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문제 정의
- 공사 중 그라우팅 구간에 대해 코어를 채취하여 물성시험을 한 결과 암반과 비슷한 범위의 변형계수값으로 터널의 암반과 일체거동을 통하여 아치효과를 형성하는데 문제가 없었던 것으로 사료된다. 본 고에서는 폐터널 구간에 대한 사전설계와 실제 시공 및 결과에 대해 소개한다.
제안 방법
- 당 현장의 터널은 병렬터널로 일반 발파 구간과 폐터널을 이용한 발파 구간과 구별하여 발파진동 및 소음을 측정하였다. 표 8에서와 같이 폐터널이 자유면 역할을 수행하여 1 자유면 발파에 의한 저항에 따른 발파진동 및 소음이 감소하였고, 폐터널을 이용한 발파로 천공수와 화약량을 절감할 수 있어 저비용, 단시간으로 굴착을 수행할 수 있었다.
- 터널노선과 폐터널이 중복되는 구간은 굴착을 통해 제거할 수 있으나, 본터널 벽면을 관통하는 폐터널 구간은 굴착 시 암반의 일체성 확보가 힘들어 부분적인 응력집중 현상의 발생으로 안정성 문제가 있으며, 지보재 보강이 곤란하여 적절한 사전보강이 필요하다. 따라서 기존의 사례 및 연구결과를 참조하여 버력과 시멘트밀크그라우팅을 충진하도록 설계했으며, 시공 당시 시공성을 위해 폐터널의 조적식 라이닝 철거 후 충진을 실시하였다. 공사 중 그라우팅 구간에 대해 코어를 채취하여 물성시험을 한 결과 암반과 비슷한 범위의 변형계수값으로 터널의 암반과 일체거동을 통하여 아치효과를 형성하는데 문제가 없었던 것으로 사료된다.
- 폐터 널 중복 구간에 해당하는 Sta.l0+340m 지 점 에서 일상계측(내공변위계와 천단변위계)을 실시하였고, 폐터널이 터널 벽면에 교차하여 통과한 직후인 10+320m 지점에 일상계측과 숏크리트 응력계를 설치하여 계측하였다. 결과는 표 7과 같이 초기계측 이후 특이한 변위 진행 및 숏크리트 응력 변화 없이 관리기준치 이내로 수렴된 양상을 보이고 있어 폐터널 구간에 대한 안전한 시공이 이루어졌음을 확인할 수 있었다.
대상 데이터
- 현장의 기반암은 화산력 응회암, 응회각력암 및 안산암으로 구성되어 있으며, 폐터널이 위치해있는 구간은 주로 화산력 응회암과 응회각력암이다. 터널 갱구부 지역의 노출된 암반에 대한 지표지질조사를 실시한 결과 절리면의 간격은 30~60cm 정도의 괴상이며, 0.
성능/효과
- 2) 원 설계 시 제시된 폐터널 채움 보강안(배면공동 채움 경량기포그라우팅+ 라이닝 내부 버력 및 시멘트 밀크 채움)의 경우, ①조적식 라이닝 배면의 공동이 예상보다 큰 점, ②버력에 의한 관(주입구와 점검구) 손상 가능성, ③상부 일부구간에 대한 버력채움의 한계, ④배면공동 그라우트재 채움효과 확인 곤란 등의 문제점이 있는 것으로 판단되었다.
- 3) 각각의 문제점을 해결하기 위한 대안으로, 조적식 라이닝 철거+여굴면 숏크리트 타설+내부 공동 버력 및 시멘트 밀크 채움(상부 버력채움 곤란 구간은 경량기포 콘크리트 채움) 방안을 제시하였고, 이를 통해 원설계 제안안보다 공동의 밀실한 채움이 가능하여 보다 안전한 시공방안이 될 것으로 판단되었다.
- 4) 폐터널 보강 구간에 대한 코어를 채취하여 물성시험을 한 결과 뒤 일축압축강도는 뒤 채움재 물성기준의 10배 이상이고 변형계수는 2등급〜3등급에 해당하는 물성치로 충분한 안정성을 확보할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 5) 계측 결과 특이한 변화 없이 관리기준치 이내로 수렴하여 안전한 시공이 이루어졌음을 확인되었다.
