< Previous38 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 터널발파 설계· 시공 잠정지침(안) 제정에 관하여 <별표 4> 허용치별 지발당장약량 산출표 이격거리(m) 허용치별 지발당 장약량(kg/delay) 0.05cm/s0.2cm/sec0.3cm/sec0.5cm/sec1.0cm/sec5.0cm/sec 50.0000.0000.0010.0020.0060.107 100.0000.0030.0060.0150.0510.857 150.0010.0100.0210.0510.1722.293 200.0020.0240.0490.1210.4074.077 250.0040.0470.0960.2360.7956.370 300.0070.0820.1660.4071.2739.173 350.0110.1300.2640.6471.73312.486 400.0170.1930.3940.9662.26316.308 450.0240.2750.5611.2242.86520.640 500.0330.3780.7701.5113.53725.481 550.0440.5030.9771.8284.27930.832 600.0570.6531.1622.1765.09336.693 650.0730.8301.3642.5535.97743.064 700.0910.9621.5822.9616.93249.944 750.1121.1041.8163.3997.95757.333 800.1361.2572.0673.8689.05465.232 850.1631.4192.3334.36610.22173.641 900.1941.5902.6164.89511.45982.560 950.2281.7722.9145.45412.76791.988 1000.2661.9633.2296.04414.147101.926 1500.8064.4187.26513.59831.830229.332 2001.4337.85412.91624.17456.586407.702 2502.24012.27220.18237.77288.416637.035 3003.22517.67129.06254.392127.319917.330 3504.39024.05239.55774.033173.2951248.588 4005.73331.41551.66696.696226.3451630.809Vol. 24, No. 2 39 기술기사 2 1. 서 론 평택~오송 2복선화 건설공사는 서울역에서 출발하는 경부, 호남고속철도와 수서에서 출발하는 수도권고속철도의 합 류부에서 발생하는 병목현상에 의한 선로용량 부족을 해소하기 위해 건설된다. 모든 고속철도가 반드시 통과해야 하는 경기도 평택분기점에서 오송역간 복선구간에 복선철도를 추가 건설하여 2복선화를 구축함으로써 고속철도의 선로용량 을 대폭 확대하여 고속철도 운행횟수 증대를 통한 교통서비스 개선과 지역경제 활성화에 기여할 것으로 기대된다. <그림 1> 평택~오송 2복선화 전체노선 개요 운행선 초근접 400km급 고속철도 터널설계 사례 송태언 쌍용건설(주) 부장 윤내문 쌍용건설(주) 부장 박민수 (주)서하기술단 전무이사 고성일 (주)서하기술단 대표이사40 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 운행선 초근접 400km급 고속철도 터널설계 사례 2. 터널 노선 현황 평택~오속 2복선화 건설공사 중 오송역과 접속되는 마지막 구간인 5공구의 터널구간은 복선터널 2,974m, 복선터널에 서 단선터널로 분기되는 확폭터널 및 2-Arch터널 661m, 단선병렬터널 2,482.5m 등 총 6,117m로 이루어져 있다. 이중 복선터널 ~ 2Arch터널구간은 발파굴착에 의한 NATM공법을 적용하였으며 단선병렬터널 구간은 Open TBM공법으로 계획하였다. 평택~오송 건설사업은 기존 경부고속철도 하부에 경부고속철도 구조물과 병행하는 노선으로 전구간 경부고속철도와 근접하여 설치되므로 굴착시 운행선 안전을 고려한 굴착계획을 수립하여야 한다. 특히, 단선병렬구간은 오송역에서 운 행선과 접속하기 위하여 운행선 좌우로 병합되는 구간으로 경부고속철도와 9m 내외로 초근접하여 설치되므로 발파굴착 에 의한 운행선 진동영향 발생을 배제하기 위해 Open TBM 굴착공법을 적용하였다. <그림 2> 평택~오송 5공구 터널 노선 현황 3. 400km 고속주행 시 공기압 영향을 고려한 구조물 계획 평택~오송 2복선화 건설공사는 국내 최초로 설계속도 400km/h를 적용하므로 설계 시 열차의 고속주행에 따른 공기 역학적 안전성을 고려하여 구조물 계획을 수립하였다. 