< Previous48 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 지반보강용 고강도 강관을 이용한 SP-록볼트와 SP-네일의 현장시험 사례 2.2 STG800 지반보강용 강관 STG800 지반보강용 강관은 별도의 열처리가 필요한 STG1100H 강관과 달리 강관 성형 후 열처리 없이 바로 제품으 로 가공이 가능하여 현재 개발된 고강도 강관 록볼트와 네일, 현장타설 말뚝에 사용되고 있다. 이형 봉강과 비교하여 고 강도 강관제품은 그 단면을 줄임으로써 무게를 줄이면서도 강도가 높아 이형봉강과 동등한 수준의 성능을 확보한다. 동 시에, 용접이 용이한 제품이 별도로 구분된 이형봉강과 달리 강관의 특성 상 용접이 용이하여 제작이 쉽고, 무게가 가벼 워 작업이 용이한 장점이 있다. 록볼트에 많이 사용되는 25mm 이형봉강과 강관을 비교해보면, 단위길이당 중량이 각각 3.98kg과 1.93kg으로 4m 길이의 록볼트 1본의 중량이 각각 약 16kg과 8kg으로 작업성과 안전성에서 큰 차이를 보이게 된다. 현재 록볼트에 사용되는 25mm(SD400) 이형봉강과 소일네일에 사용되는 29mm(SD400) 이형봉강을 STG800 강관과 비교하면 다음의 표 4와 같다. <표 4> 이형봉강(SD400)과 지반보강용 강관(STG800)의 제원 구분 공칭 직경/외경 (mm) 두께 (mm) 내경 (mm) 공칭단면적/ 단면적 (mm2) 단위 중량 (kg/m) 부재력 (kN) 허용부재력 (kN, 항복60%) 록볼트 SD40025--506.73.98202.7121.6 STG80025.43.618.2246.41.93197.1118.3 소일네일 SD40029--642.45.04257.0154.2 STG80031.83.724.4326.62.54261.3156.8 이형봉강의 경우, 표면의 요철이 부착력을 증진시키고, 너트체결을 위한 나사 가공이 편리한 장점이 있다. STG800 강관은 상대적으로 매끈한 표면에 대한 부착력을 증진시키고, 너트 체결이 가능하도록 하기 위해 끝부분과 중간에 나사 산 모양을 절삭이 아닌 전조(轉造)가공하여 절삭에 따른 단면의 손실이 발생하지 않도록 하고 있다(그림 1). (a) 이형 철근(b) STG800 강관의 전조(轉造) 가공 <그림 1> STG800 강관의 부착력 증진과 단면손실을 방지하기 위한 전조가공Vol. 22, No. 2 49 3. 고강도 강관을 이용한 SP-록볼트와 SP-네일 3.1 SP-록볼트 SP-록볼트는 외경 25.4mm의 STG800 고강도 강관을 이용한 록볼트 제품으로, 그림 2와 같이 강관으로 이루어진 록 볼트와 플레이트, 너트. 고정구 및 정착재 주입을 위한 주입마개 등으로 구성되어 있다. SP-록볼트의 가장 큰 특징은 포 스코의 항복강도 800MPa 이상의 고강도 강판제품(PosH690)을 이용하여 만든 STG800 규격의 강관을 사용하여 기존의 록볼트 대비 약 50% 경량화를 이뤄 시공성 및 안정성이 향상되었으며, 강관 자체가 정착재 주입관으로 사용되어 정착재 가 완전히 충진되어 인발 저항성을 확실히 확보할 수 있다는 점이다. <그림 2> SP-록볼트 구성도 록볼트 시공에 있어, 기존의 이형봉강 록볼트는 대개 천공 후 록볼트를 삽입하고 정착재를 주입하는 것이 원칙이나, 시공이 복잡해지고 번거로워지는 단점이 있어 일부 현장에서는 정착재를 먼저 주입해 둔 후, 록볼트를 삽입하여 시공하 고 있다. 