침투함으로서 토립자가 이동되어 점토로 충진된 파쇄대를 따라 슬라이딩이 발생된 상황으로 추가적인 안정화 공법의 적용이 요구되는 상황이었다.
사면 및 터널에 대한 안정성 해석 결과, 사면에 대한 추가적인 보강이 필요함이 확인되었고, 터널 입구에 대하여는 이미 실시된 록볼트(Rock Bolt) 및 숏크리트(ShotcHe)보강에 추가하여 강관다단 3열을 터널 단면을 따라 적용함으로서 안정성이 확보될 수 있을 것으로 판단되어진다.
12). 상기 결과에 대하여 터널에 대한 일본 천단침하 관리기준(1986)과 미국의 ASCE(Franklin, 1976) 기준을 비교하였을 때, 강관다단1열 적용시의 변위량 값은 명확한 이완영역이 발생하는 주의 레벨 에 해당되는 것으로 판정되며, 강관다단 3열 적용시의 변위량 값은 강관다단 1열 적용시보다는 안정성은 확보되나, 주의레벨 에 해당되므로 터널 굴착시 주의가 요구되는 상황이라고 판정하였다.
상부 군도 6호선에 발생된 인장균열은 붕괴 발생 이전 이틀 전에 그 조짐이 인지되었으며, 붕괴 발생과 더불어 응급조치를 실시하기 전까지 지속적인 변위가 발생되는 것으로 확인되었다. 실시된 응급조치는 사면 내부 또는 사면 표면으로 지표수 및 지하수의 유입을 최대한 제어하는 것으로 실시되었으며, 이를 통하여 1차적인 사면의 안정성과 군도의 안정성을 확보할 수 있었다.
실균열을 발견한 12월 1일 측정 이후로 실제로 붕괴가 발생된 12월 3일을 포함하여 12월 7일까지는 붕괴부에 인접한 센서 2, 센서 3, 센서 4에서 급격한 변위(최대 25 mm)가 진행 중인 것이 확인되었다. 현장조사를 통하여 본 사면의 붕괴 원인은 사면 구성 지반의 열악성, 인장균열 및 낙석흡수도랑으로 유입되는 유수, 군도 6호선 불량한 포장 상태 등으로 요약될 수 있으며, 이를 1차적으로 방지하기 위한 응급조치가 실시되었다.
확인되었다. 실시된 응급조치는 사면 내부 또는 사면 표면으로 지표수 및 지하수의 유입을 최대한 제어하는 것으로 실시되었으며, 이를 통하여 1차적인 사면의 안정성과 군도의 안정성을 확보할 수 있었다.
하반구등면적투영망해석에 사용된 대표 불연속면은45/355(set 1), 45/215(set 2), 60/055(set 3), 7이 130(set 4)였으며, set 1과 set 2, set 1과 set 3 불연속면에 의한 쐐기파괴가 인지되었다. 우기시 한계평형해석 결과, 산출 안전율이 0.93으로 우기시 허용안전율 값인 1.2에 미달되므로 추가적으로 보강이 요구됨이 확인되었다(Fig. 10).
참고문헌 (22)
국동식, 1982, 1972년 8월 경기지방에 내린 집중호우에 관한 연구, 한국지구과학회, 3(1), 7-12
한국건설기술연구원, 2006, 2005년도 도로절토사면 유지 관리시스템 업무대행, 국토해양부
한국건설기술연구원, 2007, 2006년도 도로절토사면 유지 관리시스템 업무대행, 국토해양부
한국건설기술연구원, 2008, 2007년도 도로절토사면 유지 관리시스템 업무대행, 국토해양부
홍성진, 장기태, 한희수, 2005, 사면보강재의 강우 및 온도에 의한 변형 해석, 대한지구물리학회지, 2005, 8(2), 97-103
Ayalew, L , Yamagishi H , Marui H., Kanno T., 2005, Landslides in Sado Island of Japan: Part I. Case studies, monitoring techniques and environmental considerations, Engineering Geology, November 2005, 81(4), 419-431
Coe J. A., Ellis W. L., Godt J. W., Savage W. Z., Savage J. E., Michael J. A., Kibler J. D., Powers P. S., Lidke D. J., Debray S., 2003, Seasonal movement of the Slumgullion landslide determined from Global Positioning System surveys and field instrumentation, July 1998-March 2002, Engineering Geology, 68(1-2), 67-101
Gokceoglu Candan, Sonmez Harun , Nefeslioglu Hakan A., Duman Tamer Y., Tolga Can, 2005, The 17 March 2005 Kuzulu landslide (Sivas, Turkey) and landslidesusceptibility map of its near vicinity, Engineering Geology, 81(1), 65-83
Jong C. de, Cappy S., Finckh M. , D. Funk, 2008, A transdisciplinary analysis of water problems in the mountainous karst areas of Morocco, Engineering Geology, 99(3-4), 228-238
Julian Maurice, Anthony Edward, 1996, Aspects of landslide activity in the Mercantour Massif and the French Riviera, southeastern France Geomorphology, 15(3-4), 275-289
Naudet V., Lazzari M., Perrone A., Loperte A., Piscitelli S., Lapenna V., 2008, Integrated geophysical and geomorphological approach to investigate the snowmelt-triggered landslide of Bosco Piccolo village (Basilicata, southern Italy), Engineering Geology, 98(3-4), 156-167
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