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스러스트 단층대에서의 대단면 수로터널 낙반 및 보강 사례
A Case Study of Collapse and Reinforcement for Large Span Waterway Tunnel at Thrust Fault Zone 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.21 no.4 = no.93, 2011년, pp.251 - 263  

김영근 ((주)삼성물산 토목기술실) ,  한병현 ((주)삼성물산 토목기술실) ,  이승복 ((주)삼성물산 토목기술실) ,  김응태 ((주)삼성물산 토목기술실)

초록
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대단면 터널의 안전한 시공을 달성하기 위해서는 굴착암반의 공학적 특성 및 단층 등과 같은 구조지질적인 특성에 대한 파악이 무엇보다 중요하다. 본 현장은 운모 편암내에 대규모 스러스트 단층이 존재하고 있어, 대단면 터널 굴착시 터널의 안정성에 매우 심각한 영향을 미치는 지질공학적 리스크가 특히 큰 현장이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 스러스트 단층의 구조지질적 분포 특성 및 단층암의 공학적 특성에 대한 지반조사결과를 바탕으로 터널낙반의 원인과 메카니즘을 분석하고, 이를 바탕으로 대단면 터널의 안전한 재시공을 위한 합리적인 보강대책을 수립하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The geomechanical characteristics of rock and the structural geological feature of the fault should be studied and examined for the successful construction of large-span tunnel. In this case study, that is a important case for the tunnel collapse and reinforcement during the construction for the wat...

