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

 

제4권 터널

220

8.1 설계 일반

갱구를 설계할 때는 갱구 부근의 지형 · 지질 · 지하수 · 기상 등의 자연적 조건과 민가 · 구조물의 유

무 등의 사회적 조건 파악에 힘쓰고, 경사의 안정 · 기상 재해의 가능성 · 주변 경관과의 조화 · 차량의

주행에 미치는 영향을 고려하여 갱구부의 구조, 갱문, 유지관리용 시설 등의 설계를 적절히 해야 한다.

여기서 말하는 갱구의 설계란 터널의 갱구부, 갱문 및 그 전후 도로 구간의 일부 설계를 총괄

한 것이다. 따라서, 이들 개개의 설계에 있어서는 뒤에 언급할 여러 규정에 따라야 한다.

(1) 터널은 특수한 도로 구조물이므로 교통흐름의 연속성에 주는 영향이 적지 않다. 그중에서도

갱구 부근은 밝은 곳과 어두운 곳이 접속하는 장소이므로 폭원의 감소, 터널 벽의 위압감,

조도 변화에 수반되는 순응성의 저하에 따른 속도 저하를 초래할 때가 있다.

갱구 부근은 이와 같은 상태를 될 수 있는 한 경감시키면서 이 부근의 자연 경관과 갱문과의

조화를 도모하고 주행 차량을 적절하게 유도하여 주행성 확보에 힘쓰도록 한다.

(2) 갱구부는 일반적으로 지형 · 지질의 원지반 조건이 불안정하거나, 시공 시에 터널 굴착이나

지표면 변화 등으로 슬라이딩, 경사면 붕괴, 편토압을 일으켜 그 대책에 어려울 뿐만 아니라

막대한 비용이 들 때도 있다(8.3 갱구부의 설계 참조). 또 도로 이용 시에도 낙석, 눈사태

등 자연 기상재해의 영향을 받기 쉬운 곳도 있다.

이와 같이 갱구부는 갱 안의 터널 일반부와는 달리 문제가 생겼을 때는 그 문제가 연속적으

로 진행되어 범위도 넓게 될 가능성이 있다는 것을 염두에 두어야 한다.

갱구부의 설계 조건을 사전에 정확히 파악한다는 것은 사전 조사의 정밀도나 원지반 상태의

추정에 한계가 있으므로 곤란하지만, 경사면이나 지표면에 미치는 영향을 가능한 한 정확히

예측하고, 그 결과를 설계에 반영시키도록 노력해야 한다.

갱구부의 설계에는 자연조건 이외에도 주로 토피가 적은 터널 위 또는 구축물 등이 있고 인

8. 갱구의 설계

제9-1편 터널 본체

221

가에 근접한 터널 갱구가 계획되는 등의 사회적인 조건이 가해질 경우가 있다. 따라서 갱구

부의 설계에서는 터널의 시공이 이들에 미치는 영향을 파악하고, 특수한 시공법의 채택, 대

상 구조물의 보강 등 필요에 따라서는 환경 보전상의 대책을 고려해야 한다.

갱구부의 시공에서 기본적인 것은 안정한 원지반을 가능한 한 이완시키지 않는 방법으로 굴

착하는 것이다. 부득이하게 안정성이 염려되는 원지반에 갱구를 만들 때는 원지반을 우선

안정시킬 수 있도록 해야 한다. 갱구부라 해도 터널은 원지반 그 자체가 구조체이므로 굴착

에 의하여 원지반을 이완시켜 구조체로서의 재료 강도를 손상시키는 것은 될수록 피해야 한

다. 또한 사전 설계가 모든 조건을 만족시킬 수는 없으므로 예측하지 못한 현상의 발생에

대하여 정확한 대책을 강구할 수 있도록 갱구부 관측을 충분히 해 두어야 한다.

여기서 말하는 갱구부는 ʻ8.3.1 갱구부 일반사항ʼ 에서 정의되는 터널 일반부와는 다른 특수

한 구조와 시공법을 필요로 하는 구조물의 범위를 말한다.

