터널 설계 기준

제 1 장  총 칙

 

1.1 적용범위

 

 1.1.1 이 설계기준은 지반을 개착하지 않고 시공하는 터널공사(mined tunnel)의 계획, 조사, 설계에 대한 기준이다

 

 1.1.2 설계를 위한 조사의 제한성 및 실제지반 변화의 다양성 등 터널설계의 특성으로 인하여 설계 내용을 현장여건에 적합하도록 변경하는 경우에도 본 기준을 적용한다.

 

 1.1.3 터널공사와 관련되는 사항으로서 본 기준에서는 규정하지 않은 사항은 다른 관련 설계기준에서 정하는 바를 따른다.

 

1.2 참조법규

 

 1.2.1 터널건설시 준수하여야 하는 법규내용을 모두 검토하여 관련 법규에 위배되는 설계가 되지 않도록 하여야 한다. 조사대상이 되는 주된 법규는 다음과 같다.

  (1) 공해방지 및 환경보전 관계 : 자연환경 보전법, 자연공원법, 산림법, 조수보호 및 수렵에 관한 법률, 소음진동 규제법, 수질환경 보전법, 해양오염 방지법, 수동법 및 하수도법, 광업법, 지하수법, 폐기물 관리법, 토양 환경 보전법 등

  (2) 재해방지 관계 : 사방 사업법, 택지개발 촉진법, 농어업 재해대책법, 풍수해 대책법 등

  (3) 국토개발 관계 : 국토건설 종합계획법, 국토이용 관리법 등

  (4) 하천 관계 : 하천법, 공유수면 관리법, 지하수법, 온천법 등

  (5) 도시계획 관계 : 도시계획법, 도시공원법 등

  (6) 도로 및 교통 관계 : 도로법, 도로교통법, 철도법 등

  (7) 군사 관계 : 군사기밀 보호법, 군사시설 보호법 등

  (8) 문화재 관계 : 문화재 보호법, 전통구조물 보존법 등

  (9) 안전 관계 : 시설물 안전관리에 관한 특별법, 건설기술 관리법, 산업안전 보건법 등

  (10) 총포 및 화약류 단속법 등

 

1.3 용어의 정의

 

1.3.1 본 설계기준에서 사용되는 용어의 정의는 다음과 같다.

• 건축한계 : 터널 이용목적을 원활하게 유지하기 위한 공간적 한계이며 건축한계 내에는 시설물을 설치할 수 없도록 규제하고 있다.
• 경사 : 층리면, 단층면, 절리면과 같은 지질구조면의 기울기 각으로서 주향과 직각으로 만나는 연직면내에서 수평면과 지질구조면이 이루는 사이각을 말한다.
• 계측 : 터널굴착에 따른 주변지반, 주변구조물 및 각 지보재의 변위 및 응력의 변화를 측정하는 방법 또는 그 행위를 말한다.
• 굴착공법 : 막장면 또는 터널 길이 방향의 굴착계획을 총칭하는 것으로서 전단면굴착공법, 분할굴착공법, 선진도갱굴착공법 등이 있다.
• 굴착방법 : 막장의 지반을 굴착하는 수단을 말하며 인력굴착, 기계굴착, 파쇄굴착, 발파굴착방법 등이 있다.
• 기계굴착 : 중장비에 부착된 브레이커, 파워쇼벨, 커터붐 등을 이용하여 굴착하는 방법을 말한다. TBM, 쉴드 등에 의한 굴착도 기계굴착에 속한다.
• 내공변위량 : 터널굴착으로 발생하는 터널 내공의 변화량으로 통상 내공 단면의 축소량을 양(+)의 값으로 한다.
• 뇌관 : 폭약 또는 화약을 기폭시키기 위해 사용되는 기폭약 또는 첨장약이 장전된 관체를 말한다.
• 단층 : 외력에 의하여 지반이 상대적으로 이동된 단열구조로서 이동면을 따라 심한 파쇄암이나 점토등 충진물이 협재하며 발생유형에 따라 정단층, 역단층, 충상단층(thrust fault) 등으로 구분된다.
• 디스크 커터 : 쉴드나 TBM 등 각종 기계굴착기에 부착되는 원반형의 커터로 회전력과 압축력에 의해 암반을 압쇄시켜 굴착한다.
• 록볼트(rock bolt) : 지반중에 정착되어 단독 또는 다른 지보재와 함께 지반을 보강하거나 지반간의 결속을 꾀하여 변위를 구속함으로써 지반의 지내력을 증가시키는 봉상의 부재를 말한다.
• 록볼트 인발시험 : 록볼트의 인발내력을 평가하기 위한 시험을 말한다.
• 록볼트 축력 : 지반에 설치된 록볼트에 발생하는 축방향 하중을 말한다.
• 막장 : 터널내에서 굴착작업이 수행되는 최전방 지역을 말한다.
• 바닥부 : 터널단면의 바닥부분을 말한다.
• 발진터널 : TBM의 초기 굴착시 TBM본체의 발진을 위한 터널로서 발파공법에 의해 굴착하며, 일반적으로 TBM 본체길이 정도의 터널이 필요하다.
• 발파굴착 : 착암기나 점보드릴등 천공장비에 의해 천공된 공에 화약을 장약하여 그 폭발력을 이용하여 암반을 굴착하는 방법을 말한다.
• 버력 : 터널 굴착과정에서 발생하는 암석덩어리, 암석조각, 토사 등의 총칭이다.
• 변형여유량 : 굴착에 따른 지반 변형에 의해 계획내공단면이 축소되지 않도록 미리 예상되는 지반 변형량 만큼 여유를 두어 굴착하는 내공 반경 방향의 여유량을 말한다.
• 벤치(bench) : 터널 단면을 수평면으로 분할하여 굴착하는 경우에 분할면을 벤치(bench)라 한다.
• 벤치길이 : 분할굴착시 분할면의 터널 축방향의 길이를 말한다.
• 보조지보재 : 막장전방에 설치하여 굴착시 지반의 자체 지보능력을 발휘하도록 도와주는 지보재로서 주지보재를 제외한 지보재의 총칭이다.
• 섬유보강 숏크리트(fiber reinforced shotcrete) : 숏크리트의 역학적인 특성을 보완하기 위하여 강 또는 기타재질의 섬유를 혼합하여 타설하는 숏크리트를 말한다.
• 세그먼트(segments) : 터널, 특히 쉴드터널공법에 사용되는 라이닝을 구성하는 단위조각으로 일반적으로 철재 또는 프리캐스트 콘크리트가 있다.
• 숏크리트(shotcrete) : 굳지 않은 콘크리트를 가압시켜 노즐로부터 뿜어내어 소정의 위치에 시공하는 콘크리트이다.
• 스프링 라인(spring line) : 터널의 상반 아치의 시작선 또는 터널단면중 최대폭을 형성하는 점을 종방향으로 연결하는 선을 말한다.
• 스킵(skip) : 수직갱을 통하여 버력 등을 운반하는 데 사용되는 운반용구를 말한다.
• 외판(skin plate) : 쉴드기계에서 굴진장치, 세그먼트 조립장치 등 감싸고 있는 원통형의 판을 말한다.
• 언더피닝(underpinning) : 기존 구조물이나 기초를 변경 혹은 확대하거나 인접공사 등으로 보완이 필요할 경우 기존구조물을 보강 또는 지지하는 공법이다.
• 이렉터(erector) : 쉴드기의 구성요소로 세그먼트를 들어올려 링으로 조립하는데 사용하는 장치
• RMR(Rock Mass Rating) 분류 : 비에니아스키(Bieniawski)가 제안한 정량적인 암반분류방법이며 암석강도, RQD, 절리면 간격, 절리면 상태, 지하수 상태, 절리면의 상대적 방향 등을 반영하여 암반상태를 분류하는 방법을 말한다.
• RQD(Rock Quality Designation) : 시추코아중 10cm 이상되는 코아편의 길이의 합을 시추길이로 나누어 백분율로 표시한 값으로서 암질의 상태를 나타내는데 사용한다. 이때 코아의 직경은 NX규격 이상이어야 한다.
• 애추(talus) : 절벽 기슭이나 산 사면에 쌓인 모난 암석의 집합체를 말한다.
• 어깨(shoulder) : 터널의 천장과 스프링 라인의 중간점을 말한다.
• 엽리 : 변성암에 나타나는 지질구조로 암석이 재결정 작용을 받아 같은 광물이 판상으로 또는 일정한 띠를 이루며 형성된 지질구조를 말한다.
• 용출수 : 터널의 굴착면으로부터 용출되는 지하수를 말한다.
• 이완영역 : 터널굴착으로 인해 터널 주변의 지반응력이 재분배되어 다소 느슨한 상태로 되는 범위를 말한다.
• 인력굴착 : 삽, 곡괭이 또는 픽햄머, 핸드브레이커 등의 소형장비를 이용하여 인력으로 굴착하는 방법을 말한다.
• 인버트(invert) : 터널 단면의 바닥부분에 설치되어 터널단면을 폐합시키기 위하여 숏크리트 또는 콘크리트 등으로 설치한 지보재를 말한다.
• 일상계측 : 일상적인 시공관리를 위해 실시하는 계측으로서 지표침하, 천단침하, 내공변위 측정 등이 포함된 계측이다.
• 장대터널 : 터널의 연장이 1000m 이상인 터널을 말한다.
• 절리 : 암반중에 발달되어 있는 비교적 일정한 방향을 갖는 갈라진 틈이며 그 양측 암석의 상대이동량이 없거나 거의 없는 불연속면을 말한다.
• 정밀계측 : 정밀한 지반거동 측정을 위해 실시하는 계측으로서 계측항목이 일상계측보다 많고 주로 종합적인 지반거동 평가와 설계의 개선 등을 목적으로 수행한다.
• 주 지보재 : 굴착후 시공하는 지보재로서 보조 지보재 및 콘크리트 라이닝을 제외한 지보재의 총칭이며, 강지보재, 숏크리트, 록볼트, 철망 등으로 구성된다.
• 주향 : 지층, 단층과 같은 판상의 평면과 수평면이 이루는 교선의 방향을 진북 방향으로 기준하여 측정한 방위를 말한다.
• 지구물리탐사(geophysical exploration) : 지구물리학적 방법에 의해 광화대의 존재, 지하수분포의 상태, 지질특성 및 지질구조 등을 조사하는 방법으로서, 중력탐사, 자력탐사, 전기탐사, 전자탐사, 탄성파탐사, 방사능탐사 등이 있다.
• 지반 : 건설행위의 대상이 되는 지표 구성물질로서 토사 및 암반층을 총칭한다.
• 지보재 : 굴착시 또는 굴착후에 터널의 안정 및 시공의 안전을 위하여 지반을 지지, 보강 또는 피복하는 부재 또는 그 총칭을 말한다.
• 지보패턴 : 각 지보재들의 규격, 시공위치, 시공순서, 수량 등을 일정한 형식(pattern)으로 정한 것을 말한다.
• 지중변위 : 터널 굴착으로 인해 발생하는 굴착면 주변 지반의 변위로서 터널 반경방향의 변위를 말한다.
• 지중침하 : 터널 굴착으로 인해 발생하는 터널 상부 지반의 깊이별 침하를 말한다.
• 지표침하 : 터널 굴착으로 인해 발생하는 터널 상부 지표면의 침하를 말한다.
• 지하매설물 : 지표하부에 묻혀있는 인공구조물로서 지장물이라고도 말한다.
• 천정부(crown) : 터널의 천단을 포함한 좌우 어깨 사이의 구간을 말한다.
• 천단침하 : 터널 굴착으로 인해 발생하는 터널 천단부의 연직방향의 침하를 말하며 기준점에 대한 하향방향의 절대 침하량을 양(+)의 천단 침하량으로 정의한다.
• 초기응력 : 굴착전에 원지반이 가지고 있는 응력을 말한다.
• 추가볼트 : 설계된 지보패턴에 추가하여 시공되는 록볼트를 말한다.
• 측벽부(wall) : 터널어깨 하부로부터 바닥부에 이르는 구간을 말한다.
• 측선 : 계측을 위해 설정한 측점사이의 최단거리에 해당하는 가상의 선을 말한다.
• 층리 : 퇴적암이나 충적토 등이 층상으로 쌓이며 생성되는 불연속면이다.
• 커터비트(cutter bit) : 쉴드기의 면판에 부착하는 칼날형의 비트로 본체와 팁으로 구성되어 있다. 크롬몰리브덴강, 니켈크롬몰리브덴강 등의 내마모강으로 만든 본체의 끝부분에 텅스텐, 코발트, 카본으로 만든 초경합금인 팁을 용접하여 사용한다.
• 커터숍(cutter shop) : TBM작업이나 쉴드작업시, 특히 암반부 굴착시 다량 소요되는 예비 커터를 보관하고, 커터를 정비하는 창고이다.
• 커터슬리트(cutter slit) : 쉴드굴착시 굴착토를 커터헤드의 회전에 따라 쉴드기 안으로 끌어담는 역할을 한다.
• 커터헤드(cutter head) : 쉴드나 TBM의 맨 앞부분에 배열 장착된 각종 커터나 비트를 부착하여 회전·굴착하는 부분을 말한다.
• 케이지(cage) : 수직갱을 통하여 버력이나 작업원 등을 운반하는 데 사용되는 바구니 형상의 운반용구를 말한다.
• K형 세그먼트 : 쉴드의 세그먼트 조립시 마지막으로 끼위 넣는 세그먼트를 말한다.
• 콘크리트 라이닝(concrete lining) : 터널의 가장 내측에 시공되는 무근 또는 철근 콘크리트의 터널 부재를 말한다.
• Q-시스템 : 바톤(Barton) 등이 제안한 정량적인 암반분류의 하나이며 RQD, 절리군수, 절리면 거칠기, 절리면 변화정도, 지하수에 의한 감소계수, 응력감소계수 등을 반영하여 암반을 분류하는 방법을 말한다.
• 테일 보이드(tail void) : 세그먼트로 형성된 링의 외경과 쉴드기 외판의 바깥 직경사이의 원통형의 공극을 말한다. 즉, 테일 스킨 플레이트의 두께와 테일 클리어런스의 두께의 합을 말한다.
• 테일 스킨 플레이트(tail skin plate) : 쉴드기계의 테일부의 외판(skin plate)을 말하며 일반적으로 외판보다 약간 두껍다.
• 테일 씰(tail seal) : 쉴드의 외판 내경과 세그먼트간의 틈이 생기는데 이곳에서 지하수 유입 또는 뒤채움 주입재의 역류를 막기 위해 쉴드 후단에 부착하는 것을 말하다.
• 테일클리어런스(tail clearance) : 테일 스킨 플레이트의 내면과 세그먼트 외면 사이의 간격을 말한다.
• 토피 : 터널 천단으로부터 지표까지의 연직두께를 말한다.
• 특수지반 : 팽창성 지반, 함수미고결지반 등을 말한다.
• 틈새 : 절리 등 불연속면의 벌어진 정도를 말한다.
• TCR(Total Core Recovery) : 시추길이에 대한 회수된 코아의 길이비를 백분율로 표시한 값을 말한다.
• 파쇄굴착 : 유압가스, 팽창성 모르터, 특수저폭속화약 등을 이용하여 암반을 파쇄시켜 굴착하는 방법을 말한다.
• 편압 : 터널 좌우 또는 전후 방향으로 불균등하게 작용하는 지반압력을 말한다.
• 팽창성 지반 : 팽창성 광물을 다량 함유한 토사 혹은 암반 및 잔류지중응력이 높은 지반을 말한다.
• 표준지보패턴 : 지반의 등급에 따라 미리 표준화한 지보패턴을 지칭한다.
• 필러(pillar) : 굴착면 사이에 남아 있는 기둥이나 벽모양의 지반을 말한다.
• 함수미고결지반 : 신생대 3기말부터 제4기에 형성된 퇴적물, 암석의 풍화대, 파쇄대 등의 미고결 또는 고결도가 낮은 지반을 말한다.
• 허용편차 : 변형 여유량에 시공상 피할 수 없는 오차를 합한 값을 말한다.

 

 

제 2 장  계 획

 

2.1 계획의 기본

 

 2.1.1 터널계획은 지역여건, 지형상태, 토지이용 현황 및 장래전망, 지반조건 등 사전조사 성과를 기초로 하여 수립하여야 한다.

 

 2.1.2 터널계획은 터널건설의 목적 및 기능의 적합성, 공사의 안전성 및 시공성, 공법의 적용성을 우선하여 수립하되 건설비 및 유지관리비를 포함하여 경제성이 있도록 하여야 한다.

 

 2.1.3 터널계획시에는 공사중은 물론 유지관리시 주변환경에 유해한 영향을 미치지 않도록 하고 환경보전에 대해서도 검토하여야 한다.

 

2.2 터널의 기본계획

 

 2.2.1 평면선형 계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 터널노선은 가능한 한 지반조건과 시공성이 양호하고 유지관리가 용이하며 주변환경에 미치는 영향이 적은 곳을 통과하도록 결정하여야 하며 특히, 편압이 예상되는 사면부 및 습곡지역, 애추(talus) 분포지역, 용수가 많을 것으로 판단되거나 조사된 지역, 안정성이 우려되는 단층 및 파쇄대지역 등은 피하는 것이 바람직하다.

  (2) 터널의 평면선형은 가능한 직선으로 계획하되 곡선으로 할 경우 터널내 정지시거를 고려하여 큰 반경의 곡선으로 계획하여야 한다.

  (3) 평면선형과 종단선형은 상호 연계하여 조화되도록 계획하여야 한다.

  (4) 터널의 갱구위치는 안정된 지반으로 지형조건이 좋은 위치에 선정하도록 하며 토지이용 현황, 토피 등을 감안하고 시공성을 우선하여 결정하되 자연사면에 직교되도록 선정하는 것이 바람직하다.

  (5) 터널을 2개 이상 병렬로 계획하는 경우에는 터널의 단면 크기와 굴착대상 지반의 공학적 특성을 감안하여, 터널 굴착공사로 인한 주변 지반거동 및 발파진동이 인접 터널에 나쁜 영향을 미치지 않도록 상호 충분히 이격시켜야 한다.

  (6) 계획된 터널이 지상구조물, 지하구조물, 터널 등 기존 시설물에 근접하여 통과하는 경우에도 기존 시설물의 중요도 및 구조적인 특성에 따라 터널 굴착공사로 인한 영향을 검토하여야 하며 장래 지상 및 지하개발 계획을 감안하여 필요시 방호공 등의 산전대책을 수립하여야 한다.

  (7) 선형계획시 제반 제약조건으로 인해 갱구의 위치를 편토압이 작용하게 되는 위치에 설치하거나 갱구주변 지반에서 사면활동, 낙석, 토석류, 홍수, 눈사태 등이 예상되는 조건을 가질 경우에는 갱문의 구조선정에 유의하고 방호설비 등을 추가적으로 검토하여야 한다.

  (8) 터널의 부속시설인 환기터널, 피난터널과 장대터널(L=1km 이상)에서의 작업터널 및 기타 터널외부 설비, 사토장 등의 입지조건도 검토하여야 한다.

 

 2.2.2 종단선형 계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 철도, 지하철 및 도로 터널의 구배는 배수에 지장이 없는 범위내에서 가급적 완만하게 계획하여야 하며 기능상 요구되는 조건에 부합되어야 한다.

  (2) 수로터널의 구배는 터널목적 및 기능에 따라 계획 통수량을 우선하여 결정하되 내공단면과 수압, 수충압(water hammering pressure) 및 유속의 상관관계를 고려하여야 한다.

  (3) 계획구배는 터널입구에서 진행방향으로 가능한 한 상향구배가 되도록 하여 배수가 원활히 이루어지도록 하는 것이 바람직하며 현장조건과 터널의 목적이나 시공계획, 환기계획 등의 조건상 터널중앙부가 입구부보다 낮은 하향구배가 불가피할 경우에는 배수설비를 계획하여야 한다.

  (4) 선형조건상 터널의 입구와 출구가 중앙부보다 높은 종단선형으로 계획한 경우에는 공사중 배수설비도 계획하여야 한다.

  (5) 종단계획에 따른 터널의 최소 토피는 터널의 구조적 안전영역의 범위가 확보되도록 결정하여야 하며, 최소 토피에는 장래 예상되는 토지이용 한계심도를 반영하여야 한다.

  (6) 교통시설 터널의 종단선형은 환기 등을 감안하여 가능한 한 일방향 구배로 계획하는 것이 바람직하다.

 

 2.2.3 내공단면 계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 내공단면은 터널목적 및 기능에 따른 건축한계와 평면선형이 곡선인 구간은 편구배를 고려하여 건축한계를 설정하고, 터널내 제반설비의 시설공간, 유지관리에 필요한 여유폭 등을 고려하여 정하여야 하며 시공중 터널변형 등 시공오차에 대한 여유를 예상하여 결정하여야 한다.

  (2) 건축한계는 도로, 철도, 지하철 등 각 시설별로 별도로 제시하는 규정에 의하여 선정하여야 한다.

  (3) 터널의 내공단면 계획시에는 지형 및 지반조건, 토피정도에 따라 2개 이상의 소단면 병렬터널이나 1개의 대단면 터널로의 채택여부를 검토하여 안전성, 시공성 및 경제성을 확보하여야 한다.

  (4) 지반조건이 열악하고 주변여건상 터널시공이 장래 문제를 유발할 가능성이 있는 지역 및 터널연장이 긴 장대터널에서는 가급적 소단면 병렬터널을 계획하는 것이 바람직하다.

  (5) 터널의 굴착단면 계획은 내공단면을 기준으로 하여 지보재의 총두께, 콘크리트라이닝의 두께 및 허용편차를 고려하되, 구조적으로 유리한 형상으로 결정하여야 한다.

  (6) 동일 작업구간내의 터널 내공단면은 가급적 동일한 규격 및 형상으로 표준화하여 시공성을 높일 수 있도록 계획하여야 한다.

  (7) 내공단면이 현저하게 작은 터널을 계획할 경우에는 작업환경과 시공성을 고려하여 내공단면을 설정하여야 한다.

  (8) 고속철도용 터널의 내공단면은 열차의 고속주행에 의하여 터널내에 발생되는 공기저항 및 공기압 변화와 차량 밀폐도 등을 고려하여야 하며 이에 따라 부수적으로 발생하는 소음, 진동 및 압력 등이 승객에게 불쾌감을 주지 않도록 계획하여야 한다.

  (9) 수로터널의 내공단면은 계획 통수량을 기준하여 통수단면적, 내공단면의 거칠기(roughness), 수압, 수충압 및 유속과 연계하여 결정하여야 한다.

 

 2.2.4 부속설비 계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 터널의 부속설비는 운영시의 유지관리용 영구설비와 공사중 시공을 위한 임시설비로 구분하여 계획하여야 한다.

  (2) 부속설비의 계획에는 기능의 부합성과 함께 경제성 및 유지관리성을 종합적으로 검토하여 수립하여야 한다.

  (3) 일반적인 영구설비에는 환기설비, 전기설비, 급배수설비, 방재설비, 보안설비, 점검설비, 대피설비 등이 있으며 터널의 목적 및 기능에 따라 설비종류 및 규모를 결정하여야 한다.

  (4) 공사용 임시설비에는 자재저장 시설, 자재반입 및 버력처리 설비, 용수 및 배수설비, 오수 및 폐수 정화설비, 환기 및 집진설비, 전기설비, 방음 및 방진설비, 숏크리트 배합 및 타설설비, 비상급기 설비 등이 있으며 설비종류 및 규모결정은 공사규모와 공법, 공사기간, 현장여건 등을 고려하여 결정하여야 한다.

 

 2.2.5 계측 계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 터널의 계측관리 계획은 터널굴착에 따른 지반의 거동과 각 지보재의 효과를 파악하고 공사의 안정성 및 경제성을 확보하여야 하는 공사중 계측계획과 터널 준공후 운영중의 안전을 확보하기 위하여 시행되는 유지관리 계측계획으로 구분하여 수립하여야 한다.

  (2) 공사중 계측계획 수립시에는 터널의 기능과 중요도 및 지반조건에 적합하도록 계측의 항목 및 설치위치, 측정빈도 등을 계획하여야 한다.

  (3) 운영중 시행되는 유지관리계측은 터널의 기능과 중요도에 따라 계측의 목적을 정하고, 목적에 적합한 계측계획을 별도로 수립하여야 한다.

 

 2.2.6 터널 갱구부 및 작업구의 계획시에는 우수유입으로 인한 침수피해가 발생되지 않도록 하여야 하며 유사시에 대비한 배수대책을 세워야 한다.

 

 2.2.7 방수계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 방수형식은 터널 전체 주위 벽면중 일부분에 지하수의 배수경로를 만들어 지속적으로 지하수를 배수시킴으로서 콘크리트 라이닝에 수압이 작용하지 않도록 하는 배수형 방수형식과 터널 전체 주위 벽면에 방수재를 설치하여 지하수가 터널내부로 유입되는 것을 차단하여 콘크리트 라이닝이 수압을 받도록 하는 비배수형 방수형식으로 구분한다.

  (2) 방수형식은 지형, 지상 토지이용 현황, 토피정도, 지하수의 특성 및 수위, 주변지반 상태 등 현장 지반조건과 터널형상 및 규모 등의 조건을 감안하여 시공성, 경제성 및 유지관리성 등을 종합 검토한 후 결정하여야 한다.

  (3) 비배수형 터널에는 시공 특성에 부합되는 방수형식 및 재료를 선정하고 작용수압에 충분히 견딜 수 있는 콘크리트 라이닝을 계획하여야 하며 유사시 또는 과도한 누수에 대비하여 적정 용량의 배수시설을 설치하는 것이 바람직하다.

  (4) 배수형 방수형식의 터널에는 원활한 배수계통과 배수단면을 확보하여야 하며 유지관리상 배수계통의 기능 확인과 보수가 용이하도록 계획하여야 한다.

 

 2.2.8 환기계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 터널의 환기설비는 차량 배기가스를 터널 밖으로 배출시켜 터널내 오염물질의 농도가 허용수준이하로 유지될 수 있도록 터널연장과 교통량에 적합한 형식으로 계획하여 충분한 기능이 발휘될 수 있도록 하여야 한다.

  (2) 터널의 환기계획은 교통, 기상, 환경, 지형, 지물 및 관련 법규를 바탕으로 소요환기량을 산정하여 자연환기와 기계환기 중 적합한 방법을 선정하여야 한다.

  (3) 기계환기 선정시에는 구조설계, 배치 및 환기장소를 고려하여 설비제원을 결정하여야 한다.

  (4) 환기시설은 화재 발생시 배연시설로서 운용되기 때문에 환기방법 선정시에는 비상시 안정성에 대하여서도 검토하여야 한다.

 

 

제 3 장  조 사

 

3.1 조사일반

 

 3.1.1 조사시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 조사는 터널의 노선선정, 설계, 시공 및 완성후의 유지관리에 중대한 영향을 미치는 사항으로 충분한 기초자료를 얻을 수 있도록 실시하여야 한다.

  (2) 조사에 있어서는 터널의 목적 및 규모 등을 고려하여 조사내용, 순서, 방법, 범위, 정도 및 기간 등을 결정하여야 하며, 터널설계 및 시공시 적용방법 등을 고려하여 조사성과를 정리하여야 한다.

  (3) 터널공사는 설계시의 조사 결과만으로 토질 및 암반조건, 지질조건, 지하수 등 지반조건을 파악하는 것이 어려우므로, 시공단계에서도 계속적인 조사를 실시하여야 한다. 또한, 계획 및 설계단계에서 적용한 지반 분류 기준이 시공시 조사에도 일관성 있게 적용되도록 하여야 한다.

 

 3.1.2 조사는 입지환경조사, 지반조사, 시공중 보완조사로 구분되며 각 조사단계에서 다음 사항을 포함하여야 한다.

  (1) 입지환경 조사는 터널의 건설에 영향을 미치거나 터널건설로 영향을 받을 수 있는 사항에 대한 조사로서 지형, 환경, 지장물, 지표 수리시설과 지하수 부존특성, 공사용 설비, 보상 및 관계법규 조사를 포함하여야 한다.

  (2) 지반조사는 터널건설의 기본계획 및 노선 선정을 위한 예비조사, 터널노선의 결정 이후 공사 착공까지의 설계 및 시공계획을 위한 본조사, 그리고 시공중의 보완조사 등의 단계를 포함한 조사가 되어야 한다.

  (3) 시공중 보완조사는 조사결과에서 나타난 지반의 문제점과 시공중 발생한 문제점에 대하여 필요할 경우에 추가조사를 계획하여 실시하여야 한다.

 

3.2 입지환경 조사

 

 3.2.1 지형 조사시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 터널건설에 영향을 미치거나 터널공사로 영향을 받을 수 있는 지형을 지형도나 항공사진 등을 이용하여 분석하고 현장답사를 통하여 조사하여야 한다.

  (2) 불안정 지형이나 재해가 예측되는 지형 즉, 애추(talus), 붕괴지와 산사태, 눈사태, 매몰된 과거의 수로, 홍수 등이 이미 발생한 장소나 이러한 우려가 있는 지형은 자료조사, 항공사진 판독, 지표지질조사 등을 시행하여야 한다.

  (3) 자료조사는 지형도(1:5,000-1:50,000), 지질도, 응용지질도, 산사태 위험도, 수문기상자료, 인접지역 시추자료, 유사터널 시공사례 등 가용한 모든 자료가 포함되어야 한다.

 

 3.2.2 환경 조사시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 환경조사는 기본계획 및 노선선정 단계에서 실시하는 광역 환경조사와 시공계획 수립후 실시설계 단계에서 수행하는 터널주변 환경조사로 구분하여 실시한다.

