터널의 계측 관리 (터널 표준시방서_국토부)

>터널 계측의 목적

1. 터널 주변 지반의 거동을 파악

2. 지보공의 효과 확인 및 대처계획 수립

3. 암반의 구조적 안정상태 확인

4. 근접 구조물의 안정성 확인

5. 축전된 계측자료로 다른 공사의 공정계획 수립에 활용

6. 설계, 시공의 경제성 및 안전성 도모

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>계측계획의 수립

1. 설계 시 작성된 계획을 검토하고 현장여건을 반영한 상세한 계측수행 및 분석계획을 작성하고 감독원의 승인을 득한다.

2. 설계 시 수립된 계측계획은 시공 시 확인되는 현장여건, 지반상태 및 초기 계측결과 등에 근거하여 필요한 경우 보완하여 적용한다.

3. 계측은 일상적인 시공관리를 위한 일상계측과 지반거동의 정밀분석을 위한 정밀계측으로 구분하여 계획을 수립한다.

4. 일상계측의 항목

• 터널 내·외 관찰조사
• 내공변위 측정
• 천단침하 측정
• 지표침하 측정 (토피가 상대적으로 얕은 도심지 경우)

5. 정밀계측은 지반조건이나 주변여건에 따라 지반 및 구조물의 거동을 보다 상세히 관찰할 목적으로 일상계측에 추가하는 항목

• 지중변위 측정
• 락볼트 축력 측정
• 숏크리트 응력 측정
• 강지보응력 측정
• 지중침하 측정

6. 지상에서 수행하는 지표 및 지중침하 측정은 토피의 높이나 지상시설물의 유무에 따라 가감하거나 생략할 수 있다.

7. 측정은 실제 노출되는 지반의 상태나 초기 계측결과를 근거로 설치간격이나 위치 등을 조정할 수 있다.

8. 터널의 시공 영향권 내에 특별한 관리가 요구되는 구조물이 있을 시

• 지반 수평변위
• 시설물경사도
• 균열폭
• 지하수위
• 막장면(굴진면) 선행변위
• 발파진동 및 소음측정

9. 제반 여건상 장기적인 안전관리가 필요하여 계측기기를 설치하는 경우에는 준공 시 발주자에게 모든 사항을 서면으로 이관하여 시설물 운영시에 정기적인 계측이 가능하도록 해야 한다.

10. 장기간 터널공사 중지 시에는 별도의 계측계획을 수립하여 터널의 이상 유·무를 확인해야 한다.

11. 해저 및 하저터널 계측항목의 선정은 육상터널에 적용된 계측항목을 준용하되, 추가적으로 해수 및 유수의 유입 가능성과 유입량을 판단할 수 있는 계측기를 추가한다.

12. 해저 및 하저터널 공사 시 계측센서에 대한 부식 가능성이 존재하므로 선정된 계측센서와 계측기기는 내구성을 확보해야 한다.

13. 해저 및 하저터널은 지반 조사 결과 분석된 기반암의 형태와 지반조건을 고려하여 계측위치를 선정한다.

14. 연직갱 굴착 시 지표침하의 영향범위를 검토하여 지표침하 및 지중변위 계측을 수행한다.

 

>계측기기의 선정

1. 설치, 측정 및 유지관리가 용이하고 측정기간 동안의 내구성이 유지되어야 한다.

2. 계측기기는 계측목적에 부합한 정확도를 가져야 한다.

3. 측정 시스템은 측정의 편리성, 측정기간 및 빈도, 측정방법, 기기의 호환성 및 경제성 등을 고려하여 구성하여야 한다.

4. 자동측정기기의 경우 이상 작동에 대비하여 수동측정이 가능하도록 대비해야 한다.

5. 계획된 계측 수행기간동안 소요성능을 유지해야 하며, 필요하다면 교체가 가능한 계측기기를 고려할 수 있다.

 

>계측기기의 보정

1. 계측기기는 설치 전·후에 작동성능을 검사하고 필요시 보정해야한다.

2. 측정시스템은 주기적으로 이상 유무와 정확도 등을 점검해야 한다.

3. 계측수행 중 계측치가 특이하게 변화되는 경우 계측기기의 이상 유무를 확인하고 필요한 조치를 강구해야 한다.

 

>계측기기의 설치

1. 계측기기는 지반 또는 지보재와 확실하게 부착되어 그 지점의 지반 또는 지보재의 거동을 정확히 측정할 수 있도록 설치해야 한다.

