2020

도 로 설 계 요 령

AN01145-000145-12

발 간 등 록 번 호

제4권 터널

 

터 널

제 9 편 터널

제 9-1 편 터널 본체

제 9-2 편 터널 환기

제 9-3 편 터널 조명

제 9-4 편 터널 방재

제4권

 

제 9-1 편 터널 본체

 

제9-1편 터널 본체

91

4.1 설계 일반 [KDS 27 20 00 터널 굴착, 1. 일반사항]

굴착은 터널의 안정성, 경제성, 공기 등을 결정하는 중요한 요소이므로, 터널 노선이 통과하는 지역의

지반조건과 지형 및 주변여건, 터널 단면 형상 및 크기, 지장물 및 지상구조물의 허용변위 한계, 공사

기간, 사용 가능한 굴착장비, 경제성 및 시공성, 민원 등을 종합적으로 검토하여 적절한 굴착방법 및

굴착공법을 결정해야 한다.

터널을 굴착하게 되면 주변 지반의 응력 변화가 발생됨에 따라, 변위가 증가하게 되고, 응력

및 변위에 의하여 터널의 안정성에 영향을 미친다. 지반조사의 한계로 인하여 실제 지반을

정확히 예측하기는 불가능하므로 시공할 때시 현장 여건 변화에 능동적으로 대처할 수 있도

록 설계 단계에서 구체적으로 굴착공법을 계획해야 한다. 굴착 설계를 할 때 검토해야 하는

사항은 다음과 같다.

? 실제 지반 조건을 고려하고, 현장여건 변화에 대처할 수 있는 방안도 상세히 제시해야 한다.

? 종방향 및 횡방향 굴착방법이 상세히 제시되어야 한다.

? 지보 설치 순서와 작업 공종 및 사이클 타임이 명시되어야 한다.

? 가인버트 설치 시 구조적으로 양호한 형상이 되어야 하며, 장비 운행에 따른 손상이 발생하

지 않도록 설계해야 한다.

? 가인버트나 인버트의 링폐합 시기를 명기한다.

? 링컷 공법의 경우 지지 코아의 크기는 막장의 안정성 및 작업 공간 확보를 고려하여

결정해야 한다.

터널 굴착은 크게 굴착방법과 굴착공법으로 대별된다. 굴착방법은 막장의 지반을 굴착하는

수단을 말하며, 인력 굴착 · 기계 굴착 · 파쇄 굴착 · 발파 굴착 방법 등이 있다. 굴착공법은

막장면 또는 터널 길이 방향의 굴착 계획을 총칭하는 것으로서, 전단면 굴착방법 · 분할 굴착

방법 · 선진도갱 굴착방법 등이 있다.

상기 정의에 따르면 굴착방법은 어떠한 수단으로 터널을 굴착할 것인가(굴착 수단)를 말하는

4. 굴착 및 발파패턴의 설계

[KDS 27 20 00 터널 굴착]

제4권 터널

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것이고, 굴착공법은 이러한 굴착 수단을 이용하여 어떻게 굴진해 나갈 것인가(굴진방법) 하는

계획을 의미한다.

4.2 굴착방법 [KDS 27 20 00 터널 굴착, 4.1 굴착방법]

굴착방법에는 기본적으로 인력 굴착 · 기계 굴착 · 발파 굴착 · 파쇄 굴착 등이 있으며, 2가지 이상의

방법을 혼용하는 경우도 있다. 굴착방법은 기본적으로 지반 조건을 우선 고려하고 터널 단면 및 연장

에 따라 경제성을 검토한 다음 주변 시설물과 환경영향을 고려하여 선정하는 것을 원칙으로 한다.

굴착방법을 선정할 때에는 다음 사항을 고려해야 한다.

? 원지반이 본래 가지고 있는 지보 능력을 최대한 보존할 수 있으며, 안정성, 경제성 및

시공성이 우수한 굴착방법을 채택해야 한다.

? 지반조건, 지하수 유입정도, 굴착단면의 크기와 형태, 터널 연장, 근접 구조물 유무와 주변

환경영향(진동, 소음 및 지표 침하 등), 보조공법의 적용성을 고려해야 한다.

? 굴착방법의 선정은 지반조사 성과를 분석ㆍ평가하여 결정할 수 있으며, 특히 시공성을

고려한 탄성파속도를 기준으로 결정할 수 있다.

NO

YES

형상 불규칙

지반조건

암반층 토사, 연약층

터널 연장을 고려한

공기 및 공사비 검토

지반 자립 가능 여부

선형검토

(최소 곡선반지름에

따른 적용성 검토)

단면형상 검토

기계굴착(Open TBM) 발파굴착(NATM) 기계굴착(Shield TBM)

<그림 4.1> 굴착방법 선정 흐름도

(1) 인력 굴착

인력 굴착에 사용되는 장비에는 착암기, 소형브레이커와 같은 개인 휴대용 소형기계 장비에

서 곡괭이 · 삽 · 정 · 끌 등과 같은 인간의 근력에 의존한 모든 장비가 포함된다. 최근에는 터

제9-1편 터널 본체

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널굴착 공정에서 인력 굴착이 잘 적용되지 않고 있으며, 그 이유는 인건비 상승, 터널굴착

장비의 보급, 지반 보강 기술 발달을 들 수 있다.

따라서, 다음과 같이 인력 굴착이 적용되는 조건은 현장 공사 조건상 굴착 및 보강 공사 장비

의 갱내 반입이 곤란한 경우로 제한된다.

(가) 토사 지반의 인력 굴착

단면이 비교적 큰 터널에서 대형 굴착 및 보강 장비의 사용이 곤란한 경우에는 높이 1.5

m 내외, 폭 수 미터 정도의 소단면을 이용한 분할굴착을 통하여 막장 안정을 도모할 수

있다. 또한 전력구, 통신구, 공동구 등과 같이 단면 폭이 수 미터에 불과한 소형 단면에서

는 인력 굴착을 적용할 수 있다. 토사 지반의 인력 굴착은 소형브레이커, 삽, 곡괭이 등이

적용된다.

(나) 발파진동 감소를 위한 인력 굴착

시설물이 근접해 있는 경우 발파진동의 제한으로 인해 심발, 확대와 같은 체계적인 패턴

발파가 곤란하므로 착암기, 소형브레이커를 이용한 인력 굴착이 적용될 수 있다. 파쇄굴

착 방법이 적용될 수도 있으나, 굴착량이 적고 공사기간에 여유가 있는 경우에는 인력

굴착이 경제적일 수도 있다. 인력 굴착 시 암반이 매우 단단한 경우는 국부적으로 발파를

수행하여 느슨해진 암반을 브레이커로 굴착할 수도 있다.

(다) TBM(Tunnel Boring Machine) 굴진이 어려운 경우의 인력 굴착

Open TBM 굴진 시 파쇄대 등에 의하여 막장부의 붕락이 발생하는 경우에는 헤드로 인

하여 대형 장비의 진입이 곤란하다. 이러한 경우 헤드를 후진시킨 후 굴진 전면부 공간에

인력을 투입하여 굴착 및 보강공사를 수행한다.

(2) 기계 굴착

기계 굴착은 일반적으로 토사 ~ 연암의 지반에서 적용 가능한 것으로 평가되고 있으며, 각

굴착 장비별 특징은 다음과 같다.

(가) 쇼벨(shovel) 굴착

쇼벨은 백호(backhoe) 또는 굴삭기라고도 하며, 가장 일반적인 기계 굴착장비로서, 굴착

에서 상차 및 바닥면 고르기까지 다양한 용도로 사용된다. 비교적 느슨한 토사는 굴착이

제4권 터널

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가능하나, 풍화토 이상에서는 굴착 속도가 느리다.

(나) 브레이커 굴착

브레이커 굴착은 굴삭기 선단에 브레이커를 장착하여 굴착하는 방법으로, 터널 굴착 장

비 중에서 가장 일반적인 장비로서, 초기투자비가 낮으며, 토사에서 풍화암까지 굴착이

가능하다. 그러나 굴착 속도가 다소 느리고, 소음 및 진동의 크기는 발파에 비하여 작으

나 지속시간이 긴 단점이 있다.