  (2) 광역 환경조사는 터널시공 및 사용에 의한 자연환경 및 사회환경에 대한 악역향을 최소로 줄이기 위하여 광범위하게 실시하여야 하며, 다음 사항을 포함한다.

• 수문 : 지형 및 하곡의 성상, 하천유량, 지하수위, 물이용 상황, 지하수에 영향을 미치는 타공사의 유무, 대수층의 존재여부
• 기상 : 기온, 강우, 강설, 바람 등의 영향, 눈보라와 돌풍의 발생빈도 및 현황
• 재해 : 산사태, 눈사태, 붕괴, 지진, 홍수 등의 발생지 및 피해정도
• 토지 : 토지이용 현황, 주요 구조물, 법에 의한 용도구분의 범위
• 교통 : 기존철도, 도로의 규격, 구조, 수송력 등
• 공공 시설물 : 학교, 병원, 요양소, 자연공원 등의 공공시설물의 위치 및 규모
• 문화재 : 사적, 문화재, 천연기념물 등의 위치, 규모 및 법지정의 현황
• 지하자원 : 권리설정 현황, 광산현황 및 광물의 부존상태 등
• 광산개발 : 광산의 갱도나 폐갱도와 지하공동의 위치 및 규모
• 기타 : 동식물의 분포상태 및 경관, 지역 개발계획 등

  (3) 터널주변 환경조사는 시공에 의하여 발생되는 터널주변 환경변화의 예측, 환경보전 대책의 입안, 대책의 효과확인 등을 위하여 실시하며 다음 사항을 포함한다.

• 물이용 현황 : 지표수 및 지하수의 수질, 수원의 현황, 탁수발생 가능성이 있는 인접공사, 유로 및 수위변화 가능성
• 소음 및 진동 : 소음, 진동, 지형, 지질, 토지이용 현황
• 지반침하 : 도로, 철도, 지하철, 건물, 구조물, 지하매설물, 폐광, 토지이용 현황
• 지반과 구조물의 변형 : 건물, 구조물 상태, 지형 및 지질, 토지이용 현황, 구조물의 변형발생 가능성이 있는 인접공사
• 수질오염 : 하천의 상태, 배수 상태, 수로의 상태, 법규제 상태
• 대기오염 : 대기중의 유해물, 기상현황
• 교통장애 : 구조, 교통량 혼잡상태, 도로관리자, 도로주변의 환경 등

 3.2.3 지장물 조사시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 터널공사전에 지역내에 기설치되어 있는 상수도 및 하수도관, 송유관, 통신 및 전력 케이블, 도시가스관, 지하통로 등의 지하지장물의 종류, 심도 및 크기를 파악하여 안전한 시공을 할 수 있도록 하여야 한다.

  (2) 시추조사시는 관련기관으로부터 지장물 매설도를 구하여 참조하고 반드시 터파기나 지구물리탐사를 이용하여 지하 지장물의 유무를 확인하고 유관기관과 협의하여 시행하여야 한다.

  (3) 지장물 조사결과는 후속공사시 지장물 보호를 위해 활용하여야 한다.

 

 3.2.4 사토장 조사시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 공사중에 발생하는 버력을 처리하기 위한 사토장이 필요할 때에는 지형, 운반방법, 운반거리, 운반도로의 교통규제, 교통안전 등의 운반조건, 사토장이 주변환경에 미치는 영향, 사토후의 토지의 형태변화, 법규에 의한 규제 등에 대하여 사전에 조사하여야 한다.

  (2) 사토를 위한 용지취득 및 사토에 따른 보상대상 사항에 대해 조사하여야 한다.

  (3) 사토장의 계획시에 사토시 지반의 안정성, 토사유출, 유해광물에 의한 환경오염 방지에 관한 조사를 실시하여야 한다.

 

 3.2.5 수문 조사시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 수문조사는 시공중 발생하는 용수나 터널공사가 주변의 지표수 및 지하수에 미치는 영향을 미리 예측할 수 있도록 실시하여야 한다.

  (2) 터널공사로 인하여 갈수가 예상되는 우물, 저수지, 용천, 하천 등에 대하여는 그 분포, 수량의 계절적 변화, 이용상황 등을 조사하여 갈수대책의 자료로 이용하여야 한다.

 

 3.2.6 공사용 설비 조사시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

   공사용 설비로는 터널입구 설비, 환기 및 집진설비, 운반설비, 골재 및 콘크리트 플랜트 설비, 수배전 설비, 용배수 설비, 임시건물 설비 등이 있으며, 공사용 설비계획에 필요한 자료를 얻기 위하여 다음의 사항을 조사하여야 한다.

• 지형과 지질 및 기상 : 설비기능 저해 혹은 위험 가능성이 있는 지형, 지질 및 기상
• 주변환경 : 주변환경에 영향을 미치는 공사용 설비의 소음, 진동, 배수 및 교통
• 전력의 사용 : 기가설 송배전선의 용량, 주파수, 전압, 수변전의 난이, 수전까지의 소요시간, 개략산출비용, 발전설비 등의 동력원, 공사용 장비운용시의 소요 전력량
• 화약고 설치계획 : 화약에 관한 법률이나 지방자치단체 조례 등
• 용배수 : 콘크리트 혼합용수, 음료수, 기타 잡용수의 취수조건, 터널시공에 수반한 용출수의 처리, 세척수의 방류조건
• 자재 및 버력운반 : 기계 및 자재의 반출입, 버력운반 등에 필요한 공사용 도로, 궤도 등의 규격, 교통량, 안전, 교통규제의 현황 및 주변도로 이용 현황
• 노무자재 : 터널외부 설비에 관계되는 콘크리트용 골재, 굳지 않은 콘크리트, 기타 자재의 공급경로, 공급사정의 현황 및 관리방법, 노무사정의 현황
• 법규, 기타에 의한 규제 : 인접 지역의 공사 유무

   3.2.7 보상 조사시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

     터널공사에 있어서의 보상대상 사항은 용지취득에 수반되는 토지, 건물, 수목 등의 매수 및 이전, 각종 권리(지상권, 지하권, 수리권, 온천권, 어업권, 광업권, 채석권 등)의 침해, 농림 및 어업 수익의 감소, 영업손실 등이 있고, 이들의 보상을 위한 자료를 얻기 위하여 착공전의 제반사항에 대하여 충분한 조사를 하여야 한다.

 

   3.2.8 터널건설에 있어서 법규에 의한 규제를 받는 경우에는 공사에 미치는 영향의 범위, 이에 대한 규제의 정도, 수속, 대책 등에 관한 관계법을 조사해 두어야 한다.

 

3.3 지반조사

 

 3.3.1 지반조사는 예비조사, 본조사 및 보완조사 등의 단계로 구분하며, 각 단계에서 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 예비조사는 공사계획 단계에서 부지나 노선 또는 구조물의 위치 선정을 위하여 실시하는 조사로서 넓은 범위를 대상으로 수행하며 기존 자료조사, 항공사진 판독 및 분석, 현장답사 등을 실시하여 개략적인 지반특성을 파악할 수 있도록 수행하며 필요시에는 시추조사도 시행하여야 한다.

  (2) 본조사는 기본설계 단계에서의 개략조사와 실시설계 단계에서의 정밀조사로 구분되며, 부지나 노선 또는 구조물의 위치가 결정된 후 지층의 분포, 지질구조, 공학적인 특성 등 설계정수를 파악하기 위하여 수행하는 조사로서 지표지질조사, 지구물리탐사, 시추조사, 물리검층 및 현장시험, 실내시험 등을 포함하여야 하며, 공사의 목적이나 구조물의 종류에 따라 조사 및 시험의 진행방법이나 중점 조사사항을 다르게 할 수 있다.

  (3) 설계단계에서 정밀한 조사가 수행되었다고 하더라도 조사자체에는 한계성이 있으므로 불규칙적인 지반분포 구간에서는 시공시 노출되는 실제 지반을 관찰하여 시공의 안전성을 확보할 수 있도록 하여야 하며 설계변경에 필요한 자료를 제공하도록 하여야 한다.

  (4) 소규모 공사의 경우에는 조사단계의 일부를 생략할 수 있으나 장대터널 및 도심지터널 공사 등에서는 본조사 또는 보완조사시에 정밀조사를 실시하여야 한다.

  (5) 유지관리시 터널의 주변환경변화로 구조물의 안정에 문제가 발생할 것으로 예상될 경우에 대비한 지반조사를 시행하여야 한다.

 

 3.3.2 기존자료 조사시에는 항공사진, 지형도, 지질도, 토양도, 지하 매설물도, 기존 구조물 도면, 지하수 현황, 폐광 및 지반공동 현황, 터널지역을 포함한 광역 조사자료 등을 이용하여 조사지역의 현황을 파악하여야 한다.

 

 3.3.3 현장답사시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 현장답사는 야외조사를 통하여 지형이나 지질 및 지반상태를 확인하거나 지역 주민들의 청문을 통하여 과거의 지형변화 등에 대한 정보를 입수하여 조사자료에서 나타난 사항을 확인하고 도상계획에 참고할 수 있도록 하여야 하며, 조사수행에 영향을 줄 수 있는 제반 현장여건을 확인하여 원활한 본 조사계획을 수립할 수 있도록 하여야 한다.

  (2) 현장답사는 반드시 경험 있는 관련기술자에 의해 이루어져야 한다.

  (3) 현장답사의 결과는 정리하여 계획 및 설계에 반영할 수 있도록 하여야 하며 이미 계획된 사항에 대해서는 문제점을 파악하여 변경하거나 보완할 수 있도록 하여야 한다.

  (4) 필요시에는 삽 또는 핸드오거 등의 간단한 조사장비를 이용하여 지역전반에 걸친 개략적인 지반조건을 조사하고 시추계획에 반영하여야 한다. 현장답사시 조사하여야 할 주요 내용은 지형변화, 대규모 지질구조, 지표수 및 지하수, 인근 구조물 유지상태, 지하 매설물, 수송 통로 등이 있다.

 

 3.3.4 지표 지질조사시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 지표 지질조사는 현장 정밀조사 이전에 지형, 토질, 지질구조, 암상과 지층, 지하수 등의 종류, 분포 및 상태 등을 개괄적으로 파악하여 본조사를 실시할 때에 기본 자료로 활용하고 본조사의 경제적 및 시간적 효율을 높이기 위하여 실시한다.

  (2) 지표 지질조사를 통하여 단층, 습곡, 절리 등이 표시된 지질구조도 및 암종이 표시된 지질도를 작성하고 지질재해의 가능성 등을 검토하여야 한다.

  (3) 지표 지질조사시에는 표층지반, 암질, 지질구조, 지하공동, 암반거동, 지표수 및 지하수 등의 사항을 조사하여 그 결과를 응용지질도(engineering geologic map)로 표시한다.

  (4) 일반적으로 지표 지질조사를 목적으로 하는 항공사진 판독은 1/10,000 이상의 축척으로 촬영된 항공사진의 이용이 바람직하며 인공위성 사진인 경우에는 별도의 제한이 없다.

  (5) 지표지질조사에 이용되는 지형도의 축척은 1:5,000을 기본지형도로 하며 지질분포의 복잡성에 따라 축척은 조정하여 사용할 수 있다.

 

 3.3.5 시추 조사시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 터널시공 구간내의 지반에 대한 지층의 구성과 지하수위를 파악하고 흐트러진 또는 흐트러지지 않은 시료를 채취하며, 현장시험을 수행하기 위하여 시추조사를 실시한다.

  (2) 시추는 원칙적으로 NX규격의 이중 코아배럴을 사용하여 실시하며, 풍화대나 파쇄대 등에서는 코아의 회수율을 높이고 원상태의 시료를 채취하기 위하여 삼중 코아배럴이나 D-3 샘플러 등을 사용할 수 있다.

  (3) 시추는 원칙적으로 수직으로 실시하되 조사목적과 현장조건을 고려하여 경사시추를 할 수 있다.

  (4) 시추공의 간격은 노선방향으로 50-200m 간격으로 배치하는 것을 표준으로 하며 토피, 지형조건 또는 산악터널 등을 고려하여 증가시킬 수 있다.

  (5) 단층이나 파쇄대 등 터널공사에 장애가 되는 구간이나 지층이 불규칙할 경우 또는 주요구조물 등 특수한 주변여건 때문에 지반상태를 확인할 필요가 있는 경우에는 시추간격을 축소 조정하여야 한다.

  (6) 시추심도는 원칙적으로 터널 바닥부의 계획심도에서 터널 최대 직경의 1/2 이상의 깊이까지 실시하되 특정한 목적을 위하여 필요한 경우 심도를 증가할 수 있다.

  (7) 시추공의 지하수위 측정은 시추직후 및 24시간 후에 실시하여야 하며, 필요시 72시간 경과후에 측정하여 안정된 수위를 산정한다.

  (8) 시추공은 반드시 시멘트 풀이나 모르터로 폐쇄하여야 한다. 시추공 폐쇄 작업은 조사대상 지층을 지하수 오염으로부터 보호하고 하나 이상의 대수층이 있는 경우 지하수의 상하이동이나, 지하수가 섞이지 않도록 하여 완전히 메워진 상태에서 지하수 유동으로 인한 오염의 확산을 방지하는 조건을 만족시켜야 한다.

 

 3.3.6 시험터널 조사시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 특수한 지반상태를 직접 확인할 필요가 있거나 특정의 원위치 시험을 실시할 필요가 있을 때에는 시험터널을 굴착하여 조사할 수 있다.

  (2) 시험터널 내에서 각종 원위치 시험이나 계측을 실시할 경우 및 시료를 채취할 경우에는 원지반의 교란을 최소화하여야 한다.

  (3) 시험터널 조사시에는 터널의 지질도를 작성하여 종합분석에 참고하여야 한다.

 

 3.3.7 지구물리탐사시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 탄성파 탐사를 수행할 경우에는 전파속도로부터 지층의 두께, 종류, 상대적인 지반강도, 연약대 및 파쇄대 등에 관한 정보를 얻을 수 있도록 하여야 한다.

  (2) 전기탐사를 수행할 경우에는 지층의 특성 및 지하수의 영향 등을 고려하여 해석하여야 한다.

  (3) 지표 탐사에 비해 조사 심도가 깊고 분해능력을 높이기 위해서 터널설계에 필요하다고 판단되는 경우 시추공내에 송신원 또는 수신기를 삽입하여 실시하는 시추공 지구물리탐사 기법을 적용하여야 한다.

  (4) 지구물리탐사의 결과는 현장측정자료, 자료의 적절한 전산처리 결과 및 최종해석결과로 나타내어야 하며, 사용장비명, 측선 및 측점위치도 및 현장탐사시 특기사항의 자세한 서술이 포함되어야 한다.

  (5) 탐사결과를 해석한 단면은 탐사자료를 기초로 해석한 기반암의 분포, 연약대 또는 파쇄대의 발달 정도 등 도식적 또는 서술적 해석결과가 첨부되어 설계 및 시공에 유용한 정보를 제공할 수 있어야 하며 필요한 경우 시추결과 또는 지질조사 결과와의 비교해석이 포함되어야 한다.

 

 3.3.8 지구물리검층시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 지구물리 검층시에는 지질학적, 수문지질학적, 지반공학적 특성과 연계하여 구성암석, 균열상태(fracturing), 지하수 유동과 물리, 화학적 성질 등의 지반정보를 얻을 수 있도록 하여야 한다.

  (2) 지구물리검층 자료는 해석을 용이하게 할 수 있도록 조밀하게 측정하여야 한다.

  (3) 지구물리검층시에는 측정 자료의 질을 유지할 수 있도록 안정적인 측정 시스템을 적용하여야 한다.

 

3.4 시험

 

 3.4.1 현장시험시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 자연상태의 현장 지반특성을 파악하기 위한 현장시험은 시험항목별로 대상 지반에서의 적용성을 검토하여 수행하여야 한다.

  (2) 표준관입시험은 지층이 변할 때마다 또는 동일층이라도 1.5m 깊이마다 1회씩 실시하여야 하며 관입깊이가 30cm 미만이더라도 타격회수가 50회에 도달할 시는 타격을 중지하고 그때의 관입깊이와 타격회수를 기록하여야 한다.

  (3) 토사층에서의 투수계수를 파악하기 위하여 현장투수시험(시험방법을 제한할 필요가 없음)을 시행하여야 하며, 주입수는 탁한 정도가 낮은 맑은 물을 사용하여야 한다.

  (4) 암반층에서 투수계수를 측정하기 위해서는 팩커를 사용한 수압시험을 수행하여야 한다. 주수량 측정은 주수율이 일정하게 된 후 시행하고, 각 단계별로 압력부하시간은 10분이상 되어야 하며, 각 측정시간은 1분 간격으로 한다.

  (5) 공내재하시험은 지반강성에 적합한 허용압력을 가지는 시험기로 수행하여야 하며 압력조건은 다단계로 하여 반복 시험하는 것을 원칙으로 한다.

  (6) 공사의 규모나 지역 및 지질구조 특성상 초기 지압응력을 구할 필요가 있을 경우에는 지반상태를 감안하여 적절한 방법을 선정하여야 한다.

  (7) 시험항목과 빈도는 공사의 특성, 현장여건 등 제반사항을 감안하여 선정하며, 상기의 시험항목 이외에도 필요한 목적이 있을 경우 목적에 적합한 시험방법을 선정할 수 있다.

 

 3.4.2 실내시험시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 실내시험은 지반조건, 터널의 규모나 길이, 지형의 변화, 지질구조 등을 감안하여 적절한 시험방법을 선정하여야 한다.

  (2) 실내시험은 원칙적으로 한국산업규격(KS) 제시된 시험방법에 따라서 수행하여야 한다.단, 동 규격에 명시되지 아니한 시험은 국제적으로 인정되는 시험방법을 준용할 수 있다.

  (3) 암석시험은 채취된 암석시료의 공학적 특성과 설계정수를 결정하기 위하여 수행하며 시료의 제작 및 시험방법은 국제 암반역학회(International Society for Rock Mechanics : ISRM)에서 권장하는 시험방법 등 국제적으로 공인된 방법을 적용하여야 한다.

 

3.5 지반조사 성과의 정리

 

 3.5.1 지반분류시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 조사와 시험으로부터 수집된 제반정보를 종합적으로 분석하여 설계 및 공사목적에 부합하게 지반을 분류하여야 한다.

  (2) 암반 분류시에는 다음 사항중 필요한 사항을 선정하여 암반을 분류하여야 한다.

       ·압축강도

       ·탄성파 속도

       ·변형계수

       ·RQD

       ·불연속면의 간격 또는 빈도

       ·불연속면의 상태(거칠기, 풍화도, 연속성, 틈새, 충전물의 두께와 특성 등)

       ·불연속면의 주향 및 경사

       ·지하수 상태

       ·초기응력 상태

       ·암석종류, 풍화도, 수침시의 특성등 암반의 거동특성에 영향을 주는 지반특성

  (3) 퇴적토층, 풍화토층 등 미고결지층은 `흙의 통일분류법(USCS)'에 따라서 세분하여야 한다.

  (4) 지보재 설계를 위한 암반분류는 RMR 방법을 기준하여 5등급으로 분류하는 것을 원칙으로 하되, 터널의 크기, 용도 및 지역특성을 고려하여 5등급 이상으로 세분화할 수 있다. 이 경우 Q-시스템 등 국제적으로 공인된 암반분류 방법도 적용할 수 있다. 특히, 함수미고결지층 등과 같이 특수한 지반조건이 존재할 경우에는 이를 별도의 지반등급으로 분류하여야 한다. 암반 등급별 기준은 <표 3.5.1>과 같다.

 

<표 3.5.1> 지보재 설계를 위한 암반분류

등급	1	2	3	4	5	6
RMR	100-81	80-61	60-41	40-21	<20	·
비고	아주양호	양호	보통	불량	아주불량	함수미고결 지반

 

  (5) RMR값과 Q-시스템의 Q값과의 관계는 비에니아스키가 제시한 RMR = 9Ln Q + 44의 관계식을 적용할 수 있다.

 

 3.5.2 조사결과의 정리시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 지표지질조사 결과는 응용지질도로 정리하여야 하며 응용지질도는 터널 구간을 포함하는 광역지질도(1:25,000)와 정밀응용지질도(1:5,000)로 구분하여 작성하여야 한다.

  (2) 시추조사 결과는 일정한 양식의 시추 주상도에 정리하여야 하며, 지층설명은 색조, N치, 강도, 풍화도, 균열상태, 암석명, TCR, RQD 등을 포함하여 상세하게 기록하고 시추 주상도와 지구물리탐사 등 기타 자료를 참고하여 터널구간의 지질단면도를 작성하여야 한다.

  (3) 채취된 시료는 일정한 규격의 시료병이나 시료상자에 정리하여야 한다.

  (4) 시료상자에 정리된 시추코아는 암석의 색조, 상태, 절리 등의 관찰이 용이하도록 직상부에서 천연색으로 촬영하여 사진첩에 정리하여야 하며 대표적인 것은 지반조사 보고서에도 수록하여야 한다.

  (5) 공내재하시험, 수압시험, 투수시험, 초기응력 측정시험 등 현장시험이나 지구물리탐사의 결과는 각각 그 목적에 적합한 정보가 자세히 기록될 수 있는 일정한 양식에 정리하여야 한다.

 

 

제 4 장  설계일반

 

4.1 설계의 기본방향

 

 4.1.1 터널의 설계는 조사결과를 토대로 안전성, 시공성, 경제성과 내구성이 확보되고 유지관리가 편리한 시설이 되도록 하되 실제 시공시의 조건이 설계 당시에 예측한 조건과 상이하게 되는 경우의 변경방법 및 조치사항 등을 포함하여야 한다. 이를 위하여 설계시에 적용한 제반 적용자료와 분석 및 예측사항을 명확하게 제시하여야 한다.

 

 4.1.2 터널설계에 있어서는 터널주변 원지반이 보유하고 있는 지보능력을 최대한 활용할 수 있도록 단면형상, 굴착공법 및 방법, 지보재 및 시공순서 등을 선정하여야 한다.

 

 4.1.3 터널설계시 환기, 조명, 방재시설 등의 제반설비 사항도 고려하고 이들의 역할이 잘 발휘되도록 하여야 한다.

 

  4.1.4 터널굴착시 원지반의 손상이나 여굴발생이 최소화되도록 설계하여야 하며 원지반의 손상이나 여굴발생시 그 처리방안을 제시하여야 한다.

 

 4.1.5 터널시공이 터널주위에 미치는 영향에 대해서 분석하고 필요시 합리적인 대책을 강구하여야 한다.

 

4.2 설계방법의 선정

 

 4.2.1 설계방법의 선정에 있어서는 지반의 거동특성과 지보재의 지보력이 상호 연합하여 일체로 거동하여 터널의 안전성이 영구적으로 유지될 수 있는 방법을 선정하여야 한다. 단, 지반의 거동특성상 지반의 지보능력 활용이 불가능할 경우에는 지반보강을 시행하거나 지보재가 지반하중을 모두 지지하도록 하는 설계방법을 채택하여야 한다.

 

 4.2.2 지반의 등급이 분류되면(<표 3.5.1> 참조) 해당 지반 등급에 적용할 표준적인 지보패턴과 굴착방법을 정하여야 한다. 이 경우 유사지반조건에서의 시공실적 또는 RMR방법 및 Q-시스템에서 제안한 지보패턴을 참조하여 지보패턴을 정할수 있다. 단, Q-시스템에서 제안한 방법을 사용하여 섬유보강이 없는 일반 숏크리트의 두께를 정하고자 할 경우에는 섬유보강 유무에 따른 숏크리트의 특성을 감안하여 그 두께를 결정하여야 한다.

 

 4.2.3 선정된 굴착방법과 지보패턴은 각 경우별로 해석적인 방법을 통하여 그 안정성을 검증하여야 한다. 안정성의 검증과정에서는 작용하중, 사용되는 제반 공학적 특성치, 해석기법 및 경계조건 등을 충실하게 검토하여 적용함으로써 합리적인 검증이 되도록 하여야 한다.

 

 4.2.4 설계조건이 표준적이 아니고 특수하거나 유사조건에서의 시공사례도 없는 경우에는 예상되는 제반문제를 면밀히 검토한 후 굴착방법과 지보패턴을 설정하고 해석적인 검증을 통해 확정하여야 한다.

 

4.3 설계의 기본요건

 

 4.3.1 터널설계에는 다음 사항이 포함되어야 한다.

  (1) 평면 및 종단선형

  (2) 굴착대상지반의 분석 및 분류

  (3) 터널단면의 형상

  (4) 굴착공법 및 굴착방법

  (5) 각종 지보재의 규격 및 시공순서

  (6) 필요한 보조공법

  (7) 방수 및 배수방법

  (8) 콘크리트 라이닝의 시공

  (9) 계측계획 및 수행방법

  (10) 각종 부대시설

  (11) 터널시공에 따른 환경영향분석

  (12) 공사시방서

 

 4.3.2 터널의 설계는 안정성 확보를 우선으로 하되 지보재의 최적화를 도모하여야 한다. 이 경우 해석적인 방법에만 너무 의존하여서는 안된다.

 

 4.3.3 신선한 암반을 통과하는 터널의 경우 콘크리트 라이닝의 역할을 분석하여 이의 미설치 여부를 검토할 수 있다.

 

 4.3.4 향후 운영시의 유지관리에 필요한 사항을 고려하여야 한다.

 

 4.3.5 시공시의 제반여건이 설계당시의 조건과 상이함으로부터 비롯될 수 있는 문제점에 대한 조치사항을 제시하여야 하며 다음 <표 4.4.1>의 사항을 포함하여야 한다.

 

<표 4.4.1> 설계내용의 변경사항

주요항목	주요내용
지반의 재분류	·적용지반의 분류
설계단면의 변경	·지보재
	·변형 여유량
	·단면형상
적용지보패턴의 변경	·숏크리트 두께
	·숏크리트의 재질
	·록볼트의 길이, 본수
	·강지보재
굴착공법의 변경	·벤치커트 공법(core)남김, 링커트 포함
	·선진도갱공법
	·기타 굴착단면 분할
보조공법 도입	·막장 안정화 대책
	·지반보강 대책
	·용수대책
	·지표면 침하 대책
	·근접 구조물 대책
단면의 폐합	·인버트 콘크리트 (조기 시공)
	·인버트 숏크리트 (가폐합)
	·콘크리트 라이닝 상성 증대
	·이중 라이닝 (임시 라이닝)
터널공법 변경	·개착터널 공법으로 전환
	·토공구간으로 전환
기타	·기타 변경이 요구되는 사항

 

 

제 5 장 터널 지보재

 

5.1 터널 지보재의 설계일반

 

 5.1.1 굴착후 굴착면에 설치되는 지보재는 터널주변의 지반거동 특성에 부합되도록 설계하여 시공중이나 완공후에도 터널의 안정을 유지할 수 있도록 하여야 한다.

 

 5.1.2 지보재는 굴착지반을 조기에 안정시키며 지반굴착에 의한 영향이 인접구조물의 안정을 해치지 않도록 설계되어야 한다.

 

 5.1.3 터널 내부에서의 작업효율성, 안정성을 고려하여 각종 지보재를 설계하여야 한다.

 

 5.1.4 터널의 지보재는 강지보재, 록볼트, 숏크리트, 철망 등으로 구성되어 있는 주지보재와 굴착의 용이성 및 안정성 증진을 목적으로 주지보재에 추가하여 시공하는 훠폴링, 막장면 록볼트 등의 보조지보재로 구분하여 설계하여야 한다.

 

 5.1.5 지보재의 설계에 있어서는 지반의 분류 등급과 해당 지보재의 선정에 대한 기준을 제시함으로써 시공시 실제지반조건이 설계시 예측조건과 상이할 경우 적합한 지보재로 변경할 수 있도록 하여야 한다.

 

5.2 강지보재

 

 5.2.1 강지보재의 설계시 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 강지보재는 숏크리트, 록볼트 등의 다른 지보재와 일체가 되어 소요의 지보기능을 발휘하도록 규격과 배치간격을 정하여야 한다.

  (2) 강지보재의 이음은 시공순서 및 시공성을 고려하여 이음개소가 최소가 되도록 정하되 제거와 추가이음이 요구되는 곳에는 시공이 가능하도록 설계에 이를 반영하여야 한다.

  (3) 지반이 양호한 경우에는 강지보재를 생략할 수 있으며 다음의 기능이 요구될 때 강지보재를 사용하여야 한다.

    ① 숏크리트 또는 록볼트의 지보기능이 발휘되기까지 굴착면의 안정을 도모

    ② 막장면 훠폴링 등 보조공법의 반력지지점

    ③ 큰 지압으로 인해 지보재의 강성 증가 필요

    ④ 지표침하 등 지반변위의 억제 필요

 

 5.2.2 강지보재의 재질은 다음 사항을 준하여야 한다.

  (1) 강지보재는 연성이 크고 휨과 용접 등의 가공성이 양호하여야 한다.

  (2) 강지보재의 재질은 KS D 3503에 규정된 SS 400을 표준으로 하며 이와 동등이상의 성능을 발휘하는 구조용 강재로 하여야 한다.

 

 5.2.3 강지보재의 형상 및 치수는 다음을 준하여야 한다.

  (1) 강지보재의 단면은 강지보재의 설치후에도 숏크리트의 타설이 용이하고, 숏크리트와 일체화되기 쉬운 형상을 가진 것이어야 하며, H형강, U형강, 격자지보(lattice girder)등을 사용할 수 있다.

  (2) 강지보재의 치수는 작용하중 외에 숏크리트의 두께, 강지보재의 최소덮개, 굴착공법, 굴착방법 등을 고려하여 결정한다. 또한, 소요의 강성을 발휘하고, 좌굴 비틀림 및 국부적인 하중에 대하여 저항성이 크고 시공 능률을 높일 수 있는 것이어야 한다.

