< Previous38 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 3 평택~부여~익산(서부내륙) 고속도로내 노선변경에 따른 봉수산 터널 설계 사례 - 수직갱 계획시 문화재 보호구역내에 수직구가 위치 - 수직구 시공을 위한 공사용 진입도로 개설시 심각한 문화재 주변의 환경훼손이 발생 - 151.5m의 높은 수직구로 시공성이 저하 - 수직갱으로 계획시 수직갱을 이용한 본선터널내 굴진면 추가 개설 불가로 공기 부족 <그림 2> 경사갱 및 연직갱 비교 2.2.1.2 경사갱 2개소로 공기확보 봉수산 터널에는 2개소의 경사갱을 계획하였다. 총 공사기간 60개월 만족하기 위해서는 터널 굴착이 45개월내에 터 널 공사와 완료되어야 하나, 4.28km의 터널 연장 조건에서 경사갱 1개만으로는 공기가 부족한 상황임에 따라 경사갱 2 개소 계획이 필요하였다. 아울러 경사갱 2개소 계획으로 터널내에서 8공구 및 9공구의 경계가 있음에 따라 공구간 간섭 이 없는 원활한 공사진행이 가능하게 계획하였다(그림 3 참조). 2.2.1.3 경사갱별 기능 도로터널의 경우 터널내 화재시 반대터널로 대피하기 위한 피난연락갱이 설치되어 있음에 따라 봉수산 터널의 경사갱 에는 대피기능을 배제하였다. 그러나 봉수산 터널의 경우 완공후 충청도 지역에서 국내 최장의 해저터널인 보령터널(L=6.9km) 이후 2번째로 긴 터 널이며, 국내 최초로 설계속도 120km/hr로 설계됨에 따라 차별화된 방재계획 수립이 필요한 장대터널이라 판단하였다. 따라서 공사용으로서 효율적으로 사용된 경사갱 #1은 간이소방대의 구난활동 기능을 추가하고, 경사갱 #2는 장대터널의 환기 및 화재시 배연전용구로서 활용하는 계획을 수립하였다(표 2 참조).Vol. 23, No. 2 39 <그림 3> 경사갱 조건에 따른 공기검토 <표 2> 경사갱별 기능 경사갱 #1경사갱 #2 간이소방서 운용효율 증대를 위한 활용터널환기 및 화재시 배연전용 경사갱 중형펌프차 화학차 및 구급차 상시 배치40 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 3 평택~부여~익산(서부내륙) 고속도로내 노선변경에 따른 봉수산 터널 설계 사례 2.2.1.4 간이 소방대 필요성 화재 피해 통계분석 결과 화재출동건 중 7분 이후 도착 시 피해액이 7분 이내 도착시의 피해액에 비해 2배 가량 높은 상황임에 따라 2015년 12월 중앙 소방본부에서는 소방차 골든타임 제도개선 방안으로서 7분 이내에 화재현장에서 활동 하는 목표를 수립한 재난피해 최소화 방안에 부응하기 위하여 설계속도가 120km/hr인 봉수산 터널에서도 터널내 유고 상황에 대비한 심도있는 검토를 수행하였다. <표 3> 봉수산 터널 인근 소방서 현황 및 소방대 출동시간 분석 구분명칭위치관내구역비고 소방서 예산소방서충남 예산군 오가면 오가중알로 111◯봉수산터널 종점부 홍성소방서충남 홍성군 홍성읍 충절로 741×봉수산터널 시점부 청양소방서충남 청양군 청양읍 충절로 1187×봉수산터널 시점부 유관 기관 서부내륙 본선고속도로(IC, JCT) 이용시경사갱#1 이용시 국도고속도로합계국도고속도로합계 예산 소방서 출동거리3.0km11.5km(예산분기점 진입)14.5km16km1.0km(경사갱진입)17.0km 소요시간5분6.9분11.9분18분0.6분18.6분 홍성 소방서 