(다) 로드 헤더 굴착

로드 헤더는 임의의 형상의 터널 단면을 굴착할 수 있는 터널 전용 굴착장비로서, 전방의

커터헤드에 많은 픽(pick)이 부착되어 있으며, 전방 하부에는 버력을 모으는 장비가 부착

되어 있고, 장비 후방까지는 컨베이어 벨트가 설치되어 있다. 커터 헤드의 회전에 의하여

굴착이 이루어짐과 동시에 후방으로 버력이 반출되기 때문에 버력 상차 시간이 절감되어

굴착 속도가 매우 빠르다. 다만, 연암 이상의 지반에서는 픽 소모량이 많아 경제성이 저

하된다. 또한, 굴착 시 분진이 많이 발생하기 때문에 작업원 위생을 위하여 환기 및 살수

설비가 필요하다.

(라) TBM 굴착

전단면 굴착기에 의한 완전 기계화된 공법으로, 원추형의 굴삭기가 앞에서 회전하여 터

널을 굴착하며, 발생 버력은 자동 운반된다. 일반적으로 연암 ~ 경암의 지반에서는 Open

TBM이 적용되며, 토사 ~ 풍화암의 지반조건에서는 쉴드 TBM이 적용된다. TBM 굴착을

검토할 경우, 적용 직경의 TBM 국내 보유 현황 및 도입 가능 여부를 조사하여 경제성을

검토해야 한다. 또한 TBM 장비의 조립 및 부대 장비의 설치에 필요한 공간을 확보할

수 있도록 해야 하며, TBM 특성에 따른 선형 및 단면 계획을 수립해야 한다.

TBM 굴착에 대한 자세한 설계요령은 13. TBM 터널과 14. 쉴드 터널을 참조한다.

(3) 발파 굴착

발파공법은 터널의 용도에 맞는 공간 확보를 위하여 암반의 안정성과 자립력을 유지시키면서

경제적이고 효율성 있게 굴착하기 위하여 폭약을 이용하는 굴착방법으로, 발파 계획을 수립

하는데 있어서는 사전에 조사된 지반 조건과 자립 시간 등을 기초로 하여 미리 정하여진 굴착공

법과 지보형식 및 간격 등을 고려하여 발파굴진장, 심발공의 형태, 발파공의 배치, 기폭방법, 장약

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량 등의 발파패턴을 계획한다.

설계할 때 고려해야 할 주요 사항은 다음과 같다.

? 발파 굴착은 경제성과 시공성은 양호하나 진동과 소음 등이 수반되기 때문에 지반 조건

또는 주변 여건에 따라서 적용 여부를 결정해야 한다.

? 발파 설계는 지반 조건을 고려하여 발파 진동으로 인한 터널 주변 지반의 이완영역을 최소

화하며, 평활한 굴착면이 형성되고 버력의 크기가 적재 및 운반에 적합하도록 수행되어야

하며, 굴착 단면의 크기 및 형상, 심발 형식, 심발공, 발파공 및 주변공의 직경 · 배치 ·

각도 및 천공 깊이, 화약 종류 및 장약량, 뇌관의 형식, 발파 순서, 현장 시험발파 계획

등과 같은 사항을 포함해야 한다.

? 발파 설계 시에는 발파 진동이나 소음이 주변 환경에 미치는 영향을 고려하여 대책을 수립

해야 하며, 엄격한 진동 규제를 필요로 할 때에는 방진 대책을 제시하거나 미진동 파쇄를

검토해야 한다.

? 주변에 발파 진동으로부터 보호해야 할 시설물이나 구조물이 있는 경우, 대상 시설물 위치

에서의 발파 진동 허용치를 준용하여 설계해야 한다. 단, 진동에 아주 민감한 특정 시설의

진동 규제치는 해당 시설의 규제치를 기준으로 설계해야 한다.

? 발파 지점 주변의 주민에 대한 생활공해방지를 위한 발파 진동 허용치는 환경부 제정 ?진동

과 소음에 관한 규정? 을 준용한다. 단, 가축사육장 및 양식장, 정밀기계공장 등에 대한 인

접 공사의 경우에는 해당 전문가의 자문을 얻어 발파 진동 허용치를 정해야 한다.

발파공법에 대한 자세한 설계 요령은 4.4절을 참조한다.

(4) 파쇄 굴착

파쇄 굴착은 정적 파쇄와 동적 파쇄로 나눌 수 있다. 정적 파쇄로는 유압에 의한 팽창력, 경

질 우레탄 고내압 튜브의 팽창을 이용하여 암반에 균열을 발생시키고, 브레이커나 백호를 이

용하여 굴착하는 방법으로서, 국내에 많은 공법들이 개발되어 있다. 동적 파쇄는 미소 충격력

으로 자유면을 확장시키는 방법으로서, 미소 충격력 발생 방법에 따라 많은 공법들이 개발되

어 있다. 이들 파쇄 굴착공법은 진동, 비산석의 발생은 적지만 2차 파쇄를 위하여 대형 브레이

커를 사용해야 하므로 연속적인 기계 소음 발생이 클 수 있고, 공사 효율성, 공사비 증가 문제

등을 가지고 있다. 따라서 불가피하게 파쇄 굴착을 적용해야 하는 경우에는 계획을 수립할

때 기계 소음 및 2차 파쇄로 인한 소음에 의한 영향들을 반드시 고려하여 수립해야 한다.

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4.3 굴착공법 [KDS 27 20 00 터널 굴착, 4.2 굴착공법]

터널의 설계 및 시공 시 굴착공법의 결정은 터널의 안정성 · 경제성 · 공기 등을 결정하는 중요한 요소

이므로 터널 단면의 크기, 막장의 자립성, 원지반의 지보능력 및 지표 침하의 허용값 등 제반 여건을

충분히 고려하여 결정해야 한다.

굴착공법은 아래 표와 같이 분류되며, 크게 전단면 굴착과 분할 굴착으로 구분된다. 그리고

분할 굴착은 다시 상 · 하반 분할(수평 분할), 중벽 분할(연직 분할) 및 선진 도갱 굴착으로

세분된다. 터널 굴착 방식의 적용은 암질 및 굴착 장비에 따른 안정성과 경제성이 고려된 방

법을 선정하여 적용해야 하는데, 표 4.1은 이러한 굴착 공법의 분류를 보여주고 있다.

＜표 4.1> 굴착공법의 분류

공 법

굴 진 도 적용조건

비 고

횡단면 종단면 지반 및 단면의 크기

전단면 굴착

(Full Face Cut)

? 소단면에서 일반적인 공법 ? 양호한 지반에서 중단면

이상도 가능

전단면을

1회에 굴착

수

평

분

할

굴

착

롱벤치

(Long

Bench)

? 비교적 양호한 지반에서

중단면 이상의 일반적

시공법

L ＞ 3D

(L : 벤치길이,

D : 터널직경)

숏벤치

(Short

Bench)

? 보통지반에서 중단면

이상의 일반적 시공법

1D ＜ L ＜ 3D

미니벤치

(Mini Bench)

? 연약한 지반에서

중·소단면일 경우

L ＜ 1D

다단벤치

(Multi

Bench)

? 중단면 이상에서 막장의

자립성이 극히 불량한 경우

벤치 수 3개

이상

연직 분할 굴착

? 지표침하 최소화 할 필요구

간인 토피가 작은 토사 지반 ? 대단면 터널의 비교적 불량

한 지반

연직 방향으로

분할 굴착

선진 도갱 굴착

? 대단면에서 지반이 비교적

불량한 경우 ? 침하를 극소화할 필요가

있는 경우

단면의 일부분을

먼저 굴착

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(1) 굴착 공법 분류

(가) 사용 장비에 따른 구분

사용 장비에 따라 레그 드릴에 의한 굴착과 점보 드릴에 의한 굴착으로 분류된다. 과거에

는 레그 드릴에 의한 굴착이 주로 실시되어 왔으나 근래에는 이에 비하여 천공 속도가

대단히 빠르고, 작업 인원이 적게 소요되며, 발파 당 굴진 길이를 증대시킬 수 있는 유압

식 점보 드릴이 널리 보급되어 레그 드릴에 비하여 보다 저렴한 가격으로 굴착 공사가

이루어지고 있는 상황이다.

(나) 지질 여건에 따른 구분

지질 여건에 따라서는 전단면 굴착, 상하반 분할 굴착, 중벽 분할 굴착, 선진 도갱 굴착

등으로 분류할 수 있다.

① 전단면 굴착

원칙적으로 단면 전체를 1회에 굴착하는 방법으로서, 지반의 자립성과 지보 능력이

충분한 경우에 적용할 수 있으며, 주로 지반 상태가 양호한 중 · 소 단면의 터널에서

적용할 수 있는 공법으로 그 주된 특징은 아래와 같다.

