터널 지보공과 흙막이 가시설 지보공에 대하여

①Conventional(NATM) 터널 지보공의 종류

 지보공의 각 부재의 설계는 터널형상이나 각각의 지보기능을 각 지층의 지질조건, 지형조건 및 주변 여건을 고려한 후에 과거의 설계나 계측결과를 참고하여 적절한 지보패턴을 선정할 수 있다. 도심 지하철 터널의 경우 막장자립도와 시공 사이클이 가장 중요하다. 따라서 지보공 설계 시에는 터널 주변 지반의 지보기능을 유효하게 활용하도록, 지반특성에 맞는 시공순서 및 방법, 단면폐합의 시기 및 방법 등을 종합적으로 검토해야 한다.

1 Shotcrete(뿜어 붙이기 콘크리트)

 토심지터널은 터널천정부에서 지표까지 지반의 심도가 얕고, 지표상에 구조물이, 지중에는 매설물 등이 존재하고 있어, 지표면 침하를 적극 억제해야 한다. 또한 지반이 연약한 풍화토나 풍화암이 걸리는 경우, 막장의 자립시간을 연장하고 굴착 후 지보공 시공까지 막장을 안전하게 유지시키며 지반의 이완을 억제시켜야 한다. 이러한 경우 shotcrete는 조기에 막장에 접근하여 즉시 막장의 안정성을 가져올 수 있는 중요한 지보 부재이다. shotcrete의 설계는 사용목적, 지반조건, 시공성, 단면의 크기 등을 고려하여 배합, 강도, 두께를 결정한다.

shotcrete의 배합은 필요한 강도가 나오고 부착성 및 시공성이 좋은 것을 사용하고, 28일 지난 후 압축강도가 210kg/㎠ 이상인 것으로 하며 탄성계수 등의 물성치는 같은 강도의 콘크리트 값을 적용한다.

shotcrete의 기능은 굴착 직후에 지하 공동면에 북착시켜 지반의 강도저하를 방지하는 가장 유효한 재료이며 또한 임의의 형상에 대해서도 시공 가능한 장점이 있다.

2 Wire Mesh(용접철망)

shotcrete에 넣은 wire mesh의 역할은 기본적으로 shotcrete의 보강 및 건조수축방지이며 2차적으로는 shotcrete의 부착효과를 증가시키고, shotcrete의 타설압력에 의한 굴착면의 손상을 방지하는 효과를 가지고 있다. 또한 갱도 지보재로서 파쇄된 주위 암석으로부터 안전한 작업공간을 유지하는 역할을 한다.

 서울시 풍화암 및 풍화토 구간에서는 shotcrete의 부착효과를 높이고, 타설압력에 의한 굴착면의 손상을 방지하기 위해서는 1차로 Φ5x100x100mm의 wire mesh를 사용하고 모든 지반에 대해서는 shotcrete의 강도를 높이고 자중에 의한 붕락방지를 위해서 2차로 Φ5x100x100mm의 wire mesh를 사용한다. wire mesh는 갱도의 안전성을 높이며 연걸식 wire mesh를 적용할 경우 인장강도가 높아 지보의 지지능력을 증대시킬 수 있다.

wire mesh는 형태에서 여러모로 발전되어 재료에 따라 인장강도 500~650N/㎟에 6~8mm 직경의 것 등 용도 미 연결 방식에 따라 여러 가지로 당양하고 shotcrete 보강용 으로는 wire mesh를 사용한다. 최근에 이르러 서구에는 wire mesh 대신 steel fiber를 사용하여 사이클 타임을 줄이기도 한다.

3 Rock Bolt(록볼트)

Rock Bolt는 주변 지반의 지보기능을 유효하게 활용하기 위한 주요 부재이다. 일반적으로 터널 상부에는 인장대, 측벽부에는 압축대가 형성된다. 이러한 경우 록볼트를 압축대에 타설 함으로써 지반과 숏크리트를 일체화시켜 아치대를 형성시키는 효과가 있다, 록볼트의 설계방법은 지반조건을 고려하고, 과거의 시공실적을 참조하여, 수치해석을 통해 적절한 설계로 한다.