2. 계측기기 설치는 굴착 직후, 지보재 설치 직후에 막장면과 근접하여 설치해야 하며 터널 외부에 설치하는 계측기기는 터널의 굴착 영향이 측정위치에 미치기 전에 설치하여 초기치 측정을 완료해야 한다.

3. 계측기기 설치는 제작사가 제공한 지침서를 준수하여 절차에 따라 정확하게 설치해야 한다.

4. 설치된 계측기기는 공사 또는 기타의 영향으로 부터 손상되지 않도록 보호해야 한다.

5. 지중에 매설되는 계측기기는 지반의 교란을 최소화활 수 있는 천공장비를 사용하여 설치한다.

 

>계측기기의 관리

1. 계측기기는 성능보존 및 계측결과의 신뢰성 확보를 위해 제작사가 제시한 방법과 절차에 따라 관리해야 한다.

2. 발파 또는 기타의 이유로 계측기가 손상되었을 경우에는 손상 계측기 인접부에 계측기를 재설치한 후 계측을 계속 수행해야 한다.

 

>계측의 수행

1. 계측의 수행과 관리는 계측전담반에 의해 수행되어야 한다.

2. 계측책임자는 계측기기의 특성과 터널굴진에 따른 지반 및 지보재의 거동을 이해할 수 있는 건설관련분야의 기술자여야 한다.

 

 >계측결과의 정리 및 분석

1. 모든 계측결과 기록지에는 사업명, 위치, 터널명, 측정, 계측항목, 계측위치, 측정일시, 측정자 등을 기재해야 한다.

2. 계측결과는 정해진 양식 자료에 맞게 계측 항목별로 별도로 정리하고, 계측치 변화경향을 신속히 파악할 수 있는 그래프 형식으로 관리한다.

3. 계측결과의 분석은 지반거동을 이해하고 터널건설에 경험이 풍부한 건설 관련분야의 기술자에 의해 수행되어야 한다.

4. 계측결과는 해당 현장 또는 유사 현장에서 수행한 수치해석 결과, 경험치, 타계측 결과 및 현장지반조건 등을 참조하여 분석하며, 계측치의 절대변화량 및 변화속도 등을 참고하여 안정성을 평가한다.

5. 계측분석 결과 터널의 안정성에 영향이 있다고 판단되는 경우에는 이에 대한 응급조치를 하고, 그 원인을 규명하여 항구적인 대책을 강구해야 한다. 이를 위해 시공책임자는 시공자와 감독원, 계측전담반 등 공사관계자가 서로 유기적으로 공조할 수 있는 응급조치 조직 및 대응체계를 공사착공 전 수립해야 한다.

 

> 계측기기 별 측정

1. 지표 및 지중침하 측정

• 터널상부 토피가 얕고 지표상에 지반의 연직변위로 인하여 피해를 입을 구조물이 있는 경우에 지표 및 지중침하를 측정해야 한다.
• 지표침하는 ±1.0mm 이내의 오차를 유지할 수 있는 수직침하계 또는 수준측량 등으로 측정하며, 터널 내에서의 천단침하 측정과 동일한 수준점을 사용하여 측정결과의 상호 비교가 가능하도록 해야 한다.
• 지중침하는 반드시 지표침하 측정과 함께 시행되어야 하며, 지표침하 측정과 동일한 정확도로 심도별 지반의 연직변위 양상을 확인할 수 있도록 해야 한다.
• 설치위치는 터널 상부의 지표 또는 지중으로써 지표면과 조건, 지반상태, 터널의 규모, 시공법 등에 따른 터널굴진의 영향 범위를 고려하여 선정한다.
• 지표침하 측정이 필요한 경우에는 측점을 터널 중심선상의 지표면에 배치하고 터널 축에 직각방향으로 여러개의 측정을 거리별로 배치한다. 이 때 가장 바깥쪽 측점은 가능한 한 부동점이 되게 한다.
• 지표침하의 횡방향 측정범위는 터널하부 좌우 모서리에서 연직선과 45도를 이루는 선들로 포함된 지표부로 하며, 5~10m 간격으로 측정을 실시하여 횡단방향의 침하곡선이 작성될 수 있도록 한다.
• 지중침하계는 침하양상을 심도별로 측정할 필요가 있는 곳이나 주요 구조물 하부지반 등 특별한 계측관리가 필요한 지점에 설치한다.

