[논문]풍화 화강암 지반에 건설된 NATM터널에서의 내공변위 연구

신상식; 김학준; 배규진

doi:10.7474/tus.2015.25.6.515

풍화 화강암 지반에 건설된 NATM터널에서의 내공변위 연구
Study on the Convergence of the NATM Tunnel Constructed in the Weathered Granite 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.25 no.6, 2015년, pp.515 - 526

신상식 ((주)일신엔지니어링) , 김학준 () , 배규진 (한국건설기술연구원 지반연구소)

초록
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터널의 안정성 평가와 경제적인 NATM 시공을 위해서는 터널의 내공변위에 대한 예측과 계측이 매우 중요하다. 본 연구에서는 계측 결과를 활용하여 굴착 전과 굴착 후에 지반에서 발생하는 변위를 추정하는 방법을 문헌조사를 통하여 제시하였다. 일반적으로 터널 건설과 관련하여 지반에서 발생하는 전체 변위량은 계측 변위값의 약 2.5배 정도일 것으로 판단되었다. 또한 본 연구에서는 암반등급이 유사한 화강암 지반에 건설된 두 터널에서의 현장 계측 결과를 분석하여 내공변위에 영향을 미치는 인자들을 분석하였다. 경주 A터널이 대전 B터널보다 변위량이 6.7배 더 크게 측정되었으며 이에 대한 원인이 제시되었다. 터널 내공변위를 예측하기 위해서는 터널 내부에서의 굴착면의 막장관찰뿐만 아니라 지표면에서의 지질구조 특성과 터널에 응력을 증가시킬 외부적인 요인에 대한 면밀한 검토가 수반되어야 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Predicting and measuring tunnel convergence is very crucial for estimating tunnel stability and economical construction of NATM tunnels. The method to estimate the tunnel convergence that occurs before and after construction is proposed based on literature reviews. The total displacement occurring related to tunnel construction is determined to be about 2.5 times that of measured displacements. The results of displacement measurements at two tunnels constructed with similar rock types are examined for the investigation of factors affecting the tunnel convergence. The average convergence of Gyungju A Tunnel is about 6.7 times bigger than that of Daejeon B Tunnel. The possible causes of the large convergence in Gyungju A Tunnel are suggested. In order to predict the convergence of tunnels, careful investigation of the geological structures in the ground surface and the influence of external conditions as well as careful face mapping of the tunnel face should be conducted.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 터널 설계상의 한계로 인하여 실제 시공 중에는 굴착에 의해 노출된 막장면의 관찰 결과에 따라 암반을 재분류하고 암반등급에 따른 지보 패턴의 적정성을 검토하여 시공에 반영하게 된다. 본 연구에서는 국내에 가장 넓게 분포되어 있는 화강암질 풍화대구간의 2개 터널 현장에서 수행된 내공변위와 RMR 평가의 상관관계 분석을 통하여 현장에 적용된 지보패턴의 적정성을 검증하고, 터널 막장관찰을 통한 내공변위 예측의 문제점과 개선 방안을 제안하고자 한다.

제안 방법

경주 A터널에서는 본 연구를 위해 울산방향 시점 측으로 역방향 굴진이 진행 중인 터널 현장 약 100 m 구간에 Ⅵ 타입의 불국사 화강암 지반에 내공변위 측정용 3D 반사 타깃을 종방향 10 m 간격으로 설치하고 하반 굴착 전까지 내공변위를 측정하여 분석하였으며, 대변 측량에 의해 측선의 길이 변화량을 내공 변위량으로 산출하였다. Fig.
굴착 중 노출되는 굴착면의 암반강도나 지하수 상태 및 불연속면의 특성들과 내공변위와의 상관관계를 규명하고자 내공변위 측정 단면에서 실시한 RMR 평가 결과를 이용하여 각 평가 항목과 내공변위 양상과의 상관성을 분석하였다.
대전 B터널은 터널 연장 1,205 m중 시점부 약 90 m 구간에 내공변위 측정용 3D 반사 타깃을 10 m 간격으로 설치하여 하반 굴착 전까지 내공변위를 측정하였으며, 대변측량에 의해 측선의 길이 변화량을 내공 변위량으로 산출하였다.
본 연구에서는 국내 화강암질 풍화대지반에 시공되고 있는 암반등급이 유사한 2개 터널현장에 대한 내공변위 측정 결과를 비교 분석하여 각기 다른 변위 양상에 대한 원인을 고찰하였다. 본 연구로부터 얻어진 결과는 다음과 같다.
국내 터널 현장에서 내공변위 계측은 암반등급에 따른 지보패턴의 적정성을 검증하는 데 가장 최선의 방법으로 활용되고 있다. 본 연구에서는 지보패턴의 적정성을 검증하고자 화강암 풍화대지반에 시공되고 있는 2개 터널 현장에 대하여 내공변위 계측을 수행하고 그 결과를 분석하였다.

