< Previous28 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 운영 중 철도(지하철) 본선터널에 신규 정거장 설치기술 3.3.1 규모와 배치계획 승강장 터널은 승객의 주 대기 공간이므로 기존의 상대식 승강장 건축한계를 수용하여야 하며, 길이는 운행 차량(6량 또는 8량)의 정거장 정차길이에 부합하게 정한다. 정거장 부대시설을 고려하여 연장을 결정할 수 있다. 승강장터널은 연 결터널 굴착 시점이 된다. 3.3.2 연결터널 굴착을 위한 승강장 터널 개구에 대한 고려 연결터널의 계획 시 기존 본선터널 및 인접지반에 미치는 굴착 영향의 최소화에 기술적 역량을 집중할 필요가 있다. 승 강장 터널에 강지보를 설치하는 경우, 그림 7과 같이 향후 굴착될 출입문 연결터널 강지보 형상과 일치하는 강재 아치 새 들(steel arch saddle)을 고안하여 적용하면, 연결터널의 굴착 시 지반교란을 제어하여 안정성을 증진시킬 수 있다. 아치 새들은 연결터널 포탈부 보강 및 향후 연결터널 굴착 시 소구경 강관 시공 거치대로 활용할 수 있다. 새들을 이용 하면 강지보 설치의 최대 취약점인 미흡한 밀착시공을 보완할 수 있어 굴착 안정성 저하를 방지할 수 있다. 연결터널 굴착 시 주변지반의 이완을 억제하기 위하여 연결터널 사이의 승강장 터널과 기존터널간 필라부는 Tiebolt를 이용하여 보강하 면(연결터널 참조), 근접굴착과 터널 영향을 획기적으로 줄일 수 있을 것이다. <그림 7> 연결터널 굴착을 위한 승강장 터널 굴착지보(steel arch saddle) 3.4 열차 출입문 연결터널 출입문 연결터널은 신설터널의 승강장터널과 기존 본선터널을 연결하는 터널이다. 연결터널의 길이는 시공상 기존 터 널의 안정을 확보할 수 있는 최단거리로 하되, 보강공법의 도입하여 검토할 수 있다. 단선 병렬 터널의 경우, 필라 폭 (pillar width) 선정 개념과 같이 적어도 기존 본선 터널 직경 이상으로 하는 것이 바람직할 것이다. 하지만 지반과 터널 의 보강방안을 도입함으로써 연결터널의 길이를 단축시킬 수 있으므로 지반조건과 터널의 노후도, 역학적 안정성과 시공 성을 고려하여 검토한다. 연결터널의 폭은 출입문 규격에 여유를 더한 건축한계를 설정할 수 있다. Vol. 26, No. 4 29 3.4.1 연결터널의 규모와 배치 정차한 열차의 출입문과 승강장터널을 연결하는 연결터널의 길이는 너무 길면 승하차관리가 어려워지고, 너무 짧게 계 획하면 운영 중 터널의 안정을 저해할 수 있으므로 안정성과 편의성을 고려한 최적 설계가 필요하다. 연결터널의 건축한계는 열차 출입문 규모(1300×1860mm) 이상이어야 한다. 일반적으로 열차출입문 규격은 1,5m × 2.0 m 수준이며, 출입문간 순 간격은 3,3m이다(그림 8. 각 차량(car)에 4개의 출입문이 있으므로 연결 터널의 수량은 열 차의 ‘총 차량 수 × 4’가 된다. ∙ 6량 편성 차량(train)의 경우, 6×4=24개 ∙ 8량 편성 차량(train)의 경우, 8×4=32개 <그림 8> 차량(지하철) 제원과 연결터널 3.4.2 출입문 연결터널의 시공계획과 리스크 관리 연결터널은 규모는 작지만 다수(24~32)로 구성되며, 기존 본선터널의 인접굴착 그리고 기존 터널 라이닝의 개구를 포 함하므로 위험도가 높아 리스크 관리에 가장 중점을 두어야 할 공정이다. 