이러한 경우 정착재의 주입량이 일정치 않고 특히 상향으로 시공되는 록볼트의 경우 정착재 불완전 충진에 의 한 정착구간 공동 발생 등의 시공품질 저하로 이어지기 쉽다. 그러나 SP-록볼트의 시공은 ① 천공, ② 고정구 삽입, ③ SP-록볼트 삽입, ④ 정착재 주입, ⑤ 플레이트 및 너트체결 마감의 순서로 이루어지며, 주입관으로 활용되는 록볼트 선 단에서부터 그라우팅이 이루어지고, 오버플로(overflow)가 될 때까지 주입하므로 정착재의 완전충진이 가능하여 시공 품질을 확보할 수 있게 된다. 특히 SP-록볼트에는 용도에 따라 용수부위 대응을 위한 수중불분리형 정착재와 일반형 고강도 정착재(Chemi-Fix)가 주입에 적합한 형태로 개발되어 있어 조기에 우수한 시공 품질 확보가 가능하도록 하였고, 필요한 경우 방청성능을 갖는 고강도 방청 정착재(ACG)를 사용할 수도 있다. 그림 3에 이형봉강 록볼트와 SP-록볼트의 시공 순서를 비교하였다.50 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 지반보강용 고강도 강관을 이용한 SP-록볼트와 SP-네일의 현장시험 사례 (a) 정착 그라우트 선 주입 후 록볼트 설치 : 불완전 그라우팅, 공극 발생 (b) 록볼트 선 시공 후 강관 중공부로 정착재 주입 : 완전충진, 그라우트 성능 발현 <그림 3> 록볼트 시공순서 비교 3.2 SP-네일 SP-네일의 기본적인 구성은 고정구가 없고 외경이 31.8mm인 STG800 강관을 사용하는 점이 다를 뿐, SP-록볼트와 그 구성 및 소재가 동일하다(그림 4). 대부분의 소일네일 현장에서는 D29 이형봉강을 사용하는데, 5.04kg/m의 무거운 단위중량으로, 6m 소일네일 한 본의 중량이 30kg을 초과하므로 인력에 의한 작업이 쉽지 않은 단점이 있다. 이에 반해 SP-네일의 단위중량은 2.54kg/m로 6m 네일의 중량이 약 15kg으로 시공성이 우수하다. <그림 4> SP-네일 구성도 4. 현장 시험 4.1 현장 시험 개요 기존의 이형봉강을 사용하는 록볼트와 소일네일과 비교하여, STG800 강관을 사용하는 SP-록볼트와 SP-네일의 성능을 확인하고자 현장 인발시험을 수행하였다. 시험은 2018년 동해선 ○○차량기지 건설공사 중 사면을 대상으로 이형봉강 록볼트(연장 4m) SP-록볼트(4m)를 각 2공씩 시공하였으며, 이형봉강 소일네일(6m) 2공과 SP-네일 6m 2공, 4m 2공을 시공하고, 설계 내력의 125%까지 인발을 하여 이형봉강과 SP-록볼트와 SP-네일 제품의 성능을 비교하였다(그림 5, 표 5).Vol. 22, No. 2 51 (a) 전개도 (b) 횡단면도 <그림 5> 시험시공 전개도와 단면도 4.2 시험 시공 자재 시험에 사용된 이형봉강은 시험 당시 현장에서 사용되고 있던 항복강도 350MPa 이상의 SD350 강재가 사용되었으며, 록볼트에는 D25×4m 이형봉강이, 소일네일에는 D29×6m 이형봉강이 사용되었다. SP-록볼트는 25.4mm(D)×3.6mm(t) ×4m(L) 제품이 사용되었고, SP-네일의 경우 31.8mm(D)×3.7(t)×6m와 4m 제품이 각각 사용되었다. 사용된 제품은 표 5에 나타내었다. 