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문제 정의
- 공용 중 포장하부의 파괴 및 공동함몰 등으로 공용 중 주행의 안정성에 영향을 미치므로 터널단면 하부에 석회암공동 존재 유무 확인을 통한 안정대책을 수립하여 시공해야 한다. 이를 위하여 터널하부 석회암공동 조사방법을 연구하여 공동을 처리하는 합리적인 시공방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 석회암공동 존재유무를 파악하기 위해 터널 단면 내부에서 시행 가능한 지반조사방법을 조사한 후 적용성 및 정밀도가 우수한 조사방법을 선정하였으며, 현장조사를 실시한 후 확인시추조사를 수행하여 조사방법의 정확도를 판단하였다.
- 시공 중인 터널 내부 바닥면에서 수행 가능한 물리 탐사 방법으로 터널바닥면~하부 0.5D 심도범위에 대하여 신뢰할 수 있는 자료획득이 가능한 탐사방법으로 레이다(GPR) 탐사를 선정하였다.
- GPR탐사결과 이상신호 탐지구간 중 공동발생 확률이 높은 구간에 대해 정밀조사를 통한 공동유무, 규모, 위치를 파악하여 GPR탐사결과의 신뢰성을 확보 하기위해 1차 정밀조사를 시행하였다.
- GPR탐사를 통해 얻은 포물선 이상대 패턴을 근거로 기 분석된 공동분포 예상구간을 정밀히 재분석하였다.
- GPR탐사를 통해 실시한 정밀조사(1차)에서 확인된 이상대(독립 포물선 및 포물선 군집구간) 구간과 유사한 탐사결과를 나타내는 공동 추정구간에 대하여 공동군 분포구역을 분류, 구역별 공동분포 여부 추가확인 조사를 실시하였다.
- 공동이 예상되는 근접구간을 구역으로 분류하고, 구역별로 공동분포 여부를 조사하였다. 천공장비에 데이터 수집장치를 부착하여 구역별 대표위치에 천공(직경 105mm, 깊이 6m)을 시행하여 천공 시 회전압, 피드압, 천공속도 등으로 공동유무를 확인하였다.
- 공동이 예상되는 근접구간을 구역으로 분류하고, 구역별로 공동분포 여부를 조사하였다. 천공장비에 데이터 수집장치를 부착하여 구역별 대표위치에 천공(직경 105mm, 깊이 6m)을 시행하여 천공 시 회전압, 피드압, 천공속도 등으로 공동유무를 확인하였다.
- 천공데이터 분석 시 공동존재 유무의 판단기준은 천공속도(IAS), 타격압력(TP), 회전압력(TQ)이 모두 변화성을 보이는 구간을 공동으로 추정하였으며, 세가지의 변화성 구간에서 회전압력의 상승 또는 하강여부로 공동내 채움여부를 판단하였다.
- GPR탐사결과 이상신호 발생구간 전체(A, B, C, D) TYPE 647개소를 일일이 확인하기가 비경제적이라 판단되어 블록을 나누어 구역을 설정하여 2차 조사를 시행하였다. 647개소 중 터널의 영향범위인 0.
- GPR탐사결과 이상신호 발생구간 전체(A, B, C, D) TYPE 647개소를 일일이 확인하기가 비경제적이라 판단되어 블록을 나누어 구역을 설정하여 2차 조사를 시행하였다. 647개소 중 터널의 영향범위인 0.5D 이하인 6m 이하에 대해 재조정을 하여 511개소로 선정하고 이를 구역으로 지정하여 232구역으로 나누어 공동을 조사하였다. 232구역 중 기확인 구역인 59개소를 제외한 173구역을 2차확인 조사하였다.
- 석회암공동 보강은 공동의 위치, 심도, 규모 등에 따라 분포현황을 고려하여 보강방법을 결정하였다.
- 3m보다 깊게 분포하는 것으로 확인되었으므로 터널하부에서 이격된 공동에 대한 보강방안(소규모 및 대규모) 적용이 필요한 것으로 판단되었으며, GPR탐사결과 공동분포 예상구간 중에서 미확인구간에 대하여 추가 천공을 통한 공동분포여부 확인이 필요하다. 공동확인 및 보강방안으로 네트워크 형태의 공동에 대한 설계 시 보강방안을 반영하여 터널하부 보강권(0.5D)에 대한 모르타르 그라우팅(C.T.C 1.5m) 시공을 위하여 요구되는 천공(105mm) 설계 시 제시된 간격(1.5m)으로 천공하면서 천공기에 걸리는 압력변화를 통해 공동분포 심도확인 및 천공홀을 이용한 그라우트 주입을 실시할 것이다. 하부 보강권 내에서 확인된 공동이 대규모 빈공동일 경우 콘크리트 채움이 요구되며, 보강권 하부로 연속되어 있을 경우에는 하부 연속부에 잡석 및 모래를 채우고 버림콘크리트를 타설한 후 보강권내부에 콘크리트 채움을 실시하여야 할 것이다.