연결터널의 설계 시 다음 사항에 대한 기술적 검 토가 필요하다. ∙ 기존터널 안정성 및 개구부 안정성 ∙ 굴착 교란 최소화 위한 시공법 개선: 승강정 터널계획에 반영 ∙ 출입문 연결터널 사이의 미굴착 지반의 보강 3.4.3 기존터널 개구부 보강 기존 본선터널의 라이닝 개방은 상당한 응력 재배치를 야기하므로, 굴착작업 시행 전 선행하여 근접 지반보강 및 기존 본선터널 라이닝 단면보강(록볼트, 섬유공법) 작업을 선수행하여 우선 라이닝 개구에 따른 안정성을 확보한다. 라이닝 개 구 작업은 열차운행이 중단된 시간에 이루어져야 하므로, 단계별 시행으로 기존 라이닝의 구조적 부담을 최소화하는 것이 중요하다. 그림 9에 기존 본선 터널 라이닝 개구에 따른 보강방안을 예시하였다.30 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 운영 중 철도(지하철) 본선터널에 신규 정거장 설치기술 <그림 9> 기존 터널 라이닝 개구부(측면) 보강 3.4.4 출입문 연결터널의 안전굴착을 위한 보조공법 승강장 터널 계획에서 수직구가 승강장 터널의 일부를 구성하도록 하고, 연결터널의 굴착 가능성의 조기 검증을 위하 여 수직구에서 연결터널의 시범굴착을 수행할 수 있도록 하는 방안을 검토할 수 있다. 연결터널 포탈부에 승강장 터널 굴 착 지보로 강재 아치 새들을 사용하면, 이후 시공되는 연결터널의 포탈부의 안정성과 시공성 증진에 기여할 수 있다. 차량당 4개의 연결터널을 굴착하여야 하므로, 굴착주변 지반이 취약해 질 수 있다. 이를 보완하기 위하여 승강장 터널 (a) 연결터널 측면(지반) (b) 연결터널 정면 <그림 10> 승강장터널과 기존 터널간 필라부 보강 예Vol. 26, No. 4 31 과 기존터널 사이 지반을 보강하여 지반 안정성을 증진 시킬 수 있다. 승강장 터널과 기존 본선터널 터널의 필라구간의 지 반을 Tiebolt로 연결하는 방안을 그림 10에 예시하였다. 이 경우 사전 또는 공사 중에 적절한 긴장력을 도입하면, 연결터 널 굴착으로 인한 지반 변형을 원천적으로 제어할 수 있다. 3.4.5 출입문 연결터널 굴착 안정성 확보방안 출입문 연결터널 굴착은 기존 운영 중 터널의 근접굴착, 그리고 운영 중 터널의 라이닝 일부 제거 작업을 포함하므로 공사 리스크를 아무리 강조하여도 지나치지 않다. 기존 터널 안정성 확보를 위해 지반조건에 따라 굴착보조공법과 보강대책을 적용할 수 있다. 지하수 유입이 예상되거 나 지반 강도가 부족한 경우, 그림 11에 보인 바와 같이 연결터널 굴착주면에 승강장 터널 강재 아치 새들과 기존터널 라 이닝의 개구부를 잇는 소구경 강관 굴착보조공법을 적용하면 굴착영향을 최소화할 수 있다. (a) 연결터널 정면도 (b) 연결터널(플랫폼터널-기존터널) 굴착보조공법 <그림 11> 연결터널 굴착 보조공법 적용 예32 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 운영 중 철도(지하철) 본선터널에 신규 정거장 설치기술 3.4.6 연결터널 시공순서 연결터널 공사는 전체 작업공정 중 기존터널의 보호와 열차 운행과 관련하여 가장 중요한 공구이다. 기존 터널 내 보강 이나 굴착작업은 운행을 멈춘 이후 작업이 이루어져야 하나, 작업가능시간은 1일 4~5시간에 불과하므로 기존 터널에서 진행되는 작업을 최소화할수록 안전 확보와 공기관리에 유리하다. 