시험에 사용된 정착재는 이형봉강과 고강도 강관 제품 모두 페이스트 타입의 고강도 정착재인 Chemi- Fix 제품을 사용하였다.52 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 지반보강용 고강도 강관을 이용한 SP-록볼트와 SP-네일의 현장시험 사례 <표 5> 시험체 규격 및 수량 구분길이규격수량 소일 네일 이형봉강6mSD350, D292 SP-Nail 6mSTG800, D32, t3.72 4mSTG800, D32, t3.72 록볼트 이형봉강4mSD350, D252 SP-bolt4mSTG800, D32, t3.62 합계10 4.3 현장 시험 방법 현장 시험은 그림 6과 같이 자재 반입, 천공, 록볼트 및 소일네일 삽입, 정착재 주입, 양생, 인발시험의 순서로 이루어 졌다. 천공은 록볼트의 경우 45mm로, 소일네일은 105mm 천공이 이루어졌다. 천공 후 록볼트 및 소일네일 삽입 하였으며, 삽입 전 검사를 통해 공 내부에 이물질이 있는 경우 압축공기 등을 이용해 청소를 실시하였다. 록볼트 및 소일네일 삽입 후 정착재를 주입하였는데, 이형봉강의 경우 강재와 공벽 사이로 주입이 이루어졌으며, 강관제품은 강관을 주입관으로 이용하여 100~500kPa의 압력으로 주입을 실시하였다. 각 시험체의 인발시험은 시공이 완료된 날로부터 10일 후에 실 시하였다. (a) 자재 준비(b) 천공(c) 록볼트/소일네일 삽입 (d) 정착재 주입(e) 인발 시험(f) 인발 시험 <그림 6> 현장시험 순서Vol. 22, No. 2 53 4.4 현장 시험 결과 설계내력의 125%까지 인발을 진행한 현장 시험결과, 록볼트와 소일네일 모두 정착부의 파괴나 비정상적인 변형은 관 찰되지 않았으며, 모두 설계내력의 125% 이상의 인발내력을 확보하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 이번 현장시험을 통해서는 이형봉강과 STG800 강관을 이용한 제품의 차이를 확인할 수 없었다(표 6, 그림 7). 록볼트의 경우, 상향 천공에 의해 정착재의 그라우팅 문제가 불거질 우려가 크나, SP-록볼트는 정착재가 선단부부터 주입되어 안에서부터 채워지게 되므로 정착재의 그라우팅에 의한 시공품질의 불확실성을 제거할 수 있다. 다만 이번 현 장시험은 사면에서 진행된 관계로 정착재 그라우팅과 관련한 기존 이형봉강과의 차이점은 확인할 수 없었으나, 신형강 등(2017)에 의하면 SP-록볼트가 보다 안정적인 품질을 보일 것으로 기대할 수 있으리라 보여진다. 이러한 결과로 미루어 보아 기존의 이형봉강을 사용하는 록볼트 및 소일네일 현장에 대해 SP-록볼트 및 SP-네일을 적용하여도 사용상에 전혀 문제가 없을 것으로 판단된다 하겠다. <표 6> 현장 시험 결과 구분정착길이최대변위(mm)설계내력(kN)인발내력(kN)비고 소일 네일 이형봉강 #1 6m 2.53 120 150O.K 이형봉강 #23.73150O.K SP-Nail #13.91150O.K SP-Nail #23.72150O.K SP-Nail #3 4m 2.03150O.K SP-Nail #43.61150O.K 록볼트 이형봉강 #1 4m 1.97 100 125O.K 이형봉강 #24.56125O.K SP-bolt #12.13125O.K SP-bolt #22.34125O.K (a) 소일네일의 하중에 다른 변위(b) 록볼트의 하중에 따른 변위 <그림 7> SP-네일과 SP-록볼트의 현장시험 결과54 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 지반보강용 고강도 강관을 이용한 SP-록볼트와 SP-네일의 현장시험 사례 5. 