< Previous38 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 1. 머리말 전 세계적으로 탄소중립 목표달성과 온실가스 감축이 핵심과제로 대두되면서 전 세계 탄소 배출량의 약 8%를 차지하 고 있는 콘크리트를 주로 사용하는 산업인 건설산업에서도 탄소 배출 저감을 위한 체계적인 접근이 요구되고 있다. 터널 공사는 대규모 콘크리트 및 강재의 사용으로 인해 상당한 탄소발자국을 나타내고 있다. 일반적으로 터널 프로젝트 에서 내재 탄소의 60~70%가 수직갱과 터널 구조물의 콘크리트 라이닝에 포함되어 있다고 보고되고 있다(Rivaz, 2023a). 이러한 상황에서 쉴드 TBM 터널 공사에서 탄소 저감을 위해서는 세그먼트 제작에서 사용되는 시멘트 사용을 저감하고, 철 근을 대체할 수 있는 기술이 필요하다. 이런 관점에서 강섬유 보강 콘크리트(Steel Fiber Reinforced Concrete, SFRC) 세그먼트는 하나의 적절한 대안이 될 수 있다. SFRC 세그먼트란 기존 철근콘크리트(Reinforced Concrete, RC) 세그먼트에서 철근량을 부분 또는 전부 대체하여 콘크리트 매트릭스에 강섬유를 분산시켜 보강한 세그먼트로, 균열 제어, 충격 저항 및 내구성 향상, 비용 절감 등의 효과 와 함께 소요 철강재와 콘크리트 피복 두께를 최소화할 수 있어 탄소발자국 감소에 기여한다고 국제 콘크리트 연맹 fib Bulletin 83에서 요약하고 있다(Rivaz, 2023a). 실제로 다수의 연구에서도 강섬유 보강 세그먼트 적용 시 세그먼트 제조 전과정의 탄소배출량이 유의미하게 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 SFRC 세그먼트의 장점에도 불구하고, 현재까지 설계기준의 부재로 SFRC 세그먼트의 보급이 제한적이었으나, 국제 콘크리트 연맹(fib)의 Model Code 2010과 Bulletin 83(2017), 국제터널협회(ITA)의 설계 가이드라인, 그리고 EN 14651과 같은 시험 표준의 정립으로 점차 적용을 위한 기술적 장애가 해소되고 있다. 특히 fib Bulletin 83은 SFRC 터널 세그먼트의 설계, 제작, 품질관리에 대한 포괄적인 가이드라인을 제시하여 실무 적용의 기반을 마련하였다. 탄소저감 효과로 본 강섬유 보강 콘크리트(SFRC) 세그먼트 오주영 삼성물산㈜ 프로 장석부 삼성물산㈜ 프로Vol. 27, No. 3 39 국내에서는 그동안 터널 세그먼트에 전량 RC 세그먼트만을 사용해 왔으나, 최근 변화의 움직임이 뚜렷하다. 국내 세그 먼트 설계코드인 KDS 27 40 10이 2023년 9월 개정되어 SFRC 세그먼트 설계를 공식 허용하는 조항이 도입되었다. 이 개정으로 국내에서도 SFRC 세그먼트를 적용할 제도적 기반이 마련되었으며, 현재 국가철도 공단 주관으로 실규모 시험 및 시험시공이 추진되고 있다. 특히 정부의 2050 탄소중립 로드맵과 건설업계의 ESG 경영확산에 따라 SFRC 세그먼트 와 같은 저탄소 건설기술의 도입 필요성이 부각되고 있다. 본 기술기사에서는 쉴드 TBM 터널 라이닝에 SFRC 세그먼트를 적용함으로써 기대되는 탄소배출 감소 효과를 정량적으 로 분석하고, 해외 프로젝트 사례를 통해 그 실효성을 검증하고자 한다. 또한, 삼성물산의 SFRC 세그먼트 적용 현황과 탄 소저감 기술에 대해 간략히 기술하고, 향후 탄소 저감 기술로서 SFRC 세그먼트에 대한 미래 전망을 간략히 하고자 한다. 2. 