? 굴착에 따른 응력의 재배치가 한 공정(cycle)에 완료되므로 조기에 터널을 안정화

시킬 수 있는 공법이다.

? 막장이 균일하므로 작업이 단순하다.

? 기계화에 따른 급속 시공에 유리하다.

? 굴착 부분이 크기 때문에 지반 조건 변화에 대한 대응성이 떨어진다.

? 단면이 큰 경우 숏크리트 및 록볼트 작업이 늦어지고, 큰 작업대 등이 필요하다.

② 상 · 하반 분할 굴착(수평 분할)

일명 벤치컷(bench cut)공법이라고도 하며, 단면을 여러 단계 분할하여 굴착하는 공

법으로서, 벤치의 단수나 길이는 굴착 단면의 크기, 지반조건에 따른 설계상 인버트의

폐합시기, 투입되는 기계 설비 등에 의하여 결정된다. 이 공법은 주로 지반 상태가

양호하고 단면적이 큰 경우에 시공성을 높이기 위하여 적용하거나, 지반 상태가 다소

불량한 경우에 막장의 자립성을 높이기 위하여 적용한다. 각 공법별 특징은 아래와

같다.

ⓐ 롱벤치 굴착

통상 벤치의 길이가 3D 이상으로 지반이 비교적 양호하고, 시공단계에 있어서 인

제4권 터널

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버트 폐합을 거의 필요로 하지 않는 경우에 채택되며, 넓은 의미로는 상반 선진

도갱 굴착 공법도 포함된다. 이 공법의 장점 및 단점은 다음과 같다.

- 장점

? 상 · 하반 병행 작업이 가능하다.

? 일반적인 장비의 운영이 용이하다.

- 단점

? 경사로를 만들지 않으면 버력이 두 번 적재된다.

ⓑ 쇼트벤치 굴착

벤치 길이는 1D ~ 3D 정도로 공법의 적용범위가 넓고, NATM개념의 터널공법에

있어서 주류를 이루는 공법이라고 할 수 있다. 지반에 있어서는 토사에서 경암에

이르기까지 거의 모든 지반에서 적용 가능하며, 크기에 있어서는 중단면 이상에서

일반적인 공법이다. 이 공법의 장점 및 단점은 다음과 같다.

- 장점

? 굴진 도중 지반의 변화에 대처하기가 용이하다.

? 일반적인 장비의 운영이 용이하다.

- 단점

? 상반 작업 공간의 여유가 적어질 가능성이 있다.

? 경사로를 만들지 않으면 버력이 두 번 적재된다.

? 상 · 하반 중 한 부분만 작업이 가능하므로 작업 공정의 균형을 맞추기 어렵다.

ⓒ 미니벤치 굴착

팽창성 지반이나 토사 지반에서 인버트의 조기 폐합을 할 필요가 있는 경우 주로

채택되며, 벤치의 길이는 터널 직경의 1배 이내가 보통이다. 이 공법의 장점 및

단점은 다음과 같다.

- 장점

? 인버트의 조기 폐합이 가능하다.

? 침하를 최소로 억제하는 것이 가능하다.

- 단점

? 상반 작업 공간의 여유가 적어질 가능성이 있다.

? 경사로를 만들지 않으면 버력이 두 번 적재된다.

? 상 · 하반 중 한 부분만 작업이 가능하므로 작업 공정의 균형을 맞추기 어렵다.

제9-1편 터널 본체

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ⓓ 다단벤치 굴착

일반적으로 이 공법은 벤치의 수가 3개 이상인 분할 굴착 공법으로서, 막장의 자

립성이 극히 불량하여 분할 굴착을 해야 할 필요가 있는 경우에 채택되며, 그 동안

의 국내외의 실적을 보면 주로 막장의 자립성 때문에 선정되는 사례가 많다. 이 공법의

장점 및 단점은 다음과 같다.

- 장점

? 버력의 안정성을 확보하기가 용이하다.

? 대단면에서도 일반적인 장비의 운용이 가능하다.

- 단점

? 버력 굴착이 각 막장에서 중복되는 일이 많다.

? 각단의 벤치의 길이가 한정된 경우는 작업 공간이 협소해질 가능성이 크다.

? 일반적으로 쇼트벤치 굴착보다 변형 및 침하는 크다.

ⓔ 가인버트 굴착

통상 중단면 이상에서 지반의 변형을 적극 억제하면서 시공성을 높이기 위하여

벤치의 길이를 길게 할 필요가 있을 경우에 벤치 상부에 소정량의 숏크리트를 타

설하여 가인버트를 형성시키면서 굴진하는 공법이다. 이 공법의 장점 및 단점은

다음과 같다.

- 장점

? 상반 벤치의 길이를 크게 할 수 있으므로 상반 작업 공간을 넓힐 수 있다.

? 상반 관통 후 하반을 시공하면 경사로가 필요 없다.

- 단점

? 상반 시공 속도가 크게 저하될 가능성이 크다. 즉, 가인버트의 타설 시간, 숏크

리트가 일정한 강도에 달하는데 소요되는 시간, 굴착 장비의 통행으로부터 인버

트를 보호하기 위하여 버력 메우기 시간 등 시간 상실이 많다.

? 별도의 숏크리트가 필요하므로 경제성이 떨어진다.

ⓕ 링컷 굴착

막장면에 지지 코아(Supporting Core)를 남기고 굴착하는 공법으로, 막장면의

안정이 위협되는 지반조건에 적용하며, 지반조건이 매우 나쁜 경우에는 지지 코아

주위를 분할 굴착 한다. 이 공법의 장점 및 단점은 다음과 같다.

- 장점

제4권 터널

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? 막장면의 안정성 확보가 용이하다.

? 연약한 지반 조건에서 대단면 굴착이 가능하고 지반 변화에 대처하기 쉽다.

- 단점

? 작업 공간 확보가 제한적이다.

? 작업 공종이 많아서 작업 사이클 조정이 어렵다.

③ 중벽 분할 굴착(연직분할

하반의 지반 조건은 양호하나 상반의 지반 조건이 불량하여 지반의 침하량을 최대로

억제할 필요가 있는 경우나 비교적 대단면으로 막장의 지지력이 부족한 경우에 적용

되는 공법이다. 따라서 안전성 측면에서 임시 지보재를 설치할 수 있다. 막장 간의

이격거리는 1D ~ 2D를 유지하는 것이 바람직하다. 이 공법의 장점 및 단점은 다음과

같다.

- 장점

? 침하량을 어느 정도 억제시키는 것이 가능하다.

? 막장의 안정성을 유지하는데 유리한 공법이다.

- 단점

? 중벽으로 분할하기 위해서는 어느 정도의 단면 확보가 필요하고, 시공 속도가 다소

저하되는 단점이 있다.

? 작업 공간의 제약으로 시공성이 저하될 우려가 있다.

④ 선진 도갱 굴착

주로 단면적이 특히 크거나 하저 통과 구간 등 특수한 조건 하에서 막장 전방의 지반

및 지하수 상태를 확인하면서 굴착해야 하는 경우에 채택되며, 측벽 도갱을 이용하여

적은 굴착단면을 활용하여 굴착면을 미리 보강하여 터널의 안정을 도모하는 공법으로

연약지반에서도 침하를 적게 할 수 있다는 특징이 있다. 이 공법의 장점 및 단점은

다음과 같다.

- 장점

? 대단면 시공에서도 침하를 최소화 할 수 있다.

? 용수가 많은 경우 측벽 도갱으로 배수가 가능하다.

? 대단면에서도 막장의 안전성 확보가 비교적 용이하다.

- 단점

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? 일반적으로 공사비가 타 공법에 비하여 높다.

? 도갱 내벽 철거에 많은 시간과 비용이 소요된다.

(2) 굴착 공법 비교

상기 방법 중 중벽 분할 굴착과 선진 도갱 굴착 공법은 도로 터널 설계 시 적용된 사례가

많지 않으므로 여기서는 전단면 굴착 공법과 상 · 하반 분할 굴착 공법에 대해서만 비교하였

고, 그 결과는 다음의 표 4.2에 기술하여 나타낸 것이다.

