[논문]강우로 인한 터널내부 과다변위 사례 연구

김낙영; 김홍종; 오영석; 김창용; 양태선

doi:10.9711/ktaj.2012.14.6.561

강우로 인한 터널내부 과다변위 사례 연구
A case study on excessive displacements occurred in the tunnels caused by rainfall 원문보기

한국터널지하공간학회논문집 = Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association, v.14 no.6, 2012년, pp.561 - 573

김낙영 (한국도로공사 도로교통연구원) , 김홍종 (한국도로공사 도로교통연구원) , 오영석 (한국시설안전공단) , 김창용 (한국건설기술연구원) , 양태선 (김포대학교)

초록
AI-Helper

최근들어 터널건설이 증가하고 있다. 이러한 터널건설 증가와 더불어 터널시공중 붕락발생 빈도도 증가하고 있다. 이와 비례하여 터널 입 출구부 사면부 변상 발생후 터널내부까지 과다변위를 발생시키는 사례 또한 자주 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 터널시공 사례를 분석하여 갱구부 사면변상과 터널내부 변위를 발생시키는 요인들을 조사하였고 그중 특히 국부적인 단층파쇄대와 강우가 직접적인 붕락을 발생시키는 요인으로 분석되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, tunnel constructions have been increased in Korea. According to the increment of tunnel constructions, cases of tunnel collapses also have been increased under tunnel construction. Among these tunnel collapses, after a certain amount of time has elapsed due to excessive displacements on slope of tunnel exit or entrance, cases of tunnel collapse have been increased rapidly. Therefore, the case study was conducted in this study to figure out factors effect on the tunnel collapses due to excessive displacements on tunnel exit or entrance slopes. Base on the case study, the fragmental zone of fault and the rainfall were most important factors on the collapse.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 ○○도로터널 시공중 사면부 균열로 인하여 터널내부 과다변위를 유발시키는 영향을 주는 원인을 지질학적 특성과 강우상태등을 고려하여 분석하였다. 본 연구에서 분석된 내용을 요약하면 다음과 같다.
17+564～17+604 구간에 천단부 대구경 강관보강그라우팅을 시공하고 측벽은 락볼트로 보강하는 조건상에서 안정성 검토 결과, 사면 절취전 터널 시공시 변위 및 록볼트 축력이 허용치를 만족하지 못하는 것으로 해석되었다. 터널 굴착전 터널 상부토괴를 절취로 인한 사면의 안정성을 증가시키고 하중을 경감에 따른 터널 안정성을 검토하였다. 사면 10 m 굴착시의 안정성 검토결과 상반굴착시 안정성은 확보되나 최종굴착은 록볼트 축력이 허용치를 만족하지 못하며, 최종 사면 절취면인 연직고 20 m절취 후에는 전단면(최종) 굴착후에도 변위 및 부재력이 허용치 이내로 안정성을 확보 할 수 있을 것으로 해석되었다.

제안 방법

본 연구대상 절취사면내 발달하는 인장균열의 상태와 지질구조대 분포 파악을 위하여 지형적으로 탐사가 가능한 사면 소단을 이용하여 5측선을 탐사하였다. 각 측선별 결과는 다음 그림과 같다.
지표지질조사 결과, 지표면에 분포하는 풍화토는 원호형 활동에 의한 인장균열이 발생하였으므로 강도정수 산정시 현재 파괴된 인장 균열부를 가지고 역해석을 실시하여 강도정수 값을 산정하였다(Fig. 13참조).
터널종점부 절취사면의 인장균열 발생에 따른 지반내 구조대 발달 및 지반상태를 파악하기 위하여 탐사가 가능한 사면 소단부를 이용하여 5개 측선을 설정하여 탐사를 시행하였다. 그 결과 암종에 따라 편마암 분포지역은 1,000～2,000 Ω-m의 비저항 영역을 보이고 화강암 분포구간은 1,000 Ω-m이하의 저비저항대를 보이고 있다.

대상 데이터

본 연구대상 4차로 대단면 터널로서 상부 사면규모는 Fig. 3과 같이 연장 약 40 m, 최대높이 약 65 m로서 사면경사는 1:0.8～1:1.0의 구배로 이루어져 있다. 이 현장은 Fig.