기존 RC 세그먼트의 탄소 부하 구조 RC 세그먼트는 시멘트, 골재 등 콘크리트 자체의 탄소 배출과 철근 생산에서 대부분의 탄소 부하가 발생한다. 일반적 으로 1m3의 세그먼트 콘크리트에는 약 300~400kg의 시멘트가 사용되며, 시멘트는 생산 단계에서 1kg당 약 0.8~0.9kg 의 CO2가 배출된다. 이로 인해 시멘트는 세그먼트 전체 탄소 배출의 60~70%를 차지하게 된다. 또한 세그먼트에 삽입되 는 철근망은 제조 시 1kg당 약 1.85kg의 CO2를 배출하므로, 철근은 세그먼트 전체 탄소 배출의 20~30%를 차지한다. 결 과적으로, RC 세그먼트의 탄소부하는 시멘트 클링커 생산과 철강 생산이 주된 구성 요소이며, 이 둘을 합치면 전체 탄소 부하의 85~100% 정도이다. 세그먼트는 재료 생산 단계에서 상당한 양의 CO 2 를 배출되며, 세그먼트 제작 중 체화된 CO2는 라이닝에 내재되어 터 널 연장에 따라 내재 탄소 부하가 누적적으로 증가한다. 기존 RC 세그먼트는 두꺼운 단면과 충분한 철근량으로 구조적 안정성을 확보하지만, 탄소 효율 측면에서는 개선의 여지가 크다. 따라서 동일한 구조 성능을 유지하면서도 시멘트와 철 근량을 최적화할 방법이 요구되고 있다. 이러한 과제에 대해 SFRC 세그먼트가 적절한 대안이 될 수 있다. SFRC 세그먼트는 강재 사용량을 크게 낮추어 강재 생산 단계의 탄소 배출을 줄이고, 철근 부식 방지를 위한 콘크리트 피복 두께를 줄여 시멘트 사용량도 절감할 수 있다. 즉, 기존 RC 세그먼트의 높은 탄소 부하 구조를 개선하려면 재료 효율성을 높이는 접근이 필요하며, SFRC 세그먼트는 이를 실현할 수 있는 유력한 대안 기술이다. 3. SFRC 세그먼트의 탄소 저감 메커니즘 SFRC 세그먼트는 철근 대신 강섬유를 콘크리트와 혼입하여 구조적 인장 성능을 확보한 세그먼트이다. 일반적으로 세 그먼트 1m3당 30~50kg의 강섬유를 투입하여 기존 철근망을 완전히 대체하거나 일부 보조 철근과 병용한다. SFRC 세그먼트의 가장 주요한 탄소 저감 메커니즘은 다음과 같다. 첫째, 강재 사용량의 현저한 감소에 있다. 기존 RC 세그먼트에서 1m3당 80~120kg의 철근이 소요되는 반면, SFRC는 30~50kg의 강섬유로 설계 요구 성능을 만족할 수 있어 강재 사용량을 약 40~60% 절감한다. 강재 생산 과정에서 발생 하는 CO2 배출량이 톤당 약 2.3톤 수준임을 고려할 때, 세그먼트 1m3당 50~70kg의 강재 절약은 약 115~161kg의 CO2 40 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 탄소저감 효과로 본 강섬유 보강 콘크리트(SFRC) 세그먼트 직접 저감 효과를 의미한다. 그림 1에서 보는 바와 같이, 기존 철근망 적용 시 강재로 인한 탄소 배출량이 전체의 상당 부 분을 차지하는 반면, 강섬유(Dramix) 적용 시에는 이 부분이 크게 감소하여 전체 탄소 배출량이 현저히 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 특히, C50/60 등급 콘크리트에서 철근을 강섬유로 대체할 경우 약 100kg CO2/m3 이상의 탄소 저감 효 과를 보이고 있다. <그림 1> 철근망과 강섬유 적용에 따른 탄소배출량 비교(Rivaz, 2023a) 둘째, 콘크리트 사용량 저감을 통한 추가적인 탄소 저감이다. 강섬유는 콘크리트 전단면에 3차원적으로 분산되므로 모 서리나 가장자리에서도 균일한 보강효과를 발휘한다. 이를 통해 세그먼트 모서리 부근의 무근 콘크리트 영역을 최소화하 여 취성파괴 및 취약 단면을 줄일 수 있다. 