출동거리16.3km5.5km(의좋은형제 진입)21.8km17.7km1.0km(경사갱진입)18.7km 소요시간18.3분3.3분21.6분19.7분0.6분20.3분 청양 소방서 출동거리4.1km19km(청양나들목 진입)23.1km19.2km1.0km(경사갱진입)20.2km 소요시간6.1분11.4분17.5분21.2분0.6분21.8분 봉수산 터널 인근의 소방서 현황 및 골든타임을 분석한 결과, 터널내 유고시 최소 접근시간은 17.5분이 최소 시간으로 골든타임을 2배 이상 넘어서는 상황이다. 국내 장대터널에서의 간이소방서 운영예는 인제양양터널이 운영중에 있으며, 부산시 만덕셈텀지하차도 및 서울시 제물포 터널이 설계에 반영되어 있다. 따라서 봉수산 터널의 경우에도 차별화된 방재 성능 확보를 위하여 간이소방서+방재구난지역를 설치하는 것으로 계획하였다. 봉수산 터널 변경설계가 완료된 현재, 소 방청과의 협의를 통해 간이소방서에 소방인력을 요청한 상태이며, 본 간이소방대는 봉수산 터널의 유고시 활동 이외에도 인근 예산소방서의 소방활동을 추가적으로 시행하여 예천군 일대의 재해발생에 대비한 임무를 하도록 협의중에 있다. <표 4> 국내 간이소방서 설치 및 설계예 구분터널명간이소방서 명칭설치위치 강원도인제양양터널 백두대간터널 119지역대 관리사무소 (한국도로공사에서 강원소방본부에 인원요청) 부산시만덕셈텀지하차도설계반영램프구간 외부 서울시제물포터널설계반영경사갱Vol. 23, No. 2 41 <그림 4> 봉수산 터널내 화재시 간이소방서를 이용한 구급활동 2.3 임존성과의 자연스러운 조화를 위한 경관계획 봉수산 터널의 부속시설로서 시점부 관리사무소 및 종점부 부변전실이 필요하다. 관리사무소 설치기준은 한국도로공 사 설치기준에 의거하여 다음과 같이 계획하였다. 구분 기존 신설 관리사무소부변전실 면적510 m2 내외360 m2 내외440 m2 내외 상주인원7명(주간 4, 야간 3)-1명(주간) 주기능터널 감시 및 시설운영전기시설 수용전기안전관리자 상주 <그림 5> 봉수산 터널 관리사무소 및 부변전실 계획 관리사무소 및 부변전실은 국내 최초 120km/hr의 장대터널 안정성, 기능성 및 주변 관광자원(임존산성, 의좋은 형제 마을, 예당호 등)을 모티브로한 경관계획을 수립하였다. 42 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 3 평택~부여~익산(서부내륙) 고속도로내 노선변경에 따른 봉수산 터널 설계 사례 (a) 터널 관리사무소 (도로기능을 극대화한 관리사무소) (b) 간이소방서 (원활한 소방활동 기능 확보) (c) 경사갱 #2 배연탑 (임존산성 형상 재현) <그림 6> 터널 기능성 및 주변 경관을 고려한 경관계획 3. 결 언 2019년 12월 착공한 평택~부여~익산(서부내륙) 고속도로 민간투자사업(1단계)은 총 10개 공구로 분할하여 2024년 12월 개통을 목표로 공사가 진행중에 있다. 특히 노선변경이 된 봉수산 터널 구간은 임존성(사적 제90호), 향교, 동헌, 의좋은형제비 등의 역사적문화재와 예당저 수지와 접해있는 천혜의 자연환경으로 유명한 봉수산 자락을 관통하도록 계획된 노선이다. 이러한 상황에 맞추어 발주 기관을 포함해 본 사업에 투입된 건설관계자는 지역 주민과 조화되어 안전한 시공이 될 수 있도록 최선의 노력을 다할 것이다. [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]Vol. 23, No. 2 43 기술기사 4 1. 