맺음말 사면에 대한 현장시험을 통해 기존에 사용되는 이형봉강과 고강도 강재를 이용한 SP-록볼트와 SP-네일의 성능차이 가 없음을 확인하였다. 오히려 약 30~50%에 이르는 경량화에 따른 작업성과 안전성이 증가될 것으로 기대되었으며, 동 시에 경제성도 확보가 가능하다. STG800 고강도 강관의 강재 자체의 단가는 약 40~50% 정도 비싸지나, 소요되는 강재 의 중량이 줄어들어 10% 가량 가격경쟁력을 확보할 수 있다. 이에 따라 SP-록볼트는 철도 및 도로터널의 본선 및 수직 구 등에 활발히 적용되고 있으며, SP-네일을 이용한 사면보강도 증가할 전망이다. 이외에도, 용접이 용이한 고강도 강관의 장점을 이용해 기존의 이형봉강을 강관으로 대체하여 무게를 50~60% 수준 으로 줄인 CIP용 강관망이 공장에서 자동 용접‧ 생산 되어 건축현장에 공급되고 있는 등 고강도 강관을 이용해 시공성, 안전성, 경제성을 모두 확보하는 현장이 증가할 것으로 예상된다(그림 8). (a) 공장에서 자동 생산된 CIP 강관망(b) 경량 CIP 강관망 현장 시공 <그림 8> STG800 고강도 강관을 이용한 경량 CIP 강관망 참고문헌 1. 기술표준원, 2019, KS D 3504 철근콘크리트용 봉강 2. 기술표준원, 2018, KS D 3872 지반보강용 강관 3. 신현강, 정혁상, 안동욱, 2017, 고강도 강관을 적용한 SP-록볼트 개발 및 현장 적용을 위한 연구, 한국터널지하공간학회논문집, Vol. 19, No. 4, pp. 651-668. 4. 포스코, 2020, STG800 강관철근을 적용한 지중구조물 5. 안동욱, 2019, 더 가볍고 튼튼한 터널 보강 솔루션, 한국터널지하공간학회지, Vol. 21, No. 4, pp. 34-40. [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]Vol. 22, No. 2 55 겨울철 고속도로 터널 內 대형 교통사고가 주는 교훈 1. 서 론 고속도로는 말 그대로 100~120km/hr의 고속으로 주행을 할 수 있는 도로이다. 하지만 항상 고속주행을 할 수 있는 것만은 아니다. 관련법 상 고속도로를 주행하는 운전자들은 기상조건에 따라 감속운행을 하여야 한다고 명시되어 있지만 고속도로를 주행하는 일부 운전자들은 기상조건과 무관하게 평상시와 같 은 고속주행을 하고 있다. 그로 인해 최근 들어 겨울철 악천후에 고속도로 상에서 대형사고로 많은 인명피해가 발생 하여 그 어느 때보다 운전자의 안전운행 준수가 중요시 되고 있다. 이에 한국도로공사의 겨울철 고속도로 사고예방 대책과 최근 발생한 대형사고건에 대한 원인을 공유하여 사고예방에 도움이 되고자 한다. 2. 사매2터널 교통사고 현황 및 원인분석 최근 겨울철에 발생한 전북 남원시 순천완주고속도로 사매2터널 교통사고는 2020년 2월 17일(월요일) 12시 20분 경에 발생한 사고로 사망 5명을 포함한 48명의 사상자와 32대의 차량피해가 있었으며 터널 라이닝 철근노출, 포장단 면 손상 등 도로 시설물에 피해가 발생하였다. 