산업안전지도사(건설안전)2차5회9번. 터널 갱구부의 기능과 붕괴원인 및 안전대책을 쓰시오

5-9. 터널 갱구부의 기능과 붕괴원인 및 안전대책을 쓰시오

 

1. 정의

(1) 갱구부는 일반적으로 갱문구조물 배면으로부터 터널길이 방향으로 터널직경의 1∼2배 범위 또는 터널 천장부로부터 토피고 3∼5m에서 터널직경 1.5배의 토피고가 확보되는 범위까지로 정의한다. 단, 원지반 조건이 양호한 암반층 또는 붕적층, 충적층 등의 연약토 사층에서는 별도의 구간을 갱구부 범위로 정의할 수 있다.

(2) 갱구부는 터널 본선부와는 달리 지형, 기상, 입지조건, 근접시설물 등의 외적조건에 크게 영향을 받기 때문에 이를 고려하여 구조 및 시공법을 선정해야 한다.

(3) 갱구부의 설계에는 아래의 사항들을 검토하여 안정성을 확보하고 환경훼손을 최소화할 수 있도록 해야 한다.

① 갱구의 위치 및 설치방법

② 갱구부의 범위

③ 갱구부의 굴착공법, 지보구조, 보조공법과 콘크리트라이닝 구조

④ 갱구비탈면의 안정검토와 필요한 사면 안정공법

⑤ 갱구비탈면의 지표수 및 지하수 배수 대책

⑥ 기상재해의 가능성과 필요한 대책공법

⑦ 갱구주변의 구조물에 미치는 영향

 

2, 기능

① 터널을 시공하는 동안 갱구부 사면에서 발생되는 낙석이나 유실된 토사 등으로부터 터널내 시설물 등을 보호하며 안전사고 방지

③ 기상변화 및 시간 경과에 따른 터널 단부의 붕락 방지 및 눈, 비, 모래 등 이물질이 터널내에 설치된 시설물 (공사중 조명, 공사중 배수 및 환기시설)에 영향을 주지 않도록 보호하는 효과 등)

 

3. 붕괴원인 및 안전대책

 ㅁ 편토압

1)문제점

가.변위 및 붕괴

나.침하, 전도 라이닝 균열

2)대 책

가. 가급적 편토압이 적게 작용되도록 터널축선을 선정함

(1)경사면 직교형 : 가장 이상적

(2)경사면 경사교차형 : 비대칭 경사면 발생으로 편토압 검토 필요함

(3)골짜기 진입형 : 편토압은 적으나 퇴적층, 지하수유입을 고려해야함

(4)능선 평행형 : 바람직함

(5)경사면 평행형 : 편토압이 크게 될 수 있음

 

나. 편토압 경감 및 보강

(1)압성토

(2)Rock Bolt

 

ㅁ 사면안정

1) 문제점

가. 사면활동으로 교통차량 피해, 통행지장 발생

나. 갱문 터널의 변위, 붕괴 발생

다. 사면활동은 피해가 크고 보구가 어려우므로 사전 검토가 중요함

2) 대 책

가. 지표지질조사, 시추, 물리탐사로 지층상태 파악이 중요하며 토사 및 암반사면으로 구분해서 안정성 검토 필요함

나. 구배완화방법 : 가장 바람직:대절토가 되므로 장대사면 발생으로 미관, 중압감, 환경훼손에 유의

다. 돌출식 갱문구조 : 사면안정, 미관, 자연과 조화에 유리함

터널연장이 길어지며, 성토필요하며, 시공이 복잡함

라. 보강방법 : shotcrete, Rock bolt, soil nailing Rock Anchor

 

ㅁ 시공중 붕괴 및 터널구조물로의 안정성 확보

1) 문제점

가. 갱구부는 경사지형, 붕적토, 토사및 풍화암지역, 균열발달 암반, 지하수 유입등 조건이 열악함

나. 토피가 적어 그라운드 아치 형성이 어려움

다. 지진시 피해가 큼

라. 온도변화로 결빙, 건조수축 균열이 발생하기 쉬움

2) 대 책

가. 굴착방법

(1)Ring Cut (2)중벽분할 (3)측벽도갱

나. 지보

(1)갱구부 해석결과에 따라 강지보공, 록볼트, 숏크리트 재원을 적정하게함

(2)Forepoling을 기본으로 하고 차수 및 보강이 필요시 강관다단그라우팅과 같은 보강대책을 강구함

(3)Lining콘크리트 : 철근 콘크리트로함

(4)숏크리트 : 강섬유보강 숏크리트로함

(5)포장 : 입출구 50m는 도로 본선과 같은 동상방지층 두께로 함

 

ㅁ 갱문검토

1)개 요

가. 터널의 갱문은 터널본체보다 토피가 적고, 토사 또는 풍화암인 경우가 많으며 절토로 인한 비탈면이 생기므로 변형 또는 붕괴가능성이 크다고 할 수 있음

2)발생조건

가. 갱구부 사면활동 나.지지력부족의한 침하 다.편토압 발생 라.지진시 터널내외부의 변위양상

3)발생현상

가. 부등침하 : 골짜기 쪽 침하,상부균열

나. 편압에 의한 변형 : 튀어나옴, 균열

다. 갱문 앞으로 기움 : 지내력없고 지지면적 부족

4)대책

가. 갱문전도 : 사면안정성 확보, 록볼트, 록앙카, 소일네일링, 옹벽기초확대, 면벽식 보다 원통절개식으로 변경

나. 부등침하 : 치환, 지반보강, 강지보공 보강, 인버트 설치

다. 편 토 압 : 압성토, 록볼트, 소일네일링

라. 지 진 : 철근콘크리트라이닝, 강섬유보강콘크리트, 지하배수시설

5) 터널갱문부 설계기준검토(고속도로)

가.교통소통, 경관조화,자연환경 해빙기, 집중호우시 낙성, 눈사태로부터 도로의 안전 도모

나. 경제성 치중시 갱문부를 짧게 설계, 주변지반과 부조화, 대절토 근접으로 취약성 내포

다. 갱문 상단부 토석붕괴와 유실발생시 완충공간의 협소, 노면상에 낙하될 우려 상존

라. 낙석방지책, 파라페트는 갱구배면의 소규모 토석붕괴시에도 대처기능 결핍

마. 면벽형의 경우 배면 U형측구 및 PE관 을 이용 지표수를 처리하도록 계획하고 있으나, 집중호우시 PE관 막힘, 배수용량부족으로 사면붕괴

1)기존터널 갱문부 문제점

가.고속도로 획일적 면벽형과 원통절개식

나. 경제성 중시로 갱문 상단부 과다절취

다. 갱문 되메우기부 다짐 불량

라. 원통절개형 갱문 상단 및 측벽 되메우기부 수해 취약성 내포

마. 면벽식 갱문 진입부 중압감

바. 터널 진입부의 스무스한 유도기능 미흡

2)대책

가.갱구위치 선정

수로와 교차하지 말고 도로 중심선과 자연지형의 경사면이 직각 교차하는 것이 매우 바람직함

나. 가급적 교차각이 60도 이상

다. 갱문형식 선정

배수기능, 낙석,산사태 발생 가능성, 자연지형과의 조화

갱구부 지형여건

라. 갱구부 절취 최소화

환경정책 갱구사면부 안정성 확보위해 갱구상단부 토피가 3-5m확보되는 지의 여부검토요망

마. 갱구부의 토질여건상 토피 5m이내에서 갱구형성이 어려울 경우는 별도 검토결과에 따라검토

바. 토사부 등 일정구간 지반보강후 굴착