또한 철근 부식으로 인한 피복 파열 문제를 해결하여 제작 ․ 운반 과정에서 모 서리 깨짐이나 균열 발생을 감소시키는 효과도 있다. 또한, SFRC 적용으로 세그먼트 단면 두께를 2~3cm 줄일 수 있는 설계가 가능하다. 철근 부식 방지를 위한 최소 피복 두께 요구치가 낮아지고, 균열폭 제어를 통해 구조적 성능을 확보하 면서도 더 얇은 세그먼트 설계가 실현된다. 이는 콘크리트 사용량 절감을 통한 추가적인 탄소 저감 효과로 이어진다. 셋째, 제작 공정 효율화를 통한 간접적 탄소 저감이다. SFRC 세그먼트는 철근 가공 및 조립공정을 생략 또는 최소화할 수 있어 프리캐스트 공장의 생산효율을 크게 향상시킨다. 기존 철근망 제작과 배근 과정에서 소요되던 인력과 시간이 절 약되어 양생 사이클 타임이 단축되고 전체 공장 가동 에너지가 절감된다. 철근 절단, 용접, 조립 등의 에너지 집약적 공정 이 생략 또는 최소화됨으로써 제작 단계에서의 추가적인 탄소 절감 효과가 발생한다. Vol. 27, No. 3 41 4. 사례를 통한 정량적 탄소 감축 효과 여러 LCA 연구와 실제 프로젝트 사례에서 SFRC 세그먼트의 탄소 감축 효과가 정량적으로 확인되고 있다. Asare et al. (2024)는 보 부재를 대상으로 한 LCA에서 강섬유 도입으로 철근량을 33% 줄이고, 콘크리트의 내재 탄소를 약 37% 절감할 수 있음을 보여주었다. 이는 강섬유 치환이 동일 성능 기준으로 상당한 탄소 저감을 달성할 수 있음을 보여준다. 그림 2는 시간 경과에 따른 세그먼트의 탄소 배출량 추세를 보여준다(Rivaz (2023a)). 특히 주목할 점은 저탄소 시멘트 와 SFRC 기술을 결합할 경우의 시너지 효과이다. 기존 OPC(일반 포틀랜드 시멘트)를 사용한 RC 세그먼트에서 시작하 여, 점진적으로 저탄소 시멘트 적용, 강섬유 도입, 그리고 두 기술의 결합으로 진행될수록 탄소 배출량이 단계적으로 감 소하는 것을 확인할 수 있다. 특히 도하 메트로와 같은 대규모 프로젝트에서는 이러한 복합적 접근을 통해 최대 70%까지 의 탄소 저감이 달성 가능함을 보여준다. (저탄소 시멘트) * OPC: Ordinary Portland Cement CO₂ 배출량 (t on CO 2/m³) <그림 2> 시간 경과에 따른 세그먼트의 탄소 배출량 추세(Rivaz, 2023a) 프랑스 파리의 Grand Paris Express Line 16.1 프로젝트는 SFRC 세그먼트의 탄소 저감 효과를 정량적으로 평가한 대표적인 사례이다. 약 16km 구간에 SFRC 세그먼트를 적용한 결과, 기존 RC 세그먼트 대비 50% 이상의 강재 사용량을 감소하였다(약 85→40kg/m3). 이는 10km당 약 5,000톤의 강재 절약과 10,000톤의 CO 2 감축효과를 거둔 것으로 분석 되었다(Rivaz (2023b)). 또한 물류 효율성 측면에서도 주목할 만한 성과를 보였는데, 1대의 트럭이 24.2톤의 강섬유를 운반하여 약 185개의 세그먼트 생산이 가능한 반면, 기존 철근의 경우 17.85톤 적재로 약 60개 상당의 세그먼트 생산만 가능한 것으로 분석되었다. 이는 운송 효율성 향상과 더불어 도시 교통량 감소를 통한 부수적인 탄소 절감효과까지 창출 함을 보여준다.42 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 탄소저감 효과로 본 강섬유 보강 콘크리트(SFRC) 세그먼트 카타르 도하 메트로(Doha Metro)는 2015~2018년 건설 과정에서 전 구간에 걸쳐 SFRC 세그먼트를 적용하여 총 21,500톤의 강섬유를 사용한 세계 최대 규모 프로젝트이다. Rivaz (2023b)의 분석에 따르면, 동일 규모의 전통적인 철 근 세그먼트 설계(코펜하겐 메트로와 같은 기존 철근방식) 대비 약 40만 톤의 CO 2 배출을 감축한 것으로 추정된다. 