저토피 터널구간 보강 사례

1. 서 언
 저토피에 대한 명확한 개념은 아직까지 국내 설계기준 및 시방서 등에 명시되어 있지 않다. 수치해석 등을 통해 아칭효과(Arching Effect)가 발현되지 않는 터널 천단부 기준 1.5 또는 2.0D(D:터널직경) 정도이하의 토피고를 일반적인 기준으로 한다. 이러한 저토피 개념을 고려하여 터널 갱구부 계획 시 갱구부와 터널 일반부를 구분하여 설계하고 있다.

 “터널 설계기준”은 갱문 구조물 배면으로부터 터널 길이방향으로 터널 직경의 1~2배 정도의 범위 또는 터널직경 1.5D배 이상의 토피고(Cover Depth)가 확보되는 범위를 갱구부로 정의하고 있다.
 “터널 설계기준”은 구성 토질, 지형 및 지질조건, 계곡부 유무 등에 따라 이러한 영향범위는 변경될 수 있으므로 상기 조건
등을 고려하여 설계하여야 한다고 기술 하고 있다.
 저토피구간의 터널은 일반적으로 터널의 아칭효과를 기대하기 어렵고, 풍화가 깊은 심도까지 진행된 경우 상부 토피하중이
터널에 하중으로 작용할 수 있으므로 설계, 시공단계에서 특별한 관리가 필수적이다.

 이와 같이 열악한 조건은 터널 붕괴 및 지표 함몰까지 발생시켜 대규모 붕락 및 인명피해가 발생된 사례가 많다. 조사 자료를 근거로 사전에 터널 안정성을 검토하여 지반의 강성을 증대시킬 수 있는 공법을 적용하거나 시공 중 위험을 방지할 수 있도록 대처해야 한다.


2. 터널구간 보강 방법
2.1 TSP(Tunnel Seismic Profiling) 탐사
2.2 시추조사
2.3 선진수평 보링공법
2.4 탄성파 탐사 (Seismic Refraction Survey)
2.5 강관 다단 그라우팅공법 (Steel Pipe Reinforced Back Step Grouting)
2.5 지보재와 보조공법
2.6 약액주입공법


3. 저토피구간 보강사례

3.1 고속도로 울산~포항 건설공사 양북터널 저토피부 보강사례
(1) 현장 및 지반조건 현황
(2) 보강계획

3.2 고속도로 담양~성산간 건설공사 산동1터널 저토피부 보강사례
(1) 현장 및 지반조건 현황
(2) 보강계획

3.3 고속도로 주문진~속초 건설공사 주봉터널 저토피부 보강사례
(1) 개요
(2) 지형 및 지반 특성
(3) 보강계획

3.4 무안~광주간 도로 보평터널 붕락 및 보강사례
(1) 개요
(2) 지형 및 지반 특성
(3) 보강방법

3.5 익산-장수간 고속도로 침곡터널 붕락 및 보강사례
(1) 개요
(2) 지형 및 지반 특성
(3) 보강방법

3.6 기성-원남간 도로 확장공사 망양1터널 붕락 및 보강사례
(1) 개요
(2) 지형 및 지반 특성
(3) 보강방법

3.7 부산신항 배후철도 진영터널 붕락 및 보강 계획
(2) 지형 및 지반 특성
(3) 보강방법


4. 기존 저토피구간 붕락 및 보강사례 검토 결과
 ∙ 저토피구간 보강사례 검토결과, 지층분포, 지반조건 및 수리조건에 따라 상이하나, 일반적으로 1.5D(D:터널폭) 이하의 조건을 저토피로 평가하여 터널 보강공법을 적용
 ∙ 보강공법은 굴진면 안정성 확보, 터널주변 지반의 강도특성 개선 및 지하수 차수를 위해 강성이 큰 대구경 및 소구경 강관보강 그라우팅을 적용함. 또한, H형 강지보를 적용하여 터널 굴착 후 지반하중에 대한 충분한 지보력이 확보되도록 계획
 ∙ 저토피구간은 일반적으로 심한 풍화작용에 의하여 토사 및 풍화암층이 깊고, 지표수의 유입이 용이하여 불량한 지반상태를 나타나며, 그 결과 터널붕락 및 지표부 함몰의 가능성이 매우 큼
 ∙ 저토피구간 터널붕락 발생시, 막대한 예산과 추가공기가 소요되므로, 저토피구간에 대하여 세밀한 지반조사를 통한 지반특성 확인 후, 사전에 충분한 터널보강공법의 적용이 요구
 ∙ 시공 중 계측관리에 의한 지반 거동특성을 분석하여 지보공을 탄력적으로 적용
 ∙ 선진수평 보링공법, TSP탐사, GPR탐사, 시추조사 및 Face Mapping 등 각종 기법을 종합적으로 검토하여 시공에 반영함이 바람직하다.

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