성능/효과

1. 본 연구대상 터널에 존재하는 지질학적 특성은 습곡작용 등 2차적인 지질구조 발달과정에 수반된 단층이 존재하는 경우로서 본 연구대상 터널과 같이 절리면과 국부적인 단층파쇄대가 분포하고 국지성 강우 발생시, 절리면 사이에 존재하는 풍화잔류물이 낮은 투수성에도 불구하고 시간당 최고 강우 량이 최초 13.4 mm이고 2일후 26.5 mm, 4일후 34.1 mm 지속되는 동안에 터널내 과다변위를 발생시키는 주요원인으로 분석되었다.
2. 본 과다변위가 발생한 구간에서 국지성 강우 발생전에는 터널내 숏크리트와 록볼트등 지보재 설치가 6개월전 완료된 상황으로 내공변위 및 천단침하(시공중 최대값 2 mm)등이 수렴여부를 확인, 안정화 된 상태인 것으로 조사되었다. 그러나 국지성 강 발생 직후, 시간당 강우량의 증가와 더불어 추가적인 변위가 강우와 일치하여 발생하였다.
3. 터널굴착 후 STA.17+604～620 구간에 내부변형이 발생하고 사면 능선부 및 전면에 대규모의 인장균열이 발생한 것은 편마암내에 발달하는 단층파쇄대를 따라 강우가 침투하면서 사면활동이 발생한 것으로 조사되었다. 또한 시추조사 결과에 의하면 지하수위가 파쇄대 상위에 사면방향으로동수경사를 유지하고 있었고 강우발생 이후에 급격한 변위가 나타난 것은 수위가 증가하면서 파쇄대내 간극수압 증가에 따른 영향으로 분석되었다.
4. 전기비저항탐사 결과 암맥 또는 파쇄대가 신규터널과 기존터널 사이에 고각(70°)으로 분포하고 현재 인장균열 발생위치와 동일한 것으로 분석되었다. 시추조사와 시추공 영상촬영에서 확인된 파쇄대와 터널 굴착시 확인된 막장면 불량구간과 일치하는 것으로 분석되었다.
그 결과 암종에 따라 편마암 분포지역은 1,000～2,000 Ω-m의 비저항 영역을 보이고 화강암 분포구간은 1,000 Ω-m이하의 저비저항대를 보이고 있다.
17+604～620 구간에 내부변형이 발생하고 사면 능선부 및 전면에 대규모의 인장균열이 발생한 것은 편마암내에 발달하는 단층파쇄대를 따라 강우가 침투하면서 사면활동이 발생한 것으로 조사되었다. 또한 시추조사 결과에 의하면 지하수위가 파쇄대 상위에 사면방향으로동수경사를 유지하고 있었고 강우발생 이후에 급격한 변위가 나타난 것은 수위가 증가하면서 파쇄대내 간극수압 증가에 따른 영향으로 분석되었다.
또한, 지표상에 관찰되는 인장절리와 고비저항대가 일치하고 있으며 측선 L-1인 능선 상부지역은 터널과 직교하는 구조대와 사면부는 신설터널과 기존터널사이에 사교하는 2매의 구조대가 발달하는 것으로 분석되었다. 또한, 시추공에 대한 불연속면의 방향성을 분석한 결과, 주절리인 J1은 편리의 방향성이 일정하지 않고 위치에 따라 다소 불규칙적으로 분포하며 이는 터널종점부에 분포하는 화강암체의 관입과 암체 경계부에 발달하는 남-북방향의 단층대(지질도 참조)의 영향으로 편마암의 교란에 따른 것으로 조사되었다.
편마암내 2,000 Ω-m이상의 고비저항을 보이고 있는 것은 단층대 내에 관입한 화강암맥 또는 석영맥으로 판단된다. 또한, 지표상에 관찰되는 인장절리와 고비저항대가 일치하고 있으며 측선 L-1인 능선 상부지역은 터널과 직교하는 구조대와 사면부는 신설터널과 기존터널사이에 사교하는 2매의 구조대가 발달하는 것으로 분석되었다. 또한, 시추공에 대한 불연속면의 방향성을 분석한 결과, 주절리인 J1은 편리의 방향성이 일정하지 않고 위치에 따라 다소 불규칙적으로 분포하며 이는 터널종점부에 분포하는 화강암체의 관입과 암체 경계부에 발달하는 남-북방향의 단층대(지질도 참조)의 영향으로 편마암의 교란에 따른 것으로 조사되었다.
터널 굴착전 터널 상부토괴를 절취로 인한 사면의 안정성을 증가시키고 하중을 경감에 따른 터널 안정성을 검토하였다. 사면 10 m 굴착시의 안정성 검토결과 상반굴착시 안정성은 확보되나 최종굴착은 록볼트 축력이 허용치를 만족하지 못하며, 최종 사면 절취면인 연직고 20 m절취 후에는 전단면(최종) 굴착후에도 변위 및 부재력이 허용치 이내로 안정성을 확보 할 수 있을 것으로 해석되었다.
전기비저항탐사 결과 암맥 또는 파쇄대가 신규터널과 기존터널 사이에 고각(70°)으로 분포하고 현재 인장균열 발생위치와 동일한 것으로 분석되었다. 시추조사와 시추공 영상촬영에서 확인된 파쇄대와 터널 굴착시 확인된 막장면 불량구간과 일치하는 것으로 분석되었다.
전기비저항 탐사에서 나타난 단층대와 동일하게 발달한 지표부의 인장균열을 기준으로 외각부에 위치하는 시추공 BH-1, BH-3, BH-4, BH-5의 조사결과, 편리와 평행한 절리면 J1은 43～74/ 032～078 의 방향성을 가지므로 지표상에 관찰되는 노두의 방향성과 일치하고 있는 것으로 분석되었다. 인장균열에 인접한 BH-2, TB-4번공은 주절리의 방향이 59/248, 48/133으로 불규칙적이나 부절리의 방향성은 45～61/ 09 ～104로 인장균열 외측의 주절리와 동일한 방향성을 나타내고 있다.