노르웨이 오슬로 Rentvann 터널은 최근 완료된 프로젝트로 SFRC 세그먼트의 탄소 저감 잠재력을 구체적으로 제시한 사례이다(KrampeHarex (2024)). 내경 6.1m, 터널 연장 11km의 상수도 터널에서 총 6,000개의 세그먼트가 사용되었 다. 이 프로젝트에서는 두 가지 강도 등급의 콘크리트(B45, B65)가 사용되었으며, 강섬유를 적용하여 기존 철근 대비 현 저한 탄소 절감을 달성한 것으로 나타났다. 표 1에서 보는 바와 같이, 기존 RC 세그먼트(481.0kg CO2/m3) 대비 B45 등 급 SFRC 세그먼트는 58.4% 감소(200.1kg CO2/m3), B65 등급은 52.7% 감소(227.5kg CO2/m3)를 달성하였다. 이는 강섬유 치환이 동일 성능 기준으로 상당한 탄소 저감을 달성할 수 있음을 보여준다. 5. 삼성물산의 SFRC 세그먼트 적용 현황 및 탄소저감 기술 5.1 SFRC 세그먼트 적용 현황 삼성물산은 현재 싱가포르 MRT 프로젝트의 일부 구간인 OO공구에서 SFRC 세그먼트를 적용하여 시공 중이다. TBM 터널은 총 연장 3.6km인 병설 지하철 터널로, EPB TBM 2기가 각각의 터널을 굴진한다. 횡갱은 총 6개로 약 100m 간격 으로 위치하고 있다. TBM이 주로 통과하는 지층은 고화된 점토질 모래와 모래질 점토로 구성된 충적층인 Old Alluvium 층(OA층)이며, OA층은 투수성이 낮은 특성을 보이며, 연암에 준하는 높은 강도와 강성을 보인다. 발주처에서 SFRC 세그먼트를 적용하게 된 이유로 ① 연암에 준하는 OA층의 높은 강도와 강성, ② 세그먼트 취급/반 입/조립 단계에서 발생하는 국부 손상과 미세 균열 억제에 유리, ③ OA층에서 발생 가능한 높은 추력에 대한 균열 제어가 유리, ④ 제작의 단순성과 SFRC의 내구성, ⑤ 싱가포르의 SFRC 설계 및 인정 절차의 체계화를 들 수 있다. 해당 프로젝 트에서는 TBM 터널 전 구간에 대해서 SFRC 세그먼트를 적용하고 있으며, 횡갱을 포함한 구간 6개소에 대해서는 Hybrid SFRC 세그먼트를 적용하고 있다. 해당 SFRC 세그먼트의 사양은 표 2에 정리된 바와 같다. <표 1> 세그먼트 유형별 재료 사용량 및 체화탄소 배출 비교(KrampeHarex, 2024) 구성재표표준 배합B45B65 시멘트 20.7% (OPC) 14.5% (고로 슬래그 시맨트) 16.0% (고로 슬래그 시맨트) 포졸란-2.3%2.6% 철근6.25% (150kg/m3)1.5% (37kg/m3)1.9% (48kg/m3) 강섬유-1.7% (42kg/m3)1.4% (35kg/m3) 탄소 배출량481.0kg CO2/m3200.1kg CO2/m3227.5kg CO2/m3 감소율0%58.4%52.7%Vol. 27, No. 3 43 <표 2> 적용 중인 SFRC 세그먼트 사양 형식내경/두께/폭분할수방수 좌/우 양 테이퍼형6.3m/0.3m/1.4m7+1key복합형 가스켓 연결방식콘크리트중량인양방식 Dowel + 경사볼트C50/603ton (Key: 1ton)Vaccum 5.2 삼성물산의 탄소저감 기술 삼성물산은 저탄소 콘크리트와 무시멘트 콘크리트를 개발하여 현장에 적용하고 있다. 