[지반공학]제 7장 터널공(터널 굴착방법) #2

 이번 포스팅에서는 터널 굴착방법에 대한 이야기를 해보려고합니다.

 터널 굴착방법에는 TBM공법과 NATM공법이 있는데 NATM공법이 더 중요합니다. 기본적인 차이는 화약을 사용하느냐 마느냐의 차이입니다. 그래서 화약을 생각하면 각각의 특징을 유추해볼 수 있습니다.

 제 7장 터널공에 대한 포스팅은 3개의 파트로 나누어 올릴 예정인데요. 그 중에서 두번째인 이번 포스팅에서는 터널을 굴착할때 어떤방법들이 있고 그 방법의 특징은 어떤것인가 하는 문제입니다. 과년도에서 계산문제는 출제되지 않지만, 워낙 암기형문제가 많이 나오기 때문에 자주 복습할 필요가 있는 파트입니다.

 제 1장~6장까지는 계산문제가 많이 출제되고 있는데 7장부터는 암기위주의 내용이 나오니 조금만 더 화이팅합시다.

 

터널굴착방법

 1. 터널 굴착공법

• 전 단면 굴착공법: 도갱을 하지 않고 점보 드릴을 사용하여 전단면을 한꺼번에 굴착하는 공법으로 지질이 안정되어 있는 지반에 이용된다.
• 상부반단면 선진공법: 상부반단면의 굴착을 먼저 하고 하부반단면은 벤치컷(Bench cut)으로 굴착하는 방식으로 지질이 비교적 양호하고 용수량이 적으며 짧은 터널에 적합하다.
• 링컷 공법(Ring cut method): 상부반단면을 일시에 굴착하면 막장이 붕괴할 우려가 있을 때 우선 링상으로 부분 굴착을 하여 여기에 강아치 동바르공을 세워 지지시키고 그 후에 굴진하는 굴착공법
• 벤치 컷 공법(Bench cut method): 상부와 하부를 동시에 굴진시키는 벤치컷 공법은 먼저 상부반단면을 굴착하면서 곧 하부반단면을 굴착하는 공법

  ▲벤치컷 공법의 종류

종별	벤치 길이	적용
롱벤치컷(Long bench cut)	50m 이상	원지반이 안정되고 초기에 인버트 폐합이 불필요한 경우
숏벤치컷(Short bench cut)	10~35m	발파방식이나 기계방식 어느 경우에도 적용가능
미니벤치컷(Mini bench cut)	2m~터널지름	인버트 조기폐합 천단침하 방지가 필요한 토사터널을 억제할 경우
다단벤치컷(Multi bench cut)		보통의 벤키컷 공법으로 막장이 자립되지 않는 경우

 벤치컷 공법의 종류를 쓰라는 문제가 출제된적 있습니다.

 

 

 2. 기계 굴착공법

  (1)TBM 공법(Tunnel boring machine method)

   : 화약을 사용하여 암석을 발파해 터널을 굴착하는 방법이 아니고, 커터(Cutter)에 의하여 암석을 압쇄 또는 절삭하여 터널을 굴착하는 방법이다.

  ▲TBM 공법의 장단점

장점	단점
·갱내작업이 안전하다. ·노무비가 절약된다. ·버력반출이 용이하다. ·여굴이 적다. ·진동이나 소음이 적다. ·동바리공, 복공, 환기의 처치가 경감된다. ※급속시공이 가능하다.	·본바닥 변화에 대하여 적응이 곤란하다. ·굴착단면의 형상에 제한을 받는다. ·기계조작에 전문인력이 필요하다. ·기계를 현장에 반입·반출이 어렵다. ·설비투자액이 고가이므로 초기투자비가 많이 든다. ·1km 이하의 굴착에는 비경제저기다. ※급속곡선 시공이 안된다.

 TBM공법의 장점과 단점을 쓰라는 문제가 출제된적 있다.