(3) 갱구의 설계에는 터널의 규모에 따라서 유지관리용의 제반 시설을 고려해야 한다.

8.2 터널 연결부의 접속

터널에 접속하는 밝은 부분의 길어깨는 적당한 길이의 접속 구간을 만들어야 한다.

일반적으로 터널의 길어깨 폭은 경제적인 이유로 도로 일반부의 길어깨 폭에 비하여 축소되

고 있다. 급격한 길어깨 폭의 변화는 운전자에 주는 심리적 압박감을 증가시켜 교통흐름의

연속성에 영향을 주게 되므로 될수록 터널 내에 진입을 원활하게 할 수 있도록 터널과 밖의

도로에 접속하는 밝은 부분 사이에 적당한 길이의 접속 구간을 만들어야 한다.

접속 구간의 도로 설계는 원칙적으로 밝은 부분과 같이 하되 접속하는 밝은 부분의 도로 구

조물과의 위치 관계에 따라 소정의 접속 구간 길이를 정해야 한다.

(1) 터널 입구부 접속 방안(토공부에서 폭원 축소 후 터널 접속)

∙ 길어깨 폭원 변이구간 15 m(접속설치율 1/20) 적용 및 안전도색 시행

∙ 갱문 전 도로 폭원 축소 구간 30 m(약 1초 간 주행거리) 적용

※ 지형 여건 감안하여 조정 가능하나, 최소 10 m(길어깨 편경사 변화 구간) 이상 확보

제4권 터널

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<그림 8.1> 터널 입구부 접속 방안

<표 8.1> 터널 입구부 접속 방안

구 분 터널 입구부 접속 방안

개요도

접속부 연장 45 m(최소 25 m)

(2) 터널 접속부 콘크리트 방호시설 형상 통일

∙ L형측구 형식 추가(Type 2-2)등 방호시설 상단부 높이 및 전면부 형상 통일

∙ 가로등 등 부대시설을 감안하여 터널 입출구부에서 최소 200 m 적용

<표 8.2> 방호시설 전개도

방호시설 전개도

터널공동구 L형측구(TYPE-2-2) 다이크

가드레일

교량 방호벽

제9-1편 터널 본체

223

8.3 갱구부 설계

8.3.1 갱구부 일반사항

갱구부의 설계에는 아래의 항목을 검토해야 한다.

(1) 갱구의 위치

(2) 갱구부로 시공되는 범위

(3) 갱구 설치 방법

(4) 갱구부의 지보 구조와 보조 공법

(5) 갱구 비탈면의 안정과 필요한 비탈면 안정 공법

(6) 기상 재해의 가능성과 필요한 대책 공법

(7) 지표면 침하 등 갱구 주변의 구조물에 미치는 영향

(8) 지진 등 동적하중을 고려한 갱구부 계획

(9) 갱구부 접속 구조물과의 배수처리 연계방안

여기에서 언급하는 사항은 「일본도로공단의 설계요령｣, ʻ제3집 터널ʼ 에 제시된 내용을 참고

로 기술한 것이다.

터널의 일반부는 주로 암질 · 지질 구조 · 지하수 등 원지반 내부의 조건에 따라 그 거동이

지배되는데 반하여, 갱구부의 터널 거동은 지형 · 기상 등의 외적 조건에 의해서도 지배된

다. 따라서 갱구부는 터널의 일반부와는 달리 특별한 구조와 시공법이 필요한 곳이다.

갱구부의 범위를 명확하게 나타낸다는 것은 각 터널에 따라 지형, 지질 및 노선의 위치 등

설계 조건이 다르기 때문에 곤란하나 터널 시공이 비탈면이나 지표면에 영향을 미칠 가능성

이 있는 범위를 갱구부라 칭하기로 하고, 설계의 합리화 · 단순화를 위해 다음과 같이 한다

(그림 8.2 참조).