(3) 굴착 공법 선정

각 굴착 공법의 비교 · 검토 결과 일반적으로 전단면 굴착이 분할 굴착 공법에 비하여 시공성

· 경제성에 유리하므로 암질이 비교적 좋은 구간에서는 전단면 굴착 공법을 적용하는 것이

유리하며, 터널 구간 중 암질이 불량한 구간과 터널 갱구부에서는 분할 굴착 공법을 적용하

는 것이 유리하다. 특히 장대 터널에서는 피난연결통로, 비상주차대 및 환기관련 지하환기소

등이 필요하고, 기능별 터널 단면의 크기가 다양하므로 기존 국내의 시공 실적으로 비교·검

토하여 합리적인 선정 기준을 결정해야 한다.

<표 4.2> 전단면 굴착과 상 · 하반 분할 굴착 비교

구 분 전단면 굴착 상·하반 분할 굴착

검 토

사 항

? 암질이 양호하여 암반 자체가 가지고 있는

지보력이 크고, 막장의 자립 시간이 긴 경우

에 주로 적용

? 암질이 비교적 불량하여 막장의 자립

시간이 상대적으로 짧은 경우에 주로 적용

? 굴착에 따른 응력의 재배치가 한 사이클에

완료되므로 이론적으로는 NATM공법 지보의

특성에 가장 부합되는 공법이다.

? 하부 굴착 시 상부 1차 보강의 파손

우려가 있다.

? 막장이 단일하므로 작업이 단순하다. ? 상하부 보강 연결 부분의 시공 불량을

유발할 수 있다.

? 일시에 전단면을 보강하므로 연결 부분의

시공 불량을 방지할 수 있다.

? 버력 처리 작업이 어렵다.

? 하단부 굴착 시 발파로 인한 상부 보강의

파손 우려가 없다.

? 굴착 공법이 복잡하여 공기가 길어진다.

? 기계화에 따른 급속 시공에 유리하다.

? 버력 처리 작업이 용이하다.

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표 4.3은 지반 조건 및 단면 크기별 굴착공법 적용범위를 나타낸 것이다.

<표 4.3> 지반 조건 및 단면 크기별 굴착공법 적용범위

단면 크기

지반 조건

소단면 중단면 대단면 특수 대단면

풍 화 토

? 전단면 굴착 ? 숏벤치 ? 링컷 + 숏벤치

? 링컷 + 숏벤치 ? 숏벤치 + 가인버트

? 링컷 + 숏벤치 ? 롱벤치 + 가인버트

? 선진 도갱 굴착 ? 다단벤치 + 가인버트

풍 화 암 ? 전단면 굴착 ? 숏벤치 ? 롱벤치 + 가인버트

? 숏벤치 ? 롱벤치 + 가인버트

? 선진 도갱 굴착 ? 다단벤치

연 암 ? 전단면 굴착 ? 롱벤치 ? 전단면 굴착

? 숏벤치 ? 롱벤치

? 숏벤치 ? 다단벤치 ? 롱벤치

경 암 ? 전단면 굴착 ? 전단면 굴착 ? 전단면 굴착

? 롱벤치 ? 다단벤치 ? 전단면 굴착

제9-1편 터널 본체

103

4.4 발파공법

발파공법은 터널의 용도에 맞는 공간 확보를 위하여 암반의 안정성과 자립력을 유지시키면서 경제적

이고 효율성 있게 굴착하기 위하여 폭약을 이용하는 굴착방법으로, 발파계획을 수립하는데 있어서는

사전에 조사된 지반 조건과 자립 시간 등을 기초로 하여 미리 계획된 굴착공법과 지보 형식 및 간격

등을 고려하여 발파굴진장, 심발공의 형태, 발파공의 배치, 기폭방법, 장약량 등의 발파패턴을 계획

한다.

O.K

주변 환경 및 지장물조사

진동 및 폭풍압 측정 시험발파(문헌조사) 결과해석 및 비교

진동추정식 산정

발파영향권검토

발파공해 허용기준치 선정

공사기간에 따른 경제성 및

안전성 검토

발파공법 선정

발파설계 및

발파공해 저감대책 수립

현장시험 발파

계측수행 및 관리 본 발파수행

지질조건 변화에

따라 발파설계 조정

시공 및 감독

최대지발당

장악량 산정

<그림 4.2> 발파설계 절차

(1) 발파공법의 종류

터널 굴착에서는 굴착면 주변 지반의 손상을 최소로 하는 것이 필수 요건이므로 이를 위해

특수한 발파공법이 이용되고 있으며, 발파는 큰 에너지를 짧은 시간에 방출함으로써 주변의

제4권 터널

104

건물이나 인체에 손상을 입힐 우려가 많다. 이러한 손상을 일으키지 않기 위해서는 지반과

폭약의 성질을 잘 이용하여 최적의 발파공법을 적용해야 하며, 심발 및 굴착면 주변공에 대

한 일반적인 발파공법의 분류는 그림 4.3과 같다.

심발발파 경사심발 V-cut

Pyramid cut

Fan cut

발파공법

평행심발 Cylinder cut

Crater cut

Burn cut

제어발파 Line drilling

Cushion blasting

Pre-splitting

Smooth blasting

<그림 4.3> 발파공법의 종류

(가) 심발발파

터널발파 시 가장 중요한 요소는 심발발파이다. 심발발파를 통하여 2개의 자유면을 형성

함으로써 확공발파가 용이해지기 때문이다. 특히, 심발발파는 주변공 발파 전에 먼저 이루

어지는 자유면 형성 과정이므로 현장 여건 및 지반 조건을 고려하여 최적의 심발방법을

채택해야 한다.

심발방법은 여러 가지가 있으나 사용되고 있는 종류는 크게 경사심발 및 평행심발로 구분

되며, 그림 4.3에서 열거된 바와 같이 그 동안 국내 실적이 많은 V-cut, Burn cut,

Cylinder cut 등이 있으며, 표 4.4에 대표적인 심발공법에 대한 비교 내용을 예시하였다.

국내 터널공사에서는 현재까지 V-cut, Cylinder cut을 도입 · 적용하고 있는 실정이며,

천공장이 길고 숙련된 기능공에 의하여 정확한 시공이 이루어질 경우에는 Cylinder cut

이 효과적이고, 불량 암질에서는 지보목적상 발파 당 굴진장을 1.5 m 내외로 짧게 해야

하므로 천공장이 짧을 때에 유리한 V-cut 공법을 주로 적용하고 있다.

최근에는 Supex cu, SK cut, COPA cut 등 시공성 및 발파 효율 증대를 위하여 개발된

심발방법들이 적용되고 있다. 새로운 심발방법을 도입할 때에는 시험 시공을 통하여 그

효과를 확인하고 기술료를 포함한 경제성을 엄밀히 검토한 후 적용해야 한다.

제9-1편 터널 본체

105

<표 4.4> 경사심발과 평행심발의 비교

항목 경사 심발 평행 심발

방 법

터널 중심 부분에 공저가 서로 마주보는 2개공이

V를 이루도록 하고, 3 ~ 4개의 V를 천공하여

동시에 집약 발파한 후 각도공인 심발보조공과

주변공, 외곽공, 바닥공의 순서로 확대 발파하는 법

터널 중심부분에 직경 75 ~ 120 mm의 무장약공

(burn)을 1개 또는 2개 이상 천공하여 무장약공을

중심으로 천공된 심발장약공(pilot hole)을 단계별로

발파하고, 심발보조공, 주변공, 외곽공의 순서로 확대

발파하는 공법

장단점

? 단공 발파나 연암 발파에서 효율적이다. ? 장공 발파나 경암 발파에 이용된다.

? 번컷공법에 비하여 천공이 쉽고, 천공시간이

짧다. ? 발파 진동에 따른 주변 암반 손상 및

여굴량이 증가한다. ? 각도 천공을 하므로 실 천공장이 짧아지고

발파 효율이 낮다. ? 파쇄 암석이 크게 나와 소할 발파하는

경우가 많다. ? 심발의 집중 발파로 발파 진동이 커서 정밀

발파에 부적합 ? 대괴의 버력이 나오므로 버력의 비산

거리가 짧다.

? 수평 천공을 하므로 1발파 당 굴진장을 크게 할

수 있다. ? 터널 단면 크기에 제약을 받지 않는다.

? 고도의 천공 기술과 정밀 천공 장비가 필요하다. ? 최초 버력의 비산거리가 길다.

? 심발공의 채석 용적이 적으므로 폭약 사용량 많다. ? 막장면과 주변 암반의 손상이 많다.

