< Previous58 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 4 고속도로 장대터널 확폭부에서 관통 시공 사례 5.2 고성능 정밀 광파기(무타켓 자동 광파기) 5.2.1 목적 막장면의 실시간 변위량을 감지하여 이상변위 발생 시 경보장치가 작동되도록 하여 막장면의 급작스런 붕괴에 대비하 기 위함이다. 5.2.2 원리 <표 13> 무타켓 광파기 측정 개요도측정 순서 ① 기준점 셋팅 ② 초기 막장면 측량(20점) : 임의 막장면을 광파기로 측정하면 그 지점의 좌표값이 생성되어 광파기가 기억 ③ 기억된 막장면의 20개 지점의 좌표를 광파기가 스스로 지속적 측정(1점 측정 시간 : 약 3~5초) 5.2.3 효과(시스템 구성) 막장면에 고성능 정밀광파기(무타켓 자동광파기)를 이용하여 실시간 변위량 감지하여 데이터를 PC로 전송 분석 후 이 상변위 발생 시 경보장치를 작동시킨다. 5.3 고소 작업차(차징카) 방호시설 5.3.1 목적 터널내 장약 장전 작업 등의 고소 작업에서 막장면 뜬돌의 낙반 및 낙석에 의한 안전사고를 방지하기 위함이다. 5.3.2 원리 및 효과 발파 후 막장면 암판정과 천공 후 장약 작업시 등에서 고소 작업차(차징카)에 보호캡을 설치하였다.Vol. 23, No. 2 59 <그림 10> 고소작업차(차징카) 5.4 이동식 집진기 : 공기 청정 기능(여과 필터 내장) 5.4.1 목적 장대터널에서 터널 공사시 공사중 환기팬의 용량이 부족할 경우 발파 작업에 의해 발생한 먼지나 가스(매연 또는 분 진)를 발파지점(막장)의 근거리에서 자체 여과하여 제거하므로서 분진이 굴착된 터널 전체에 퍼지는 것을 방지함과 동시 에 분진 및 가스를 신속하게 제거하고 터널내 환경을 개선하기 위하여 터널 공사용 이동식 집진기를 가동하였다. 5.4.2 원리 집진기는 송풍기의 송풍팬 가동으로 발생한 흡인력에 의해 함체 내부로 유입된 터널 발파지점의 공기 중의 가스를 여 과 필터로 제거하여 맑은 공기를 발파지점으로 공급하는 공기 정화장치로서 터널내 공기를 신속히 정화하였다. <그림 11> 이동식 집진기60 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 4 고속도로 장대터널 확폭부에서 관통 시공 사례 5.4.3 문제점 일반적으로 각종 터널 등 산업현장에서 발생되는 미세한 입자는 공기 중에 부유하게 됨으로서 인체에 해를 끼치거나, 각종 기기에 쌓이게 되어 고장 원인이 되어 기계의 수명을 저하시킨다. 5.4.4 효과 공사중인 터널내에서의 공간이 아주 협소하기 때문에 장치가 축소되어야 하며, 이동되는 공간 역시 한정되어 있으므 로 이동형 소형 차량탑재 집진기로 좁은 공간에서 터널 내부 정화작업을 원활히 수행할 수 있었다. 5.5 터널 시공중 접근 방지를 위한 레이저빔 SELF ZONE 설치 5.5.1 목적 터널내 작업 중 발파시 등 근로자 접근 금지, 터널 장비의 이동 및 암버력 하역 작업 시 단부에 설치하여 덤프 트럭 및 장비의 과후진을 방지하기 위함이다. 5.5.2 원리 주요 작업구역에 레이저 차단기를 설치하므로써 인력 및 차량 등의 장비 근접시 사전 경고음에 의한 경고 기능의 레이 저 차단기를 사용하여 경고음을 발생시킨다. 5.5.3 설치장소 터널 막장면에서의 중장비 작업 위치, 터널 버력 처리장, 발파전 출입통제 등의 위험 작업구간에 사용 하였다. <그림 12> SELF ZONEVol. 