 

2. 내공변위 및 천단침하 측정

• 굴착에 따른 터널 벽면의 변위를 측정하여 터널거동을 파악하고 안전시공을 도모하기 위해 내공변위 및 천단침하량을 측정한다.
• 내공변위 및 천단침하 측정의 오차는 ±1.0mm 이내이어야 한다.
• 천단침하 측정은 터널 외부에 설치한 수준점을 기준으로 측정하여 지표침하량과 상대비교가 가능하도록 해야 한다.
• 내공변위 및 천단침하 측정 시 측정단면은 20m 간격을 표준으로, 갱구부 50m구간과 토피가 터널직경의 2배 이하인 구간은 10m 간격을 표준으로 한다.
• 측선의 배치는 전단면 굴착의 경우 3측선, 반단면 굴착의 경우 4측선 또는 6측선을 표준으로 한다.
• 내공변위 및 천단침하 측점은 실링 숏크리트가 타설된 직후 설치하고 다음 막장면의 굴착이 진행되기 전에 초기치를 측정하여 터널굴진에 따른 변위를 최대로 측정할 수 있도록 해야 한다.

 

3. 지중변위 측정

• 지중변위계는 터널굴착면 주변지반의 심도별 반경방향 변위를 측정하기 위해 설치하며 계측결과로부터 지반이완 영역의 범위를 확인한다.
• 지중변위계의 측점은 지반에 확실하게 고정되어서 지반변위가 충분히 반영되도록 설치해야 하며, 측정 오차의 한계는  ±1.0mm 이내이어야 한다.
• 지중변위계의 측선의 간격은 500m 간격으로 배치하는 것을 표준으로 하되, 터널의 규모나 지반 및 주변 조건 등에 따라 조정할 수 있다. 
• 측정단면의 좌우 측벽부 및 천장부 등 3개소에 3~5 측점의 심도별 다중측점 지중변위계를 설치한다.
• 지중변위계의 측점은 터널 벽면에서 터널직경의 0.5배 범위 또는 예상되는 이완영역을 포함하는 범위까지 배치해야 한다.
• 지중변위계는 1차 숏크리트가 타설된 직후 설치하고 다음 막장면 굴착이 진행되기 전에 초기치를 측정하여 터널굴진에 따른 변위를 최대로 측정할 수 있도록 한다.
• 측정기간은 계측기기 설치 후부터 변위의 수렴이 확인될 때까지로 한다. 단, 변위가 수렴되었다고 판단된 경우에도 최소 30일 동안은 변위 수렴상태가 유지되고 있는지를 확인한다.

 

4. 락볼트 축력측정

• 터널반경방향의 변위에 수반하여 발생하는 락볼트의 축력을 측정하여 락볼트의 지보 효과를 확인하기 위해 설치한다.
• 정확도는 1kn 이상이어야 한다.
• 지중변위, 숏크리트 응력, 내공변위 및 천단침하측정 단면과 동일한 단면에 설치한다.
• 실제 락볼트 설치위치에 동일한 방법으로 설치하여 측정하며, 측정단면의 좌우 측벽부  및 천장부 등을 포함하는 3~5개의 측정용 락볼트를 설치한다.
• 축력 측정용 락볼트는 측점 간격이 1.0m 이어야 한단.
• 1차 숏크리트가 타설된 직후 설치하고 지반과 확실히 부착된 후 다음 막장면 굴착이 진행되기 전에 초기치를 측정하여 터널굴진에 따른 축력변화를 최대한 측정할 수 있도록 한다.

 

5. 숏크리트 응력측정

• 숏크리트의 응력을 측정하여 허용응력과 비교함으로써 부재의 적정성을 확인하기 위하여 설치한다.
• 숏크리트 응력계는 10kpa이하의 오차범위를 가져야 한다.
• 지중변위, 락볼트 축력, 내공변위 및 천단침하 측정 단면과 동일한 단면에 설치한다.
• 측정단면의 좌우 측벽부 및 천장부 등을 포함하는 3~5개소에 설치해야 한다.
• 측정빈도는 동일 단면에 설치된 내공변위 및 천단침하 계측기의 측정 빈도와 같다.
• 측정기간은 계측기기 설치 후부터 변위의 수렴이 확인될 때까지로 한다. 단 변위가 수렴되었다고 판단 될 경우에도 최소 30일 동안은 변위 수렴상태가 유지되고 있는지 확인한다.