(나) 제어발파

보통 발파공법에는 폭약의 에너지가 작용하는 방향이 확실하지 않기 때문에 암반에 큰

손실을 주고 굴착면의 요철이 심하게 되고 때로는 균열이 굴착면 깊숙히 발달되기 쉽다.

이러한 발파로 인하여 터널의 굴착 단면이 설계 단면보다 커지게 되어 여굴이 많아진다.

이 경우 콘크리트 타설량도 많아지고 암반 손상에 따라 지보재도 과다하게 된다. 그러므

로 설계 굴착선에서는 여굴량과 암반의 균열을 최소로 하기 위하여 제어발파(controlled

blasting)를 실시한다. 국내에서 많이 적용되고 있는 제어발파 공법은 스무스 블라스팅

(smooth blasting)과 라인드릴링 공법 등이 있으며 공법에 대한 비교 내용은 표 4.5와

같다.

스무스 블라스팅의 원리는 발파력의 쿳션 작용에 기초를 두는 것으로 발파 충격에 의한

불규칙적인 암반의 파쇄를 방지하고 정적인 에너지를 가진 발파 가스의 작용으로 암반을

파괴하여 평탄한 굴착면을 얻는 것이다. 이를 위해서는 굴착면을 따라 천공열을 평행하

게 배치하고, 구멍지름보다 아주 작은 지름의 폭약을 사용하여 약장약으로 발파하는 방

법으로, 발파에너지가 제어됨으로써 원지반의 손상을 방지하고 여굴도 줄인다.

제4권 터널

106

프리 스플리팅 공법은 굴착면 주변을 먼저 발파하여 파단면을 형성하고 그 후 나머지 부

분을 발파하는 방법이다. 주변의 천공 간격은 스무스 블라스팅의 경우보다 작고 장약량

도 적다. 그러나, 평행 천공의 정밀한 기술이 필요하고, 암반의 균열을 따라 발파 에너지

가 작용하므로 장약량과 천공 간격을 암반 조건에 맞추어 결정해야 하는 어려움이 따른

다. 천공을 평행하게 접근시켜 배치하고 천공 홀 지름보다 작은 지름의 폭약을 사용하여

경장약으로써 발파하는 방법으로, 발파에너지의 작용 방향이 제어됨으로써 원지반의 손

상이 적게 되어, 발파면이 평활해져서 여굴은 물론 버력도 적어진다.

<표 4.5> 스무스 블라스팅과 라인 드릴링의 비교

구 분 스무스 블라스팅 라인 드릴링

천 공 수

천 공 시 간

천 공 비 용

미려한 굴착면의 획득

적 다

적 다

적 다

양 호

많 다

많 다

많 다

매우 양호

비 고 시공 조건에 따라 선별 결정

(2) 폭약 및 뇌관

(가) 폭약

① 폭속

폭약이 폭굉하는 속도를 말하며, 일반적으로 폭속이 빠른 폭약은 폭력이 크고 동일

폭약일지라도 여러 가지 요인에 따라 변화한다. 보통은 내경 35 mm 철관의 밀폐 상

태에서 측정된 수치를 나타내며, 약경이 작으면 폭속이 저하되는 현상을 볼 수 있다.

② 위력

폭약의 위력을 표시하는 방법은 여러 가지가 있으나 보통은 strength로 비교한다.

Strength는 weight strength와 bulk strength의 두 가지의 종류가 있으며, 주로

weight strength가 현장에서 쓰인다. Weight strength란 blasting gelatine

(Nitroglycerine 92 %, Nitrocellulose 8%)의 단위 중량의 위력과 비교한 수치(%)

로 나타낸다.

③ 기타성질

위 두 가지 이외에도 폭약 선정 시 고려해야 할 사항은 다음과 같다.

? 비중 ? 방수

제9-1편 터널 본체

107

? 동결 ? 폭력

? 저장 및 취급의 안전도 ? 유독 가스 발생량

순폭도  d

l

시험약포의지름mm 

최대순폭거리mm 

④ 폭약의 종류

일반적으로 사용되어지는 폭약의 종류 및 특성은 표 4.6과 같다.

<표 4.6> 폭약의 종류 및 특성

폭약명

비중

(g/cc)

폭속

(m/sec)

순폭도

(배)

특징

제라틴

dynamite

1.3 ~ 1.5 6,100 4 ~ 5 ?높은 폭발 에너지와 폭발 속도로 경암이나 극경암 등

모든 암반 발파 시 적용이 가능함

초안폭약 1.0 ~ 1.1

3,000 ~

3,500

2 ~ 3 ?Nitro Glycerine 함량이 6 % 이하로 폭발 온도가 낮고

화염이 적어 gas탄광용 폭약으로 주로 이용됨

함수폭약

(slurry)

1.1 ~ 1.2 3,900 2 ~ 3 ?물을 함유하고 있어 내수성이 우수하며, 취급이 안전하나

순폭성과 내압성이 다소 취약함

초유폭약

(ANFO)

0.85 ~ 0.9

2,600 ~

3,000

?저비중 저폭속 폭약으로 취급이 안전하고 감도가 둔감

하여 기폭약이 필요하나 내수성이 약함

정밀폭약 1.2 ~ 1.3 4,000 8 ~ 10 ?모암 균열의 최소화와 여굴 방지 등을 목적으로 터널의

smooth blasting과 채석 발파 시 주로 사용됨

(나) 뇌 관

① 뇌관의 종류

뇌관은 다음과 같은 전기뇌관, 비전기식 뇌관 및 전자뇌관으로 대별될 수 있다.

전기뇌관 순발전기뇌관(IED)

뇌관 지발전기뇌관 DSD

MSD

비전기식 뇌관

전자뇌관

ⓐ 전기뇌관 (electric detonator)

지발 전기뇌관에서 지발 간격은 제품마다 약간 차이가 있으나 대략 25/1000 sec

간격으로 지발되는 MSD(Milli Second Detonator)와 25/100 sec 간격으로 지

발되는 DSD(Deci Second Detonator)가 있다. 전기뇌관은 모든 공사에 광범위

제4권 터널

108

하게 쓰이고 있다.

ⓑ 비전기뇌관 (Nonelectric Detonator)

보다 정밀한 발파가 필요한 곳에서는 이 시스템의 사용에 대하여 검토할 필요가

있을 것으로 판단되며, 비전기식뇌관(NONEL)의 특징은 다음과 같다.

? 비전기식이며 압축공기에 의하여 기폭되므로 기존 전기뇌관 보다 안전

? 양호한 연시 초시 정밀도로 단발발파가 가능

? NONEL 커넥터와의 조합 사용으로 연시 시간간격의 한계 극복

? 무한 단수 확보가 가능

? 결선이 단순 · 용이하고 작업 능률이 높음

? NONEL 커넥터에 의하여 연시 시간을 조절함으로써 지발당 장약량을 줄일 수 있

어 cautios blasting 공법적용에 유리

? 도화선 대신에 signal tube와 도폭선을 이용한 기폭 시스템이며, delay connector에

의하여 시차를 조절한다.

? 반면, 결선 확인이 불가능하며, 폭음이 크다는 단점도 안고 있으며, 환경적인 문제

로 현재는 사용하지 않는 추세에 있다.

ⓒ 전자뇌관

전자뇌관은 국내에서 현장 적용성 검토 및 향상을 위하여 시험 발파와 기술 연구

가 이루어지고 있는 새로운 개념의 뇌관이다. 전자뇌관은 자체 IC 회로를 내장하

고 있어 초정밀시차 구현이 가능함에 따라 도심지 발파에서 진동 제어 효과가 우

수하며, 발파 시 모암의 손상권 영역 축소로 여굴을 최소화하고 미려한 파단면을

확보할 수 있는 장점을 가지고 있다.

그러나, 단가가 높아 경제성을 저하시킬 수 있기 때문에 상용화하기 위해서는 보

다 효과적인 적용성 향상 방안의 개발이 필요하다.

제9-1편 터널 본체

109

구분 전기뇌관 비전기뇌관 전자뇌관

모식도

점화방식 전기전류 충격파 ASIC(전자직접회로)

시차정밀도 ± 10% ± 10% ± 0.01%

시차결정요소 지연요소(화약)의 길이 직접회로

안전성 누설전류?낙뢰 위험 누설전류?낙뢰 안전 누설전류?낙뢰 안전

파형분석

발파공 파형 중첩에 의한 진동 증폭 파형 중첩 방지

② 적용 기준

? 낙뢰, 누설전류 등에 의한 발파 사고 예방 등 안정성 확보를 위하여 터널 발파뇌관

은 전 구간 비전기식 뇌관 적용을 기본으로 한다.

