[논문]모래자갈층에서 터널시공을 위한 굴착 전 그라우팅 보강 사례

김치환

doi:10.7474/tus.2016.26.6.466

모래자갈층에서 터널시공을 위한 굴착 전 그라우팅 보강 사례
Pre-reinforcing Grouting a Sand Gravel Layer for Tunnelling 원문보기

터널과 지하공간: 한국암반공학회지 = Tunnel and underground space, v.26 no.6, 2016년, pp.466 - 474

김치환 (Department of Civil and Environmental Engineering, Woosuk University)

초록
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터널의 윗부분이 모래자갈인 지층에서 터널을 시공하기 위하여 터널천정부를 그라우팅으로 굴착 전에 미리 보강하였다. 지하수가 있는 구간에서 강관다단그라우팅으로 LW 혹은 초미립자시멘트의 SSM을 주입하여 지하수 유출을 억제함과 동시에 모래자갈층의 강도를 높여 터널을 안전하게 시공할 수 있었다. 지하수가 배수되어 버린 구간에서는 제트그라우팅으로 보강한 후 터널을 시공하였다. 그라우팅 주입 후의 보강효과는 터널굴착 중 지하수의 유출 여부와 터널천정의 모래자갈이 부착되어 있지 않고 탈락하는지 여부로 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Pre-reinforcement with umbrella arch grouting is conducted around a tunnel where a portion of the upper part of the tunnel is located in a sand and gravel layer. Surroundings of a first tunnel situated below groundwater table are reinforced with LW or SSM that is composed of ultra-fine cement and injected into multi-stages through large diameter steel pipes. With them, a first tunnel is safely excavated without both leaking of groundwater and fallings of sand and gravel from the arch. A second tunnel where groundwater is drained down to the bedrock is reinforced with jet grouting. The effect of the pre-grouting reinforcement is monitored by checking whether groundwater is dripping or sand or gravel is falling from the arch of the tunnels.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그라우팅 주입재료는 여러 종류가 있으나 경제적이고 강도개선효과가 큰 시멘트를 주로 사용하고 있다. 본 논문에서는 지하수위가 높은 모래자갈의 충적층을 강관다단그라우팅으로 보강할 때 주입효과를 높이기 위해 적용하였던 여러 대처방법과 지하수가 배수된 모래자갈층에서 제트 그라우팅 사례를 보고하고자 한다.

제안 방법

실험실이 아닌 현장에서 시공하는 그라우팅은 여러 가지 제한이 있어 어려움이 많은데 그에 대한 대응과정을 최대한 자세히 서술하여 향후에 시행착오를 줄여 시간과 비용을 절약하는 것은 물론 시공 중의 안전에 도움이 되기를 바란다. 강관다단그라우팅을 위하여 강관을 약 50 cm 횡간격으로 설치하였는데 천공한 후 롯드를 빼면 공 주변의 모래가 함몰되고 공이 막혀 강관을 삽입할 수 없으므로 천공과 동시에 강관이 삽입되는 자천공으로 시공하였다. 시공 초기단계 에서는 강관을 2열로 배치하였다.
즉 터널굴착 중 터널천정부에서 지하수와 함께 모래 자갈이 떨어지는 것을 방지하기 위하여 터널막장의 전방 천정부를 굴착하기 전에 미리 보강하였는데 터널막장 전방 천정부를 보강하는 여러 공법(Nam et al 2002; Nam 2002) 중 1 터널은 강관다단그라우팅공법으로 2 터널은 제트그라우팅공법으로 보강하였다.

대상 데이터

따라서 몇 차례의 시행단계를 거쳐 모래자갈층을 성공적으로 보강한 그라우팅 방법인 LW와 SSM으로 주입한 강관다단그라우팅 시공방법과 제트그라우팅 공법에 대한 경험사례를 보고하고자 한다. 연구대상이 되는 곳은 서울지하철 9호선 노선 중 하나인 918공구이다. 이 공구에 대한 시공과 계측사례를 보고(Kim 2015a, 2015b) 한 바 있고 이번에는 그라우팅보강에 대해 보고하고자 한다.

