< Previous108 자연,터널 그리고 지하공간 프로젝트소개 그중 가장 노선이 긴 구간은 한양대~여의도 구간으로 연장이 하선기준 30,723m이고, 환기소 9개소, 정거장 15개소 (한양대, 호수, 중양, 성포, 목감, 광명, 석수, 시흥사거리, 독산, 구로디지털단지, 대림 삼거리, 신풍, 도림사거리, 영등 포, 여의도)로 계획되었다. 시흥시청~광명 구간은 하선기준 10,072m로 환기소 7개소로 시흥시청 정거장은 기존정거장 이고, 광명정거장은 환승 정거장으로 예화 및 학온 정거장(예정)은 본 사업과 별개로 장래에 진행되는 것으로 계획되었 다. 연장이 가장 짧은 송산~원시 구간은 서해선의 차량기지에서 소사~원시선에 접속되는 구간으로 중간에 상부 국제테 마파크가 조성되는 사업을 고려하여 정거장 1개소가 계획되어 있다(표 1 참조). <표 1> 신안산선 시설개요(노반) 구분 시설개요 비고 한양대~여의도시흥시청~광명송산~원시계 노선연장30,723m10,072m3,967m44,762m하선기준 노 반 구 성 토공--3,172m3,172m 교량--480m480m 개착 BOX 단선-562m-562m단선병렬 복선668m-315m983mU-type포함 정거장164m-164m광명1~4층 비개착 BOX-60m-60m 터널 단선-2,824m-2,824m단선병렬 복선27,195m8,881m-36,076m 확폭754m216m-970m 정거장1,948m--1,948m14개소 본선 환기구9개소7개소-16개소 본선 집수정18개소4개소-22개소 정거장15개소(지하)-1개소(장래)16개소환승 7개소 3. 본선 터널단면 계획 본 노선의 대부분은 주거지와 도심지를 통과하는 구간으로 전체 노선중 터널구조물이 차지하는 비율이 터널정거장을 포함해서 93%에 이르고 있다. 터널 구조물중 단선터널은 직결선 포함 2,824m이고, 복선터널은 36,076m, 여러 형태의 확폭터널은 970m, 정거장 터널 1,948m를 차지하고 있다. 그중 시흥~광명구간의 시점부는 월곶~판교선과 공용되는 구간으로 시종점에 3아치의 대단면 확폭터널로 분기부가 계획되었다. 직결선은 단선터널로 계획되었고, 한양대~여의도 구간은 터널정거장이 14개소와 부분선과 장비유치선, 분 기구간, 부하개폐기 구간에는 2아치 대단면 확폭터널로 계획하였다. 송산~원시 구간은 서해선 차량기지로부터 토공, 교 량, 개착박스, 비개착 박스 등의 구조물로 계획되어 터널구간은 없이 계획되었다(표 2 참조).Vol. 23, No. 4 109 국내사업 <표 2> 신안산선 터널 구조물 현황 구간터널형식터널연장(m)비고 시흥시청~광명 단선터널806.34 ∙ 월곶~판교선과 노선 공용 ∙ 간선철도(EMU-250) 및 전기동차 동시 운행 ∙ 확폭터널(대단면, 3-아치터널) : 시․종점부 분기구간 적용 복선터널8,880.79 확폭터널216.25 직결선단선터널2,017.60∙ 전기동차 전용 한양대~여의도 복선터널27,194.90 ∙ 전기동차 전용 ∙ 터널정거장 : 한양대정거장외 13개소 ∙ 확폭터널(대단면, 2-아치) : 부본선, 장비유치선, 분기구간, 부하개폐기 적용 터널정거장1,948.00 확폭터널753.70 <표 3> 구간별 표준단면(복선 직선구간) 구분시흥시청~광명 구간한양대~여의도 구간 단면 L 터널 8,220 11,560 C 설계속도250 km/h120 km/h 차량EMU - 250전기동차(AC) 차량한계3,600mm × 4,800mm3,200mm × 4,750mm 건축한계4,200mm × 6,450mm3,600mm × 5,300mm 도상형식콘크리트 도상콘크리트 도상 대피로800mm × 2,100mm800mm × 2,100mm 굴착단면적80.569m272.055m2 적용된 복선 대표 터널단면을 살펴보면 시흥시청~광명 구간은 열차가 EMU-250차량으로 설계속도 250km/h의 차량 한계와 건축한계를 고려하였고, 한양대~여의도 구간은 열차가 전기동차(AC)차량으로 설계속도 120km/h의 차량한계와 건축한계를 고려하였다. 나머지 터널 내부로 도상형식은 콘크리트로, 대피통로는 양방향으로 설치하였고, 신호분야, 통 신분야 시스템 분야와 인터페이스를 통해 최적 터널단면을 적용하였다. 터널의 배수시스템은 양호한 암반상태와 경제 성, 시공성, 유지관리 등으로 고려하여 배수형 터널로 적용하였고, 터널 단면 및 배수체계 개선(안)을 적용하여 양측의 통합 배수시스템으로 계획하였다(표 3 참조).110 자연,터널 그리고 지하공간 프로젝트소개 한양대~여의도 구간에 적용된 터널단면 적용단면을 살펴보면 단선터널 적용없이 복선의 본선터널과 확폭터널, 2아치 터널로 구성되어져 있다. 시흥시청~광명구간은 단선터널과 확폭터널, 3아치 터널의 단면이 적용되었다. 각 구간은 선로 중심간격과 차량에 따라 표준단면에 차이가 있으나 대표적인 단면을 살펴보면 그림 2와 그림 3과 같다. (a) 확폭터널(PWA)(b) 2-ARCH터널 <그림 2> 한양대~여의도 구간 터널 표준단면 L 터널 7, 630 7,360 C L 궤도 L 터널 F.L=0.00 L 궤도 10,9 50 C 16,931 E.L=8.500 C C (a) 단선터널(Type-10) (b) 확폭터널(Type-PWC) C Pilot터널 10, 03 1 L LLL C Pilot터널 C 중앙터널 400 C 확폭터널C 확폭터널 L 32,362 (c) 3아치 확폭터널(Type-PW3A) <그림 3> 시흥시청~광명구간 터널 표준단면Vol. 23, No. 4 111 국내사업 대부분의 정거장은 지하의 양호한 암반에 터널정거장으로 계획되었으며 대표적인 표준단면으로는 크게 일반정거장의 2선 터널정거장과 부본선에 있는 4선 터널정거장이 있다. 2선의 터널정거장(일반)의 굴착단면적 382.000m2, 4선 터널 정거장(부본선)의 굴착 단면적이 583.945m2로 굴착단면적이 큰점을 고려하여 3분할굴착으로 계획되었다(표 4 참조). <표 4> 터널정거장 표준단면 구분2선 터널정거장(일반)4선 터널정거장(부본선) 터널 개요도 굴착단면적382.000m2583.945m2 4. 기대 효과 본 사업인 신안산선은 본선 전구간이 지하 약 60m에 건설되는 국내 최초의 본격적인 대심도지하철(철도)이다. 현재 총 6개의 주 공구로 계획되어 2019년 9월에 착공하여 작업구로 사용되는 수직구 굴착 작업이 진행이 마무리 되어지고 있으며 조만간 본선 터널 굴착이 진행될 예정으로 전체 공정율은 2021년 3월기준 13.5%이다(그림 4 참조). <그림 4> 시공 공구 분할계획112 자연,터널 그리고 지하공간 프로젝트소개 기존 보도자료에 따르면 2024년 준공이 되면 한양대~여의도 100분에서 25분, 원시~여의도 69분에서 36분으로 약 50~75% 이상 대폭 줄어들고, 하루 평균 17.3만명이 본 노선을 이용해 승용차 통행량은 하루 3.8만대 가량 감소해 서부 간선고속도로 등 주변 도로교통여건이 개선될 전망하고 있다. 또한, 고속철도(KTX), 수도권 지하철(1,2,5,7,9호선), 일 반철도(서해선), 광역철도(안산선, 월곶판교선) 등 총 10개 노선과 연계수송체계를 구축해 철도 접근성이 향상될 것으로 기대되는 사업이다. 본 사업은 전 구간이 터널구간으로 단면 변화가 많아 시공성 및 경제성을 고려하여 NATM공법으로 시공되어지고 있 다. 또한, 도심지 구간의 근접 시설물 시공구간과 대단면 터널정거장 구간이 있는 만큼 시공의 난이도는 높을 것으로 판 단된다. 터널 기술자로써 2024년에는 계획대로 안전한 시공을 통한 원활한 개통으로 광역교통 문제 해소와 철도교통 편 의 제공 등 사업의 목적을 달성하기를 기원해 본다. 참고문헌 1. 신안산선 복선전철 민간투자사업 실시설계 보고서. 2. http://www.mcnews.co.kr/73455 3. http://www.nextrain.co.kr [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]Vol. 23, No. 4 113 1 ITA 터널 주간에 열리는 터널 보수에 대한 Lunchtime Lecture (03 September 2021) ITA WG6와 공동으로 주최하는 터널 보수에 대한 온라인 Lunchtime Lecture 시리즈가 개최됩니다. ITA tunnel week 중 9월 21일 화요일 에 개최되며, 다음과 같은 세 강의로 구성되어 있습니다. - 유럽의 터널 보수 및 개발에 대한 개요 – Sallo van der Woude - 뉴질랜드 웰링턴 터널 보수 사례 - Terry McGavin - 벨기에의 노후된 터널을 정상화시키기 위한 도전 과제 – Bart de Pauw 2 제 6회 Lunchtime Lecture (13 July 2021) 제 6회 Lunchtime Lecture에서는 “Into the Future”라는 주제로 다음 과 같은 세 가지 강의로 구성됩니다. - 회복 가능한 지하공간 – Wout Broere (WG20 Animateur) - 우리는 이 다음을 위한 준비가 되었는가? 기후변화와 지하공간의 회복가능성 – Giuseppe Gaspari (WG20 Vice animateur) - 이수가압식 TBM을 사용한 도심지 터널 시공에 대한 현재와 미래 의 도전과제 – Massimo Marotta (TUCSS) 평소와 같이 세션 진행 후 Q&A가 이어집니다. 3ITA-CET 교육 과정 신청 (13 April 2021) 2021년에 진행되는 Luchtime Lecture 시리즈 외에도, ITA-CET 위원회와 ITACET재단은 ITA 회원국의 요청에 따라 특정 주제에 대한 교육 행사를 진행할 수 있으며, 이벤트의 형식, 시간 및 기간 등은 현지 요구사항에 맞게 조정될 수 있습니다. 회원국의 대표기구는 2021년 교육에 관련된 필요사항에 대하여 ITA-CET위원회 사무국 또는 ITACET재단 사무국으로 연락을 주시길 바랍니다. 편집위원 : 서상연(GS건설 책임)해외학회 일정 114 자연,터널 그리고 지하공간 학회학회 시작일개최도시 16th World Winter Service and Road Resilience Congress2022.02.07.Calgary, Canada Fourth African Regional Conference on Geosynthetics2022.02.20.Cairo, Egypt 16th International Conference on Geotechnical Engineering2022.02.23.Lahore, Pakistan Tunnelling Asia 2022 Biennial Conference2022.02.24.Mumbai, India 6th International Symposium on Tunnels and Shafts in Soils and Rocks2022.03.29. Mexico City, Mexico 2nd International Conference on Energy Geotechnics2022.04.10.California, USA World Tunnel Congress - WTC 20222022.04.22.Copenhagen, Denmark 7th International Young Geotechnical Engineers Conference2022.04.29.Sydney, Australia 20th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering2022.05.01.Sydney, Australia Third International Conference on Geotechnical Engineering-Iraq 20222022.05.17.Baghdad, Iraq 5th International Symposium on Cone Penetration Testing 2022.06.08.Bologna, Italy Geohazards 82022.06.12.Quebec, Canada The Third International Conference on Environmental Geotechnology, Recycled Waste Materials and Sustainable Engineering 2022.06.16.Izmir, Turkey Geotechnical Engineering for the Preservation of Monuments and Historic Sites2022.06.22.Napoli, Italy Conference on Computational Methods and Information Models in Tunnelling (EURO:TUN 2021) 2022.06.22.Bochum, Germany TC204: Geotechnical Aspects of Underground Construction in Soft Ground - TC204 Cambridge 2022 2022.08.28. Cambridge, United Kingdom 4th International Symposium on Frontiers in Offshore Geotechnics2022.08.28.Austin, USA 16th International Conference of the International Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics 2022.08.30.Torino, Italy 11th International Symposium on Field Monitoring in Geomechanics2022.09.04.London, United Kingdom 17th Danube - European Conference on Geotechnical Engineering2022.09.05.Bucharest, Romania EUROCK 2022 Conference2022.09.12.Helsinki, Finland 28th European Young Geotechnical Engineers Conference and Geogames 2022.09.15.Moscow, Russia 10th International Conference on Physical Modeling in Geotechnics 20222022.09.19.Daejeon, South Korea 11th International Conference on Stress Wave Theory and Design and Testing Methods for Deep Foundations 2022.09.20.Rotterdam, Netherlands 10th Nordic Grouting Symposium, NGS 20222022.10.04.Stockholm, Sweden 2nd International Conference on Road Tunnel Operations and Safety2022.10.25.Granada, Spain 9th International Congress on Environmental Geotechnics2023.06.26.Chania, Greece 17th Asian Regional Geotechnical Engineering Conference2023.08.14.Nur-Sultan, Kazakhstan 12th International Conference on Geosynthetics2023.09.17.Roma, Italy XVIII European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering2024.08.25.Lisbon, Portugal 편집위원 : 정혁상(동양대학교 교수)Vol. 23, No. 4 115 학교 및 학과 : 동양대학교/시설안전공학과 지 도 교 수 : 정혁상 학 위 자 : 신상윤 학 위 : 공학석사 (2021. 2) 지상부 굴착에 따른 기존 터널 천단부 융기에 관한 연구 국문 초록 고밀화된 도심지 개발 행위는 부지 효용성을 높이기 위해 대심도 굴착이 증가하는 추세이며 지하 매설물에 대한 보 호를 위해 지반 보강, 흙막이 가시설 보강 등이 보편화 되고 있다. 본 연구에서는 NATM 등 라이닝 보강 터널의 상부 지반 절취 시 응력 해방에 따른 천단부 융기 현상에 대하여 수치해석을 이용하여 굴착 폭(Width)과 굴착 깊이(Depth) 별로 분석하여 기존 터널의 보호권역(최소 이격거리)을 제시하는 데 그 목적이 있다. 우선 지상부 굴착 시 기존 터널에 미치는 영향을 해석하기 위해 적합한 방법을 선정하였고 상부 개착에 따른 근접 도 평가 기준 및 신뢰도 높은 기존 터널 천단부 관리기준을 고찰하고 유사한 수치해석 사례를 분석하여 본 연구의 수 치해석 모델의 기초 자료로 활용하였다. 수치해석 연구 결과 터널 직상부의 굴착 깊이(Depth)와 굴착 폭(Width)이 증 가할수록 유효 상재압 감소로 천단부 융기 현상이 뚜렷해졌고 굴착 깊이(Depth) 경향은 선형적으로 증가하는 것으로 나타났다. 또한 굴착 폭(Width)이 넓어질수록 융기 현상이 증가 경향을 보이지만 점차 증가폭이 완만해 지면서 터널 직경의 9배 이상의 굴착 폭에서는 융기 현상이 수렴되는 경향을 보였다. Ⅰ등급 경암 지반에서는 터널 폭과 굴착 깊이가 증가된다 하더라도 상부 지반의 응력이완은 크게 발생하지 않는 것 으로 나타났으나, 라이닝 구조물 해석에서 허용 휨인장 응력을 초과하였기 때문에 경암 지반의 터널 상부 개착 시에는 1.5D 이상의 안전영역 확보가 필요한 것으로 판단되었다. 굴착 폭에 상관없이 Ⅱ등급 보통암 지반에서는 기존 터널로 부터 2.5D 이상 이격 시에 지상부 굴착시 이완영역은 발생하지 않을 것으로 나타났다. 굴착 폭에 상관없이 Ⅲ등급 연 암 지반에서는 기존 터널로부터 3.5D 이상 이격 시에 지상부 굴착시 이완영역은 발생하지 않을 것으로 나타났다. 굴착 폭에 상관없이 Ⅳ등급 풍화암 지반에서는 기존 터널로부터 4.5D 이상 이격 시에 지상부 굴착시 이완영역은 발생하지 않는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 기존 터널 천단부 융기 현상을 관찰하기 위해 지반보강 없이 무근콘크리트 라이닝만을 모사하고 굴 착 폭을 터널 폭의 3배에서 11배까지 가정하여 과다 변위를 유도한 측면이 있다. 향후에는 대부분 개발 행위는 지상부 절취 후 구조물을 설치하게 됨에 따라 구조물 완료 후 지중 응력 전이를 고려한 기초 하중 영향 계수 평가와 더불어 띠하중 조건 등 지중 응력의 평가에 대한 연구가 이루어져야 할 것으로 보인다. 논․ 문․ 소․ 개 + 학위논문 소개 편집위원 : 나유성((주)서하기술단 지반터널부 차장)116 자연,터널 그리고 지하공간 + 학위논문 소개 학교 및 학과 : 수원대학교/토목공학과 지 도 교 수 : 유광호 학 위 자 : 김강산 학 위 : 공학석사 (2021. 2) 수치해석을 이용한 연약지반에서 인버트 곡률이 터널거동에 미치는 영향 분석 국문 초록 토피고가 매우 높거나 낮은 지반조건 및 지하수위가 높고 붕적층 및 충적층이 깊게 발달한 지반조건 등의 불리한 조건에 서 터널을 시공해야 하는 경우가 잦아지고 있다. 또한, 지반조건이 양호하더라도 터널 갱구부와 같이 종단 및 평면계획의 특성상 지역적인 차이를 불문하고 대부분 지반조건이 취약할 뿐만 아니라 지형조건에 직접적인 영향을 받는 지역도 나타나 기 때문에 터널 시공 중 천단부 및 측벽부에서 붕괴가 발생하거나 바닥부에서 융기가 일어나는 경우가 빈번해지고 있다. 터널 바닥부의 융기는 터널의 안정성에 장기적으로 불리한 영향을 줄 수 있으며 이는 터널에서 주행 중인 차량에 안전사 고가 발생할 수 있다. 따라서 불리한 지반조건에서 굴착 시 주변 변위를 억제하고 안정성을 확보하기 위해 터널 바닥부를 역아치형으로 굴착 하고 그 위에 숏크리트를 타설하는 인버트 설치공법을 고려하는 추세이다. 최근에는 터널의 개소가 급 증하고 기존 터널을 연장하여 장대화되는 추세에 따라 인버트 적용사례가 증가하고 있지만, 인버트 곡률에 따른 터널의 안 정성 확보에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 본 연구에서는 수치해석을 이용하여 연약지반 조건에서 터널 인버트 곡률이 터널거동에 미치는 영향을 분석하고자 하였 다. 이를 위해 전단강도 감소기법을 이용하여 터널 내공변위의 경향을 분석하고 안전율을 정량적으로 나타내었다. 