서 론 고속국도 제400호선 파주~양주간 건설공사는 수도권 제2순환고속도로의 일부로서 ‘08년 9월 정부가 발표한 30대 광 역경제권 발전 프로젝트에 포함되어 고속도로를 구축하는 것으로서 수도권 제1순환고속도로를 대체하는 순환 고속도로 로 고속도로 건설을 통한 수도권 서북지역의 접근성 확보 및 지역개발 촉진을 위함이다. 고속국도 제400호선 파주~양 주간 건설공사 제2공구는 2017년 11월 20일 착공하여 2023년 12월 준공을 목표로 공사가 진행중이다. 비암터널은 “경기 도 파주시 법원읍 삼방리~경기도 양주시 광적면 덕도리”를 관통하는 터널로서 연장은 파주방향 4,590m, 양주방향 4,560m이다. 터널 형상은 지역의 특징을 고려하여 율곡 이이와 별산대의 탈 등을 디자인화 하였고, 터널 연장 기준 등 급은 1등급, 위험도지수 기준 방재등급은 2등급의 장대터널로서 일방향 통행 2차로의 NATM 공법으로 굴착 하였으며, 환기방식은 “JET FAN+배연 전용 경사갱”의 기계 환기방식이다. 비암터널은 2017년 2월에 착공하여 2020년 12월에 터널이 관통되었으며, 현재 라이닝 등의 공사를 진행중에 있다. 당초 설계시 터널 시·종점부 및 경사갱을 통한 8방향으로 굴착 계획을 수립하여 시공성을 향상시키고 공기를 단축하는 것으로 계획되었으나, 주변 민원 등의 문제 제기로 경사갱 공사가 지연 되어, 터널 시·종점부를 우선 굴착하는 것으로 변경 시공하였다. 당 현장은 발주청, 시공사, 하도급사, 건설사업 관리용역단의 지속적인 관심과 안전 실천으로 관통 완 료시 까지 무사고 시공이 이루어진 터널 현장이다. 금번 소개 내용은 ① 본선과 경사갱 접속부의 확폭단면 부근에서의 관통에 따른 관통 순서, 관통부 해석 및 계측 결과 분석 ② EX-TM(Expressway Tunneling Method)을 이용한 터널 굴 착 관리 효과 분석 ③ 터널 공사 중 안전분야 등 다양한 부분에 대한 개선 사례 적용으로 굴착 중 무사고 안전시공을 달 성한 사례를 소개하므로서 타 현장의 시공에 도움이 되고자 한다. 고속도로 장대터널 확폭부에서 관통 시공 사례 류재하(한국도로공사 김포양주건설사업단 사업단장) 정우관(한국도로공사 김포양주건설사업단 공사관리팀장) 이재권(한국도로공사 김포양주건설사업단 품질차장) 박균서(한국도로공사 김포양주건설사업단 안전차장) 한창우((주)동성엔지니어링 김포양주건설사업단 토질감리)44 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 4 고속도로 장대터널 확폭부에서 관통 시공 사례 <그림 1> 사업구간 위치도 <그림 2> 지역을 대표하는 경관 이미지Vol. 23, No. 2 45 2. 지 질 2.1 지질개요 과업구간의 기반암은 대부분 선캠브리아기의 경기변성암복합체에 해당하는 흑운모편마암으로 구성되어 있으며, 기반 암을 제4기의 충적층이 부정합으로 피복하고 있다. 굴착중 암반의 연· 경이 급변하는 구간이 많았으며, 특히 지역 특성 상 극경암 내지 경암 암반에 해당하는 지보패턴 A타입의 암반은 확인되지 않았다. 주기반암인 흑운모편마암(PCEbgn)의 특징인 편마구조가 양호하게 발달하여 있으며, 암회색 및 일부 녹회색의 색조 가 나타나며 우흑대에서 흑운모가 우세하게 나타난다. 