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

121

5.1 설계 일반

터널의 지보는 원지반의 지보 능력을 적극적으로 활용함을 원칙으로 하며, 터널 지보재는 터널 주변

의 지반 거동 특성에 부합되도록 설계하여 시공 중이나 완공 후에도 터널의 안정을 유지할 수 있도록

해야 한다.

(1) 지보 구조

터널을 굴착하면 터널 부분의 지반이 부담하고 있던 응력이 없어지므로 굴착면 주변의 응

력은 새로운 응력 분포 상태에 이른다. 지반의 강도가 이 새로운 응력 상태에 대하여 충분

하지 못하거나 지반에 절리 등의 역학적 불연속면이 발달하고 있을 때는 굴착면 주변의

지반이 붕괴되거나 역학적인 불연속면으로 분리되어 지반의 붕괴가 발생하거나 굴착면의

변화가 이상하게 커질 때가 있다. 터널의 지보 구조는 이 같은 상황을 방지하고 터널을

안전하게 굴착할 수 있도록 함과 동시에 완성 후에 터널의 단면을 유지하고 터널의 안정

성을 확보하는 역할을 하고 있다. 즉, 지보공은 안정 상태에 있는 지중에 터널을 굴착하여

발생하는 새로운 응력 상태에 대하여 터널 주변 지반과 일체화시키는 지보 부재를 조기에

시공함으로써 주변 지반의 지보 기능을 최대한 이용할 수 있도록 함과 동시에 작업 중

안전을 확보할 수 있도록 설계해야 한다.

터널 굴착에 따라 지보공에 작용하는 하중은 굴착 후 시간이 경과됨에 따라 증대하는 경우가

많으므로, 굴착 후 신속히 시공할 수 있는 지보공으로 해야 한다. 또 지보공은 시공이 용이하

고 능률적인 갱내 작업을 할 수 있는 것이어야 한다.

현재 일반적으로 사용되는 지보공의 종류로는 숏크리트, 록볼트, 강지보재가 있으며, 각각의

특성에 맞게 수행하는 기능과 역할이 있다. 일반적인 경우 주지보재를 통하여 내구연한 동안

의 안정성을 확보하며, 지반 조건이 극히 불량한 경우에는 콘크리트 라이닝이 지보공의 역할

을 담당하는 경우도 있다.

5. 지보 구조의 설계

[KDS 27 30 00 터널지보재]

제4권 터널

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터널의 지보 구조로는 이들을 적당히 조합하여 사용하며, 조합 방법이나 각 구조 부재의 설

계는 암질, 초기 지반 응력, 용수 상황 등의 지반 조건에 크게 좌우되므로 그 지점의 조건에

가장 적합한 지보 구조를 설계해야 한다. 그러기 위해서는 터널 굴착에 따른 지반의 거동과

각 구조 부재의 터널 안정화에 대한 작용을 이해해야 한다.

숏크리트는 강섬유 숏크리트 사용을 기본으로 하며, 팽창성 지반과 같은 큰 변형이 발생이

예상되는 지반에서 국부적으로 박리되는 경우, 지하수 발생이나 절리의 발달로 국부적인 붕

락이 발생되거나 여굴부 채움 구간 등에는 철망을 사용하여 시공성 및 안정성 향상시킬 필요

가 있다.

강지보는 시공성이 좋은 격자지보재 사용을 기본으로 하고, 토사, 미고결 지반, 파쇄대 또는

지하수와 연계된 풍화암 등의 지반과 갱구부, 저토피부 등 초기 숏크리트 강성확보와 아칭효

과 증대가 필요한 지형에는 H형 강지보재를 사용하여 터널의 안전성을 증가시킬 필요가 있다.

터널 보조공법은 주지보재인 1차 지보재만으로 안정성을 확보할 수 없을 때 사용하며, 지형

및 지반조건에 따라 선정한다.

<표 5.1> 지보단계별 지보재의 종류 및 개요

구 분 종 류 개 념

1차

지보

. 숏크리트 . 록볼트 . 강지보공

. 터널굴착 후 주변지반이 지보기능을 발휘할 수 있도록 지반거동을

억제하여 안정상태에 이르게 하기위해 설치 . 터널굴착에 의해 발생되는 지반의 거동을 조기에 억제시켜 지반이

보유하고 있는 지지력 및 강도를 최대한 이용할 수 있도록 하고 지

반을 안정시킴

1차

지보 . 내부 라이닝

. 배수형 터널의 경우 모든 지반하중을 1차 지보가 담당, 내부

라이닝은 터널 내부 시설물의 보호, 미관유지, 쾌적한 공간유지 등의

부수적 기능 담당(일부 이완하중, 잔류수압 담당) . 비배수형 터널의 경우 배수형과 동일하나 수압을 지지

보조

공법

. 포어폴링 . 다단그라우팅 . 프리그라우팅 등

. 단층파쇄대, 터널 시.종점부, 저토피부, 용수대 등 지반이 불량한

경우 1차 지보 전 터널굴착의 안정을 위해 설치하는 것으로 1차

지보의 보강기능

(2) 터널 굴착에 따른 지반의 거동

터널 굴착을 역학적으로 보면 단순히 파낸다는 차원보다는 제거되는 암괴가 부담하고 있던

응력을 해방시킨다는 것이다. 터널의 안정은 이 응력 해방이 지보 구조물의 설치에 따른 지

반 안정에 기여하는 효과로써 결정된다. 즉, 응력 해방에 따르는 응력의 재배분과 지보 효과

제9-1편 터널 본체

123

와의 상호 관계를 해석하는 일이 터널 설계의 기본이다. 그러나 이것을 엄밀하게 해석한다는

것은 현재 실용되고 있는 기술 수준으로는 많은 어려움이 따른다. 이는 주로 터널을 굴착하

려고 하는 지점의 지반 조건을 파악하는 것이 대단히 곤란하다는 점에 기인한다. 지반 조건

이란 터널을 굴착하려고 하는 지점의 응력 상태와 지반 구조 즉, 지질 분포와 그 경계와 절리

의 불연속면 분포 및 각 암석이 갖는 탄성계수 등의 역학적 성질을 말한다.

따라서, 터널에서는 경험적인 방법이나 표준적인 설계 방법이 많이 사용된다. 그러나 터널의

지보 구조 설계는 터널을 굴착함에 따른 응력의 재배분이 기초가 되므로 개념적이나마 그

과정을 이해하여 두는 것이 지보 구조 설계를 위하여 필요하다.

터널 굴착 전 원지반 내에는 동일한 힘이 작용하고 있으며, 그 크기는 수직 방향으로  × H

(는 원지반의 단위중량, H 는 토피고), 수평방향으로 KA ×  × H (KA 는 수평 토압계수 :

0.2 ~ 0.7)로 생각할 수 있다. 물론 지층이나 지표면의 형태 · 주향에 따라 다를 수 있으나,

일반으로 배사에서는 작고 향사에서는 큰 토압이 작용하며(그림 5.1 참조), 지표가 경사져

있으면 편토압이 작용한다.

비교적 간단한 계산으로 NATM 발전에 크게 기여하였던 설계 요점만을 설명한다.

우선 수평 토압계수, KA =1로 가정하면 외압(P   . H )이 작을 때에는 원지반은 완전 탄성

체이고, 그때 원지반 내의 터널 접선 방향 응력 f 와 반지름 방향 응력 fr는 다음 식으로

구한다.

향사 : 토압이 큼 배사 : 토압이 작음

<그림 5.1> 터널의 위치에 따른 토압

f  P  r

a  Pi × r

a

fr  P  r 

a  Pi × r

a

r = 0 (a는 터널 내공 반지름)

제4권 터널

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여기서 다음 사항을 알 수 있다.

. f 는 r  a 인 곳에서 가장 커지며, 만일 지보공이 없다(Pi   )고 하면, f  P   .  .H

가 된다. 이것으로써 원지반의 강도가  .  . H 보다 클 때는 부석만 제거하면 무지보도 가

능하다고 볼 수 있다.

. 이때의 f  fr 분포는 그림 5.3과 같으며, f 가 지반 강도 qu보다 커지면 터널의 벽면 근처

는 소성체로 되어 항복하고 만다.

원지반 내의 응력 상태

<그림 5.2> KA = 1.0 탄성 상태 <그림 5.3> KA = 1.0 소성 상태

벽면 부근이 항복하고 나면 접선 방향 응력 f 를 분담할 수 없는 상태에서 변형이 진행되므로

내부 지반이 강한 응력을 받는다. 벽면으로부터 암반 내부로 감에 따라 지반은 삼축 응력 상

태로 되므로 qu보다 다소 큰 응력을 받게 된다. 이 때문에 지반 내에서는 그림 5.3과 같은

응력 분포를 이루게 되며 반지름 a 와 R사이는 소성 상태가 되어 변형량은 증대하나, 지반

내부에서는 높은 응력을 분담하므로 지보공은 비교적 작은 것으로도 가능하다. 이때 필요한

지보공의 힘 Pi와 소성 영역의 반지름 R사이에는 다음의 관계가 성립한다.

Pi  c.cotø  H   sinø   c cotø  cosø  × R

a   sinø

sinø

c : 점착력,  : 지반의 내부 마찰각

이때 터널 내공면에 있어서 변형량 .는 다음 식으로 구할 수 있다.

a  a E

R²

f  fr     H 

 aE

R²

H sinø  sinø   c.cosø    

제9-1편 터널 본체

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  포아송비 E  탄성계수   단위체적중량

변형량 .와 필요한 지보공의 힘  .와의 관계를 구하면 그림 5.4와 같이 되며, 이 그림 에

서 보여주는 것과 같이 적당한 변형을 허용하고 소성 영역을 발달시키면 지보 저항력  .는

줄어들게 된다.

<그림 5.4> 변형량과 지보 저항력과의 관계 <그림 5.5> Fenner-Pacher 곡선

Fenner-Pacher는 일정 수준 이상의 변형을 허용하면 느슨함이 다시 시작되고 느슨해진

암반의 중량이 작용하게 되므로 재차 지보공에 작용하는 힘 Pi는 크게 된다고 보아 그림

5.5와 같은 관계를 제창하였다.

일반적으로 측압계수 KA 는 0.5 ~ 0.7 정도이며, KA =1.0인 실제의 경우 f  fc r 는 다음과

같다.

f  

H

  KA   r

a  

H

  KA   r

a cos  Pir

a

fr  

H

  KA   r

a  

H

  KA   r 

a

 r

a cos  Pir

a

r  

H

  KA   r

a

 r

a sin

여기에서 알 수 있는 것은   . 의 방향(터널의 횡방향)에서 f 가 가장 크고 최대치는

Pi  에서 f    KA H 가 된다. KA = 0.5로 하면 f 는 H 되고, KA 가 작아질

수록 f 는 커진다(그림 5.6-ⓐ 참조).

역으로  =0.와  =180.(터널의 천정과 바닥)에서는 f 는 작고,  가 1/3 보다 작을 경우에

는 인장 상태가 된다. 원지반의 강도(.. )가 약 H 보다 작은 경우에는 측벽부로부터 항복

이 시작됨을 알 수 있다.  =1.0의 경우 탄.소성 상태의 응력, 변형량 등의 계산이 가능하다

(그림 5.6-ⓑ 참조).

여기서 측벽부가 우선 항복을 시작하는 점, 즉 측벽부부터 밀리는 점을 알 수 있다. 토압 H

제4권 터널

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가 지반 강도 qu보다 크게 되면 측벽에서 항복하여 그 부분이 팽창하므로 수평 방향의 큰

압력이 작용하므로 수평 방향으로 긴 록볼트가 필요하다.

탄성체에 대하여 이 밖에도 자중을 생각하는 해석, 지표면에 가까울 때나 경사가 있을 때,

타원형의 터널 등에 대해서도 식이 구하여지고 있으나 앞서 기술한 것으로 충분히 검토할

수 있다.

PV : 연직 토압

PH : 수평 토압(PV )

f : 접선 방향 응력

fr : 반지름 방향 응력

ⓐ KA ≠, 탄성 상태

연직 토압 PV  MPa

수평토압 PH  PV   MPa

내압(지보 저항력) Pi  MPa

점착력 C  MPa

내부 마찰각   .

ⓑ KA ≠, 소성 상태

<그림 5.6> 원지반 내의 응력 상태

여러 가지 형태의 터널에 대한 지보공(숏크리트, 록볼트 등)의 효과를 알아보기 위해서는 터

널 수치 해석에 의한 전산 해석이 이용된다(그림 5.7 참조). 터널 설계 시 터널 거동의 해석은

계산 방법, 계산상의 가정, 계산에 사용하는 물성치 등을 충분히 검토하고, 유사 조건에서의

설계 적용 사례를 참고하여 종합적으로 판단해야 하며, 터널 거동 해석을 위한 전산 프로그

램은 아래와 같은 요건을 갖춘 것이어야 한다.

. 해석 프로그램은 국내외에서 사용된 실적이 있어 그 객관성이 입증되었거나 공인기관에

의하여 터널 거동 해석에 적합하다고 인정된 프로그램

. 굴착 단계에 따른 지반 및 지보재의 변형 및 응력의 변화를 계산하여 터널 설계에 반영할

수 있는 프로그램

. 지반의 소성 거동을 해석할 수 있는 탄소성 또는 점탄소성 프로그램

또한 터널 수치 해석을 수행할 때에는 다음과 같은 사항을 고려하고 실제 해석 예를 참조

한다.

제9-1편 터널 본체

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터널 수치 해석 시 영향권 설정

: 터널 수치 해석은 최대 악조건인 4.5 m

이격의 경우로 함

(1) 터널 측방 : 3.0D

(2) 터널 하부 : 2.0D

(3) 터널 상부 : 지표면까지

<그림 5.7> FEM 해석을 위한 Model의 예

. 해석 영역은 터널 굴착에 따른 영향을 파악할 수 있도록 충분하게 설정해야 한다.

. 실내 시험 결과를 지반 특성치로 이용할 경우에는 절리의 상태 등을 고려, 시험 결과치를

평가하여 사용해야 한다.

. 해석 모델은 터널 굴착 영향권을 포함하되 일반적으로 터널 측방으로 3.0D 이상, 터널 하

부로 2.0D 이상을 영향권으로 하여 지표면까지를 경계로 모델링한다. 그러나 터널 수치

해석은 어디까지나 지반 상태를 모델링하는 것이므로 지반조사에 의한 지반의 물성치로써

표준 단면 설계에 한하며, NATM의 특성인 경제적 단면을 구하기 위해서는 관찰과 계측

결과를 기본으로 하여 현장에서 수정하여 가는 것이 바람직하다.

그리고 터널 해석에 일반적으로 적용되는 수치해석 기법은 크게 연속체 모델 · 불연속체

모델 등 두 가지로 나주어지는데, 유한요소법(finite element method) · 유한차분법

(finite difference method) · 경계요소법(boundary element method) · 개별요소법

(distinct element method) 등이 여기에 속한다.

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5.2 지보 구조의 선정

(1) 지보공의 설계에 있어서는 지반 특성 · 시공법 등을 고려하여 지반 분류에 적합한 지보 부재를 선

정하고, 표준이 되는 지보 패턴을 설정해야 한다.

(2) 시공 중 막장과 터널 내 관찰 · 계측 결과 지보공의 설계가 현장 상황에 적합하지 않다고 인정되는

경우에 지체 없이 지보공의 설계를 변경할 수 있도록 지보 패턴을 설정하여 놓아야 한다.