저탄소 콘크리트는 2022년에 개발하여 시멘트 비중을 최소화하여 탄소 배출을 획기적으로 줄인 기술로 주요 메커니즘 은 다음과 같다. ① 시멘트 대체제로 고로슬래그, 플라이애시 등 산업 부산물을 시멘트 대체제로 활용하여 OPC 사용량을 30~40% 감소시킨다. ② 콘크리트 배합설계 최적화를 통해 동일한 강도와 내구성을 확보하면서 결합재 총량을 줄인다. ③ 고성능 혼화제를 통해 작업성을 확보하면서 물-시멘트비를 최적화한다. 이를 통해 일반 콘크리트 대비 탄소배출량을 약 40% 저감할 수 있으며, 현재 평택 반도체 사업장, 래미안 아파트 등을 비롯한 국내 현장에 적극 도입하여 총 약 32,644m3 정도 사용한 상태이며, 향후 시공되는 현장에도 도입 예정이다. 무시멘트 콘크리트는 2023년에 개발 완료된 기술로 시멘트를 전혀 사용하지 않는 혁신적인 기술이다. 무시멘트 콘크리 트는 삼성물산이 특허를 보유한 특수 자극제와 고로슬래그를 주재료로 하는 알칼리 활성화 반응을 통해 결합력을 확보하 는데, 시멘트 대신 산업부산물인 고로슬래그가 주요 결합재 역할을 하며, 특수 자극제가 이를 활성화하여 수화반응을 유 도하는 메커니즘이다. 이는 기존 콘크리트의 품질과 강도를 유지하면서도 탄소배출량을 70% 감소시킬 수 있는 기술이다. 6. 결 론 전 세계적인 탄소중립 목표 달성과 온실가스 감축이 시급한 과제로 대두되는 현 시점에서, SFRC 세그먼트는 터널 건 설 분야에서 탄소 저감을 실현할 수 있는 혁신적이고 실용적인 대안 기술로 채택할 수 있다. 본 기술기사에서 검토한 바와 같이, SFRC 세그먼트는 기존 RC 세그먼트 대비 다차원적인 탄소 저감 메커니즘을 제공 한다. 강재 사용량을 40~60% 절감함으로써 직접적인 CO2 배출량을 125~161kg/m3 수준으로 감소시키고, 철근 가공 및 조립 공정 생략을 통한 제작 에너지 절감, 세그먼트 단면 두께 최적화를 통한 콘크리트 사용량 감소 등 종합적인 탄소 절 감 효과를 달성하고 있다. 이는 다수의 프로젝트에서 20~70%의 탄소 배출 감소를 실현하며, SFRC 세그먼트가 단순한 실험적 기술이 아닌 상용화된 실증 기술임을 보여주었다. 국내의 경우, 2023년 KDS 27 40 10 개정으로 제도적 기반이 마련된 상황으로 SFRC 세그먼트의 본격적인 도입이 예 상되는 시점이다. 따라서 대규모 쉴드 TBM 프로젝트에서 SFRC 세그먼트의 적용은 탄소 저감 효과 측면에서 큰 파급 효 과가 전망된다. 또한, 국내 주요 건설사들이 ESG 경영을 강화하는 추세에서 SFRC 세그먼트는 탄소 저감 성과를 정량적 으로 입증할 수 있는 핵심기술로 활용될 수 있을 것으로 예상된다.44 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 탄소저감 효과로 본 강섬유 보강 콘크리트(SFRC) 세그먼트 미래 전망 관점에서 SFRC 세그먼트는 건설업계의 탄소중립 전환을 선도할 핵심 기술로 자리잡을 수 있을 것으로 예상 된다. 전 세계적으로 강화되는 환경 규제와 탄소 배출량 감축 압력, ESG 경영 확산 등으로 인해 SFRC 세그먼트의 적용 필요성은 더욱 증대될 것이다. 특히 도시화 진전에 따른 지하 교통망 확장과 대규모 터널 프로젝트 증가 추세를 고려할 때, 지속가능한 터널 건설 기술의 표준으로 발전할 가능성이 높다. 향후 저탄소 시멘트 기술, 고성능 강섬유 개발, 설계 최적화 기법 등과의 융합을 통해 탄소 저감 효과는 더욱 극대화될 것으로 전망된다. 또한 생산성 향상, 시공 효율성 개선, 유지관리 비용 절감 등의 부수적 경제 효과까지 고려할 때, SFRC 세그먼트는 환경성과 경제성을 동시에 만족하는 차세대 터널 라이닝 기술로 확고히 자리매김할 수 있을 것으로 예상된다. 