 

 5.2.4 강지보재의 이음 및 설치간격은 다음을 준하여야 한다.

  (1) 강지보재는 운반, 거치 및 시공성을 고려하여 분할 제작하되 이음개소를 최소화하고 부재 상호간은 견고한 이음이 되도록 설계하여야 한다. 특히, 구조적으로 불리한 위치에서의 이음은 가능한한 피하도록 하여야 한다.

  (2) 팽창성 지반 등과 같이 내공변위가 크게 발생하는 지역에서는 강지보재의 이음을 가축변형(可縮變形)이 허용되는 조인트 구조로 할 수 있다.

  (3) 강지보재의 설치간격은 지반특성, 사용목적, 시공법 등을 고려하여 정하여야 한다.

  (4) 상반과 하반으로 나누어 굴착하는 경우 지반조건에 따라 하반의 강지보재를 일부 생략할 수 있다.

 

 5.2.5 강지보재의 간격재와 바닥판받침은 다음을 준하여야 한다.

  (1) 숏크리트에 의해 강지보재가 고정되기 전까지 전도를 방지하기 위하여 강지보재 사이에 적절한 크기의 강재 간격재를 일정 간격으로 설치하여야 한다. 이때 간격재의 형상은 숏크리트의 일체화에 저해되는 형상을 사용하여서는 안되며 그 설치간격은 1.5m -2.0m를 표준으로 한다.

  (2) 작용하중에 의한 침하를 방지하기 위하여 강지보재 하단에는 바닥판을 붙이고 필요에 따라 받침을 설치하여 충분한 지지력을 확보할 수 있도록 하여야 한다.

  (3) 강지보재 바닥판받침에는 목재, 철근 콘크리트 블록, 강판 등을 사용할 수 있으며 강지보재에 작용하는 하중이 큰 경우는 필요에 따라 바닥보강 콘크리트를 사용하여야 한다.

 

5.3 숏크리트

 

 5.3.1 숏크리트의 설계는 그 사용목적, 지반조건, 시공성 등을 고려하여 지보재로서 다음과 같은 기능을 발휘할 수 있도록 설계하여야 한다.

  (1) 지반과의 부착 및 자체전단 저항효과로 숏크리트에 작용하는 외력을 지반에 분산시키고, 터널 주변의 붕락하기 쉬운 암괴를 지지하며, 굴착면 가까이에 지반아치가 형성될 수 있도록 한다.

  (2) 휨압축 또는 축력에 의한 저항효과로 주변 원지반에 내압을 가함으로써, 굴착면 주변지반을 3축 응력상태로 유지시켜 지반강도 저하를 방지한다.

  (3) 강지보재 또는 록볼트에 지반압을 전달하는 기능을 발휘하도록 한다.

  (4) 굴착된 지반의 굴곡부를 메우고 절리면 사이를 접착시킴으로써 응력집중현상을 피하도록 한다.

  (5) 굴착면을 피복하여 풍화방지, 지수, 세립자 유출 등을 방지하도록 한다.

 

 5.3.2 숏크리트는 다음과 같은 특성을 보유한 것이어야 한다.

  (1) 충분한 강도를 확보하여야 한다.

  (2) 조기에 필요한 강도를 발휘할 수 있어야 한다.

  (3) 지반과 충분한 부착성을 확보하여야 한다.

  (4) 충분한 내구성을 확보하여 터널의 공용기간 동안 소요의 기능을 발휘할 수 있어야 한다.

  (5) 반발률(rebound) 및 분진발생량을 최소화하여야 한다.

  (6) 평활한 굴착면을 확보하여 방수 및 배수시공이 용이하여야 한다.

 

 5.3.3 숏크리트의 배합 및 강도는 다음 사항을 준하여야 한다.

  (1) 숏크리트는 설계목적에 적합한 조기 및 장기강도를 발휘하여야 하며 다음 사항을 고려하여 설계강도를 결정하여야 한다.

    ① 지반 강도 및 지보재로서 기능

    ② 배합재료의 품질 및 조달의 용이도

    ③ 시공성 및 숏크리트 타설 작업의 숙련도

  (2) 숏크리트용 시멘트는 제1종 보통 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것을 원칙으로 하며 잔골재는 입경 0.1mm 이하의 세립물을 포함하지 않아야 하고 굵은 골재의 최대 입경은 15mm 이하가 되어야 한다.

  (3) 숏크리트는 필요한 강도와 내구성이 확보되고 부착성과 시공성이 양호하며 재령 1일 압축강도가 100kg/㎠ 이상, 재령 28일 강도가 180kg/㎠ 이상 되도록 배합하여야 한다.

  (4) 숏크리트 사용수의 혼합방법에 따라 건식과 습식으로 구분하며 필요에 따라 강(鋼) 또는 기타 재질의 섬유(fiber)도 혼합하여 사용할 수 있다.

  (5) 숏크리트의 조기강도 발현을 위하여 급결제를 사용할 수 있으며 이때 사용되는 급결제가 갖추어야 할 조건은 다음과 같다.

    ① 콘크리트의 응결경화를 촉진할 것

    ② 장기강도의 저하가 적을 것

    ③ 부착성이 우수할 것

    ④ 강지보재를 사용하는 경우는 강재를 부식시키지 않을 것

    ⑤ 사용상의 안전성이 확보되어 있을 것

 

 5.3.4 터널의 지보재로 사용되는 숏크리트의 최소 두께는 사용목적, 지반조건, 단면의 크기 등을 고려해서 정하되 3cm 이상으로 하여야 한다.

 

 5.3.5 강섬유 또는 기타 재질의 섬유를 혼합한 숏크리트의 경우는 철망을 생략할 수 있다.

 

5.4 록볼트

 

 5.4.1 록볼트 설계시 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 록볼트 설계시에는 록볼트 자체의 항복하중과 정착방법을 면밀히 검토하여야 한다.

  (2) 록볼트의 설계에 있어서는 지반상태, 불연속면의 분포, 발생용수 등을 고려하여 다음에 언급한 효과가 사용 목적에 적합하게 발휘되도록 설계하여야 한다.

    ① 봉합작용 : 발파 등에 의해 이완된 암괴를 이완되지 않은 원지반에 고정하여 낙하를 방지하는 기능이다.

    ② 보형성작용 : 터널 주변의 층을 이루고 있는 지반의 절리면 사이를 조여줌으로써 절리면에서의 전단력의 전달을 가능하게하여 합성보로서 거동시키는 효과이다.

    ③ 내압작용 : 록볼트의 인장력과 동등한 힘이 내압으로 터널 벽면에 작용하면 2축응력 상태에 있던 터널 주변 지반이 3축 응력 상태로 되는 효과가 있으며 이것은 3축 시험시 구속력(측압)의 증대와 같은 의미를 가지며 지반의 강도 혹은 내하력 저하를 억제하는 작용을 한다.

    ④ 아치형성 작용 : 시스템 록볼트의 내압 효과로 인해 굴착면 주변의 지반이 내공측으로 일정하게 변형하는 것에 의해 내하력이 큰 그랜드아치를 형성한다.

    ⑤ 지반보강 작용 : 지반 내에 록볼트를 타설하면 지반의 전단 저항능력이 증대하여 지반의 내하력을 증대시키고 지반의 항복후에도 잔류강도 향상을 도모한다.

  (3) 록볼트의 작용효과 중 특히 봉합작용이 강조되어 인장력이 발생되는 경우는 소요의 인발내력에 대해서 충분한 안전율을 갖는 재질과 형상의 록볼트를 채택하여야 한다.

  (4) 록볼트의 재질, 지압판, 정착형식 및 정착재료 등을 선정할 경우에는 그 시공성을 고려하여야 한다.

  (5) 굴착으로 인한 응력해방에 따라 내공변위가 크게 발생하는 경우에는 선단정착형 또는 혼합형의 록볼트 형식으로 프리스트레스를 도입할 수 있다. 프리스트레스를 도입하는 경우에는 도입된 프리스트레스가 지속적으로 유지될 수 있는 지반조건이어야 하며 프리스트레싱에 의한 록볼트의 응력이 항복강도의 80% 이내가 되도록 하여야 한다.

 

 5.4.2 록볼트 재질 및 형상은 다음 사항을 준하여야 한다.

  (1) 록볼트는 소요의 강도 이상을 가지는 이형봉강으로 제작하는 것을 원칙으로 하나 강관, 팽창성 강관 또는 이와 동일한 강도와 기능을 가지는 섬유보강 플라스틱(FRP) 등 기타 소재의 록볼트도 사용할 수 있으며, 재질 및 강도는 한국산업규격(KS)에 적합한 것이어야 한다.

  (2) 록볼트의 재질은 원지반 조건 및 사용목적에 따라 정하여야 하며 일반적으로 SD35 이상의 강재로서 재질 인장강도 및 연신율이 큰 것이어야 한다. KS E 3132에 제정되어 있는 봉강의 기계적 성질은 <표 5.4.1>과 같다.

 

<표 5.4.1> 록볼트로 사용되는 봉강의 기계적 성질

종류	재질 기호	기계적 성질
		항복점(kg/㎟)	인장강도(kg/㎟)	연신율(%) (시험편 2호 기준)
이형봉강	SD 35	35-45	50 이상	18 이상
	SD 40	40-52	57 이상	16 이상

 

  (3) 지압판은 록볼트와 숏크리트를 일체화시키는 역할을 담당하며, 예상되는 응력에 대하여 충분한 면적과 강도를 갖는 것이라야 한다. 지압판 두께는 6mm 정도를 표준으로 하되 팽창성 지반의 경우는 9mm 정도의 두께를 사용하여야 한다.

 

 5.4.3 록볼트의 정착방법의 적용시 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 록볼트의 정착방법으로는 선단정착형, 전면접착형, 혼합형 등이 있으며(<표 5.4.2> 참조), 사용목적, 지반조건, 시공성 등을 고려하여 정착방법을 선정하여야 한다.

  (2) 정착재료로 사용되는 시멘트 모르터는 흘러내림을 방지할 수 있는 배합비를 사용하여 시공하여야 하며, 천정부에 설치되는 록볼트의 경우에는 정착재료의 흘러내림을 최대한 방지하도록 조치하여야 한다.

  (3) 지반이 연약하여 록볼트 천공의 자립이 어려운 경우에는 자천공(自穿孔)형 록볼트를 사용할 수 있다.

  (4) 긴급한 록볼트 기능 도입이 요구되는 경우에는 마찰력을 즉시 발휘시킬수 있는 구조의 록볼트를 사용하여야 한다.

  (5) 록볼트의 정착재료는 제1종 포틀랜드 시멘트를 사용하는 것을 원칙으로 하며, 사용하는 모래는 최대 직경이 2mm이하의 입도가 양호한 모래를 사용해야 한다.

 

 5.4.4 록볼트의 배치 및 길이 선정은 다음 사항을 준하여야 한다.

  (1) 록볼트는 원칙적으로 굴착에 의해 영향을 받는 영역을 보강하도록 배치하여야 한다.

  (2) 록볼트의 배치 및 길이는 그 사용목적, 지반조건, 터널 단면의 크기 및 형상, 굴착공법, 절리의 간격 등을 고려하여 결정하여야 한다.

 

<표 5.4.2> 록볼트의 정착방법

형식	정착방법	특징	적용범위
선단정착형	기계적으로 정착하는 쐐기형 및 확장형과 캡슐에 의한 접착형이 있으며 록볼트의 선단 정착후 너트로 조인다.	쐐기형은 자주 사용하지 않는다. 확장형 및 캡슐정착형은 봉합효과를 목적으로 하는 경우에 사용한다. 기계식의 경우에는 정착부의 원지반 상태에 따라 정착력에 부족이 생기거나 발파에 의하여 이완등의 문제가 있다. 그러나 확장형은 발파 후 적당히 다시 조이기를 하면 적용할 수 있는 경우도 있다.	절리 또는 균열발달이 비교적 적은 경암 또는 보통암 층에서 일부 사용된다.
전면접착형	정착재료로 수지, 시멘트 모르터 등을 사용하거나 기계적인 방법으로 록볼트 전장을 원지반에 정착 시킨다.	록볼트 전장에서 원지반을 구속한다. 원지반의 강도, 절리, 균열의 상태, 용수의 상태 및 막장의 자립성 등에 따라 여러 종류가 있다.	경암, 보통암, 연암, 토사 원지반에서 팽창성 원지반까지 적용범위가 넓다.
혼합형	선단을 기계적으로 정착후 시멘트 밀트를 주입하는 방법과 전면접착형의 정착재료 충전시 선단에 급결용의 캡슐을 사용하는 방법 등이 있다.	선단접착형과 전면접착형을 혼합한 것이다.  ① 시공 공정이 2단계에 걸쳐 이루어진다.  ②시공에 따라서는 선단의 급결성이 얻어지지 않는 경우도 있다.	① 선단을 기계적으로 정착하는 록볼트는 많이 사용되고 있지 않다.  ② 팽창성 원지반 또는 프리스트레스를 도입하는 경우에 유효하다.

 

  (3) 록볼트의 배치에 있어서는 터널 단면의 방사선 방향으로 굴착면에 직각으로 타설하는 것을 원칙으로 하며 인접한 록볼트간에는 상호 작용발휘가 가능하도록 록볼트를 배치하여야 한다. 단, 록볼트를 조기에 타설할 필요가 있는 경우에는 터널진행 방향으로 경사진 경사록볼트 배치형식을 적요할 수 있다.

  (4) 록볼트의 길이는 굴착단면의 크기와 이완영역의 발달 깊이에 따라 조정하되 설치간격의 2배 정도를 표준으로 하고 1회 굴진장 및 암반의 절리 상태에 따라 조정하여야 하며 지반자체의 지보능력을 원활히 발휘할 수 있는 간격으로 배치하여야 한다.

  (5) 록볼트의 직경은 1본의 록볼트가 지탱하는 암괴의 중량 또는 지반에 필요한 전단 보강력에 의해 결정할 수 있으나 일반적으로 D25의 규격을 표준으로 한다.

 

5.5 철망

 

 5.5.1 철망설계시 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 타설된 숏크리트가 자중으로 인해 박리될 가능성이 있는 경우 또는 숏크리트의 인장강도 및 전단강도를 향상시키기 위하여 철망을 사용한다.

  (2) 섬유보강 숏크리트를 사용할 경우에는 철망을 생략할 수 있다.

 

 5.5.2 철망의 재질 및 규격은 다음을 준하여야 한다.

  (1) 철망은 KS D 7017에 규정된 용접철망을 사용하되 철망의 지름은 5mm 내외, 개구 크기는 100mm??100mm 또는 150mm??150mm인 철망을 표준으로 한다.

  (2) 굴착면의 자립이 어렵고 숏크리트 타설시 숏크리트 박리가 발생하는 경우에는 숏크리트와 지반과의 부착을 증진시키기 위하여 개구크기와 철선지름이 적은 철망을 사용할 수 있다.

  (3) 철망은 종방향 및 횡방향으로 겹이음을 실시하되 터널 종방향으로는 100mm, 횡방향으로는 200mm 정도의 이음장을 표준으로 한다.

 

 

제 6 장 콘크리트 라이닝

 

6.1 콘크리트 라이닝의 역할

 

 6.1.1 콘크리트 라이닝은 터널 주변의 지반상태, 환경조건 및 주지보재의 지보능력을 고려하여 사용목적에 적합하고 장기간 사용에 충분한 안전성과 내구성을 가지도록 설계하여야 한다.

 

 6.1.2 콘크리트 라이닝은 사용 목적에 따라 구조체로서의 역학적 기능, 비배수형 터널에서의 내압기능, 영구 구조물로서의 내구성 확보 및 미관유지기능 등을 가지며, 이를 감안한 설계가 되도록 하여야 한다.

 

 6.1.3 구조체로서의 역학적 기능을 발휘하게 되는 경우는 다음과 같으며, 설계시 이를 고려하여야 한다.

  (1) 숏크리트 등으로 형성된 주지보재가 영구 구조물로서 충분한 안전율이 없는 경우와 숏크리트에 균열과 록볼트에 큰 축력이 작용하고 응력 저항부에 크리프 현상이 발생하거나 볼트의 부식으로 인하여 지반응력이 콘크리트 라이닝에 전달되는 경우,

  (2) 현장여건으로 인하여 지반변위가 수렴되기 전에 콘크리트 라이닝을 시공하는 경우,

  (3) 토피가 작은 토사 지반 등에서 주변 환경의 영향을 받기 쉬워 상재 하중을 반영한 역학적 검토가 필요한 경우

  (4) 비배수형 터널의 경우

 

 6.1.4 비배수형 터널에서는 콘크리트 라이닝에 수압이 작용하므로 수압을 고려하여 설계하여야 한다.

 

 6.1.5 콘크리트 라이닝은 다음과 같은 기능을 보유하도록 설계하여야 한다.

  (1) 터널 내부 시설물 보호 및 보존 기능

  (2) 점검 및 보수 관리 기능

  (3) 내구연한 동안 구조물로서의 기능 유지

 

6.2 콘크리트 라이닝의 재료 및 강도

 

 6.2.1 콘크리트 라이닝에 사용되는 재료는 터널의 사용목적에 적합한 것이어야 한다. 일반적으로 무근 또는 철근 콘크리트를 사용할 수 있으며 콘크리트의 배합은 소요강도, 내구성 및 양호한 시공성이 얻어질 수 있도록 결정하여야 한다. 사용골재는 내구성이 우수하여야 하며 염분 등 유해성분이 허용기준치 이하여야 한다.

 

 6.2.2 콘크리트 라이닝의 소요강도는 지반특성, 콘크리트 라이닝의 형상, 지보재의 종류 및 라이닝에 작용하는 하중 등에 적합하도록 설정하여야 한다. 일반적으로, 재령 28일 강도가 210-240kg/㎠인 콘크리트를 표준강도로 하나 경우에 따라서는 그 이상인 고강도 콘크리트를 사용할 수 있다.

 

 6.2.3 비배수형 터널에서는 방수목적상 수밀콘크리트를 사용하여야 하며, 이 경우 재령 28일 강도는 270kg/㎠ 이상이 되도록 하여야 한다.

 

 6.2.4 현장여건에 따라 프리캐스트 라이닝도 적용할 수 있다.

 

6.3 콘크리트 라이닝의 형상 및 두께

 

 6.3.1 콘크리트 라이닝의 형상은 소요 내공단면을 포함하며 국부적으로 과도한 응력집중 방지와 휨모멘트가 적게 발생하도록 급격한 만곡, 모서리, 요철 등을 피하여야 한다.

 

 6.3.2 지반조건이 불량한 경우에는 인버트 설치가 요구되며 심한 편토압을 받는 경우는 두께를 증가시키거나 철근 등으로 콘크리트 라이닝의 강성을 증대시키는 방안을 검토하여야 한다.

 

 6.3.3 콘크리트 라이닝의 두께는 터널 단면의 크기와 형상, 지반조건, 작용 하중, 수압, 사용재료, 시공법 등을 고려해서 결정하여야 한다.

 

 6.3.4 콘크리트 라이닝의 두께는 굴착 단면적 35㎡인 마제형 또는 난형 터널을 기준하여 30cm 정도로 정하는 것을 표준으로 하고 단면적, 지반조건 등 현장여건을 감안하여 증감할 수 있다.

 

 6.3.5 철근으로 보강하여야 할 경우에는 시공성을 고려하여 두께를 산정하고 작용하중에 대하여 충분한 구조적 안전성을 보유하도록 설계하여야 한다. 이 경우 시공이음부에 타설된 콘크리트의 품질을 향상시키고 시공성을 증진시키도록 하는 방안을 강구하여야 한다. 필요에 따라 종방향 철근을 단절시킬수 있되 단절에 따른 보강조치를 취하여야 한다.

 

6.4 인버트 형상 및 설치

 

 6.4.1 원지반의 특성에 따라 터널 단면 형상과 인버트 설치여부를 결정하여야 한다.

 

 6.4.2 특수한 지반에서는 인버트의 타설 시기에 대하여도 검토하여야 하며 특히 지반이 불량한 경우에는 숏크리트에 의한 인버트도 고려해야 한다.

 

 6.4.3 지형 조건상 편압이 예상되는 경우 또한 콘크리트 라이닝이 구조적인 기능을 발휘하는 경우에는 인버트를 설치하는 것을 원칙으로 한다.

 

 6.4.4 인버트는 측벽과 일체가 되어 외력에 안전하게 저항할 수 있는 형상이 되도록 하여야 한다.

 

 6.4.5 인버트의 두께는 지형 및 지반조건에 따라 정하여야 하며 시공성 및 경제성 등도 검토하여야 한다.

 

6.5 균열 방지 대책

 

 6.5.1 콘크리트 라이닝에 유해한 균열이 발생할 염려가 있는 경우에는 균열방지 대책을 강구하여야 하며 외기온도의 영향을 많이 받는 구간은 필요에 따라 콘크리트 타설시 신축 이음부를 설치하여야 한다.

 

 6.5.2 콘크리트 라이닝 균열의 요인은 콘크리트 경화온도 강하에 의한 온도신축, 터널내 온도 변화에 의한 온도신축, 터널내 습도의 저하에 의한 건조수축 등이 있으며 균열 방지 대책으로는 다음의 사항이 검토되어야 한다.

  (1) 숏크리트와 콘크리트 라이닝의 평활한 접속

  (2) 콘크리트 배합시 팽창제, 혼화제, 유동화제 등을 첨가하여 수화열과 건조 수축량을 감소

  (3) 콘크리트 라이닝의 타설순서 조정

  (4) 필요시 누수대책이 고려된 균열유발 줄눈의 설치

  (5) 철근이나 철망 배치 및 섬유보강 콘크리트 사용

  (6) 습윤양생 실시

 

 

제 7 장  터널해석

 

7.1 터널해석의 일반사항

 

 7.1.1 터널 건설에 따른 주변 지반의 거동과 주변시설물에 미치는 영향 및 지보재의 안정성을 사전에 검토하기 위하여 터널해석을 실시하여야 한다. 특히, 해석결과의 분석과 적용에 있어서는 실제의 시공실적 및 경험 등이 반영되어 단순히 해석결과에만 의존하는 설계가 되지 않도록 주의하여야 한다.

 

 7.1.2 해석시 지반조건, 지하수조건, 터널의 형상, 시공방법 및 터널 주변지반의 지보능력을 고려하여야 하며 해석기법은 2차원 해석이나 3차원 해석을 채택할 수 있다. 2차원 해석을 실시할 경우에는 3차원 실제지반 거동을 고려하여야 한다.

 

 7.1.3 해석 수행시 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 해석영역은 터널 굴착에 따른 영향을 충분히 파악할 수 있는 범위로 설정하여야 한다.

  (2) 해석모델은 단계별 굴착의 영향이 포함되도록 하되 터널 측면은 경계요소, 무한요소 등의 탄성경계조건을 부여하는 경우를 제외하고는 터널 굴착폭의 3배 이상, 하부는 터널높이의 2배 이상, 상부는 지표까지를 모델화시키는 것을 표준으로 한다. 단, 상부토피가 매우 큰 경우에는 상부지반조건의 영향이 포함될 수 있는 별도의 모델을 적용할 수 있다.

  (3) 해석시 사용하는 지반 특성치들은 해당 지반의 시험결과를 사용하여야 한다. 단, 공사의 규모 또는 현장 여건상 시험 결과를 얻을 수 없는 경우에는 유사지반의 지반특성치를 아주 제한적으로 준용할 수 있다. 이 경우에는 경험이 풍부한 기술자의 판단에 의해 지반특성치들이 결정되어야 한다.

  (4) 해석에 사용되는 프로그램은 그 적합성이 확인된 것으로써 지반의 거동을 적절히 해석할 수 있는 기능을 보유한 프로그램이어야 하며 굴착단계에 따른 지반, 지보재의 변형 및 응력변화를 계산하여 터널설계에 반영할 수 있는 것을 사용하여야 한다.

 

7.2 하중

 

 7.2.1 터널의 주지보재 또는 콘크리트 라이닝에 작용하는 하중으로는 지반압, 수압, 상재하중, 편압, 크리프 압력(creep pressure), 온도하중, 공기압 등이 있으며 지반조건, 터널 단면의 형상과 크기, 토피, 시공방법, 지보재 및 콘크리트 라이닝의 시공시기, 방수 및 배수 형식 등을 고려하여 하중조합을 결정하여야 한다.

 

 7.2.2 하중 산정시에는 다음을 고려하여야 한다.

  (1) 주지보재나 콘크리트 라이닝에 작용하는 지반압의 크기는 초기응력(initial stress), 지반조건, 터널단면의 크기, 터널 상부 지반의 두께, 굴착공법, 굴착방법, 지보재, 콘크리트 라이닝의 시공시기 등을 고려하여 결정하여야 한다.

  (2) 비배수형 터널은 콘크리트 라이닝 해석시 수압을 고려하여야 한다. 배수형 터널일 경우에는 지반조건과 터널내 배수시설의 용량 및 기능을 평가하여 충분한 배수기능을 발휘하도록 배수시설을 설계하여야 한다.

  (3) 터널 상부에 구조물이나 도로 등에 의한 하중이 작용하는 터널에서는 상재하중의 영향을 설계에 고려하여야 한다.

  (4) 지형, 지질, 기타 등의 이유로 터널에 편압이 작용할 우려가 있는 경우에는 편압의 상태와 이에 대한 조치에 대하여 고려하여야 한다.

  (5) 갱구부에 대해서는 지역적 특성, 터널 상부 지층의 두께, 지형, 지반조건 등에 따라 지진의 영향이 예상되는 경우에는 이의 영향을 설계에 반영할 수 있다.

  (6) 크리프 압력은 장기간에 걸쳐 발생되는 압력으로서 지반의 시간 의존성 특성을 고려하여 산정하며 일시적인 지보인 경우에는 해석시 고려하지 않아도 된다.

  (7) 온도 변화 예상되어 구조물에 기능상 영향을 미친다고 판단되는 경우에는 온도하중을 고려하여야 한다.

  (8) 공기압이 터널의 안정성에 영향을 줄 경우에는 이를 고려하여야 한다.

 

7.3 해석방법

 

 7.3.1 수치해석 기법을 이용할 경우에는 공학적으로 공인되어 널리 사용되고 있으며, 대상 지반 및 설계조건들을 적절히 모사(simulation)할 수 있고 지반의 거동을 적절히 해석할 수 있는 기능을 보유한 해석프로그램을 이용하여야 한다.

 

 7.3.2 이론해석 방법은 계산이 간편하여 시간을 절약할 수 있으나 한정된 가정조건하에서만 해석이 가능하기 때문에 수치해석, 계측결과 등의 설계, 시공사례의 분석을 통하여 유사한 결과를 보일 경우에 한하여 사용할 수 있다.

 

 7.3.3 표준지보패턴에 대한 해석은 다음에 준한다.

  (1) 표준지보패턴은 강지보재, 숏크리트, 록볼트, 철망 등으로 구성되며 해석에 있어서는 각 시공단계를 반영하여야 한다.

  (2) 표준지보의 해석절차는 다음과 같다.

   ① 지반의 역학적 모델화

   ② 초기 응력의 결정

   ③ 시공 단계별 해석

   ④ 해석 결과의 분석 및 평가

  (3) 강지보재는 숏크리트가 제 기능을 발휘할 때까지 지보의 역할을 수행하는 것으로써 해석시에는 이를 고려하지 않아도 좋으나 필요시 이의 지보능력을 설계에 반영할 수 있다.

  (4) 숏크리트는 시공단계에 따라 연한 상태와 강한 상태로 구분하여 설계에 반영하고 재료 특성치를 고려하여야 한다.

  (5) 록볼트는 지반과의 부착을 고려하여야 하고, 굴착공동의 크기 및 지반조건에 따라 그 길이 및 수를 조정하여 해석하도록 한다. 또한 피리스트레스를 도입할 경우에는 그 효과를 해석에 반영하여야 한다.

  (6) 철망은 숏크리트가 지반과 밀착되도록 할 뿐만 아니라 숏크리트 속에 매입됨으로써 숏크리트의 보강재 역할을 담당하지만 해석시에는 이를 고려하지 않는 것을 원칙으로 하며, 정밀 해석이 요구될 경우에는 철망의 구조적 기능을 고려하여 설계할 수 있다.

 

 

제 8 장  배수 및 방수

 

8.1 설계일반

 

 8.1.1 터널은 지하수의 처리 방법에 따라 배수형과 비배수형으로 구분한다.

 

 8.1.2 배수형 터널은 터널로 유입되는 지하수를 배수하는 터널로서 배수방법에 따라 다음과 같은 세가지 형식으로 구분하여 설계에 반영할 수 있다.

  (1) 완전 배수형 : 터널내부의 전주면으로 배수를 허용하는 형식

  (2) 부분 배수형 : 쾌적한 공간을 제공할 목적으로 터널 천단과 측벽에만 방수막을 설치하여 유입수를 한곳으로 유도하여 배수하는 형식

  (3) 외부 배수형 : 유해 지하수로부터 터널 내부 시설물이나 콘크리트 라이닝을 보호하기 위하여 콘크리트 라이닝 외부 전체를 방수막으로 둘러싸고 그 밖으로 배수로를 설치하여 배수하는 형식

 

 8.1.3 비배수형 터널은 지하수가 터널내부로 유입될 수 없도록 완전히 차단하는 방수형식으로서 지하수를 배수시키지 않으므로 콘크리트 라이닝에 지하수위 조건에 따른 수압이 작용된다.

 

8.2 배수형식의 선정

 

 8.2.1 배수형식의 선정은 터널의 구축 목적, 지반조건, 지하수 조건, 안정성, 경제성, 시공성 등을 고려하여 선정하여야 한다.