23, No. 2 61 5.6 고소 작업차(차징카) 접근 경고 및 로고 빔 투사 5.6.1 목적 터널내에서 고소작업차 및 라이닝 폼등에서 LED선 및 로고를 투영하여 근로자에게 경각심을 주기 위함이다. 5.6.2 원리 고소작업차(차징카) 바스켓 하부에서 LED선 및 라이닝 폼에 로고 투영장치를 설치하므로써 터널내 막장면 및 바닥에 화면이 비치도록 한다. (a) 접근 경고 LINE(b) 로고 투영 <그림 13> 고소작업차(차징카) 빔투사 경고 장치 5.6.3 설치장소 터널 막장면에서의 중장비 작업 위치, 터널 버력 처리장, 발파전 출입통제 등의 위험 작업구간에 사용 하였다. 6. 결 론 1. 비암터널은 4.58km의 기계환기 터널로 주변 민원 등의 문제 제기에 따라 공사가 지연 되었고, 관통위치는 양방향 모 두 본선 확폭부와 인접하는 구간에서 관통하였다. 터널 관통을 위한 수치해석과 현장 계측결과를 비교 한 결과 천단 변위, 내공변위, 락복트 축력 등은 설계와 유사하며, 굴착 공사중 안전한 관통을 할 수 있었다. 2. 기존의 표준지보패턴에서 다양한 지반특성에 적합한 한국도로공사 터널 공법 EX-TM 지보 패턴의 적용으로, 공기 단축(약 2.2개월 이상) 및 공사비 절감 효과를 기대할 수 있었다.62 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 4 고속도로 장대터널 확폭부에서 관통 시공 사례 3. 굴착 공사 중 안전 및 환경 개선을 위하여 스마트 관제 시스템 등을 운영하였고, 고성능 정밀 광파기를 이용하여 막 장 관찰 시스템을 향상 시켰다. 4. 당 비암터널 현장은 굴착 기간 동안 건설 사업단, 시공사, 협력사와 건설사업관리 용역단이 상호 긴밀히 협조하여 무 사고 안전시공을 달성할 수 있었다. [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]Vol. 23, No. 2 63 최근 수도권급행철도사업(GTX)과 같은 대심도 도심지 교통인프라 건설에 대한 관심이 급격히 증가하고 있으며, 인덕원-동탄 및 월곶-판교 도시철도사업과 같은 대심도 터널공사도 꾸준히 확대되고 있다. 이러한 대심도 도심지 터널공사는 안전과 환경측면에서 제12강 대심도 도심지 터널 건설 영향과 안전성 평가 Safety Effect Evaluation in Deep Urban Tunnelling 김영근 (주)건화 지반터널부 부사장 연구소장/공학박사/기술사 도심지 대심도 터널건설에 따른 영향분석 연구 (한국터널지하공간학회, 2020) 2020 KTA 정책포럼 (한국터널지하공간학회, 2020)기술강좌 시리즈: 지하터널공사 리스크 안전 관리 제12강. 대심도 도심지 터널 건설 영향과 안전성 평가 64 자연,터널 그리고 지하공간 기존의 지하철과는 다른 건설영향평가 방법에 대한 고민도 필요한 시점이라 할 수 있다. 지난 몇 년간 지하공사에 대한 지하안전영향 평가 등이 강화되어 시행되고 있고, 터널 지하안전영향평가방법에 대하여 국토교통부와 학회를 중심으로 표준매뉴얼 등을 만들었다. 또한 서울시와 학회에서는 대심도 터널에 대한 현안과 대책 등에 대하여 연구 등을 수행한 바 있다. 본 고에서는 대심도 터널공사에서 터널 건설에 따른 영향을 체계적으로 분석하고 대심도 도심지 터널에서 대한 공학적인 안전성 평가방법 등을 소개하고자 하였다. 또한 대심도 터널 특성을 고려한 안전성 영향과 환경성 영향을 중심으로 기술하고자 하였다. 1. 대심도 도심지 터널건설에 따른 영향평가 1.1 대심도 도심지 터널건설에 따른 영향 분석 도심지 터널은 건설 목적, 위치 및 기능 등을 고려할 때 일 반적인 터널과는 다른 특성을 갖는다. 즉 도심지 터널은 중· 장거리 이상의 연장이 필요하고 경제성을 고려하여 한계심 도 이하(대심도)에 건설될 수 있으므로 안전성이 중요하다. 