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문제 정의
- 대암댐 여수로 유출부는 직벽 사면과 편경사의 특수한 지형으로 수로터널 설계기준의 터널직경이상 토피고를 확보하는 경우 사면절취가 과다하게 발생되므로 터널 토피고 기준에 대해 검토하였다.
제안 방법
- 3) 사면의 절취가 곤란하여 지표지질조사를 실시하고, 터널의 상부 토피고 기준에 부합되는 방안을 검토하였다.
- 복공체를 형성하는 빈배합 콘크리트로 설계기준강도(fck)는 150kg/cm²이상, 1회 타설 높이는 30cm로 하고, 15Ton 롤러를 이용하여 정지하며 다짐을 실시하는 것으로 설계하였다. 공사차량의 진입을 위하여 복공체 사면 경사는 1:1.0으로 계획하였으며, 원활한 배수를 위하여 복공체 상부는 2% 경사를 적용하고 복공체 상부는 상부 암반의 탈락시 충격이 최소화되도록 토사를 이용하여 피복하는 것으로 하였다. 복공체 구간에서의 굴착은 지반진동이 미치는 영향이 최소화되도록 무진동 암파쇄 공법(Super Wedge)과 선대구경 제어발파공법을 실시하는 것으로 계획하였다.
- 대암댐 치수능력 증대사업의 일환으로 시공중인 터널식 여수로의 유출부 사면은 수직에 가까운 자연사면의 안정성을 확보한 상태에서 갱구부를 형성하는 것으로 계획하였다. 일반적으로 터널의 갱구부는 사면과 수직방향으로 형성되어야 하나, 대암댐의 경우 하류 하천의 흐름을 방해하지 않도록 하기 위하여 갱구부가 사면과 사교하여야 한다.
- 0으로 계획하였으며, 원활한 배수를 위하여 복공체 상부는 2% 경사를 적용하고 복공체 상부는 상부 암반의 탈락시 충격이 최소화되도록 토사를 이용하여 피복하는 것으로 하였다. 복공체 구간에서의 굴착은 지반진동이 미치는 영향이 최소화되도록 무진동 암파쇄 공법(Super Wedge)과 선대구경 제어발파공법을 실시하는 것으로 계획하였다.
- 자연사면의 상태에서 굴착을 실시할 경우 편토압의 영향으로 인해 갱구부 형성 자체가 불가능하므로 터널상부에 인공지반(복공)을 형성하여 아칭효과가 발휘되도록 유도하여 NATM 굴착을 실시하는 방안으로 계획하였다. 복공체는 터널 라이닝 외곽으로부터 최소 3.0m 이상의 높이까지 확보하는 것으로 계획하였다. 복공체를 형성하는 빈배합 콘크리트로 설계기준강도(fck)는 150kg/cm²이상, 1회 타설 높이는 30cm로 하고, 15Ton 롤러를 이용하여 정지하며 다짐을 실시하는 것으로 설계하였다.
- 복공체를 형성하는 빈배합 콘크리트로 설계기준강도(fck)는 150kg/cm²이상, 1회 타설 높이는 30cm로 하고, 15Ton 롤러를 이용하여 정지하며 다짐을 실시하는 것으로 설계하였다.
- 일반적으로 터널의 갱구부는 사면과 수직방향으로 형성되어야 하나, 대암댐의 경우 하류 하천의 흐름을 방해하지 않도록 하기 위하여 갱구부가 사면과 사교하여야 한다. 자연사면의 상태에서 굴착을 실시할 경우 편토압의 영향으로 인해 갱구부 형성 자체가 불가능하므로 터널상부에 인공지반(복공)을 형성하여 아칭효과가 발휘되도록 유도하여 NATM 굴착을 실시하는 방안으로 계획하였다. 복공체는 터널 라이닝 외곽으로부터 최소 3.
데이터처리
- 빈배합 콘크리트에 의한 복공 후 터널의 안정성 해석시 지반은 Mohr Coulomb 파괴규준(탄소성)을 가지며, 지보재로는 탄성모델의 숏크리트와 락볼트, 굴착에 따른 하중 분담율을 적용하였다. 터널 굴진에 따른 3차원 효과를 고려한 시공단계별 해석을 실시하여 지반거동 및 지보재의 응력 검토를 실시하기 위해 Midas GTS ver 1.56 프로그램을 사용하였다.
이론/모형
- 7) 복공체 구간의 굴착은 무진동 암파쇄 공법인 Super Wedge 공법을 적용하는 것으로 하였다.
- 빈배합 콘크리트에 의한 복공 후 터널의 안정성 해석시 지반은 Mohr Coulomb 파괴규준(탄소성)을 가지며, 지보재로는 탄성모델의 숏크리트와 락볼트, 굴착에 따른 하중 분담율을 적용하였다. 터널 굴진에 따른 3차원 효과를 고려한 시공단계별 해석을 실시하여 지반거동 및 지보재의 응력 검토를 실시하기 위해 Midas GTS ver 1.