기존 터널 내 작업을 최소화하여 공기 단축 및 안정성을 확보하고자 하는 경우, ‘기존터널 개구부 보강 → 필라부 보강 (예, 타이볼트) → 굴착면보조공법(예, 관보강) → 승강장 터널에서 연결터널 굴착 → 기존 터널 개구’ 의 순서로 굴착하는 것이 바람직하다. 그림 12에 연결터널 작업 순서도를 예시하였다. 기존 터널 내 작업은 라이닝 보강, 강관 정착 및 개구작 업으로 최소화할 수 있다. <그림 12> 연결터널 시공순서 예 3.5 승하차와 스크린 도어 시스템 3.5.1 승하차 계획 승하차시 원활한 출입을 위해 연결터널의 하차와 승차 동선을 구분한다. 혼잡한 경우, 승하차 통제가 가능하도록 승하 차를 순차적으로 이루어지도록 하는 부속시설을 둘 수 있다. 그림 13에 출입문 연결터널을 이용한 승하차 동선관리 예를 보였다. 3.5.2 연결터널 승하차 접속 시설 연결터널은 승하차 접속을 위해 기존터널 라이닝에서 열차 출입문까지 약간 돌출된 형태의 접근 플랫폼 구조물이 형성 된다. 접근 구조물은 캔틸레버 구조, 스크린도어 중량 등을 감안하여 기존 본선터널 라이닝에 역학적 부담이 가지 않도록 하며, 터널 바닥부 기초 보강이 필요한 마이크로 파일 등으로 기초의 구조적 안정성을 확보할 수 있다. 그림 13은 접속시 설과 기초 보강 예를 보인 것이다.Vol. 26, No. 4 33 (a) 승하차 동선계획(b) 접속구조 및 기초보강 예 <그림 13> 연결터널 승하차 플랫폼 3.5.3 연결터널 내 스크린 도어 겸 안전난간 연결통로의 개구부는 열차 풍을 차단하고, 대기 승객의 안전을 확보할 수 있어야 한다. 일반 터널 정거장에는 열차 통 행에 따른 승강장 대기 승객의 안전을 확보하기 위하여 미닫이식 스크린 도어가 설치되어 있다. 신규 터널 정거장의 경우, 미닫이식 스크린도어의 도입은 기존 터널 내 상당한 시설을 소요로 한다. 연결터널 내에서 개폐가 가능한 여닫이식 스크린 도어를 설치하면, 기존 터널 내 공간 및 시설 소요를 최소화할 수 있다. 그림 14에 연결통 로 내 여닫이식 스크린 도어의 개념을 제시하였다. 여닫이식 스크린 도어의 장점은 열차가 정지하여 출입문이 열리기 직 전 개방되면 열차와 승강장 사이의 안전 난간으로 기능할 수 있다는 점이다. (a) 평면도 <그림 14> 여닫이형 스크린 도어34 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 운영 중 철도(지하철) 본선터널에 신규 정거장 설치기술 (b) 스크린 도어(열린 상태): 안전 난간 기능: 기존 본선터널 정면도 (c) 스크린 도어(닫힌 상태): 기존 본설 터널 측면도 <그림 14> 여닫이형 스크린 도어(계속) 3.6 상하행선 승강장 연결통로 일반적인 정거장은 열차에 접하여 승강장이 위치한다. 섬식 정거장은 상하행선의 승강장을 공유하지만, 상대식 정거장 은 기존 지하철과 같이 위층의 대합실을 공유하여 연결한다. 따라서 신설 터널 정거장의 경우 승강장이 상하행선으로 분 리 설치되므로 필요에 따라 이를 연결하는 연결통로가 필요하다. 연결통로는 기존 본선터널 상부, 또는 하부에 둘수 있다. 상부에 두는 경우 공사여건에 따라 개착 또는 터널 방식으로 건설할 수 있다. 기존터널의 안정성, 지하구조물 등의 제약으로 기존 터널 상부에 설치하기 어렵거나, 단선 병렬터널로서 수직구 이격거리가 먼 경우 경우에는 기존 터널 하부에 계획할 수 있으며, 이 경우 기존 터널의 안정성 확보가 중요하다. 그림 15에 승강장 연결통로 설치 개념을 예시하였다. 