이는 터널 구조물 자체의 안정성뿐만 아니라 터널 굴착으로 인한 주변 지반의 침하 및 지하수위 변화를 포함하는 것으로 40~50m 정도의 대심도 구간에서의 지질 및 지반특성으로 인한 지반 리스크가 크기 때문에 더욱 중요하다. 또한 기존의 철도, 전기, 가스, 전기통신, 상하수도 등 지하구조물 또는 매 설물 등에 대한 조사 및 영향검토가 필수적이며, 지상에 존재하는 건물과 주요 구조물에 대한 손상평가가 반드시 수행되어야 한다. 그림 1에는 도심지 터널에서 발생 가능한 여러 가지 위험요소를 나타내었다. 그림에서 보는 바와 같이 위험요소는 터널변형 뿐만 아니라 지표침하, 지하수위 저하, 도로함몰, 건물 및 지장물 손상 그리고 주변공사 영향 등이 있다. 또한 대심도 도심지 터널건설 영향 평가를 위하여 특성을 터널 거동, 지반 거동 및 주변 영향으로 구분하여 발생 가능한 위험요소와 이에 따른 영향 결과를 정리하여 표 1에 나타내었다. <표 1> 대심도 도심지 터널 건설에 따른 영향 특성주요 위험 내용영향 결과 터널 거동 터널 안정성터널굴착에 따른 안정성 문제 ∙ 터널 낙반/붕괴/붕락 ∙ 지반 함몰(싱크홀) 터널 변형/손상터널굴착에 따른 변형 및 손상 발생 지반 거동 지표 침하터널굴착에 따른 지표침하 발생 ∙ 도로 함몰/지표 침하 ∙ 건물 손상/지장물 손상 지중 변위터널굴착에 따른 지중변위 발생 지하수 거동 지하수위 변화터널굴착에 따른 지하수위 변화 ∙ 주변 지하수위 저하 ∙ 주변 지하수 고갈 지하수 유입터널굴착에 따른 지하수 유입 주변 영향 진동 소음터널 굴착 및 운영중 진동소음 발생 ∙ 사람/인체에 영향 ∙ 주변 환경오염 ∙ 구조물 손상(균열 등) 비산 먼지터널 굴착중 비산먼지 발생 대기 오염터널 운영중 대기오염 발생 <그림 1> 터널 굴착에 따른 지반거동 유형제12강. 대심도 도심지 터널 건설 영향과 안전성 평가 Vol. 23, No. 2 65 1.2 대심도 도심지 터널건설에 따른 영향요소 평가 터널을 굴착함에 따라 시공중 및 운영중에는 지반침하, 지하수위 저하, 주변 건물 및 지장물의 손상 그리고 발파진동소음, 대기오염 등 주변에 다양한 영향(Impact)을 미치게 되며, 도심지 터널공사의 경우, 영향에 따른 피해로 인하여 상당한 수준의 민원이 발생할 가능성이 매우 높다. <그림 2> 대심도 도심지 터널공사에서 발생 가능한 영향 본 고에서는 대심도 도심지 터널공사에서 발생 가능한 영향요소를 그림 2에서 보는 바와 같이 안전에 위해가 되는 안전성 영향 (Safety Impact)와 환경에 위해가 되는 환경성 영향(Environment Impact)으로 구분하였다. 또한 대심도 도심지 터널 건설에 따른 안전성 및 환경성에 미치는 제반 영향을 합리적으로 평가함으로서 주변 민원을 최소화하여 안전한 터널공사를 수행하도록 하고자 하였다. 그리고 표 2에 나타난 바와 같이 대심도 도심지 터널에서 건설에 따른 안전성 영향요소 및 환경성 영향요소에 대하여 주요 위험요 소에 대한 리스크를 평가하였다. 이를 바탕으로 대심도 도심지 터널에서 가장 중점적으로 평가하여 할 영향요소를 안전성 요소에서는 지반침하(지반 안전성), 환경성 요소에서는 발파진동영향을 선정하여 제시하였다. <표 2> 터널 건설에 따른 안전성 및 환경성 영향 요소 영향 요소(Impact Factor)주요 위험 내용(Hazard)리스크(Risk) 안전성 영향 지반 침하∙ 터널 시공중 주변 지반침하HML 건물 손상∙ 터널변형과 지반침하로 인한 주변 건물 손상HML 지장물 손상∙ 터널변형과 지반침하로 인한 주변 지장물 손상 HML 지하수위 저하∙ 터널 시공중 주변 지하수위 저하HML 환경성 영향 발파진동 및 소음∙ 시공중 발파에 의한 진동 및 소음 발생HML 비산먼지∙ 시공중 굴착에 의한 비산 먼지 발생HML 운영중 진동소음∙ 운영중 진동 및 소음 발생HML 대기 오염∙ 운영중 대기 오염 발생 HML기술강좌 시리즈: 지하터널공사 리스크 안전 관리 제12강. 