< Previous28 자연,터널 그리고 지하공간 특집 기술강좌: 지하터널공사 리스크 안전 관리 제6강. 도심지 기계화 터널공사에서의 리스크 관리 할 수 있다. 그림 15는 이전 절에서 설명한 기준에 따라 구한 세 그먼트 라이닝 설계 및 관련 정성적 리스크 평가와 관련된 잠재 적 리스크 위험요소 목록을 보여준다. 분석 결과 대부분의 리스 크는 다양한 종류의 조치를 통해 설계 단계에서 감소되었으며, 감소될 수 있음을 보여준다. • 가장 적합한 세그먼트 링 선택(프로젝트 선형에) 및 기하학적 특성(그림 16) • 일상 하중(양생, 탈형, 보관, 운송, 취급 등의 다른 단계을 포 함하여 세그먼트의 치수를 결정하기 위해 가능한 모든 하중 조건 그리고 유압잭 또는 커넥터 고장에 의한 비대칭 하중과 같은 균열 및 이상 현상을 초래하는 중요한 시나리오 • 제작 공장에서의 적절한 품질 관리 과정 셋팅과 적합한 보강 철근제원 잠재적 초기 리스크를 완화하기 위한 모든 조치가 실행되면 잔류 리스크를 추정할 수 있다(그림 17). 이것은 설계 과정의 간 단하고 근본적인 단계로서, 리스크를 전달하고, 이를 수용하거 나 더 감소시킬지 결정하게 된다(예: 철근 보강을 증가시키거나 링 설치 기술과 절차를 개선). 9. 리스크 관리(Risk Control) 시공중 RMP와 RMP 내에서 설계자의 역할은 가장 중요하다. 수단(리스크 등록부와 같은) 방법(리스크 식별 및 정량화, 리스 크 시나리오를 통한 설계 등과 같은)은 항상 가장 적절하며, 지 반과 내재 조건에 대한 ‘최상 평가’ 지식에 기초하도록 능동적이 고 역동적으로 유지될 필요가 있다. 터널 굴진계획(Plan for Advance of Tunnel, PAT)을 이용한 반복 설계의 개념은 2001년 포르투갈 포르토 메트로에 처음 도 입되었다. PAT는 설계와 시공간의 동적 연계를 제공하고 잔류 리스크 관리를 용이하게 하는 실시간 문서다. 실제로 PAT는 설 계자-시공자-감리자 팀이 시공이 진행됨에 따라 리스크 시나 리오와 리스크 완화 계획을 지속적으로 업데이트하기 위한 저비 용, 실행하기 쉽고 실용적인 절차이다(그림 18). 터널의 200~500m 길이의 각 굴착에 대한 사전 PAT를 생성 (또는 업데이트)한다. 이는 안전 성능을 달성하기 위한 설계 요 건과 시공 요건을 모두 요약하고 있으며, 초기 설계 문서의 내 용, 이전 PAT 구간의 시공 피드백, 새로운 입력 데이터(있는 경 우)에 기초한다. <그림 17> 리스크 기반 라이닝 설계, 잔류 리스크 평가 및 허용가능성 평가Vol. 21, No. 4 29 제6강. 도심지 기계화 터널공사에서의 리스크 관리 다중 훈련 접근법은 초기 리스크의 식별을 업데이트하고 다 음과 같은 방법으로 리스크 리스크를 통제하기 위해 사용된다. • 이전 굴착존과 관련된 TBM 및 모니터링 데이터의 수집, 분석 및 처리 • 지질-수리지질 기준 모델에 영향을 미칠 수 있는 새로운 데이 터 수집, 분석 및 처리 • 설계 문서에 정의된 막장압 운영범위의 조정 필요성을 결정하 기 위해 지하수위 및 강우 데이터를 수집, 분석 및 처리 • 최근 건물 상태 조사 결과 및 기존 간섭에 대한 정보 검토 • 계측 모니터링 필요성 또는 계측 빈도 검토 • TBM 성능 측면에서 요구사항 검토 이 정보를 사용하여 기준 모델의 최적 예측을 얻고, 도면과 보고서에 다음과 같은 작동 지침을 요약하도록 한다. • 추가 보강공사 또는 예상 보강공사 감소의 필요성 • 터널 막장면과 토피에서 가장 가능성이 높은 지질 조건 • 가장 가능성이 높은 수리지질 조건과 지하수위 • 모니터링 계측장비의 위치 (터널, 지중, 지표면, 건물 및 유틸리티) • 모니터링 임계값 요약 표 • 모든 예상 모니터링 계측기의 계측빈도 • TBM의 주요 매개변수에 대한 운영범위 : 링당 굴착토 중량, 굴착토의 겉보기 밀도, 막장압 및 테일공극의 주입 압력 • 막장 전방탐사홀의 수량 및 위치 • TBM 굴진과 관련된 특정 요구사항 : 민감한 건물 아래에 정지 하지 않고, 민감한 건물 아래의 지반에서 기하학적 볼륨 손실 을 줄이기 위해 쉴드 주위에 벤토나이트 주입 • TBM이 건물에 접근하는 시점부터 그리고 침하가 안정화가 도 달할 때까지 민감한 건물의 육안 검사와 관련된 요건 • 비상상황에서 임시 대피에 대한 요구사항 PAT는 서로 다른 설계 도서를 보완하는 것보다는 모든 관련 정보를 짧고 함축적인 문서로 업데이트하고 통합하여, 현장에서 운영자와 기술자들이 용이하게 하도록 한다. 