계획면

갱문

구조물

갱구부(1 ~ 2D) 터널 일반부

1.5D

토피고 3 ~ 5m

NATM 터널 시점

<그림 8.2> 표준적인 갱구부의 범위

제4권 터널

224

갱구부는 일반적으로 갱문구조물 배면으로부터 터널길이 방향으로 터널직경의 1 ~ 2배 범

위 또는 터널 천장부로부터 토피고 3 ∼ 5 m에서 터널 직경 1.5배의 토피고가 확보되는 범

위까지로 정의한다. 단, 원지반 조건이 양호한 암반층 또는 붕적층, 충적층 등의 연약 토사

층에서는 별도의 구간을 갱구부 범위로 정의할 수 있다.

터널 갱구부의 계획은 지형이나 기상의 영향을 크게 받으므로 지형과 터널 중심 축선과는

대체로 그림 8.3과 같은 위치 관계가 고려되며, 그 일반적인 특성은 다음과 같다.

① 경사면 직교형

② 경사면 경사교차형

③ 경사면 평행형

④ 밑뿌리 진입형

⑤ 골짜기 진입형

<그림 8.3> 터널 중심 축선과 지형과의 관계

(1) 경사면 직교형

가장 이상적인 터널 축선과 경사면의 위치 관계이다. 그러나 경사면 중간에 갱구가 계획될

경우는 공사용 도로의 확보나 설치되는 도로 구조와의 관계 등 시공상의 특별한 배려가 필요

하다.

(2) 경사면 경사 교차형

터널 축선이 경사면에 대하여 비스듬하게 진입하기 때문에 비대칭의 절취 경사면이나 갱문이

될 때가 있고, 유동 암반인 경우는 편토압이 작용할 때가 있다. 때문에 편토압에 대한 검토가

필요하게 된다.

(3) 경사면 평행형

경사 교차가 극단적일 때이며 긴 구간에 걸쳐 골짜기 쪽의 토피가 극단적으로 얇아질 때가

있어 편토압에 대하여 특별한 배려가 필요하게 된다. 문제가 생길 때가 많아 될수록 피해야

할 위치 관계이다.

제9-1편 터널 본체

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(4) 밑뿌리 진입형

터널 양쪽면의 토피가 극단적으로 얇아질 때 가 있어 횡단면의 검토가 요구되며 암선의 좌우

비대칭일 경우가 많고 암선이 깊게 될 경우가 많기 때문에 지반조사를 철저히 해야 한다.

(5) 골짜기 진입형

일반적으로 애추의 미고결 퇴적층이 두텁게 분포하고 지하수위가 높을 때가 많다. 또한 토사

류 · 눈사태 등의 자연 재해가 발생하기 쉬운 위치 관계이다.

환경보전상 시공에 따르는 지표면 침하에 제약을 받을 때에는 대상 구조물의 설계 조건을

충분히 파악하고 그에 맞는 설계와 시공을 해야 한다.

또, 부득이하게 지반 활동 지대에 터널을 계획해야할 때는 밖에서의 압성토나 다짐공을 미리

시공한 후 설계를 해야 하며, 터널 안에서는 지반 활동을 유발시키지 않는 설계와 시공법을

채택해야 한다. 특히 시공에 있어서는 원지반의 이완을 가능한 한 생기지 않게 함과 동시에

관측을 통하여 지반 활동의 예측에 힘쓰도록 한다. 이와 함께 비상시의 응급 대책도 아울러

고려해 둔다.

8.3.2 갱구 위치 및 갱구 연결

(1) 갱구는 될수록 경사면과 직교하는 위치에 만들며, 공사용 설비의 배치에 대해서도 고려한다.

(2) 갱구 설치 시 토피는 최소 3 ~ 5 m 정도 확보되는 지점에 선정하나, 지형이 완경사이고 고심도의

토사층 구간 및 저토피 연속구간 등의 특이한 지형ㆍ지질구간과 교량, 터널 관리소 등 시설물이

인접ㆍ저촉되는 경우에는 환경훼손 최소화 측면을 고려한 터널의 시공성, 경제성 및 안정성 등을

검토하여 최적의 갱구위치를 선정한다. 또 깎기면은 필요에 따라 숏크리트나 록볼트에 의한 보강

을 하여 충분한 경사면의 안정성을 확보한다.