대부분의 선캠브리아기 흑운모편마암은 규암(q) 및 석회질암류 (csch)등이 협재하며, 주 구성 광물로는 흑운모, 석영, 장석 등이며, 부분적으로 거정질 장석과 석류석을 함유하는 지역 도 있다. <그림 3> 과업구간 지질도, 1:50,000 문산, 고양도폭46 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 4 고속도로 장대터널 확폭부에서 관통 시공 사례 3. 본선과 본선확폭부 인접에서의 관통 3.1 일반적인 관통부 위치 선정조건 및 굴착시공방안 3.1.1 관통 굴착공법 비교 현재 일반적으로 적용되고 있는 관통방법은 표에서와 같이 일방향 관통후 갱구 시공, 터널내부에서의 관통, 갱구 시 공후 일방향 관통 방법 등이 있으며, 이중 양호한 암반이 분포하여 지반의 아칭효과를 발휘할 수 있는 2D(D:터널 최대 폭) 이상의 터널 내부 구간에서 관통이 가장 안전하다. <표 1> 관통방법 비교안 구분 1안 (일방향 관통후 갱구시공) 2안 (터널내부에서 관통) 3안 (갱구 시공후 일방향관통) 개요 시공 순서 ① NATM 시점 -2m 지점까지 일방향 굴착(대구경 강관보강+강지보 보강) ② 갱구부 토사 및 리핑암 제거 ③ NATM 시점까지 기계굴착 및 막장 Core 형성 ④ 갱구부 단계별 굴착 및 관통 ① 종점부에서 터널 내부로 양호한 암반구간에서의 일방향 굴착 ② 시점 갱구부 시공 ③ 갱구부 보강 및 터널굴착 ④ 관통부 보강 및 관통 ① 시점 갱구부 토공작업 ② 시점부 Core 존치 및 갱구부 선보강 ③ 종점부에서 일방향 굴착 (강관보강+강지보설치) ④ 잔여 Core부 기계굴착 특징 ∙ 터널 종방향 아칭효과 감소로 강성지보 설치 필요 ∙ 제어/기계굴착 등으로 절취공사비 증가 ∙ 갱구부 단계별 굴착으로 비탈면 안정성 향상 ∙ 갱구부 토공 및 작업부지 최소화 가능 ∙ 종방향 아칭효과에 의해 구조적 안정성 우수 ∙ 터널내 관통으로 갱구비탈면 안정성 향상 ∙ 시점부 터널굴착으로 인한 급배수설비 필요 ∙ 갱구조성, 터널굴착을 위한 작업장 부지 필요 ∙ 터널 종방향 아칭효과 감소로 강성지보 설치 필요 ∙ 관통부 안정을 위한 기계굴착으로 공사비 증가 ∙ 갱구부 선시공으로 갱구비탈면 안정성 저하 ∙ Core부 기계굴착으로 절취 공사비 증가 선정보통우수불리Vol. 23, No. 2 47 3.1.2 일반적인 터널내 관통부 시공 계획은 아래와 같이 계획 되고 있다. <표 2> 관통부 시공계획 구분 1단계 (막장 절리 조사) 2단계 (절리상태 불리방향 상반굴착 및 보강) 개요 내용 ∙ 예상 관통부 절리 분석 ∙ 시공중 막장변화 상황을 반영하여 관통위치 수정 및 보강패턴 결정 ∙ 이격거리 2.0D 확보후 굴착정지 ∙ 상반보강 및 굴착(0.5D, 굴진장 1.0~1.2m) ∙ 록볼트+훠폴링+필요시 막장보강S/C 구분 3단계 (절리상태 양호방향 상반굴착 및 보강) 4단계 (절리상태 양호방향 상반굴착 및 보강) 개요 내용 ∙ 상반보강 및 굴착(1.0D, 굴진장 1.0~1.2m) ∙ 록볼트+훠폴링+필요시 막장보강S/C ∙ 상반보강 및 굴착(0.25D, 굴진장 1.0~1.2m) ∙ 록볼트+훠폴링+필요시 막장보강S/C ∙ Pilot Boring에 의한 관통거리 확인 구분 5단계 (상반관통 및 보강) 6단계 (하반굴착 및 완료) 개요 내용 ∙ 관통거리 확인후 양방향 보강 ∙ 록볼트+훠폴링 ∙ 상반관통 ∙ 하반굴착 및 관통Next >