(1) 지보공은 터널 주변의 원지반이 보유하고 있는 지보 기능을 최대한 활용할 수 있도록 설계해

야 한다. 따라서 지보공 설계에 있어서는 지형 · 지질 · 지반의 역학적 특성, 토피의 대소, 용

수의 유무, 굴착 단면의 크기, 지표 침하의 제약, 시공법 등 제반 설계 조건을 종합적으로

고려하여 합리적인 지보공이 될 수 있도록 해야 한다. 지보공의 설계는, 복잡하게 변화하는

지반 특성을 터널 굴착 전에 파악하기가 곤란하기 때문에 지반 분류에 의하여 설정된 지반의

등급에 따라 숏크리트 · 록볼트 · 강지보재 등 지보 부재를 적절히 선정하고 표준이 되는 지

보 패턴을 설정하여 굴착 중 관찰, 계측 등의 결과에 따라 필요한 경우 지보 패턴을 변경할

수 있도록 현장 조건에 맞는 지보 패턴을 설정하여 놓아야 한다.

<표 5.2> 지반 조건에 따른 지보 부재의 주요 기능

지반조건 지 보 개 념 지 보 목 적 주 지 보 보 조 지 보

경암 및

극경암

. 주변 지반의 영구 지보

기능 담당 . 라이닝은 역학적 기능

불필요

. 암괴의 붕락 방지 . 균열 선단 집중 응력

감소

. 숏크리트 . 랜덤 록볼트 . 철망

경암 및

보통암

. 지보 부재는 영구 구조물 . 라이닝은 안전율 향상

. 암괴의 붕락 방지 . 이완 토압지지

. 숏크리트 . 시스템 록볼트 . 강지보재

연 암

. 지보 부재는 영구 구조물 . 라이닝은 안전율 향상

. 암괴의 붕락 방지 . 초기 토압의 일부지지 . 내압 효과

. 숏크리트 . 시스템 록볼트 . 강지보재

. 프리그라우팅(필요 시)

풍화암

. 지보 부재는 영구 구조물 . 라이닝은 안전율 향상

. 초기 토압의 일부 지지 . 내압 효과

. 숏크리트 . 시스템 록볼트 . 강지보재

. 훠폴링(필요 시) . 프리그라우팅(필요 시) . 막장면 록볼트

토 사

. 지보 부재는 영구 구조물 . 라이닝은 안전율 향상

. 지반 변형 억제 . 이완 토압의 지지

. 숏크리트 . 시스템 록볼트 . 강지보재

. 훠폴링(필요 시) . 프리그라우팅(필요 시) . 보강그라우팅(필요 시)

제9-1편 터널 본체

129

지보 부재로는 숏크리트, 록볼트, 강지보재 외에 지반 조건에 따라 콘크리트 라이닝을 포함할

수 있다.

지보 부재는 각각이 보유하고 있는 지보 기능을 충분히 고려하여 선정하며, 지반 조건에 따

른 지보 부재의 주요 기능은 표 5.2와 같다.

지보 구조의 선택에 있어서는 예상되는 지반에 대하여 시공법이나 시공 설비의 대폭적인 변

경을 수반하지 않고 일관성 있는 시공이 되도록 해야 한다.

콘크리트 라이닝은 지보 구조물로서 특수한 성격을 갖고 있다. 즉, 터널의 안정성을 확보하기

위한 지보 구조물로는 최종 단계의 것으로서 다음과 같은 경우에 사용된다.

(가) 터널의 안정성에 대한 안전율을 크게 할 때

(나) 다른 지보 구조물로는 변형을 제어하기가 곤란하고 변형을 제어하기 위해 큰 내압이 필

요할 때

(다) 토피가 작은 경우 등 지표면 침하를 최소한으로 억제하기 위해 지보 구조를 강한 구조로

할 필요가 있을 때 콘크리트 라이닝은 거의 (가)의 경우에 사용한다. 지보 구조는 시공성

을 고려하여 시공 중의 안전성을 확보하는데 중점을 두어야 할 때가 있고, 원지반의 강

도를 유효하게 이용하기 위하여 필요로 하는 최소한의 지보 구조로써 터널 주변 지반의

응력 재배분을 완료시키는 것이 중요하다.

따라서, 도로 터널 설계 시에 필요한 안전성을 확보하지 못했을 경우도 있고 파악이 힘

든 지반 내부 지질 구성의 불확실성이나 지하수의 작용에 의하여 장기간에 걸쳐 지반의

변화가 발생하는 경우도 있어 이때 안전율을 고려한 대책으로 콘크리트 라이닝이 사용

된다.

(나)의 경우는 지반 강도비가 작아 변형으로 생긴 토압을 줄일 수 없을 때 콘크리트 라이닝에

의하여 변위를 구속하여 터널의 안정화를 도모하는 것이며, 변형이 일어나지 않는 단계에서

적당한 시기에 콘크리트 라이닝을 시공한다. 이때의 라이닝 설계 및 시공 시기는 신중히 검

토해야 한다.

(다)의 경우 토피가 작아 굴착에 의한 영향이 지표면에 미치는 것을 막을 필요가 있을 때나

아치 효과를 기대하는 것이 적당하지 않고 변위를 최소한으로 해야 할 때 사용하며, 콘크리

트 라이닝은 굴착 후 되도록 빨리 시공하고 토피에 따른 토압을 고려해야 한다. 이때는 콘크

리트 라이닝 이외의 지보 구조물도 변위가 생기지 않도록 설계해야 한다. 라이닝은 역학적인

역할 뿐 만 아니라 방수의 역할도 한다는 것을 잊어서는 안 된다.

제4권 터널

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굴착된 현장의 자립성에 문제가 있는 갱구부 부근 같은 곳에서 강지보재를 사용할 때에도

보조 공법으로 숏크리트의 병용을 검토하는 것이 바람직하다. 강지보재를 주체적으로 사용할

때는 고압 · 다량의 용수가 있을 때에 한정한다.

한편 지보 패턴의 설정은 통상 아래와 같은 방법에 의한다.

. 여러 시공 실적에 근거하여 지보 패턴을 참고로 하는 방법

여러 시공 실적에 근거하여 작성된 표준 지보 패턴을 참고로 하여 지보 패턴을 설정하는

것은 간편하면서도 유효한 방법이 될 수 있다. 그러나 이 방법에 의하여 지보 패턴을 설정

하는 경우에는 기본 시공 실적 및 경험 등을 바탕으로 한 고도의 기술적 판단이 요망된다.

. 근접된 현장의 사례 혹은 지반 조건이 유사한 경우의 설계 예를 참고로 하는 방법

기존의 설계 사례 중 지반 조건 및 단면 형상 등의 조건이 유사하다고 판단되는 경우에는

그 설계 사례를 참고로 하여 지보 패턴을 설정할 수 있다. 이 경우 이미 시공된 터널의

지반 조건 · 시공법 등의 설계 조건 및 계측 결과 등의 정보를 가능하면 많이 수집하여

이를 정밀 분석한 후, 기존 지보 패턴에 검토된 내용을 반영시킨 적절한 지보 패턴을 새로

이 설정해야 할 필요가 있다.

. 해석에 의하여 지보 패턴을 설정하는 방법

편압이나 통상의 변위량을 초과할 것이 예상되는 특수한 지반 조건의 경우나, 굴착 단면

이 특수한 형태를 가진 경우 등과 같이 유사 설계 사례가 거의 없어 기존의 설계 사례만

을 참고로 지보 패턴을 설정하기가 곤란한 경우 (가) · (나) 방법 외에 해석적 방법에 의하

여 지보 패턴을 설정한다. 해석적 방법에는 유한 요소법, 무한 요소와 유한 요소 등을 혼

합한 혼합법 등을 이용하여 지반 및 지보 부재의 응력 상태를 파악 후 안정성을 확인하는

수치 해석법, 단면 형상을 원형 등과 같이 단순한 형태로 모델화하여 탄소성 이론 등에

의하여 응력 상태를 파악하는 이론적 해석 방법 등이 있다. 양자 모두 정량적 설계 방법이

라는 점에서 유효한 방법이나 지반 특성을 나타내는 역학적 특성치 및 초기 지반 응력의

평가, 지보 부재의 적절한 모델화 등 해석상 해결해야 할 문제가 많이 남아 있으므로 이

방법을 적용하는 데 있어서 신중한 검토가 필요하다.

(2) 터널을 안전하고 경제적이며 합리적으로 시공하기 위해서는 막장 및 갱내 관찰을 포함한 현장

계측 결과를 어떻게 설계에 반영시키느냐가 중요한 과제이다. 따라서, 막장 및 갱내 관찰 ·

계측 결과를 검토하여 지보공을 변경할 필요가 있다고 판단되는 경우는 지체 없이 변경해야

제9-1편 터널 본체

131

한다. 지보공의 변경은 변위량의 크기, 변위 속도, 변위 수렴도, 막장의 안정성, 용수량, 지보

부재의 변형 등을 고려하여 변형 여유량, 록볼트의 길이 및 본수, 숏크리트 두께 등의 변경

여부를 결정하고, 필요 시 근본적인 지반 등급을 평가하여 적용 지보 패턴의 변경, 굴착 단면

의 형상, 시공법의 변경 등을 실시해야 한다. 지보공의 변경에는

(가) 굴착된 구간에서의 계측 결과에 근거하여 미굴착 부분의 설계를 변경하는 경우

(나) 이미 굴착된 구간의 변위가 설계상 산정한 값과 크게 다르고, 지반의 안정에 문제가 있

기 때문에 변경하는 경우

(다) 굴착된 구간에서의 계측 결과에 근거하여 미굴착 구간의 설계를 변경하는 경우

지반 조사결과에 의하여 설정된 지보 패턴은 표준적인 것이며, 이것은 시공 중 계측 결

과에 의하여 현장 상황에 맞게 수정 · 변경할 필요가 있다. 이 경우 지반 조건 및 변위량

등이 설계상 산정한 값과 다른 정도에 따라 지보공의 변경 내용이나 규모가 다르며, 변

경을 위한 주의 사항 및 검토 사항은 표 5.3과 같다.

(라) 이미 굴착된 구간의 변위가 설계상 산정한 값과 크게 다르고 지반의 안정에 문제가 있다

고 예상되는 경우

굴착 후 변위가 수렴하지 않는 경우 그 대책으로는 숏크리트 두께의 증가, 록볼트의

추가 시공 등 지보 부재의 증가 방법과 주입 공법 등에 의한 지반 개량 보조 공법을

고려할 수 있다. 이러한 대책으로도 변위가 수렴되지 않는 경우에는 콘크리트 라이닝 설

계 시 역학적 개념을 도입하여 변위를 강제적으로 구속시키는 방법을 고려할 수 있다.

(3) 표 5.4에는 도로공사의 고속도로 터널공법(Ex-TM)에서 제시한 기본 지보패턴(9개)를 예시

하였는데, 지보패턴은 해당 과업별로 선정된 지반 분류 등급에 따라 지보재의 지보량을 선정

하고 이론식 및 수치 해석을 통하여 검증해야 하며, 굴착 중 계측 결과에 따라 필요한 경우

현장에 적합하게 변경시킬 수 있어야 한다. 또한 지반 분류 등급별 지보량 선정을 다양하게

구분하여 경제성, 안정성 등이 확보될 수 있도록 해야 한다.

제4권 터널

132

<표 5.3> 설계의 변경 방법 및 검토 사항

현 상 변 경 방 법 주 의 및 검 토 사 항

지보 변위량이

예상 변위량

보다 크게 예상

되는 경우

변형 여유량의

확대

.숏크리트에 균열 등의 변형이 있는 경우 .록볼트의 축력이 큰 경우 .변형이 수렴하지 않는 경우

지보 부재의

증가

.숏크리트의 두께, 록볼트의 길이 및 본수, 지보 패턴의 간격 .파쇄대, 소성화가 현저한 지반에서는 지보공의 강성을 다소 높여도 변형

억제에 효과가 없을 경우가 있다.

단면의 폐합 .변형 억제에 가장 효과적인 방법이지만 일반적으로 공사비가 고가임. .단면은 가능한 한 조기에 폐합함

막장 및 막장

전방의 보강

.경사 볼트, 미니 파이프 루우프, 막장 전면 숏크리트 타설, 막장 전면 록

볼트 타설 .팽창성 지반, 균열이 현저히 발달된 지반 .위의 변경으로 효과가 없는 경우의 추가 보조공법

굴착 단면 분할

굴착 공법의

변경

.벤치 길이, 벤치 수의 변경 .링 커트 공법의 채용 .기계 설비의 변경을 수반하는 경우가 많다.

지보 변위량이

예상 변위량보다

작게 예상

되는 경우

지보 부재의

감소

.지반 변위량 및 록볼트 및 축력, 숏크리트 응력 등이 작은 경우 .암괴의 봉합 목적인 록볼트는 균열 상태에 따름 .강지보재는 붕락 상태나 초기 변위 속도에 의함 .숏크리트보다 록볼트를 우선적으로 감소시킴 .지보 패턴 간격을 연장시키거나 지보패턴을 양호한 지반 측으로 조정

변형 여유량의

감소 .충분한 정밀도로 검토한다.

<표 5.4> 고속도로 터널공법(Ex-TM) 기본 지보패턴 선정 예 . 기본 지보패턴(9개)

구분 A B-1 B-2 C-1 C-2 D-1 D-2 E-1 E-2

RMR 100 ~ 81 80 ~ 71 70 ~ 61 60 ~ 51 50 ~ 41 40 ~ 31 30 ~ 21 20 ~ 11 10이하

개요도

굴진장 4.0 m 이상 3.5 ~ 4.0 m 3.0 ~ 3.5 m 2.5 ~ 3.0 m 2.0 ~ 2.5 m 1.5 ~ 2.0 m 1.5/3.0 m 1.2/2.4 m 1.2/1.2 m

숏크

리트

5 cm

(일반)

5 cm

(강섬유)

6 cm

(강섬유)

8 cm

(강섬유)

9 cm

(강섬유)

12 cm

(강섬유)

12 cm

(강섬유)

16 cm

(강섬유)

16 cm

(강섬유)

록볼트

랜덤

(L = 3m)

2.5 m 간격

(L = 3m)

2.0 m 간격

(L = 3m)

1.8 m 간격

(L = 4m)

1.5 m 간격

(L = 4m)

1.5 m 간격

(L = 4m)

1.5 m 간격

(L = 4m)

1.2 ~ 1.5m

(L = 4m)

1.5 m 간격

(L = 4m)

강지보 - - - - 50×20×30 50×20×30 50×20×30 70×20×30 H-100

보조

공법

- - - - - (포어폴링) (포어폴링) 포어폴링 선진보강

주) 갱구부(P), 저토피부(L), 토사(S) 등의 연약대 지보패턴

제9-1편 터널 본체

133

. 부분 보강 패턴

. 주절리 각도 및 간격에 따른 변경 패턴(안)

구 분 보통암(절리간격 1.5 m) 연암(절리간격 0.4 m)

절리각도

30° 내외

우측 록볼트 각도 조정 우측 록볼트 각도 조정

절리각도

45° 내외

우측 록볼트 각도 조정 우측 록볼트 각도/간격 조정

절리각도

90° 내외

천단 록볼트 각도/간격 조정 천단 록볼트 각도/간격 조정

※ 1) 상향경사 구간은 록볼트 설치 각도 조절로, 하향경사 구간은 록볼트 설치 간격 축소로 봉합효과 확보

2) 절리각도 15° 미만인 경우는 수평과 동일한 각도로 록볼트 시공

제4권 터널

134

. 일부 단층.파쇄.연약대가 있는 경우의 부분 보강(안)

구 분

소규모

(파쇄대 폭 1.0 m미만)

중규모

(파쇄대 폭 1.0 ~ 3.0 m)

대규모

(파쇄대 폭 3.0 m 초과)