시공팀에는 PAT <그림 18> 터널 굴진 계획 (PAT, Plan for the Advance of the Tunnel) <그림 19> PAT를 이용한 RMP30 자연,터널 그리고 지하공간 특집 기술강좌: 지하터널공사 리스크 안전 관리 제6강. 도심지 기계화 터널공사에서의 리스크 관리 문서가 제공되며, 그 내용은 발주자와 협의하여 합의한다. PAT 는 터널을 굴진하는 실시간 가이드가 되며, 실시간 모니터링 데 이터의 함수로써 매일 주요 매개변수를 추가로 업데이트하고 의 사결정 과정을 지원하기 위해 사용된다. 따라서 모든 당사자들 은 공사가 통제된 과정으로 진행되고 있다고 확신하고 된다(그 림 19). 10. 리스크 분석 기반 설계 (Risk Analysis Driven Design, RAdD) 현재의 터널링에서 리스크 분석과 설계는 분리되고 독립적인 것으로 간주된다. 일반적인 관리에서는 불확실성을 무시하거나 과소평가하여 의사결정 과정을 단순화한다. 불확실성 및 관련 리스크(즉, 불확실성이 설계 목표에 미치는 영향)를 명확하게 하는 것은 뚜렷한 우선순위로 간주되지는 않고 있다. 설계 프로 세스는 특히 프로세스 초기에 분명한 것에 대해서는 리스크 감 소를 강조하지 않는다. 반대로, 우리는 소위 ‘리스크 분석 기반 설계(Risk Analysis Driven Design, RAdD)’를 구조화하면서, 독특하고, 불가분하 며, 합리적인 하나의 과정으로 통합된 리스크 분석과 설계를 모 두 고려한다. 각 설계 단계에서는 불확실성과 변동성이 고려되 며, 그 결과로부터 지보시스템과 라이닝을 확인하기 위해 신뢰 성 분석을 수행한다. 리스크 기반 설계에는 (1) 설계 리스크에 관한 투명성 조성 (2) 리스크 기반 의사결정 (3) 불확실성 최소 화 (4) 탄력적인 설계 솔루션 작성 등 네 가지 원칙이 포함된다. 마지막 원칙은 설계 절차에 대한 독특한 개념을 강조한다. 불 확실성은 일부는 쉽게 어느 정도까지 비용을 효율적으로 감소할 수 있지만(예: 발주자 또는 시공자의 직접 관리하에 있는 요인에 의한 내부 불확실성), 일부는 더 많은 노력을 기울여야 한다(예: 프로젝트 환경의 외부 불확실성). 일부는 전혀 영향을 받을 수 없다(예: 자연 재해 또는 잔류 불확실성). 어쨌든, 모든 프로젝트 는 처리되어야 하는 잔류 불확실성의 양에 직면하게 될 것이다. 이러한 불확실성을 다루는 설계 솔루션의 능력은 다음과 같은 두 범주로 나눌 수 있다. 민첩성(agility), 즉 예상치 못한 사건에 효과적으로 대응할 수 있는 능력, 건전성(robustness), 즉 프로 젝트 결과가 목표 범위내에 있도록 프로세스 편차를 흡수하는 메커니즘. 민첩성은 특히 비판을 신속하게 탐지할 수 있는 능력 (사전 정의된 주의 및 경보 수준에 기반)과 정확한 조치를 계획 하고 실행하는 능력에 초점을 맞춘다. 설계 건전성에는 먼저 특 정 수준의 중복성과 함께 터널링 방법론의 적절한 선택이 포함 된다. RAdD의 가치는 설계 프로세스를 통합적인 접근방식으로 개 방하여 대체적으로 초과된다. 예를 들어, 리스크 평가와 환경영 향 평가(environmental impact assessment)는 모두 별도의 전 통적인 방식을 따라 개발된 의사결정 지원시스템이다. 