 

 8.2.2 배수형 터널 선정시 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 지반조건이 양호하여 유입수가 적은 반면 지하수위가 비교적 높은 지역에 대하여는 배수형 터널을 채택하는 것이 바람직하다.

  (2) 지하수위가 비교적 높은(수압 4kg/㎠ 이상 정도)경우에는 터널의 안정성을 감안하여 배수형 터널을 채택하는 것을 원칙으로 한다.

  (3) 주변지반의 여건상 과다한 유입수가 예상되는 지역에 터널을 구축해야 하는 경우 유입수의 양수를 위한 유지관리비용의 절감을 위하여 터널주위 지반에 차수 그라우팅을 실시하여 유입수를 최대한 줄인 후에 배수형을 채택할 수 있다.

 

 8.2.3 비배수형 터널 선정시 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 지하수의 저하로 인하여 터널주위의 지반에 침하가 발생되고 인근 시설물에 영향을 미쳐 사회??경제적인 손실 발생이 우려되어 지하수위를 보전해야 하는 경우에는 비배수형 터널을 채택하여야 한다.

  (2) 차수공법으로는 지하수의 유입량을 감소시킬 수 없어 배수형으로서 고가의 유지비를 장기간 지불하여야 할 경우에도 비배수형 터널을 채택할 수 있다.

  (3) 비배수형 터널은 방수기술상의 제한 때문에 작용수압이 4kg/㎠이하인 지역에서만 채택하는 것을 원칙으로 한다.

 

8.3 배수방법의 세부사항

 

 8.3.1 부분배수형 터널의 경우 숏크리트와 콘크리트 라이닝 외부에 설치되는 방수막 사이에 부직포를 설치하여 터널 측벽 하단으로 유입수를 유도하며, 사용 부직포는 유입 지하수를 충분히 배수 시킬 수 있는 기능을 갖추어야 한다.

 

 8.3.2 세립분이 함유된 지반에서는 부직포의 막힘현상 발생가능성을 검토하고 필요에 따라 부직포의 두께를 증가시키거나 드레인 보드를 사용하여 터널의 내구연한 동안 충분한 통수능력을 확보할 수 있도록 하여 콘크리트 라이닝에 수압이 작용하지 않도록 하여야 한다.

 

 8.3.3 터널내의 유입수 처리는 터널 사용목적에 따라 적절히 처리 되도록 하여야 하며 일반적으로 중앙집수관 또는 측방배수관에 의해 배수하는 것을 원칙으로 한다. 또한 배수상태 점검이나 청소가 가능한 시설을 일정한 간격으로 설치하여야 한다.

 

 8.3.4 부직포를 통해 집수된 지하수를 배수하는 측방배수관은 직경 100mm이상의 유공관을 사용하여야 한다.

 

 8.3.5 인버트의 중앙부 또는 측방에 설치하는 주배수관은 콘크리트관, 아연도강관, THP관 등을 사용할 수 있다. 이러한 주배수관의 직경은 200mm이상이 되어야 하며 THP관을 주배수관으로 사용할 경우에는 외력으로부터 관을 보호할 수 있는 조치를 취하여야 한다.

 

 8.3.6 콘크리트 라이닝에 누수가 발생할 경우에 대비하여 적절한 재수 처리 시설을 갖추도록 하여야 한다.

 

 8.3.7 시공중에도 유입되는 지하수를 배수할 수 있는 적절한 배수시설을 갖추도록 하여야 한다.

 

8.4 방수방법의 세부사항

 

 8.4.1 부분 배수형, 외부 배수형, 비배수형의 방수방법으로는 숏크리트와 콘크리트 라이닝 사이에 방수막을 설치하여 유입수를 차단하는 방법을 채택한다.

 

 8.4.2 방수재료는 내구성, 인성 및 유연성이 풍부하고 콘크리트 라이닝 시공에 의해 파손되지 않아야 하며, 두께가 2mm이상이 되어야 한다.

 

 8.4.3 콘크리트 라이닝에 철근을 배근하는 경우, 철근의 이음부에는 방수막을 보호할 수 있는 조치를 취하여 방수막 파손을 방지하여야 한다.

 

 8.4.4 터널과 수직갱, 개착부, 분기부 등과의 접합부에 대한 접합 및 방수 상세를 제시하여야 한다.

 

 8.4.5 비배수형 터널의 경우 방수막과 함께 콘크리트 라이닝의 재료로서 수밀 콘크리트를 사용하여 수밀성을 유지 하여야 한다.

 

 8.4.6 콘크리트 라이닝의 시공 이음부 및 수축, 팽창 이음부에는 지수판을 설치하여야 한다.

 

8.5 허용누수량

 

 8.5.1 터널의 방수설계에 있어서는 터널의 용도에 적합한 방수등급을 정하고 각 방수 등급별로 <표8.5.1>과 같은 누수량을 허용할 수 있다. 단, 발주자의 여건에 따라 본 표에 규정한 값을 조정하여 적용할 수 있다.

 

<표 8.5.1.> 터널의 방수 등급별 허용누수량

방수 등급	내부상태	용도	상태정의	터널연장을 기준한 허용누수량 (ℓ/㎡/day)
				10m	100m
1	완전건조	주거공간, 저장실, 작업실	벽면에 수분의 얼룩이 검출되지 않을 정도의 누수상태	0.02	0.01
2	거의건조	동결위험이 있는 교통터널, 정거장 터널	벽면의 국부적인 장소에 약간의 수분얼룩이 검출될 수 있는 정도, 수분의 얼룩을 건조한 손으로 접촉하여도 손에 물이 묻지 않을 정도, 흡수지 또는 신문지를 붙여보아도 붙여진 부분이 습기로 인해 변색되지 않을 정도의 누수	0.1	0.05
3	모관습윤	방수2등급 이상의 방수가 요구되지 않는 교통터널구간	변면의 국부적인 장소에 수분얼룩이 검출되는 정도, 수분의 얼룩에 흡수지 또는 신문지를 붙였을 경우 습기로 인해 변색되지만 수분이 방울져 떨어지지 않을 정도의 누수	0.2	0.1
4	물방울이 가끔 떨어짐	시설물 터널	독립된 장소에서 물방울이 가끔 떨어지는 정도의 누수	0.5	0.2
5	물방울이 자주 떨어짐	하수 터널	독립된 장소에서 물방울이 자주 떨어지거나 방울져 흐르는 정도	1.0	0.5

 

 

제 9 장  굴착 및 계측

 

9.1 굴착방법

 

 9.1.1 굴착방법에는 인력굴착, 기계굴착, 발파굴착, 파쇄굴착 등이 있으며 굴착방법의 선정에 있어서는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 원지반이 본래 가지고 있는 지지능력을 최대한 보존할 수 있으며 안정성, 경제성 및 시공성이 우수한 굴착방법을 채택하여야 한다.

  (2) 지반조건, 지하수 유입정도, 굴착단면의 크기와 형태, 터널연장, 근접구조물 유무와 주변환경영향(진동, 소음 및 지표침하 등), 보조공법의 적용성을 고려하여야 한다.

 

 9.1.2 인력굴착은 곡괭이, 삽, 착암기 등 간단한 굴착도구를 사용하여 인력으로 굴착하는 방법으로 주로 다음과 같은 조건에서 적용한다.

  (1) 자립시간이 짧은 토사지반을 소규모로 분할굴착하고 조기에 지보재를 설치하여야하는 경우

  (2) 진동영향을 크게 받는 지반을 소규모로 분할굴착하고 조기에 지보재를 설치하여야하는 경우

 

 9.1.3 기계굴착은 쇼벨(shovel), 브레이커(braker) 등 중장비 혹은 TBM이나 쉴드 등 터널굴진 장비를 사용하여 굴착하는 방법으로 설계 시에 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 중장비에 의한 기계굴착은 절리가 심하게 발달한 파쇄암이나 풍화암 등에서 지반이완을 최소화하고 여굴을 억제하는데 적용할 수 있다.

  (2) 굴착 중장비는 지반조건, 주위환경, 터널단면의 크기, 형상 및 연장, 버력처리방법 등을 고려해서 시공성과 경제성 있는 기종으로 선정하여야 한다.

  (3) TBM과 쉴드 터널의 설계는 각각 제13장 및 14장에서 정한 바에 따른다.

 

 9.1.4 발파굴착은 가장 일반적인 암반 굴착방법으로 설계 시에 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 발파굴착은 경제성과 시공성은 양호하나 진동과 소음 등이 수반되기 때문에 지반조건 또는 주변여건에 따라서 적용여부를 결정하여야 한다.

  (2) 발파설계는 지반조건을 고려하여 발파진동으로 인한 터널주변 지반의 이완영역을 최소화하며 평활한 굴착면이 형성되고, 버력의 크기가 적재 및 운반에 적합하도록 수행되어야 하며, 다음 사항을 포함하여야 한다.

   ① 굴착 단면의 크기 및 형상

   ② 심발형식

   ③ 심발공, 발파공 및 주변공의 직경, 배치, 각도 및 천공깊이

   ④ 화약의 종류와 장약량

   ⑤ 뇌관의 형식

   ⑥ 발파순서

   ⑦ 현장 시험발파계획

  (3) 발파설계 시에는 발파진동이나 소음이 주변 환경에 미치는 영향을 고려하여 대책을 수립하여야 하며 엄격한 진동규제를 필요로 할 때에는 방진대책을 제시하거나 미진동 파쇄를 검토하여야 한다.

  (4) 주변에 발파진동으로부터 보호하여야 할 시설물이나 구조물이 있는 경우, 대상 시설물 위치에서의 발파진동 허용치는 입자속도를 기준으로<표 9.1.1>에서 정한 값을 준용하여 설계하여야 한다. 단, 진동에 아주 민감한 특정시설의 진동 규제치는 해당시설의 규제치를 기준으로 설계하여야 한다.

 

<표 9.1.1> 구조물 손상기준 발파진동 허용치

구분	진동예민 구조물	조적식(벽돌, 석재 등) 벽체와 목재로된 천정을 가진 구조물	지하기초와 콘크리트슬래브를 갖는 조적식 건물	철근 콘크리트 골조 및 슬래브를 갖는 중소형 건축물	철근 콘크리트, 철근골조 및 슬래브를 갖는 대형 건축물
	문화재 등	재래가옥, 저층 일반가옥 등	저층 양옥, 연립주택 등	중, 저층 아파트, 중소상가 및 공장	내진구조물, 고층아파트, 대형 건물 등
허용입자  속도 (㎝/sec)	0.3	1.0	2.0	3.0	5.0

 

  (5) 발파지점 주변의 주민에 대한 생활공해방지를 위한 발파진동 허용치는 환경부 제정 `진동과 소음에 관한 규정'을 준용한다. 단, 가축사육장, 양식장, 정밀기계공장 등에 대한 인접공사의 경우에는 해당 전문가의 자문을 얻어 발파진동 허용치를 정하여야 한다.

 

 9.1.5 파쇄굴착은 저진동으로 암을 파쇄굴착하는 방법으로 인력굴착방법을 적용할 수 없는 견고한 암반에서 기계 또는 발파굴착을 채택하기 어려운 경우에 적용한다.

 

 9.1.6 점착력이 적거나 파쇄 혹은 팽창성 등이 심하여 굴착면의 자립시간이 짧은 지반에서는 막장의 안정을 위한 보조공법을 다음과 같이 적용하여야 한다.

  (1) 막장 안정을 위한 보조공법에는 훠폴링, 파이프 루프, 막장면 숏크리트 타설, 막장면 록볼트 타설, 주입공법 등이 있으며 지반조건, 지하수 유입 정도, 굴착단면의 크기 등을 고려하여 보조공법을 선정하여야 한다.

  (2) 보조공법은 터널표준시방서 8장을 참조하여 시공방법과 잘 부합되도록 선정하여야 한다.

 

9.2 굴착방법

 

 9.2.1 터널의 굴착공법은 일반적으로 다음 <표 9.2.1>과 같이 분류할 수 있으며, 막장의 자립성, 원지반의 지보능력, 지표면 침하의 허용값 등을 충분히 조사한 후에 시공성과 경제성을 고려하여 원칙적으로 다음 사항을 근간으로 선정하여야 한다.

  (1) 전단면굴착은 지반의 자립성과 지보능력이 충분한 경우에 적용할 수 있으며, 주로 지반상태가 양호한 중소단면의 터널에서 적용할 수 있다.

  (2) 수평분할굴착은 주로 지반상태가 양호하고 단면적이 큰 경우에 시공성을 높이기 위하여 적용하거나, 지반상태가 다소 불량한 경우에 막장의 자립성을 높이기 위하여 적용한다.

  (3) 연직분할굴착은 주로 지반상태가 불량하고 단면적이 큰 경우에 적용할 수 있으며 안전성 측면에서 임시지보재를 설치할 수 있다.

  (4) 선지도갱굴착공법은 주로 단면적이 특히 크거나 하저 통과 등 특수한 조건하에서 막장 전방의 지반 및 지하수상태를 확인하면서 굴착하여야 하는 경우에 적용할 수 있다.

 

<표 9.2.1> 굴착공법의 분류

굴착공법			정의	비고
전단면 굴착			전단면을 1회에 굴착
분할굴착	수평분할굴착	롱벤트	벤치길이 : 3D 굴착	D : 터널의 직경
		쇼트벤치	벤치길이 : 1D∼3D
		미니벤치	벤치길이 : 1D미만
		다단벤치	벤치 수 : 3개 이상
	연직분할굴착		연직방향으로 분할굴착
	선진도갱굴착		단면의 일부분을 먼저 굴착

 

9.3 계측

 

 9.3.1 터널의 안전관리를 위한 계측은 계측항목, 계측위치, 배치간격, 계측기기의 선정과 설치시기, 측정빈도, 결과정리 및 분석 방안의 제시 등을 포함하며, 설계 시 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 계측항목은 터널의 용도, 규모, 지반조건, 주변환경, 시공방법 등을 고려하여 터널의 굴착에 따른 지반 및 주변 구조물의 거동을 파악하고 각종 지보재의 효과를 확인하는 데 적합하도록 선정하여야 한다.

  (2) 계측위치 및 배치간격은 터널의 규모, 지반조건, 시공방법 등을 고려하여 계측목적에 부합되어야 하며 각 계측항목 사이의 상호 관련성을 파악할 수 있도록 선정하여야 한다.

  (3) 계측기기의 선정을 위하여 설계자는 터널 안정관리상 요구되는 기기의 정도와 내구연한을 제시하여야 한다.

  (4) 계측기기의 설치시기 및 측정빈도는 터널굴착에 따른 지반 및 지보재의 거동을 충분히 파악 할 수 있도록 계획하여야 한다.

  (5) 측정 결과정리방안은 계측결과를 일목요연하게 확인할 수 있도록 제시하여야 하며, 분석방안은 계측항목별 측정치를 상호 비교하여, 지반거동과 지보재 효과의 상관성에 따른 터널의 안정성을 검토할 수 있도록 제시하여야 한다.

 

 9.3.2  계측은 일상적인 시공관리를 위한 일상계측과 지반거동의 정밀분석을 위한 정밀계측으로 구분하여 계획을 수립하여야 한다.

 

 9.3.3 일상계측은 일상적인 시공관리상 반드시 실시해야 할 항목으로서, 터널내관찰조사, 내공변위 측정, 천단침하 측정 등을 포함하며, 토피가 얕은 도심지에서는 지표침하 측정을 일상계측에 추가할 수 있으며, 설계 시 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 터널내 관찰조사는 매 굴진 막장마다 실시하는 것을 표준으로 하되, 지반상태에 따라 유지관리시의 기초자료인 터널지질도를 작성하는데 필요한 최소한의 빈도로 조정할 수 있다.

  (2) 내공변위 및 천단침하 측정의 측선을 20m 간격을 표준으로 하되, 갱구부 50m 구간과 토피가 터널 직경의 2배 이하인 구간은 10m 간격을 표준으로 한다.

  (3) 지반조건이 불량한 구간이나 변화가 심한 구간에 대하여는 계측간격을 표준간격보다 좁히고, 지반조건이 양호하고 구간 내에서 지반변화가 적을 때에는 계측간격을 표준간격보다 넓혀서 계획할 수 있다.

  (4) 내공변위의 측선 수는 <그림 9.3.1>을 기준으로 하여 배치하되 갱구 부근, 편압 예상구간 등은 필요에 따라 조정할 수 있다.

 

54 페이지 <그림 9.3.1>

 

  (5) 천단침하는 내공변위 측정과 동일단면에 배치하고 그 측점은 터널의 천단부 중심점에 설치하는 것을 원칙으로 한다.  터널이 전체적으로 침하하는지를 확인하기 위해서는 천단침하와 더불어 터널의 하단부 침하량을 측정하는 것이 바람직하다.

  (6) 일상계측으로서 지표침하 측정이 필요한 경우에는 측점을 내공변위 측정과 동일한 단면의 터널 중심선상의 지표면에 배치하고 터널 축에 직각방향으로 여러 개의 측점을 거리별로 배치한다.  이때 가장 바깥쪽의 측점은 가능하면 터널 굴진의 영향을 받지 않는 부동점이 되도록 계획하여야 한다.

 

 9.3.4 정밀계측은 지반조건 또는 주변여건에 따라 정밀한 지반 및 구조물의 거동을 관찰할 목적으로 일상계측에 추가하여 선정하는 항목으로서, 지중변위 측정, 록볼트 축력 측정, 숏크리트 응력 측정, 지중침하 측정 등을 포함하며, 갱구부 또는 특정 구조물 주변지반의 수평변위의 측정이 필요한 경우에는 지반경사측정을 정밀계측 항목에 추가할 수 있으며, 설계 시 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 정밀계측 측선의 간격은 500m 간격으로 배치하는 것을 표준으로 하되, 터널의 규모나 지반 및 주변 조건 등에 따라 조정할 수 있으며, 가능한한 설계 시의 터널해석 구간에 설치하여 해석결과와 시공시의 계측결과의 비교검토가 되도록 하여야 한다.

  (2) 지중침하 측정 위치는 터널 중심선상의 지표면 또는 측정이 요구되는 지점에 배치하고 깊이 별로 여러 개의 측점을 계획하여야 한다.

  (3) 정밀계측의 여러 항목 중, 계기를 터널 내에 설치할 필요가 있는 항목(지중변위측정, 록볼트 축력 측정, 숏크리트 응력 측정 등)에 대해서는 1단면마다 3-5점을 표준으로 터널의 설계패턴에 따라 효과적인 계측이 가능하도록 적절한 위치에 배치하여야 한다.

  (4) 설계자는 상기 항목 이외의 지하수위 측정, 간극수압측정, 시설물 경사도 측정, 시설물 균열폭 측정, 발파진동 및 소음 측정 등 터널공사에 수반되는 제반영향을 검토할 필요가 있는 경우의 특정계측에 대한 계획을 제시할 수 있다.

 

 9.3.5 설계자는 계측의 허용오차, 계측기기의 정도, 내구성, 설치시기, 측정기간 및 빈도, 계측기의 유지관리, 계측결과의 정리 및 분석방안, 계측관리 기준치 등 계측기기 선정, 계측수행 및 분석에 필요한 제반 사항을 포함한 공사시방서를 작성하여야 한다.

 

 9.3.6 터널시공이 인접 구조물에 영향을 미칠 가능성이 높은 경우, 특수한 구조의 터널, 산사태나 지반거동의 가능성이 있을 경우, 지하수위와 지질학적인 문제 예상지역 등 터널완공 후 주변여건 및 지반조건상 터널 및 주변에 악영향이 예상되는 경우에는 준공 후 유지관리시의 안전성 확보를 위한 장기계측계획을 수립하여야 한다.

 

 

제 10 장  갱구부

 

10.1 갱구부설계 일반

 

 10.1.1 갱구부는 일반적으로 갱문 구조물 배면으로부터 터널길이 방향으로 터널직경의 1-2배 정도의 범위 또는 터널직경 1.5배 이상의 토피가 확보되는 범위까지로 정의한다. 단, 원지반 조건이 양호한 암반층 또는 붕적층, 충적층 등의 미고결층에서는 별도의 구간을 갱구 범위로 정의할 수 있다.

 

 10.1.2 갱구부는 일반부와는 달리 지형, 기상, 입지조건, 근접시설물 등의 외적조건에 크게 영향을 받기 때문에 이것들을 고려하여 구조 및 시공법을 선정하여야 한다.

 

 10.1.3 갱구부의 설계에는 아래의 사항들을 검토하여야 한다.

  (1) 갱구의 위치 및 설치방법

  (2) 갱구부의 범위

  (3) 갱구부의 굴착공법, 지보구조, 보조공법과 콘크리트 라이닝 구조

  (4) 갱구사면의 안정검토와 필요한 사면 안정공법

  (5) 갱구사면의 지표수 및 지하수 배수 대책

  (6) 기상재해의 가능성과 필요한 대책공법

  (7) 갱구주변의 구조물에 미치는 영향

 

10.2 갱구부 설계

 

 10.2.1 갱구부의 위치는 지형이나 기상의 영향을 크게 받으므로 지형과 터널 중심 축선과의 위치관계에서 다음과 같은 특성을 고려하여야 한다.

  (1) 터널 중심축선은 지형 경사면과 가급적 직교하도록 하여야 하며, 이 경우 경사면 하단보다 상부지역에 갱구부가 계획될 때에는 공사용 도로를 확보하도록 하여야 하고 인접 구조물과의 관계 등도 고려하여야 한다.

  (2) 터널 중심축선이 지형 경사면에 대하여사각(斜角) 진입하는 경우에는 비대칭의 절취 경사면이나 갱문이 형성되게 되므로 횡방향 토피 확보 여부와 편토압에 대한 검토를 하여야 한다.

  (3) 터널 중심축선과 지형경사면이 평행한 경우는 가급적 피해야 하며, 골짜기쪽의 토피가 극단적으로 얇아질 경우가 있으므로 전구간에 걸쳐 편토압에 대한 검토와 이에 대한 대책을 수립하여야 한다.

  (4) 골짜기에는 일반적으로 지질구조대가 발달하고 있어 애추 등 미고결층이 두텁게 분포되어 있고 지표수 유입과 지하수위가 높을 때가 많으므로 터널 중심축선이 골짜기로 진입하는 경우는 최대한 피하여야한다.  부득이하게 계획되었을 경우는 지표수 배수처리를 각별히 고려하여야 하며 낙석, 산사태, 눈사태 등의 자연재해 발생 가능성에 대비하여야 한다.

 

 10.2.3 갱구부의 위치는 절토사면의 안정과 자연 지형 보존을 위하여 절토를 최소화 할 수 있는 위치로 선정하여야 하며 갱구위치별의 절토량에 대한 경제성, 시공성, 환경영향 등을 비교 검토하여야 한다.

 

 10.2.4 갱구부의 설계에 있어서는 사면의 안정성, 지반의 지내력, 터널중심 축선과 사면의 관계, 갱구사면 절토 및 터널의 안정성 등을 검토하여야 한다.

 

 10.2.5 갱구사면의 경사는 지반 조건에 따라 적절히 선정하여야 하며 필요시 사면 안정성 확보를 위하여 표면 보호공법, 활동 억제공법 등의 적절한 보강공법을 적용하여야 한다.

 

 10.2.6 갱구부는 일반적으로 지반의 강도와 고결도가 낮은 경우가 많고 암반층에서도 균열의 발달이 심한 경우가 많으므로 지반의 자체 지보력 확보를 위하여 보다 적극적인 보강공법을 적용하여야 하며, 동일 지반조건에서의 일반 구간에 비하여 다소 보수적인 굴착공법과 지보패턴의 적용을 검토하여야 한다.

 

 10.2.7 토피가 얇고, 지반자체의 지보력 형성이 어려울 것으로 판단되는 경우에는 상재된 전토피 하중이 지보재에 작용하는지 여부를 판단하여 설계하여야 한다.

 

 10.2.8 갱구부는 누수, 결빙 등이 발생하기 쉽기 때문에 적절한 방수 및 배수조치를 하여야 하며 갱구부에 작용하는 하중 및 기상조건에 따른 영향을 고려하여 콘크리트 라이닝의 철근 보강여부, 동상방지층, 제설 및 방설시설의 적용여부를 검토하여야 한다.

 

 10.2.9 갱구부에서는 지진영향에 대한 거동특성이 일반구간과는 다를 수 있으므로 설계시 지진하중의 적용여부를 검토하여야 한다.

 

 10.2.10 갱구부 시공시 지반이완과 사면붕괴가 발생할 위험이 있는 경우에는 터널굴착에 앞서 낙석방지와 사면 안정 대책을 적용 하여야 한다.

 

 10.2.11 터널 중심축선과 경사면의 위치관계에서 3차원 거동이 예상되거나 편토압이 작용되는 경우에는 터널 안정 해석시 이에 대한 검토를 하여야 하며, 안정성이 확보되지 않는 경우에는 압성토와 절토로서 지반압의 균형을 맞추도록 하거나 불균형의 응력 발생에 대비한 보강대책을 적용하여야 한다.

 

 10.2.12 갱구부는 지표부에 과다한 침하와 지표함몰의 가능성이 있으므로 지표부에 침하의 제한이 필요한 시설물이 있는 경우에는 이에 대한 충분한 대책을 검토하여야 하며 필요에 따라 보강공법을 적용 하여야 한다.

 

10.3 갱문설계

 

 10.3.1 갱문의 위치 선정에 있어서는 기상 및 자연재해에 의한 영향을 최소화 할 수 있도록 갱문 배면의 지형, 지반조건, 절토 및 자연사면의 안정성 등을 검토하여야 하며 갱구부 주변의 유지관리 시설과의 관계와 터널외부의 구조물 형식을 고려하여야 한다.

 

 10.3.2 갱문은 지표사면에서의 낙석, 토사붕락, 눈사태, 지표수 유입 등으로부터 갱구부를 보호할 수 있는 기능을 갖도록 하고, 지반조건이 허용하는한 최소 토피구간을 선정하여 자연환경 훼손을 최소화 하여야 하며, 역학적으로 안정한 구조로 하여야 한다.

 

 10.3.3 갱문의 외관과 형상은 터널의 사용목적에 맞고 주변경관과의 조화를 위한 조경계획과 유지관리상의 편의를 고려하여 선정하여야 한다.

 

 10.3.4 갱문의 형식은 면벽형과 돌출형이 있으며 지형 및 지반조건에 따른 각형식의 특징들을 고려하여 선정하여야 한다.

  (1) 면벽형은 구조적으로 중력식과 날개식 등으로 나눌 수 있고 갱문 배면의 지반압을 받는 토류옹벽 구조로 하여야 한다.

  (2) 돌출형은 터널본체와 동일한 내공단면이 터널갱구부에 연속해 지반으로부터 돌출한 형식으로서 그 형상에 따라 파라펫트식, 원통절개식, 벨마우스식 등이 있으며 각 형식별로 장점과 단점이 있으므로 지형 및 지반조건, 주변환경 등을 고려하여 선정하여야 한다.

 

 10.3.5 갱문의 구조 설계는 소요하중 외에 지진, 온도변화, 콘크리트의 건조수축등의 영향을 고려하여야 한다.

 

 10.3.6 갱문 구조물의 일부로서 터널과 연결된 복개식 터널 구조물은 개착 구조물로 간주하여 설계하여야 하며 편토압이 작용할 경우에는 이에 대한 영향을 고려하여야 한다.

 

 10.3.7 갱문구조물과 본선터널의 접합부는 분리구조로 하고 적합한 조인트를 설치하여야 하며, 재질이 서로 다른 두 종류의 방수막이 접합되는 예가 많으므로 방수막 상호간의 접합이 용이한 재료를 선정하여 사용한다. 특히, 접합부에는 누수를 대비하여 구조물 횡방향을 따라 도수로를 설치하여야 한다.

 

 

제 11 장 단면 확폭부 및 분기부

 

11.1 단면확폭부 및 분기부 설계일반

 

 11.1.1 다음의 경우와 같은 단면확폭부와 분기부는 터널 일반부에 비하여 단면이 크고 복잡하며 특수한 형상이 되기 때문에 그 기능과 지반조건을 감안하여 터널과 주변지반의 안정을 충분히 확보할 수 있도록 설계 하여야 한다.

  (1) 철도터널의 역부근 확폭부와 신호소

  (2) 도로터널의 전기실과 비상주차대

  (3) 도로터널의 집진기기실과 환기갱 설치부

  (4) 도로 및 철도터널의 분기 및 합류점

  (5) 지하 저장시설과 지하 발전소 등에서의 연결통로와 수로터널

  (6) 터널간의 연결 터널

  (7) 기타 일반부보다는 확폭된 단면이나 터널간 접속되는 구간

 

 11.1.2 단면확폭부와 분기부는 지반의 조건이 양호하다고 예측되는 위치에 설치하는 것을 원칙으로 한다.

 

 11.1.3 단면확폭부와 분기부는 터널과 주변지반이 역학적으로 충분히 안정하고 그 시공이 경제적이 되도록 확폭부와 분기부의 형상, 시공방법 및 순서, 지보재, 콘크리트 라이닝, 보강공법 등을 검토하여야 한다.

 

11.2 단면확폭부 설계

 

 11.2.1 단면 확폭부는 시공과정에서 단면의 형상이 여러형태로 변화하므로 이를 감안하여 변화된 터널 단면의 안정성을 확인하여야 한다.

 

 11.2.2 확폭범위가 그다지 크지 않을 경우에는 지반 조건을 파악하여 지보패턴의 변경으로 대치할 수 있다. 다만, 이때에는 지보재 증가수량을 합리적으로 산정하여야 한다.