경 암

기본 지보패턴 B

단층부 추가 록볼트

기본 지보패턴 C

단층부 포어폴링 + 록볼트

기본 지보패턴 E

단층부 강관다단그라우팅

보통암

기본 지보패턴 C

단층부 추가 록볼트

기본 지보패턴 D

단층부 포어폴링 + 록볼트

기본 지보패턴 E

단층부 선진보강그라우팅

연 암

지보패턴 D

단층부 추가 록볼트

지보패턴 E

단층부 선진보강그라우팅

지보패턴 E

천단 + 단층 선진보강그라우팅

※ 1) 보강범위 : 2W = 파쇄대 폭원(W) + 0.5W(양측)

2) 추가보강 록볼트는 충분한 정착장을 확보할 수 있도록 록볼트 길이를 증가하고 설치각도 조정, 필요

시(폭원 2.0 m 이상) 강지보 추가 설치

3) 막장 천단부에 토사, 풍화가 심한 파쇄대, 미고결 퇴적층 등 발생 시 보조공법(선진보강 그라우팅 등) 및

강지보 적용 검토

4) 점토 등 충전물 5 mm 이상 시 별도의 안정성 검토 시행

5) 굴진장, 굴착방법 등은 단층.파쇄.연약대 등 암반조건, 막장 안정성, 장비 특성 및 조합 등을 고려하여

현장에서 변경하여 적용 가능

6) 지반조건이 아닌 장비운영 및 시공성 등에 따라 굴진장 및 지보패턴 변경 시에는 감독원 사전 승인

제9-1편 터널 본체

135

<그림 5.8> (a) 터널 표준 지보패턴 예(Type-A, 고속도로 터널공법 Ex-TM)

제4권 터널

136

<그림 5.8> (b) 터널 표준 지보패턴 예(Type-B-1, 고속도로 터널공법 Ex-TM)

제9-1편 터널 본체

137

<그림 5.8> (c) 터널 표준 지보패턴 예(Type-B-2, 고속도로 터널공법 Ex-TM)

제4권 터널

138

<그림 5.8> (d) 터널 표준 지보패턴 예(Type-C-1, 고속도로 터널공법 Ex-TM)

제9-1편 터널 본체

139

<그림 5.8> (e) 터널 표준 지보패턴 예(Type-C-2, 고속도로 터널공법 Ex-TM)

제4권 터널

140

<그림 5.8> (f) 터널 표준 지보패턴 예(Type-D-1, 고속도로 터널공법 Ex-TM)

제9-1편 터널 본체

141

<그림 5.8> (g) 터널 표준 지보패턴 예

(Type-D-2, 고속도로 터널공법 Ex-TM)

제4권 터널

142

<그림 5.8> (h) 터널 표준 지보패턴 예

(Type-E-1, 고속도로 터널공법 Ex-TM)

제9-1편 터널 본체

143

<그림 5.8> (i) 터널 표준 지보패턴 예

(Type-E-2, 고속도로 터널공법 Ex-TM)

제4권 터널

144

5.3 지보 구조의 설계 방법

5.3.1 지보 형식의 적용

터널의 지보패턴은 계획노선의 지형, 지질 및 유사지반의 시공실적 등을 분석하여 선정해야 한다(표

5.4 참조).

(1) 지보 패턴

터널의 설계 방법에는 이완 하중의 개념에 따라 지보재나 콘크리트 라이닝에 작용하는 하중

을 추정하는 방법과 터널 굴착에 따른 주변 원지반의 응력 상태를 해석적으로 검토하여 지보

구조를 설계하는 방법 두 가지로 대별된다. 전자는 주로 현장의 관측이나 경험에서 출발하고

지반 조건과 이완 하중의 크기, 지보 구조의 규모와 관련되는 방법으로 발전하여 과거 가장

실용적인 설계 방법으로 일반에 보급되어 왔다. 후자의 해석 방법에 대해서는 여러 가지로

검토를 했지만 각종 지보재의 작용 효과가 명확하게 증명되어 있지 않고 원지반의 성질을

대표하는 물성치의 추정이나 초기 원지반 응력의 파악이 어렵다는 점에서 현 단계에서는 일

반적인 설계 방법이므로 적용은 힘들다.

근래 숏크리트나 록볼트의 사용에 의하여 원지반의 느슨함을 적극 억제하며 시공하게 되어

터널 설계의 방법은 이완 하중의 개념에서 터널 주변 원지반의 응력 재분배 문제로 관점이

옮겨져 왔다. 그렇지만 앞서 말한 사유로 해석 방법에 의한 개개 터널의 설계를 해도 꼭 설계

정밀도가 높아진다고 할 수 없으므로 특별히 시공상의 문제가 없다고 생각되는 터널에 대해

서는 각 원지반 등급에 맞는 지보 패턴에 의한 기본 설계를 실시함이 바람직하다.

지보패턴 선정시 고려사항은 표 5.5와 같다.

(2) 수치 해석의 이용

해석적 방법에는 수치 해석법과 라프세비치 등 몇 사람의 연구가 제안하고 있는 몇 가지 이

론적인 해석법이 있으나 현재 가장 실용성이 높은 것은 유한요소해석(FEM), 유한차분해석

(FDM) 및 개별요소법(DEM)에 의한 수치 해석법이다. FEM, FDM 및 DEM 해석용 프로그램

은 범용화되어 있으므로 적절히 선택하여 사용하면 설계에 큰 도움이 된다.

(3) 대단면 및 소단면의 지보 패턴 방법

대단면 및 소단면의 지보 패턴에 대해서는 단면의 크기와 모양을 고려하여 별도로 설계하는

제9-1편 터널 본체

145

것이 바람직하다. 따라서, 설계에서는 앞서 말한 숏크리트 · 록볼트의 개개 지보 구조물의 적

용 방법에 따라 가장 합리적인 것이 되도록 해야 한다.

<표 5.5> 지보패턴 선정 시 고려사항

지 보 공

특 성

록볼트 간격 .굴착면적당 필요갯수 선정 후 굴진장을 고려한 종.횡방향 간격선정

록볼트 길이 .지반조건, 터널 굴착 단면의 크기 등을 고려한 길이 선정

숏크리트 .강섬유보강 숏크리트 적용에 따른 두께변화

지형/지질

특 성

연약파쇄대 .무지보 자립시간과 암질특성을 고려한 지보패턴 선정

다량용수구간 .용수제어 고려한 보조공법 적용, 필요시 특수시험/탐사계획 수립

암종변화 .터널상반 지질특성을 고려한 굴착 및 보강, 보조공법 검토

터널 여건

갱구부 .편토압 작용 및 갱구부 강성증대 목적의 보강공법 적용

분기터널 .응력집중을 고려한 패턴설계 및 보조공법 적용

확폭터널 .단면 증가에 따른 자립시간 및 이완영역을 고려한 지보패턴 설계

5.3.2 설계의 수정

당초 설계는 시행 시의 관찰 및 계측의 결과에 따라 필요한 수정을 한다.

터널의 당초 설계는 일반적으로 사전 조사의 정밀도를 생각할 때 가장 확실한 설계로 되어

있다고는 할 수 없다. 따라서 경제적이고 합리적인 터널 건설을 지향하는 데는 시공 단계에

서 실제의 원지반 조건에 적합한 방향으로 계획을 수정해야 한다. 수정에 있어서는 각 지보

구조물의 작용 효과를 고려하여 헛됨이 없는 합리적인 설계가 되도록 노력함과 동시에 굴착

진행, 굴착단면의 분할, 굴착 단면 형상, 단면 폐합 시기의 검토도 필요하다. 그림 5.9는

터널 설계의 순서를 표시한 것이다.

설계의 수정 항에는 여러 가지가 있으나 시공 시 현상과 관계되는 수정 방법을 나타내면

표 5.6과 같다. 또, 터널 벽면의 변위와 지보 구조에 작용하는 토압과의 관계를 개념적으로

설명하면 그림 5.10과 같이 크게 세 가지 경향으로 나누어진다. 설계의 수정을 필요로 하는

막장 관찰의 결과 및 각종 계측 자료의 해석에 관한 방법이 현재로는 충분하지 않으나 그림

제4권 터널

146

에 표시한 세 가지 경우의 설계 수정에 있어서 기본적인 방법을 기술한다.

조 사

원지반의 분류

설계방법의 수정

표준 지보 패턴 적용 개별 설계

시 공

설계의 조사

설계의 수정

관찰, 계측에 의한 원지반

조건의 확인

과대 또는 과소

타 당

수 정

설 계

지보 구조의 변경

보조 공법의 추가

단면분할의 변경

굴착단면의 변경

단면 조기 폐합 등

터

널

공

을

완

공

할

때

까

지

당 초

설 계

<그림 5.9> 터널 설계의 순서

<표 5.6> 설계의 수정 방법

구 분 현 상 검 토 사 항 수 정 방 법

설계 지보량을

경감하는 경우

.변위량 적음 .록볼트의 축력이 적음 .숏크리트에 응력이 작고

또한 변화가 없음 .막장이 안정되어 있음

.절리의 발달 정도 .용수의 많고 적음 .원지반 강도비

.지보 구조의 경감한 1굴진 길이의 연장 .단면 분할의 변경 .변형 여유량의 감소

설계 지보량을

증가하는 경우

.변위량이 큼 .숏크리트에 변화가

있음 .록볼트에 과대한 축력이

작용하고 있음 .강지보재에 변화 있음 .막장이 안정하지 못함

.초기의 변위 속도 .변위의 구속성 .원지반의 응력·변위

상태 .이완 영역의 크기 .막장의 자립성 .용수의 많고 적음

.지보 구조의 증가 .굴착 부근의 보강(훠폴링, 막장 부위의

뿜어붙이기 등) .단면의 조기 폐합 .단면 분할의 변경 .굴착 단면의 변경(인버트의 곡률을 크게

하는 등) .변형 여유량 늘이기

제9-1편 터널 본체

147

터널 벽면 변위 δ

지보구조에 작용하는 토압(

지보반력)Pi

① 탄성적 거동을 나타낼 때

② 보통의 지보 구조로 터널을 안정시킬 수가 있을 때

③ 보통의 지보 구조로는 터널이 안정되지 않는 특수한 경우

<그림 5.10> 터널 벽면 변위와 지보 구조에 작용하는 토압과의 관계

(1) 탄성적 거동을 나타낼 때

터널 굴착에 의하여 재분배된 응력이 원지반의 강도보다 작을 때는 원지반의 탄성적 거동

을 나타내고 터널면의 변위도 작아 20 ~ 30 mm 이내에 들어갈 때가 많다. 이와 같은 경우

에는 주로 원지반의 역학적 불연속면의 성상이 터널의 안정에 영향을 미치므로 일반적으로

록볼트에 발생하는 축력이나 숏크리트의 응력도 작아 터널 벽면을 느슨하게 하지 않도록

충분히 보호함으로써 안정을 얻을 수가 있다.

따라서, 설계의 수정에 있어서는 주로 굴착면에서의 균열 발달 정도, 즉 층리의 방향이나

절리의 크기 및 빈도를 고려하여 원지반의 일체성을 유지하고 과다한 이완이 생기지 않도

록 지보 구조를 설계할 필요가 있다.

숏크리트 및 록볼트는 암괴의 분리 방지, 키 블록(Key block)의 유지를 주목적으로 하여

설치하는 것이므로 지보재에 응력이 발생하지 않는다고 해서 즉시 이들을 생략하는 것은

좋지 않으나 지보 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 지보 구조를 최소의 설계로 변경하

도록 노력하는 것이 중요하다. 또 원지반이 안정되어 있고 굴착한 곳이 충분히 자립되었

을 때에는 강지보재는 생략하는 것이 바람직하다.

(2) 소성화되거나 보통의 지보 구조로 터널을 안정시킬 수가 있을 때

대개의 터널에서는 굴착에 의한 터널 주변의 원지반이 소성화되나 이러한 경우에는 적당한

시기에 적당한 강성이 있는 지보를 설치함으로써 터널 내공의 변위량이 50 ~ 150 mm 정도

제4권 터널

148

의 범위일 때가 많으므로 설계의 수정은 변위량 외에 록볼트의 축력이나 숏크리트 의 응력을

고려하여 변경한다. 변위량에 대해서는 그림 5.11에 참고로 표시하듯이 이제까지의 터널 설

계 경험에서 초기의 변위량과 최종 변위량 사이의 관계가 구해져 있고 이것을 참고 하여 굴

착 후 빠른 시기에 최종 변위량의 개략치를 추정할 수 있다.

초기 변위속도(㎜/일) δvmax

최대

내공

변위량

(㎜)

δmax 최소자승법에 의한 근사식

(상관계수 0.84)

log δmax=log δvmax+0.93

δmax=8.2 δvmax

<그림 5.11> 최대 내공 변위량과 초기 변위 속도의 관계(참고)

또, 내공 변위나 지중 변위의 분포에서 유한 요소법을 사용하여 원지반 내의 변형 분포를 알

수 있으므로 사전에 3축 응력 상태에서의 원지반 응력-변형 관계를 파악해 두면 터널 주변

원지반의 역학적 성질을 추측할 수가 있다.

현재 설계 수정의 구체적인 기준이 통일된 것이 없어 개개 터널마다 현장의 상태에 맞추어

시행착오에 의하여 행해지고 있으나 각 지보 구조물의 역할을 고려하여 기본적인 수정 방법

을 열거하면 다음과 같다.

. 숏크리트나 록볼트에 적당한 응력이 발생하고 변위가 수렴될 경우에는 굴착한 곳의 안정

정도를 관찰하여 굴착 현장의 보강 증감.일 굴착장의 증감.강지보재의 생략을 검토한다.

. 변위량의 크기와 비교하여 록볼트의 축력이 아주 작을 때는 록볼트에 의한 원지반 강도

개량의 효과가 작기 때문에 숏크리트나 강지보재를 주체로 한 지보 설계를 검토한다.

. 반대로 내공 변위가 좀처럼 수렴되지 않아 축력이 크고 볼트에 의한 원지반 강도의 개선이

제9-1편 터널 본체

149

인정될 때에는 볼트 개수의 증가, 긴 볼트의 사용 등으로 원지반 강도를 최대한으로 발휘시

킨다.

. 원지반 강도비가 작고[qu · h    ], 또한 내부 마찰각이 작을 때(  . )는 소성영역

이 심하게 확대되고 변위도 크게 되는 경향이 있으므로 이러한 경우에는 임의의 록볼트를

늘리지 말고, 강성이 높은 지보 구조로 변경하여 내압을 크게 해야 한다.

(3) 보통의 지보 구조로 터널이 안정되지 않을 때

숏크리트나 록볼트에 의해서도 원지반 강도를 개선하기가 곤란하고 심한 팽창성을 나타낼

때의 지보 구조는 큰 내압을 주고 또한 변형 능력이 큰 구조로 변형하는 것이 바람직하다.

큰 내압을 주기 위해서는 단면을 조기에 폐합하거나 대형 강지보재를 사용하는 등 강성이

높은 지보 구조를 채택할 필요가 있고, 큰 변형 능력에 대처하기 위해서는 지보 구조에 신축

기구를 주는 등의 검토가 필요하게 된다.

팽창성 토압의 크기를 지배하는 기본 요소는 원지반 강도비(qu · h )와 원지반의 파괴 이후

의 강도, 즉 잔류 강도라고 보고 있는 바, 이 점을 충분히 고려하여 설계 변경을 해야 한다.

또한 이러한 경우에 있어서는 단면의 조기 폐합.굴착단면 형상의 변경.도갱(導坑) 공법 등도

포함하여 검토할 필요가 있다.

제4권 터널

150

5.4 숏크리트 [KDS 27 30 00 터널지보재, 4.2 숏크리트]

5.4.1 숏크리트 일반

숏크리트의 설계는 지반 조건 · 사용 목적 · 시공성 등을 고려하고, 지보 부재로서 충분한 기능을 발휘

할 수 있도록 실시해야 한다.