터널 미굴착구간중 STA.17+564～17+604 구간에 천단부 대구경 강관보강그라우팅을 시공하고 측벽은 락볼트로 보강하는 조건상에서 안정성 검토 결과, 사면 절취전 터널 시공시 변위 및 록볼트 축력이 허용치를 만족하지 못하는 것으로 해석되었다. 터널 굴착전 터널 상부토괴를 절취로 인한 사면의 안정성을 증가시키고 하중을 경감에 따른 터널 안정성을 검토하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	과거의 터널굴착 공사중 터널 붕락은 어디서 발생하였는가?	고속도로 터널 시공 중 터널 붕락사례가 터널공사의 급증과 더불어 증가하고 있는 추세이다. 이와같이 터널굴착 공사중 터널 붕락 발생은 과거의 경우, 강우 발생 직후 2∼3일 이후 주로 계곡부와 같은 저토피고에서 주로 발생하였고 터널 굴착중 붕락사례의 80% 이상을 차지 하였다. 그러나 최근의 터널 붕락사례를 조사해 보면 과거와 같이 저토피고 계곡부에서 터널 굴착중 붕락사례는 감소하고 있고 다음 Fig.
	최근의 터널 붕락사례는 어떠한가?	이와같이 터널굴착 공사중 터널 붕락 발생은 과거의 경우, 강우 발생 직후 2∼3일 이후 주로 계곡부와 같은 저토피고에서 주로 발생하였고 터널 굴착중 붕락사례의 80% 이상을 차지 하였다. 그러나 최근의 터널 붕락사례를 조사해 보면 과거와 같이 저토피고 계곡부에서 터널 굴착중 붕락사례는 감소하고 있고 다음 Fig. 1과 같이 터널 갱구부에서 사면 변상과 더불어 터널내에서 과다변위, 또는 국부적인 붕락이 발생하여 터널보강을 실시하는 경우가 급증하고 있다. 이와같이 터널 입･출구부에서 터널 붕락의 경우, 터널 갱구부 위치를 변경하거나 개착식 터널로 변경하여 비용이 과다하게 증가하고 붕락발생시 복구가 쉽지 않은 것으로 조사되고 있다(한국터널지하 공간학회, 2010).
	터널시공중 붕락발생 빈도가 증가함에 따라 어떤 사례가 자주 발생하는가?	이러한 터널건설 증가와 더불어 터널시공중 붕락발생 빈도도 증가하고 있다. 이와 비례하여 터널 입 출구부 사면부 변상 발생후 터널내부까지 과다변위를 발생시키는 사례 또한 자주 발생하고 있다. 따라서 본 연구에서는 터널시공 사례를 분석하여 갱구부 사면변상과 터널내부 변위를 발생시키는 요인들을 조사하였고 그중 특히 국부적인 단층파쇄대와 강우가 직접적인 붕락을 발생시키는 요인으로 분석되었다.

참고문헌 (3)

Korean tunnelling and underground space association (2010), "Case histories of tunnel collapses", pp. 16-27.
Korea institute of construction technology (2007), "Development of technologies for minimizing and preventing the disaster on tunnel constrction(IV)", pp. 24-77.
OOtunnel workin design report (2007),"Tunnel deformation and collapse cases review", pp. 40-58.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

강우로 인한 터널내부 과다변위 사례 연구
A case study on excessive displacements occurred in the tunnels caused by rainfall 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

질의응답

참고문헌 (3)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

강우로 인한 터널내부 과다변위 사례 연구 A case study on excessive displacements occurred in the tunnels caused by rainfall 원문보기

초록 AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

질의응답

참고문헌 (3)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김창용 (36)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

강우로 인한 터널내부 과다변위 사례 연구
A case study on excessive displacements occurred in the tunnels caused by rainfall 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper