< Previous28 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 초저토피 토사구간 친환경 터널 갱구부 공법(ETPM) 시공사례 ① 초대구경 강관보강그라우팅 시공② 터널 굴착 및 지보 ③ 콘크리트 라이닝 설치④ 매입형 갱문 설치 <그림 5> ETPM공법 시공순서 3. 양성리터널 시점 갱구부 ETPM공법 설계현황 「고속국도 제65호선 포항~영덕 고속도로 건설공사 제3공구」중 경상북도 영덕군 남정면 양성리 일원은 당초 실시설계 시 일반 토공(절토)구간으로 계획되었다. 그러나 공사 착공(2016.08) 후 양성리 문화재 성터가 발견(2019.12)됨에 따라 총 4차의 문화재 위원회 심의(2020.03~06)를 통해 양성리 문화재성터의 현지 보존을 위해 당초 토공구간을 터널화 시키 는 것으로 변경되었다. 따라서 현장의 지형 및 지반조건, 시공여건 등을 종합적으로 고려하여 양성리 문화재성터 보존, 환경훼손 최소화, 터널 안정성 및 시공성 확보가 가능한 터널 계획을 수립하였다. 양성리 문화재 보존(원형보존 및 임시이전 후 복원)을 위하여 비개착구간(터널)과 개착구간으로 구분하여 구조물 계획 을 수립하였으며, 포항방향 총 연장 L=134m(개착터널 5m+비개착터널 88m+개착터널 41m), 영덕방향 총 연장 L=130m(합성형라멘 64m+비개착터널 61m+개착터널 5m)로 계획하였다. 양성리터널 단면은 도로의 구조 ․ 시설 기준에 관한 규칙(국토교통부, 2010), 도로설계 편람(제6편 터널편, 2011), 도로 설계기준(국토해양부, 2010) 및 한국도로공사 설계실무자료집 등을 참고하고 당초 실시설계시 적용된 기준을 준용하였으 며 환기, 전기, 방재 등 제반설비, 점검통로 및 시공여유 등을 종합적으로 고려하였다.Vol. 27, No. 1 29 (a) 평면도 (b) 단면 A-A(c) 단면 B-B 구분터널연장평면선형종단경사통행방식환기방식갱문형식 포항방향134mR=1,325-1.4498%일방향 2차로자연환기 시점:돌출형갱문 종점:아치면벽형 영덕방향130mR=1,300-1.9600%일방향 2차로 확폭자연환기 시점:합성형라멘 종점:아치면벽형 <그림 6> 포항~영덕간 고속도로 제3공구 양성리터널 현황 양성리터널의 비개착구간(터널)은 불량한 지반조건(풍화토 및 풍화암) 및 저토피(h=2.1~9.1m) 조건과 고속도로 터널 단면(확폭)을 고려한 안정성 확보가 가능한 공법을 선정하기 위하여 ①ETPM공법과 ②비개착식공법(강관압입) 적용성을 검토한 결과, 비개착구간(터널)의 안정성, 시공성, 작업여건, 공사기간 및 경제성 등을 종합적으로 고려하였을 때, ETPM 공법의 현장적용성이 우수한 것으로 검토되었다.30 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 초저토피 토사구간 친환경 터널 갱구부 공법(ETPM) 시공사례 <표 2> ETPM공법과 비개착식공법(강관압입) 비교 구분①친환경 터널 갱구부 공법(ETPM 공법)②비개착식공법(강관압입) 개념도 공법개요 ∙ 터널 갱구부에서 장심도로 설치되는 초대구경 강관보강 그라 우팅을 터널 강지보 및 숏크리트가 지지하는 보강구조로 터 널 갱구부 및 저토피 토사터널의 안정성을 확보하는 공법 ∙ 2열 또는 3열의 강관다발 구조체의 편측 상 ․ 하에 가이던스 레일을 부착하고, 강관다발 구조체를 가이던스 레일에 맞물 려 압입 및 굴착하고 중첩부와 내부를 보강하여 강관다발 구 조체 루프를 형성하는 공법 특 징 안전성 ∙ 초대구경 강관보강 그라우팅과 강지보의 큰 지보력으로 터널 갱구부 및 저토피 토사터널 안전성 우수 ∙ 가이던스 레일에 의한 맞물림 시공으로 선형 정밀도가 우수 하여 상부 공용 지장물 안전성 우수 시공성 ∙ 터널 굴진 중 추가적인 보조공법 시공이 필요 없어 터널 굴진 시공성 우수 ∙ 선단압입장치 선 시공으로 저토피구간 시공성이 우수 내구성 ∙ 그라우팅의 정량, 정압 주입시스템 적용 및 양생시간 확보로 그라우팅 품질 및 내구성 우수 ∙ 강관 중첩시공으로 횡방향 강성이 커서 강관다발 구조체의 품질 및 내구성, 방수성이 우수 유지 관리성 ∙ 터널 갱구부 토공작업의 최소화로 비탈면 유지관리 편의성 증대 ∙ 강관다발 구조체의 품질 및 내구성 확보로 유지보수 최소화 가능 현장 적용성 ∙ 고강성의 초대구경 강관보강 그라우팅으로 저토피 토사터널 조건의 문화재 보존영역의 터널 안정성 확보가 가능함 ∙ 지보 보강량 최적화로 시공성 및 경제성이 우수함 ∙ 대형 강관(ø800mm 이상) 적용을 위한 최소토피고(h=1.6m) 확보가 필요하여 문화재 보존영역이 축소(터널 연장 축소)됨 ∙ 대형장비 적용 및 반력벽 설치에 따라 경제성이 불리하고, 과 도한 공사기간이 소요됨 양성리터널 표준단면 선정 결과는 다음과 같으며 포항방향은 2차로(연장 300m 미만), 영덕방향은 영덕휴게소 진입로 를 고려하여 2차로 확폭터널을 계획하고 불량한 지반에서의 콘크리트 라이닝 지지력 확보를 위해 전구간 인버트 적용을 계획하였다. 양성리터널은 NATM구간의 연장이 포항방향은 88m, 영덕방향은 61m로 짧게 계획됨에 따라 전구간 초대구경 강관보 강 그라우팅으로 계획하여 안전하고 환경 친화적인 터널 갱구부가 형성되도록 계획하였다. 터널 갱구부의 경우 초대구경 강관보강 2열을 적용하여 터널 안정성을 증대하였다. 시점 갱구부는 갱구비탈면이 문화재 보존영역을 침범하지 않는 위치를 선정하였다. 포항방향 갱문형식은 시점부 문화 재 복토 계획에 따라 옹벽이 설치되고 토피가 낮아 돌출형 갱문(L=41.0m)으로 계획하였으며, 영덕방향은 영덕휴게소 진 입로 계획에 따라 합성형라멘 구조물(L=64.0m)을을 계획하였다. 양성리터널 종점 갱구위치는 터널굴착 전 문화재복토 시공이 이루어지는 시공순서를 고려하여 문화재 복토 비탈면과 양 성리터널 갱구비탈면이 간섭되지 않는 위치를 선정하였으며, 포항방향 및 영덕방향 모두 아치면벽형 갱문을 계획하였다.Vol. 27, No. 1 31 (a) 포항방향 표준단면도(b) 영덕방향 표준단면도 <그림 7> 양성리터널 표준단면도 <그림 8> 양성리터널 친환경 터널 갱구부 계획(ETPM공법)32 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 초저토피 토사구간 친환경 터널 갱구부 공법(ETPM) 시공사례 (a) 포항방향 종단현황(b) 영덕방향 종단현황 (c) 포항방향 NATM시점(d) 영덕방향 NATM시점 <그림 9> 양성리터널 시점 갱구부 친환경 터널 갱구부 계획(ETPM공법) (a) 포항방향 종단현황(b) 영덕방향 종단현황 (c) 포항방향 NATM종점(d) 영덕방향 NATM종점 <그림 10> 양성리터널 종점 갱구부 친환경 터널 갱구부 계획(ETPM공법)Vol. 27, No. 1 33 양성리터널은 저토피 토사터널 조건의 불량한 지반조건으로 터널의 안정성 확보를 위하여 초대구경 강관보강 그라우 팅, H-형 강지보 및 Elephant-foot, 측벽지지파일을 계획하였다. 양성리터널 영덕방향 종점 갱구부의 경우 문화재 영역에 간섭되지 않도록 갱구위치를 선정해야 하나 터널 토피가 부족 하여 터널 형성을 위한 인공성토를 계획하였다. 인공성토는 빈배합 콘크리트 대신 시공성 및 경제성이 유리한 쏘일 시멘 트를 적용하였다. 쏘일 시멘트 공법은 양질의 토사에 시멘트(140 kgf/m3)를 섞어 흙을 쌓거나 구조물 배면 등을 채우는 공법으로 일반 토사 되메움 대비 강도가 양호하고 양성리터널의 경우 굴착 전 초대구경 강관보강 그라우팅을 통한 원지반 과의 봉합효과로 터널 형성이 가능하고 시공성 및 경제성이 우수할 것으로 판단된다. 인공성토의 일일 최대 쌓기 높이(H)는 2.0m 이하, 층다짐 연장 5.0~10.0m로 하고 1회 층다짐 높이(h)는 200mm이 하로 하였다. <표 3> 양성리터널 포항방향 지보패턴 현황 구분PE-1APE-2A 지보패턴 적용위치본선부시 ․ 종점 갱구부 굴착, 굴진장 상 ․ 하반단면, 1.0m/1.0m(상반/하반)상 ․ 하반단면, 1.0m/1.0m(상반/하반) 숏크리트200mm(강섬유), 인버트 폐합200mm(강섬유), 인버트 폐합 강지보공H-150×150×7×10, 1.0(종), 인버트 폐합H-150×150×7×10, 1.0(종), 인버트 폐합 라이닝400mm(철근보강)400mm(철근보강) 보조공법 초대구경 강관보강 그라우팅 - 1열 : Ø216.3mm, θ=180°, (횡)0.5m 측벽지지파일(Ø114.3mm, 1.0(종)) 초대구경 강관보강 그라우팅 - 1열 : Ø216.3mm, θ=180°, (횡)0.5m - 2열 : Ø165.2mm, θ=120°, (횡)0.5m 측벽지지파일(Ø114.3mm, 1.0(종))34 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 초저토피 토사구간 친환경 터널 갱구부 공법(ETPM) 시공사례 <표 4> 양성리터널 영덕방향 지보패턴 현황 구분PE-1BPE-2B-1PE-2B-2 지보패턴 적용위치본선부시점 갱구부종점 갱구부 굴착, 굴진장 상 ․ 하반단면, 1.0m/1.0m(상반/하반)상 ․ 하반단면, 1.0m/1.0m(상반/하반) 숏크리트200mm(강섬유), 인버트 폐합200mm(강섬유), 인버트 폐합 강지보공H-150×150×7×10, 1.0(종), 인버트 폐합H-150×150×7×10, 1.0(종), 인버트 폐합 라이닝400mm(철근보강)400mm(철근보강) 보조공법 초대구경 강관보강 그라우팅 - 1열 : Ø216.3mm, θ=180°, (횡)0.5m 측벽지지파일(Ø114.3mm, 1.0(종)) 초대구경 강관보강 그라우팅 - 1열 : Ø216.3mm, θ=180°, (횡)0.5m - 2열 : Ø165.2mm, θ=150°(시점), θ=180°(종점), (횡)0.5m 측벽지지파일(Ø114.3mm, 1.0(종)) 양성리터널의 NATM 터널구간은 포항방향은 88.0m, 영덕방향은 61.0m로 짧아 터널 전체를 포함하여 모델링하였으 며, 지형 및 지반조건과 친환경 터널 갱구부 공법(ETPM) 시공계획을 고려한 3차원 연속체 수치해석을 수행한 결과, 충분 한 안정성이 확보되는 것으로 검토되었다. (a) 전체 모델링도(b) 터널 보강 모델링도 <그림 11> 양성리터널 친환경 터널 갱구부(ETPM) 수치해석 모델링도Vol. 