숏크리트는 굴착 후 빠른 시간 내에 지반에 밀착되도록 시공이 가능하고 조기 강도를 얻을

수 있으며, 굴착 단면의 형상에 크게 영향을 받지 않고 용이하게 시공이 가능하므로, 가장

일반적으로 사용되는 지보 부재 중의 하나이다.

숏크리트 설계에 있어서는 그 사용 목적, 지반 조건, 단면, 시공성 등을 고려하여 배합 · 강

도 · 두께 등을 결정할 필요가 있으나, 지보 부재로서 충분한 기능을 발휘하기 위하여 다음

과 같은 요건을 만족시킬 수 있도록 설계해야 한다.

. 작용 하중에 대하여 충분한 강도를 지닐 것

. 필요한 강도를 조기에 확보할 수 있을 것

. 지반과의 부착성이 양호할 것

. 충분한 내구성을 확보하여 터널의 공용기간 동안 소요 기능을 발휘 할 것

. 수밀성이 높을 것

. 반발률(rebound) 및 분진 발생량이 적을 것

. 평활한 굴착면을 확보하여 방 · 배수 시공이 용이할 것

숏크리트 적용 개념은 지반 조건에 따라 다르다.

지반 중의 층리 · 절리 등의 불연속면이 터널 지반의 거동을 지배하는 경우나 중경암 · 경암

지반에서와 같이 절리 등의 간격이 비교적 큰 경우의 숏크리트는 국부적인 암괴의 붕락 방

지 및 약층의 보강 효과를 기대할 수 있으며, 표 5.7 중의 ① · ④ · ⑤가 그 주된 작용 효과

이다. 또 절리 등의 간격이 작고 입상(粒狀)체와 같은 거동을 하는 경우에는 내압을 주는

구속 효과, 링 아치 효과 등을 기대할 수 있으며, 표 5.7 중 ② · ③ · ⑤가 그 주된 작용 효과

이다. 지반의 강도가 터널 거동 등을 지배하는 경우에는 표 5.7 중 ② · ③의 효과가 기대된

다. 이 경우에는 특히 록볼트 및 강지보재 등 기타 지보재와 병용하여 각각의 지보 부재와

숏크리트의 상호 작용을 고려하여 설계할 필요가 있다. 숏크리트는 일반적으로 표 5.7에서

나타낸 바와 같은 작용 효과를 기대할 수 있다.

제9-1편 터널 본체

151

최근 비교적 견고한 지반에 있어서 콘크리트 라이닝을 시공하지 않고 숏크리트를 영구 라이

닝으로 시공하는 경우도 있다. 터널의 사용 목적 및 지반 조건에 따라 숏크리트를 영구 라이

닝으로 사용할 수 있으나, 이 경우에는 설계에 있어서 내구성, 수밀성 등을 충분히 고려해야

한다.

<표 5.7> 숏크리트의 작용 효과

숏크리트의 작용효과 개 념 도

① 암반부착과 전단저항 효과

암반과 숏크리트를 부착시킴으로써 숏크리트 외부하중을 주변지반에

분산시키고, 또 암반균열면에 전단저항력을 추가하여 낙반하기 쉬운

키블럭(key block)을 잡고 지반아치를 형성한다. 균열이 많은 경암

등에 작용 효과가 크다.

② 휨압축 또는 축력에 의한 저항(내압과 폐합효과)

비교적 두꺼운 숏크리트가 1개의 부재로서 원지반을 지지하기 때문

에 될 수 있으면 빨리 링으로 폐합하는 것이 바람직하다. 지반변형

을 억제시키고 지반에 압축력을 가함으로써 지반응력 이완을 억제시

킨다. 연암이나 토사 지반 등에 작용 효과가 크다.

③ 지반 응력의 배분 효과

외부압을 강지보재나 록볼트로 전달시키는 역할을 한다.

④ 약층(弱層)의 보강

원지반의 굴곡부를 메우고 약층을 건너 질러 접착시킴으로써 응력

집중을 막고 약층을 보강하는 효과가 있다.

⑤ 피복 효과

굴착직후 표면을 덮음으로써 지반 풍화, 침투 및 침식을 방지한다.

기존 설계시 숏크리트 생산 및 운반 비용만 설계에 반영(B/P 설치. 철거 미반영)하였으나,

레미콘 지급자재화 등 여건 변화와 현장 실태(의견)를 감안해 터널 숏크리트용 배치플랜트

(B/P)를 설계에 반영해야 한다.

설치 여건, 경제성 등을 종합적으로 검토 후 설계에 반영해야 하며, 착공 후 현장 여건을

고려하여 배치플랜트(B/P) 설치 계획을 검토 후 설치해야 한다.

제4권 터널

152

건설현장 적용 실태 및 표준품셈 등을 감안하여 배치플랜트(B/P)의 설치 규격은 60 m3/hr

규격을 적용하며, 설치 위치는 현장별 터널 개소. 연장, 굴착 방향 등에 따른 경제성 검토

후 설치 위치(개소)를 선정해야 한다.

가급적 터널 입구(출구) 도로 부지 내에 설치되도록 하고, B/P 폐수처리는 기 설치된 터널

폐수처리시설을 활용하는 것을 원칙으로 한다. 또한, 필요한 경우 지하수 개발비를 반영하

도록 한다.

5.4.2 숏크리트의 배합 및 강도

(1) 숏크리트 배합은 필요한 강도 · 내구성이 확보되고, 부착성 · 시공성이 좋은 콘크리트가 되도록 정

해야 한다.

(2) 숏크리트는 설계 목적에 적합한 단기 · 장기 강도를 보유해야 한다.

(1) 숏크리트는 굴착 종료 후 즉시 타설하여 굴착 주변 지반의 강도 약화를 억제해야 하기

때문에, 작업 능률이 좋고 부착된 콘크리트가 자중에 의하여 굴착면으로부터 떨어지지 않으

며, 발파 등의 진동에 의하여 견딜 수 있도록 조기에 경화시켜 강도를 발현시킬 필요가 있다.

또한, 장기적으로 지반을 지지하고 구조물로서의 기능을 유지하기 위해서는 필요한 강도 및

내구성을 가져야 한다. 숏크리트의 강도는 뿜어붙이기 방식, 시공 방법, 타설 위치, 숏크리트

두께, 지반 조건, 기온, 수온 등에 따라 달라진다. 숏크리트는 콘크리트와 달리 일반적으로

적용할 수 있는 배합 설계법이 확립되어 있지 않으나, 터널 지보 부재 로서 필요한 강도를

얻을 수 있도록 배합을 결정할 필요가 있으며, 그 절차는 그림 5.12와 같다.

(2) 숏크리트의 배합에서 급결제는 숏크리트의 조기 안정성과 장기 강도에 큰 영향을 주기 때문

에 급결제의 종류와 사용량을 고려하여 설계해야 하며, 친환경적인 터널 계획을 수립하기

위한 알칼리 프리계 급결제는 분말상, 액상 모두 등가 알칼리량은 1.0 % 이하이어야 하며,

액상의 경우 pH는 2.5 ~ 8의 범위를 만족해야 한다.

배합 설계에 있어서는 물-결합재비(W/B), 세골재율(s/a), 조골재의 최대 치수(Gmax), 단위

시멘트량, 혼화 재료 및 단위 수량 등을 결정해야 하는데 이들 각각에 대해서는 .고속도로공

사 전문시방서. 내의 .EXCS 27 30 00 터널 지보재. 및 .고속도로 건설재료 품질기준.을

참조한다.

제9-1편 터널 본체

153

배합비 설계

시 험 혼 합

뿜어붙이기 시험

배 합 결 정

시 공

설 계 조 건

부 착 상 태

반 발 률

압 축 강 도

입 도 시 험

비 중 시 험

흡 수 시 험

씻 기 시 험

아니오

예

세 · 조골재 시험

<그림 5.12> 숏크리트 배합비 결정 흐름도

(3) 숏크리트의 재령 28일 설계기준강도는 일반 및 (강)섬유 보강 숏크리트 구분없이 28 MPa

이상, 고강도 숏크리트의 경우 35 MPa 이상이고, 재령 1일 강도는 10 MPa 이상이 되도록

해야 한다. 또한 (강)섬유 보강 숏크리트의 재령 28일 휨강도는 4.5 MPa 이상이고, 재령 1

일 휨강도는 2.1 MPa 이상, 그리고 휨인성을 나타내는 등가휨강도는 3.0 MPa 이상이어야

한다.

설계 강도 결정 시 고려 사항은 아래와 같다.

. 지반 강도 및 지보 부재로서의 기능

. 배합 재료의 품질 및 조달의 용이도

. 시공성 및 기술 수준 등

다음과 같은 경우에는 고강도 숏크리트를 사용할 수 있다.

. 콘크리트라이닝을 설치하지 않는 경우

. 터널의 조기 안정화가 요구되는 경우

. 장기내구성이 요구되는 목적구조물로서 활용되는 경우

. 대단면 터널에서 숏크리트 두께 축소를 목적으로 하는 경우

. 안전성, 시공성, 경제성 향상을 목적으로 하는 경우

제4권 터널

154

참고로 숏크리트의 장단기 강도 특성을 그림 5.13에 나타내었다.

<그림 5.13> 숏크리트의 장단기 강도 특성

(4) 숏크리트의 시공법에는 크게 나누어서 건식과 습식이 있으며, 두 공법의 시공 계통도를 그림

5.14에, 개개의 특성을 표 5.8에 표시한다.

세 골 재

조 골 재

시 멘 트

급 결 제

(분말형)

분 진

방 지 제

마른 비빔 믹 서 뿜 어

붙이기

노 즐 뿜 기 면

급 수 펌 프 콤프레셔

액상형인

경우의 급결제

운 반

호 스

※ 혼화제는 믹서에서 배합할 수도 있으나 숏크리트기에서 배합하여 주는 것이 좋다(파우다형).

(a) 건 식

세 골 재

조 골 재

시 멘 트

콤프레셔

물

유동화제

노 즐 뿜 기 면

뿜 어

붙이기

기 계

급결제(액상형)

믹 서

운 반

호 스

압축공기

(b) 습 식

<그림 5.14> 숏크리트 시공 계통도

제9-1편 터널 본체

155

<표 5.8> 건식 공법과 습식 공법의 일반적인 비교

구 분 건 식 공 법 습 식 공 법

콘크리트 품질

노즐에서 물과 재료가 혼합되기 때문에 품

질은 작업의 숙련도, 능력에 따라 좌우된다.

물을 혼합한 각 재료들을 미리 정확하게 계량하고,

또 충분히 혼합할 수 있으므로 품질관리가 용이

하다.

작업 제약 재료의 공급에 제한을 받지 않는다. 재료의 공급에 제한을 받는다(운반시기 등).

압송 거리 많다 적다

분진 비교적 많다 적다

소요 공기량 적다 많다

공기압 크다 작다

기계 규모 작다 비교적 크다

(4) 반발률의 경우 건식공법은 아치부 45%, 측벽부 35% 정도이고, 습식공법은 아치부 13%,

측벽부 10% 정도 허용하는 것이 보편적이다.

5.4.3 숏크리트 설계 두께

숏크리트 설계 두께는 그 사용 목적, 지반 조건, 단면의 크기 등을 고려하여 결정해야 한다.

숏크리트의 설계 두께는 그 사용 목적, 지반 조건, 단면의 크기에 따라서 결정된다. 경암에

서와 같이 토압이 전혀 작용하지 않고 암괴의 붕락 방지만을 목적으로 숏크리트를 시공하는

경우에는 설계 두께를 최소로 하는 것이 좋다. 또한 팽창성 지반과 같이 변형이 크게 발생하

고 작용하는 토압이 큰 경우, 미고결 지반의 경우, 토피가 작아 주변에의 영향을 극소화 할

필요가 있는 경우 등에는 설계 두께를 비교적 크게 할 필요가 있다.

현재까지 숏크리트 두께를 결정하는 데 있어서 일반적으로 적용할 수 있는 기준은 없는 실

정이며, 통상 숏크리트의 작용 효과를 고려하고 지금까지의 설계 · 시공 실적을 감안하여 설

계 두께를 결정하는 사례가 많다. 그 동안의 숏크리트 설계 두께 적용 실적을 보면 대부분

50 ~ 250 mm의 범위에 있다.

설계상 전단 저항력이 부족한 경우에 설계 두께를 무리하게 늘리는 것은 비경제적이 되기

쉬우므로 강지보재를 사용하거나 강섬유에 의한 보강을 검토할 필요가 있다.

설계 두께를 고려하는 방법으로는, 터널 단면 어느 부분의 두께도 설계 두께 이상이 되어야

제4권 터널

156

한다는 최소 두께 개념과 단면 내의 평균 두께가 설계 두께 이상이면 부분적으로 설계두께

를 만족하지 않아도 좋다고 보는 평균 두께 개념이 있다.

일반적으로 설계 두께는 최소 두께 개념에 의하여 결정되나 중경암이나 경암 지반에서는

굴착면의 굴곡이 심하기 때문에 최소 두께 개념을 적용하면 숏크리트량이 필요 이상으로

증가할 우려가 있기 때문에 평균 두께 개념에 의하여 설계 두께를 결정하는 경우가 있다.

참고로 표 5.9는 지반별 · 단면 크기별 뿜어붙이기 콘크리트 두께 적용 실적을 나타낸 것이

며, 표 5.10은 도로공사에서 기준으로 하고 있는 터널 단면별 두께를 예시한 것이다.

<표 5.9> 지반별 단면 크기별 숏크리트 적용범위 (단위 : mm)

지반별

단면 크기(m2)

경 암 이 상 연 암 풍 화 암 토 사

30 미만

30 이상 ~ 40 이하

40 이상 ~ 80 미만

80 이상 ~ 120

50

50 ~ 100

50 ~ 100

50 ~ 100

50 ~ 100

100 ~ 150

100 ~ 150

100 ~ 200

50 ~ 100

150 ~ 200

150 ~ 200

150 ~ 200

100 ~ 150

200 내외

200 ~ 250

250 내외

주) 상기 표는 국내외 적용 실적을 지반별, 단면별로 요약한 것임

<표 5.10> 터널 단면별 숏크리트 두께 적용 사례[고속도로 터널공법(Ex-TM)] (단위 : mm)

구 분 A B-1 B-2 C-1 C-2 D-1 D-2 E-1 E-2

두께

(2차로)

50 50 60 80 90 120 120 160 160

5.4.4 숏크리트의 보강

숏크리트에 보강이 필요한 경우에는 그 목적에 따라 재료, 시공법 등을 검토해야 한다.

숏크리트에 인장강도 및 인성(靭性)이 요구되는 경우에는 고강도의 콘크리트가 얻어질 수

있도록 배합을 하고 강지보재를 병용하여 구조적인 보강을 기대하는 경우가 있으나 일반적

으로 철망(wire mesh) 및 강섬유(steel fiber)에 의한 부재 보강을 고려하는 경우가 많다.

(1) 철 망

철망은 숏크리트의 전단 보강 및 부착력의 향상 혹은 시공 시 및 시공 후의 박락(剝落) 현상

방지, 뿜어붙이기 콘크리트 균열 발생 후의 인성(靭性)향상 등을 목적으로 사용된다.

제9-1편 터널 본체

157

일반적으로 철망은 토사 지반에서 경암에 이르기까지 각종 지반 조건에 사용되고 있으나 지

반 조건에 따라 그 사용 목적이 다르다. 예를 들면, 숏크리트와 부착성이 약한 토사 · 풍화암

· 연암 지반에서는 철망이 시공성을 향상시키는 목적으로 사용되고 있다. 특히 토사 지반의

경우 원지반의 강도가 약하므로 숏크리트 중량에 의하여 원지반으로부터 박락(剝落) 되는 사

례가 많으므로 이 경우 눈금이 비교적 작은 철망을 사용하여 박락현상을 방지할 수 있다.