? 단, 막장부의 공내 뇌관을 제외한 기타 연결용 뇌관의 경우 시험 성적서 등 객관적

인 증빙 자료를 통해 누설전류 등에 대한 안전성 확보가 가능하다고 판단되는 특수

전기뇌관의 경우 감독원 확인 후 사용할 수 있다.

? 비전기식 뇌관 적용을 기본으로 함에 따라 설계시 발파관련 소요 재료비에 대한

반영을 검토할 필요가 있다.(Starter 연장, 발파기, 방호시설 등)

(3) 발파진동

(가) 발파진동에 영향을 주는 요인

일반적으로 발파 진동에 영향을 주는 요인들은 다음과 같다.

? 화약의 종류 : 다이나마이트, 함수폭약, 고성능폭약, 정밀폭약 등

? 화약의 특성 : 폭속, 밀도

? 장약량

? 기폭 방법

제4권 터널

110

? 전색 상태, 천공경, 장약밀도

? 자유면 수

? 지반 조건 : 지반의 밀도, 불연속면의 빈도

? 폭원 거리 등

(나) 진동치를 추정하는 방법

진동은 장약량이 많을수록 폭원에서 거리가 가까울수록 크게 된다.

V  KW mD  n

여기서, V : 입자 속도(??sec )

K : 발파 진동 상수

m n : 시험에서 결정되는 상수

W : 장약량

D : 폭원에서의 거리

세계적으로 소개된 발파 진동의 경험식은 많으며, 서울지역의 경우 화강암 및 편마암 지

층에 대하여는 별도의 추정 공식을 사용하고 있다. 따라서 각 터널 사업 단위로 지반 종

류별로 시험 발파를 실시하여 지역 특성에 부합되는 발파 진동 추정식을 수립함이 바람

직하다.

<표 4.7> 발파 진동 추정식(참고용)

관리기준 제안자 추정식 성립조건

진폭의

최대치

(A)

火田 中

A  K × W × D 

A  K × W × D 

15 ＜ D ＜ 250

250 ＜ D ＜ 1,500

USBM A   × K × e D   × W  152 ＜ D ＜ 1,829

454 ＜ W ＜ 4,536

변위 속도의

최대치(A)

Langefors V  K × W × D  

Crandell E × R  K × W × D 

Devine et al. V  K × W × D  

일본화약(주) V  K × W × D   5 ＜ D ＜ 3,000

0.2 ＜ W ＜ 4,000

일본유지(주) V  K × W × D  

吉川他V  K × W × D  

USBM V  K × DW n

제9-1편 터널 본체

111

참고적으로 국내 도로공사 노천 발파의 경우 실측 자료를 분석하여 추정한 진동식을

설계 단계에서 예비 검토를 위하여 사용하고 있으며, 추정식은 다음과 같다.

v  

W

D  

(2006.12 국토해양부 제시)

양평 ~ 이천, 세종 ~ 안성 등 최근 고속도로 설계 시 설계 중 시험발파를 통해 지역특

성에 맞는 발파진동식 추정식을 산출하여 발파 설계한 사례가 있으며, 추정식은 다음

과 같다.

구분 추정식

양평 ~ 이천 (자승근) V  W 

D  

, (삼승근) V  W 

D  

세종 ~ 안성 (편마암) V  W 

D  

, (화강암) V  W 

D  

(다) 발파 진동 적용 기준

허용발파 진동치란 진동에 의하여 구조물에 피해가 발생되지 않도록 규제하는 범위의 진

동치를 말하며, 일반적으로 엄밀한 의미의 허용진동치는 구조물의 크기(층수 등), 설계구

조(내진설계 유무), 재질(철근 콘크리트 · 블록조 · 석조·목조 등)과 건전성(결함 유무 · 노

후화 정도 등) 등에 따라서 개개 구조물별로 서로 상이하게 된다. 인체에 대한 허용진동

치는 개개인의 진동에 대한 인내심이나 그 당시의 심리상태 등의 주관적 요소에 따라 서

로 달라지게 되며, 환경부 제정 ?진동과 소음에 관한 규정? 과 환경분쟁조정위원회의 조

정사례, 법정 판례 등을 참고한다.

구조물은 발파 진동에 대한 허용치가 법규로 명시되지 않기 때문에 관련 기관의 고시 기

준에 의존하여 사용되고 있다.

일반적으로 발파 진동 허용치는 관련 기관 고시 기준 외에 법원의 판례 기준 및 중앙환경

분쟁조정위원회의 조정 사례를 기초로 하여 설정한다.

인체에 대한 발파 진동 및 발파 소음 허용기준은 환경부에서 제정한 소음진동관리법 기준

치를 적용하되, 발파 작업의 특수성을 고려하여 보정값을 반영하여 허용치를 설정한다.

제4권 터널

112

① 구조물 발파 진동 허용기준 분석

<표 4.8> 구조물의 손상기준 발파진동 허용치(KDS 27 20 00, 국토교통부 2016년)

구 분

문화재 및

진동예민 구조물

조적식(벽돌,

석재 등) 벽체와

목재로 된

천장을 가진

구조물

지하기초와

콘크리트

슬래브를 갖는

조적식 건물

철근콘크리트

골조 및

슬래브를 갖는

중소형 건축물

철근콘크리트

또는 철골골조 및

슬래브를 갖는

대형건물

최대입자속도

(cm/sec)

0.2 ∼ 0.3 1.0 2.0 3.0 5.0

※ 문화재 및 진동예민 구조물 : 유적, 문화재 등 특별한 보존 가치가 있는 건축물이나 진동에 민감한 장비 및 장치

가 설치된 구조물

<표 4.9> 관련기관 고시 기준 최대 입자 속도 분석(cm/sec)

구 분

도로공사 노천발파 설계

시공지침

(2006, 국토해양부)

도로공사

(녹색환경처-82

2010.11.12)

고속도로공사

전문시방서(2018)

지장물

분 류

가축 0.1 가축 0.09 가축 0.1

문화재 0.2 문화재 0.2 문화재 0.2

주택 0.3 ~ 0.5 주택

조적 0.3

주택

조적 0.3

RC 0.5 RC 0.5

철근콘크리트

및 공장

0.5

상업용

건 축

1.0

공업용 건물 1.0

철골구조 5.0

<표 4.10> 법원 판결 사례 분석

구 분 서울민사지법 합의50부 판례(1995년)

판결

내용

??발파공사로 주민들의 건물에 균열이 생긴 점이 인정된다??며 공사는 계속하되 발파진동속도는

초당 0.3 cm를 넘지 않는 한도에서 발파작업을 실시하라고 판결함.

② 가축 및 인체에 대한 발파 진동 허용 기준 분석

<표 4.11> 관련 법규 분석

생활진동 규제 기준(소음진동관리법 시행규칙 제20조의 제3항, 단위 : dB(V)

구 분

주 간

(06 : 00 ∼ 22 : 00)

심 야

(22 : 00 ∼ 06 : 00)

주간 적용

(발파진동 + 10dB)

주거지역, 녹지지지역 등에 소재한

학교 · 병원 · 공공도서관

65 60 75

기 타 지 역 70 65 80

제9-1편 터널 본체

113

<표 4.12> 도로공사 기준 분석

구 분 가축시설 발파진동 기준 적용 개선(설계처-1784, 20.6.19)

가축시설 발파진동 허용기준 57dB(V)

주 1) 환경영향평가 시 요구하는 0.02 cm/sec는 일본 에지마식을 통해 환산한 값으로 충격진동은 과대평가

주 2) 설계 중 시험발파 시행을 통해 현장여건에 맞는 발파진동 상관식 도출 및 dB(V) 평가척도 적용

<표 4.13> 중앙환경분쟁조정위원회 기준

구 분 환경분쟁 피해배상액 산정기준 조정ㆍ보완시행(2008년)

내 용

? 소음 기준 신설 및 강화 : 발파 80 → 75 dB(A) ? 진동(건설공사장 및 교통) 기준 강화 : 충격진동(발파) 86 → 75 dB(V) ? 가축 피해 기준 강화 : 소음 70 → 60 dB(A), 진동 57 dB(V)

③ 발파 진동의 경감 방법

발파진동은 장약량을 감소시키면 감소하나 장약량의 감소는 발파 효과의 저하를 초래

하기 쉽기 때문에 발파 진동을 억제하고 파쇄 효과도 충분히 얻을 수 있는 발파 방법

을 모색할 필요가 있다. 시험 발파나 발파 진동 측정결과로부터 발파 진동의 피해가

예측되는 경우 다음에 열거된 진동 경감 방법 중 발파 효과 및 경제성 등을 검토하여

최적의 방법을 선택해야 한다. 경감 방법은 진동의 발파원에서의 억제 방법과 진동

전파의 방지로 대별할 수 있으며 아래와 같이 요약할 수 있다.