27, No. 1 35 (a) 천단침하 (최대 20.1mm < 40.0mm, O.K) (b) 내공변위 (최대 6.9mm < 60.0mm, O.K) (c) 숏크리트 최대 휨압축응력 (최대 4.3MPa < 11.2MPa, O.K) <그림 12> 양성리터널 시점 갱구부 포항방향(PE-2A) 안정성 검토결과 (a) 천단침하 (최대 22.9mm < 40.0mm, O.K) (b) 내공변위 (최대 6.8mm < 60.0mm, O.K) (c) 숏크리트 최대 휨압축응력 (최대 6.6MPa < 11.2MPa, O.K) <그림 13> 양성리터널 본선부 포항방향(PE-1A) 안정성 검토결과 (a) 천단침하 (최대 18.9mm < 40.0mm, O.K) (b) 내공변위 (최대 5.1mm < 60.0mm, O.K) (c) 숏크리트 최대 휨압축응력 (최대 6.4MPa < 11.2MPa, O.K) <그림 14> 양성리터널 종점 갱구부 포항방향(PE-2A) 안정성 검토결과36 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 초저토피 토사구간 친환경 터널 갱구부 공법(ETPM) 시공사례 (a) 천단침하 (최대 20.5mm < 40.0mm, O.K) (b) 내공변위 (최대 10.2mm < 60.0mm, O.K) (c) 숏크리트 최대 휨압축응력 (최대 7.3MPa < 11.2MPa, O.K) <그림 15> 양성리터널 시점 갱구부 영덕방향(PE-2B-1) 안정성 검토결과 (a) 천단침하 (최대 20.5mm < 40.0mm, O.K) (b) 내공변위 (최대 10.3mm < 60.0mm, O.K) (c) 숏크리트 최대 휨압축응력 (최대 7.5MPa < 11.2MPa, O.K) <그림 16> 양성리터널 본선부 영덕방향(PE-1B) 안정성 검토결과 (a) 천단침하 (최대 10.2mm < 40.0mm, O.K) (b) 내공변위 (최대 8.7mm < 60.0mm, O.K) (c) 숏크리트 최대 휨압축응력 (최대 7.2MPa < 11.2MPa, O.K) <그림 17> 양성리터널 종점 갱구부 영덕방향(PE-2B-2) 안정성 검토결과Vol. 27, No. 1 37 4. 양성리터널 친환경 터널 갱구부 공법(ETPM) 시공현황 2025년 02월 현재, 양성리터널은 터널 갱구부를 형성한 후, 초대구경 강관보강 그라우팅(Ø216.3mm, Ø165.2mm) 을 보강하였고 본선터널을 굴착하여 관통이 완료된 상태이다. 향후, 터널 콘크리트라이닝 타설 후 갱문 설치가 완료되면 환경 친화적인 시 ․ 종점 갱구부가 중첩되는 형상의 저토피 토사터널이 안전하게 형성될 것으로 판단된다. <그림 18> 양성리터널 종점 갱구부 전경(2025. 02 현재, 터널굴착완료) ① 종점 갱구부 작업부지 형성② 종점 갱구부 포항방향 초대구경 강관보강 그라우팅 시공 <그림 19> 양성리터널 ETPM 시공전경Next >