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터널이야기

터널 붕락의 유형과 원인

by ◎◎●◎●◎◎◎● 2020. 5. 28.

붕락의 유형과 원인

A 유형

터널 내 붕락이 지표면까지 깔때기형으로 함몰된 형태로 피해규모가 크다. 천단부의 지반상태는 암반이라기보다는 풍화토에 가까운 상태이다. 붕락이 발생한 부분의 상부 지표면은 계곡부에 위치하여 인접지역보다 지반상태가 불량하다. 발파 진동에 의해 파쇄 대면은 지반 결합력 및 전단강도가 급격하게 감소되어 붕락된다. 

B 유형

미끄럼면으로 인하여 터널 내 부등침하가 지표면 균열까지 동반한 형태를 말한다. 경면을 경계로 경면과 모암에서 절리면을 따라서 이완이 발생한다. 

C 유형

터널 천정부에서 국부적으로 쐐기 형태의 암반 블록이 붕락한 형태를 말한다. 막장면은 상태가 양호하였으나 붕락 구간은 부분적으로 절리 방향이 불리한 상태이다. 이 현상을 주의 깊게 관찰하지 못하고 지보 패턴을 전 단계와 동일하게 적용하여 쐐기형 붕락이 발생할 수 있다. 

붕락 시 조치방법

A 유형

지상부는 함몰부 주위는 시멘트 모르타르로 충전하고 주변부는 시멘트 밀크를 주입한다. 시멘트 모르타르 및 밀크 주입 시 지하수 유 이블 대비하여 급결제를 사용한다. 용수로 인한 작업 곤란 우려 시 우레탄 보강 주입을 실시한다. 

B 유형 

추가붕락 및 침하 방지를 위한 버팀 지주를 설치한다. 지하수의 유입방지를 위한 급결체를 첨가하여 숏크리트를 타설 한다. 

C 유형

지하수의 유입방지를 위한 급결제를 첨가하여 숏크리트를 타설 한다. 락볼트 보강 설치로 균열부 봉합 및 부착 작용 효과를 꾀한다. 

붕락 보강대책 수립시 주의사항

보강 방향을 설정한다. TSP탐사 및 막장 정밀관찰 후에 굴착공법을 변경한다. 공사 중 막장과 천단 붕락을 방지하는 방향으로 한다. 상부 지반 침하 시 지지력을 보강할 수 있는 방향으로 계획한다. 지하수의 유출을 방지하는 방향으로 계획한다.

지반보강은 지상 SGR, 갱내 SGR, 강관 다단 그라우팅, 우레탄 그라우팅, 측벽과 인버트는 SGR, 우레탄 보강, 상반 굴착 하부 숏크리트는 50cm로 보강하고 벤치 길이는 10m로 조기 폐합한다.

보강 후에는 보강단면 안정성 검토를 실시하고, GPR 비파괴 조사, 투수시험, 표준 관입 시험, 공 내 재하시험을 실시하여야 하며 정밀하게 막장을 관찰하여 보강 효과를 확인하여야 한다. 

터널 갱구부 위치선정시 주의사항

터널 갱구부 안정성 확보를 위한 지형적 위치인가, 터널 갱구부의 안전성을 확보할 수 있는 토피가 확보되어 있는가, 절토사면에 대한 안정성이 확보되어 있는가, 갱구부 설치 시 주변 경관과의 조화가 나쁘지 않은가 등을 고려하여 위치를 선정하는 것이 좋다. 

주요 선정기준으로는 갱구부는 상부 토피고에서 1~2D까지로 규정한다. 갱구부는 계곡의 수로 등과 교차하지 않고 자연지형의 경사면이 직각 교차하는 것이 좋다. 가급적 터널축선과 경사면에 60도 이상의 교차각을 이루는 것이 좋다. 갱구부 상단 토피는 터널의 안전성을 위하여 1D 이하로 확보한다. 최근에는 친환경적인 측면을 고려하여 3~5m 정도로 확보하고 있다. 토질 여건상 토피 5m 이내에서 갱구 형성이 어려울 때에는 별도의 검토 결과에 따라 설계하고 토사부 등 일정구간 지반보강 후에 굴착한다. 공사용 설비의 배치에 따라서 고려한다. 갱구부 절토사면의 안정성 확보가 가능한 위치를 선정한다. 

설계노선에 따라 불가피하게 계곡의 수로 등과 교차하거나 경사면과 60도 이하로 교차하여 편토압이 발생하는 경우에는 별도의 배수 방안과 보강대책이 필요하다. 갱구부의 토피고는 3~5m로 하여 최소한의 사면 절취로 사면안정 및 친환경적인 측면을 고려하는 것이 좋다. 상부 토사층이 두꺼울 경우에는 강관 다단 그라우팅 등의 보강을 실시 후 터널 굴착을 하는 것이 좋다. 토질 여건상 토피가 5m 이내에서 갱구 형성이 어려울 경우에는 절토사면 고를 고려하여 위치를 선정하는 것이 좋다. 최근 친환경적인 측면이 강조되는 바 최소한의 자연훼손과 주변 경관과의 조화에 대하여 충분하게 고려하는 것이 좋다.

갱문 형식 선정 시 주의사항

지형 조건을 고려하여 갱문 형식을 선정한다. 친환경성을 고려하고 주변 경관과의 조화를 고려한다. 낙석이나 비탈면 붕괴에 따른 도로의 안정성을 확보한다. 

갱문의 종류

면벽형 갱문으로는 중력 반 중력식, 아치윙식, 아치 면벽형 갱문이 있다.

중력 반 중력식 갱문은 급경사 지형이나 옹벽구조물 필요시, 편토압이 발생할 경우에 사용한다. 정면 벽 휘도 저하 고려가 필요하고 운전자에게 위압감을 줄 수 있으며 주변 지형과의 부조화가 특징이다.

아치윙식 갱문은 비교적 완경사 지형이나 좌우 측면 절토가 적은 경우, 교량부나 성토부와 바로 연계되는 경우에 사용한다. 다소의 보호 성토가 필요하고 지형에 따라 아치부 두께의 조정이 필요하다. 

아치 면벽형 갱문은 급경사 지형이나 옹벽식 구조물 필요시, 편토압이 발생할 경우에 사용한다. 인위적인 되메우기량이 적고, 운전자에게 위압감을 줄 수 있으며 주변 지형과의 부조화가 특징이다.

돌출형 갱문으로는 원통 절개식, 벨 마우스식, 버드빅형 갱문이 있다. 

원통 절개식 갱문은 원경사 지형이나 지형 지질히 비교적 양호하고 낙석이나 산사태 우려가 적은 곳에 사용한다. 운전자에게 안정감을 주고 갱문과 주변 지형의 조화가 뛰어나고 낙석 발생 시 도로 유실의 위험이 있다.

벨 마우스식 갱문은 완경사 지형이나 지형 지질히 비교적 양호하고 낙석이나 산사태의 우려가 적은 곳에 사용한다. 운전자에게 안정감을 주고 갱문과 주변 지형의 조화가 뛰어나고 노출부에 대한 처리가 필요하다.

버드빅형 갱문은 급경사 지형이나 최소 갱문의 연장 확보가 가능하고 낙석이나 산사태의 우려가 많은 곳에 사용한다. 운전자에게 안정감을 주고 갱문과 주변 지형의 조화가 뛰어나고 노출부에 대한 처리가 필요하다.

https://youtu.be/XVb_-vYe3Ho

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