성능/효과

보강방법은 터널 내에서 막장전방 터널천정부에 길이 12m의 강관다단그라우팅과 제트그라우팅이었다. 2개의 터널 중지하수가 유출되는 1 터널을 강관다단그라우팅으로 보강하되 LW로 주입･보강하였을 때에는 터널 굴착 중 지하수가 유출되고 모래입자가 떨어졌으나 초미립자시멘트와 실리카졸로 보강하였을 때는 주입량도 최대 약 70%까지 증가한 결과 터널천정부에서 지하수 유출도 없고 떨어지는 모래입자도 없었다. 또 터널구간의 시종점이 이미 개착 시공되어 굴착할 터널 구간에서 지하수가 배수되어 버린 2 터널에서 제트그라우팅으로 보강한 결과 모래자갈층을 통하여 유출되는 지하수도 없었고 모래나 자갈의 탈락도 없이 안전하게 시공할 수 있었다.
2개의 터널 중지하수가 유출되는 1 터널을 강관다단그라우팅으로 보강하되 LW로 주입･보강하였을 때에는 터널 굴착 중 지하수가 유출되고 모래입자가 떨어졌으나 초미립자시멘트와 실리카졸로 보강하였을 때는 주입량도 최대 약 70%까지 증가한 결과 터널천정부에서 지하수 유출도 없고 떨어지는 모래입자도 없었다. 또 터널구간의 시종점이 이미 개착 시공되어 굴착할 터널 구간에서 지하수가 배수되어 버린 2 터널에서 제트그라우팅으로 보강한 결과 모래자갈층을 통하여 유출되는 지하수도 없었고 모래나 자갈의 탈락도 없이 안전하게 시공할 수 있었다.

후속연구

향후 터널시공을 위하여 모래자갈층을 그라우팅으로 보강하는 것이 필요하고 지하수의 유무와 주입재의 종류에 따른 효과를 예측할 때 본 논문의 경험적인 사례가 도움이 되어 시행착오를 줄일 것으로 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	연약한 지반을 개량하는 공법에는 어떤 것들이 있는가?	이때 보강하지 않은 자연상태의 지반은 터널을 시공할 수 없을 정도로 강도가 약하기 때문에 터널구조물을 유지하고 터널작업 중 안전을 위하여 지반의 강도를 높이고 투수성을 낮추는 처리과정을 거친 후 터널을 굴착해야만 한다. 연약한 지반을 개량하는 공법은 치환공법, 압밀배수공법, 다짐공법, 동결공법 등 여러 가지가 있으나 터널시공을 위한 개량공법은 그라우팅공법을 많이 사용하고 있다. 그라우팅 주입재료는 여러 종류가 있으나 경제적이고 강도개선효과가 큰 시멘트를 주로 사용하고 있다.
	본 연구에서 시추한 흙을 통일분류법으로 분류했을 때 점토,모래,자갈의 비중은 각기 어떠한가?	시추조사 때 채취한 흙을 통일분류법(USCS)으로 분류하면 점토인 CL, 모래인 SP-SM, SP, SM, 자갈인 GP, GW이었다. 점토의 비중은 2.68~2.69, 함수비는 26.6~29.7%이고 액성한계는 34~38%, 소성한계는 21.8~ 23.4%이었다. 모래의 비중은 2.64~2.65, 함수비는 5.9~ 27.3%이었다. 또 자갈의 비중은 2.64~2.65 함수비는 5.9~12.3%이었다. Fig.
	그라우팅 주입재료로 무엇을 주로 사용하는가?	연약한 지반을 개량하는 공법은 치환공법, 압밀배수공법, 다짐공법, 동결공법 등 여러 가지가 있으나 터널시공을 위한 개량공법은 그라우팅공법을 많이 사용하고 있다. 그라우팅 주입재료는 여러 종류가 있으나 경제적이고 강도개선효과가 큰 시멘트를 주로 사용하고 있다. 본 논문에서는 지하수위가 높은 모래자갈의 충적층을 강관다단그라우팅으로 보강할 때 주입효과를 높이기 위해 적용하였던 여러 대처방법과 지하수가 배수된 모래자갈층에서 제트 그라우팅 사례를 보고하고자 한다.

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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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