그림 3과 같이 약 6.1km의 터널구간에 공기압 저감을 위한 외부 <그림 3> 터널 구조물 개요Vol. 24, No. 2 41 통풍공 4개소를 설치하였으며 열차 교행시의 이명감 허용기준을 만족하기 위해 복선터널 내공단면적은 97.39m2를 확보 하였다. 단면확대에 제약이 있어 공기역학적 안전성측면에서 취약한 단선터널구간은 내공단면적 70.43m 2를 적용하는 대신 공기압 저감을 위한 통풍공 활용 목적으로 단선터널 간 대피통로 7개소을 확대설치하였다. 단선-복선 분기구간은 공기 압 불안전 및 압력파 반사를 방지하기 위해 격벽을 연장하여 설치하였으며 갱구부는 미기압파 저감을 위해 단면이 확대 된 갱문을 적용하였다. <그림 4> 공기압 저감시설 설치도 4. 운행선 초근접구간 안전시공 대책 평택~오송 노선은 전구간 운행중인 경부고속철도와 병행하는 노선계획이다. 특히, 5공구는 복선에서 단선으로 분기 하여 오송역에서 좌ㆍ우로 기존 경부고속철도와 병합되므로 그림 6과 같이 터널 갱구부에서 경부고속철도 운행선과 초 근접구간이 발생하게 된다. 따라서 터널 전구간에 대해 운행선을 고려한 종합위험도 분석을 실시하였고, 위험도 분석결 과를 반영하여 고위험구간에 대해서는 수용가능 범위로 위험도 저감을 위한 대책을 수립하여 반영하여 그 결과는 그림 5 <그림 5> 운행선 안전을 고려한 종합위험도42 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 운행선 초근접 400km급 고속철도 터널설계 사례 와 같다. 특히 경부고속철도 개착터널 9.2m, 시험선 비탈면과 6.1m과 이격한 터널 갱구부 구간은 초대구경강관보강그 라우팅, 무진동 굴착을 적용하였으며 TBM 굴착구간 경부고속철도와 1.0D이내 근접한 위험구간은 변위제어를 위한 H-125 고강성 지보를 적용하였다. <그림 6> 운행선 초근접 갱구부 전경<그림 7> TBM 굴착구간 보강계획 5. 초장대터널의 방재안전성을 고려한 방재시설 계획 평택~오송 용와터널은 총 연장 약 34km의 초장대터널이며 그 중 종점부 6.1km 5공구에 해당된다. 방재안전성 검토 및 방재시설은 평택~오송 5공구뿐만이 아니라 용와터널 전체 연장을 고려하여 시설계획을 수립하였다. 기본계획 시 환 기소 2개소로는 원활한 제ㆍ배연이 불가능하여 환기소 2개소를 추가 설치하였다. <그림 8> 공기압 저감시설 설치도 복선터널-단선터널 접속위치가 산지부에 위치하고 있어 수직구 설치가 불가능하므로 경사갱을 설치하여 접속하고 단 선터널구간 화재 안전성을 강화하기 위해 상ㆍ하선 방향별 스마트제연시스템을 구축하여 화재연기가 반대편터널로 확 산되지 않도록 계획하였으며 이중방연문과 가압송풍기, 원격자동소화설비 등을 설치하여 방재안전성을 극대화하였다. Vol. 24, No. 2 43 <그림 9> 복선-단선 분기구간 구조물 계획 <그림 10> 단선터널 방향별 스마트제연시스템<그림 11> 원격자동소화설비 및 차단구역 6. 운행선과 근접한 단선터널구간의 굴착공법 선정 단선터널구간의 연장은 상ㆍ하선 각 2.4km로 총 4.8km이다. 전반적으로 단선터널구간 지반조건이 양호하여 단선터 널구간의 암반등급은 RMR 50이상이 약 95%를 차지하는 매우 양호한 지반이다. TBM Type은 Open TBM과 Double <그림 12> 단선터널구간 지반조건<그림 13> TBM TYPE 선정44 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 운행선 초근접 400km급 고속철도 터널설계 사례 Shield TBM 적용성 모두 양호하나 PT-1패턴(RMR 70이상) 비율이 약 64%를 차지하는 지반조건을 고려하여 적용성이 가장 우수한 Open TBM을 선정하였다. 7. TBM 장비선정 및 Open TBM구간 안전시공대책 Open TBM으로 굴착하는 터널은 NATM터널 동일한 지보재를 사용하므로 록볼트, 강지보, 숏크리트를 굴착과 동시에 시공할 수 있도록 TBM 장비에 즉시지보 시스템을 구축하였으며 평택~오송 사업의 시급성을 감안하여 19인치 디스크커 터를 기반으로 하는 고출력의 장비를 선정하여 고속굴진에 최적화된 장비를 선정하였다. 굴착중 붕락방지를 위한 안전 시스템으로 천단부 낙반을 방지하는 Mcnally 시스템을 반영하였고, 전방지질 예측시스템(TSP탐사), 지반보강을 위한 프로브드릴을 장착하였다. <그림 14> 저토피구간 지반조건 확인 및 안전시공 대책 TBM 적용구간이 전반적으로 양호한 지반에 위치하나 TBM 굴진 시 토피 10~20m 내외의 2개소의 저토피를 통과하여 야 한다. 저토피구간의 굴착안전성 확보를 위해 토피가 깊어 지반조건이 상대적으로 양호한 하선터널을 선시공하고, 선 <그림 15> 저토피구간 지반조건 확인 및 안전시공 대책Vol. 24, No. 2 45 시공 하선터널에서 횡갱을 굴착하여 저토피구간의 지반조건을 확인하고 불량지반과 조우할 경우 지반을 보강하고 파일 롯터널을 선시공 후 TBM 장비는 Stepping이로 이동하는 안전시공대책을 수립하였다. 8. 맺음말 평택~오송 건설사업의 용와터널은 국내최초로 운행속도 400km/h를 설계속도로 하고 있는 34km의 초장대터널이다. 또한 신설터널은 상부에 경부고속철도 구조물이 병행하고 있으며 특히 평택~오송 5공구는 시험선 구조물도 근접하고 있어 운행선의 안전을 최우선으로 고려해야 한다. 공사기간 60개월도 궤도, 시스템공사 및 시운전 기간을 제외하면 36 개월내에 노반공사를 완료해야 하므로 큰 난관중에 하나이다. 본 기사에서는 평택~오송 5공구 설계사례를 중심으로 고속철도 400km/h 운행시 공기역학적 안정성 확보방안과 초 장대터널의 방재안전시설의 설계내용에 대한 기술하였으며 철도터널에서는 적용사례가 적은 Open TBM공법 적용사유 와 굴착안전성 확보대책에 대해서도 설명하여 향후 유사조건에서의 설계에 참고가 될수 있기를 기대한다. 현재는 평택~ 오송 5개공구의 실시설계를 수행중이므로 본 고에서 제시한 설계내용은 상세 검토를 통해 일부 변경될 수 있음을 미리 밝혀주는 바이다. [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]봄 학술발표회 46 자연,터널 그리고 지하공간 금번 행사에는 창립 30주년의 특별함을 녹이려했다. 모든 것이 특별해야했고 회원들이 그 특별함을 느낄 수 있어 야 했다. 다행히 그간 지긋지긋하게 괴롭혀왔던 코로나도 우리의 창립30주년 특별한 기획을 꺾을 수는 없었다. 그렇 다면 무엇을 특별하게 해야 할까 라는 고민을 많이 했었는데 조직위원들과 나눈 첫 번째 특별함은 기조강연과 초청강 연이었다. 기조강연은 우리학회에 큰 획을 긋고 기조강연자로 모심에 누구도 토를 달지 않는 분으로 모셔야 했다. 우 리학회 7대 회장 및 국제터널학회 회장을 역임하신 이인모 교수님이 흔쾌히 이를 수락해 주셨다. 초청강연은 터널의 과거, 현재, 미래를 집어보는 계기가 되고자 세분의 초청강연자를 심사숙고했다 두 번째는 창립30주년 기념 백서 출 판을 위한 보고다. 김영근 박사님은 오랜 동안 우리 학회의 역사를 잘 정리해 주셨고 그 세심함이 백서에 잘 녹아 있 었다. 회원들은 백서 발간 보고를 들으며 잠시 과거를 회상하는 모습이었다. 세 번째는 창립30주년 특별 행사에 걸맞 게 기념품이다. 배낭과 기념도서, 기념액자 등 잔치집답게 푸짐했다. 사진인화 서비스는 친분이 있는 분과의 즐거운 한 컷을 찍고 그 자리에서 인화해주는 서비스로 회원들의 함박 웃음을 자아내기에 부족함이 없었고 배낭은 준비된 수 창립30주년 기념 2022 봄 학술발표회 및 정기총회를 마치며 기념액자기념 도서기념품 조계춘 조직위원장Vol. 24, No. 2 47 창립30주년 기념 2022 봄 학술발표회 및 정기총회를 마치며 량이 금세 동이 났다. 이러한 철저한 준비덕분이었을까? 행사장은 회원들로 문전성시를 이루었다. 등록대를 예년보다 확대했음에도 회원 들이 줄은 서서 기다리는 것은 금번 행사의 성공을 조심스럽게 예측해 볼 수 있었다. “역대 최대”라는 찬사가 이어졌 고 분위기는 잔치집 분위기를 자아낼 수 있었다. 이석원 회장님은 개회사에서 창립30주년을 회원들과 기쁨을 같이하자고 하셨고 “함께한 30년, 함께할 30년”의 기 념비적인 슬로건으로 터널의 역사와 현재, 그리고 우리가 나아가야할 길에 대한 이정표를 제시하는 뜻 깊은 자리임을 강조하셨다. 조직위원장 조계춘(KAIST)개회사 | 이석원 회장기조강연 | 이인모 교수(고려대) 축사로 참석해주신 국토부 강희업 국장님은 창립30주년을 축하하면서 철도분야에서 터널의 중요성과 터널 연장의 증대와 기술력 증가를 언급하면서 학회의 역할에 대해 강조하셨고 대한토목학회 김철영 회장님은 창립30주년을 맞이 하여 터널 기술자들의 노고에 감사함을 전달하였고 새로운 30년을 준비하는 계기가 되어야한다고 말씀하셨다. 한국 도로공사 조주기 본부장님은 학회와의 30년 이상 오랜 인연과 지속적인 학회의 선진 기술지원으로 설계기준 제· 개정 등의 실질적인 도움을 받고 있어 회원들께 감사함을 전했다. 축사 | 강희업 국장(국토부)축사 | 김철영 회장(대한토목학회)축사 | 조주기 본부장(한국도로공사)Next >