대상 데이터

경주 A터널의 터널 폭은 13.5 m, 최대토피고 약 415 m, 총연장 7.54 km에 이르는 대심도 장대터널이다. 이 지역은 백악기 경상누층군 퇴적암(셰일)과 백악기∼제3기 불국사 화강암류, 3기 퇴적암류 및 4기 충적층으로 구성되며, 백악기 퇴적암류는 대부분 셰일이 우세한 열 접촉 변성퇴적암류이다.

성능/효과

1. 문헌조사에 의하면 터널 굴착 전 선행변위 U_a는 전 체 변위량 U_t의 50%, 계측 전 초기변위 U_O는 전체 변위량 U_t의 10% 정도로 발생하며, 이로부터 암질이 양호한 암반터널에서의 전체 변위량 U_t는 실측 변위량 U_m의 약 2.5배로 추정할 수 있다.
2. 국내 6개 현장에서의 변위 계측 사례를 조사한 결과, 평균적으로 암반등급이 불량할수록 내공변위값이 증가하는 경향을 보였으나 내공변위와 암반등급의 관계를 일반화시키는 것에는 한계가 있었다.
4. 암반등급이 유사한 두 터널에서의 내공변위 양상이 큰 차이를 보이는 것은 암반이 불량한 지반에서 단층대의 발달과 높은 토피고 등으로 인하여 아칭효과가 충분히 발휘되지 못한 것에 원인이 있을 것으로 판단된다.
결론적으로 RMR값이 유사한 화강암 지반에 건설된 두 터널이, 계측도 동일한 회사에 의하여 수행되었음에도 불구하고 측정된 내공변위는 상당한 차이를 보였다. 경주 A터널의 내공변위가 대전 B터널보다 6.
암반등급이 유사한 화강암 지반에 건설된 두 터널에서 동일한 계측회사에 의해서 계측이 수행되었음에도 불구하고 내공변위 크기와 수렴시간, 수렴기간, 수렴거리 등에서 상당한 차이를 보였다. 따라서 터널 내부의 막장관찰에서 얻어진 암반등급 자료는 터널의 내공변위와는 무관할 수 있음을 보였다.
3. 암반등급이 유사한 화강암 지반에 건설된 두 터널에서 동일한 계측회사에 의해서 계측이 수행되었음에도 불구하고 내공변위 크기와 수렴시간, 수렴기간, 수렴거리 등에서 상당한 차이를 보였다. 따라서 터널 내부의 막장관찰에서 얻어진 암반등급 자료는 터널의 내공변위와는 무관할 수 있음을 보였다.

후속연구

5. 암반등급이 불량하거나 단층대가 존재하는 지반에서의 터널 내공변위를 예측하기 위해서는 터널 내부 굴착면의 막장관찰뿐만 아니라 지표면에서의 단층대와 같은 지질구조 특성과 토피고를 포함한 터널 상부에 응력을 증가시킬 외부적인 요인에 대한 면밀한 검토가 필요하다.
(2007)에 의하여 제시된 계측결과에 의하면 암반등급별로 변위량에 특정한 변화를 보이지 않았으며 이것은 평가된 등급에 따라 적용된 지보재의 보강 효과로 해석하였다. 결론적으로, 터널 현장에서 계측에 의하여 측정되는 변위량은 암반등급, 지보재 타입, 지반보강 유무, 터널 크기, 터널 심도, 원지반 응력, 공사방법 등 많은 요인에 의하여 영향을 받을 것이므로 계측 결과를 암반등급과 연결하여 일반화시키는 것에는 한계가 있다.
그러므로 터널 내공변위를 신뢰성 있게 예측하기 위해서는 터널 내부에서의 굴착면의 공학적 특성뿐만 아니라 터널 상부 지표면의 구조적 지질특성이나 터널에 응력을 증가시킬 외부적인 요인에 대한 면밀한 검토가 수반되어야 한다. 특히 암반등급이 불량하거나 단층대가 존재하는 경우에는 지반이 충분한 아칭효과(arching effect)를 발휘하기 어려우므로 터널 상부의 토피고의 영향에 대한 별도의 검토가 필요할 것으로 판단된다. 또한 현장 계측 결과를 신속하게 반영하여 터널의 안정성을 확보하기 위해서는 현장에 상주하는 계측 전문가의 역할이 매우 중요하다.

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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].

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