결론적으로, SFRC 세그먼트는 터널 건설 분야에서 탄소중립 목표 달성을 위한 가장 현실적이고 효과적인 솔루션 중 하나이며, 관련 기술의 지속적인 연구개발과 적극적인 현장 적용을 통해 지속가능한 건설 생태계 구축에 핵심적인 역할을 담당할 것으로 기대된다. 참고문헌 1. Asare, G.O., et al. (2024), “Life cycle assessment of steel fibre-reinforced concrete beams”, Cogent Engineering, Vol.11, No.1. 2. KrampeHarex GmbH (2024), “E6 Rentvann Tunnel Oslo - CO2 saving potential of tunnel segments using steel fibre concrete”, CPI-Concrete Plant International, Vol.6, p.56-59. 3. Rivaz, B. de (2023a), “Low carbon lining for tunnelling precast segment - How DramixⓇ fibre reinforced concrete could facilitate this achievement”, Expanding Underground: Knowledge and Passion to Make a Positive Impact on the World (WTC 2023 Proceedings), p.40-47. 4. Rivaz, B. de (2023b), “Moving to low carbon lining using SFRC segments”, WTC 2023, ITA Report (Presentation Material). [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]Vol. 27, No. 3 45 기술기사 3 1. 개 요 최근 도심지 철도 및 도시기반시설 확충에 따라 지하공간 활용 수요가 급격히 증가하고 있다. 그러나 인구와 건축물이 밀집한 도심지에서는 도로, 상하수도, 전력구 등 다양한 지하지장물이 분포하고 있어 전통적인 개착식 공법을 적용하기 어려운 경우가 많다. 이로 인해 새로운 노선의 계획은 불가피하게 기존 운행 중인 철도나 주요 구조물과 근접하여 시공 되는 사례가 증가하고 있으며, 이러한 조건에서는 시공 중 안정성 확보와 더불어 민원 최소화가 중요한 설계 과제로 대두 된다. 특히, 운행선에 인접하여 터널을 시공하는 경우 지반침하, 인접구조물 변형, 진동 ․ 소음 등으로 인해 안정성 확보에 영향을 받을 수 있으므로, 이를 예방하기 위한 정밀 조사와 보강계획이 필수적이다. 우이신설 연장선 시점부 구간은 기존 운행 중인 우이신설선(개착 BOX)과 근접한 조건에서 터널을 신설해야 하는 특수성을 가지고 있다. 이에 따라 본 사례는 도심지 터널 시공에서 운행선과의 초근접 통과라는 까다로운 조건을 극복한 사례로, 다양한 안전 대책이 검토되었으며 향후 유사한 도심지 철도 건설사업의 설계 및 시공에 실질적인 참고자료가 될 수 있을 것이다. 2. 과업구간 현황 ‘우이신설 연장선 도시철도 건설공사’는 강북구 우이동에 위치한 우이신설선 솔밭공원역에서 분기하여 도봉구 방학동 방학역 부근까지 건설되는 구간으로 총 연장은 3,937.14m이며, 정거장 3개소와 단선병렬 터널, 확폭 및 복선터널 등으 로 계획되어 있다. 