 

 11.2.3 단면 확폭부의 확폭순서는 확폭단면의 크기, 확폭단부의 공간처리, 지반조건, 공기 등을 고려하여 결정하여야 한다.

 

 11.2.4 단면 확폭부가 부득이 하게 지반조건이 불량한 위치에 계획된 경우에는 별도의 상세한 지반조사를 실시하고, 이를 근거로 터널의 안정성 검토를 시행하여야 한다.

 

11.3 분기부 설계

 

 11.3.1 분기부는 터널 단면들이 여러형태로 접속하게 되므로 이를 감안하여 접속된 터널 단면들에 대하여 안정성을 검토 하여야 한다.

 

 11.3.2 분기부의 시공법, 시공순서 및 시공 이격거리는 선행굴진 터널의 지보재 및 주변 지반에 미치는 영향을 충분히 고려하여 결정하여야 한다.

 

 11.3.3 터널이 분기된 경우에는 터널의 크기와 지반조건에 적합한 필러(pillar)의 폭을 유지하여야 한다.

 

 11.3.4 터널 분기시 소요의 필러 폭 확보가 곤란하거나 지반조건이 불량한 경우에는 강성이 충분한 지보재로 필러를 보강하거나 대단면을 이용한 분기를 적용할 수 있다.

 

 11.3.5 분기부가 부득이하게 지반조건이 불량한 위치에 계획된 경우와 분기부의 형상이 특수한 경우에는 별도의 상세한 지반 조사를 시행하여야하며 필요에 따라 3차원 해석을 실시하여 안정성을 확보하도록 하여야 한다.

 

 

제 12 장 수직갱 및 사갱

 

12.1 수직갱 및 사갱의 일반사항

 

 12.1.1 수직갱의 설계는 수직이거나 수직에 가까운 터널에 적용한다.

 

 12.1.2 사갱의 설계는 경사진 터널에 적용한다.

 

 12.1.3 수직갱 및 사갱의 설계시에는 사전에 충분한 지반조사를 실시하여 지반의 상태 및 특성을 파악하여 이를 설계에 반영하여야 한다.

 

 12.1.4 수직갱에서는 특수한 작업기계를 사용하게 되므로 지형 및 지반조건에 적합한 장비를 선정하여 제시하고 지하수유입에 대비하여 안정성, 시공성을 충분히 고려한 계획을 세워야 한다.  특히, 동절기 시공중 지표부근의 누수로 인한 고드름 및 기타 낙하물에 대한 안전대책을 사전에 강구 하여야 한다.

 

 12.1.5 작업용 수직갱을 공사 완성후 타목적으로 전용하지 않는 경우에는 터널 본체 및 지표에 영향을 미치지 않도록 보강, 폐쇄, 매립 등의 적절한 방안을 제시하여야 한다.

 

 12.1.6 사갱의 설계시에는 용도, 지반조건, 버력 및 기자재의 반출입, 터널내부설비, 측량, 시공, 유지보수, 점검시의 안정성 등을 충분히 고려하여 위치, 유효단면, 구배, 수평부의 연장, 수평분기점의 위치, 본 터널과의 교차각도 등을 정하여야 한다.

 

 12.1.7 사갱의 수평부의 연장은 터널내부 설비외에 측량의 정도, 버력설비, 차량의 교체작업 등을 고려하여 정하여야 한다.

 

 12.1.8 사갱과 본 터널과의 교차각도는 직각을 표준으로 하되 연결부의 구조, 시공성, 차량의 선회반경 등 운행조건을 고려하여 교차각도를 별도로 정할 수 있다.

 

 12.1.9 수직갱 및 사갱의 위치는 용도, 지반 및 지형조건, 유입지하수, 연장 및 유지관리를 고려하여 경제적으로 유리한 장소를 선정하여야 한다.  유지관리하여야 할 수직갱의 경우에는 인력 및 장비수송용 승강기를 수직갱내에 설치하여야 한다.

 

 12.1.10 수직갱 및 사갱을 작업용으로 사용하는 경우에는 본 터널과 연결되는 갱저설비의 배치, 측량, 완성후의 처리 등을 고려하여 위치를 선정하여야 한다.

 

 12.1.11 수직갱 및 사갱을 환기, 배수, 비상용 통로 등 본 설비로 사용하는 경우에는 향후 지하시설의 확장에 대비하여 위치를 선정하여야 한다.

 

 12.1.12 수직갱 및 사갱의 굴착대상인 지층에 대수층이 있거나 유입지하수가 많을 것으로 예상되는 경우에는 지하수위저하, 지수, 지반강화 등의 보조공법을 계획하여야 한다.

 

12.2 수직갱

 

 12.2.1 수직갱의 단면결정시 다음사항을 고려하여야 한다.

  (1) 수직갱의 단면은 용도에 따른 소요내공단면, 시공법, 수직갱내에 설치될 제 설비의 배치, 반입기자재의 크기, 지반조건 등을 종합적으로 고려하여 그 크기와 형상을 정하여야 한다.

  (2) 도로터널의 환기용 수직갱은 터널내의 소요환기량을 충분히 확보할 수 있는 단면적을 확보하여야 한다.  수직갱의 단면은 수직갱내 풍속이 20m/sec 이하로 되는 단면으로 결정하여야 한다.

  (3) 도로, 철도터널 등의 작업용 수직갱의 설계시에는 케이지(cage), 스킾(skip)등의 버력처리설비 및 배수관, 환기관, 급기관, 각종 배선류, 비상계단 등의 설치와 반입기자재의 크기 등을 종합적으로 검토하여 단면을 결정하여야 한다.

  (4) 지보시공후의 수직갱 유효단면은 지하시설 건설공사를 가장 경제적으로 수행하기 위한 시간당 버력, 인원, 소요자재 운반량과 반입될 장비, 설비의 크기, 시간당 환기량과 각종 설비, 지반조건을 고려하여 결정하여야 한다.

 

 12.2.2 수직갱의 굴착방법 설계시에는 다음사항을 고려하여야 한다.

  (1) 수직갱의 굴착공법은 전단면 하향굴착, 전단면 상향굴착, 선진도갱 확대굴착으로 구분되며 수직갱의 용도, 심도, 단면크기, 지반조건, 입지조건, 공사기간, 공사비 등을 종합적으로 검토하여 적절한 굴착공법 및 버력반출방법 등을 선정하여야 한다.

  (2) 굴착방법으로서 인력 또는 발파방법외에 기계굴착방법도 고려할 수 있다.

  (3) 수직갱내 발파계획은 지반조건, 지하수위, 굴착단면의 크기, 암질, 굴진장 등을 고려하여 수립하여야 한다.

 

 12.2.3 수직갱의 지보재의 설계시 다음사항을 고려하여야 한다.

  (1) 수직갱의 시공법은 라이닝 또는 강지보재가 주지보재인 공법과 록볼트 및 숏크리트가 주지보재인 공법으로 나눌 수 있으며 지보재는 지반조건, 함수대 유무, 단면형태, 심도, 시공법, 라이닝의 시기 등을 고려하여 안전하고 능률적으로 터널 내부 작업을 수행 할 수 있도록 설계하여야 한다.

  (2) 강지보재가 주지보재인 공법에서는 강지보재의 크기와 간격 결정시 수직갱 단면의 크기 및 지반조건 등을 고려하여야 한다.  지반이 양호한 경우에는 강지보재를 록볼트와 철망으로 대체할 수 있다.

  (3) 숏크리트, 록볼트, 강지보개 등의 지보재의 설계는 제5장 터널지보재에서 정하는 바를 따른다.

  (4) 숏크리트의 탈락방지를 위해 철망이나 섬유보강 숏크리트를 사용하여야 한다.

 

 12.2.4 수직갱의 라이닝 설계시에는 다음사항을 고려하여야 한다.

  (1) 라이닝에 사용되는 재료는 터널의 사용목적에 적합한 것이어야 하며 일반적으로 콘크리트가 사용되지만 지반조건에 따라 콘크리트 블록(concrete block), 세그먼트(segment), 라이너플레이트(liner plate) 등이 사용될 수 있다.

  (2) 라이닝의 길이 및 두께의 설계는 수직갱의 용도에 적합한 단면의 크기 및 형상, 지반특성, 심도, 작용하중, 라이닝 재료, 시공법, 시공성, 기존 시공실적 등을 고려하여 결정하여야 한다.

  (3) 지질구조가 복잡하여 라이닝에 가해지는 작용하중의 정확한 예측이 곤란한 경우 지반압이 균등하게 작용하는 것으로 간주하여 설계하여야 한다.

  (4) 하향굴착시 굴착, 발파, 버력처리후 즉시 측벽을 라이닝으로 유지하는 경우에는 지반압을 라이닝이 전면적으로 받는 것으로 설계하여야 한다. 불량한 지반의 경우에는 측벽붕괴를 방지하기 위해 라이닝 길이를 짧게하고 강지보재를 추가하는 등 대책을 강구하여야 한다.

  (5) 하향 또는 상향굴착시 굴착과 라이닝을 20-30m정도로 교대로 시공하는 경우에는 굴착후 지반변형을 지보재로 일시적으로 방지하고 지반상태에 따라 일정구간 일시에 라이닝을 시공하는 것으로 설계할 수 있다. 라이닝의 설계시 지반압은 라이닝이 받는 것으로 설계하여야 한다.

  (6) 하향 또는 상향굴착시 숏크리트와 록볼트를 시공하는 경우에는 콘크리트 라이닝의 두께는 시공성, 단면의 크기 등을 고려하여 20-40cm로 설계하며 단면의 증감에 따라 두께도 적합하게 증감시켜야 한다.

  (7) 콘크리트 라이닝에 사용되는 콘크리트의 배합은 소요강도, 내구성 및 양호한 시공성을 얻을 수 있도록 설계하여야 한다.

 

 12.2.5 수직갱의 터널바닥설비의 설계시에는 다음사항을 고려하여야 한다.

  (1) 수직갱으 터널바닥설비에는 배수설비와 버력처리설비가 있으며 지반조건, 본 터널의 시공법, 수직갱의 운반방법, 굴진공정 등을 고려하여 그 규모, 용량, 배치 등을 정하여야 한다.

  (2) 배수설비는 예상지하수유입량, 이상출수, 펌프설비의 유지 및 보수, 고장시, 정전시 등을 고려하여 여유를 갖도록 계획하여야 한다.

  (3) 배수설비로서 침전조, 저수조, 배수펌프, 터널내 배수관, 펌프장, 배전실 및 충전실, 재료적치장 등에 대해서도 검토하여야 한다.

  (4) 수직갱 본체에 설치할 각종 부대시설 등은 지반조건, 운반방법 등을 고려하여 그 규모와 배치를 결정하여야 한다.

  (5) 안전설비로서 전화, 점멸장치, 사이렌 등의 비상용 경보장치와 소화기의 설치, 비상용 자재로서 가스마스크 등이 계획되어야 한다.

 

 12.2.6 수직개의 터널외부 설비의 설계시에는 다음사항을 고려하여야 한다.

  (1) 정전시의 배수, 인원의 터널외부 출입을 위한 예비발전설비의 용량은 예상용수량, 터널내 작업인원 등을 고려하여 케이지 권양기 및 배수펌프의 운전이 가능하도록 설비하여야 한다.

  (2) 수직갱내 과도한 지하수유입으로 인하여 배수설비가 침수되는 경우를 대비하여, 인원탈출을 위한 케이지 권양기와 배수펌프의 전선을 별도계통으로 나누어 배선하여야 한다.

 

12.3 사갱

 

 12.3.1 사갱의 구배 및 단면결정시 다음사항을 고려하여야 한다.

  (1) 사갱의 구배는 용도, 연장, 본 터널과 위치관계, 지반조건, 시공법, 공기, 운반방법의 특성, 환기방법 등에 대하여 검토를 하여 정하여야 한다.

  (2) 사갱에서는 설치하는 설비의 반출입, 설치의 용이성, 유지보수, 점검시의 안전성 등을 충분히 고려하여 구배 및 연장을 정하여야 한다.

  (3) 사갱의 단면의 용도, 시공을 위한 운반설비, 작업용 통로 및 공사용 제설비의 배치 등을 종합적으로 고려하여 크기와 형태를 정하여야 한다.

  (4) 작업용 사갱의 단면은 버력반출설비, 배수관, 환기관, 급기관, 각종 배선류와 반입기자재의 크기 등을 종합적으로 검토하여 정하여야 한다.

  (5) 배수관은 지하수유입의 상태에 따라 증설의 필요성이 발생하므로 여유를 갖는 배치가 되도록 내공단면을 확보하여야 한다.

 

 12.3.2 사갱의 굴착방법 설계시에는 다음사항을 고려하여야 한다.

  (1) 구배 및 유효단면에 적합한 굴착, 보강, 운반, 환기, 배수 방법을 확립하여야 한다.

  (2) 사갱의 굴착공법은 전단면하향굴착, 전단면상향굴착, 분할굴착, 선진도갱 확대굴착 등으로 구분되며 사갱의 용도, 연장, 구배, 단면의 형태 및 크기, 지반조건, 입지조건, 굴착방향, 공사기간, 공사비 등을 종합적으로 검토하여 적절한 굴착공법 및 버력반출방법 등을 선정하여야 한다.

  (3) 굴착방법으로서 인력 또는 발파방법외에 기계굴착방법도 고려할 수 있다.

  (4) 사갱내 발파계획은 지반조건, 지하수위, 굴착단면의 크기, 암질, 굴진장 등을 고려하여 수립하여야 한다.

 

 12.3.3 사갱의 지보재 설계시에는 다음사항을 고려하여야 한다.

  (1) 지보재는 시공법, 지반조건 등을 고려하여 굴착후 지반의 자체 지보능력이 발휘될 수 있도록 설계하여야 한다.

  (2) 강지보재는 사갱의 직각방향, 연직방향, 직각방향과 연직방향의 중간방향으로 설치할 수 있으며 초기응력 및 지반상태를 고려하여 가장 적합한 방법을 선택하여야 한다.

  (3) 지보재와 지보패턴은 수평터널의 경우에 준하여 설계하되 수평터널의 지보재보다 다소 보수적인 지보가 이루어지도록 계획하여야 한다.

 

 12.3.4 사갱의 라이닝의 설계시에는 다음사항을 고려하여야 한다.

  (1) 라이닝의 설계는 사갱의 용도, 구배, 지반조건, 시공법, 시공시기 등을 고려하여 행하여야 한다.

  (2) 라이닝의 설계는 수평터널의 설계에 준하지만 특별히 급구배의 사갱이나 수압관로의 라이닝에 대해서는 주변지반의 상태에 따라 적절한 두께와 구조를 확보하도록 하여야 한다.

  (3) 라이닝의 설계두께는 목적에 적합하도록 단면의 형태와 크기, 라이닝에 작용하는 하중, 지반조건, 라이닝재료, 시공성 등을 고려하여 정하여야 한다.

  (4) 라이닝의 두께는 일반적인 조건에서는 수평터널과 동일한 두께를 표준으로하나 내압이 작용하는 사갱에 있어서는 하중의 크기에 적절한 두께를 정하여야 한다.

  (5) 콘크리트 라이닝에 사용되는 콘크리트의 배합은 소요강도, 내구성, 양호한 품질과 시공성을 얻을 수 있도록 설계하여야 한다.

 

 12.3.5 사갱의 터널바닥설비의 설계시에는 다음사항을 고려하여야 한다.

  (1) 사갱내부의 터널바닥설비는 지반조건, 본 터널의 시공법, 사갱의 운반방법 등을 고려하여 그 규모, 용량, 배치 등을 정하여야 한다.

  (2) 버력처리 설비는 벨트콘베어방법, 레일방법, 타이어방법이 있으며 구배, 연장, 접속터널의 운반방법, 안전성, 능률 등을 고려하여 선정하여야 한다.

  (3) 배수설비는 예상지하수유입량, 이상출수, 펌프설비의 보수, 고장시의 예비, 정전시 등을 고려하고 양정, 용량 등에 충분한 여유를 두도록 설비용량을 정하여야 한다.

  (4) 배수설비로서 사갱바닥의 침전조, 저수조, 배수펌프, 터널내부의 배수관, 펌프실의 규모, 터널외부의 유량계, 예비발전설비 등을 검토하고 이들 설비들을 유기적으로 연결하는 연락터널, 충전실, 재료적치장 등에 대해서도 검토하여야 한다.

 

 12.3.6 사갱의 터널외부 설비의 설계시에는 자재운반용 권양기와 정전시 및 이상시 등에 대비한 예비발전설비가 계획되어야 한다.

 

 

제 13 장  TBM 터널

 

13.1 계획

 

 13.1.1 본 절에 기술되지 아니한 사항에 대해서는 제2장 계획편에서 정하는 바를 따른다.

 

 13.1.2 선형 계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) TBM 공법의 평면선형은 가능한 직선이 되도록 하고 지반 및 지형조건, 터널 입구부의 입지조건, 장비의 특성, 터널 인접구조물 등을 고려하여 결정하여야 한다.

  (2) 노선은 TBM굴진 효율을 고려하여 토사지반, 단층파쇄대, 팽창성지반 등을 가급적 피하고 균질한 지반을 통과하도록 계획하여야 한다.

  (3) TBM 터널의 최소곡선반경은 TBM의 구경, 구조 및 특성, 현장여건, 후속대차의 회전반경을 감안하여 결정하여야 한다.

  (4) 평면선형이 급한 각도로 변화하거나 극단적으로 작은 곡선반경 또는 도중에 다른 터널과 접속하는 경우는 이에 대한 대책을 마련하여야 한다.

  (5) 터널 갱구부의 위치는 TBM부속설비 설치에 필요한 공간계획을 감안하여 선정해야 한다.

 

 13.1.3 구배 계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) TBM 터널의 구배는 사용목적, 유지관리, 시공성을 고려하여 결정하여야 한다.

  (2) 구배계획은 TBM의 굴진 효율 향상 및 시공중의 용수가 자연유하 되도록 0.2이상으로 하며, TBM굴진 방향은 가급적 상향구배가 되도록 하여야 한다.

   ① 구배를 하향구배로 계획시에는 터널내의 배수 및 굴진 능률저하 등을 고려하여야 한다.

   ② 터널의 용도나 지반 및 환경조건 등에 의해 구배가 2%를 넘을 경우는 TBM의 굴진효율 저하를 고려하여 공사기간을 재검토하여야 하며, 특히 버력처리를 위한 운반장비의 견인력과 제동력에 대하여도 고려하여야 한다.

  (3) 수로터널의 경우 목적에 적합한 통수량, 통수단면적, 유속 등 상호관계를 고려하여 구배계획을 세워야 한다.

 

 13.1.4 내공단면 계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) TBM 터널의 내공단면은 용도에 따라 소요의 단면적을 결정하여야 하며 시공중 TBM 크기의 변경불가, TBM의 굴진오차, 사용장비의 규격, 설계 소요단면, 변형여유량, 지보 및 라이닝 두께 등도 고려하여야 한다.

  (2) 내공단면의 허용 시공오차 크기는 허용변위량, 지보 및 라이닝의 시공편차, 터널의 용도, 구조물의 특성 등을 고려하여 그 크기를 합리적으로 결정하여야 한다.

 

 13.1.5 TBM 기종은 장비의 효율 및 작업여건을 고려하여 경제적이고 시공성이 좋은 기종으로 선정하여야 하며, 노선의 암반조건에 적합한 것이어야 한다.

 

 13.1.6 TBM 터널에서는 효율적인 굴착이 이루어질 수 있도록 TBM 조작자와 지질기술자 등의 상호 협조가 유지될 수 있는 현장운영조직을 계획하여야 한다.

 

 13.1.7 TBM 작업장의 설계시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 조립장의 규모는 TBM 및 후속대차의 조립에 지장이 없도록 결정하여야 하며 경제적인 설계가 되도록 계획하여야 한다.

  (2) 환기설비, 수전설비, 급수 및 배수설비, 커터숍(cutter shop), 레일조립장, 침전지, 급기설비 등 각종 가시설의 기능과 규모 등을 감안한 공간계획을 하여야 한다.

  (3) 암버력의 발생량을 산정하여 작업장내에서의 버력처리 계획을 수립하여야 한다.

 

 13.1.8 버력처리계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 버력처리를 위한 장비계획은 공사기간, 버력 발생량, 터널내부 환경 등을 감안하여 수립하여야 한다.

  (2) 장비 계획시 가급적 굴착과 동시에 굴착량 전부를 터널외부로 반출할 수 있는 운반체계로 결정하여야 한다.

  (3) 3km 이상의 장대 터널일 경우는 운반차의 교행구간을 적절히 계획하여야 한다.

 

 13.1.9 부속설비 계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 환기설비, 수전설비, 전력설비, 급수 및 배수설비, 침전지, 급기설비, 커터숍 및 레일조립장 등 각종 부속설비는 기능과 시공성을 감안한 용량계산을 토대로 설계되어야 하며, 각종 설비별 특성을 고려하여 효율적인 공간배치가 되도록 하여야 한다.

  (2) 터널내부의 부속설비는 작업 환경설, 안전성, 경제성을 고려하여 계획하여야 한다.

  (3) 부속설비 계획은 운반장비의 통행을 감안하여 상호 간섭되지 않도록 공간계획을 수립하여야 한다.

 

 13.1.10 공사중 TBM장비의 원활한 작동 및 유지관리를 위해 사전에 부품수급 계획을 수립하여야 하며 암질에 따른 커터의 적정 교체시기 등도 함께 고려하여야 한다.

 

 13.1.11 계측 계획 수립시 일반적 사항에 대하여는 원칙적으로 제9장의 굴착 및 계측편을 따르는 것으로 하되, 기계굴착의 장점을 고려하여 계측위치, 계측항목, 계측간격, 측정빈도 등을 조정하여 경제적인 계측계획을 수립하여야 한다.

 

 13.1.12 TBM에 의한 굴착시 지반 붕괴로 인한 장비의 함몰 등을 방지하기 위해서는 막장관찰 또는 조사 장비에 의한 막장전방예측 기술의 적용에 대하여 사전에 검토하여야 한다.

 

13.2 조사

 

 13.2.1 본 절에 기술되지 않은 조사 및 시험에 관한 사항에 대하여는 제3장 조사편에서 정하는 바를 따른다.

 

 13.2.2 TBM의 적용을 위한 입지환경 조사시에는 TBM 장비 운반을 위한 도로망, 교통상황조사, TBM 조립, 해체 및 공사용 부지조사, TBM에 소요되는 전력 및 용수조사와 사토장 부지조사를 반드시 실시하여야 한다.

 

 13.2.3 지형 및 지반조사는 TBM터널의 노선선정, 기종선정, 지보패턴의 적용, 보조공법의 선정, 공사기간 산정 등, 설계 및 시공단계에서 중요한 자료가 되므로, 이에 대한 정확한 조사가 이루어져야 한다. 특히 TBM공법의 적용시에는 팽창성 지반이나 토사지반에서 문제가 발생 할 수 있으므로 신중한 지반조사를 실시하여야 한다.

 

 13.2.4 암석구조, 단층파쇄대, 점토대, 암석강도가 현격하게 높거나 석영함량이 높은 지반 등TBM 굴착효율을 떨어뜨리는 요인에 대하여 충분한 조사 및 시험을 실시하여야 한다.

 

 13.2.5 TBM터널 시공을 위한 일반적인 시험사항은 제3장의 조사편에서 정하는 바를 따르되, TBM의 기계적인 특성을 고려하여 커터의 마모성을 평가할 수 있는 시험 및 팽윤시험(swelling test) 등을 추가로 실시하여야 한다.

 

 13.2.6 조사 및 시험 성과의 정리시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 조사 및 시험 성과의 정리는 조사 및 시험결과를 종합적으로 판단하여 터널노선 중 지질 및 시공상의 문제가 발생할 수 있는 지형 및 지질 등을 상세히 기입하여야 한다.

  (2) 세부사항은 제3장 조사편을 따르며, 지반조사 및 시험결과에 따라 TBM공법의 적용가능성과 세부 설계사항을 검토하여야 한다.

 

13.3 TBM터널의 설계

 

 13.3.1 TBM터널 설계의 기본방향은 다음과 같다.

  (1) TBM 터널은 조사결과를 기초로 하여 사용목적의 적합성, 안전성, 경제성, 시공성이 확보되도록 설계하여야 하며 지보재는 기계굴착의 장점을 최대한으로 활용할 수 있도록 설계하여야 한다.

  (2) 시공중 관찰과 계측 결과로부터 실제 지반조건이 설계시의 예측 지반조건과 상이할 시는 설계변경을 통하여 조정하여야 한다.

 

 13.3.2 설계는 현장조건에 적합하도록 하여야 하며 다음 항목을 반드시 검토하여야 한다.

  (1) TBM 조립장

  (2) 발진터널

  (3) TBM 굴착

  (4) 버력처리

  (5) 지보 및 변형 여유량

  (6) 콘크리트 라이닝

  (7) 인버트

  (8) 배수 및 방수

  (9) 보조공법

  (10) 가시설

  (11) 작업자 통로

 

13.4 터널 지보재 및 보조공법 설계

 

 13.4.1 터널지보재는 TBM의 기계적 특성과 지보재 작업의 시공성 등을 고려하여 설계하여야 하며, 기타 일반적인 설계사항은 제5장 터널 지보재편을 따른다.

 

 13.4.2 지보재 설계를 위한 암반분류시에는 반드시 TBM의 특성을 고려하여야 한다.

 

 13.4.3 TBM 터널의 지보재는 양질의 지반조건에서는 생략이 가능하다.

 

 13.4.4 TBM 터널 해석시에는 발파굴착에 비하여 주변 지반의 응력분포와 지반 변형 특성이 상이한 점을 특별히 반영하여야 한다.

 

 13.4.5 TBM터널의 철망은 숏크리트의 부착력 증가와 보강효과 증가를 위하여 설치하는 철망과, 낙반 방지용 철망으로 구분하고 낙반방지용 철망은 암질 상태에 따라 철망의 종류를 달리 하여야한다.

 

 13.4.6 보조공법은 사용목적에 적합하고, 원지반 조건, 환경조건, 안전성, 시공성, 경제성 등이 확보되도록 설계하여야 한다.

 

13.5 TBM 작업장

 

 13.5.1 TBM 조립장은 TBM의 조립에 지장이 없도록 충분한 공간이 확보되어야 하며, TBM 조립장의 폭은 TBM 본체의 폭과 크레인 작업폭을, 조립장 길이는 TBM 본체의 길이와 후속대차의 길이를 함께 고려하여야 한다.

 

 13.5.2 터널굴착중 작업공간은 다음 사항을 고려하여 계획하여야 한다.

  (1) 환기설비, 수전설비, 급수 및 배수설비, 커터숍, 레일조립장, 침전지, 급기설비 등 각종 가시설의 기능과 규모를 감안하여 배치계획을 수립하여야 한다.

  (2) 버력운반 장비의 규격에 따라 버력하치장과 버력운반장비의 대기공간을 확보하여야 한다.

  (3) 버력하치장은 최소한 2-3일분의 굴착버력량을 적치할 수 있는 공간을 확보하여야 하며, 버력적하가 가능하도록 필요시 석축 또는 옹벽 등을 설치하여야 한다.

 

13.6 발진터널

 

 13.6.1 TBM의 최초 터널내부로의 진입을 위한 벽면지지용 발진터널을 계획하여야 한다.

 

 13.6.2 발진터널의 구경은 TBM이 원활히 진입할 수 있는 여유폭을 감안하여 결정하여야 하며 TBM구경과 여유폭 30cm의 합을 표준으로 한다.

 

 13.6.3 발진터널의 길이는 일반적으로 벽면지지가 필요한 TBM 본체의 길이와 암반상태를 감안하여 결정하여야 한다.

 

 13.6.4 발진터널은 양쪽 측면에서 TBM의 벽면지지가 가능하도록 벽면지지대를 계획하여야 한다.

 

13.7 기타의 설비설계

 

 13.7.1 터널내 버력처리 설비설계시 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 터널내 버력처리 설비는 터널의 단면크기, 연장, 구배 등을 감안하여 버력처리를 가장 효율적으로 할 수 있도록계획하여야 한다.

  (2) 터널내 버력운반은 기관차와 광차를 이용하는 궤도방법, 벨트 컨베이어방법, 덤프트럭 이용방법 등이 있으며 터널의 크기, 연장, 공사기간, 버력 발생량, 터널내부의 작업환경 등을 감안하여 결정하여야 한다.

  (3) 버력적재 및 운반시는 기설치된 지보재, 가설시설 등을 손상시키지 않도록 계획하여야 한다.

 

 13.7.2 환기설비 설계시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1)TBM 터널에서의 터널내 환기방법과 설비는 소요환기량을 계산하고 그 결과에 따라 적합한 설계를 하여야 한다.

  (2) 소요환기량은 터널내 최대 작업원에 대하여 필요한 소요환기량, 분진에 의한 소요환기량, 터널내 장비운용에 따른 소요환기량과 기타 소요환기량을 모두 합하여 산정하여야 한다.

  (3) 소요환기량에 따라 환기 팬의 용량과 풍관의 구경을 결정하여야 한다.

  (4) 환기방법은 소요환기량과 풍관의 구경에 따라 터널내 배치공간을 감안하여 송기식, 배기식, 송배기식 중 적합한 환기방법을 적용하여야 한다.

 

 13.7.3 수전설비 설계시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 수전설비는 TBM의 전력소요량과 기타 가시설에 필요한 전력소요량을 합산하여 계획하여야 한다.

  (2) TBM 본체용 전력공급은 TBM굴진에 따라 고압케이블을 100-200m마다 연결하도록 계획하여야 한다.

  (3) 후속설비 및 터널내부 가시설용 전력공급은 터널의 길이에 따라 발생하는 선로손실 및 전압강하를 감안하여 800-1,000m마다 변압기를 설치하도록 계획하여야 한다.