환경영향 평가는 인간 및 관련 조치가 환경에 미치는 영향을 분석하고 평 가하려는 모든 활동을 포함하는 광범위한 분야인 반면, 리스크 평가는 상대적으로 잘 정의된 규제력을 가진 문제와 관련이 있 으며 특정의 바람직하지 않은 사건의 가능성에 대한 공식적인 정량적 분석을 채택하고 있다. 리스크 분석적 접근법, 특히 불확 실성의 명시적 처리는 환경 평가에 상당히 기여하며, 위험 요소 와 리스크 처리를 직접적으로 연결하며, 프로젝트에 대한 환경 영향(예: 갑작스런 예기치 않은 지하수 유입)을 고려할 뿐만 아 니라 균형적으로 프로젝트가 환경에 미치는 영향(예: 수자원 고 갈)을 고려한다. 또한 RAdD는 수명주기 평가(Life Cycle Assessment, LCA) 절차와 밀접하게 연결된다. LCA와 RA는 모두 설계 프로세스의 하나 이상의 환경 측면과 관련된 정보를 구조화, 표현 및 평가하 는 방법을 제공한다. 또한, 두 접근법 모두 수명 주기 관점이 있 다. RAdD와 LCA는 모두 특정 질문에 답하거나 특정 상황에서 문제에 대한 해결책을 제공하도록 조정할 수 있는 시스템 분석 방법이다. 우리는 또한 시공 전단계에서 처음부터 끝까지 시공 과정을 검토하는 시공성 분석을 위한 도구로서 RAdD의 가치를 강조한 다. 그것은 실수, 지연, 비용 초과를 줄이거나 방지하기 위해 프 로젝트가 실제로 만들어지기 전에 장애물을 식별하는 것이다. ‘시공성(constructability)’이라는 용어는 구조물은 만들 수 있는 용이성과 효율성을 정의한다. 구조물이 더 시공성이 좋을수록, Vol. 21, No. 4 31 제6강. 도심지 기계화 터널공사에서의 리스크 관리 시공이 쉽고 경제적일 것이다. 실제로 시공성은 설계가 시공의 용이성을 촉진하는 정도를 말하며, 완성된 구조믈의 전체 요구 사항을 따르게 된다. 제6강을 마치면서 이상으로 리스크 기반 설계(RAdD) 접근 방법과 이에 대한 터널 설계 및 시공에 대한 적용사례를 살펴보았다. 이는 도심지 터널 프로젝트에서의 설계단계에서부터 위험요소를 식별하고, 관련 리스크를 정성적으로 분석하고 평가하여, 시공단계에서 이 에 대한 대책 및 대응방안을 수립하는 절차에 대한 방법으로서, 특히 시공단계에서 터널 굴진에 대한 시공 상황을 지속적으로 반영하여, 적극적으로 대응하기 위한 리스크 관리방법으로서 PAT 프로세스를 적용하도록 하는 것이다. 리스크 분석 기반 설계는 그림 20에서 보는 바와 같이 기존 의 터널설계‧ 시공개념에 있어 리스크 관리개념을 도입한 것으 로 단순히 암반상태와 계측결과를 반영하는 관찰적 접근방법 (Observation Method) 벗어나 모든 종류의 위험요소를 설계단 계에서 정확하고 분석을 통해 시공중의 리스크를 최소하여 공기 지연이나 공사비 초과 등과 같은 문제에 보다 적극적으로 대응 하고자 하는 것이다. 또한 프랑스 터널협회(AFTES)에서 제시한 그림 21의 리스크 관리방법론에서 설명한 바와 같이, 설계단계에서 지식과 불확실 성의 검토는 리스크 평가를 통해 구체화되며, 그 결과로부터 리 스크 등록부가 업데이트된다. 또한 시공단계에서의 적절한 리스 크 처리대책을 수행하고 최종적인 잔류 리스크를 확인하게 된 다. 즉 설계단계와 시공단계에서의 지속적인 피드백을 통하여 리스크 관리를 실현하는 것이다. 이는 그림 22에서 보는 바와 같이 영국터널학회(BTS)에서의 발표한 설계 관리와 리스크 관리를 연결하는 공학 설계 프로세 스와 같은 개념이라 할 수 있다. 기본적으로 프로젝트 시작단계 에서 리스크를 적극적으로 관리하여 시공 그리고 운영까지의 생 애 전주기에 관리하고자 하는 것이다. <그림 20> PAT와 리스크 관리(P. Grasso, 2007) <그림 21> 리스크 관리 방법론(AFTES, 2012)32 자연,터널 그리고 지하공간 특집 기술강좌: 지하터널공사 리스크 안전 관리 제6강. 