(3) 갱구부 시공 시 지반이완과 비탈면 붕괴가 발생할 위험이 있는 경우에는 터널굴착에 앞서 낙석 가

능성 및 깎기 비탈면 안정검토를 수행하여 필요 시 대책을 수립해야 한다.

(1) 여기서 말하는 갱구 위치란 터널 굴진을 위한 기지, 즉 갱구로 할 위치를 말한다(그림 8.2

참조). 갱구와 경사면과의 관계는 ʻ8.3.1 갱구부 일반사항ʼ 에서 기술한 것처럼 터널 축선과

의 관계에서 몇 가지로 나누어지나 현재까지의 시공 실적을 감안하여 될수록 경사면과 직교

하는 위치에 선정하다. 갱구부의 원지반 조건은 그 양부(良否)의 정도에 변화 폭이 있어 복잡

하므로 직교로 하여도 문제가 없는 것은 아니지만, 다른 것과 비교하여 편토압이 발생하는

제4권 터널

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일이 대단히 적고 문제가 생겼을 때에도 대응하기가 쉽다. 노선 선정상의 제약을 받아 직교

하기가 어려울 때도 있으나, 이때에도 터널 축선과 경사면의 등고선과는 60ﾟ 이상의 교차

각도로 하는 것이 바람직하다.

또, 갱구부 위치 선정에 있어서는 가설 · 공사용 도로의 설비계획을 충분히 감안할 것과 늪이

나 계곡·강과 평면적으로 교차하는 것은 적극 피해야 한다.