- 또한 647개소에 대해 일일이 공동확인이 불가능하므로 공동이 예상되는 근접구간을 그룹화하여 232개소로 구역을 정하였다. 구역에 대표지역을 선정하여 천공장비에 데이터 수집장치를 부착하여 천공 시 회전압, 피드압, 천공속도 등을 근거로 공동여부를 확인할 수 있는 2차 시추정밀조사를 시행하였다.
대상 데이터
- 5D 이하인 6m 이하에 대해 재조정을 하여 511개소로 선정하고 이를 구역으로 지정하여 232구역으로 나누어 공동을 조사하였다. 232구역 중 기확인 구역인 59개소를 제외한 173구역을 2차확인 조사하였다. 그 결과 석회암공동 84개소, 풍화대 20개소를 확인하여 GPR탐사로 얻은 예상구역에서 60%의 공동확인율을 확보할 수 있었다.
- 시추공 영상촬영으로 이루어진 1차 정밀조사는 단가가 비경제적일 뿐만 아니라 심도 3m 이하에 대해 조사가 이루어 졌다. 또한 647개소에 대해 일일이 공동확인이 불가능하므로 공동이 예상되는 근접구간을 그룹화하여 232개소로 구역을 정하였다. 구역에 대표지역을 선정하여 천공장비에 데이터 수집장치를 부착하여 천공 시 회전압, 피드압, 천공속도 등을 근거로 공동여부를 확인할 수 있는 2차 시추정밀조사를 시행하였다.
성능/효과
- 232구역 중 기확인 구역인 59개소를 제외한 173구역을 2차확인 조사하였다. 그 결과 석회암공동 84개소, 풍화대 20개소를 확인하여 GPR탐사로 얻은 예상구역에서 60%의 공동확인율을 확보할 수 있었다.
- 맹방터널, 적노1~3터널, 북평1~2터널 각 방향별 2개측선(1. 2차선)에서 실시한 GPR탐사결과 총 647개소의 포물선 이상대를 확인하였으며, 포물선 신호 중 천부(지표면~3m)에 위치하여 위험성이 높은 것으로 판단되는 구간 81개소에 대한 1차정밀조사(시추조사+시추공 영상촬영) 결과 59개소에서 석회암공동을 확인하였다.
- 232구역으로 재분석된 공동예상구간 중 1차 정밀조사에서 기확인한 59개소를 제외한 173구역을 대표지역으로 지정해 공동확인한 결과 60%의 공동확인율을 얻을 수 있었다. 공동확인이 이루어지지 않은 나머지 40%는 구역의 대표지역에서 확인이 이루어진 점을 감안하여 보강을 시행할 것이다.
후속연구
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4.2 보강방안 선정
정밀조사를 통해 확인된 공동은 터널 바닥면으로 부터 0.3m보다 깊게 분포하는 것으로 확인되었으므로 터널하부에서 이격된 공동에 대한 보강방안(소규모 및 대규모) 적용이 필요한 것으로 판단되었으며, GPR탐사결과 공동분포 예상구간 중에서 미확인구간에 대하여 추가 천공을 통한 공동분포여부 확인이 필요하다. 공동확인 및 보강방안으로 네트워크 형태의 공동에 대한 설계 시 보강방안을 반영하여 터널하부 보강권(0.
- 1차, 2차 조사를 통해 확인된 공동분포구간의 보강방안으로 네트워크 형태의 공동에 대한 설계 시 보강방안(터널하부 보강권 0.5D에 대한 모르타르 그라우팅 C.T.C 1.5m 시공)을 반영하여 그라우팅 주입에 요구되는 천공(깊이 6m, 직경 105mm)을 공동확인지점을 중심으로부터 전·후, 좌·우 1.5m 간격으로 천공을 실시하고 공동분포 범위 및 심도를 확인한 후 그라우팅을 실시할 예정이다. 천공을 통한 공동 확인조사 시 지질전문가가 상주하여 공동분포 범위 및 심도를 확인하고 현장 확인조사 결과를 분석한 후 공동규모 및 분포유형에 따른 보강방안을 수립하여 보강을 실시할 예정이다.
- 5m 간격으로 천공을 실시하고 공동분포 범위 및 심도를 확인한 후 그라우팅을 실시할 예정이다. 천공을 통한 공동 확인조사 시 지질전문가가 상주하여 공동분포 범위 및 심도를 확인하고 현장 확인조사 결과를 분석한 후 공동규모 및 분포유형에 따른 보강방안을 수립하여 보강을 실시할 예정이다.
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