도심지 기계화 터널공사에서의 리스크 관리 또한 싱가포르에서의 안전관리시 리스크 관리를 의무적으로 적용하고, 프로젝트의 타당성 조사 단계에서부터 설계⋅시공단 계를 거쳐 최종 유지관리단계에 이르기까지 프로젝트 의 전 단 계에서 안전관리를 철저하게 분석하고 검토하도록 하고 있는 것 과 같은 흐름이라 할 수 있다. 이와 같이 설계단계에서부터 리스크 관리 및 안전성 검토 등 을 실시하는 것이 매우 중요하다는 것을 알 수 있지만, 이는 설계 자의 역할과 책임(Role and Responsibility)의 측면에서 보면 매 우 어려운 일이다. 단순히 설계 안전성 검토서를 하나 작성하는 것이 아니라 설계자의 위상을 인정하고 책임을 부여하여 보다 능동적이고 적극적인 리스크 안전관리 노력이 필요한 것이다. 이는 설계자 위치가 열악한 현재의 국내 건설관리 현실을 바꾸 지 않고서는 매우 어렵운 또 하나의 숙제가 될 것이기 때문이다. 현재 국내에서는 두 개의 핵심이슈가 있다. 그 하나는 대심도 지하개발(Underground Development)이고, 또 하나는 지하 안 전(Underground Safety)이다. 서울과 같은 메가시티에서의 도 심지 지하개발은 필수불가결한 사항으로 현재 GTX, 지하도로 및 지하철 등 다양한 교통인프라가 계획되고 있다. 이러한 과정 에서 지하공간을 안전하게 건설하는 것은 가장 우선적으로 고려 되어야 하며, 그 핵심은 바로 프로젝트 전 단계에서 선진국 수준 의 리스크 안전관리가 수행되어야 한다는 것이다. 또한 GTX 등과 같은 지하 프로젝트에서의 대규모 민원문제 가 발생하고 있는 지금, 민원문제에 대한 적극적 대처와 해결방 안을 모색하기 위해서는 지하개발에 있어 안전에 대한 기술적 토대와 합리적 설명을 쉽게 이해할 수 있도록 소통구조를 형성 하는 통합 디지털 지하 플랫폼(Integrated Digital Underground Platform, IDUP) 구축이 필요하다고 판단되며, 여기에는 체계적 인 리스크 안전관리 방법과 방안이 담아져야 함을 제안하는 바 이다. 참고문헌 1. 김영근, 지하공사에서의 프로젝트 리스크 및 안전관리 시스템 (2017), 한국프로젝트경영협회 2017 PM 심포지엄. 2. 김영근, 선진국형 터널공사 건설시스템(2018), KTA 정책연구 보고서, 한국터널지하공학회. 3. 김영근, 선진국 지하대심도 개발에서의 핵심이슈와 대책 (2019), 지하대심도 건설기술세미나. 4. 김영근, 지하터널공사에서의 리스크 안전관리 시스템 분석과 국내적용방안(2019), 한국건설관리학회 2019 학술발표대회. 5. British Tunnelling Society (BTS) (2003) Joint code of practice for risk management of tunnel works in the UK. 6. Chiriotti E, Grasso P, Xu S (2003) Analyses of tunnelling risks: state-of-the-art and examples. Gallerie, n. 69. <그림 22> 리스크 평가와 공학 설계프로세스(BTS, 2003)Vol. 21, No. 4 33 제6강. 도심지 기계화 터널공사에서의 리스크 관리 7. Chiriotti E, Grasso P, Gaj F, Giacomin G (2004) Risk control for mechanized tunnelling in urban areas. In: Proceedings of IX national geotechnical congress, Aveiro, Portugal. 8. Clayton CRI (2001) Managing geotechnical risk. Improving productivity in UK building and construction. Thomas Telford Publishing, London. 9. Flyvbjerg B (2014) What you should know about megaprojects and why: an overview. Project Manag J 45(2):6-19. 