(2) 갱구 설치에 있어서는 갱구 경사면의 안정도, 지내력, 터널 축선과 경사면과의 관계, 시공법

을 충분히 검토한 후 적절한 설계를 해야 한다. 갱구부의 설계 시에는 갱구의 위치 및 설치방

법, 갱구부의 범위, 갱구부의 굴착공법, 지보구조, 보조공법과 콘크리트라이닝 구조, 갱구비

탈면의 안정검토와 필요한 사면 안정공법, 갱구비탈면의 지표수 및 지하수 배수 대책, 기상

재해의 가능성과 필요한 대책공법, 지표 침하 등 갱구 주변의 구조물에 미치는 영향을 검토

하여 안정성을 확보하고 환경훼손을 최소화할 수 있도록 해야 한다. 그리고 일반적으로 갱구

경사면은 불안정한 원지반 상태일 때가 많다. 따라서 설계 시에는 갱구 설치에 따른 원지반

의 안정을 손상시키지 않도록 원지반의 이완을 극소화시켜야 한다. 갱구 설치에는 일반적으

로 깎기가 따른다. 이 때 갱구 설치가 갱구 경사면에 미치는 영향, 주변 경관과의 조화, 갱구

부의 시공법 등을 고려하여 적당히 토피를 확보해야 하며, 깎기 최소화를 위하여 특수한 지

형 및 지질조건을 제외하고는 갱구부 상단 토피 3 ~ 5 m 또는 암토피고 1 ~ 2 m 확보되는

지점에 갱구부를 형성하는 것을 표준으로 한다. 터널 길이를 짧게 하려고 갱구를 산 중앙으

로 깊이 들어가면 경사면의 안정을 깨뜨려 붕괴나 지반 활동을 일으킬 염려가 있고, 특히

원지반의 애추층이 불안정할 때는 그 위험성이 크고 주변 경관과의 조화를 이루기가 곤란하

며 도로 이용 시에 안정한 차량 주행에 지장을 초래할 염려가 있다. 깎기 경사는 갱구 설치부

의 시공성을 원지반 조건에 따르나 급경사로 하는 것이 바람직하다. 그러기 위해서는 필요에

따라 비탈면 숏크리트나 록볼트에 의한 비탈면 보강도 고려하여 적극적으로 경사면의 안정

화를 기해야 한다. 일반적으로 터널 굴착의 시공성에서 요구되는 경사는 1 : 0.3 ~ 1 : 0.5로

하고 있다. 갱구부 경사면이 양호한 암질이고 적당한 경사면 경사로 놓여 있을 때는 그 경사

면에 직접 갱구를 만들 수가 있다. 터널 축선이 갱구 경사면에 비스듬히 교차하고 불안정한

원지반 상태에 있을 때는 쌓기를 미리 시행하고 경사면의 안정을 도모한 후 터널 굴착을 해야

한다. 이때에는 터널 굴착이 쉽고 굴착한 곳의 안정을 얻기 쉬운 쌓기재의 선정이 필요하다.

(3) 터널 갱구부 임시 비탈면의 토사 및 리핑암은 한계평형해석, 발파암은 평사투영을 통한 한계

제9-1편 터널 본체

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평형해석으로 안정성 검토를 시행하며, 안전율은 터널 굴착, 라이닝 설치 등의 공사기간 장

기화 등을 고려하여 영구 비탈면 안전율을 적용한다.

터널 갱구부 임시 비탈면 안정성 검토 시 비탈면 경사는 터널 갱구부 영구 비탈면 깎기 최소

화, 터널 굴착 및 경제성 등을 고려하여 1 : 0.3 ~ 1 : 0.5을 적용하고 안정성 미확보 시 지질

조건 등을 고려하여 비탈면 보강(록볼트, 쏘일네일링 등)을 계획한다.

터널 갱구부 임시 비탈면의 장기간 노출 등에 따른 안정성 확보를 위하여 표면보호공법(숏크

리트+와이어메쉬)을 적용해야 한다.

8.3.3 지보 구조

터널 갱구부의 설계는 갱 안의 터널 일반부와는 다르게 강한 지보 구조로 설치하는 것을 기본으로 하

여 설계한다.

(1) 터널 갱구부를 설계할 때는 갱 안의 터널 일반부와는 다르게 강한 지보 구조로 설치하는 것

을 기본으로 설계하며, 다음과 같은 특성을 가진다.

∙ 갱구부는 토피가 적고, 적당한 그랜드 아치가 형성되기 어려움

∙ 원지반이 갖는 강도를 효과적으로 이용하기가 어려움

∙ 전 토피 하중이 토압으로 지보공이나 라이닝에 작용할 때도 있으며, 작용토압의 벡터는 터

널 축방향과 횡단 방향에 월등하나 일정치가 않음

∙ 간혹 지진 피해가 생길 때가 있음

등이 이제까지의 시공 실적에서 명백하게 드러나므로 터널 일반부와는 별도의 방법으로 설계

할 필요가 있다. 터널의 지보 구조는 ʻ5.2 지보 구조의 선정ʼ 에서 말한 것처럼 각 터널의

원지반 조건, 시공법, 시공순서, 지보의 목적을 고려하여 숏크리트, 록볼트, 강지보재를 단독

또는 병합하여 설계하는 것이 일반적이다. 그러나 갱구부에서는 원지반 거동의 요인이 터널

일반부에 비하여 지형 · 기상 조건이 악화되고, 지표면 침하 억제의 환경 보전상 제약도 가해

질 때가 있으므로 각 터널의 갱구 조건에 적합한 설계 방법을 체계화시키기란 곤란하고 복잡

하다. 따라서 여기서는 표 8.3과 같이 갱구부의 기본적인 지보구조 설계 패턴을 제시하며,

각 터널의 갱구 특성에 맞추어서 적절한 보조 공법을 사용하여 설계하는 것을 원칙으로 한다.

즉, 갱구부의 지보 구조는 갱속 터널 일반부의 설계 · 시공법도 고려하여 강지보재 및 숏크리

제4권 터널

228

트를 주체로 하고, 필요에 따라서 록볼트, 훠폴링을 원지반 조건에 따라 사용하기로 한다.