팽창성 지반과 같은 큰 변형이 발생되는 지반은 숏크리트에 많은 균열이 발생하여 국부적으

로 박리되는 수가 있으므로, 이 경우 박리 방지 및 인성 향상을 목적으로 철망을 사용한다.

한편, 경암에서 절리 및 균열이 많은 경우 돌발적인 암괴의 붕락에 대하여 숏크리트의 전단

강도의 보강 및 인성 향상을 목적으로 철망을 사용한다. 따라서 지반 조건에 따라 기대되는

철망의 효과, 시공성 등을 고려하여 철망의 종류를 선정해야 한다. 통상 부착성 및 시공성

증대를 목적으로 하는 경우는 ø3.2×50×50 mm 정도의 것이 사용되며, 전단 및 인장 보강

을 목적으로 하는 경우는 ø4.8×100×100 mm 혹은 ø4.8×150×150 mm 정도의 것이

주로 사용되고 있다.

그러나 철망을 사용하는 경우에는 다음과 같은 문제점이 있으므로 사용에 충분한 검토가 요

망된다.

. 굵은 골재의 반발률(rebound)이 높아진다.

. 숏크리트에 공극이 생기기 쉽다.

. 숏크리트 층 사이에 위치하여 숏크리트 타설 시 철망에 진동을 줌으로써 층분리 현상이

발생할 수 있다.

. 철망의 정착이 어려운 경우가 많다.

. 지하수에 의한 부식에 약하다.

(2) 강섬유(steel fiber)

강섬유 보강 숏크리트(Steel Fiber Reinforced Shotcrete, SFRS)는 일반 숏크리트에 비하

여 다음과 같은 특성이 있다.

. 열의 발생에 대한 저항력이 크고, 또 균열의 확대에 대한 저항력이 크다.

. 인장강도.휨강도 및 전단강도가 높아진다.

. 동결 융해 작용에 대한 저항력이 크다.

. 내마모성, 내충격성이 크다.

제4권 터널

158

. 내부식성이 크다.

그런데 강섬유(SF)를 혼입하여 타설한 숏크리트의 전단강도는 50 ~ 70% 정도 개선되고, 인

장강도나 휨강도는 20 ~ 40% 정도로 증가하며, 압축강도는 약간밖에 개선되지 않는다. 따라

서 지보재로서 강섬유를 사용하는 것은 주로 인성의 증대를 그 목적으로 한다. 일반적으로

사용하는 강섬유는 인장강도 700 MPa 이상, 직경 0.3 ~ 0.6 mm, 길이 30 ~ 40 mm를 표준

으로 하며, 형상비는 60 이상 정도이다. 한편 강섬유의 혼입량은 설계 휨강도와 휨인성 값이

만족될 수 있도록 배합관리해야 하며, 취약 부위인 터널 천단부 강섬유 혼입량을 확보하고,

계량 오차, 시공 중 손실률 등을 고려하여 강섬유 투입량은 37 kgcm이상, 실제 벽면에

타설된 혼입량은 최소 30 kgcm이상이 되어야 한다.

또한 강섬유는 그 길이(.) 및 직경의 비(..)에 따른 한계 혼입률을 초과하면 섬유가 휘거나

부러지는 현상을 보이므로 이를 고려해야 한다.

그림 5.15는 강섬유의 한계 혼입률과 섬유 길이와의 관계를 나타낸 것이다.

<그림 5.15> 섬유의 길이에 따른 한계 혼입률

강섬유 보강 숏크리트는 터널 갱구부 및 파쇄대 등 지반 조건이 나쁘고 큰 토압이 작용하는

경우나, 교차부 · 확폭부 등과 같이 구조적으로 큰 응력이 발생하는 경우에 주로 사용된다.

보강용 섬유로는 강섬유 외에도 유리 섬유(glass fiber) · 플라스틱 섬유(plastic fiber) · 합

성섬유 등이 있으며, 강섬유 이외의 기타 섬유를 적용할 경우에는 강섬유 보강 숏크리트의

성능기준 이상을 발현할 수 있어야 한다. 한편, 한국터널지하공간학회에서 수행한 ‘터널설계

기준 개전 연구 보고서(1차)’에 따르면 합성섬유는 인장강도 450 MPa 이상, 직경 0.7 ~ 1.0

mm, 길이 40 ~ 50 mm를 표준으로 하며, 합성섬유 혼입량은 8 kg/m3 이상으로 제안되었다.

제9-1편 터널 본체

159

5.5 록볼트 [KDS 27 30 00 터널지보재, 4.3 록볼트]

5.5.1 록볼트 일반

록볼트는 지반 조건에 따라 그 사용 목적, 작용 효과, 시공성 등을 고려하여 설계해야 한다.

록볼트는 오래전부터 사용해 온 지보 구조물이나 그 초기 단계에서는 경암 지반을 대상으로

한 선단 정착 방식이 대부분이었다. 그 후 전면 접착형의 록볼트가 개발되고 경암 지반만이

아니라 연약 지반의 영역에서도 뛰어난 지보 효과가 있다는 것이 차차 경험적으로 분명해져

현재는 광범위한 여러 지반 조건하에서 터널의 지보재로 사용되고 있다.

록볼트는 주변 지반의 지보 기능을 유리하게 활용하기 위한 중요한 지보 부재이므로 지반과

일체화되어 그 효과를 충분히 발휘할 수 있도록 지반 거동에 대한 작용 효과를 고려하여

설계해야 한다. 록볼트의 주요 작용 효과를 개념적으로 나타내면 표 5.11과 같다.

층리 및 절리가 발달된 중경암, 경암의 경우에는 암석 자체의 강도가 크므로 응력상의 문제

는 발생하지 않으나 균열 등의 역학적 불연속면이 있는 암괴는 붕락이동(崩落移動) 등의 불

안정성 문제가 발생할 수 있다. 이 경우 록볼트의 작용 효과로는 암괴의 붕락 이동을 억제하

고 암반을 일체화시키는 봉합 작용 및 지반 개량 효과 등이 기대된다.

한편, 강도가 작은 연암 이하의 지반에서 터널의 굴착에 의하여 주변 지반의 응력이 암석의

강도를 초과하여 넓은 영역까지 소성화되어 비교적 큰 변형이 발생되는 경우에는 록볼트로

지반의 변형을 억제하고 소성 영역의 확대를 억제함으로써 지반의 안전성을 증가시킬 필요

가 있다. 이 경우의 록볼트의 작용 효과로는 아치 형성 작용, 내압 작용, 지반 개량 작용

등을 기대할 수 있다.

숏크리트, 강지보재 등 기타 지보재와 병용하는 경우에는 각각의 지보 효과를 고려하여 종

합적인 지보 기능을 평가한 후 록볼트를 설계할 필요가 있다.

록볼트의 작용 효과를 장기적으로 기대하는 경우에는 부식되지 않는 것으로 해야 하므로

충분한 검토가 필요하며, 특히 강산성 지반(온천 · 산성 용수 등이 존재하는 지반) 및 해수의

영향을 받는 지역에서는 내부식성 재료 등을 사용하는 등의 대책을 강구해야 한다.

제4권 터널

160

<표 5.11> 록볼트의 작용 효과 개념

기 능 작 용 효 과 개 념 도

봉합 작용 혹은

매달음 작용

발파 등에 의하여 이완된 암괴를 이완되지 않은 원지반에

고정하여 낙하를 방지하는 것으로 가장 단순한 효과이다.

균열.절리가 발달된 지반에 있어서 숏크리트와 병용하면

비교적 작은 균열에 대해서도 효과가 있다.

보형성 작용

터널 주변의 층을 이루고 있는 원지반은 층리면에서 분리

되어 겹침보로서 거동하나 록볼트로 층 사이를 조여줌으로

써 층리면에서의 전단력의 전달을 가능하게 하여 합성보로

서 거동시키는 효과가 있다.

내압 작용

록볼트의 인장력에 맞먹는 힘이 내압으로 터널 벽면에 작

용하면 2축 응력 상태에 있던 터널 주변 지반이 3축 응력

상태화되는 효과가 있다.

이것은 3축 시험 시 구속력(측압)의 증대와 같은 의미를

가지며 지반의 강도 혹은 내하 능력의 저하를 방지하는

작용을 한다.

아치 형성

작 용

시스템 록볼트에 의한 내압 효과로 일체화되어 내하 능력

이 높아진 원지반은 내공측으로 일정하게 변형하는 것에

의해서 내하력이 큰 그랜드아치를 형성한다.

지반 개량

작 용

지반 내에 록볼트를 타설하면 지반의 전단 저항 능력이 증

대하여 지반의 내하 능력이 증대될 뿐만 아니라 지반의 항

복 후에도 잔류 강도가 증가 한다. 이와 같은 현상은 록볼

트에 의하여 지반 전체의 공학적 특성치가 개선되는 것을

의미한다.

5.5.2 록볼트의 형식

록볼트의 형식(정착 방식)은 그 사용 목적, 지반 조건, 시공성 등을 고려하여 선정해야 한다.

록볼트는 많은 종류가 있으나 현재 널리 사용되고 있는 종류를 그 정착 방식에 의하여 분류

하면 선단 정착 방식, 전면 접착 방식, 혼합 방식 등으로 대별된다.

제9-1편 터널 본체

161

쐐기형

선단 정착형 확장형

캡슐 정착형

보통 수지형

수지(레진)형

발포 수지형

충전형

보통 시멘트 모르타르형

정착재식 시멘트 모르타르형

초고강 시멘트 모르타르형

정착방법 전면 접착형

보통 시멘트 밀크형

삽입형

급결 시멘트 밀크형

주입형 타설형

천공형 자천공(自穿孔)형

시멘트캡슐형

마찰식 강관팽창형

확장형+시멘트 모르타르 또는 시멘트 밀크형

혼합형

수지형+시멘트 모르타르 또는 시멘트 밀크형

<그림 5.16> 정착 방법별 록볼트의 분류

종래에는 경암 지반에서는 선단 정착 방식, 연암 지반에서는 전면 접착 방식의 록볼트가

주로 사용되어 왔으나 최근에는 경암 지반에서도 전면 접착 방식이 채택되고 있다. 각 정착

방식의 정착 방법, 특성, 적용범위는 표 5.12에 나타낸 바와 같다.

선단 정착 방식은 록볼트의 선단을 원지반에 정착시킨 후 터널 벽면과 볼트의 선단에 축력

을 작용시켜 지반에 압축 영역을 형성시킴으로써 지반의 안정성을 향상시킴과 동시에 암괴

를 봉합하는 것을 목적으로 사용되고 있다. 이 방식은 선단의 정착이 충분하지 않으면 효과

가 발휘되지 않기 때문에 비교적 견고한 지반에서 사용되는 경우가 많다.

전면 접착 방식은 볼트 전장에 걸쳐 정착제로서 지반과 접착되기 때문에 적용되는 지반의

범위가 넓다. 전면접착형에 중 수지형(레진형)과 시멘트 모르타르형은 .고속도로공사 전문

시방서. 내의 EXCS 27 30 00 2.3.2를 참조한다.

혼합 방식은 선단 정착 방식과 전면 접착 방식의 장점을 살릴 수 있으며, 록볼트에 프리스트

레스를 도입하는 경우에 유리하다. 터널의 토피가 작은 경우 록볼트에 프리스트레스를 도입

하여 지반에 강제적으로 압축 영역을 형성시킴으로써 지반의 안정성을 향상 시킬 수 있으

나, 이 경우에는 록볼트의 선단을 확실하게 지반에 정착시켜야 하며, 선단의 정착에는 기계

제4권 터널

162

식 혹은 모르타르 급결제를 이용하여 조기에 경화시키는 방법 등이 사용되고 있다.

<표 5.12> 록볼트의 정착 방식 및 용도별 분류

정착방식 정 착 방 법 특 성 적 용 범 위

선단 정착 방식

(그림 5.17

참조)

기계적으로 정착하는

쐐기형, 확장형과 캡슐에

의한 접착형이 있고

정착 후 너트로 조인다.

기계식의 경우에는 접착부의 지반

상태에 따라 정착력이 줄어들거나

발파에 의하여 이완 등의문제가

있다. 그러나 확장형은 발파후

적당히 조이기를 하면 작용할 수

있는 경우도 있다.

확장형 및 캡슐 접착형은

봉합 효과를 목적으로 하는

경우에 사용된다.

전면접착 방식

(그림 5.18

참조)

정착 재료로 수지(樹脂),

시멘트 모르타르를 쓰고,

록볼트 전장을 지반에 정착

시킨다.

록볼트 전장에서 지반을 구속한다.

지반의 강도, 절리, 균열 상태, 용수

상태 및 공벽 자립성 등에 따라

여러 가지가 있다.

경암, 중경암, 연암, 토사

지반에 이르기까지 적용

범위는 넓다.

혼합 방식

① 선단을 기계적으로 정착

시킨 록볼트에 시멘트

밀크를 주입하는 방법

② 전면 접착형의 정착

재료 충전 시 선단에

급결용 캡슐을 이용하

는 방법

선단 정착형과 전면 접착형을

혼합한 것이다.

①은 시공이 두 차례에 걸쳐 이루어

지며,

②는 시공에 따라서는 선단의 급결

성이 얻어지지 않는 경우도 있다.

① 선단을 기계적으로 정

착하는 록볼트는 많이

사용되고 있지 않다.

② 프리스트레스를 도입

하는 경우에 유효하다.

자 천 공

록 볼 트

자천공 후 충전재를 주입

하여 정착

록볼트 선단에 비트를 탑재하여

회전 천공하여 삽입

천공 후 자립이 곤란한

구간에 적용

G R P

록 볼 트

시멘트 모르타르 또는 레진

으로 록볼트 전장을 지반에

정착

내부식성, 경량, 고강도의 재료적

특성

부식으로 인한 볼트의 유효단면적

감소가 없어 암반이나 숏크리트

균열방지

록볼트 시공 후 제거가

필요한 구간에 사용

대단면 터널, 터널 교차부 등과 같이 8 m 이상의 긴 록볼트를 설치할 필요가 있는 경우에는

시공성 등을 고려하여 짧은 록볼트와 함께 긴 케이블볼트를 조합하여 설계할 수 있다. 이때,

사용하는 케이블볼트의 재질 및 형상은 원지반 조건 및 사용목적에 따라 정해야 하며, 배치

및 길이 선정은 록볼트의 설계기준을 준용하되 충전재 미채움으로 인한 공극을 고려하여

결정된 길이에 최소 2 m를 추가해야 한다.

용출수가 과다하게 발생하는 구간에서 록볼트 정착이 되지 않아 인발내력을 확보할 수 없는

경우에는 록볼트 정착재료로 레진(resin)을 사용할 수 없으며, 토사 및 완전 풍화된 암반구

간에는 레진(resin)을 사용하지 않도록 해야 한다.

록볼트 천공 시 지반조건상 공벽 자립성이 불량한 경우에는 자천공 록볼트를 사용할 수 있

제9-1편 터널 본체

163

으며, 긴급한 록볼트 기능 도입이 요구되는 경우에는 마찰력을 즉시 발휘할 수 있는 구조의

록볼트를 사용해야 한다.

마찰형 록볼트는 전체길이 또는 일부가 팽창하는 등의 방법으로 공벽에 밀착하여 마찰저항

으로 지반에 정착시키는 형식으로서 설치 즉시 지보효과를 발휘해야 한다.

용출수로 인해 록볼트 충전이 어려운 경우는 급결제 등을 사용하거나 팽창성 강관 록볼트

등을 사용할 수 있다.