승강장 연결통로 계획 시 역사운영에 필요한 부대시설(역무실, 기계실, 전기실, 환기실, 집수정 등) 공간을 고려할 수 있다. Vol. 26, No. 4 35 (a) 본선 터널 상부 연결통로 (복선 터널 예) (b) 본선 터널 하부 연결통로 (단선 터널 예) <그림 15> 연결통로 배치계획 3.7 기능실 등 기타 부대시설 부대시설은 수직구, 승강장터널, 연결통로에 적절히 배치함으로써 공간 확보의 경제성과 이용 효율을 높일 수 있다. 3.7.1 기능실 배치 신설 정거장에는 정거장 운영에 필요한 최소의 시설만 두는 것이 바람직할 것이다. 가급적이면 기존의 인접역사에서 관리할 수 있는 방안을 모색하여 신설정거장의 공간소요를 최소화하는 것이 좋다. 역사 부대시설로서 환기, AFC와 관련 된 기계실, 조명 등 관리를 위한 전기실, 그리고 역사의 운영을 위한 역무실 등이다. 3.7.2 집수정 등 배수시설 기존 터널 구간에 신규 정거장의 도입은 기존터널의 배수흐름을 저해하여, 지하수 흐름체계에 영향을 미치게 돈다. 따 라서 신설 터널 정거장에는 역사 신설로 차단되는 지하수 흐름, 그리고 신설된 터널로부터 유입되는 유입량을 처리하기 36 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 운영 중 철도(지하철) 본선터널에 신규 정거장 설치기술 위한 배수, 집수정, 펌핑 시설이 검토되어야 한다. 기존 터널의 개구부, 연결터널 및 승강장 터널로부터 유입되는 지하수 관리계획을 반영하여야 한다. 집수정은 그림 16과 같이 수직구 또는 승강장 터널의 한 끝단에 둘 수 있다. (a) 단면도 (b) 평면도 <그림 16> 배수체계도Vol. 26, No. 4 37 4. 정거장 설치 시공 흐름도 실제 터널 정거장 신설 공사 시행의 선결조건은 기존 본선터널 근접굴착과 신설터널을 연결하기 위한 기존 본선터널 개구 작업 시 안정성을 확보하는 일이다. 따라서 수직구와 승강장 터널의 위치를 기존 터널 영향범위 외부에 선정하여야 하며, 반면 승강장과 본선터널을 연결하는 연결터널의 시공성은 거리가 가까울수록 유리하나 이또한 기존 본선터널의 안 정성 확보를 우선하여 결정하여야 한다. 따라서 다양한 대안과 시뮬레이션 분석을 통해 최대의 안정성과 기존 철도 운영 간섭, 그리고 시공성이 확보되는 최적대안을 모색할 필요가 있다. 최적화에는 지반보강과 기존본선터널의 보강을 포함하여 검토할 수 있다. 실제 지상 및 지하여건이 제약되므로 대안 검토도 제한될 수 밖에 없다. 몇 개의 대안 중 최적안을 설정하는 것이 일반적인 현장 상황이므로 기존 터널의 현황과 노 후도, 지반조건, 지상토지의 사용가능성 등을 종합검토하고 보강공사를 통해 미흡한 부분에 대한 보완가능성을 추가하여 검토한다. 기존 본선터널의 안정성 확보는 먼저 정밀 구조 안정성 조사를 수행하여 기존 본선터널 구조 파악, 연결터널 굴착 시 기존 본선터널 개구에 대한 안정성 검토 그리고 필요 시 기존 본선터널을 보강하는 작업을 포함한다. 먼저, 수직구 굴착 후 수직구에서 연결터널 굴착 가능성을 검증하기 위한 시범공사를 수행하고, ‘승강장 터널 → 승강 장 터널과 연결터널 간 필라부 보강 → 연결터널 굴착 보조공법 및 굴착 → 라이닝 개방 → 기타 정거장 시설 및 설비 설 치’의 순서로 진행한다. 터널 한 측면을 기준으로한 시공 순서는 그림 17과 같다. 터널정거장 신설에 대한 공사 전반의 흐 름도를 그림 18에 정리하였다. (a) 횡단도(b) 평면도 <그림 17> 신설 터널 정거장 시공 순서Next >