이들 지보 구조물의 설계 방법은 ʻ5. 지보 구조의 설계ʼ 에 따르지만 특히 훠폴링을 표준으로

제시한 것은 갱구부가 일반적으로 현장 토질의 자립성에 문제가 있고 시공이 곤란하다는 점

때문이다. 훠폴링의 재질과 공법의 결정은 현지 조건에 적합한 것으로 해야 하며, 시험 시공

을 실시한 후 결정하는 것이 바람직하다.

(2) 표 8.3의 지보구조는 경사면 붕괴나 지표면 침하의 원인이 되는 지내력의 크기, 편토압의

정도, 막장 천단의 붕괴 가능성, 지하수의 영향을 충분히 검토하여 선정한다.

<표 8.3> 갱구부의 지보 구조 예

구분 굴착

공법

1회

굴진장

강지보재

숏크리트

두께

록볼트 라이닝 두께 훠폴링

프리·

보강

상반 하반 그라우팅 설치

간격 길이

설치

간격

(횡방향)

측벽부

및

아치부

인버

트부

천공

길이

횡방향

간격

천공 각도

및 직경

2차로 상·하반

분할굴착 1.0 m H =

100

H =

100 1.0 m

160 mm

(강섬유

보강)

4 m 1.5×

1.0 m

300 ~

400 mm

필요 시

설치

4 ~

6 m

0.5 ~

0.6 m

120ﾟ

5ﾟ~

10ﾟ/∅=

46 mm

필요 시

채택

주1) 록볼트는 Resin Type과 모르타르 Type 2가지를

현장에서 시험시공을 거쳐 현장조건에 적합한 Type

을 선정하여 사용할 수 있다.

주2) Resin 사용기준

록볼트

길이

RESIN TYPE

계

0200 0203 0407

2배 팽창

초급결용

2배 팽창

급결용

4배 팽창

완결용

3 m 1본 1본 1본 3본

4 m 1본 1본 2본 4본

5 m 1본 1본 3본 5본

주3) 록볼트의 재질은 rolled thread가 있는 SD35(항복

점 350 MPa 이상, 연신률 18% 이상)의 표준 이형

철근을 원칙으로 한다(직경 25 mm인 경우 항복하

중은 17 kN 이상이어야 한다).

단, 강도가 양호한 암반에서 변위량 20 mm 이상일

때에는 항복점이 500 MPa 이상의 제품을 사용한다.

또한 Bolt의 직경은 25 mm를 원칙으로 한다.

주4) 록볼트는 오가, 픽크 햄머와 드리프트 등을 이용하

여 1000R.P.M 이상으로 20 ~ 30초 간 회전시키면

서 볼트를 삽입한다.

주5) 모르타르 배합비 표준

w/c 물 시멘트

35% 0.172kN 0.40kN

주6) 훠폴링의 수량은 터널 단면 내의 파쇄의 크기에

따라 설치 수량을 가감할 수 있다.

주7) 프리그라우팅은 파괴선에 적합하게 사용하며, 암질

에 따라 시행해야 한다.

주8) 천공의 지름은 46 mm, 길이는 9.0 m로 한다.

주9) 천공된 구멍은 그라우팅 전에 깨끗한 물로 깨끗이

청소해야 한다.

주10) 그라우팅의 기본 재료는 시멘트이며, 시멘트량은

그라우팅의 효과에 따라 빈배합에서 부배합의 범

위로 변경할 수 있다.

주11) 그라우팅 압력은 그 양에 의하여 점진적으로 증가

될 수 있으며, 그 최대치는 10MPa 이다.

주12) 발파 작업은 최소한 마지막 그라우팅 작업 후 24

시간 이내에 제 작업을 하여서는 안 된다.

주13) 그라우팅은 암질과 그라우팅 효과에 따라 그 양을

조절 할 수 있다.

주14) 갱구부 라이닝은 여러 가지 불확실한 하중이 작용

할 수 있으므로 철근 콘크리트 구조로 설치하는

것이 바람직하다.