  (2)실드공법(Shield method)

   : 강제의 원통을 땅속으로 압입하여 막장의 토사를 밀면서 앞부분을 전진시키고, 후방에서 조립된 아치를 1차 라이닝으로 하는 터널 굴진공법이다.

  : 용수를 동반하는 연약지반에 터널을 만들기 위한 공법으로 본래는 하천, 바다 밑 등의 연약지반이나 대수층지반에있어서의 터널공법으로 개발된 것으로 최근 도시터널시공 등에 이용되는 공법이다.

 

 3. NATM(New Austrian Tunneling Method)

  : NATM은 터널을 뚫기 위하여 발파 직후 뿜어붙이기 콘크리트와 록볼트와 가축성 동바리공을 병용하여 암반의 응력을 측정하면서 터널을 굴진해 가는 터널 굴착공법이다.

  (1)시공순서

    : 천공 → 발파 → 환기 → (보강) → (철망) → (강지보) →버력처리(이물질) → 숏크리트 → 록볼트 → (방수) → 계기측정

  (2)NATM 공법의 이점

• 암반의 이완을 최소로 억제한다.
• 복공과 원지반 사이에 공극이 없으므로 복공강도가 증대된다.
• 지표면의 침하가 억제된다
• Rock bolt와 Shotcrete를 사용하므로 거의 영구구조물을 축조할 수 있다.
• 지질에 관계없이 사용이 가능하다.
• 1차 Lining으로 어느 정도 방수할 수 있다.
• 거푸집 없이 시공이 가능하다.
• 단면 변화가 가능하다.
• 급곡선 작업 가능하다.

 

 4. 터널이 지보재

  : NATM 터널의 설계는 지반조건에 상관없이 대부분 1차 지보재를 영구구조물로 인정하고 있다. 따라서 터널은 어떤 형태로든지 1차 지보재(Primary support)에 의해 안정되고 내부라이닝은 구조적 기능보다는 부수적 기능유지를 목적으로 한다.

  (1)1차 지보재의 종류

• 철망(Wire mesh): Shotcrete 전단보강, Shotcrete 부착력 증진
• 강지보공(Steel rib): 지반이완 방지, 본바닥 지지, Shotcrete 경화전지보
• 숏크리트(Shotcrete): 지반이완 방지, 암반의 탈락 방지, 크랙 발달 방지, 암반표면의 풍화방지
• 록볼트(Rock bolt): 봉합효과, 보의 형성효과, 보강효과

 NATM 터널의 1차 지보재를 쓰라고 하는 문제가 출제된적 있다.

  (2)강지보재

   : 강지보재는 숏크리트가 경화할 때까지 즉시 지보효과를 발휘하며 경화후에는 숏크리트와 연합하여 지지효과를 증진시킨다.

 

 5. 여굴(Over break)

  : 터널에서 숏크리트 설계선의 외측부분보다 크게 굴착된 것을 여굴이라 한다. 터널굴착 시 여굴은 재료 낭비, 굴착의 증가와 불균형으로 토압에 불리, 공기지연, 공사비 증가의 원인이되므로 최소화해야 한다.

  (1)여굴이 원인

• 천공 및 발파의 잘못
• 착암기 사용 잘못
• 전단력이 약한 토질 굴착 시 발생

 여굴의 원인을 쓰라는 문제가 출제된 적있다.

  (2)여굴의 방지대책

• 천공의 위치, 각도를 정확하게 해준다.
• 지발뇌관을 사용해서 원지반에 과도한 발파에너지가 걸리지 않게 한다.
• 외곽공에 정밀폭약의 사용 및 적정량의 폭약을 사용하는 조절폭파공법을 적용한다.
• 발파 후에 조속한 초기 보강(숏크리트 타설)을 실시한다.
• 연약지반이 예상되는 경우에는 선진그라우팅을 실시한다.
• 장약길이를 길게하고 폭발의 지름을 작게 하여 폭발력을 저하시킨다.

  (3)버력처리(Mucking)

   : 터널 굴착과정에서 발생하는 암석덩어리, 암석조각, 토사 등을 버력이라 한다.