ⓐ 발파원에서의 억제

? 발파공법의 변경

저폭속 또는 특수폭약을 사용하는 특수발파공법을 적용할 수 있다. 발파 진동은

근본적으로 단위시간당의 발파공 내의 압력 상승에 의하여 좌우되므로 저폭속의

폭약을 사용함으로써 어느 정도의 경감이 가능하다.

근접 발파 시에 폭음과 발파 진동을 억제하기 위해서 개발된 특수화약 중 대표적

인 것이 미진동 파쇄기와 팽창제이다. 미진동 파쇄기는 폭속 60 m/sec, 반응열

1,300 ~ 1,500 kcal/kg 정도로 일반 화약과 같이 폭력에 의한 파괴가 아니다. 또

한 팽창성 파쇄재는 모재가 물과 혼합되었을 때의 수화 작용에서 생기는 고열과

팽창압이 발파 공벽에 작용하여 공벽에 균열이 생기게 하는 원리를 이용한 것이다.

이러한 대책공법으로도 진동 피해를 방지할 수 없다면, 폭약을 사용하지 않아 발

제4권 터널

114

파 진동을 원천적으로 방지할 수 있는 기계굴착 및 무진동 암파쇄공법, 플라즈마

공법 등의 공법을 적용할 수 있다.

이러한 공법들은 일반 발파공법에 비하여 시공성 및 경제성이 매우 불량하며, 일

부 제한적인 지반 조건에서만 사용 가능한 경우가 있으므로, 발파 진동의 억제가

가능한 여타 방법과의 비교, 검토를 통하여 적용해야 한다.

? 장약량의 제한에 의한 방법

진동치 추정공식인 V  K × W m× D  n으로부터 알 수 있는 것과 같이 진동치는

장약의 양에 비례한다. 따라서, 시차를 두어 발파함으로써 1회에 발파되는 장약의

양(지발당 장약량)을 제한하는 방법이다.

ⓑ 진동 전파의 방지

이 방법은 근본적으로 폭원과 보호대상 시설물 간에 인위적으로 진동 전파 차단시설

을 형성시켜 시설물에 진동이 직접 전파되는 것을 방지하는 방법이다. 대표적인 예로

서는 굴착 예정선에 연하여 일정한 간격으로 다수의 빈공을 천공하여 인위적으로 파

단면을 형성시킴으로서 진동이 폭원으로부터 직접 전파되는 것을 억제하는 라인 드

릴링(line drilling)방법 등이 있다.

(4) 발파 소음

(가) 발파 소음 적용기준

발파 소음의 계측은 매 발파 시마다 실시하도록 하고, 발파음은 가급적 음압레벨(dBL)과

소음레벨[dB(A)]을 함께 측정하도록 한다. 발파로 인한 소음으로 민원이 예상되는 지역

은 소음저감시설을 설치하여 소음의 수준을 경감시킨다. 발파음은 발파진동과는 달리 지

형 · 풍향 · 기온 등의 변화에 민감하게 반응하므로 사전에 충분히 고려하여 계측작업을 실

시하고, 측정된 계측자료는 발파횟수별 발파 시간과 일자별로 기록 · 정리하여 보관한다.

각 보안물건의 발파 소음의 허용 기준은 표 4.14의 기준에 따라 설정되어야 하며, 시공

시 규제치를 초과하지 않아야 한다.

제9-1편 터널 본체

115

<표 4.14> 생활소음규제기준 단위 dB(A)

대 상 지 역 시간대별 대상소음

조 석

(5 ~ 7,18 ~ 22)

주 간

(7 ~ 18)

심 야

(22 ~ 5)

주거지역, 녹지지역,

준도시 지역 중 취락지구

및 운동휴양지구,

자연환경보전지역,

기타지역 안에 소재한

학교·병원·공공도서관

확성기

옥외 설치 60 이하 65 이하 60 이하

옥내에서 옥외로

방사되는 경우

50 이하 55 이하 45 이하

공장 50 이하 55 이하 45 이하

공사장 60 이하 65 이하 50 이하

기 타 지 역

확성기

옥외 설치 65 이하 70 이하 60 이하

옥내에서 옥외로

방사되는 경우

60 이하 65 이하 55 이하

공장 60 이하 65 이하 55 이하

공사장 65 이하 70 이하 50 이하

주) 1. 대상 지역의 구분은 「국토의 계획 및 이용에 관한 법률」에 따른다.

2. 공사장 소음의 규제 기준은 주간의 경우 소음 발생이 1일 3시간 이하일 때는 +10dB(A), 3시간 초과 6시간

이하일 때는 +5dB(A)을 규제기준치에 보정한다.

3. 발파소음의 경우 주간에만 규제기준치에 +10dB(A)을 보정한다.

(나) 발파 소음 영향 검토

국내의 발파 설계 과정에서 발파 소음에 예민한 구간에서는 다양한 소음 예측식을 사용하고

있으나, 발파 소음의 경우 기온, 지형, 풍향 및 풍속 등 많은 변수들에 영향을 받기 때문에

발파 시 시험발파를 수행하여 발파 소음 예측식을 보정하는 형태로 적용해야 한다.

<표 4.15> 발파소음 예측식

구 분 기준 및 특성 비 고

서울대학교 제안식 ? 노천발파현장 경험식 ? 자승근 환산식 적용

dBA    logW 

R 

중앙환경분쟁조정위원회 제안식 ? 노천발파현장 경험식 ? 삼승근 환산식 적용

P  W 

D  

터널공학회 제안식 ? 터널 발파 경험식 ? 삼승근 환산식 적용

dBA    logW 

R 

(다) 발파 소음의 대책

? 완전 전색이 이루어져야 하며, 가능한 지발당 장약량을 감소시켜야 한다.

? 온도나 바람 등의 기후 조건이 인근 구조물에 발파 풍압의 집중을 초래할 가능성이 있

제4권 터널

116

는 경우에는 발파를 연기하거나 피해야 한다.

? 기폭 방법에서는 정기폭보다 역기폭을 실시한다.

? 불량한 암질, 풍화암 등에서 폭발 가스가 새어 발파 풍압이 발생되는 것에 주의하고,

전색효과가 좋은 전색물을 사용한다.

(라) 발파시설 적용 방안

‘터널 갱구부 방음시설 설치기준 검토(2009.8,설계처)’에 따라 소음 영향 검토결과 기준

치를 초과하는 경우에 방음문을 설치하며, 형식은 현장여건에 맞도록 제작하고, 발파 소

음 저감을 위한 보완적 기능 필요 시 방음 커텐을 설치한다. 다만, 방음문이 설치된 곳에

이중으로 방음 커텐을 적용하지 않으며, 터널 외부(갱구 입구, 절토부 등) 발파 시 영향평

가에 의한 가설방음벽 등을 적용한다.

(5) 여굴

터널 숏크리트의 설계선 외측 부분에 여분으로 굴착된 것을 여굴이라 하며, 화약의 낭비, 여

분의 버력 반출, 콘크리트 충전량의 증가 등을 초래하여 공사비 증가의 원인이 된다. 여굴은

시공상 불가피한 것임은 분명하나 시공 기술에 따라 상당량을 줄일 수 있으므로 여굴을 줄이기

위한 많은 노력이 필요하다.

(가) 여굴의 발생 원인

여굴의 발생 원인은 다음과 같다.

① 사용 장비에 의한 원인

사용 장비의 규격에 따라 여굴량이 달라진다. 예를 들면 점보 드릴과 같은 대형 장비

의 경우 그 장비가 크므로 많은 여굴이 발생하며, 레그 드릴과 같은 소형의 경우 여굴

량은 감소한다.