또한, 지 보재인 숏크리트의 지보력을 이용하여 휨응력을 분석하고 인버트 깊이에 따른 터널 주변 지반의 소성영역을 나타내어 터널 의 안정성을 부각적으로 평가하였다. 그 결과 인버트를 역아치형으로 설계한 경우 평평하게 설계한 경우보다 최대 15%의 안전율이 향상되었고 인버트 깊이가 100 cm일 경우 최대 25%의 안전율이 향상되어 인버트 깊이로 인한 안정성이 확보되었다. 바닥부의 경우 지반등급과 관계 없이 상·하반 경성단계에서 약 50%에 달하는 변위 변화율을 보여 융기제어 효과가 크게 적용되고 있다고 판단하였다. 인버 트 깊이가 깊어지고 지보재의 두께가 보강되며 지반등급이 좋아짐에 따라 터널 주변 지반에 발생하는 소성영역이 줄어듦을 확인하여 소성파괴에 대한 저항력이 증가한 것으로 평가되었다. 결과적으로 인버트를 역아치 형으로 설계한 터널이 일반형 으로 설계한 경우보다 터널의 안정성, 변위거동, 지보재 휨응력, 터널 주변 지반 소성영역 범위측면에서 안정성이 확보되었 다. 다만, 터널 안정성만을 생각하여 인버트 깊이를 깊게만 고려하여 설계할 경우 시공비용의 증가로 인해 경제성이 불리해 진다. 따라서 지반조건 및 지보재를 고려하여 경제적인 면으로도 효과적인 인버트 깊이 산정이 필요할 것으로 판단된다.Vol. 23, No. 4 117 학교 및 학과 : 서울과학기술대학교/글로벌철도시스템학과 지 도 교 수 : 조국환 학 위 자 : 원주희 학 위 : 공학석사 (2021. 2) 철도터널 열차 통과시 동적거동 영향 검토로 터널 안전성 확보 국문 초록 철도노선 계획시 지하 구조물인 터널시공은 지속적으로 증가하고 있으며, 노선 계획상 규모가 큰 단층대를 통과하 기도 한다. 단층대는 지질학적으로 이상 응력을 받아 파열되어 나타나는 지질구조로서 침하 및 융기등 불안정성이 항 상 상존하고 있으며, 단층대 규모는 폭이 수 cm에서 수백 m 까지 그 규모가 다양하며, 폭의 크기와 같이 단층대 길이 의 규모도 수십 m에서 수백km 로 다양하게 나타난다. 규모가 큰 단층대 통과시 터널내에서의 노반 변위를 예측하기 위하여 설계 및 시공시 지반조사 결과에 따라 시공방법을 제시하고 있으나 예측이 곤란한 여러가지 사유로 인해 변위 가 발생하여 열차 안전운행 위험요인으로 작용하고 있다. ○○터널의 경우 콘크리트궤도로 시공하여 콘크리트와 같은 연속체 재료로 이루어진 구조물로써 열차 운행에 의한 진동이 터널 주변 암반으로 자연스럽게 전파될 수 있다. 그러나 궤도 하부에 잡석과 같은 불연속체 재료가 존재할 경 우 열차의 진동은 보조도상, 공동구 등으로 전파되면서 감소되지 않고 허용한도 이상의 진동을 유발 시킬 수 있다. 따 라서, 본 연구에서는 ○○터널 내 열차운행으로 인한 진동 발생시 진동의 전파, 감소 및 증폭 등과 관련된 현상을 규정 하고자 동적계측을 수행하여 터널에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 노반 융기 거동으로 인한 궤도-노반 결합상태 분리로 인하여 열차하중에 의한 궤도 및 공동구 구조물의 진 동가속도를 증폭시킬 수 있는 것으로 분석되었고 수치해석 결과, 노반 융기 거동에 의한 궤도시스템의 결합상태 분리 와 자갈 채움 구간 굴착시 시공 조건에 따라 공동구 벽체상부 돌출부에 허용강도를 초과하는 전단응력이 발생하는 것 을 확인하였으며, 이로 인해 공동구 벽체 상부 돌출부의 취성파괴로 이어졌을 것으로 판단하였다. 따라서, 배수관로 공 사시 과다굴착으로 인한 자갈 포설면적 증가는 열차운행시 발생하는 진동에 취약한 구조로 진동의 영향을 받을 수 있 으며, 노반 도상 융기의 발생 특징등을 고려할 때 열차 진동이 도상 융기의 근본적인 원인이라 할 수는 없지만, 이미 융기가 진행되어 도상과 보조 도상이 분리거동을 하는 상태에서는 열차 진동으로 인한 영향이 가증되어 공동구 벽체 등 구조물 손상을 가중 또는 촉진 시켰을 가능성은 있는 것으로 분석되었다. 따라서 터널 굴착시 배수관로 바닥 굴착 에 대하여 각별한 주의를 기울임이 적합할 것으로 판단된다.Next >