 

 13.7.4 급수 및 배수 설비는 다음사항을 고려하여 설계하여야 한다.

  (1) 급수설비는 소요되는 급수량을 충분히 고려하여 설계하여야 하며 소요 급수량에 따라 급수펌프의 동력 및 급수관의 구경을 결정하여야 한다.

  (2) 소요급수량은 TBM 커터에 필요한 소요급수량, 지보재설치에 따른 소요급수량과 기타 소요급수량을 모두 합하여 산정하여야 한다.

  (3) 급수펌프의 동력과 급수관 구경은 TBM 헤드에서의 소요압력이 유지될 수 있도록 결정하여야 한다.

  (4) 배수설비는 TBM에 공급된 용수 중 퇴수되는 양과 터널내의 지하수 용수량을 충분히 배수할 수 있도록 하며, 지하수맥의 존재로 다량의 지하수가 존재할 경우 등의 예측하지 못한 출수에 대비하여 예비 배수설비를 계획하여야 한다.

  (5) 소요배수량은 자연용수량, TBM 퇴수량, 지보재설치에 따른 퇴수량과 기타퇴수량 및 비상시 퇴수량을 모두 합하여 산정하여야 한다.

  (6) 소요배수량에 따라 급수펌프의 동력과 급수관의 구경을 결정하여야 한다.

  (7) 장대터널에서는 TBM굴진에 따라 400-500m 간격을 기준으로 펌프를 설치하여 배수시켜야 한다.

 

 13.7.5 침전설비는 터널내의 배수용량에 따라 침전조의 규모 및 형태, 수질 및 환경보호대책을 수립하여야 한다.

 

 13.7.6 비상급기설비는 다음의 사항을 고려하여 설계하여야 한다.

  (1) 비상급기설비는 터널작업시 낙반사고 등 터널이 매몰될 경우를 대비하여 계획하여야 한다.

  (2) 비상급기설비는 터널연장 및 대피인원 8-15명을 기준으로 공기압축기의 용량 및 급기관의 구경을 결정하여야 한다.

 

 

제 14 장  쉴드 터널

 

14.1 계획

 

 14.1.1 본 절에서 기술하지 않은 사항에 대해서는 제2장 계획편에서 정하는 바를 따른다.

 

 14.1.2 선형계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 쉴드터널의 선형계획은 사용목적, 설계조건, 입지조건, 지장물 및 지반조건, 시공성, 장비 등을 고려하여 가능한 한 직선으로 계획하도록 하며, 곡선으로 계획하는 경우에도 곡선반경을 가능한 한 완만하게 하여야 한다.

  (2) 쉴드공법에 있어서 굴진 가능한 최소곡선반경은 지반의 조건, 굴착단면의 크기, 쉴드의 길이, 시공방법, 쉴드의 구조 및 세그먼트 등을 고려하여 설계하여야 한다.

  (3) 현장 여건상 현저하게 작은 곡선반경을 적용하는 경우에는 약액주입, 쉴드의 구조 및 세그먼트의 개량, 또는 방향전환 작업구나, 지중접합 등을 검토하여야 한다.

  (4) 터널을 2개이상 병렬로 시공하는 경우, 터널간의 순간격은 쉴드 굴착외경 이상을 표준으로 하되 그 이하로 근접 시공하여야 할 경우에는 지반 조건을 고려하여 설계하중을 결정하여야 하고 필요에 따라 지반보강을 위한 보조공법을 적용하여야 한다.

  (5) 쉴드가 교각, 교대, 중 고층건물 또는 철도나 지하 매설물 등에 근접하여 시공하거나 아래로 지나가는 경우, 이들 구조물의 설계조건이나 현황을 충분히 조사하여, 편압이나 침하 및 진동 등의 나쁜 영향을 주지 않도록 상하나 좌우방향으로 필요한 간격을 두어야 하며, 필요시 지반보강이나 언더피닝(underpinning) 등으로 구조물 주변에 대한 보강을 고려하여야 한다.

 

 14.1.3 쉴드터널의 토피는 쉴드 굴착외경의 1.5배 이상을 원칙으로 하되, 지하구조물의 현황, 지반조건, 굴착단면적의 크기, 터널의 사용목적, 시공방법 등을 충분히 검토하여 결정하여야 한다.

 

 14.1.4 구배계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 쉴드터널의 구배는 사용목적, 유지관리의 필요성 등을 고려하여 결정하여야 한다.

  (2) 구배기준은 시공중의 용수를 자연유하시킬 수 있도록 0.2% 이상으로 하며, 상향을 원칙으로 한다. 또한 작업구 조건이나 지장물건의 제약으로 구배가 2%를 초과하는 경우에는 배수, 쉴드의 추진, 시공중의 토사 및 재료의 운반 등 작업능률 저하와 안전을 고려하여야 한다.

 

 14.1.5 쉴드터널의 내공단면은 터널의 용도에 적합한 소요단면을 확보할 수 있도록 상하좌우의 선형오차, 변형 및 침하 등에 의한 시공오차를 감안하여 결정하여야 하며, 허용 시공오차는 터널 설계선형에서 상하좌우로 100-200mm를 기준으로 하되 굴착단면의 크기, 지반조건, 쉴드의 조종성, 굴진속도, 콘크리트 라이닝의 유무, 평면선형과 구배 등을 고려하여 결정하여야 한다.

 

 14.1.6 쉴드터널의 단면형상은 원형을 표준으로 하되, 터널의 사용목적에 따라 다른 단면 형상을 선택할 수 있다. 이 경우 쉴드기, 세그먼트의 강도, 형상 및 시공상의 문제점에 대하여 충분히 검토하여야 한다.

 

 14.1.7 쉴드의 종류는 다음 그림 14.1.1과 같이 분류될 수 있으며, 선정시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

 

80 페이지 <그림 14.1.1>

 

  (1) 쉴드공법의 선정에 있어서는 쉴드 적용구간의 지반조건, 지표의 상황, 단면치수, 지하지장물, 시공연장, 터널의 선형, 공사기간 및 사용목적 등의 조건과, 굴착이나 세그먼트 조립 등의 시공성 및 작업장 용지와 굴착토사 처리방법 등도 고려하여 안전하고 경제적인 시공이 가능한 형식을 선정하여야 한다.

  (2) 쉴드공법 선정시에는 개방형 또는 밀폐형 중 지반조건과 현장여건을 고려하여 가장 적합한 형식으로 선정하여야 한다.

  (3) 막장에 지하구조물 또는 기초말뚝 등의 지하장애물이 있는 경우에는 지반조건 외에도 장애물의 제거나 변위발행 등을 고려, 종합적으로 판단하여 결정하여야 한다.

 

 14.1.8 작업구 및 공사기지 계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 작업구는 쉴드 통과지의 지반조건과 현장여건을 고려하여 시공이 안전하고 능률적으로 행해지도록 위치, 규모 및 기능 등을 계획하여야 한다.

  (2) 쉴드의 반입, 조립, 세그먼트 등의 재료 및 모든 기계기구의 반입, 굴착토사의 반출, 작업원의 출입 등을 위한 발진 작업구를 계획하여야 하며, 또 필요에 따라 방향전환용, 또는 쉴드 인양을 위해 터널 중간 또는 종점에도 작업구를 설치하여야 한다.

  (3) 각 작업구의 규모와 형상은 그 사용목적 및 쉴드의 단면, 본 구조물과의 연결 등을 고려하여 결정하여야 한다.

  (4) 공사기지는 터널 공사의 규모, 시공방법 등을 고려하여 작업구, 터널외부 설비, 굴착토 및 재료의 집적 등을 위한 용지를 쉴드 발진작업구 부근에 충분히 확보해 두어야 한다.

 

 14.1.9 쉴드터널의 부속 설비는 사용목적이나 유지관리상의 필요성에 따라 배수, 환기, 방화 등의 설비와 맨홀 등을 설계에 포함하여야 한다.

 

 14.1.10 터널시공에 따른 주변 지하구조물에 침하, 손상 등의 변위가 예측되는 경우에는 사용성, 안전성, 경제성, 공사기간 및 환경조건 등을 고려하여 효과적인 보조공법을 검토하여야 한다.

 

 14.1.11 쉴드공법 설계도서에는 터널의 설치위치, 세그먼트의 형상, 길이, 단면강도 등과 함께 설계하중, 허용응력 또는 안전율, 사용재료의 종류 및 재질, 지반조건, 시공조건 등 세부사항을 명기하여야 한다.

 

14.2 조사

 

 14.2.1 본 절에 기술되지 않은 사항에 대하여는 제3장 조사편에 정하는 바에 준한다.

 

 14.2.2 입지조건 조사는 주로 노선 설정과 쉴드공법 채용의 가부결정, 터널의 규모, 내용의 설정 등에 이용하고 공사 이행을 위한 자료로도 이용할 수 있도록 공사용 용지확보의 난이도, 공사용 전력 및 급배수 시설, 진입로, 침사지 부지위치 등을 조사하여야 한다.

 

 14.2.3 노선결정에 앞서 지상 구조물, 지중매설물 및 지하구조물, 우물 등 터널굴착에 지장을 주거나 굴착 영향범위에 있는 지장물에 관하여 충분히 조사해 두어야 한다. 특히, 지중매설물의 경우 매설도면이 없거나 매설위치가 도면과 다를 수 있기 때문에 의심이 가는 구간에 대해서는 적정한 지하지장물 탐사방법을 사전에 수행하여 지장물의 위치 및 규모를 파악하여야 한다.

 

 14.2.4 지형 및 지반조사는 노선선정, 쉴드형식의 선정, 세그먼트의 설계 등의 계획단계부터 설계시공 단계는 물론 터널 완성후의 유지관리에도 중요한 자료가 되므로 정확한 조사가 이루어지도록 하여야 한다. 특히, 지하수위가 높은 모래 자갈층이나 전석층 또는 토사와 암반의 경계부 등 쉴드공사 구간중 문제발생이 우려되는 부분에 대해서는 신중한 조사를 실시하여야 한다.

 

14.3 세그먼트의 설계

 

 14.3.1 세그먼트의 설계시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 본 절은 쉴드터널용 원형 세그먼트에 관한 설계 및 제작의 기준이 되는 사항을 제시한 것으로서 책임기술자로부터 구조상으로 문제가 없음을 확인받은 경우에는 원형 이외의 쉴드터널에도 준용할 수 있다.

  (2) 쉴드터널에서는 지반의 조건 및 터널의 단면형상, 시공법 등에 따라 터널의 역학적 거동이 상이하므로 라이닝의 설계시 이를 고려하여야 한다.

  (3) 세그먼트 라이닝 설계계산서에는 계산상의 제반조건, 가정 및 계산과정을 명기하여야 한다.

 

 14.3.2 세그먼트에 걸리는 하중설계시에는 연직 및 수평 지반압, 수압, 자중, 상재하중의 영향, 지반반력, 내부하중, 시공시 하중, 병설터널의 영향, 지반침하의 영향 등을 고려하여야 한다.

 

 14.3.3 구조해석시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 터널의 구조계산은 시공도중의 각 단계 및 완성후의 상태에 작용하는 하중을 고려하여 수행하여야 한다.

  (2) 터널 횡단면에 대한 설계하중은 설계의 대상이 되는 터널 구간내의 가장 불리한 조건을 대사으로 결정하여야 한다.

  (3) 세그먼트 단면력은 그 구조특성을 고려하여 계산하여야 한다.

 

 14.3.4 세그먼트의 종류는 재질에 따라 크게 콘크리트, 강재, 합성(콘크리트+강재 또는 주철)세그먼트로 분류하고 형상에 따라 상자형, 평판형 세그먼트 등으로 분류할 수 있으며 터널의 용도, 세그먼트의 강도, 내구성, 시공성 및 경제성 등을 충분히 고려하여 선정하여야 한다.

 

 14.3.5 세그먼트에 사용하는 재료는 한국산업규격(KS)을 표준으로 하며 무근 및 철근 콘크리트에 관해서는 건설교통부 제정 '콘크리트 구조설계기준` 및 `콘크리트 표준시방서'의 규정에 따른다.

 

 14.3.6 세그먼트 구조 및 형상 설계시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 세그먼트의 강도, 구조, 형상 등은 터널의 목적, 지반조건, 시공법 등을 고려하여 선정하여야 한다.

  (2) 상자형 또는 평판형 세그먼트를 볼트이음으로 조립한 링 구조는 강성이 같은 링으로 취급할 수 있으며, 재질에 따라 콘크리트, 강재, 합성세그먼트로 구별하여 설계하여야 한다.

  (3) 세그먼트의 형상치수는 사용목적, 시공성, 경제성을 고려하여 결정하여야 한다.

  (4) 세그먼트의 이음 구조는 조립의 확실성과 작업성을 고려하여 결정하여야 한다.

  (5) 세그먼트는 원칙적으로 수밀성을 확보하여야 한다.

  (6) 뒤채움주입을 균등하게 행하기 위해 각 세그먼트에는 1개소 이상의 주입공을 설치하는 것을 기준으로 한다. 주입공의 직경은 사용하는 주입재를 고려하여 결정하여야 하지만, 일반적으로 내경 50mm를 기준으로 하며, 주입공을 고리로 사용하는 경우는 작업성은 물론, 작업의 안전성도 고려하여 주입공의 직경과 위치를 결정하여야 한다.

  (7) 소구경의 철제 세그먼트를 손으로 조립하는 경우는 고리를 필요로 하지 않으나 일반 세그먼트에서는 운반, 조립 등을 위하여 고리를 설계하여야 한다.

  (8) 세그먼트의 이음 각도는 단면력의 전달과 조립 작업성을 고려하여 결정하여야 한다.

  (9) 테이퍼 링은 터널 선형 및 시공성 등을 고려하여 설계하여야 한다.

 

14.4 쉴드의 제작설계

 

 14.4.1 쉴드의 제작설계와 관련한 일반사항은 다음과 같다.

  (1) 쉴드는 연직 및 수평토압, 수압, 자중, 상재하중의 영향, 편향하중, 막장 전면압 등의 하중을 지지할 수 있어야 한다.

  (2) 쉴드 구조는 각각의 작용하중에 대하여 쉴드 각부가 안전하고 확실하게 가동될 수 있는 구조이어야 한다.

  (3) 쉴드는 무겁고 대형이므로 분할, 수송, 작업구로의 투입 등 제조건을 고려하여 제작하여야 하며, 또한 연약지반에서 쉴드를 추진하는 경우에는 쉴드의 중량 및 중심위치가 그 운전성능에 영향을 미치므로 쉴드 제작 설계시 이를 고려하여야 한다.

 

 14.4.2 쉴드의 구성 및 부품 설계시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 쉴드는 굴착, 추진, 라이닝 설치를 동시에 할 수 있는 기능을 갖는 장치군으로 구성되므로 외부에서 작용하는 하중에 대하여 내부를 충분히 보호할 수 있도록 설계되어야 한다.

  (2) 쉴드의 외경은 외판(skin plate)의 외경을 말하며, 세그먼트 외경, 테일클리어런스(tail clearance) 및 테일 스킨 플레이트 두께를 고려하여 정하여야 한다.

  (3) 테일 클리어런스는 20-40mm가 일반적이나 세그먼트의 형상치수, 터널의 선형, 선형수정, 테일 실(tail seal)의 설치 등을 고려하여 결정하여야 한다.

  (4) 쉴드의 길이는 지반의 조건, 터널의 선형, 쉴드형식, 중절장치의 유무, 세그먼트 폭, K-세그먼트의 삽입형식 등을 고려하여 결정하여야 한다.

  (5) 쉴드의 길이를 결정함에 있어서 가장 주의해야 하는 것은 그 외경과의 조화로, 운전 조작면에서는 가능한 한 짧은 것을 선택하여야 한다. 단, 길이가 극단적으로 짧으면 접지압이 크게 되어 조향성이 나쁘게 되므로 이를 고려하여 길이를 결정하여야 한다.

  (6) 테일부의 길이는 최소한 세그먼트의 조립이 가능한 길이가 되도록 하여야 하며, 세그먼트 조립 후, 파손부의 교체, 쉴드 잭의 수리 및 터널 곡선시공 등을 감안하여 약간의 여유를 갖도록 결정하여야 한다. 단, 기계굴착식, 토압식 및 이토압식 쉴드에 관해서는 테일 실의 구조나 교환도 고려하여 테일부의 길이를 결정할 필요가 있다.

  (7) 테일 스킨 플레이트 두께는 유해한 변형이 발생하지 않는 범위내에서 가능한 한 얇게 하여야 한다.

  (8) 테일 실은 뒤채움주입재의 역류방지 및 내구성, 내압성 등을 고려하여 선정하여야 한다.

  (9) 커터헤드는 지반조건에 적합하고, 그 기능이 확실히 발휘될 수 있는 것으로 선정하여야 한다.

  (10) 커터 비트(cutter bit)는 지반조건에 적합하도록 그 형상, 재질, 배치를 결정해야 한다.

  (11) 여굴장치는 쉴드의 조향성을 향상시키기 위한 장치로서 지반조건, 시공조건에 적합한 여굴기능이 충분히 발휘될 수 있는 것이어야 한다.

 

 14.4.3 추진기구에 대해서는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 쉴드의 총추진력은 모든 추진저항의 총합에 여유를 고려하여 결정해야 한다.

  (2) 쉴드잭의 선정과 배치는 쉴드는 조향성, 세그먼트의 구조, 세그먼트 조립의 시공성 등을 고려하여 정하며, 가능한 한 간단한 구조가 되도록 하고 경량으로 내구성이 크고, 보수, 교환이 용이해야 한다.

  (3) 잭류는 쉴드 외판 내측에 근접하여 등간격으로 배치하고 세그먼트에 가급적 균등하중이 가해지도록 하여야 한다.

  (4) 쉴드잭 스트로크의 여유는 세그먼트를 쉴드 테일 내에서 조립하는 경우에 필요하며, 또한, 쉴드의 곡선시공을 위해서 충분한 길이를 가져야 한다.

  (5) 쉴드 잭의 작동속도는 지반 및 쉴드의 형식에 맞추어 결정해야 한다.

 

 14.4.4 세그먼트 조립기구에 대하여는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 이렉터(erector)는 쉴드의 형식과 규모, 세그먼트, 굴착토 처리방법, 작업주기 등을 고려하여 세그먼트의 조립이 정확하고 능률적으로 될 수 있는 것을 선정해야 한다.

  (2) 이렉터의 능력은 세그먼트의 종류, 형상, 중량 및 조립순서 등을 고려하여 결정해야 한다.

 

 14.4.5 유압, 전기, 제어기구에 대하여는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 쉴드용 유압기기는 일반건설기계의 경우와 달리 고압 대용량이며 사용 환경도 나쁘므로 그 선택, 설치계획에 있어서는 내구성이 있고 고효율, 저소음의 기종을 선정해야 한다.

  (2) 유압기구는 자가점검장치가 있거나 점검이 용이한 것으로 선택하여 사용조건하에서 적절한 상태로 유지관리가 가능해야 한다.

  (3) 유압회로는 가능한 한 간단하여 각 기기가 확실하게 작동하고, 오조작에 있어서도 위험을 발생시키지 않도록 해야 한다.

  (4) 유압작동유는 유압기기에 적합한 양질의 것이어야 한다.

  (5) 전기 기기류는 방수, 방습, 방진 등에 유의해야 하며 가능한 한 조작 및 점검보수에 편리한 위치에 설치하여야 한다.

  (6) 제어기기는 각 기기가 확실하게 작동하여 굴착, 추진, 배토 등을 위한 기기들과 상호 연관성을 양호하게 하고 이상시에도 안전하게 대처할 수 있어야 한다.

 

 14.4.6 부속기구에 대하여는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 자세제어장치는 지반조건, 쉴드의 형식, 터널의 선형 등을 고려하여 확실한 쉴드의 자세제어가 가능한 것을 선정해야 한다.

  (2) 쉴드에 탑재하는 측량장치는 쉴드의 자세, 움직임 방향의 파악 등 측량 목적에 맞추어 선정하여야 한다.

  (3) 뒤채움 주입장치는 주입재료, 주입방법, 주입량 등을 고려하여 확실히 충전될 수 있는 기구를 선정해야 한다.

  (4) 후방대차는 쉴드 굴진을 위한 기계장치 설치 및 막장의 작업에 이용하는 재료 및 각종 작업받침대로써 기능을 지닌 것이어야 한다.

 

14.5 뒤채움 주입재의 설계

 

 14.5.1 세그먼트 배면공극에 주입하는 뒤채움 주입재료는 다음 사항을 고려하여 설계하여야 한다.

  (1) 뒤채움 주입재료에는 시멘트 모르터, 발포성 모르터, 섬유혼합 모르터, 슬래그 또는 석탄회를 사용하는 가소성 주입재, 자갈 등 여러 가지가 있으며, 지반조건, 쉴드형식, 주입재특성 등을 고려하여 가장 적합한 재료를 선정하여야 한다.

  (2) 뒤채움 주입재료는 블리딩(bleeding) 등의 재료분리를 일으키지 않고 유동성을 잃지 않은 재료, 주입 후의 경화현상 등에 따라 용적감소가 적은 재료, 지반강도에 상당하는 균일한 강도를 조기에 얻을 수 있고 설계강도 이상을 발휘할 수 있는 재료, 수밀성이 뛰어난 재료, 주변환경에 영향이 없는 무공해 재료로 선정하여야 한다.

 

 14.5.2 뒤채움 주입방법 계획시에는 다음 사항을 고려하여야 한다.

  (1) 뒤채움 주입방법은 쉴드기 측면에서 추진과 동시에 주입하는 동시주입 방법, 세그먼트 주입공에서 추진에 맞춰 주입하는 반동시주입방법, 1개 세그멘트 링 설치 완료시 마다 주입하는 즉시주입방법이 있으며 쉴드기종과 현장 지반조건 등을 고려하여 선정하여야 한다.

  (2) 뒤채움 주입압은 세그먼트 배면을 완전히 충전시킬 수 있도록 세그먼트에 적용하는 외압보다 1-2 kg/㎠정도 큰 압력으로 설계하여야 한다.

  (3) 뒤채움 주입량은 쉴드후미의 공극크기, 주입재의 지반에 대한 침투성, 지반의 투수성, 여굴 등을 고려하여 결정하여야 한다.

 

14.6 방수설계

 

 14.6.1 세그먼트 라이닝은 지하수압에 견딜 수 있고 방수가 될 수 있도록 반드시 세그먼트간의 이음부, 뒤채움 주입구 등에 대하여 방수설계를 하여야 한다.

 

 14.6.2 방수방법의 선정시에는 쉴드터널의 사용목적과 작업환경에 적합한 방법을 선정하여야 한다.

 

 14.6.3 방수에는 실, 코킹, 볼트 등이 있으며, 사용목적과 현장여건에 부합하도록 한가지 또는 여러 가지의 방법을 조합하여 사용할 수 있다.

 

 14.6.4 실재에는 합성고무계, 복합고무계, 수팽창 고무계 등이 있으며, 현장조건을 고려하여 수밀성, 내구성, 압착성, 복원성, 시공성 등이 우수한 것을 선택하여야 한다.

 

14.7 콘크리트 라이닝의 설계

 

 14.7.1 콘크리트 라이닝(2차 라이닝)을 시공하는 경우에는 세그먼트(1차 라이닝)의 종류와 특성, 세그먼트과 콘크리트 라이닝의 접합상황, 지반조건, 환경조건, 시공방법 등을 고려하여 그 사용목적에 맞도록 콘크리트 라이닝을 설계해야한다.

 

 14.7.2 콘크리트 라이닝의 두께는 터널의 사용목적, 시공성 및 안전성을 고려하여 결정하여야 하나 최소한 15cm 이상이 되도록 하여야 한다.

 

 14.7.3 콘크리트 라이닝을 구조체로 이용하는 경우는 콘크리트 라이닝에 작용하는 하중 및 세그먼트의 구조특성을 고려하여 단면력 및 응력을 계산하여야 한다.

 

 

제 15 장 환기, 조명, 방재설비

 

15.1 설계일반

 

 15.1.1 터널내의 환기, 조명, 방재설비 기준은 터널의 용도와 기능에 따라 터널 시설물 관리 주체에서 정한 바에 따르는 것을 원칙으로 한다.

 

 15.1.2 별도로 정한 바가 없는 경우에는 본 장에서 제시된 내용을 기준으로 할 수 있으나 계획단계에서 해당 시설물의 관리주체와 협의, 확인하여 적용하여야 한다.

 

 15.1.3 공사중의 환기, 조명설비에 대하여는 본 장에서 제시된 내용을 기준으로 하여야 한다.

 

15.2 환기설비

 

 15.2.1 도로 터널의 환기설비는 다음의 기준을 따르도록 하여야 한다.

  (1) 소요환기량 산출방법은 PIARC(국제상설도로회의 : Permanent International Association of Road Congress)방식을 적용하는 것을 원칙으로 한다.

  (2) 환기대상 오염물질은 매연(smoke), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx)로 하며 개별 오염물질을 허용 기준농도로 희석시키는데 소요되는 환기량 중 가장 많이 소요되는 환기량을 설계 소요환기량으로서 선정하여야 한다. 단, 교통풍을 환기력으로 이용하는 환기방식의 경우에는 최대 승압력이 요구되는 주행속도에서의 환기량을 적용하여야 한다.

  (3) 지체교통시 차량의 평균주행속도는 10km/h를 기준으로하며 지체시에는 일산화탄소에 대한 환기량을 소요환기량으로 정한다.

  (4) 환기량 산출에 관련되는 기준 배출량은 다음을 기준으로 한다.

   ① 차종별 일산화탄소와 질소산화물의 배출량 허용기준은 '대기환경 보전법 시행규칙`에서 정한 값을 적용하여야 한다.

   ② 차량의 중량별 매연의 기준 배출량은 PIARC에서 제시한 적용등급 중 시설물 관리 주체에서 정한 등급을 적용하여야 한다.

  (5) 터널내 오염물질의 허용농도는 PIARC 권고치를 기준으로 하되 국내외 기준을 고려하여 정하도록 하여야 한다.

  (6) 터널내를 흐르는 차도내 풍속은 일방향 터널일 경우 최대 12m/sec 이하를 상한기준으로 하고 10m/sec 이하를 표준으로 하며 양방향 교통터널인 경우는 8m/sec 이하를 표준으로 하여야 한다.

  (7) 환기방식의 선정은 터널의 길이, 소요환기량 등의 기본적인 조건을 바탕으로 하며 교통조건, 지형, 지물, 지반조건, 환기의 질, 환경조건, 화재시 환기기의 운용, 유지관리, 경제성, 단계건설, 기타조건 등에 대해 유의하고 종합적으로 검토하여 가장 효과적이고 경제적인 방식으로 결정하여야 한다.

  (8) 환기시설은 화재 발생시에 배연설비로 운용되는 수가 있으므로 환기방식의 선정단계부터 비상시 안전성에 대하여 고려하여야 한다.

 

 15.2.2 지하철 터널의 환기설비는 다음의 기준을 따르도록 하여야 한다.

  (1) 지하철 터널의 환경기준은 다음의 기준을 따르도록 하여야 한다.

 

구분	항목	환경기준 권고치	설정원리	측정방법	현 규제법
가스및입자상	SO₂	·지하공간:0.15ppm/day ·터널:0.5ppm/15min	·지하공간:대기 환경기준 고려 ·터널:폭로시간 고려 기준치 완화	환경처 환경오염 공정시험법	대기환경보전법 (대기중) 산업안전보건법 (사업장내)
	NO₂	·지하공간:0.15ppm/hr ·터널:05ppm/15min	·지하공간:대기 환경기준(단기) ·터널:폭로시간 고려	환경처 환경오염 공정시험법	대기환경보전법 (대기중) 산업안전보건법 (사업장내)
	CO	·지하공간:20ppm/hr ·터널:100ppm/15min	·지하공간:대기 환경기준(단기) ·터널:일본의 터널설계 기준치 ·지하주차장:노동부 작업장 기준	환경처 환경오염 공정시험법	대기환경보전법 (대기중) 건축법(실내) 산업안전보건법 (사업장내)
	CO₂	·지하공간:1000ppm/8hr ·터널:2,500ppm/15min	·지하공간:일본 실내환경 기준 ·터널:미국 ASHRAE의 실내 권고치	미 국립산업 안전보건 연구소 공정시험법	공중위생법 건축법(실내) 산업안전보건법 (사업장내)
물질	TSP	·지하공간:300㎍/㎥·day ·터널:2000㎍/㎥·day	·지하공간:대기 환경기준(단기) ·터널:폭로시간 및 현재 오염수준 고려	환경처 환경오염 공정시험법	대기환경보전법 (대기중) 공중위생법 건축법(실내) 산업안전보건법 (사업장내)

 

  (2) 환기계산시는 열차주행에 의한 발열, 열차 제동에 의한 발열, 열차 보조기기에 의한 발열, 열차 냉방기기의 발열, 벽체 흡열량을 고려하여 소요 환기량을 산정하여야 한다.

  (3) 송풍기 선정시는 배연풍량 및 배연을 위한 환기량을 충족시켜야 하며 예비 송풍기를 적용하여야 한다.

 

 15.2.3 철도터널의 환기설비는 다음의 기준을 따르도록 하여야 한다.

  (1) 인간의 호흡에 의해 발생하는 이산화탄소의 농도를 허용범위 이하로 유지시키는데 소요되는 최소 환기량 이상을 확보하도록 하여야 한다.

  (2) 열차의 주행, 차량 냉방기기, 조명, 일체의 발열 등에 의해 상승되는 터널내의 온도가 일정온도 이상(외기온도 +3-4℃)을 넘지 않도록 터널내 온도제어를 위한 환기량 이상을 확보하도록 하여야 한다.

