대표적인 터널굴착 공법에 대해 알아보자

대표적인 터널굴착 공법(개략)

 

1. NATM공법(New Austrian Tunneling Method)

 

(1) NATM 공법의 개요

① NATM은 암반거동의 과학적 관찰에 따른 시공기법으로서 락볼트(Rock Bolt), 뿜어붙임(Shotcrete)이 지보의 주류를 이루는 터널 굴진 공법이다.

② 즉, 락볼트(Rock Bolt)와 뿜어붙임(Shotcrete) 콘크리트가 지보의 주류를 이뤄 암반의 강도 저하를 최대한 억제하며, 암반이 원래 갖고 있는 내하능력, 즉 지지력을 적극적으로 활용하면서 현장 계측 및 관리를 바탕으로 하여 터널을 굴진하는 방법

③ 도입 당초의 팽창성 지반, 연암지반 등 소위 나쁜 지반으로부터 경암 및 미고결 지반이나 도시부 홍적층에 이르기까지 그 적용범위가 넓어지고 있다.

(2) NATM의 특징

① 암반의 이완 억제

▪ NATM에서는 굴착 후 바로 뿜어붙임 콘크리트를 암반에 밀착시켜 시공하므로 풍화나 약화에 따른 암반의 변형, 이완을 최소한으로 억제할 수 있음.

② 라이닝 배면의 공극발생 억제

▪ 쏠장과 암반 사이에 공극이 남는 재래식 공법과는 달리 암반과 밀착된 라이닝 콘크리트 타설이 가능하여 공극 발생이 거의 없음.

③ 암반의 내하능력 증대

▪ 뿜어붙임 콘크리트, 록볼트 등에 의해 암반의 굴착면에 구속압을 부쳐 함으로써 암반의 내하능력을 증가시킬 수 있음

▪ 뿜어붙임 콘크리트에 틈새를 만들어 암반의 변형을 어느 정도 허용하여 터널의 안정화가 가능함.

④ 터널의 지수성 증가

▪ 뿜어붙임 콘크리트와 라이닝 사이에 방수시트 등을 삽입함으로서 터널의 지수성을 높일 수 있음. (한냉지의 동결피해, 고드름 발생 억제 가능)

⑤ 조절발파

▪ 통상 한 번의 발파가 아닌 순간적인 발파 순서를 정해 암반과 대기와의 접촉 면적을 넓힘으로써 발파 효과를 높인다.

(3) NATM의 적용한계

① 용수량이 많은 지반

② 용수에 의하여 유사(流砂)현상을 일으키는 지반

▪ 즉, 용수 때문에 뿜어붙임 콘크리트 시공이 곤란한 경우

③ 암반이 파쇄되어 록 볼트의 설치가 현저하게 곤란한 경우

④ 막장이 자립하지 못하는 암반

(4) 주요 용어 정리 ☞ 필수 숙지 사항

① 여굴 : 발파로 인해 필요 이상으로 생성된 터널의 빈 공간. 설계선을 벗어나 굴착된 것으로 화약의 낭비, 여분의 버력 반출, 콘크리트 충진량의 증가 등을 초래하여 공사비용을 상승시킴.

② 록볼트(Rock Bolt) : 절리 등으로 분리된 암괴의 붕괴를 방지하고 암반을 일체화시키기 위해 암반에 박아 넣는 볼트. 일종의 봉합작용 및 지반의 보강작용을 위함.

③ 쇼크리트(Shotcrete) : 숏크리트란 압축공기를 이용하여 굴착된 지반면에 뿜어 붙여지는 모르터 혹은 모르터와 시멘트 등으로 혼합된 일종의 콘크리트를 말함. 공기압으로 분사하여 굳힘으로써 여굴 등을 채우고 약화된 암벽을 보호함.

④ 지보재 : 터널의 굴착으로 발생하는 새로운 응력 상태에 대하여 터널 및 주변지반의 안정성을 유지시켜 주는 역할을 담당. 주지보재(강지보재, 록볼트, 숏크리트, 철망 등)와 보조지보재(휘폴링, 막장면 록볼트 등)로 구성

⑤ 그라우팅공법 : 주입재를 지반에 주입시켜 지반의 강도증진, 지수성 증진, 변위억제 등을 유도하여 구조물을 보호하고 시공의 용이성, 안정성을 도모하는 것.

 

2. TBM공법(Tunnel Boring Machines)

 

(1) TBM 공법의 개요

① TBM 공법이란 말 그대로 기계를 이용해 터널을 굴착해 나가는 공법을 말한다. 적합한 회전식 굴착기계(직경 3~15m내외 원통형)를 이용하므로 장비에 따라 아주 양호한 암반으로부터 불량한 암반까지 그 적용이 가능하나 장비가 거대하고 비싼 것이 흠이다. 1차로 굴착된 터널은 원형이며 그 효율성을 높이기 위해 2층으로 차로를 설계하기도 한다.

② 시추기의 비트(bit)에 해당하는 컷터해드는 암반을 연마시켜 갈아내기 보다는 회전하면서 손바닥만한 크기로 암반을 뜯어낸다고 하는 표현이 더 옳을 것이다. 보통 컷터헤드는 다이아몬드로 이루어져 있으며 이런 이유로 컷팅장비들의 유지비가 높은 편이다.

③ 굴착기계는 크게 Open TBMs와 Shielded TBMs로 나뉘며 그 형태와 기능에 따라 더 세부적으로 분류된다. 따라서 TBM 공법은 어떤 지질조건에서 어떤 TBM을 투입시키는가에 대한 선택의 문제가 중요하다고 할 수 있다.

(2) TBM 공법의 장단점 (발파공법의 장단점과 비교)

[장점]

▪ 소음, 진동, 비산에 따른 민원이 거의 없음

▪ 여굴 등을 처리하기 위한 2차 작업이 상대적으로 적음

[단점]

▪ 장비가 무척 비쌈(통상 수백억원대)

▪ 지질조건에 따른 선택의 폭이 적음.

TBM 공법의 경우 장비를 잘못 들여놓으면 지하에 파묻히는 불상사도 발생할 수 있다. 그럼에도 한 번 투입시켜 문제만 발생하지 않으면 하루에도 수십m를 전진할 수 있으므로 비용대비 효율에 있어 더 유리한 경우가 많다고도 볼 수 있다. TBM 공법은 아직까지는 우리나라에서는 크게 활성화 되지는 않았지만 앞으로 그 적용 분야는 더욱 확대될 것으로 보인다.

 

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