(3) 갱구부는 표 8.3과 같이 라이닝을 철근으로 보강하기로 했으나, 갱문 뒷면 부근의 밝게 비치

는 구간(갱구 설치부)은 상재 하중, 갱문에 생기는 응력의 본체에의 영향, 온도 변화의 영향,

제9-1편 터널 본체

229

건조 수축의 영향 등을 고려하여 철근 콘크리트 구조로 해야 한다.

갱구부는 온도 변화가 크고 건조 수축에 따른 균열이 생기기 쉽다는 것, 누수에 따른 결빙,

노면의 결빙이 안전 주행에 지장을 준다는 점을 고려하여 방수 공사를 하는 것을 원칙으로

한다. 지보 구조에 있어서는 방수공의 기능을 손상시키지 않도록 배려한다. 또 강지보재는

지보 공사가 단일체로 하중을 받는 것을 피하고 연속된 모양으로 하중을 받는 구조로 해야

하므로 지보공 상호간의 타이로드, 간격 고정 이음재로 견고하게 연결한 구조로 해야 한다.

(4) 갱구부는 일반적으로 원지반의 안정도가 낮고 터널 굴착에 따라 그 안정을 잃을 때가 있다.

따라서 보통의 지보 구조로는 터널의 안정을 확보하기가 곤란할 때나 시공의 안정에 지장을

줄 염려가 있을 때에는 보조 공법의 적용을 고려할 필요가 있다.

보조 공법은 그 사용 목적에 따라 여러 가지가 있으므로 적용에 있어서는 사용 목적, 경제성,

시공성을 충분히 검토하여 채택해야 한다. 일반적으로 사용되는 보조 공법을 시공할 때 예측

되는 문제점으로는 표 8.4와 같다. 특히 막장의 천단 붕괴 등 자립성이 나쁜 원지반일 때에

는 ‘표 8.4 갱구부 지보 구조 설계 시 예상되는 문제점과 보조 공법’에 예시되어 있으므로

참고하기 바란다.

<표 8.4> 갱구부 지보 구조 설계 시 예상되는 문제점과 보조 공법

문제점

주요 대책

슬라

이딩

비탈면

붕괴

지표

침하

막장

붕괴

편토압

지지력

부 족

기 타

경사면 보호공 ○ ○

옹벽 ○ ○ ○ ○

보호 절토, 압성토 ○ ○ ○

수직볼트 ○ ○ ○

앵커공 ○ ○

수발공(지표, 터널 내) ○ ○ ○ 웰포인트 공법, 수발 시추

지반주입(지표, 터널 내) ○ ○ ○ ○ 숏크리트, 록볼트

막장 안정 대책 ○ ○

임시 폐합(가인버트) ○ ○ ○

주) ○는 일반적으로 사용되는 공법임

제4권 터널

230

8.3.4 굴착 공법과 시공 순서

(1) 터널 갱구부의 굴착 공법은 일반적으로 상 · 하반 분할굴착으로 한다. 단, 상반의 지내력이 너무 부족

하여 지보재의 침하가 우려될 때나 편토압이 심하게 작용한다고 예측될 때에는 측벽 선진 도갱 공법

등으로 한다.

(2) 시공 순서는 적용되는 지보의 기능을 충분히 발휘시켜 터널의 안정 및 원지반의 안정을 손상시키지

않는 방법이어야 한다.

터널 갱구부의 굴착 공법은 원칙적으로 상 · 하반 분할굴착으로 한다. 그러나 원지반 조건에

따라서는 상반의 지내력이 부족하므로 침하하고 터널의 안정이나 원지반의 안정을 손상시

키기가 쉽다. 또한 지형상의 편토압이 심하게 작용할 때는 상반 굴착 시 대응이 곤란하므로

토압에 저항할 수 있는 터널 구조로 하고, ring cut공법, silot공법, CD공법 및 측벽 선진

도갱 공법을 사용한다. 원지반 조건으로는 다음과 같은 경우이다.