대심도 도심지 터널 건설 영향과 안전성 평가 66 자연,터널 그리고 지하공간 2. 대심도 도심지 터널건설 영향평가 방안 2.1 대심도 도심지 터널건설에 따른 영향평가 체계 도심지 터널의 경우 지하안전관리에 관한 특별법에 근거하여 의무적으로 터널 지하안전영향평가를 수행하여야 한다. 이에 대한 평가절차 및 방법은 국토교통부 기준(도심지터널 지하안전영향평가, 2020)에 정리되어 있어 이를 참고하여 도심지 터널에 대한 지하 안전영향평가를 수행하면 된다. 대심도 도심지 터널 영향평가는 대심도 도심지 터널에 대한 공학적인 특징을 반영하여 건설 영향 평가 프로세스를 보다 합리적으로 정립하고자 한다. 특히 대심도 도심지 터널의 건설에 대한 영향요소를 크게 안전성 영향요소와 환경성 영향요소로 구분하고, 관련 영향요소를 중심으로 프로세스를 구성하였다. 그림 3은 기존의 일반심도에 적용되는 터널지하안전영향 평가를 기반으로 하여 대심도 터널 특성을 반영한 영향 평가 체계를 보여 준다. 그림에서 보는 바와 같이 대심도 도심지 터널굴착에 따른 영향요소를 안전성 영향에 지반침하와 건물손상도 그리고 환경성 영향 에 지하수위 및 발파진동으로 구분하고, 각각의 영향 평가에 대한 평가 방안을 정립하였다. 또한 각각의 영향요소에 대한 계측관리방 안과 민원대책 등을 포함하였다. 본 영향평가는 대심도 도심지 터널의 계획· 설계뿐만 아니라 시공시에도 활용할 수 있으며 기술적으로 발주처 및 엔지니어에게 도움이 되고, 사회· 환경적으로는 관련 민원들에게 이해시킬 수 있도록 구성되어 있다. <그림 3> 대심도 도심지 터널 건설에 따른 영향평가 체계 2.2 대심도 도심지 건설영향 평가 프로세스 대심도 도심지 터널 건설영향 평가 프로세스를 그림 4에 나타냈다. 그림에서 보는 바와 같이 프로세스를 4단계로 구분하고 총 8과 정으로 평가를 수행하도록 구성하였으며, 각각의 특징을 설명하면 다음과 같다. 제12강. 대심도 도심지 터널 건설 영향과 안전성 평가 Vol. 23, No. 2 67 ∙ 1 단계 : 터널 특성 - 대심도 도심지 터널 대심도 도심지 터널에 대한 특성, 주요 여건 및 현황을 공학적으로 분석하고 주요 영향평가요소와 평가방법을 검토하고 분석한다. ∙ 2 단계 : 대상 산정 - 굴착영향 범위 산정 대심도 도심지 터널 특성을 반영하여 터널 굴착에 따른 적정한 굴착영향범위를 산정하고 중점 검토대상을 파악하고 구분한다. ∙ 3 단계 : 영향 평가 - 안전성 영향요소 및 환경성 영향 요소 대심도 도심지 터널 건설에 대한 4가지 영향요소에 대하여 각각의 평가프로세스에 따라 정밀해석을 실시하고 평가한다. 3-1 지반침하 : 대심도 도심지 터널 굴착에 따른 지반침하 영향 해석 및 평가 3-2 지하수위 : 대심도 도심지 터널 굴착에 따른 지하수 영향 해석 및 평가 3-3 발파진동 : 대심도 도심지 터널 굴착에 따른 발파진동 영향 분석 및 평가 3-4 건물손상도 : 대심도 도심지 터널 굴착에 따른 주변 건물에 대한 손상도 평가 ∙ 4 단계 : 관리 대책 - 계측 관리방안 대심도 도심지 터널 건설영향 평가요소에 대한 계측계획과 계측관리방안을 수립하고. 주요 예상 민원에 관리 방안 등을 종합적으로 검토하고 이에 대한 대책을 수립하여 반영한다. <그림 4> 대심도 도심지 터널건설 영향평가 프로세스Next >