터널의 설계

Ⅰ. 개 요

1. 도로터널 계획 및 설계시는 터널의 위치와 단면 결정을 위해서는 도로의 선형과 기하구조, 계획 교통량 등을 고려해야 하며

2. 특히 터널의 설계시는 경제적, 환경적, 기술적 측면에 대한 충분한 사전조사와 검토를 통해 바람직한 설계가 되도록 해야 한다.

 

Ⅱ. 터널 설계시 사전 검토사항

1. 기술적 검토 : 현장 조사, 구조 해석, 설계, 계측

2. 경제적 검토 : 대절토 구간에 대한 터널시공 및 개착식 공법 비교 검토

3. 환경적 검토 : 환경영향의 저감방안과 주변과의 조화 검토

 

Ⅲ. 터널설계 FLOW

 

 

Ⅳ. 조사 및 시험

1. 목적 : 지층상태, 암층의 강도평가, FEM 해석자료, 터널단면 및 굴착방법 검토

2. 조사

1) Boring 조사 : 터널의 입출구 및 연약대, 최고정부 등에 시굴하여 지하수위 관측, 공내재하시험, 표준관입시험 등의 조사 병행

2) 탄성파 조사 : 터널지역내 전반적인 암반의 분포상태 파악, 표면 지진파 탐사와 공내 탄성파 검사

3. 시험 : FEM 해석자료로 이용하기 위해 암석의 물리적 성질 규명

1) 토성시험 : 체가름, 입도, 액성 및 소성한계, 비중

2) 물리시험 : 탄성파속도, 일축ㆍ삼축압축강도, 포아슨비, 탄성계수, 내부마찰각(φ)

4. 조사 및 시험에 의한 암의 분류

1) 색, 절리, 균열, 탄성파 속도, 강도에 의한 분류

→ 풍화암, 연암, 보통암, 경암, 극경암

* RQD, RMR, Q-System 활용

2) 계산의 기초자료로 활용

 

Ⅴ. 터널의 설계

1. 설계 개념

사전 설계, 예비적 설계, 미확정 설계 또는 계측결과에 의한 Feed Back을 전제로 한 설계

2. 설계 방법

1) 경험에 의한 방법

2) 수치해석에 의한 방법

3) FEM 해석에 의한 방법

3. 굴착공법 선정

1) 공법 선정 : 굴착방법 및 지보방법 검토와 경제성ㆍ안정성ㆍ시공성 유지공법 채택

2) 공법의 종류

① 개착식(Open Cut) : 토사 지형에 적합

․H < 20 m

․방수 및 시공관리 철저 및 주변 지형영향 고려

② ASSM(American Steel Support Method) : 굴착과 동시에 강지보공 설치

․대형기계 사용하여 1.5m ～ 2.5m/일 작업

․단순공법

․시공 경험이 많다.

․지질변화가 심한 곳 불리

 

 

③ NATM(New Austria Tunneling Method) : 터널의 원지반 지보력을 이용 1차 지보공 설치

․터널 원지반 자체가 터널의 주지보재로 작용

․시공성 우수

․계측관리 중요(계측에 의한 Feed Back으로 안전시공 가능)

․정확한 지질조사

․지질의 변화가 심한 곳 유리하고 연약지반에서 극경암까지 적용

④ TBM(Tunnel Boring Machine) : 전단면 굴착기 이용 원지반 변형없이 막장 자립 유지하면 비발파 작업

․원형 굴착으로 구조적 안정

․장비가격 고가로서 초기 투자비가 크다

4. 계측

1) 목적 : 터널굴착에 따른 주변지반의 거동 파악과 주변구조물 및 각 지보재의 변위와 응력을 알고 지보패턴을 결정하기 위해 실시

 

Ⅵ. 설계시 고려 사항

1. 터널의 단면

1) 응력ㆍ변형등에 대하여 구조적으로 안정할 것

2) 차량 주행 및 부속설비 설치 공간

3) 유지관리 작업 공간

4) 최근 도로터널에서는 난형 채택

터널단면의 구성요소

2. 지보재 결정

1) 지보재의 크기 결정 : 단면크기, 초기 응력, 암반 물성, 지보재 종류 및 규모

2) Rock Bolt, Shotcrete, Steel Rib, Concrete Lining

3. 굴착 및 발파공법

1) 발파공법 (Smooth Blasting), TBM

2) 전단면, 반단면 분할 굴착 등

4. Lining Concrete

1) ASSM : 주요 지보재

2) NATM : 외력 미고려 설계, 최소두께 30cm이상 유지

5. 시설한계

1) 차량이나 보호자의 교통안전을 보호하기 위한 일정폭과 높위 범위의 공간확보한계

2) 통과높이(4.8m)

 

 

6. 방수 및 배수

1) 방수 : 수밀 콘크리트포 시공 및 Sheet 방수

2) 배수 : 내부완전배수, 종단배수 →노측 측구설치, 용수지점 Invert 설치

7. 갱문설계

1) 옹벽식, Bell Mouth식

2) 자연환경 영향 저감, 안전성, 경제성등 고려

8. 환기시설

1) 터널 연장, 교통량, 선형고려 결정

2) 자연환기 : 터널 연장 500m 이하

3) 강재환기 : 종류식, 반횡류식, 횡류식(2,000m 이상)

9. 조명시설

1) 교통상황, 터널의 구조, 부대시설 유지관리등 고려

2) 입구, 출구, 갱내 조명

10. 안전설비

1) 경비초소, 주차장, 비상전화, 소화전 및 각종 안전표지 설치

 

Ⅶ. 결 론

1. 노선선정 및 선형 설계시부터 터널지점 및 터널을 전제로한 선형을 사전에 고려해야 하며, 시공중 변경은 공기, 공사비, 주변 선형 설계에 큰 차질이 발생 된다.

2. 터널의 굴착방법 선정은 지질조사에 따라 안전하고 경제적인 공법선택이 중요하다.

3. 특히, 근래 장대터널이 늘어남에 따라 화재등의 사고대비를 위해 연직환기터널의 설치가 필요하며 이에 대한 기준정립과 피난갱, 연락갱, 터널내 대피차선 비상연락과 구호체제의 확립이 필요하다.