  (3) 비상시 승객이 안전하게 대피할 수 있도록 대피방향으로 신선외기를 공급하고 발생 매연을 신속하게 배출하여 터널내 환경을 회복할 수 있도록 환기용량을 계획하여야 한다.

  (4) 상기 환기요소 인자를 검토, 분석하고 열차의 피스톤(piston) 환기량(열차풍)을 산출한 결과와 비교하여 경제적이고 신뢰성이 높은 환기방식 및 기기용량, 규모등을 결정하여야 한다.

 

 15.2.4 기타터널(통신구, 전력구, 수로터널 등)의 환기설비는 다음의 기준을 따르도록 하여야 한다.

  (1) 송풍기의 용량은 가동후 30분 이내에 환기가 완료될 수 있는 용량이어야 하며, 단, 현장 여건하에 따라 적정용량을 산정 사용하여야 한다.

  (2) 환기방식은 원칙적으로 종류식을 사용하여야 하며, 현장여건상 환기구가 부득이하게 한쪽에 한정되어 종류식을 적용할 수 없는 경우에는 풍관식 환기방식을 사용할 수 있다. 이때는 장래 종류식이 가능할 때까지만 사용하도록 계획하여야 한다.

  (3) 송풍기에는 소음기를 부착하여야 하며, 소음기 선택은 환기구간 및 송풍기 용량에 따라 결정하여야 한다.

 

15.3 조명설비

 

 15.3.1 도로 터널의 조명설비는 한국산업규격(KS A 3703)에서 정하는 바를 만족하고, 다음의 기준을 따르도록 하여야 한다.

  (1) 터널조명은 기본조명, 입구부조명 및 출구부조명으로 구분하여 계획하여야 한다.

  (2) 100m 이상인 터널에는 설계속도에 따른 기본조명을 설치하고, 길이가 100m 미만인 터널에는 구조 등 여건에 따라 조명시설을 설치하여야 한다.

 

 15.3.2 지하철 터널의 조명설비는 다음의 기준을 따르도록 하여야 한다.

  (1) 기본조명은 차량운전자가 전방의 장애물을 확인하는데 필요한 조명으로 5룩스-10룩스를 유지할 수 있도록 조명배치를 하여야 한다.

  (2) 터널의 입구 및 출구부는 터널내부 또는 외부로 이어지는 부분으로 조도의 변화가 극심하며 이로 인한 차량요원의 시각장애를 유발할 수 있다. 따라서 조도의 변화를 완화시킬 수 있도록 조명계획을 하여야 한다.

  (3) 터널의 입구 및 출구부 조명의 밝기는 정거장 승강장의 조도가 250룩스, 터널의 기본조명은 5룩스-10룩스이므로 정거장 전방 및 후방 100m 구간은 터널 기본조명의 200% 정도를 유지할 수 있도록 하여야 한다.

 

 15.3.3 철도터널의 조명설비는 다음의 기준을 따르도록 하여야 한다.

  (1) 조명등 부하설비를 하는 터널의 길이는 다음표에 의한다.

 

종별	직선	R=600이상	R=600 미만
단선	120m 이상	100m 이상	80m 이상
복선	150m 이상	130m 이상	110m 이상

 

  (2) 조명기구의 시설위치는 신호기의 투시에 지장을 주지 아니하는 개소로 다음과 같이한다.

   ·단선, 복선터널 공히 한쪽에 시설한다.

   ·조명기구의 설치높이는 지표면상 2.0-2.5m로 한다.

   ·조명기구의 시설간격은 등간격으로서 15m를 표준으로 한다.

  (3) 전반조명의 소요 평균조도는 궤도 수평면을 기준으로 하여 5룩스로 한다.

  (4) 전반조명은 백색 형광램프 32W, 또는 터널등(나트륨, 메탈할라이드 램프)등을 사용하고 조명기구는 열차 통과에 의한 진동 및 풍압과 함께 산, 알카리, 수분 등에 충분히 견디는 터널용의 것을 사용한다.

  (5) 대피소의 조명은 전반조명과 동일형상의 형광등 32W, 또는 터널등(나트륨 램프, 메탈할라이드 램프)을 사용하고 중형 대피소는 1등, 대형 대피소는 2등으로 한다. 다만 소형 대피소는 터널 전반조명과 공용한다.

 

 15.3.4 기타터널(통신구, 전력구 등)의 조명설비는 다음의 기준을 따르도록 하여야 한다.

  (1) 일반용 조명설비는 천장 스라브 하면에 방습형 FRP 20W 형광등을 작업 및 보행등에 지장이 없는 높이에 5m 간격으로 설치하며 작업보도가 2열인 경우에는 조명기구 설치위치를 서로 엇갈리게 설치한다. 단, 출입구 계단 등 특수부에서는 현지에 맞게 추가하며 평균조도는 약 40룩스로 한다.

  (2) 비상용 조명설비는 공동구내에 정전이 되었을 때 작업자를 안전하고 신속하게 밖으로 유도해 낼 수 있도록 하여야 한다.

 

15.4 방재설비

 

 15.4.1 터널의 방재설비는 터널의 연장 및 사용목적에 따라 다음의 시설을 갖추도록 하여야 하며, 시설의 종류는 시설관리주체에서 정한 바에 따라 계획하여야 한다.

 

방재시설			정의
소 방 설 비	소화설비	소화기	사람이 직접 조작하여 소화약제를 방출하는 가구
		옥내소화전설비	사람이 소화전함에 비치되어 있는 호스 및 노즐을 이용 물을 분사하여 소화작업을 행하는 설비
		물분무설비	물분무헤드를 사용하여 물을 운무형상으로 분사하여 화재를 질식 또는 냉각 작용에 의해 소화하는 설비
	경보설비	비상경보설비	화재발생시 화재장소 또는 중앙감시실에서 터널내에 경보를 발령하여 화재를 통보할 수 있는 설비
		화재감지기	감지기에 의하여 화재로 인한 열, 연기, 빛 등을 감지하여 화재를 수신반에 알리는 설비
		비상방송설비	비상시 중앙감시실에서 방송을 통하여 대피지시 등을 할 수 있는 설비
	피난설비	비상조명등	화재로 인한 정전시 외부전원 없이 자체 전원으로 터널내 조명을 유도하는 표지판 설비
		유도표지판	터널내 위치나 입출구부 방향 및 거리를 표시하여 사람을 유도하는 설비
	소화활동설비	제연설비	화재시 발생하는 유독가스를 배출하거나 제거하는 설비
		무선통신 보조설치	소방대원이 화재장소에서 화재 진압시 외부 소방대원과 무선통신이 가능하도록 소방대상물에 동축케이불 등을 설치하여 상호 연락이 가능하도록 함
		연결송수관설비	소방대상물의 외부에서 내부의 화재 장소까지 소방용수를 공급할 수 있도록 설치하는 배관, 송수구, 방수구 등으로 구성
		비상콘센트설비	화재장소에서 전원을 공급받을 수 있도록 설치하는 콘센트

 

방재시설			정의
기타설비	통보 · 경보설비	비상전화	터널안의 교통사고나 화재사고 등의 비상시에 사고 당사자 또는 발견자가 터널관리소에 연락하기 위한 비상전용전화
		정보표시판 (터널입구)	터널안의 비상사태 발생시 터널밖의 주행 차량에게 터널안의 이상을 빨리 알려 진입을 정지시킴으로서 사고의 확대를 방지함 (전광식, 자막식, 신호등 등이 있음)
	기타 설비	비상전원설비	정전시 조명 등 및 방재시설에 전원을 공급하는 설비
		라디오재방송설비	터널로 진입, 통과하는 차량에 라디오를 수신할 수 있도록 하는 설비(AM, FM)
		CCTV	터널내외부 상황을 관리사물실에서 모니터를 통하여 확인하여 긴급상황에 대처할 수 있는 설비
		피난연락갱	터널내 재해 발생시 인접터널로 사람이 차량이 대피할 수 있도록 설치되는 연락갱으로 방화문 설치
		비상주차대	차량의 고장이나 사고시 1차 사고를 낸 차량이 다른 사고를 유발하지 않도록 다른 차량의 주행에 방해가 되지 않게 주치시키는 비상주차 장소
		가스발생경보기	터널내 유독가스 발생을 감지하여 인명사고를 방지하기 위해 설치
		방수벽	광범위한 수몰방지 및 작업원의 안전확보를 위해 방수벽 설치
		방화벽	화재시 가스확산 방지를 위해 설치
		복합 통신망	방송수신, 개인휴대전화 및 열차무선등의 복합통신을 위해 설치
		대피소, 대피공간, 대피로	열차등의 주행시 터널 점검자가 일시 대피하기 위해 설치  화재시 대피할 수 있는 공간이나, 대피로로 활용할 수 있는 통로 설치

 

 15.4.2 상기이외의 방재설비는 해당 시설물의 관리주체에서 정한 바에 따르고 소방법령에 적합하고 관할 소방서와 합의 도출시에는 보완(시설의 가감)하여 시설하여야 한다.

 

15.5 공사중 설비

 

 15.5.1 공사중 환기설비는 다음의 기준을 따르도록 하여야 한다.

  (1) 터널의 연장을 고려하여 산정하여야 하며, 공사중의 환기량 산정은 다음의 사항을 고려하여야 한다.

   ① 터널내 작업원이 필요로 하는 환기량

   ② 발파후 가스에 대한 필요환기량

   ③ 내연 기관을 사용하는 경우의 환기량

   ④ 분진에 대한 환기량

  (2) 총 소용환기량은 병행작업이 예상되는 공종의 환기량 합량에 대하여 가장 큰 환기량을 적용하여야 한다.

  (3) 터널내 작업원이 필요로 하는 환기량은 3㎥/분/인을 기준으로 하여야 한다.

  (4) 폭약 1㎏당의 환기대상 유해가스 발생량은 일반적인 값을 기준으로 적용할 수 있으나 해당터널에서 사용되는 폭약에 대하여 폭약 제조업체가 제시한 표준 발생치를 적용하는 것을 원칙으로 하여야 한다.

  (5) 내연기관의 유해가스 발생량은 일반적인 값을 기준으로 적용할 수 있으나 해당터널에서 사용되는 장비에 대하여 장비제조업체가 제시한 표준 배출량을 적용하는 것을 원칙으로 하여야 한다.

  (6) 분진의 발생량은 내연기관의 배기가스량에 대하여 25㎎/㎥을 적용하여야 한다.

  (7) 터널 공사중의 유해가스 및 분진 허용농도는 근로환경 관계법규에 제정된 기준치를 따르도록 하여야 하며 유해가스 등에 의한 인명사고가 발생할 수 있으므로 가스 측정기를 사용하여 터널내 지반에서 나오는 가스 발생유무를 측정 감시하여야 한다.

 

 15.5.2 공사중 조명설비는 다음의 기준을 따르도록 하여야 한다.

  (1) 조명은 직접작업이 이루어지는 작업장에 대한 일시적 및 국소적인 조명과, 작업이 이루어지지 않는 통로 등에 대한 장기적 및 광역적인 조명으로 구분하여야 한다.

  (2) 막장과 같이 직접작업이 이루어지는 장소에서는 충분한 조도를 확보할 수 있도록 하여야 하며, 밝고 어두운 차이가 심하지 않도록 여러개의 조명기구를 사용하여 70룩스 이상의 조도를 확보할 수 있도록 하여야 한다.

  (3) 작업이 이루어지지 않는 통로구간의 조도는 가장 어두운 부분이 10룩스 이상의 조도를 확보할 수 있도록 하여야 한다.

  (4) 터널내에 사용되는 조명기구는 습기에 강하고 누전이 발생되지 않는 방수형 보호장치를 부착한 것을 사용하도록 하여야 한다.

  (5) 터널내에는 작업중에 분진, 매연, 안개 등이 발생하여 국부적으로 조도가 떨어지기 때문에 이에 대한 배려를 고려하여야 한다.

  (6) 작업에 필요한 수전반, 분기전 등에는 점멸 등을 설치하여 작업차량에 의한 손상이 발생되지 않도록 하여야 한다.

  (7) 정전시에도 필요한 조도를 확보할 수 있도록 비상용 발전기 등 예비전원을 상시 배치하도록 하여야 한다.

 

 15.5.3 공사중 배수설비는 다음의 기준을 따르도록 하여야 한다.

  (1) 터널내 용수는 정상적인 용수와 집중용수로 구분할 수 있으며 정상적인 용수는 터널이 관통하는 크기, 터널의 심도 위치, 누수층의 규모, 투수성을 고려하여 계획하여야 하며, 집중용수는 설계시 집중용수의 가능성을 결정하여 그 규모를 고려하여야 한다. (보통의 암반상태에서의 용수는 1kg당 0.5-1.5㎥/분 정도이다.)

  (2) 터널의 구배는 터널의 용도에 따라 결정되지만 배수를 위해서는 최소 3/1000-5/1000의 구배 이상이 되도록 하여야 한다.

  (3) 오르막구배로 계획하는 경우는 자연유하 하는 것을 원칙으로 하지만 가배수로 설치를 하고, 내리막 구배로 계획하는 경우는 막장 부근에 물을 모아 수중펌프로 배수하여야 한다. 터널연장이 긴 경우는 중계펌프를 두어 배수하며, 펌프대수는 용량 및 양정고를 고려하여 결정하여야 한다.

  (4) 펌프 전원은 정전이 없는 확실한 것으로 하고 펌프는 고장이 적은 것을 선택하며 비상시에 대비해서 자가발전설비와 예비펌프를 고려하여야 한다.

  (5) 터널 공사시 불의의 대용수 또는 경사터널, 수직터널 및 기타 지선터널에서 물이 유입하는 경우를 생각해서 배수로관의 단면적이나 펌프의 능력은 2배 정도의 여유를 두어 계획하여야 한다.

  (6) 배수된 물은 갱내의 급수원으로 사용하는 일도 있기 때문에 필요에 따라 수질조사도 실시하여야 한다.

 

 

제 16 장  내진설계시 고려사항

 

16.1 내진설계의 기본방향

 

 16.1.1 개착하지 아니하고 굴착하여 시공하는 터널에 대해서는 내진설계를 수행하지 않는 것을 원칙으로 한다.

 

 16.1.2 다음의 경우에는 터널의 안정성 증진을 위하여 내진설계를 수행할 수 있다.

  (1) 토피가 작고 지반이 연약한 갱구부

  (2) 갱구부 사면의 불안정에 따른 편토압 발생구간

  (3) 지진으로 인해 지지지반의 지내력이 감소될 수 있는 구간

 

 16.1.3 지진구역의 구분 및 재현주기 500년에 해당하는 지진구역계수는 <표 16.1.1>과 같다.

 

<표 16.1.1> 지진구역구분 및 지진구역계수

지진구역	지진구역계수	행정구역
Ⅰ	0.11	시	서울특별시, 인천광역시, 대전광역시, 부산광역시,   대구광역시, 울산광역시, 광주광역시
		도	경기도, 강원도 남부, 충정북도, 충청남도,   경상북도, 경상남도, 전라북도, 전라남도 북동부
Ⅱ	0.07	도	강원도 북부, 전라남도 남서부, 제주도

 

 <비고>

  ·강원도 북부 (군, 시) : 홍천, 철원, 화천, 횡성, 평창, 양구, 인제, 고성, 양양, 춘천시, 속초시

  ·강원도 남부 (군, 시) : 영월, 정선, 삼척시, 강릉시, 동해시, 원주시, 태백시

  ·전라남도 북동부 (군, 시) : 장성, 담양, 곡성, 구례, 장홍, 보성, 여천, 화순, 광양시, 나주시, 여천시, 여수시, 순천시

  ·전라남도 남서부 (군, 시) : 무안, 신안, 완도, 영광, 진도, 해남, 영암, 강진, 고흥, 함평, 목포시

 

16.2 내진설계 방법

 

 16.2.1 대상 지반특성을 파악하기 위해 필요한 조사와 시험을 실시하여야 한다. 조사의 항목에는 지층의 구성 및 각 지층별 공학적 특성 파악, 지하수위 측정 등이 포함되어야 하며 필요시 지반의 동적특성 시험도 실시하여야 한다.

 

 16.2.2 내진해석을 위한 지반운동에 대해서는 터널의 길이방향과 횡방향의 지반운동 영향이 고려되어야 한다.

 

 16.2.3 지반운동의 공간적 변화 특성이 고려되어야 한다.

 

 16.2.4 지형 및 지반조건의 변화가 지반운동에 미치는 영향이 고려되어야 한다.

 

 16.2.5 터널에 대한 설계방법으로는 응답변위법, 동적해석법을 다음 각호와 같이 적용한다.

  (1) 터널은 그 내공부를 포함한 단위체적중량이 주변지반의 단위체적중량에 비교하여 일반적으로 가벼우므로 주변지반에 발생하는 변위, 변형 등이 중요하게 되어 응답변위법을 적용하는 것이 적절하다.

  (2) 동적해석법에서의 입력지진파는 건설지점, 지반특성, 구조물의 고유주기 등을 고려하여 유추한 인공 지진이력곡선을 적용한다.

  (3) 기능수행 수준에서는 구조물의 응답을 선형해석법을 이용하여 설계할 수 있다.

  (4) 붕괴방지수준에서는 구조물의 응답을 비선형 거동특성을 고려할 수 있는 해석방법을 사용하여 설계한다.

 

 16.2.6 터널의 내진설계시 주의사항은 다음 각호와 같다.

  (1) 콘크리트 라이닝에 대하여는 지진력에 저항하도록 두께를 증가시키는 것은 지진력을 증대시키는 역효과를 가져올 수 있으므로 콘크리트 라이닝의 두께를 증가시키는 대신에 철근을 넣어 인성을 증가시키도록 하여야 한다.

  (2) 기둥단면의 내진설계는 지진에 의한 수평력에 의하여 기둥단면의 압축파괴나 전단파괴, 휨인장 파괴가 발생하지 않도록 보강하는 것으로, 압축파괴나 전단파괴보다 휨인장 파괴가 먼저 발생하도록 설계하여야 한다.

  (3) 갱구부에 대하여는 표토의 활동붕괴를 방지하기 위하여 입구부의 절취면에 적절한 기울기를 확보하여 토류공을 설치하여야 한다.

  (4) 신축 이음부는 터널의 이음부에 강성이 작은 이음장치를 설치하여 구조물에 작용하는 지진력을 감소시킬 수 있도록 하여야 하며 강성이 작은 이음장치의 설치에 따른 구조적인 약점에 대해서도 검토하여야 한다.

  (5) 액상화 방지에 대하여는 지반개량을 통하여 지반 액상화를 방지 또는 억제시키도록 하여야 한다.

 

16.3 품질보증에 대한 기본사항

 

 16.3.1 활단층 지역에는 구조물을 건설하지 않는 것이 바람직하다. 단, 이를 피하기 어려울 경우에는 지진발생에 따른 손상이 최소화되도록 설계하여야 한다. 또한 기능 손상이 발생할 경우에 대비하여 보수·보강이 용이하도록 설계하여야 한다.

 

 16.3.2 중요 구조물의 경우, 설계요구사항의 만족성, 설계기법 및 가정사항의 적절성, 법규요건에 대한 만족성, 설계결과의 시공성 등의 검증을 위하여 터널에 대한 전문적 지식과 경험이 있는 기술자에 의한 검토가 실시되어야 한다.

 

 

부록 1. RMR 방법 및 Q-시스템에 의한 지반분류와 지보패턴

 

1.1 지반분류

 

 1.1.1 RMR 분류

  RMR(Rock Mass Rating)은 비에니아스키가 제안한 방법으로, 암반에 대한 항목별 점수를 매기고 이를 합산하여 그 값에 따라 암반을 평가하는 방법으로 평가항목 및 점수는 <부록 표 1.1.1>과 같다.

 <부록 표 1.1.1> RMR 암반분류 기준

  ①암반분류 평가항목 및 평점

분류기준			특성치 구분 및 평점
R1	시료강도 (MPa)	점하중강도지수 일축압축강도	10      4       2       1       일축압축강도 250     100     50      5       1
	R1 평점		15	12	7	4	2	1	0
R2	암질표시율(RQD) (%)		90      75      50      25
	R2평점		20	17	13	8	3
R3	절리면 간격(Js) (cm)		200     60      20      6
	R3 평점		20	15	10	8	5
R4	절리면 상태(Jc)	연장길이(m)	<1	1∼3	3∼10	10∼20	>20
		평점	6	4	2	1	0
		분리폭(mm)	밀착	<0.1	0.1∼1.0	1∼5	>5
		평점	6	5	4	1	0
		거칠기	매우거침	거침	약간거침	매끄러움	아주 매끄러움
		평점	6	5	3	1	0
		충전물두께	없음	견고한 충전물		연약한 충전물
				<5	>5	<5	>5
		평점	6	4	2	2	0
		풍화도	신선함	약간풍화	중간풍화	심한풍화	완전풍화
		평점	6	5	3	1	0
R5	지하수 상태	터널길이 10m당 유입량(ℓ/분) 또는 수압/주응력 비 또는 건습 상태	0       10      25      125             0       0.1     0.2     0.5 완전건조 습윤   젖음    물방울이 떨어짐    물이흐름
	R5 평점		15	10	7	4	0

 

  ② 절리면의 방위와 터널 굴진방향의 상관관계

절리면의 주향이 터널 굴진방향과 수직				절리면의 주향이 터널 굴진행방향과 평행		주향과 무관
내림 경사방향 굴진		오름 경사방향 굴진
경사각 45∼90°	경사각 20∼45°	경사각 45∼90°	경사각 20∼45°	경사각 45∼90°	경사각 20∼45°	경사각 20°이하
매우유리	유리	양호	불리	매우 불리	양호	양호

 

  ③ 절리방향에 대한 보정

절리의 주향과 경사	매우유리	유리	양호	불리	매우 불리
보정점수	0	-2	-5	-10	-12

 

 1.1.2 Q-시스템

  Q-시스템(Rock Mass Quality-System)은 NGI 연구기관(Norwegian Geotechnical Intstitute)의 바톤(Barton)이 소개한 것으로, 암반상태를 정량적으로 평가(Q값)하고 이에 대한 보강방법과 보강량을 결정하는 방법이다. Q값은 <부록 표1.1.2>와 같이 암반특성을 6요소로써 대표하여, 각 요소를 몇 등급으로 나누어서 수치화하고 여기에 해당하는 값을 다음과 같이 서로 곱하거나 나누어서 산출한다. 다음 식에서 나타난 바와 같이 6요소들은 각각 2가지 요소를 결합하여 3가지 항목으로 나뉘어져서 암괴의 크기(RQD/Jn), 암괴의 전단력(Jr/Ja), 활성응력(Jw/SRF)등을 나타낸다.

                           

  여기서, RQD : 암질표시율(%)

             Jn : 절리군의 수

             Jr : 절리면의 거칠기 계수

             Ja : 절리면의 변질도

             Jw : 절리사이의 물에 의한 저감계수

             SRF : 응력감소 계수(Stress Reduction Factor)

 

<부록 표 1.1.2> Q-시스템에 이용되는 배개변수 및 값

기                    술	값	비                  고
1. 암질표시율	RQD
A. 매우 불량    B. 불량    C. 보통    D. 양호    E. 매우 양호	0∼25 20∼50 50∼75 75∼90 90∼100	1.RQD가 10이하인 경우에는 10을 적용   2.RQD는 5간격으로 표기한다.      즉 100, 95, 90등
2. 절리군의 수	Jn
A. 괴상으로 절리가 전혀 없거나 또는 거의 없음    B. 1방향의 절리군    C. 1방향의 절리군과 불규칙한 절리    D. 2방향의 절리군    E. 2방향의 절리군과 불규칙한 절리    F. 3방향의 절리군    G. 3방향의 절리군과 불규칙한 절리    H. 4또는 그 이상의 절리군과 불규칙한 절리 현전하게 많음    I. 토사상으로 파쇄된 암반	0.5∼1.0 2 3 4 6 9 12 15 20	1. 절리의 교차부에 대하여(3.0×Jn)   2. 갱구부에 대하여(2.0×Jn)
3. 절리면의 거칠기 계수	Jr
a. 절리면이 접촉하고 있는 경우 및    b. 전단변위 10cm이하로 절리면의 접촉하는 경우
A.불연속성 절리    B.거칠거나 또는 불규칙한 파상    C.평탄하고 파상    D.박피상이고 파상    E.거칠거나 또는 불규칙하고 평탄    F.매끈매군하고 평탄    G.박피상이고 평탄	4 3 2 1.5 1.5 1.0 0.5	1. 당해절리군의 평균절리 간격이 3m이상인 경우는 1.0을 더함     2. 선상구조가 최소 강도방향으로 배열되어 있을 경우는 이러한 선상구조를 갖는 평탄한 표층의 절리에 대하여 Jr= 0.5로 함
c. 전단시 절리면의 접촉이 생기지 않는 경우
H. 절리면의 접촉을 막는데 충분한 두께의 점토 광물협재    I. 절리면의 접촉을 막는데 충분한 두께의 모래, 자갈 또는 파쇄대	1.0

     

 

<부록 표 1.1.2> Q-시스템에 이용되는 매개변수 및 값(계속)

기                            술	값	비                   고
4. 절리면의 변질도	Ja	Ør(개략치)
a. 절리면의 접촉하고 있는 경우
A. 강하게 결합하고 경질로서 견고한 불투수성 충전물을 함유    B. 절리면의 불결한 상태일 뿐이고 변질되어 있지 않음    C. 절리면은 약간 변질되고 견고한 사질입자, 점토분이 없는        풍화암 등을 함유    D. 실트질 점토 또는 사질점토로 피복되고 소량의 점토를 함유    E. 연화된 또는 마찰이 작은 점토광물 즉 고령토, 운모 등으로        피복되어 있음. 또 녹니석, 활석, 석고, 흑연 등과 소량의        팽창성 점토를 함유(불연속성 피복물의 두께는 1∼2mm또는        그 이하)	0.75 1.0 2.0   3.0 4.0	(25∼35°) (25∼30°)   (20∼25°) (8∼16°)	1. 잔류 마찰각 Ør는 변질물의 광물적 성질을 고려하여 개략적인 참고치로 하고 있음
b. 전단변위 10cm이하에서 절리면이 접촉하는 경우
F. 사질입자 점토분이 없는 풍화암등    G. 강하게 과압밀된 비연화 점토·광물의 충전물        (연속성이며 두께<5mm)    H. 중간정도 또는 조금 과압밀되어 연화한 점토 광물의 충전물            (연속성이며 두께 < 5mm)    J. 팽창성 점토 충전물 즉 몬모리로라이트(연속성이며 두께<5mm).Ja의 값은 팽창성 점토의 비율과 물의 유무에 관계된.	4.0 6.0   8.0   8.0∼12.0	(25∼30°) (16∼24°)   (12∼16°)   (6∼12°)
c. 전단시 절리면의 접촉이 생기지 않는 경우
K. 풍화 또는 파쇄된 암석 및 점토의 띠상협재    L .M.(점토의 상태에 따라서 G H 및 J를 참조)    N. 실트질점토 또는 사질점토의 띠상으로 협재,        점토함유량은 소량    P. 점토가 두꺼운 연속성인 분포    Q. R. 나 구역(점토의 상태에 따라서 H 및 J를 참조)	6.0∼8.0 8.0∼12.0 5.0   10.0∼13.0 13.0∼20.0	(6∼24°)       (6∼24°)

 

 

<부록 표 1.1.2> Q-시스템에 이용되는 매개변수 및 값(계속)

기                         술	값	비              고
5. 절리면의 물에 의한 저감계수	Jw	개략의 수압 (kg/㎠)
A. 건조상태에서 굴착 또는 소량의 용수, 즉 국부적으로 <5ℓ/분   B. 중잔정도의 용수 또는 중간정도의 수압, 때에 따라 절리충전물의 유출   C. 충전물이 없고 절리가 있으며 내력이 있는 암반내의 대량의 용수 또는 높은 수압   D. 대량의 용수 또는 높은 수압, 충전물의 상당량이 유출   E. 발파시에 예외적으로 다량의 용수 또는 예외적은 높은 수압시간과 더불어 감소   F. 예외적으로 다량의 용수 또는 예외적인 높은 수압, 수량감소 없이 계속 유출	1.0 0.66   0.5   0.33 0.2∼0.1   0.1∼0.05	<1.0 1.0∼2.5   2.5∼10.0   2.5∼10.0 >10   >10	1. C에서 F항까지는 극히 개략적인 추정치, 배수공사를 시공한다면 Jw값을 증가시킴   2. 동결(凍結)이 있는 특별한 문제는 고려하지 않음
6. 응력감소 계수(Stress Reduction Factor, SRF)
a. 터널굴착시 암반에 이완이 생길 가능성이 있는 약층이 공동과 교차하고 있는 경우	SRF
A. 점토 또는 화학적으로 풍화한 암석을 포함하는 약층이 복수로 있고 주변암반이 느슨해져 있다.(굴착깊이에 무관)    B. 점토 또는 화학적으로 풍화한 암석을 포함하는 단일 약층(굴착깊이 50m이하)    C. 점토 또는 화학적으로 풍화한 암석을 포함하는 단일 약층(굴착깊이 50m이상)    D. 내력이 있는 암반내에 복수의 전단대(점토를 함유하지 않음)이 존재하고 주변암반은 느슨해짐(굴착깊이에 무관)    E. 내력이 있는 암석내에 단일 전단대(점토를 함유)(굴착깊이 50m이하)    F. 내력이 있는 암반내에 단일 전단대(점토를 함유)(굴착깊이 50m이상)    G. 이완되고 열린 절리, 현저하게 발달된 절리 또는 각진암편(굴착깊이에 무관)	10.0   5.0   2.5   7.5   5.0   2.5   5.0	1. 문제가 되는 전단영역이 공동과 교차하지 않는 경우 SRF를 25∼50%이하로 감소시킴     2. 초기 응력장(측정되었을 경우)이 강한이방성을 나타낼 수 경우 5≤σ₁/σ₃≤10일 때 σc를 0.6σc로 σt를 0.6σt로 감소시킴. 여기서 σc=일축압축강도, σt=인장강도(점재하), σ₁과 σ₃는 각각 최대, 최소의 주응력임.3. 크라운의 지표에서 깊이가 스팬보다 낮은 곳에서의 몇몇 사례에서는 SRF는 2.5를 5로 증대시키는 편이 좋은(H. 참조)