성능/효과
- 1) 대암댐 유출부 터널의 갱구부는 1:0.5의 구배인 약 65m 높이의 장대사면을 굴착하여 설치하는 것으로 계획되었다.
- 2) 대암댐 유출부 갱부부는 하류하천의 흐름을 방해하지 않기 위해 사면과 약 30도 각도로 사교하면서 형성되는 것으로 설계되었다.
- 터널 갱구부 보강대책을 수립하기 위해 지표지질조사를 실시한 결과는 사면은 퇴적암인 노두는 셰일 및 사암이 교호하며 층리는 매우 양호한 연장성을 가지며 경사는 거의 수평이거나 15° 이하의 저각으로 이루어져 있으며, 터널굴진방향과 거의 평행한(8°~12°)한 절리군과 51°~84°로 교차되는 절리군이 기존 터널 갱구 위치에서 교차하여 발달하고 있다(그림 2.) 전반적으로 노두 표면은 인장균열 및 표면풍화의 영향으로 잠재절리가 발달해 있으며, 일부구간에서는 Talus(애추)의 양상을 보이고 있으며, 제1터널 유출부의 파쇄면은 노출면의 응력해소로 인해 인장균열로 추정되는 틈새는 최대 20cm을 보이고 있다(그림 3.)
- 4) 갱구부 보강방안으로 일반절취, 봉공방안, 직 굴착방안을 검토한 결과 굴착시 구속응력 감소 및 비탈면 안정성 확보를 위해 복공을 선 시행하는 방안이 최적으로 판단되었다.
- 5) 복공방안을 일반 콘크리트, 빈배합 콘크리트, 복합시공을 비교한 결과 시공속도가 빠르고 구조적 폐합이 가능한 빈배합 콘크리트가 최적의 방안으로 판단되었다.
- 6) 복공체에 대해 Midas GTS ver 1.56 프로그램을 활용하여 수치해석한 결과 안정성이 확보되는 것으로 나타났다.
- 이 방안은 갱구부가 터널 노선에 직각방향으로 형성되어, 장기적인 사면안정성 확보가 가능하나, 사면 굴착을 위한 진입로 개설에 필요한 성토 재료의 확보가 요구되고 절취에 따른 환경 훼손으로 시민단체의 민원제기 및 공사 중단 우려가 있다. 또한 불면속면의 연장선상에 놓여있는 곡선구간은 별도의 구조검토 필요하며, 터널 굴착시 불연속면의 연장성으로 붕락 발생 가능성 내포되어 터널 종방향으로 절리의 연속성 발달이 예상되므로 터널 안정성 확보에 어려움이 있을 것으로 판단되었다.
- 수치해석 결과 락볼트의 최대 축력은 0.49kN/EA 발생하여 락볼트(SD35) 허용축력인 88 kN/EA 이내의 수치이므로 락볼트의 최대축력은 허용치를 만족하는 것으로 판단된다.
- 수치해석 결과 락볼트의 최대 축력은 2.76kN/EA 발생하여 락볼트(SD35) 허용축력인 88 kN/EA 이내의 수치이므로 락볼트의 최대축력은 허용치를 만족하는 것으로 판단된다.
- 수치해석 결과 숏크리트에 발생하는 최대 휨압축응력은 48.28 N/cm² 발생하여 숏크리트 허용 휨압축 응력인 840 N/cm² 이내의 값으로 숏크리트에 발생되는 최대 휨압축응력은 허용치를 만족하는 것으로 판단된다.
- 수치해석 결과 숏크리트에 발생하는 최대 휨압축응력은 79.11 N/cm² 발생하여 숏크리트 허용 휨압축 응력인 840 N/cm² 이내의 값으로 숏크리트에 발생되는 최대 휨압축응력은 허용치를 만족하는 것으로 판단된다.
- 수치해석 결과 최대발생변위는 터널 천단부 0.36mm, 바닥부 0.56mm, 좌우측벽 0.36mm 발생하여 변위 관리기준치 이내의 범주에 속하므로 안정한 것으로 판단된다.
- 이 방안은 사면절취가 최소화되어 터널공사비가 절감되는 장점이 있는 반면에 터널진행방향과 45°이상의 사각으로 형성된 원지반에서 일부 부석제거 후 직접 굴착하는 방안으로 NATM 터널 형성조건에 필요한 Areching Effect가 터널구조상 가장 취약한 갱구부분에서 작용하지 않아 구조적 불안정 초래하며, 절리군이 터널 유출부가 위치하여 불연속면에 대한 터널 안정성 검토가 필요하고, NATM 터널의 구조적인 폐합이 이루어지지 않아 안정성 불리하게 된다.
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