저토피 구간을 통과하는 NATM 터널의 붕락 형태 및 원인 보강 방법

NATM터널이란?

New Austrian Tunneling Method의 약자로 1956년 오스트리아에서 개발되었고, 1962년 국제암반학회에서 처음 명명되었다.

암반 굴착 시 아칭효과를 이용해서 암반자체을 주지보재로 이용하는 공법이다. 굴착 시 보조지보재로 암반을 더욱 보강하여 안정화 시키며 지표면으로 부터 일정수준이상의 토피고를 확보해야 아칭효과와 더불어 하중을 분산시킬 수 있다.

 

NATM 터널의 붕락형태

NATM 터널의 굴착방법은 폭약을 사용한 폭파로 주변 지반을 이완시키고 활동하게 만든다. 이를 방지하기 위해 보조지보재로 보강하는데 보강시기의 지연 및 방법의 부적절등으로 인해 붕락이 발생하기도 한다.

1. 굴착 단계에서의 붕락

• 굴착과 동시에 원지반은 이완되면 변위가 발생한다. 이 과정에서 신속히 보강을 실시하지 않으면 천단부나 측벽쪽 암반이 탈락할 수 있다.
• 굴착 진행중 지질이상대나 파쇄대, 절리, 단층 등 연약층을 통과한다면 상당한 규모의 여굴이 발생할 수 있고 굴착계획선을 벗어난 붕락형태로 이어질 수 있다.
• 벤치부 길이가 과다하여 붕락이 발생하기도 한다. 양호한 지반에서는 보통 50m, 불량한 지반에서는 10~30m 정도의 길이로 굴진하는데 지반 특성을 고려하지 않은 과도한 벤치부 길이는 붕락의 원인이 될 수 있다.

2. 지보재 시공 후 붕락

• 굴착 후 신속히 지보재로 보강을 실시하는데 암반의 특성을 고려하지 않은 지보방식으로 지보 후에도 붕락이 일어날 수 있다.
• 지보재의 종류로는 숏크리트와 와이어메쉬, 강관, 록볼트, 폴 폴링(fore poling) 등ㅇ 있다. 터널의 규모와 형식, 배수 및 비배수형식의 조건에 따라 적절한 지보 방식을 선택해야 한다.

3. 라이닝 콘크리트 타설 후 붕락

• 터널을 보조 지보재로 보강 후 최종 라이닝 콘크리트로 마감하는데 라이닝 콘크리트 경화 후 붕락이 일어날 수 있다.
• 라이닝 콘크리트의 강도가 부족하거나 굴착 중 지하수의 과다 유입으로 인한 수압, 양생 과정에서의 부적절 이유 등을 근거로 붕락이 발생한다.

4. 인버트 폐합 후 붕락

• 인버트는 터널의 바닥면으로 폐합이 되면 대부분의 터널 공정을 마무리 된 것으로 보는데, 폐합 후 터널이 붕락했다는 것은 터널 조사 및 설계의 부적절, 불량 시공, 건설 자재의 품질 불량등이 원인 될 수 있다.
• 인번트 폐합 후 붕락이 발생 된다면 붕락이 발생한 특정 구간을 전면 해야하는 등 상당한 비용과 시간이 발생하기 때문에 충분한 조사와 지반 특성에 맞는 터널 설계와 시공이 이루어져야 한다.

 

터널 붕락의 보강 공법

1. 굴착단계에서 붕락 시

• 암반의 변위 발생 정도를 파악하여 신속히 지보재로 보강한다.
• 숏크리트 타설 장비는 즉시 사용할 수 있도록 굴진면에서 근거리에 배치하며 타설 재료 역시 공급이 끊기지 않도록 수급관리에 만전을 기한다.
• 굴착 계획을 철저히 하여 막장면을 분할 굴착하고 벤치길이도 수정한다.

2. 지보재 시공 후 붕락 시

• 지보 방식을 변경 하거나 특정 연약대나 불연속면을 집중 보강한다.
• 지보재의 품질 관리를 철저히 하며 즉시 지보재를 시공할 수 있도록 준비한다.
• 숏크리트의 재료가 되는 시멘트가 풍화되지 않도록 하며, 배합과 시공시 시방서를 준수한다.
• 록볼트 긴장 후 즉시 그라우팅하여 정착한다.
• 강재 지보의 경우 강재가 산화하여 녹슬지 않도록 자재관리에 신경쓴다.
• 지보와 동시에 계측기를 설치하여 원지반의 활동여부를 수시로 체크한다.

3. 라이닝콘크리트 타설 후 붕락 시

• 붕락이 발생 한 특정구간의 라이닝 콘크리트를 제거하고 추가 보강한다.
• 고강도 콘크리트를 타설하고, 습윤양생을 통해 건조수축균열 등 초기 균열 관리에 주의를 기울인다.
• 균열 발생시 즉시 주입이나 충전공법으로 보강하며 균열 진행여부를 정기적으로 관찰한다.
• 지하수가 계속 유입된다면 배수펌프를 통해 배수를 진행하고 차수공법을 통해 지하수가 유입되지 않도록 한 후 콘크리트를 타설한다.