기                         술	값	비                  고
b. 내력이 있는 암석에서 암반응력이 문제가 되는 경우	σc/σ₁	σ₁/σ₁	SRF
H. 지표 가까이에서 낮은 응력    J. 중간정도의 응력    K. 높은 응력에서 대단히 강고한 지질구조(일반적으로 안정성에 관해서는 양호하나 벽면의 안전에 관해서는 불리하게 될 가능성이 있음)    L. 암석파쇄는 적다(괴상암반)    M. 격심한 암석파쇄(괴상암반)	>200 200∼10 10∼5     5∼2.5 <2.5	>13 13∼0.66 0.66∼0.33     0.33∼0.16 <0.16	2.5 1.5 0.5∼2     5∼10 10∼20
c. 압출성 암반 즉 암반의 높은 압력영향으로 내력이 없는 암석이 소성유동을 일으킬 경우	SRF
N. 중간정도의 압출성 암반 압력    O. 격심한 압출성 암반 압력	5∼10 10∼20
d. 팽창성 암반 즉 물의 유무에 지배되는 화학적 팽창성 작용을 일으킬 경우	SRF
P. 중간정도의 압출성 암반 압력    R. 격심한 압출성 암반 압력	5∼10 10∼15

 

 

<부록 표 1.1.3> 터널 사용목적에 따른 굴착지보비(ESR)

굴  착  의    종  류	굴착지보지(ESR)
A. 일시적으로 유지되는 터널    B. 지하수로    C. 지하저장소, 소형터널    D. 지하발전소, 지하터널, 방공호    E. 지하원자력발전소, 지하정류장, 지하경기장	2∼5 1.6∼2.0 1.2∼1.3 0.9∼1.1 0.5∼0.8

 

 

1.2 지반분류에 따른 지보패턴

 

 1.2.1 RMR 방법에 의한 암반분류와 지보패턴(예)

 

<부록 표 1.2.1> RMR 분류에 의한 굴착 및 지보(예)

등급	암반구분	굴       착	지             보
			록볼트	숏크리트	강지보재
1	매우 양호한 암반 RMR:81∼100	전단면  굴진장 3m	필요한 장소에만 실시하는 국부적인 록볼트 외에는 일반적으로  지보가 필요없음
2	양호한 암반 RMR:61∼80	전단면  굴진장 1.0∼1.5  막장에서 20m에 지보설치  완료	필요시 철망을  이용하여 천장에  길이 3m, 간격  2.5m로 설치	필요한 경우  천장에 두께  50mm	없음
3	보통의 암반 RMR:41∼60	반단면 및 벤치  굴진장은 1.5∼3.0m  매 발파마다 즉시 지보시공.  막장에서 10m에 지보 설치  완료	천장에 철망을  이용하여 천장 및  측벽에 길이 4m,  간격 1.5∼2.0m로  격자상으로 설치	천장에 두께  50∼100mm,  측벽에 두께  30mm	없음
4	불량한 암반 RMR:21∼40	반단면 및 벤치.  굴진장에서 1∼1.5m 굴착과 동시작업으로 막장에서 10m에 지보를 시공	철망을 이용하여  천장 및 측벽에 길이  4∼5m, 간격 1∼1.5m로 격자상으로  설치	천장에 두께  100∼150mm  측벽에 두께  100mm	필요한 지점에서는  강지보재를 1.5m  간격으로 설치
5	매우 불량한 암반 RMR:<20	분할굴착  상부막장의 굴진장 0.5∼1.5m  굴착과 동시작업으로 지보  를 설치, 발파후 될수 있는  한 조기에 숏크리트 타설	철망을 이용하여  천장 및 측벽에 길이  5∼6m, 간격 1∼1.5m로 격자상으로  설치	천장에 두께  150∼200mm  측벽에 두께  150mm 및  막장에 두께  50mm	필요한 경우,  강제래깅(lagging)과 함께 강지보재를  0.75간격으로 설치하고 인버트 부는  폐합

 

   1) 수직응력 25MPa이하이고 발파굴착공법으로 폭 10m인 마제형터널 기준으로 제시됨

 

 1.2.2 Q-시스템에 의한 암반분류별 지보패턴(예)

  Q값에 의한 지보방법은 터널의 유효크기에 따라서 결정한다.

     

   여기서, 굴착 지보비(ESR)는 터널의 사용목적에 따른 안정성에 관계되는 수치이다.(표 1.3참조)

 

112페이지 <부록 그림 1.2.1> Q-시스템에 의한 터널 지보재 선정(예)

 

 

부록 2. 쉴드기 개요 및 세그먼트 설계

 

2.1 쉴드기계 개요

 

 2.1.1 일반사항 쉴드의 분류는 전면의 구조형식에 따라 개방형 쉴드와 밀폐형 쉴드로 구분한다. 개방형 쉴드는 전면 개방형과 부분 개방형으로 구별된다. 전면 개방형 쉴드는 굴착방법에 의해 인력식 쉴드와 반기계식 쉴드 및 기계식 쉴드의 3가지로 분류되며, 부분 개방형 쉴드에는 블라인드식 쉴드가 있다. 밀폐형 쉴드는 토압식과 이수가압식으로 구분되며, 토압식 쉴드는 토압쉴드와 이토압 쉴드로 구분된다.

 

 2.1.2 각 쉴드의 특징은 다음과 같다.

  (1) 개방형 쉴드 : 전면 개방형 쉴드는 터널 막장면의 전부 또는 대부분이 개방되어 있는 쉴드를 말하여, 막장의 자립을 전제로 하고 있다. 자립하지 않는 막장에 대해서는 보조공법에 의해, 자립조건을 만족시켜야 한다. 부분 개방형 쉴드는 막장의 대부분이 밀폐되어 있지만, 그 일부에 토사 유입구를 설치하여 토사의 유입을 조절하는 것에 의해 막자으이 안정을 유지하는 구조로 되어 있다.

   ①인력식 쉴드:토사의 굴착을 쇼벨, 곡괭이, 브레카 등에 의해 인력으로 작업하며, 벨트컨베이어와 굴착토 운반차 등으로 배토하는 쉴드공법이다. 이 쉴드에는 토질의 상태에 따라, 후드(hood) 기타 토류공 및 토류 등, 막장의 안정기구를 설치하는 것이 바람직하다.

   ②반기계식 쉴드:인력식 쉴드에 굴착기, 적입기, 굴착적입겸용기 등을 조립한 것으로 굴착중의 막장은 크게 개방되어 있는 것이 많고 굴착중의 토류는 곤란하다.

   ③기계식 쉴드:전면에 커트헤드를 장착하여 토사의 굴착을 기계적인 연속작업으로 하는 쉴드이다. 커트헤드 등에 의해 어느정도의 토류효과를 기대할 수 있다.

   ④블라인드식 쉴드:막장면을 밀폐하여, 그 일부에 조절가능한 토사유입구를 장착한 쉴드를 말한다. 이 쉴드는 쉴드전면을 지반에 관입시켜 관입부분의 토사를 소성유동화하여 토사 유입구에 의해 배토하는 것이기 때문에 소성유동화 상태의 배토저항을 저절하는 것에 의해 막장의 안정을 꾀한다.

  (2) 밀폐형 쉴드:격벽을 갖고 있으며 막장과 격벽 사이의 챔버(chamber)내를 토사 또는 이수로 채우고, 토사 또는 이수에 충분한 압력을 유지시켜 막장의 안정을 도모하는 구조의 기계굴착식 쉴드를 말한다.

   ① 토압식 쉴드 : 굴착토를 이토화시켜 소정의 압력을 가하여 막장의 안정을 꾀하는 것으로 혼합기구, 굴착토를 배출하는 배토기구, 굴착토의 압력을 일정하게 유지하는 제어기구 등의 설비를 장착한 쉴드를 말한다.

• 토압 쉴드:회전커터헤드로 굴착, 교반한 토사를 막장과 쉴드격벽 사이에 충만시켜 쉴드의 추진력에 의해 굴차토를 가압하여 막장전체에 작용시켜 막장의 안정을 유지하면서 스크류컨베이어 등으로 배토하는 쉴드를 말한다.
• 이토압 쉴드: 첨가재를 주입하면서 회전커터로 굴착한 토사와 첨가재를 강재적으로 교반하여 토사를 소성유동화 시켜 토압쉴드와 같은 방법으로 막장의 안정을 유지하면서 스크류컨베이어 등으로 배토하는 쉴드를 말한다.

   ② 이수가압식 쉴드:이수에 소정의 압력을 가하여 막장의 안정을 유지하며, 이수의 순환에 의해 굴착토의 액상수송을 시행하는 방식이다. 지반을 굴착하는 굴착기구, 이수를 순환시켜 이수에 일정한 압력을 가하기 위한 설비, 굴착수송된 이수를 분리하여 이수를 소정의 소성상태로 조정하기 위한 설비, 이수처리설비를 구비한 쉴드이다.

 

 2.1.4 쉴드기계의 구성은 <부록그림 2.1.1>과 같으며, 막장측에서부터 후드부, 거더부, 테일부의 3부분으로 나눌 수 있고, 외피는 외판(skin plate)와 그 보경재로 되어 있다.

 

 

117페이지 <부록 그림 2.1.1> 쉴드의 구성

 

 

 2.1.5 쉴드길이는 외판 길이의 최대치를 말하는 쉴드 본체길이와 쉴드 전체길이로 구분할 수 있다.

 

 2.1.6 커터헤드는 전면형상에 따라 스포크(spoke)형과 면판형으로 분류되며, 스포크형은 커터의 실부하 토크의 저감, 굴착토사의 취입이 우수하고 면판형은 막장의 토류방지 기능과 주입재료의 막장면에서 체류를 촉진하는데 유효하므로 이를 고려하여 커터헤드의 종류를 선정하여야 한다.

 

 2.1.7 커터 슬리트(cutter clit)는 커터헤드 면판의 형식을 말하며 지반조건에 따라 개구율 및 굴착기구(비트 또는 티스크 커터 등) 형식이 달라지며, 지반의 조건, 막장 안전기구 및 굴착능률을 고려하여 그 형상, 치수를 결정해야 한다.

 

 2.1.8 후드부의 형상, 치수는 지반의 조건에 적합하도록 결정하여야 하며, <부록 그림 2.1.2>와 같이 직형과 경사형, 그리고 단절형 등으로 분류된다.

 

 

118페이지 <부록 그림 2.1.2> 후드 형상

 

 

2.2 세그먼트 설계상세

 

 2.2.1 세그먼트 설계에 사용되는 용어는 다음과 같으며, 다음에 제시된 계산법과 공식, 표 등은 외국의 관용계산법을 예로써 원용한 것이므로 그 적용에 있어서 융통성이 있어야 한다.

  (1) 라이닝 두께는 터널 횡단면에 있어서 전체 라이닝 두께를 말한다.(<부록 그림 2.2.1> 참조)

  (2) 상자형 세그먼트는 거더(girder)와 이음판 또는 종 리브(rib)에 의해 둘러싸인 요부를 가지는 세그먼트를 말하며, 강재 및 주철재 세그먼트(덕타일 세그먼트)에서는 상자형 세그먼트라 하고, 콘크리트계에서는 중자형 세그먼트라고 한다.(<부록 그림 2.2.5> 참조)

  (3) 평판형 세그먼트는 채워진 단면을 갖는 평판형의 세그먼트를 말한다.(<부록 그림 2.2.5, 2.2.6> 참조)

  (4) 하나의 링을 형성하는 세그먼트는 A,B 및 K형 세그먼트가 있으며(<부록 그림 2.2.2> 참조) K형 세그먼트에는 터널반경방향에 테이퍼(taper)를 두어 터널 내측으로 삽입하는 것이 있다.(축방향 삽입재 세그먼트)

 

 

119페이지 <부록 그림 2.2.2> 세그먼트 링의 구성

 

 

  (5) 분할수는 한 링을 구성하는 세그먼트 수를 말한다.

  (6) 테이퍼 링은 곡선부의 시공 및 선형수정에 사용하는 테이퍼 처리한 링을 말한다. 특히, 폭이 좁은 판상은 테이퍼 플래이트 링(taper platering)이라 한다.(<부록 그림 2.2.3> 참조)

  (7) 테이퍼 세그먼트는 테이퍼 링을 구성하는 세그먼트라 말한다.

  (8) 테이퍼 량(Δ)은 테이퍼 링에 있어서 최대폭과 최소폭과의 차이를 말한다.(<부록 그림 2.2.3> 참조)

  (9) 테이퍼 각(β)는 <부록 그림 2.2.3>에 나타난 각도 β를 말한다.

  (10) 이음 각도()는 <부록 그림 2.2.2>와 <부록 그림 2.2.4>에 나타낸 바와 같으며, 주로 반경방경 삽입형 K세그먼트의 경우에 사용된다.

 

 

120페이지 <부록그림 2.2.3> 세그먼트 링의 종류

 

121페이지 <부록그림 2.2.4> 세그먼트 링의 단면

 

  (11) 세그먼트 길이는 터널 횡단방향으로 측정한 세그먼트 호의 길이를 말하며 외주장과 내주장으로 구분한다.(<부록 그림 2.2.4> 참조)

  (12) 세그먼트 폭은 터널 종단방향으로 측정한 세그먼트의 치수를 말한다. (부록그림 2.2.5 참조)

  (13) 세그먼트 높이(두께)는 터널 종단면의 반경방향에서 측정한 세그먼트 측벽의 높이를 말한다. 평판형 세그먼트에서는 세그먼트 두께라고도 한다.(<부록 그림 2.2.5>참조)

 

 

122페이지 <부록 그림 2.2.5> 세그먼트 단면

 

 

  (14) 거더는 상자형 세그먼트의 경우 터널 횡단방향 측벽(강재 세그먼트의 스킨 플레이트를 제외한 측벽)을 말하며, 평판형 콘크리트계 세그먼트에 있어서는 터널의 종단방향의 단면이 된다. 터널에 작용하는 외력에 저항하는 주요부분을 형성한다.(<부록 그림 2.2.5, 2.2.6> 참조)

  (15) 이음은 세그먼트 이음과 링이음으로 구분하며 터널 횡단방향에 세그먼트를 연결하는 링을 형성하는 이음을 세그먼트 이음, 터널종단방향에 링상호간을 잇는 이음을 링 이음으라고 한다.

  (16) 이음판은 이음의 볼트 접합에 이용하는 판 또는 판상구조를 말한다.(<부록 그림 2.2.6> 참조)

 

 

123쪽 <부록 그림 2.2.6> 세그먼트 각 부의 명칭

 

 

  (17) 세그먼트의 스킨 플래이트 및 배판은 상자형 세그먼트에 있어서 거더와 이음판 등으로 주변을 지지 받는 판을 말한다. 강재 세그먼트에 있어서는 스킨 플래이트라 하고, 콘크리트계 상자형 세그먼트에서는 배판이라고 한다.(<부록 그림 2.2.5, 2.2.6> 참조)

  (18) 종 리부는 상자형 세그먼트에 있어서 터널의 종단방향을 따라 삽입하는 보강재를 말한다. 쉴드잭의 추력에 저항함과 동시에 스킨 플레이트에 작용하는 하중을 거더로 전달한다.(<부록 그림 2.2.6> 참조)

  (19) 횡 리브는 상자형 세그먼트에 있어서 터널의 횡단방향에 따라 넣은 보강재를 말한다.

  (20) 세그먼트 이음 볼트는 링을 형성하기 위해 세그먼트 상호간의 연결에 사용하는 볼트를 말한다.

  (21) 링 이음 볼트는 링 상호간의 연결에 사용하는 볼트를 말한다.

  (22) 코킹 구는 코킹을 위해 세그먼트의 측벽의 내측에 따라 설치한 홈을 말한다.(<부록 그림 2.2.5> 참조)

  (23) 실(seal)구는 실재를 첨부하기 위해 세그먼트의 측벽에 따라 설치한 홈을 말한다.(<부록 그림 2.2.5> 참조)

  (24) 주입공은 배면주입공 호스를 장착하기 위해 세그먼트에 설치한 구멍을 말한다.(부록 그림 2.2.6> 참조)

  (25) 고리는 이렉터에 매달기 위해 세그먼트에 설치한 철물을 말하며, 콘크리트계 세그먼트에서는 주입공과 겸용하는 경우가 많다.(<부록 그림 2.2.6>참조)

  (26) 보강판은 강재 세그먼트에 있어서 이음판을 보강하는 삼각형상의 판을 말한다.(<부록 그림 2.2.6> 참조)

 

 2.2.2 세그먼트의 구조계산시 편의를 위하여 기호는 다음과 같이 정의하며 사용예는 <부록 그림 2.2.7>과 같다.

 

   EC, ES, ED : 콘크리트, 강재 및 주철제 재료의 영(Young)계수

                  I : 단면 이차 모멘트

        M, N, Q : 휨 모멘트, 축력 및 전단력을 뜻하며, 단면력의 부호는 부록 그림 2.2.7에 나타낸 화살표 방향을 정(+)으로 한다.

                 η :  휨 강성(EI)의 유효율

                 ζ : 휨 모멘트의 할증율

        : 일차라이닝의 외주반경, 도심반경 및 내주반경

                  : 라이닝 두께 ( 일차라이닝, 이차라이닝의 두께)

                 B : 세그먼트 폭

                 θ : 세그먼트 단면계산등 계산위치의 각도(터널 천단부에서 시계방향을 정하는 중심각)

          : 흙의 단위중량, 흙의 수중단위중량 및 물의 단위중량

 

 

125페이지 <부록 그림 2.2.8> 관용계산법 및 수정관용계산법에 있어서 기호사용의 일례

 

 

                : 라이닝 외주상의 꼭대기점에서 측정한 토피

              : 라이닝 외부상의 꼭대기점에서 측정한 정수면의 높이

                : 상재하중

                : 터널 종단방향 단위길이 당 라이닝의 자중(일차라이닝, 이차라이닝의 자중)(부록그림 2.2.8 참조)

                p : 연직방향의 하중강도

                q : 수평방향의 하중강도

                 λ: 측방토압계수

                k : 지반반력계수

                 δ: 라이닝의 변위, 라이닝의 외력으로 향하는 것을 정(+)으로 한다.

                c : 흙의 점착력

                 ø: 흙의 내부마찰각

        : A, B, K 세그먼트의 중심각(<부록 그림 2.2.4, 2.2.7> 참조)

 

 2.2.3 세그먼트의 설계시에는 고려하여야 하는 하중은 다음과 같다.

 

  (1) 연직토압은 라이닝의 정부에 작용하는 등분포하중으로 한다. 그 크기는 터널의 토피, 외경 및 지반의 조건들을 고려할 수 있는 테르챠기(Terzaghi)식등의 일반 계산식들을 이용하여 구분한다.

  (2) 수평토압은 라이닝 양측부 횡단면상의 도심직경에 걸쳐 수평방향으로 작용하는 등변분포(사다리꼴)하중으로 하고, 그 크기는 연직방향의 토압에 측방토압계수를 곱하여 산정한다.(<부록 표 2.2.1> 참조)

  (3) 수압은 터널 시공 중이나 향후 유지관리시의 지하수위의 변동을 고려하여 안전한 설계가 될 수 있는 지하수압을 선정하여야 한다. 여기서 연직방향의 수압은 등분포하중으로 하고 크기는 라이닝 정부의 경우 정점에 작용하는 정수암, 저부의 경우는 작용하는 정수압을 기준으로 한다. 수평방향의 수압은 등변분포하중으로 하고 그 크기는 정수압으로 한다.

 

<부록 표 2.2.1> 측방토압계수(λ) 및 지반반력계수(κ)

흙과 물의 구분	흙의 종류	λ	κ(kN/㎥)	N치에 의한 기준
흙과 물 분리	매우 잘 굳는 사질토 고결된 사질토 느슨한 사질토	0.35∼0.45 0.45∼0.55 0.50∼0.60	30∼50 10∼30 0∼10	30≤N 15≤N<15 N<15
	굳은 점성토 단단한 점성토 보통의 점성토	0.35∼0.45 0.45∼0.55 0.50∼0.60	30∼50 10∼30 05∼10	25≤N 8≤N<25 4≤N<8
흙과 물 일테	보통의 점성토 부드러운 점성토 매우 부드러운 점성토	0.55∼0.65 0.65∼0.75 0.70∼0.85	5∼10 0∼5 0	4≤N<8 2≤N<4 N<2

 

  (4) 자중은 라이닝 횡단면에 있어서 라이닝의 도심선에 맞게 등분포하는 연직방향의 하중으로 한다. 라이닝의 자중은 다음 식으로 계산할 수 있으나 상자형 세그먼트처럼 자중의 분포가 도심에 따라 똑같지 않은 경우에는 평균중량을 이용한다.

                                                 

     여기서 W는 터널 종방향 라이닝의 단위 길이당 중량( )

      는 라이닝 도심반경 (m)를 말한다.

  (5) 상재하중에 의한 토압의 영향은 지중의 응력전달을 고려하여 결정하여야 한다.

  (6) 지반반력은 지반변위와 독립적으로 결정되는 반력과 지반변위에 종속하여 결정되는 반력으로 구별하여 적용할 수 있다.

  (7) 내부하중은 라이닝의 내측에 작용하는 하중으로, 터널시공중과 후로 분류하여 고려하여야 한다. 시공중의 경우, 쉴드의 후방대차, 토사함 등 시공에 관련한 모든 설비가 내부하중으로 작용하므로 이에 따른 구조의 안전성이 확인되어야 한다.

  (8) 시공시 하중은 세그먼트의 조립에서부터 테일 보이드(tail void)에 주입한 뒤채움 주입재 등이 경화할 때까지 세그먼트에 작용하는 하중으로 쉴드잭의 추력, 뒤채움 주입압, 이렉터 조작하중 등에 대하여 검토하여야 한다. 이중 쉴드잭의 추력은 세그먼트 단면력 설계에 매우 중요한 요소로 작용한다.

  (9) 지진활동의 영향이 유려되는 경우는 중요도에 따라 터널의 입지조건, 지반의 조건, 당해지역의 지진동, 터널의 구조, 형상 및 치수, 그 외 필요한 조건을 고려하여 설계하여야 한다.

  (10) 터널에 근접하여 병설하는 경우에는 토질조건, 터널의 상호위치, 터널크기 등을 조사하여 하중에 상호간섭의 영향을 받는지를 검토하여야 한다.

  (11) 쉴드터널 시공시 또는 완성후에 다른 구조물의 근접시공이 예상되는 경우, 그 영향을 충분히 검토하여야 한다.

  (12) 연약지반 중에 터널을 축조하는 경우에는 반드시 지반침하의 영향을 검토해야 한다.

 

 2.2.4 세그먼트 단면력은 그 구조특성을 고려하여 계산하여야 하며 적용하는 일반적인 관용계산법과 이를 일부 수정한 수정 관용계산법은 <부록 표 2.2.2>와 같다.

 

<부록 표 2.2.2> 관용계산법 및 수정관용계산법에 의한 세그먼트 단면력의 계산식

 

 2.2.5 세그먼트 구조 및 형상 설계시 세그먼트의 형상치수를 정하는 중요한 요소와 고려해야할 일반적인 사항은 다음과 같다.(<부록 표 2.2.3> 참조)

  (1) 세그먼트링의 외경의 크기는 터널의 내공과 라이닝두께로 부터 결정된다. 세그먼트의 외경의 치수는 터널설계에 있어서 가장 기본적인 요소이다.

  (2) 세그먼트의 두께는 터널단면의 크기에 따라 토질조건, 토피, 하중조건 등에서 결정되지만, 터널의 사용목적이나 세그먼트의 시공성에 지배되는 경우도 있다. 시공실적에 의하면 세그먼트의 두께는 일반적으로 세그먼트 외경의 4% 전후의 치수범위에 있지만, 대구경의 중자형 세그먼트에서는 5.5% 전후의 범위로 한다.

  (3) 세그먼트의 폭은 세그먼트의 운반 및 조립상의 편리함, 터널 곡선구간의 시공성, 쉴드테일의 길이 등의 측면에서는 작은 것이 바람직하다. 한편, 터널연장당 세그먼트의 제작비의 저감, 누수 등의 약점으로 되기 쉬운 이음개소나 볼트구멍의 감소, 시공속도 등의 측면에서는 큰 것이 바람직하다. 세그먼트의 폭은 터널단면에 따른 시공실적에 감안하여, 경제성, 시공성을 고려한 뒤에 결정해야 한다.

  (4) 세그먼트링의 구성은 수개의 A세그먼트와 2개의 B세그먼트 및 정점부에 마지막으로 조립되는 K세그먼트로 구성되는게 일반적이다. K세그먼트로부터 삽입하는것(축방향 삽입형) 및 이 두가지를 겸용하여 사용하는 것도 있다. 터널내측에서 삽입하는 K세그먼트(반경방향 삽입형)의 길이는 A,B세그먼트와 비교해서 작게하는 것이 좋다.

 

<부록 표 2.2.3> 강재 세그먼트의 형상 치수(단위 : mm)

외경	폭	두께	세그먼트 분할
1800∼2000	750	75 100	6분할
1250∼2550	900 1000	100 125	6분할
2750∼3350	900 1000	100 125 150	6분할
3550∼4050	900 1000	125 150 175	7분할
4300∼4800	900 1000	150 175	7분할
5100∼5700	900 1000	175 200 225	7분할
6000	900 1000	200 225	7분할
6300∼6900	900 1000	250 275	7분할
7250∼8300	900 1000	300 325 350	8분할

 

<부록 표 2.2.4> 콘크리트 평판형 세그먼트의 형상, 치수 (단위 : mm)

외경	폭	두께	세그먼트 분할
1800∼200	900 1000	100 125	5분할
2150∼3350	900 1000	100 125 150	5분할
3550∼4800	900 1000	125 150 175 200	6분할
5100∼6000	900 1000	175 200 225 250 275 300	6분할
6300∼6900	900 1000	250 275 300	7분할
7250∼8300	900 1000	275 300 325 350	8분할

 

  (5) 링 이음은 시공시 하중 등을 고려하여 터널 축방향의 연속성이 확보될수 있도록 검토하여야 한다. 다 한지계 세그먼트 링에서는 세그먼트의 조립에서 뒤채움 주입재가 경화하기까지 변형을 방지하기 위해 그 구조특성을 침해하지 않는 이음을 사용함과 동시에 변형방지의 보조수단도 강구하여야 한다.

  (6) 볼트 직경에 비하여 볼트 구경이 너무 크면 세그먼트에 큰 결함을 발생시켜 시공시 항중증가의 원인이 될 수도 있으므로 주의해야 한다.

  (7) 세그먼트를 볼트로 결합하는 경우, 볼트구경의 표준은 <부록 표 2.2.5>및 <부록 표 2.2.6>에 나타낸 바와 같다. 볼트 대신에 핀을 사용하는 경우, 구경의 여유는 <부록 표 2.2.5>에 준한다.

 

<부록 표 2.2.5> 상자형 및 평판형 세그먼트

볼트경(mm)	16	18	20	22	24	27	30	33	36
볼트공정(mm)	19	21∼23	23∼25	25∼27	27∼29	30∼32	33∼36	36∼39	39∼41

 

<부록 표 2.2.6> 콘크리트계 상자형 세그먼트

볼트경(mm)	27	30	33
볼트구경(mm)	32∼33	35∼38	38∼41

 

  (8) 테이퍼 링은 곡선용과 선형수정용으로 분류할 수 있으며, 일반적으로 곡선용 테이퍼링을 선형수정용으로는 이용할 수 있다.

  (9) 선형수정용의 테이퍼 링 수는 설계의 대상이 되는 터널 구간내에 준비해야 하는 모든 링 수에서 곡선용의 테이퍼 링 수를 제외한 나머지 링수의 5% 정도를 기준으로 한다.

  (10) 테이퍼 링의 최대폭은 강재 세그먼트에서는 표준폭과 비슷하든지 또는 그것도 작은 것으로 한다.

  (11) 테이퍼량은 세그먼트 폭, 세그먼트의 외경곡선반경 및 곡선구간에서의 테이퍼 링의 사용비율과 함께 테일 클리어런스 등을 고려하여 결정하여야 한다. 테이퍼 량, 테이퍼 각의 일반기준치는  <부록 표 2.2.7>과 같다.

 

<부록 표 2.2.7> 테이퍼 량, 테이퍼 각

세그먼트의 외경 D	D<4m	4m≤D<6m	6m≤D<8m	8m≤D<10m	10m≤D<12m
테이퍼량 (mm)	15∼45	30∼80	30∼90	40∼90	40∼70
테이퍼 각	20＇∼115＇	20＇∼70＇	15＇∼50＇	15＇∼35＇	10＇∼35＇

 

  (12) 12m를 넘는 대구경 쉴드나 특수형상의 경우는 미리 책임기술자와 협의한 다음 테이퍼 량, 테이퍼 각을 별도로 정하도록 한다.

 

 

자료출처 : http://poomzil.co.kr/시방서모음/터널설계기준/터널설계기준.htm