록볼트의 정착력이 충분한지 여부는 인발 시험을 통하여 그 내력을 판단해야 한다. 인발내

력(引拔耐力)은 통상 지반과 정착제 사이에 발생되는 마찰력에 의하여 얻어지기 때문에 지

반 조건, 정착 형식, 정착제, 볼트 길이, 공경(孔經) 등에 따라 달라진다.

접착제

Bolt

Bolt

Head

Screw

Nut

Bearing Plate

<그림 5.17> 선단 정착식 록볼트

Bolt

(a)

(b)

(c)

이형봉강

전나사형 봉강 단면

전장

150㎜~180㎜

a

dh

dv

15°

25

<그림 5.18> 전면 접착식 록볼트

제4권 터널

164

변위

하중

인발내력

(하중-변위 곡선) (P-ΔS/Δlog(t) 분석법 예)

<그림 5.19> 록볼트 인발 시험

록볼트의 인발 시험 결과는 그림 5.19와 같이 표시된다. 일반적으로 그림 중 C영역은 볼트

의 정착 효과가 기대되지 않는 영역으로 간주하며, 인발 내력은 D점으로 본다. 록볼트의

항복하중을 구하기 위하여 P-S 분석법 이외에도 P-ΔS/Δlog(t) 도해법을 활용한 방법이

‘터널설계기준 개정 연구 보고서(1차), 한국터널지하공간학회)’에서 제시된 바 있다. 록볼트

는 지반에 정착되어 주로 인장 부재로 작용하기 때문에 인발 내력은 록볼트 설계에 있어서

가장 기본적인 사항이며, 볼트의 항복 축력 및 정착부의 정착력에 대해서도 충분한 검토가

필요하다.

<표 5.13> 록볼트의 종류

구 분 개 요 특 징

이형봉강

록볼트

록볼트 설치를 위하여 천공한 구멍에 이형봉강 록볼트

를 넣은 후 정착재료인 레진이나 시멘트 몰탈을 주입,

정착재의 발포 및 양생에 의해 록볼트를 암반에 고착

하는 방식

케이블

볼트

케이블 볼트 내부로 충진재가 침투되어 부재의 내외부

를 충진재가 구속하여 인발저항력을 확보하는 방식

팽창성 강관

록볼트

천공한 구멍에 팽창성 강관 록볼트를 넣은 후 전면(前

面)주입구를 통해 강관 내부에 물을 고압으로 주입하

여 강관을 팽창, 암반에 강하게 밀착하여 정착시킴으

로써 암반과 록볼트 사이의 마찰로 설치 즉시 지보효

과를 발휘하는 방식

GRP

록볼트

천공 후 천공홀에 레진(Resin) 또는 시멘트 모르타르

를 주입하고, GPR(Glass-fiber Reinforced Plastic)

록볼트를 삽입한 후 두부에 정착하는 방식으로 제거

및 절단이 간편

제9-1편 터널 본체

165

5.5.3 록볼트의 재질 및 강도

(1) 록볼트의 재질은 필요한 강도 및 신장(伸張)특성을 가진 것이어야 한다.

(2) 지압판은 충분한 면적, 두께 및 강도를 가진 것이어야 한다.

(1) 록볼트의 재질

록볼트의 재질은 원지반 조건 및 사용 목적을 고려하여 정해야 하며, 영구지보재로 사용하는

경우는 장기 내구성이 우수한 것이어야 한다. 록볼트는 일반적으로 인장재로 사용되기 때문

에 인장강도가 큰 것을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 지반의 급격한 붕괴를 방지하기 위

해서는 연성(ductility) 이 큰 신장 특성을 갖는 재료를 사용해야 한다.

실험 결과에 의하면 원형봉강은 이형봉강에 비하여 인발 저항력이 훨씬 작기 때문에 록볼트

재료로는 소요강도 이상을 가지는 이형봉강을 윈칙으로 하나, 이와 동등 이상의 강도와 기능

을 가지는 기타 소재도 록볼트로 사용할 수 있으며, 재질 및 강도는 한국산업규격(KS)에 적

합한 것이어야 한다. 일반적으로 SD350 이상의 강재로서 재질 인장강도 및 연신율이 큰것이

어야 하며, KS E 3132 및 KS D 3504에 제정되어있는 봉강의 품질기준은 표 5.14와 같다.

볼트 직경은 록볼트의 작용 효과, 시공성에 따라 결정되어야 하며 실용적으로 볼 때 D22

~ D29 정도가 적합할 것으로 보이며, 그동안 국내에서는 거의 대부분 D25 규격의 것이 사

용되고 있다.

록볼트 재료 선정 시 일반적인 기준은 없으나 사용 목적과 그간의 실적에 비추어 그 사용

지침을 개략적으로 제시하면 아래와 같다.

. 암괴의 봉합 등 록볼트에 큰 축력이 작용하지 않을 것으로 예상되는 경우 SD300 · SD350

정도의 재질을 사용하며, 직경은 D22 ~ D25 정도가 적합하다.

. 내압 효과 및 아치 형성 등을 목적으로 하고, 지반의 변형이 그다지 크지 않을 경우 SD350

· D25 정도의 것을 사용한다.

. 지반의 변형이 클 것으로 예상되는 경우 록볼트에 큰 축력이 발생되어 록볼트의 내하력을

향상시킬 필요가 있으므로, 단면적이 크고 인장강도가 큰 재료(D25 이상, SD350 이상)를

사용하며, 사용 개수를 늘리는 방안을 검토한다.

한편, 막장의 안정성을 확보하기 위한 막장 볼트나 확폭 예정 구간에 있어서 굴착 중 안정성

을 위해 사용되는 볼트 등은 시공성을 고려하여 유리섬유(glass fiber) 등을 재료로 한 볼트

제4권 터널

166

를 사용하는 경우도 있다. 참고로 현행「도로교 설계기준」에서 규정하고 있는 허용 인장 응력

을 기준으로 하여 각 재질별, 규격별, 항복강도 및 인장강도를 나타내면 표 5.14와 같다.

<표 5.14> 록볼트의 품질기준

직 경

(mm)

재 질

항복강도

(MPa)

인장강도

(MPa)

연신율

(%)

22 이상

SD600 이상 600 이상 710 이상 10 이상

SD700 이상 700 이상 800 이상 10 이상

25 이상

SD350 이상 350 이상 490 이상 18 이상

SD400 이상 400 이상 560 이상 16 이상

. 터널공사 특성상 숏크리트 타설 후에는 록볼트 육안 확인이 곤란함에 따라 이를 해결하기

위하여 숏크리트 타설 후에도 수량 확인 가능한 노출식 록볼트 도입이 검토되고 있다.

(2) 지압판(bearing plate)

지압판은 록볼트와 숏크리트를 일체화 시키는 중요한 부재이므로 예상되는 응력에 대하여

충분한 면적과 강도를 갖는 것이어야 하고, 지압판 두께는 6 mm를 표준으로 하되 팽창성

지반의 경우 9 mm 이상을 사용해야 한다.

일반적으로 평판(平板)을 사용할 경우 10×150×150 mm 정도의 규격이면 충분하나 지반의

변형이 큰 경우에는 록볼트가 파단(破斷)되는 정도의 축력이 발생되는 경우도 있으므로 이

경우에는 지압판의 두께와 강도에 대하여 별도의 검토가 필요하다.

5.5.4 록볼트의 배치 및 길이

록볼트의 배치 및 길이는 그 사용 목적, 지반 조건, 터널 단면의 크기 등을 고려하여 결정해야 한다.

(1) 록볼트의 배치

록볼트의 배치는 사용 목적에 따라 다르며, 지반의 종류, 강도, 균열 간격 및 길이, 용수의

유무, 지반의 초기 응력, 터널 단면의 크기 및 형상, 굴착 방법 등에 따라 결정된다.

록볼트는 원칙적으로 터널 굴착에 의하여 영향을 받는 영역을 보강할 수 있도록 배치하는

것이 바람직하다.

제9-1편 터널 본체

167

터널 상부에 보강그라우팅공법이 적용된 구간에서 록볼트를 중복시공하지 않는 것을 원칙으

로 하되, 지반 및 지질조건에 따라 추가 안정성 검토결과(암반블록 및 활동 등) 록볼트 보강

이 필요한 경우 현장여건에 맞게 록볼트를 보강할 수 있다.

록볼트의 설계는 암반 절리 및 균열의 간격 · 길이 · 크기에 의하여 암괴의 붕락 가능성을 상

정하고 붕락이 발생하지 않도록 록볼트의 본수 · 간격을 결정하는 경우와 1본의 록볼트에 의

하여 지보 가능한 하중 및 지보해야 할 하중의 관계로부터 본수, 간격을 결정하는 경우가 있

다. 또한 간격을 결정할 때 인접하는 볼트가 서로 유효하게 작용 효과를 발휘할 수 있도록

이들 상호 관계를 고려해야 한다.

록볼트의 배치에는 랜덤 볼팅(random bolting)과 시스템 볼팅(system bolting)방법이 있

다. 전자는 굴착 후 막장 상태에 따라 볼트 배치를 결정하는 방법이며, 후자는 지질 상태를

상정하고 미리 록볼트의 배치를 결정하는 방법이다.

랜덤 볼팅은 지반이 불량한 부분을 국부적으로 록볼트로 보강하는 개념이며, 시스템 볼팅은

터널 단면에 미리 정하여진 형식의 록볼트를 배치하여 지반을 지보하는 개념이다. 어떤 경우

에도 지반 조건이 크게 변화하는 경우에는 신속하게 록볼트 배치를 변경해야 한다.

2차로 터널의 양호한 암반구간(P-3)에서 터널 하반에 록볼트를 미설치 할 수 있다. 다만, 터

널 하반부 지반이 국부적으로 불량한 경우에는 내압 효과를 통한 그랜드 아치 형성을 위해

하반 록볼트 설치 필요 유무를 검토해야 한다.

표 5.15는 지반 조건에 따른 시스템 록볼트의 배치 개념을 나타낸 것이다.

<표 5.15> 지반 조건에 따른 시스템 록볼트 배치 개념

주요 기능 적용 지반 배 치 개 념 배 치 개 념 도

봉 합

효 과

경암 ∼ 연암 . 암괴를 봉합하여 붕락방지 . 아치부에만 배치

내압 및 아치

형성 효과

연암 ∼ 풍화암

. 시스템 록볼트 배치로 내압 및 보 형성 효과를

기대 . 터널 아치부 및 측벽부에 배치 . 팽창성 지반에서는 인버트부에도 배치

전단 저항

효과

토 사

. 연약 지반의 전단 파괴가 지하 공동 측벽부에서

부터 발생하므로 초기에 이를 방지하는 개념으로

배치 . 아치 천단부를 제외한 아치 및 측벽부에 배치

제4권 터널

168

(2) 록볼트 타설 형식

록볼트의 타설 형식은 지반 조건 · 시공 방법 등에 따라 다르며, 표 5.16은 그 대표적인 형식

을 나타낸 것이다.

(3) 록볼트의 길이

록볼트의 길이는 원칙적으로 굴착에 의한 영향 범위를 보강할 수 있도록 결정하는 것이 바람

직하다. 록볼트의 길이는 지반 조건, 주요 작용 효과, 굴착 단면의 크기 등에 따라 다르나

일반적으로 시공성을 고려하여 록볼트 설치 간격의 2배 이상인 2.0 ~ 4.0 m 정도가 가장 많

이 사용되고 있다.

<표 5.16> 록볼트의 타설 형식(打設型式)

타설 형식 형 식 도 타 설 목 적

반지름 방향형 가장 일반적인 형식임

경사볼트

막장에 코어를 남겨 록볼트 작업공간이 부족하나 록볼트를 조기에

시공할 필요가 있는 경우 등에 적용하며, 경사각은 통상 45.~ 60.로 함

훠폴링형

막장 천단부의 안정을 위하여 적용하며 경사각 통상

10.~ 30.로 함

막 장 볼 트 안정을 위하여 적용하며, Glass Fiber 재질의 록볼트가 사용되기도 함

강도가 작은 지반에서는 록볼트의 효과를 보다 유리하게 발휘시키기 위하여 표준적으로 설

정된 볼트 패턴보다 볼트의 개수를 증가시키거나 볼트의 길이를 증가시켜 시공하는 경우가

있다.

록볼트의 길이는 기대하는 작용 효과에 따라 다르다.

록볼트의 작용 효과 중 봉합 작용 및 보 형성 효과를 기대하는 경우에는 이완 영역 이상의

길이를 가진 록볼트를 사용해야 한다.

내압 효과·아치 형성 효과 및 지반 개량 효과를 기대하는 경우에는 록볼트 및 지반이 일체로

써 작용하는 구조체를 형성하기 때문에 이완 영역 외까지 록볼트 길이를 확보하는 것이 반드

제9-1편 터널 본체

169

시 필요하지는 않으나 터널 주변 지반 변형을 억제하고 작용하는 토압을 록볼트의 인장력에

의하여 지지하고자 할 경우에는 필요한 정착력을 확보하기 위한 길이를 사용해야 한다.

록볼트 길이와 배치 간격은 다음과 같은 Rabcewicz의 경험적 · 실험적 산정식을 이용하여

구할 수 있다.

(가) 록볼트의 길이(L)

L ≥ 

W

∼ 

W

또는 L ≥ t (5.1)

여기서, W : 터널 단면폭

t : 막장면과 지보 구간과의 거리

(나) 록볼트의 간격(P)

P ≤ L (5.2)

P ≤ D (5.3)

여기서, D : 블록화 할 암괴의 평균 치수

식 5.1의 조건은 이완이 생길 영역에 대한 조건이고 식 5.2의 조건은 록볼트의 영향 범위

가 중첩되기 위한 추정이며, 식 5.3의 조건은 각 블록 상호 간의 볼팅 작용으로써 서로

관련시킬 수 있는 조건이다.

제4권 터널

170

5.6 강지보재 [KDS 27 30 00 터널지보재, 4.1 강지보재]

5.6.1 강지보재 일반

강지보재는 그 사용 목적에 따라 필요한 강도를 보유하고 사용 조건에 적합한 것이어야 한다.

강지보재는 숏크리트, 록볼트 등과 함께 터널 안정에 필요한 지보재 중의 하나이다. 따라서

산정된 작용 하중을 부담할 수 있도록 사용 강재, 설치 간격을 결정함과 동시에 다른 지보재

특히 숏크리트와 일체가 되어 지보 기능을 유리하게 발휘할 수 있도록 해야 한다. 강지보재

의 사용 목적은 터널 단면의 형상 및 크기, 굴착면의 자립성, 토압의 크기, 지표 침하량의

제한 등에 따라 다르나 다음과 같이 대별된다.

(1) 숏크리트 보강

숏크리트는 초기 재령에서 변형 계수가 작기 때문에 변형하기 쉽고 또한 강도도 작기 때문에

지반 조건에 따라서는 강지보재를 사용하여 숏크리트와 일체화하여 지보공의 강성·강도 등

을 증가시킬 필요가 있는 경우가 있다. 예를 들면, 토사 지반 등에서 터널 변형이나 지표 침

하를 극히 제한할 필요가 있는 경우에는 강지보재를 사용하여 숏크리트의 강성을 높이는 방

법으로 대처할 수 있다. 또 붕락이 발생하기 쉬운 지반이나 토압이 매우 큰 지반의 경우에는

숏크리트의 두께를 증가시키고 철망 등과 함께 강지보재를 사용하여 지보공의 강도 및 인성

등을 향상시킴으로써 터널의 안정을 도모할 수 있다.

(2) 굴착면의 조기 안정

강지보재는 설치와 동시에 충분한 강도를 갖는 지보재이기 때문에 굴착면의 자립 시간이 짧

은 토사 지반이나 균열이 발달된 지반에서 숏크리트나 록볼트의 소요 강도가 발현되기 전에

지보 효과가 발휘된다. 그러나 설치 시에 지반과의 간격이 생기기 때문에 그 간격을 블록킹

(blocking)하거나 콘크리트 등으로 빠른 시간 내에 충전하지 않으면 굴착면의 조기 안정에

효과가 없게 되는 점에 주의해야 한다.