겨울철 고속도로 터널 內 대형 교통사고가 주는 교훈 장용식 한국도로공사 재난안전처 상황관리차장 이두행 한국도로공사 재난안전처 처장 김준영 한국도로공사 재난안전처 재난상황팀장 황정수 한국도로공사 재난안전처 사회재난차장 김민규 한국도로공사 재난안전처 상황관리대리특별기고 56 자연,터널 그리고 지하공간 완주 →← 순천 북남원IC 62.1k 오수IC 75.8k 사매2터널(완주방향) [순천완주선] 화재지점 66k (입구로부터 150m 지점) ※ (터널제원) 연장 : 712m, 종단경사 : 내리막 2%, 곡선반경 : 2,025m <그림 1> 사매2터널 사고 현황도 본 사고는 대형트럭이 사매2터널 외부에서 선행하던 장갑차 트레일러를 추돌한 후 사매2터널 내부에서 분리되어 정차한 후 뒤따라 진행하는 차량들이 잇달아 정지하면서 연쇄 추돌 및 화재가 발생하여 대형사고로 이어졌다. (a) 터널 內 차량 화재발생 (b) 터널 라이닝 철근노출(c) 터널 內 포장단면 손상 <그림 2> 사매2터널 사고 및 피해 현황 본 사고 구간은 사고 전일부터 발효된 대설주의보로 인해 해당지역 전 구간 제설작업을 주기적(1∼2시간 간격)으로 시행하였고, 특히 사고구간 제설작업은 사고발생 20분 前에 시행하였다. 제설작업으로 인해 노면은 젖은 상태 또는 슬러시 상태로 평상시보다 미끄러운 상태였고, 눈이 내려 전방시야가 제약되는 도로환경이었다. (a) 본선 제설작업 시행(b) 터널 內 제설작업 시행 <그림 3> 사고당일 제설작업 중인 사고구간 CCTV 화면Vol. 22, No. 2 57 겨울철 고속도로 터널 內 대형 교통사고가 주는 교훈 도로교통법시행규칙에 따르면 비ㆍ눈ㆍ안개 등으로 인한 악천후 시에는 도로를 주행하는 운전자들은 20%~50% 감속운행을 하여야 한다. <표 1> 도로교통법시행규칙 제19조 도로교통법시행규칙 제19조(자동차등과 노면전차의 속도) ② 비‧ 안개‧ 눈 등으로 인한 악천후 시에는 제1항에 불구하고 다음 각 호의 기준에 의하여 감속운행 하여야 한다. 1. 최고속도의 100분의 20을 줄인 속도로 운행하여야 하는 경우 가. 비가 내려 노면이 젖어있는 경우 나. 눈이 20밀리미터 미만 쌓인 경우 2. 최고속도의 100분의 50을 줄인 속도로 운행하여야 하는 경우 가. 폭우‧ 폭설‧ 안개 등으로 가시거리가 100미터 이내인 경우 나. 노면이 얼어 붙은 경우 다. 눈이 20밀리미터 이상 쌓인 경우 참고로, 사고지점의 주행 제한속도는 100km/h였지만 사고당일 기상상황을 고려했을 때 도로교통법시행규칙에 따 라 50%를 감속한 50km/h 이하의 속도로 주행 했어야 했는데, 전체 사고차량 32대 中 예상 최저속도가 60km/h를 초과한 차량은 14대(약 44%)가 해당되었다. 본 사고는 악천후 시에도 규정 속도를 준수하지 않고 과속으로 인해 연쇄추돌 사고가 발생하였으며, 사고 당시 눈 이 내려 전방 시야가 제약되고 제동거리가 길어지는 도로여건임에도 불구하고 대다수 차량들이 선행차량과의 충분한 안전 거리를 확보하지 않은 채 주행하다 급제동하여 미끄러져서 발생한 것으로 터널 내 밀폐된 공간에서 연쇄 추돌로 인한 차량화재가 발생하여 피해가 더욱더 과중되었다. 한국도로공사는 사매2터널 조기개통을 위하여 주‧ 야간 복구공사에 총력을 기울여 예정보다 일주일 앞당긴 34일 만에 복구공사를 완료하여 사고로 인해 전면통제 되어있던 순천완주선 북남원IC에서 오수IC 구간을 3월24일 개통하 였다. <표 2> 사매2터널 복구공사 현황 복구 기간/비용 투입 인력/장비복구완료 전경 34일* / 29억 원 *’20.2.20~3.24 950여명/ 240여대Next >