Rock Bolt는 주요 지보재로서 shotcrete 타설 후 시공되는 것으로 그 작용효과는 지반 상태에 따라 달라진다. 즉 암반변위가 작은 경암지반에서는 변위가 암반 중에 존재하는 Joint에 따라 발생하려고 하므로 암괴가 붕락하지 않도록 암괴를 잡아주는 역할을 한다. 변형이 비교적 큰 연약지반에서는 볼트를 갱도천반에 조직적으로 설치하여 Ground Rock Arch를 형성하게 하여 암반 자체의 지지대를 이루게 되어 Bolt에 마찰력이 증가하여 갱도를 견고하게 지지하게 된다. 암반은 일축압축상태에서 삼축압축상태로 변화되므로 구조적으로 안정된 상태로 된다.

 

 

흙막이 가시설 (지보공) 공법의 종류 및 장단점 

 

흙막이 가시설은 흙막이에 추가적인 지지력과 안정성을 제공하기 위해 사용되는 구조적 안전성 보완 대책입니다.
흙막이 가시설은 일반적으로 흙막이 벽체에 가해지는 토압이 수동토압에 비해 커서 자립이 불가능한 흙막이 건설에 사용됩니다.

흙막이 가시설을 사용하면 벽의 안정성을 높이고 벽체에 작용하는 토압으로 인한 붕괴를 방지하는 데 도움이 됩니다.

 

1. 흙막이 가시설 공법의 종류 및 장단점

 

1) 스트럿 공법

스트럿 공법의 장점

흙막이 벽체가 상당한 주동토압을 견뎌야 하는 상황에서 벽에 대한 안정성과 지지력을 높일 수 있다는 것입니다.

육안으로 변형 및 부식 등 문제점 확인이 가능하고, 보수 보강이 용이합니다.

스트럿 공법의 단점

다른 가시설 공법보다 더 복잡하고 비용이 많이 든다는 것입니다.  또한 스트럿을 설치하는 과정에서 현장 부지의 활용도가 떨어지게 되며, 협소한 현장에서는 장비 혹은 자재를 야적할 장소가 부족해 집니다. 시공 자체도 시간이 많이 소요되므로 공사 비용과 일정이 늘어날 수 있습니다.

 

2) 레이커 공법

 

레이커 공법의 장점

레이커 공법은 시공이 비교적 간단하고 간단하며 최소한의 굴착 또는 토양 안정화 작업만으로 시공이 가능합니다.
특히 경사가 급하거나 토양이 불안정한 지역에서 레이커를 사용하면 흙막이 벽체를 추가로 지지할 수 있고 벽이 무너질 위험을 줄일 수 있습니다. 이 공법은 스트럿 공법에 비해 부재가 적게 소요되며, 작업 투입 인원 또한 적게 필요하기 때문에 다른 가시설 공법에 비해 상대적으로 저렴합니다.

레이커 공법의 단점

레이커의 각도가 너무 가파르면 효과가 떨어지기 때문에 높이가 일정 수준을 넘는 흙막이에는 적합하지 않습니다.
또한, 좁은 도로나 좁은 건설 현장과 같이 공간이 제한된 지역에서는 레이커를 설치하기 어려울 수 있습니다.
전반적으로 레이커 공법은 중소 규모의 흙막이 가시설로는 효과적이고 비용 효율적인 솔루션이 될 수 있지만, 더 크고 복잡한 프로젝트에는 적합하지 않을 수 있습니다.

 

3) 타이로드 공법

 

 

타이로드 공법의 장점
타이로드 공법은 흙막이에 높은 인장 강도와 안정성을 제공하므로 상당한 토압을 견뎌야 하는 벽에 적합한 옵션입니다.
이 공법은 작용 하중에 따라 유연하게 조정이 가능하며, 주변 토양이나 환경 조건의 변화에 따라 조정할 수 있습니다.
타이로드 공법은 비교적 설치가 쉽고 광범위한 굴착이나 토양 안정화 작업이 필요하지 않습니다.

 

타이로드 공법의 단점
타이로드 공법은 철근 또는 케이블의 비용과 설치에 필요한 특수 장비 및 인건비로 인해 다른 가시설 공법보다 비용이 많이 들 수 있습니다. 또한, 이 공법은 적용이 제한적이며, 굴착 시퀀스 혹은 작업 방식에 따라 적용 여부가 결정됩니다.