(3) 천단 지지공(보강그라우팅, 훠폴링) 또는 경사 볼트 등의 지점

굴착면의 자립성이 나쁜 지반에서 굴착면 전방의 지반을 미리 지지시키기 위하여 천단 지지

제9-1편 터널 본체

171

공이나 경사 볼트 등의 보조 공법을 사용하는 경우가 있는데, 이때 이들의 지점(支点)으로

강지보재가 필요한 경우가 있다(그림 5.20 참조).

강지보재가 규격이 커지면 경사 볼트 등의 경사각이 커져서 여굴을 증대시킬 우려가 있으며,

반면에 강성이 작은 지보재를 사용할 경우에는 경사 볼트 등에서 전달되는 하중에 의하여

처짐이 커질 우려가 있으므로 이러한 점을 주의해야 한다.

(a)강지보재 배면에서의 시공

(b) 구멍이 뚫린 강지보재에서의 시공

<그림 5.20> 선진 경사 볼트의 지점으로서의 강지보재 사용 예

강지보재는 숏크리트, 록볼트를 주로 한 지보로서 이들과 조합하여 터널의 안정을 도모하는

설계를 할 때와 그렇지 않을 때와는 설계의 방법이 각각 달라진다. 따라서 여기서는 해석의

혼란을 피하기 위해 숏크리트와 병행하는 것을 강지보재 A, 강널판 등과 병용하는 것을 강지

보재 B라 하여 해설하기로 한다.

(가) 강지보재 A

강지보재는 세우기와 동시에 그 기능을 발휘하여 숏크리트가 충분한 강도를 발휘할

때까지 일시적인 초기 지보 효과를 얻어 굴착한 곳의 안정을 도모하기 위하여 사용할

때와 실토압 내지 팽창성 토압이 작용하는 원지반에서 숏크리트와 일체성을 유지하고

내압 효과를 기대하기 위하여 사용할 때로 크게 나누어진다.

전자의 경우는 절리가 많고 붕괴의 염려가 있는 원지반을 굴착할 때 발생하는 초기 단계

의 비교적 작은 붕괴를 방지하는 것이 목적이므로 지보재로서는 일반적으로 가벼운 것이

사용된다. 후자는 실토압 내지 팽창성 토압이 작용하는 지반이나 굴착 현장의 자립 시간

이 짧은 토사 지반에서 내압 효과를 얻기 위한 것이며 지보재의 주요한 부분으로 사용되

는 것이므로 부재 단면이 큰 H형강이 사용된다. 그러나 H형강을 사용할 경우 지반의 변

형이 클 때는 시공 순서, 시공 시기에 주의함과 동시에 때에 따라 지보공에 축소할 수

있는 기구를 만들어 변형을 조절하는 방법도 검토해야 한다. 또 갱구에서 토피가 얇고

아치 효과를 기대 할 수 없을 때나 지표면 침하가 많이 발생할 때에는 강한 지보 구조로

하고 이때에는 강지보재를 주체로 하는 설계로 해야 한다.

제4권 터널

172

(나) 강지보재 B

강지보재 B는 용수가 특별히 많아 숏크리트를 사용할 수 없을 때 부득이 강지보재와 강

널판류를 병용하여 설계하는 것을 말한다. 이때 지보재에 걸리는 하중은 굴착 후의 시간

경과와 더불어 증가할 때가 많으므로 강지보재는 터널의 안정을 도모하기 위하여 굴착

후 즉시 세울 수가 있고 콘크리트 라이닝 공사 완료 시까지의 사이에 하중을 안전하게

지탱할 수 있는 것이어야 한다.

따라서, 터널의 안전을 도모하기 위하여 강지보재에 접해 있는 주위의 암석이나 토사를

지지하기 위해 지반 조건에 따른 강널판류를 설계하고 강널판을 타입하여 토압을 강지보

재에 전달하여 지반이 느슨해짐에 따라 하중이 증가하는 것을 막아야 한다. 따라서, 지반

이 이완되는 것을 방지하기 위해 지반과 강지보재 사이의 쐐기로 충분히 다지는 것이 대

단히 중요하다.

5.6.2 강지보재의 형상

강지보재의 형상은 굴착 단면에 적합하고, 작용 하중 및 기타 제반 조건에 유리하고 시공상 편리한 것

이어야 한다.

강지보재는 굴착단면과 유사한 형상이며, 숏크리트 등에 대하여 하중을 양호하게 전달하고,

휨 모멘트의 발생을 극소화 할 수 있는 것이어야 한다. 강지보재의 형상은 그림 5.21과 같이

반원형 · 마제형 · 전주마제형(全周馬蹄形) · 전주원형(全周圓形) 등이 있으며, 지반 조건, 작용

하중의 크기 및 방향, 시공법 등을 고려하여 결정해야 한다.

(a) 반원형 (b) 마제형 (c) 전주 마제형 (d) 전주 원형

<그림 5.21> 강지보재의 각종 형상

강지보재는 원호 형상이 일반적이며, 지반 및 지보재에 과대한 응력을 발생시키는 형상을 피

하는 것이 좋다.

제9-1편 터널 본체

173

5.6.3 강지보재의 가공방법 및 재질

강지보재의 재료로는 연성이 크고 휨이나 용접 등의 가공을 정확 · 양호하게 할 수 있는 것이 좋다.

(1) 강지보재의 가공방법

강지보재는 열간 가공보다 냉간 가공 시에 그 흠을 발견하기 쉬우며 열간 가공 시에는 열관

리가 곤란하므로 냉간 가공하는 것을 원칙으로 한다. 따라서, 냉간으로 상당히 큰 원호로 구

부려 가공한다는 점에서 연성이 크고 휨과 용접 등의 가공성이 양호한 강재를 쓰는 것이 좋

다. 참고로, H형 강지보재의 냉간 가공 시 최소 곡선반지름의 표준, 단면적 및 단면계수 등은

표 5.17에 나타낸 바와 같다.

<표 5.17> H형 강지보재의 냉간 가공 시 최소 곡선반지름의 표준

치수(mm) 단면적(cm2) 단위중량(N/m) 최소 곡선반지름(mm)

H - 100 × 100 22 172 1,200

H - 125 × 125 30 238 1,600

H - 150 × 150 40 315 2,200

H - 175 × 175 51 401 3,500

H - 200 × 200 64 635 4,500

H - 250 × 250 92 724 5,500

(2) 강지보재의 재질

강지보재는 지지해야 할 하중의 크기뿐만 아니라 숏크리트의 두께, 터널 단면의 크기, 시공법

등을 고려하여 적당한 강도, 강성을 가진 것을 선정해야 한다. H형 및 U형 강지보재의 재질

은 KS D 3503에 규정된 SS400을 표준으로 하며 이와 동등 이상의 성능을 발휘하는 구조용

강재로 해야 한다. 또한 격자지보형 강지보재의 재질은 소요의 강도를 충분히 발휘할 수 있

는 특수강을 사용해야 하며, KS D 3504에 규정된 SD500W를 표준으로 한다. 강재대신

고강도 플라스틱, 복합부재 등을 지보재로 사용할 경우 강지보재와 동등 이상의 성능을 발휘

해야 한다.

제4권 터널

174

5.6.4 강지보재의 단면 형상 및 치수

강지보재는 작용하중 외에 숏크리트 두께, 시공법 등을 고려하여 적절한 단면형상·치수를 가진 것이

어야 한다.

(1) 강지보재의 단면 형상

강지보재의 단면 형상은 강지보재의 설치 후에도 지반과 강지보재 사이의 공극에 숏크리트

타설이 용이하고, 숏크리트와 일체화되기 쉬운 것이 좋다. 또한, 큰 하중이 작용하는 경우에

는 좌굴에 대하여 저항성이 큰 형상이 바람직하다.

강지보재로 사용되는 대표적인 단면 형상에는 H형 · U형 · 격자지보형(lattice girder) 등이

있으며, 일반적으로 H형(H 100 ~ H 150 정도)이 주로 사용되어 왔으며, 최근에는 격자지보

형이 많이 사용되는 경향을 보이고 있다.

각 단면 형상별 강지보재의 특성은 다음과 같다.

(가) 격자지보재

격자지보재는 현재 국내에서 가장 널리 사용되고 있는 강지보재의 한 유형으로 강봉을

삼각형 또는 사각형으로 엮어 만들어 터널형상에 맞도록 제작한 강지보재의 한 종류이다.

다른 강지보재에 비하여 가벼워 취급이 용이하고 인력과 장비소요가 적다. 또한 훠폴링

이나 파이프 루프 설치 시 격자 지보재 사이를 통과하도록 설치할 수 있으므로 훠폴링

설치각도를 최대한 줄일 수 있어 시공성이 좋아진다. 그러나 H형 강지보재에 비하여 강

성은 떨어진다.

격자지보재는 일반적으로 표준형 3개 강봉, 보강형 3개 강봉, 침하방지용 4개 강봉으로

나누어진다. 표준형 3개 강봉은 대각선 모양으로 3개의 강봉으로 구성되었고, 보강형 3

개 강봉은 표준형과 형태상 동일하나 상부에 강봉 하나를 더 결합한 형태이다. 4개 강봉

은 터널하부 지지지반이 연약한 경우 바닥지지재로 주로 사용되고 있다. 대표적인 표준

형 3개 강봉의 단면 형상 및 특성은 그림 5.22와 표 5.18에 나타낸 바와 같다.

제9-1편 터널 본체

175

<그림 5.22> 표준형 3개 강봉의 단면 형상

<표 5.18> 표준형 3개 강봉의 치수 및 단면 특성

형태

단 면 치 수(mm) 단면적

(cm )

단위중량

(Nm)

단면2차모멘트

(cm)

단면계수

(cm)

S 1 S  H B D Ix Iy Zx Zy

50 18

20

26

30

94

100

100

100

10

10

10.4

13.6

100

123

138

193

89

106

29

38

18

21

70 18

20

22

26

26

30

32

34

114

120

124

130

140

140

140

140

10

10

10

10

10.4

13.6

15.6

19.7

102

125

143

175

223

306

375

501

192

232

272

356

39

51

60

71

27

33

39

51

95 18

20

20

22

26

26

26

30

32

34

139

141

145

149

155

180

180

180

180

180

10

10

10

10

10

10.4

11.6

13.4

15.6

19.7

107

117

131

149

182

359

405

485

589

774

337

406

407

482

641

51

53

66

78

92

37

45

85

54

71

115 18

20

22

26

30

32

159

165

169

220

220

220

12

12

12

10.4

13.6

15.6

117

141

159

491

658

795

521

634

752

61

78

94

47

58

68

130 18

20

22

26

26

34

26

30

32

34

175

174

180

184

190

220

220

220

220

220

12

12

12

12

12

19.7

10.4

13.6

15.6

19.7

192

117

141

159

192

1040

603

806

971

1264

1010

521

634

752

1010

109

69

87

105

122

92

47

58

68

92

제4권 터널

176

(나) H형 강지보재

H형 강지보재는 강지보재가 지면과 밀착된 경우 지반과 강지보재 사이에 숏크리트의 타

설이 용이하지 않아 이 부분에 공극이 발생될 수 있고, 숏크리트의 두께가 얇은 경우에는

숏크리트와 강지보재의 일체성이 떨어질 수 있다는 약점이 있으나, 강성은 타 지보재보

다 크고 시공 실적이 많다는 강점이 있다. 일반적으로 많이 사용되고 있는 대표적인 단면

형상 및 특성은 그림 5.23과 표 5.19에 나타낸 바와 같다.

<그림 5.23> H형 강지보재의 단면 형상

<표 5.19> H형 강지보재의 치수 및 단면 특성

치수

(mm)

표준단면치수(mm)

단위중량

(N/m)

단면적

(cm2)

단면2차모멘트

(cm4)

단면계수

(cm3)

H × B t t r W A Ix Iy Zx Zy

100 × 100 100 × 100 6 8 10 172 21.9 383 134 76.5 26.7

125 × 125 125 × 125 6.5 9 10 238 30.3 847 293 136 47

150 × 150 150 × 150 7 10 11 315 40.1 1,640 563 219 75.1

200 × 200 200 × 200 8 12 13 499 63.5 4,720 1,600 472 160

250 × 250 250 × 250 9 14 16 724 92.2 10,800 3,650 867 292

(다) U형 강지보재

U형 강지보재는 H형 강지보재의 약점을 보완해 줄 수 있는 이점이 있으나, 강성은 떨어

진다. U형 강지보재의 불룩한 쪽을 지반측을 향해 설치함에 따라 강지보재와 지반사이에

숏크리트 타설이 용이하다. U형 강지보재의 이음부는 밴드(band) 등으로 고정하는 방법

이기 때문에 플레이트를 맞추어 볼트에 접속하는 방법보다 시공성이 좋고 가축성 이음이

용이하다. U형 강지보재 중 대표적인 MU-29 형의 단면 형상 및 특성은 그림 5.24와

표 5.20에 나타낸 바와 같다.

제9-1편 터널 본체

177

<그림 5.24> 대표적인 U형 강지보재(MU-29)치수 및 단면 형상

<표 5.20> 대표적인 U형 강지보재(MU-29)의 치수 및 단면 특성

단면적

(cm2)

단위중량

(N/m)

단면2차모멘트(cm4) 단면계수(cm3)

Ix Iy Zx Zy

37.0 290 581.0 634.0 97.4 95.8

(2) 강지보재의 치수

강지보재의 치수는 작용하중 외에 숏크리트의 두께, 강지보재의 최소 덮개, 굴착 공법, 굴착

방법 등을 고려하여 결정한다. 또한, 소요의 강성을 발휘하고, 좌굴 비틀림 및 국부적인 하중

에 대하여 저항성이 크고 시공능률을 높일 수 있는 것이어야 한다.

5.6.5 강지보재의 이음 및 설치간격

강지보재의 이음 위치 및 설치간격은 굴착 단면 형상, 시공법 및 단면적의 크기와 분포 등을 고려하여

결정해야 한다.

(1) 강지보재의 이음

강지보재는 운반, 거치 및 시공성을 고려하여 분할 제작하되 이음개소를 최소화하고, 부재

상호간은 견고한 이음이 되도록 설계해야 한다. 특히 구조적으로 불리한 위치에서의 이음은

가능한 한 피하도록 하며, 지보재와 이음판과의 접합은 확실히 하도록 설계해야 한다.

팽창성 지반 등과 같이 내공변위가 크게 발생하는 지역에서는 강지보재의 이음을 가축변형

(可縮變形)이 허용되는 조인트 구조로 할 수 있다. 이 경우에는 가축 허용량 선정에 주의해

야 한다.

제4권 터널

178

<그림 5.25> 격자지보형(표준형 3개 강봉) 강지보재의 이음부 설계 예

<그림 5.26> H형(H 100×100) 강지보재의 이음부 설계 예

<그림 5.27> U형(MU-29) 강지보재의 이음부 설계 예

(2) 강지보재의 설치 간격

강지보재의 설치 간격은 지반특성, 사용목적, 시공법 등을 고려하여 결정해야 하며, 상반과

하반으로 나누어 굴착하는 경우 지반조건에 따라 하반의 강지보재를 일부 생략할 수 있으며,

강지보재의 설치가 필요한 경우에는 그 설치간격을 한 굴진장 이하로 함이 적절하다.

