1. 검토목적
노선 설계 시 민원 등의 제약조건으로 선형분리를 최소화해야 하는 사례가 많고, 터널 기술의 발전으로 터널간 근접시공이 가능함에 따라 병렬터널의 적정 이격거리를 검토하여 최적의 노선설계 및 적정 보강을 통해 터널 안전성을 향상시키고자 함
2. 설계기준
(1) 터널설계기준(국토부, 2007)
터널 단면의 크기, 굴착 대상지반의 공학적 특성, 발파진동영향, 터널 전·후 구간의 용지보상규모, 지장물 및 민원 물건 등을 감안하여 터널 굴착공사로 인한 주변거동 및 발파진동이 인접터널에 나쁜 영향을 미치지 않도록 상호 충분히 이격시켜야 한다. 터널간 이격거리를 줄여야 할 경우에는 안정성을 확보할 수 있도록 굴착방법, 굴착공법 및 보강방법 등 적절한 대책을 수립해야 한다.
(2) 도로설계편람(국토부, 2011)
통상적인 암반지반에서는 중심간격을 2D~3D 이상으로 하는 것이 일반적
(3) 병설터널 적정 이격거리 선정(설심이 13201-104, 2000.5.29)
터널 이격거리는 PW=1.5D을 기준으로 하며, 갱구부 지형조건과 터널의 구조적 안정성 및 경제성을 검토하여 적정 이격거리를 증감하여 적용
3. 현실태 및 문제점
(1) 통상적으로, 암질의 상태에 따른 보정 없이 동일한 이격 기준 적용
기존방침(설심이 13201-104, 2000.5.29)은 지보패턴V을 기준으로 검토하였으나, 설계시 암질과 관계없이 필러폭 기준 1.5D 이상 적용중 ※ D : 터널폭원
- 필러폭 축소시 일부 노선별 산발적 검토로, 설계 연계성 미흡
(2) 대단면 및 2-Arch터널의 단점으로, 근접병렬터널 적극 도입 필요
ㅇ 대단면터널은 적용연장에 제한이 있음
‣ 대단면터널 설계적용성 검토(설계처-1577, 2012.06.05)
- 암질이 양호하고, 환기·방재설비가 필요 없는 500m 미만의 터널로서,
- 선형설계상의 제약조건, 용지·지장물 저촉과다로 보상비 증가 및 민원발생 우려시 적용성 검토
ㅇ 2-Arch 터널은 유지관리시 매우 불리
‣ 2-Arch터널 유지관리 대책(구조물처-2034,2013.09.02)
- 지속적 개선에도 불구하고 개선된 터널에서도 누수·결빙 발생
- 미관불량 및 교통사고 발생 우려됨에 따라 설계 및 건설시 2-Arch터널 반영 지양
ㅇ 근접병렬터널은 연장에 제한이 없고, 유지관리에 유리
(3) 이격거리 축소를 위한 근접병렬터널 반영 기피
ㅇ 신기술, 특허 등 보강공법이 다양하고, 적정성 검증절차가 일반화되지 않아 대부분 대안․턴키 공구 또는 현장에서 설계변경하여 반영
4. 이격거리 적정성 검토
검토방향
√ 암질별 별도 보강 없이 이격 가능한 최소 거리 검토
√ 최소 이격거리보다 축소시 별도의 필러부 보강방안 검토
(1) 암질별 별도 보강 없이 이격 가능한 최소 거리 검토
가. 이론적 검토
□ 검토 대표단면 선정
ㅇ 시설한계, 시공오차 등을 감안하여 단면 선정
□ 이론식 검토
ㅇ 주요 이론식 비교
⇨ 지류론은 일반화가 어려우므로, 본 검토시 제외
ㅇ 검토조건
‣ 터널 토피고 : 2D (D:터널폭원)
- 토피고 2D 이상일 경우 그랜드아치가 형성되어 안정하다고 판단되므로, 2D 적용(Peck의 경우, 암반에 작용하는 응력이 터널심도에 비례함에 따라 대심도터널에서는 부적정하므로, 이를 보완하였음)
‣ 필러폭 : 1m ～ 1.5D 까지 변화
‣ 지반정수 : 최근 10년간 설계노선 중 가장 불리한 값 적용
‣ 지반등급 : V타입의 경우 기존 방침(설심이 13201-104, 2000.5.29)에서 기검토하였고, 이후 많은 시공을 통해 안정성이 검증되었으므로 검토 제외
ㅇ 검토결과(이론식 적용에 따른 안전율)
□ 수치해석 검토
ㅇ 검토조건
- 필러부 이격거리를 1.0m~1.0D까지 변화시키며 검토
- 지반정수는 이론식 검토시와 동일한 값 적용
ㅇ 검토결과
□ 발파영향 검토
ㅇ 암질특성, 화약량 등을 고려하여 과업별 세부검토 필요
나. 기존 설계 사례
⇨ 보강을 실시한 필러폭은 0～0.8D로 분포하고, 보강 및 필러부 손상억제공법을 병행
다. 검토결론
□ 암질별 무보강 최소이격거리
ㅇ Ⅰ∼Ⅲ타입은 수치해석 등을 통해 별도의 보강방안 필요여부 검토
ㅇ 전타입에 대해 발파 영향 검토를 병행하여 최종 이격거리 산정
2. 최소이격거리보다 축소시 별도의 필러부 보강방법 검토
『안전성 확보를 위한 다양한 공법 비교검토 후 특정공법 심의를 통해 확정』
□ 근접시공에 따른 필러부 안전성 확보
ㅇ 보강공법 적정성 검증시 세부 검토내용
[근접 병렬터널 적용성 검토 실용화 소과제 연구용역(기술심사처,2015) 결과]
‣ 시공중 필연적으로 발생하는 필러부 교란 정도
‣ 발파 진동 영향이 지보재와 필러부에 미치는 영향 최소화 방안
‣ 필러부의 장기 안전성 확보 방안
‣ 필러부 암반내 불연속면 영향 및 대응 방안
‣ 보강방법에 따른 안정성 평가 방법 및 설계 기준
‣ 기타 시공 시 예상되는 문제점
ex) 작은 필라폭과 외기온도에 의한 동결 및 누수 영향
ㅇ 필러부 보강 사례(예)
5. 적용방안 및 기대효과
□ 적용방안
ㅇ 설계 중 및 향후 설계 노선 : 본 기준 적용
ㅇ 시공중인 노선 : 공사주관(시행)부서 판단 후 적용
□ 기대효과
ㅇ (기하구조) 인접 구조물과의 연계성, 지형 여건상 병렬터널의 충분한 이격이 불가능할 경우, 필러폭 최소화를 통한 합리적인 선형 설계
ㅇ (민원, 지장물) 용지편입 최소화로 원활한 시공 및 유지관리 유도
ㅇ (경제성) 대단면터널, 2-Arch터널 대비 공사비 40~50% 절감
ㅇ (안정성) 근접병렬터널 보강 적정성 검증으로 터널 안전성 향상