- 6) 폐터널을 심발부로 활용한 발파패턴을 새로 설계하여 시공한 결과, 폐터널이 자유면 역할을 수행하여 1 자유면 발파에 의한 저항에 따른 발파진동 및 소음이 감소하였고, 폐터널을 이용한 발파로 천공수와 화약량을 절감할 수 있어 저비용, 단시간으로 굴착을 수행할 수 있었다.
- l0+340m 지 점 에서 일상계측(내공변위계와 천단변위계)을 실시하였고, 폐터널이 터널 벽면에 교차하여 통과한 직후인 10+320m 지점에 일상계측과 숏크리트 응력계를 설치하여 계측하였다. 결과는 표 7과 같이 초기계측 이후 특이한 변위 진행 및 숏크리트 응력 변화 없이 관리기준치 이내로 수렴된 양상을 보이고 있어 폐터널 구간에 대한 안전한 시공이 이루어졌음을 확인할 수 있었다.
- 사전 설계를 위한 지반조사 시 터널 내부의 총 14개소에서 라이닝 표면으로부터 120〜 150cm두께로 코어를 채취하여 라이닝 배면공동 상태를 직접 확인한 결과, 조적식 라이닝의 두께는 3 0〜70cm로 평균 48cm, 배면공동의 두께는 3〜43cm로 평균 11.7cm로 조사되었다. 그러나, 마감 벽 설치를 위하여 폐터널 조적식 라이닝 구조물의 일부를 제거하였더니, 배면 공동의 깊이가 당초 조사결과(3〜43cm)와 다르게 약 1.
- 실제 물성시험 결과, 표 5와 같이 압축강도는 170 kgf/cm2, 변형계수는 각각 102, 000 kgf/cn『와 110, 000 kgf/cn『로 평가되었다. 일반적인 라이닝 배면공동 채움재료로서의 성질이 표 6과 같이 압축강도 10 kgf/cm2 정도인 데, 본 시공에 의한 파벽돌+ 암버력+ 시멘트 밀크 구성체의 일축압축강도는 이의 10배 이상이며, 변형계수는 당 현장의 2등급〜3등급 암반의 물성에 해당하는 값으로 충분한 강도를 확보하여 터널 지반과의 일체성을 확보하고 안정성을 확보하는데 충분하다고 판단된다.
- 110, 000 kgf/cn『로 평가되었다. 일반적인 라이닝 배면공동 채움재료로서의 성질이 표 6과 같이 압축강도 10 kgf/cm2 정도인 데, 본 시공에 의한 파벽돌+ 암버력+ 시멘트 밀크 구성체의 일축압축강도는 이의 10배 이상이며, 변형계수는 당 현장의 2등급〜3등급 암반의 물성에 해당하는 값으로 충분한 강도를 확보하여 터널 지반과의 일체성을 확보하고 안정성을 확보하는데 충분하다고 판단된다.
- 구간은 주로 화산력 응회암과 응회각력암이다. 터널 갱구부 지역의 노출된 암반에 대한 지표지질조사를 실시한 결과 절리면의 간격은 30~60cm 정도의 괴상이며, 0.01-1mm 두께로 점토충진, 절리면의 표면은 약간 풍화되어 있고, 습한 상태, 암반의 강도는 740〜1800kgf/cm2으로 연경암 정도의 강도를 보였다. 표 1은 현장 지반조사를 통해 파악된 암질별, 암종별 물성치이다.
- 및 소음을 측정하였다. 표 8에서와 같이 폐터널이 자유면 역할을 수행하여 1 자유면 발파에 의한 저항에 따른 발파진동 및 소음이 감소하였고, 폐터널을 이용한 발파로 천공수와 화약량을 절감할 수 있어 저비용, 단시간으로 굴착을 수행할 수 있었다.
후속연구
- 1) 터널노선과 페터널이 중복되는 구간은 굴착을 통해 제거할 수 있으나, 본터널 벽면을 관통하는 폐터널 구간은 터널의 안정성 확보를 위한 대책이 필요하다.
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