10. Grasso P, Mahtab AM, Kalamaras GS, Einstein HH (2002) On the development of a risk management plan for tunneling. In: Proceedings world tunnel congress ITA 2002, Sydney. 11. Grasso P, Mahtab MA, Kalamaras G, Einstein HH (2002) On the development of a Risk Management Plan for Tunnelling. In: Proceedings world tunnel congress and 31st ITA assembly, Sydney. 12. Grasso P, Xu S, Pescara M, Russo G, Repetto L (2006) A methodology for the geotechnical design of long high-speed rail tunnels under the conditions of uncertainty. In: ITA-sponsored 2006 China international symposium on high speed railway tunnels, Beijing. 13. Guglielmetti V, Grasso P, Mathab A (2007) Mechanized tunnelling in urban areas: design methodology and construction control. Taylor & Francis, Routledge. 14. Hartmut R (2011) Developments in the tunneling industry following introduction of the tunneling code of practice. In: IMIA Annual Conference, Amsterdam. 15. ITIG Int. Tunnelling Insurance Group (2006, 2012) Code of practice for risk management of tunnel works. 16. Merrow E (2011) Industrial megaprojects: concepts, strategies & practices for success. Wiley, New York. 17. Piergiorgio Grasso, Luca Soldo (2017) Risk analysis- driven design in tunnelling: the state-of-the-art, learnt from past experiences, and horizon for future development, Innov. Infrastruct. Solut. 2:49. 18. Piergiorgio Grasso (2008) Risk Management Applied to Mechanized Tunnelling in Urban Areas, ITA-CBT Seminario ASAT2008. 19. Vittorio Guglielmetti, Piergiorgio Grasso, Ashraf Mahtab, Shulin Xu(2007), Mechanized Tnnelling in Urban Areas - Design Methodology and Construction Control, Taylor & Francis/Balkema. [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]34 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 1. 머리말 강재(Steel)는 건설, 자동차, 에너지, 조선, 산업기계 등 다양한 분야에 사용되는 소재이다. 강재는 지속적으로 고강 도 및 고성능화 중심으로 발전하고 있으며, 강재가 적용되는 제품의 품질향상에 많은 부분을 기여한다. 