운행선에 근접한 도시철도 터널 설계 사례 원재훈 ㈜서하기술단 이사 이준호 ㈜서하기술단 상무 심성규 ㈜서하기술단 전무 고성일 ㈜서하기술단 대표이사 김원경 HL디앤아이한라㈜ 부장 이상훈 서울시 도시기반시설본부 과장46 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 3 운행선에 근접한 도시철도 터널 설계 사례 <그림 1> 과업구간 전체 현황 과업 시점부는 왕복 6차로 하부로 기존 우이신설선이 운행중에 있으며 우이신설선에서 분기되어 약 60m의 개착BOX 구간과 단선터널로 전개된다. 단선터널은 기존 우이신설선의 개착 BOX 구조물과 병행하여 양측으로 근접 시공되며, 이 후 상선방향 터널은 기존 운행선 하부를 통과하여 확폭터널 구간에서 상 ․ 하선이 합류하도록 계획되었다. 기존 운행선과 병행구간은 풍화암~보통암의 복합지층으로 최소 1.4m이상 이격하여 통과하였고, 기존 운행선 하부통 과구간은 연암이상의 비교적 양호한 지반으로 이격거리 5.3m 이상 확보하였다. (a) 개착BOX 구간(b) 단선터널 구간(c) 확폭터널 구간 <그림 2> 시점부 횡단 현황 3. 도시철도 근접시공 관련기준 및 설계사례 검토 3.1 BOX구간 근접시공 관련기준 “지하철 인접굴착 공사장 관리예규(서울교통공사, 2018)”에는 기존 도시철도 구조물과 근접하여 신설터널이 계획할 경 우, 터널간 위치관계, 이격거리 등에 따라 위험등급 분류기준을 제시하고 있으며 BOX구간에 대한 위험등급 분류기준은 표 1과 같다.Vol. 27, No. 3 47 기존 BOX구조물 인근으로 터널이 신설될 경우 기존 구조물 외측선에서 0.5m 이내 구간은 굴착금지영역으로 설정하 고 인접공사 형태에 따라 A~C등급으로 구분한 점검기준을 제시하고 있다. <표 1> BOX구간 위험등급 분류기준 BOX구간 근접굴착위험등급 분류 이격거리근접도 0 ~ 0.5m굴착금지영역 상부 ․ 좌우 10m, 하부 2H (45°하향구배선 이하) A등급 (특별관리) 3.2 근접시공 설계사례 일반적으로 터널보강을 위한 강관보강 그라우팅은 강관 연장 12m, 천공각 15°로 계획하고 있어 이를 고려한 천공범위 는 최소 3.0m이상이 필요하다. 최근 도시철도와 인접한 설계사례 검토결과 신설터널과의 이격거리가 3.0m 이내인 설계사례를 다수 확인할 수 있었고 이격거리에 따라 강관보강 그라우팅 연장을 축소하여 터널 보강과 기존 구조물 간의 간섭을 최소화하였고 지반조건이 취 약할 경우 초대구경 수평강관을 적용한 사례도 확인할 수 있었다. <표 2> 기존구조물 근접시공 및 보강사례 구분근접구조물지반조건최소이격거리(m)보강공법 신림선 경전철(1)9호선 샛강역 하부통과연암 이상1.2강관보강(L=3.0m, CTC(종) 1.5m) 신림선 경전철(2)2호선 신림역 하부통과연암 이상2.0강관보강(L=6.0m, CTC(종) 3.6m) 신림선 경전철(3)7호선 보라매역 하부통과풍화암2.81대구경 강관보강(L=12.0m, CTC(종) 5.6m) 9호선 922공구5호선(개착 BOX) 하부통과연암 이상1.3 (R=260)강관보강(L=3.0m, CTC(종) 1.8m) 우이~신설 4공구6호선 보문정거장 하부통과경암 이상1.5대구경 강관보강(L=6.0m, 천공각 9°(가설강관)) 수서~광주 2공구SRT 주박기지 인접통과토사1.5초대구경 수평 강관보강 + 차수보강 + 측벽 강관보강 9호선 4단계 2공구5호선 하부통과Ⅱ~Ⅲ등급6.6천단부 초대구경(Ø216mm) + 어깨부 대구경 강관보강 4. 운행선 근접구간 안전시공 대책 신설터널은 기존 우이신설선과 최소 이격거리 1.4m로 근접 통과하며 선형 진행방향으로 이격거리가 증가하고 STA. 0km260.00 구간에서 우이신설 연장선의 상선이 운행선 하부를 약 5.3m 이격되어 통과하도록 계획되었다. 기존 운행선Next >