? 점보 드릴의 경우 드릴의 작업 방향과 터널 단면과 이루는 최소각 4?발생

- 천공장 3.7 m일 때 260 mm 여굴 발생

- 천공장 4.2 m일 때 290 mm 여굴 발생

- 천공장 4.7 m일 때 330 mm 여굴 발생

? 레그 드릴의 경우 착암기 크기에 따라 천공장 1.0 ~ 2.8 m일 때 100 ~ 300 mm

여굴 발생

② 천공 위치 및 천공 기능에 의한 원인

? 천공 위치에 따른 작업의 난이도에 의하여 여굴량이 변화한다. 예를 들어 측벽의

제9-1편 터널 본체

117

경우보다는 천정부가 작업이 곤란하므로 여굴량이 증가한다.

? 작업원의 천공기능 숙련도에 따라 여굴량이 크게 변화한다. 통상 굴착 막장은 많은

요철로 불규칙하므로 주변공 위치가 경사면과 같이 어려울 때 작업원의 숙련도에

따라 여굴량이 크게 좌우된다.

③ 천공 로드의 휨에 의한 원인

장공 천공 시 연약구조대를 따라 드릴 로드가 휘어지는 현상이 발생되는데 이로 인하

여 여굴이 불규칙하게 발생한다.

④ 사용 발파법에 의한 원인

현재 터널 굴착에는 굴착면을 확보하기 위하여 스무스 블라스팅공법이 널리 채택되고

있다. 주변공에 다이나마이트 등 일반 폭약을 사용하는 통상의 발파법을 적용할 경우

는 스무스 블라스팅에 비하여 주위 지반을 크게 손상시키며, 이로 인한 버력이 다량

발생하게 되고, 또한 여굴량이 증가한다.

⑤ 지질구조적인 원인

지반 조건 및 터널 굴착 시 수시로 변화하는 지질 여건에 따라 연약지반 부위 및 절리

의 상호 교차 지점에서 나타나는 미끄러짐 현상으로 여굴이 발생한다.

(나) 과다 여굴방지 대책

도로터널 공사에서 발생되는 여굴은 그 양이 증가함에 따라 버력 반출량, 숏크리트 시공

량 및 콘크리트 라이닝 시공량이 증가하게 되어 상대적으로 공사비의 증가를 초래하,며

터널 지보 측면에서도 가능한 한 여굴량을 감소시키는 것이 유리하므로 이를 위하여 굴

착 공사 시 다음과 같은 사항이 고려되어야 한다.

? 외곽공 발파 시 제어공법 적용

? 매 공종별 발파 후 가능한 한 조속히 초기 보강(숏크리트 타설) 실시

? 적정 사용 장비의 선정

? 숙련된 작업원 활용 및 기능 교육 실시

? 정밀폭약 사용 및 적정량의 폭약량 사용

? 예상되는 연약지반에는 선진그라우팅 실시

(다) 여굴에 관한 규정 및 허용 기준

국토교통부 표준품셈에 명시된 터널 암뚫기 여굴량 표준과 고속국도공사에서의 적용실태는

다음과 같다.

제4권 터널

118

<표 4.16> 암 뚫기 여굴량의 표준

표준품셈 한국도로공사 실무지침 비고

구 분 여굴량(mm) 구 분 여굴량(mm)

측 벽 150 ~ 200

측벽 및

아치

A, B-1, 2 100

C-1, 2 150

아 치 100 ~ 150

D-1, 2, E-1, 2 200

바닥 및 인버트 100 ~ 150 바닥 및 인버트 150

이 때 터널 공동구 바닥부 여굴 처리를 5종(fck=15 MPa) 콘크리트 채움으로 설계에 반영

한다.

(6) 발파 패턴의 결정

발파 패턴을 결정할 때는 암질, 굴착면, 천공 비용, 시공성 등 전술한 비교 항목들을 충족하

는 방법으로 단독 선정하거나 조합하여 결정한다. 굴착 공법과 발파 공법에 대한 보다 상세

한 내용은 관련 기술서를 참조하여 설계에 반영할 수 있다. 표 4.17은 심발발파 공법과 제어

발파 공법을 조합하여 시공에 적용한 예를 나타낸 것이다.

<표 4.17> 발파패턴 적용 예(부산 ~ 울산 간 고속도로 설계, 한국도로공사) (단위 : m)

단 면 암 분 류 발 파 패 턴 천 공 장 1회 굴진장 비 고

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

경 암

보 통 암

연 암

풍 화 암

풍 화 토(암)

Cylinder - Cut + Smooth Blasting

″

″

V - Cut + Smooth Blasting

″

3.80

3.80

2.20

1.65/3.30

1.30

3.5

3.5

2.0

1.5/3.0

1.2

상부/하부

(7) 버력

버력 처리는 터널 시공 공기 및 굴착 경비 결정에 중요하므로, 버력의 크기를 파악하고 버력

의 반출량을 결정하는 것이 필요하다.

버력의 크기는 지반 조건, 굴착방법 등 제 여건에 따라 크게 좌우되어 단정적으로 기술하기

는 극히 곤란하므로 터널 굴착 초기에 시험발파를 통하여 그 크기를 측정하고, 이를 토대로

목적하는 크기를 결정하는 방법이 일반적으로 이용되고 있다.

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119

(가) 버력 크기를 결정하는 요소

? 지반 조건 절리, 균열 등 지질 구조적인 여건

? 발파공법

? 천공수 및 천공장

? 장약량

(나) 버력 반출

중소터널에서 버력 반출은 터널 시공 공기 중에서 1/4 ~ 1/3을 차지하는 요소이며, 어떻

게 합리적으로 기계를 조합시키는가에 따라 공기의 단축도 가능하며, 1일당 굴착 진행을

좌우하고 굴착경비에 크게 영향을 미친다. 공기 중 착공, 발파, 지보재에 요하는 시간은

터널 내경, 지질 등에 의해 결정되어 큰 단축은 곤란하나 버력 반출 시간은 터널에 합당

한 기구의 조합 여하에 따라서 단축될 수 있다.

(다) 터널 암버력의 활용

일반적인 터널발파시 60 cm 이상 대괴는 5 ~ 15% 발생이 예상된다. 또한, 지반이 좋을

수록 대괴 발생률이 높고, 암반등급 Ⅳ 이상 구간은 풍화암 이하 불량한 지반으로, 지반

특성, 굴진장 및 천공간격이 상대적으로 작아 대괴의 발생 확률이 매우 적어 암반이 좋은

구간과 동일한 기준 적용이 곤란하다. 따라서, 암반분류 상 발파암 이상인 암반등급 Ⅰ

~ Ⅲ 구간에 대하여 소할을 반영한다.

? 터널 암버력 소할 적용방안(설계처-2895, 2012.10.16.)

- 터널 암버력 중 골재생산 및 성토용 물량(15%) 소할비용 반영

- 대상물량 : 암반등급 Ⅰ ~ Ⅲ 구간의 굴착물량

- 피난연결통로, 인력 · 기계굴착 여굴 물량은 소할 적용대상 제외

- 암반등급 Ⅳ ~ Ⅴ는 성토제 우선 적용, 암반등급 Ⅰ ~ Ⅲ은 골재생산용 외 가능한 사토

(8) 터널 관통부 굴착

터널 관통 위치 계획 시 주요 고려사항으로 종단경사를 고려한 급 · 배수 계획, C/R장 위치,

토공유동 계획, 작업장 확보, 시공 중 민원 및 지반 조사결 과에 의한 지층 상태 등을 종합적

으로 고려해야 한다. 또한, 일방향 또는 양방향 굴착 여부에 따라 관통부가 갱구부에 근접하

거나 터널의 중심부에 형성되므로 이에 따른 시공 계획을 수립하여 안전한 시공이 될 수 있

제4권 터널

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도록 해야 한다.

(가) 관통부 시공 시 유의사항

? 관통부 시공 시 암반 상태(절리방향 등)를 면밀히 관찰해야 하며, 암반 상태가 불량할

경우 감독원과의 협의하여 관통 위치를 변경해야 한다.

? 관통부 영향 범위를 고려하여, 관통 위치(2.0D 이상)까지 시공이 되었을 경우 즉각 굴

착을 중지하고, 절리 방향 등 암반 상태를 면밀히 조사해야 한다.

? 관통부 시공 시는 암반 상태에 따라 굴진장 축소, 보강 공법 등을 적극 검토해야 한다.

? 관통 위치 시공시 절리 방향에서 불리한 위치부터 상반 굴착을 수행해야 하며, 암반

상태에 따라 보강 공법을 적용하여 안정성을 확보해야 한다.

 

? 관통부 굴착 시 막장 조건이 불량할 경우 막장면 숏크리트 등으로 보강해야 한다.