우리에게 매우 친숙한 자동차 산업을 보면 2000년대 이후, 연비 향상에 대한 기술이 화두가 되었고, 높은 연비는 차 체의 중량을 줄이는 것이 가장 확실한 방법이었다. 이러한 시장의 요구에 의해 탄생한 강재의 대표적 산물이 GIGA Steel이라고 할 수 있다. 자동차의 몸체에 사용하는 강재 뿐만 아니라 Stabilizer Bar, Camshaft, Drive shaft 등의 자동차 부품에도 봉강(속 이 꽉 찬 원형관) 형태의 강재가 사용되고 있었으나, 최근 이러한 봉강을 고강도의 소재를 사용한 강관(속이 빈 원형관) 으로 대체하는 사례가 증가하고 있다. 고강도의 강재를 사용할 경우, 동등 이상의 부재 성능을 확보하면서 단면적을 줄 여 경량화가 가능하기 때문이다. 대부분의 건설 시공 현장에도 구조보강을 위해 다양한 형태의 강재가 사용되고 있으며, 터널시공 현장도 예외는 아니 다. NATM 터널의 시공중 붕괴를 막기위해 설치하는 록볼트, 격자지보재는 강재를 사용하여 구조보강을 하는 대표적 사 례이다. 본 기사에서는 록볼트, 격자지보재에 고강도 강재를 적용한 기술에 대해 소개하고자 한다. 더 가볍고 튼튼한 터널 보강 솔루션 안동욱 포스코 철강솔루션연구소 구조연구그룹 책임연구원Vol. 21, No. 4 35 2. 지반보강용 강관(KS D 3872) 자동차 산업과는 달리 건설현장에 고강도 강관을 적용하기 위해서는 KS규격화 하는 것이 무엇보다 선행되어야 한다. 이를 위해 2015년부터 강관의 품질 향상 및 안정화를 위해 지속적으로 연구를 수행하였고, 2018년 12월 14일 ‘KS D 3872 지반보강용 강관’ 규격을 신규 제정하게 되었다. KS D 3872 지반보강용 강관에는 STG800, STG1100H 2가지 종류가 있으며, 각각의 화학 성분 및 기계적 성질은 아 래의 표 1, 표 2와 같다. <표 1> 화학 성분(단위: %) 종류의 기호CSiMnPS STG8000.18 이하0.40 이하2.00 이하0.030 이하0.030 이하 STG1100H0.30 이하0.40 이하2.00 이하0.030 이하0.030 이하 필요에 따라 표에 기재한 것 이외의 합금 원소를 첨가할 수 있다. 주문자, 제조사 사이의 협의에 따라 레이들 분석 대신 제품 분석으로 하여도 좋다. 주문자가 제품 분석을 요구한 경우, 표에 기재한 값에 대한 허용 변동값은 KS D 0228의 표 1에 따른다. <표 2> 기계적 성질 종류의 기호 항복점 또는 항복강도 N/mm2 인장 강도 N/mm2 연신율 %굽힘성a편평성 용접부 인장 강도 N/mm2 11호시험편굽힘 각도 안쪽 반지름 (D는 관의 바깥지름) 평판 사이의 거리(H ) (D는 관의 바깥지름) STG800800 이상860 이상10 이상90°6D3/4D860 이상 STG1100H1100 이상1300 이상10 이상90°6D3/4D1300 이상 비고 1 바깥지름 50mm 이상의 관에 대하여 특별히 필요한 경우, 주문자‧ 제조자 사이의 협의에 따른다. 비고 2 STG1100H의 경우 열처리 후 항복강도와 인장강도를 측정한다. 특별히 더 높은 항복강도와 인장강도가 필요한 경우 연신율 값은 주문자‧ 제조자 사이의 협의에 따른다. a굽힘성은 50mm 이하의 관에 대하여 주문자의 지정이 있는 경우에 한하여 실시하며, 그 외의 경우에는 편평시험으로 대신할 수 있다. 3. STG800 강관 적용 NATM터널 보강재 3.1 SP-록볼트 현재까지는 현장 수급이 용이하고 시공 실적이 가장 많은 이형봉강 록볼트를 주로 사용하고 있다. 하지만 이형봉강 록 볼트는 중국산 자재의 시장진입으로 품질에 대한 신뢰도가 떨어지고 록볼트 주면 모르타르 충전시 흘러내림에 의한 밀 실한 충전불량, 용수에 의한 부식 등 다양한 문제점이 나타나고 있다(신현강 외 2, 2017). 