 

4) 어스앵커 공법

어스앵커 공법의 장점

어스 앵커 공법은 연약하거나 느슨하거나 조밀한 토양을 포함한 다양한 토양 유형에 적합합니다. 앵커가 땅속 깊숙이 설치되고 그라우팅을 한후 와이어를 긴장시켜 발생하는 인장력으로 지지력을 제공하기 때문입니다.

어스앵커는 내구성이 뛰어나고 오래 지속됩니다. 앵커는 일반적으로 고강도 강철로 만들어지며 부식 및 기타 환경 요인에 견딜 수 있도록 설계됩니다. 따라서 어스 앵커 공법은 내구성이 뛰어나고 오래 지속되는 솔루션입니다.

또한, 다양한 현장 조건을 수용할 수 있습니다. 어스 앵커 공법은 제한된 공간, 고르지 않은 지형 또는 기존 구조물과의 근접성 등 다양한 현장 조건에 맞게 조정할 수 있습니다. 앵커를 일정한 간격으로 설치하여 벽의 길이를 따라 지지할 수 있으므로 대형 흙막이 벽체를 건설하는 데 비용 효율적인 솔루션이 될 수 있습니다.

어스앵커 공법의 단점

어스앵커 공법의 시공은 전문 장비와 전문 지식이 필요합니다. 앵커를 설치하려면 전문 장비와 전문 지식이 필요하므로 프로젝트 비용이 증가할 수 있습니다. 또한 앵커 접지판을 부적절하게 설치하면 벽이 파손되거나 기타 안전 위험이 발생할 수 있습니다.

일부 토질에서는 설치가 어렵습니다. 어스 앵커 방식은 많은 토양 유형에 적합하지만 암반으로 구성된 지반에는 설치하기 어려울 수 있습니다. 이러한 경우 앵커를 설치하기 위해 드릴링 및 기타 특수 장비가 필요할 수 있으며, 이로 인해 프로젝트 비용이 증가할 수 있습니다.

어스 앵커 공법은 앵커의 배치가 벽의 위치와 방향에 영향을 미칠 수 있으므로 옹벽의 설계 옵션이 제한될 수 있습니다.

전반적으로 어스 앵커 공법은 옹벽 건설에 널리 사용되고 효과적인 솔루션이지만, 한계와 단점이 없는 것은 아닙니다. 흙막이 시공시 어스 앵커 공법을 선택하기 전에 특정 현장 조건, 프로젝트 요구 사항 및 잠재적인 단점을 고려하는 것이 중요합니다.

 

2. 결론

 

흙막이 가시설 공법을 선택할 때 가장 중요하게 고려해야 할 사항은 프로젝트의 현장별 조건과 요구 사항입니다.

여기에는 토질의 구성, 흙막이 벽체의 높이와 길이, 예상 하중과 압력, 잠재적인 환경 또는 안전 사항이 포함됩니다.

조밀한 토질의 경우 타이로드 공법, 느슨하거나 입상인 토질의 경우 레이커 공법 등 토양 유형에 따라 다른 안정화 방법이 더 적합할 수 있습니다. 마찬가지로 옹벽의 높이와 길이도 안정화 방법에 필요한 강도와 안정성에 영향을 미칩니다.

고려해야 할 다른 중요한 요소로는 각 방법의 비용, 미관, 실현 가능성 등이 있습니다. 

예를 들어, 어스 앵커 공법은 다른 공법보다 비용이 비쌀 수 있지만 높은 인장 강도와 내구성을 제공할 수 있습니다. 

마찬가지로 레이커 공법은 시각적으로 매력적이지 않을 수 있지만 짧은 옹벽에 비용 효율적인 솔루션이 될 수 있습니다.

궁극적으로 모든 관련 요소를 신중하게 고려한 후 선택해야 합니다.

또한 선택한 공법이 프로젝트에 적절하고 효과적인지 확인하기 위해 자격을 갖춘 엔지니어(토질 및 기초 기술사) 또는 설계사와 상담하는 것이 중요합니다.

----  잘 보셨으면  "좋아요" 부탁해요?  010-3816-1998. 감사함다. -----