기술사 공부하는 자료 공유

Ⅰ. 개 요

1. NATM(New Austria Tunneling Method) 공법은 재래의 ASSM(American Steel Support Method)의 원지반 이완을 허용하고 이완된 지반에 작용하는 하중을 지보공 및 Linning Concrete로 지지함으로써 경제성부족 및 굴진속도가 늦은 점을 보완하기 위해 개발된 공법이며

2. 원지반의 이완전에 원지반이 지보의 역활을 담당하도록 Steel Rib, Shotcrete, Rock Bolt 등 원지반과 밀착상태가 좋은 재료를 이용해서 터널을 굴진하는 공법으로 굴진과 동시에 계측 관리를 실시하여 시공의 안전성과 경제성면에서 재래식 공법에 비해 대단히 유리한 공법이며, 국내에서는 70년대이후 지하철, 도로의 터널공사에 많이 이용되고 있다.

Ⅱ. 공법의 원리 및 특징

1. 공법의 원리

1) 원지반 굴착시 응력과 변형의 관계는 시간의 함수로서

2) NATM은 탄성영역내에 원지반 내력이 주지보 역활을 담당

* 강도저하, 이완이 수렴되도록 보조지보공법을 활용 : Rock Bolt, Shotcrete 등

2. 공법의 특징

1) 굴착단면은 arch형으로 형성시켜 응력집중 방지

2) 굴착즉시 Rock Bolt, Shotcrete 시공으로 원지반 이완 방지

3) Prestress를 줌으로써 원지반의 지지력 증대

4) 각종 계측 시행으로 시공안전성 및 경제성 확보

Ⅲ. NATM과 ASSM의 비교

Ⅳ. NATM의 계측 관리

1. 목적

1) 지반거동 확인

2) 지보공 효과 확인

3) 근접 구조물의 안전성 확보

4) 안정 상태 확인

5) 장래 공사 계획 자료 축척

2. 계측항목

1) 반복적 Feed Back에 의한 계측 관리

2) 계측 항목

Ⅴ. NATM 시공시 유의사항

1. 굴착

1) 굴착속도는 일정하게

2) 계측결과를 검토 적절한 지보공 설치

2. 발파

1) 발파의 영향을 최소화하기 위한 공법(Smooth Blasting)

2) 원지반에 적합한 발파 패턴 결정

3. 1차 지보공 설치

1) Shotcrete : 굴착면을 피복 원지반의 응력 집중 감소 시킨다.

․arch 작용

․원지반의 전단저항 증가

2) Steel Rib : 1차 shotcrete와 밀착 설치, 터널형상 및 안정유지

3) Rock Bolt : 인장력으로 내공변위에 저항

․원지반의 절리나 균열에 대한 슬라이딩 방지

․원지반의 전단파괴면에 저항

4) Wire Mesh : Shotcrete 전단력 증강

4. 막장관리

1) 지질의 상황 및 원지반의 거동을 막장 관찰(Face Mapping)이나 계측결과를 판독

적절한 지보패턴의 결정

2) 반복적 Feed Back에 의한 계측관리

Ⅵ. 결 론

NATM 공법 적용시 개선 사항

1. 계측방법의 개선 및 장비의 현대화

1) 계측의 별도발주

2) 계측 예산 확보

2. Rock Bolt 재질 및 접착제 개발 및 개선

3. Shotcrete의 Rebound량 감소 대책

4. 설계, 시공자료의 data base화로 기술 개발 효과 등

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.

Ⅰ. 개 요

1. 도로터널은 대절토에의한 환경영향 저감, 주행거리 단축등 긍정적인 효과와 추기공사비 고가, 유지관리비 고가, 운전주행 사고발생등의 가능성등 불리한 점도 있으므로 터널 계획시 터널설치와 회피방법을 충분히 검토후 결정하여야 한다.

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

Ⅱ. 터널 계획시 고려사항

1. 노선 선정시 고려사항

: 터널계획시 경제적, 기술적, 환경적 측면에서 다음 사항을 비교검토하여 결정.

가. 평면선형상 우회와 터널 설치시 비교

나. 급한 종단구배 및 오르막 차로 설치시와 터널설치시 비교

다. 높은 교각의 교량설치와 터널 설치시의 비교 : 종단상향 조정시

라. 상기의 비교시 토공균형과 토공처리 문제 고려

마. 특히 문제시 되는 환경적 요인 비교 검토

2. 실시설계시 고려사항

가. 경제적 사항 : 터널시공의 타당성 검토, 터널시공과 대절토 open cat 비교

나. 기술적 사항 : 현장조사, 설계, 구조해석, 계측

다. 환경적 사항 : 환경파괴측면 검토, 자연과의 미적조화 및 안전성 검토

Ⅲ. 터널의 계획과정

1) 각종 설계 기준의 작성1. 기본계획

2) 터널의 위치 선정(지형, 지질, 갱구부, 터널 연장, 기준계획)

3) 선형요소의 검토

4) 단면 계획

2. 타당성 검토

1) 경제적 사항 : 비용/편익분석, 대절토 구간에 터널시공 및 개착식공법 검토

2) 기술적 사항 : 현장조사, 구조해석, 설계, 계측등 검토

3) 자연ㆍ환경적 사항 : 환경파괴, 자연과의 조화, 안전성 유지 등 검토

3. 조사 및 시험

1) 입지환경조사 : 터널건설로 영향을 받는 사항에 대한 조사

2) 예비 조사 : 터널건설의 기본계획 및 노선선정

3) 지반조사 및 시험 : 설계 및 시공을 위한 본조사

4. 단면형상 및 굴착공법의 선정

터널의 단면형상 및 굴착공법은 지반조건에 따른 굴착방법 및 경제성 등을 비교 검토하여 선정한다.

5. 터널 굴착공법의 종류

1) 발파굴착공법

① N.A.T.M공법

② 재래식(ASSM)공법

2) 기계굴착공법

① T.B.M공법

② Shield공법

Ⅳ. 결론

1. 터널의 계획시 환경영향 저감과 주행거리가 단축되는 등 긍정적인 효과와 교통사고 위험 등 부정적인 영향을 비교 검토하여야 한다.

2. 그러므로 터널의 계획시에는 터널을 계획하는 대안과 터널을 건설하지 않고 우회도로를 개설하는 대안을 충분히 검토해야 한다.

3. 장대터널이 늘어남에 따라 연직환기 터널(수직갱) 설치 필요 : 이에 대한 기준과 터널굴착방법의 개발이 필요하며 피난갱, 연락갱, 터널내 대피차선, 비상연락시설 등이 필요