제9-1편 터널 본체

179

5.6.6 강지보재의 간격재와 바닥판받침

(1) 강지보재의 간격재

강지보재는 설치 후 숏크리트에 의하여 고정되기 전까지 전도를 방지하기 위하여 강지보재

사이에 적절한 크기의 강재 간격재를 일정 간격으로 설치해야 한다. 이때, 간격재의 형상은

숏크리트의 일체화에 저해되는 형상을 사용하여서는 안 되며, 그 설치간격은 1.5 ∼ 2.0 m로

하는 것이 좋다. 여기에서, 일체화에 저해되는 형상이라 함은 파이프 또는 L형 등 숏크리트

타설 시 타설방향 뒤쪽의 숏크리트 상태가 다른쪽 숏크리트와 성질이 다르게 됨에 따른 영향

과 연결재의 크기가 숏크리트 두께에 비하여 필요 이상으로 커짐에서 비롯된 일체성 저해

요인을 초래하는 형상을 의미한다.

단 면 A-A

단 면 B-B

<그림 5.28> H형(H 100×100) 강지보재의 간격재 설치 예

(2) 강지보재의 바닥판받침

작용하중에 의한 침하를 방지하기 위하여 강지보재 하단에는 바닥판을 붙이고 필요에 따라

받침을 설치하여 충분한 지지력을 확보할 수 있도록 해야 한다. 이러한 강지보재 바닥판 받

침에는 목재, 철근 콘크리트 블록, 강판 등을 사용할 수 있으며, 강지보재에 작용하는 하중이

큰 경우에는 필요에 따라 바닥보강 콘크리트를 사용해야 한다.

제4권 터널

180

<그림 5.29> 격자지보형(표준형 3개 강봉) 강지보재의 바닥판받침 설치 예

<그림 5.30> H형 강지보재의 바닥판 받침 설치 예

5.7 굴착보조공법 [KDS 27 20 00 터널 굴착, 4.1.5 보조공법]

5.7.1 보조공법 일반

굴착 현장의 자립이 어렵고 시공 안전 및 주변 원지반의 안정을 심하게 손상시킬 염려가 있는 원지반

에서는 현장 안정을 위하여 대책(보조공법)을 수립해야 한다.

터널 보조공법의 계획 시에는 지반조사, 주변 연건조사 등을 상세히 실시하여 적용 여부

및 상세 공법을 결정해야 하며, 시공 시에는 지반상태 확인과 시험시공을 통하여 효과를

제9-1편 터널 본체

181

확인한 후 시공해야 한다. 보조공법의 설계 및 시공단계별 고려사항을 흐름도로 표시하면

그림 5.31과 같다.

효과 확인

보강 목적을 파악

수명기간 동안 안정

일시적 보강(터널 천단

/막장면 지지)

지반보강의 설계

시공 계획

시험 시공

지반 보강

효과 확인

자료 정리

완 료

추가 시공

과거 실적 (경제성, 시공성)

지반공학적 이론 계산

시험시공 결과

시공관리

계측

단, 주입 시

(주입량, 속도)

환경감시

우물,

인접구조물,

지하매설물,

노면

1) 보강 범위

2) 보강재

3) 보강 방법

4) 보강량

5) 보강 순서

6) 보강공의 배치

7) 보강 기간

조 사

지 반 조 건

주상도, 토피, 풍화도,

지질구조, RQD, 투수계수,

지하수위, 지하수 유입속도

및 유입량

시 공 조 건

터널단면, 굴착방법

굴착 Cycle, Plant 설치조건,

배수조건

주 변 환 경 조 건

- 우물, 지하수 등의 조건

- 식재, 농산물, 생태계 상황

- 인접구조물 현황

- 지하매설물 현황

시

공

단

계

설

계

단

계

예

예

아니오

아니오

<그림 5.31> 터널 보강 흐름도

제4권 터널

182

(1) 보조공법의 목적

(가) 터널의 안전성을 증대시키기 위하여 주변 지반의 전단강도 강화

지반의 전단강도는 Mohr-Coulomb 항복규준에 따라 유효응력 개념으로 아래의 그림

5.32와 같이 표현되며, 보강재의 특성과 지반의 특성이 상호 결합하여 강도 정수 혹은

′를 향상시킴으로써 터널 굴착 시 안정성을 높이게 된다.

<그림 5.32> 보조공법에 의한 전단강도 증가 모식도(Mohr' Circle)

(나) 터널 주변 지반의 압축 특성 개선

안정재의 첨가, 주입 등에 의해서 토립자들을 접착하여 지반의 골조 강성을 증가시키고,

압축 특성을 개선시킬 수 있으며, 결합 물질의 간극 충전도 지반의 변형을 적게 하는 원

인이 되므로, 터널 굴착에 따른 주변 지반 침하를 억제시킬 수 있다.

(다) 터널 주변 지반의 투수성 저감

시멘트 모르타르, 시멘트 밀크 또는 약액 등을 사용하여 원위치 혼합이나 주입을 통한

지반의 간극 충전으로 투수성을 저하시켜 지하수 유출에 의한 터널의 안정성 저해 요소

를 감소시킬 수 있다.

(라) 지반의 변형 및 파괴 방지

지반 강화 및 구조적 보강을 통하여 터널 굴착에 따른 지반의 변형 및 파괴 방지를 도모

한다.

제9-1편 터널 본체

183

(2) 보조공법이 필요한 경우

(가) 횡단선형에 토피가 작게 설계된 경우

120°

갱구부 저토피구간

선진보강 그라우팅

굴 착

선진보강 그라우팅

<그림 5.33> 저토피 구간 적용 보조공법(예)

(나) 지반조사 결과 지반이 연약하여 자립성이 낮을 경우

직천공 소구경

단층파쇄대

시스템 록볼트

단층파쇄대

직천공 소구경 시스템 록볼트

<그림 5.34> 연약지반 적용 보조공법(예)

(다) 터널 인접 구조물 보호를 위하여 지표나 지중 변위를 억제해야 할 필요가 있는 경우

선진보강그라우팅

막장보강용 그라우팅

<그림 5.35> 인접 구조물 보호를 위한 보조공법(예)

제4권 터널

184

(라) 지하수 조사로부터 용출수로 인하여 지반의 열화 및 지반 이완이 진행될 수 있어 터널의 안정성

확보가 필요한 경우

<그림 5.36> 용출수 구간 보조공법(예)

(마) 기타 편토압 지역 및 심한 이방성 지반 혹은 특수 지형조건 등에 건설 예정인 경우

<그림 5.37> 특수지형 구간 보조공법(예)

5.7.2 보강 목적에 따른 분류

터널 굴착보조공법은 보강 목적에 따라서 지반 강화, 구조적 보강, 지수 및 배수를 위한 공

법으로 크게 나눌 수 있고, 다시 터널 천단부 지반의 안정과 막장면 지지의 목적으로 구분할

수 있다. 아래의 보강 목적에 따른 분류에는 국내에 산악 도로 및 도심지 지하철 터널 굴착

시 적용된 바 있는 공법들을 위주로 나열하였으며, 한 가지 보조공법으로 보강 목적을 만족

하기 어려운 경우에는 두 가지 이상의 굴착보조공법들을 병용해야 한다.

제9-1편 터널 본체

185

5.7.3 보조공법 선정

각 보조공법의 중요도는 지반조건, 지하수 상황, 터널의 용도, 터널의 규모 등에 따라서 상

이하기 때문에 구체적인 보강공법의 활용 목적과 평가 방법을 명확히 설정한 뒤 지반조사

결과에 따라 현장 여건에 필요한 공법을 선정해야 하며, 시공방법과 잘 부합하도록 충분히

검토해야 한다.

표 5.21은 터널 굴착 시 국내에서 주로 적용되어온 굴착보조공법의 적용성을 개략적으로

보여주고 있으며, 굴착보조공법의 합리적인 적용은 표 5.21의 공법과 더불어 현장 상황에

따라 2개 혹은 3개의 지반 보강공법을 목적에 따라 병용해야 한다.

<표 5.21> 굴착보조공법의 적용성

대 책 목 적 공 법

원지반 조건

비 고

경암 연암 토사

지반강화

및

구조적

보강

천단 안정

파이프루프 △ △

경사 록볼트 △

훠폴링 △ △ 철근, 강봉, 강관 등 사용

보강그라우팅 △ ○

약액주입공법 ○

막장면,

바닥면

안정

막장면 숏크리트 △ ○

막장면 록볼트 △ △

코어 핵 △ △ ring cut

약액주입공법 ○

가인버트 △ △

용수대책 지수/배수

약액주입공법 △ ○ ○

물빼기공 △ ○ ○ 윌포인트, 웰공법 포함

웰포인트공법 ○

웰공법 ○

주) ○ : 비교적 자주 사용되는 공법

△ : 보통 사용되는 공법

제4권 터널

186

(1) 천단의 안정을 위한 보조공법

(가) 훠폴링

<표 5.22> 훠폴링 공법 개요

구 분 훠폴링 공법

개 요

. 일시적 지보재로서 굴착 전 터널 천단부에 종방향으로 설치하여 굴착천단부의 안정을 도모하고,

막장 전반의 지반보강 및 느슨함을 방지한다.

2차 숏크리트

1차 숏크리트

L=3,000~4,000 C.T.C 500

훠폴링

격자지보

매막장

15° 이하

굴진방향

(강관 ø38mm)

또는 2막장

적용지반 . 터널 천장부 지반이 풍화암 또는 파쇄대일 경우 및 갱구부 보강 시

규격 및

설치조건

. 시공장비 : 점보드릴 . 재질 : 철근(D25), 강관(ø38 mm) . 길이 : 2 ~ 4 m, 굴진장의 2 ~ 3배 정도

. 횡방향 설치 간격 : 300 ~ 600 mm . 횡방향 설치 범위 : 60˚~ 120˚ . 종방향 설치 각도 : 0˚~ 15˚(갱구부 저각 가능)

특 징

. 지반에 강지보를 밀착시켜 2점 지지가 되도록 하여 터널 막장 전방에 빔을 형성시킴 . 매 막장 또는 2막장마다 설치하여 상호 중첩을 통한 강성 증대 . 천공면은 모르타르 그라우팅 등으로 여굴 및 느슨함 방지

굴착지반의 자립이 불가능하다고 판단되는 구간에 훠폴링 공법을 적용할 경우 굴착공법

과 연계하여 설계해야 하며, 지반특성에 따라 훠폴링 길이, 종방향 설치간격 등을 검토

후 적용해야 한다. 훠폴링의 횡방향 설치범위는 굴착면(S.L, 터널 상반 아치의 시작선)

천정부에서 좌우 60° 범위로 한다.

(나) 선진보강 그라우팅

<표 5.23> 선진보강 그라우팅 공법 개요

구 분 선진보강 그라우팅

개 요

. 이 공법은 터널 굴착 전에 보강관을 적절한 형상으로 배열 설치

하고, 주입재를 주입함으로써 주입재에 의한 지반 고결로 강관

과 주변 지반을 일체화시켜 Beam Arch를 형성하여 차수 및

보강효과를 동시에 얻는 공법

적용지반 . SC 이상의 토사 . 풍화암, 연암, 파쇄대 및 단층대

규격 및

설치조건

. 시공 장비 : 크롤러 드릴 . 재질 : 보강관(Ø50 ~ 60 mm, t = 3 ~ 5 mm), 수평천공기 적용 시 114 mm

제9-1편 터널 본체

187

심한 파쇄대 및 미고결층에 대한 적합한 선진보강그라우팅 주입재를 선정하여, 지반교란

최소화, 차수 및 조기강도 확보 등으로 터널의 안정성을 확보해야 한다.

한국도로공사에서는 설계방침에 따라, 미고결층 및 이암층의 그라우팅 채움재로 물을 사

용하지 않는 우레탄계를 제시하였으며, 파쇄대이며 용수가 심한 지반은 친환경적이고, 침

투성이 높은 무기계 급결재 재료를 제시하였다.

(2) 막장면 자립공법

(가) 지지코아 설치

<표 5.24> 지지코아 설치 개요

구 분 지지코아 설치

개 요 . 막장면 중앙부에 지지코아를 남겨두고 굴착한 후

지보설치

적용조건 . 토사 지반에는 필수적임

특 징 . 지지코아의 크기 및 후속 작업공정의 원활한 수행이

가능하도록 결정

(나) 막장면 숏크리트 타설

<표 5.25> 막장면 숏크리트 타설 개요

구 분 막장면 숏크리트 타설

개 요

. 미고결 지반이나 팽창성 지반이 1 사이클 사이에

현저히 열화하여 작은 붕락으로부터 큰 붕괴로의

연결이 예상될 경우 300 mm 이상(최소 50 mm 추천)

숏크리트를 막장면에 타설

적용조건 . 장기간 공사 중지 시 필수적

특 징 . 시공이 용이하고 효과가 빠름

구 분 선진보강 그라우팅

. 천공경 : Ø105 ~ 150 mm . 길이 : 12 ~ 16 m 이상 . 횡방향 설치간격 및 설치범위 : 40 ~ 60 cm, 90˚~ 180˚ . 종방향 설치각도 : 15˚~ 20˚ (갱구부 저각 가능)

특 징

. LW 약액이나 SGR 약액을 주입하여 굴착지반 개량효과 . 점착력이 작은 토사 지반에도 보강 효과가 탁월 . 천공 및 주입 후 양생기간의 경과 등으로 굴착에 다소 영향을 미치며, 지하수가 많을 시에

차수공법을 별도로 시행해야 한다. . 천공 후 강관 삽입으로 천공 홀 붕괴 시에는 강관 삽입 곤란

제4권 터널

188

(다) 막장면 록볼트

<표 5.26> 막장면 록볼트 설치 개요

구 분 막장면 록볼트 설치

특 징

. 길이는 굴진장의 3배 . 연약지반은 막장 숏크리트와 병용하면 효과 증대 . 절단이 용이한 록볼트 적용이 바람직 . 베어링 플레이트를 설치하여 록볼트 정착 . 천공홀은 모르타르나 시멘트그라우팅으로 충전·필요

5.7.4 막장 안정 보강공법

지보가 그 목적과 기능을 충분히 발휘하기 위해서는 굴착 후 지보를 시공할 때까지 지보

없이 굴착면이 안정을 유지하고 있어야 한다. 즉, 자립하고 있어야 한다. 이 굴착면의 자립

성 즉, 자립 시간은 원지반의 공학적 성질, 굴착단면의 크기에 관계되며, 지보 없는 굴착단

면이 커질수록 자립 시간은 짧아진다. 따라서, 지보의 시공에 필요한 충분한 자립 시간을

얻지 못할 때는 일반적으로 굴착단면을 작게 하여 터널을 몇 개의 부분으로 나누어서 굴착

하는 시공 방법을 취한다(4.3 굴착 공법 참조). 그러나 실제 원지반 상태는 일정하지 않고,

굴착 지점의 자립성이 나쁜 원지반을 만났을 때 시공법과 시공설비를 될수록 변경하지 않게

하기 위해서는 각종 대책을 강구해야 한다.

굴착한 곳의 안정을 위한 보조 공법은 그 목적이 굴착할 곳의 천단 안정과 이미 굴착한 막장

면의 안정으로 나누어 원지반 조건을 고려하여 설계한다.

이들 보조 공법은 굴착 중의 원지반 거동을 판단하고 신속하게 조치할 수 있도록 사전에

원지반 조건에 따라 몇 개의 공법으로 설계해 두는 것이 좋다. 또 갱구부와 같이 당초부터

보조 공법과 조합하여 지보를 설계해야 할 경우에는 기본 공법에서 설계한 다른 지보의 관

계·시공법·시공 설비 및 시공 순서를 충분히 검토하여 합리적인 설계가 되도록 한다.

용수가 많고 자립이 어려워 천단의 붕괴, 표석 낙하가 심하다고 생각할 때는 굴착한 곳의

안정 대책과 관련하여 우선 웰포인트, 웰공법 등으로 지하수를 배제함으로써 굴착한 곳의

안정과 고결도를 유지할 수 있다.