주제어

#운모편암   #스러스트 단층   #터널붕락   #재굴착   #터널보강  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 대규모 단층구간의 낙반구간에 대한 지상보강공법 검토 시, 터널 상부지반의 지하수위 변화에 따른 전단강도 감소를 방지하기 위한 투수성 감소, 터널 굴착을 위해 지표까지 발생한 이완대 보강 및 원지반의 활동을 억지할 수 있는 보강공법을 적용하여 터널 굴착 및 장기적인 안정성을 확보하고자 하였다.
  • 표 1에서 보는 바와 같이 지상보강공법에 대한 비교 검토결과, 지상보강공법 중 마이크로 파일은 구조적 보강으로 지반봉합 및 활동 방지 효과가 우수하나 주입을 통한 지반개량 및 일체화 효과를 기대하기 어렵고, 채움그라우팅은 보강 효과 및 시공성이 우수하나 대상구간에 균질한 주입이 곤란하여 취약구간 발생 가능성 및 원지반과 대상구간의 활동억지에 곤란한 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 현장에서는 마이크로파일공법(보강재 삽입공법)과 채움그라우팅공법(지상주입공법), 두 가지 공법을 동시에 적용하는 효과를 가지는 충전뿌리 말뚝공법을 검토하였다.
  • 본 연구에서는 운모편암지역에서의 단층대를 규명하기 위하여 터널주변지반에 대한 상세 지표지질조사를 실시하고, 터널시공 중 막장조사결과를 종합하여 터널 구간에 대한 터널지질도를 작성하였다. 그 결과 그림 4에서 보는 바와 같이 본 단층대는 대규모 스러스트단층(thrust fault)의 특성을 보이는 것으로 확인되었다.
  • 본 연구에서는 운모편암지역에서의 스러스트 단층대를 통과하는 대단면 터널을 안전하게 시공하기 위하여, 다양한 지반조사를 통하여 단층의 구조지질적 분포 특성 및 편암의 공학적 특성을 분석하고 이를 바탕으로 대단면 터널의 지보 및 보강대책을 검토하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
  • 본 연구에서는 운모편암지역에서의 편암과 단층의 특성을 규명하기 위하여 실시된 다양한 지반조사를 바탕으로 단층의 구조지질적 분포 특성 및 단층암의 공학적 특성에 대한 분석결과를 바탕으로 터널낙반의 원인과 메카니즘을 분석하고, 이를 바탕으로 대단면 터널의 안전한 재시공을 위한 합리적인 보강대책을 수립하고자 하였다.
  • 본 구간은 전형적인 편암지역으로서 운모편암과 석영편암이 주를 이루고 있으며, 스러스트 단층이 통과하고 있음이 확인되었다. 본 현장에서는 터널공사시의 제반 문제점에 대한 원인을 규명하기 위하여 편암의 공학적 특성과 스러스트 단층의 지질구조적 특성을 분석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대단면 터널의 안전한 시공을 달성하기 위해 중요한 것은? 대단면 터널의 안전한 시공을 달성하기 위해서는 굴착암반의 공학적 특성 및 단층 등과 같은 구조지질적인 특성에 대한 파악이 무엇보다 중요하다. 본 현장은 운모 편암내에 대규모 스러스트 단층이 존재하고 있어, 대단면 터널 굴착시 터널의 안정성에 매우 심각한 영향을 미치는 지질공학적 리스크가 특히 큰 현장이라고 할 수 있다.
단층대구간에서의 터널공사를 수행하기위해 요구되는 것은? 따라서 단층대구간에서의 터널공사를 수행하기 위해서는 단층의 지질학적 의미와 구조지질적 특성, 단층의 규모, 크기, 폭 등을 조사하기 위한 지반조사방법, 단층암, 단층가우지, 파쇄대에 대한 공학적 성질을 규명하기 위한 제반 시험방법, 다양한 시험결과로부터 지반정수를 산정하여 암반구조물의 안정성을 검토하고 설계하는 방법, 그리고 시공 중 예상치 못한 단층대를 조우할 경우에 대한 보강대책방법 등에 대한 기술적인 분석과 검증이 요구된다 할 수 있다.
운모편암지역에서의 스러스트 단층대를 통과하는 대단면 터널을 안전하게 시공하기 위하여, 다양한 지반조사를 통하여 단층의 구조지질적 분포 특성 및 편암의 공학적 특성을 분석하고 이를 바탕으로 대단면 터널의 지보 및 보강대책을 검토하였을 때 결과는? 1. 지질조사결과, 3개의 주요 단층이 발달해 있으며 여러 매의 단층이 겹쳐서 나타나는 스러스트 단층으로 파악되었다. 단층대를 단층암(변질), 단층손상대 및 파쇄대로 구분하였으며, 보강설계 시 반영하였다. 2. 단층암 및 단층가우지에 대한 공학적 특성분석결과, 풍화에 취약하고 수분에 의해 쉽게 열화되는 특성을 가지고 있음을 확인하였으며, 우기시 지표수가 원지 반에 유입될 경우 터널 구간의 안정성 저하요인으로 작용할 수 있음으로 이에 대한 보강대책이 필요할 것으로 판단된다. 3. 낙반원인과 메카니즘 분석결과, 운모편암내 교차하게 발달한 스러스트단층내 단층가우지가 장기간의 지하수에 의한 열화변질이 발생하여 1차 지보재의 지보하중을 초과하여 돌발적으로 낙반이 발생하고, 확대하여 지표함몰에 이르는 것으로 조사되었다. 4. 낙반구간에 대한 보강공법 검토결과, 지상보강공법으로는 충전뿌리말뚝공법을 적용하여 이완된 지반을 일체화하고 원지반과 낙반대의 활동에 저항하도록 하였다. 또한 터널내 보강공법으로는 시멘트 밀크그라우팅, 대구경 강관다단 그라우팅을 적용하여 지보력을 증대하고 굴착 중 변위를 억지하여 터널의 안정성 확보하였다. 5. 터널 변상 및 단층구간에서는 가압식 록볼트와 강관 보강그라우팅을 적용하고, 낙반 영향구간에서 가압식 록볼트를 적용하여 터널의 안정성 확보하였다. 6. 수치해석에 의한 터널 안정성을 검토한 결과, 지반 보강 및 재굴착중 터널의 안정성 확보가 가능한 것으로 분석되었으며, 본 구간에 적용된 보강 및 지보 패턴 설계가 적정함을 확인하였다. 7. 낙반구간에 대한 지상보강 및 갱내보강 공사후 기계 굴착에 의한 재굴착과 지보공을 시공하여 안전하게 시공할 수 있었다.
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참고문헌 (7)

  1. 지반기술자를 위한 지질 및 암반공학, 2009, 한국지반공학회 암반역학기술위원회 

  2. 소양댐 보조여수로공사 지질조사 보고서, 2007, 삼성물산(주) 

  3. 소양댐 보조여수로공사 보강설계 보고서, 2007, 삼성물산(주) 

  4. Harding, T. P., Vierbuuchen, R. C. & Christie-Blick, N. 1985. Structural style, plate-tectonic settings, and hydrocarbon traps of divergent(transtensional) wrench faults. Strike-slip deformation, basin formation and sedimentation, Soc. Economic Paleo. & Mineral. 51-77. 

  5. Robert J. Twiss and Eldridge M. Moores. 1992. STRUCTURAL GEOLOGY. New York: W. H. Freeman. pp. 106. 

  6. Ragan, D. M., 1985. Structural geology. an introduction of geometrical technique, Wiley, Chichester. 

  7. Sibson, R. H., 1977. Fault rocks and fault mechanism. J. Geol. Soc.(Lond.), 133, 191-213. 

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