또한 NATM 터널의 록볼트는 인력시공으로 중량물인 이형봉강을 사용함에 따른 안전 및 시공성 개선에 대한 요구가 있었다. STG800 강관을 이형봉강을 대체하여 록볼트 보강재로 사용한 SP-록볼트(Smart Pipe-Rockbolt)는 경량화에 따른 시공성 개선 및 그라우트 품질 향상을 기대할 수 있다.36 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 더 가볍고 튼튼한 터널 보강 솔루션 그림 1은 SP-록볼트와 이형봉강 록볼트의 단면 투영도를 나타낸 것이며, 표 3은 SP-록볼트와의 기계적 성질을 이형 봉강 록볼트와 비교한 것이다. <그림 1> 이형봉강 록볼트와 SP-록볼트 단면 비교 <표 3> 이형봉강 록볼트와 SP-록볼트의 기계적 성질 비교 종류인장강도(MPa)항복강도(MPa)연신율(%) 이형봉강항복강도의 1.15 이상350 이상18 이상 STG800860 이상800 이상10 이상 표 4는 SP-록볼트와 이형봉강 록볼트의 단면을 비교하여 표시하였으며, 직경은 모두 25.4mm로 동일하다. 하지만 단면적은 이형봉강 록볼트의 506.5mm2와 비교하여 약 1/2 정도인 246.4mm2로 50% 수준의 경량화가 가능하다. <표 4> 이형봉강 록볼트와 SP-록볼트의 단면 비교 종류직경(mm)두께(mm)단면적(mm2) 단위중량(kg) 3m 4m5m 이형봉강25.4-506.5 11.93 15.9019.88 STG80025.43.6246.4 5.80 7.749.67 그림 2에 SP-록볼트의 구성 및 형상에 대해 제시하였다. 이형봉강의 대비 강관의 매끈한 표면은 그라우트와의 부착 강도 저하의 원인이 될 수 있다. 이를 개선하고자 전조가공을 통해 강관에 돌기 형상을 구현하였다(전조가공 : 강관의 표 면을 롤러로 눌러서 단면 손실없이 형태를 변화시킬 수 있는 가공 방법). <그림 2> SP-록볼트의 구성 및 형상Vol. 21, No. 4 37 이형봉강 록볼트의 경우, 천공 후 록볼트를 삽입하고 그라우트 또는 레진 등을 주입하는 것이 원칙이지만 시공상의 어 려움으로 시공효율이 저하되는 문제가 있다. 이러한 시공효율 저하를 개선하고자 일부 현장에서는 그라우트 또는 레진 을 주입한 후 록볼트 삽입하는 경우가 있으나 이는 그라우트 품질저하를 야기시킬 수 있다. SP-록볼트는 천공 후 SP-록볼트를 먼저 삽입한 후 강관의 중공부를 주입관으로 사용하여 그라우트를 주입할 수 있 다. 이를 통해 완전 충진에 따른 그라우트 품질 안정화 및 그라우트 주입량 확인도 가능하다. 그림 3에 이형봉강 록볼트 와 SP-록볼트의 시공 순서를 비교하였다. <그림 3> 이형봉강 록볼트와 SP-록볼트의 시공 순서 3.2 강관형 격자지보재 강지보재는 NATM공법에서 숏크리트와 록볼트와 함께 터널 굴착시 막장면의 안정성을 확보하기 위한 필수적인 지보 재를 말한다. 터널 시공시 강지보재는 굴착한 직후, 록볼트가 설치되기 전, 숏크리트가 경화되기 전까지 굴착된 지반의 변형을 최대로 억제하여 터널의 안정성을 확보하기 위하여 사용된다. 구체적으로 강지보재는 터널 굴착 후 지반의 이완 을 최소화하며 굴착면의 초기변형을 억제 할 뿐만 아니라 숏크리트와 강지보재가 일체 거동 할 수 있도록 인터페이스 역 할을 한다(정혁상 외 3, 2016). 일반적으로 강지보재는 제작된 형상에 따라 H형강, U형강, I형강, Y형 강관, 격자지보재 등으로 구분되는데 국내 NATM터널에서 가장 많이 사용되는 강지보재 중 하나가 격자지보재이다. 격자지보재는 상현재와 하현재의 봉강이 삼각 형 또는 사각형의 단면 구조를 이루며 봉강은 스파이더와 결합되는 형태를 지닌다. 하지만 현장에서 격자지보재의 품질 을 직접 확인하기 어렵고, 수입산의 저품질의 성능 미달 강재가 반입되면서 품질안정화에 대한 요구가 지속적으로 늘어 나고 있다. 강관형 격자지보재는 그림 4의 개념도와 같이 격자지보재의 상현재와 하현재에 사용되는 봉강을 STG800 강관으로 대체하여 제작한다. <그림 4> 봉강형 격자지보재와 강관형 격자지보재의 단면 비교Next >