∙ 경사 교차 경사면이며, 편토압 지형일 때

∙ 애추층이 두텁고 고결도가 낮을 때

∙ 지지 지반이 심한 연약 지반일 때 등

상 · 하반 분할굴착은 일반적으로 상반 및 1차 콘크리트 라이닝(보통은 3 m 이상)를 선행

시공하고, 이것을 발판으로 상부 반단면의 확대 굴착을 하나 측벽 선진 도갱공법일 때는

지형 · 지질 조건에 따라 다르지만 일반적으로 2 ~ 3 m 정도의 저설도갱을 시공한 후 본 단

면을 굴착하며 점차 상반 굴착에 의한 전 단면의 굴착으로 확장한다. 어떠한 공법도 터널의

안정 및 원지반의 안정을 손상시키지 않도록 하고 원지반을 약하게 하는 요인은 가능한 한

피하며, 적용되는 지보의 기능을 충분히 발휘할 수 있도록 시공 순서 등에 주의를 기울여

공법을 선정해야 한다.

8.4 갱문의 설계

8.4.1 갱문 일반사항

갱문은 원지반 조건, 주변 경관과의 조화, 차량 주행에 주는 영향, 유지 관리상의 편의를 고려하여 갱

문의 위치와 구조 형식을 선정해야 한다.

갱문의 설계에서는 원지반 조건, 주변 경관과의 조화, 차량 주행에 주는 영향, 유지 관리상

제9-1편 터널 본체

231

의 편의를 고려하여 갱문의 위치·형식·구조를 정한다. 특히 갱문 배면에는 개통 후 낙석 ·

눈사태 등의 재해를 미연에 방지할 수 있는 대책을 필요에 따라 고려해야 한다. 또한 주변

경관과의 조화·차량 주행에 주는 영향을 고려하고, 갱구 설치 경사면을 필요에 따라 수정하

는 것이 좋다. 이와 함께 자연 경사면으로부터 본선으로 빗물이 들어오는 것을 막기 위하여

적절한 배수 공법도 설계해야 한다.

8.4.2 갱문의 위치

갱문의 위치는 배후의 지형, 지반 조건, 단면의 크기, 인접하는 흙막이 벽과의 관계, 갱문 부위, 시공

방법 등을 충분히 고려하여 적절한 위치를 선정해야 한다.

터널의 갱문은 일반적으로 갱구의 위치에 따라 결정될 때가 많다. 그러나 터널 개통 후에

낙석, 눈사태 및 토사류 등의 자연 기상재해가 발생하기 쉬운 장소에 갱구를 설치할 때에는

이러한 재해와의 관계를 고려하여 갱문의 위치를 결정한다. 관계가 설정되었을 때에는 이것

들과의 관련으로 갱문의 위치가 결정된다. 특히 갱문의 위치 결정에 있어서는 다음과 같은

조건들을 고려해야 한다.

∙ 갱문의 위치는 지형의 횡단면이 터널 축선에 대하여 될수록 대칭이 되는 위치로 하고 편

토압을 받지 않도록 한다.

∙ 갱문의 위치는 늪이나 시냇물과는 교차하지 않도록 선정한다. 그러나 부득한 경우에는

충분한 배수 설비를 만들어 물을 처리하고 터널에 나쁜 영향을 주지 않도록 한다.

∙ 교량 구조물과 근접할 때의 갱문 위치는 원지반 조건을 고려하고 갱문 기초의 지반 반력

분포 범위와 교대의 굴착선과의 관계를 충분히 검토하여 터널에 나쁜 영향을 주지 않도록

해야 한다.

∙ 갱문의 위치 결정은 갱구 부근에 계획된 장래의 유지 관리 시설의 배치에 대해서도 고려

한다.

∙ 점차 강화되는 환경보호정책 방향에 부응하고 갱구부 비탈면의 안정성 확보를 위해 갱구

상단부 토피가 3 ~ 5 m 정도 확보되는 지점에 갱구 형성을 기준으로 하며 갱구부의 토질

여건상 토피 5 m 이내에서 갱구형성이 어려울 경우는 별도 검토 결과에 따라 위치를 선

정한다.

또한 인접한 도로와 건물 등의 영향, 갱문에 연결되는 교량과의 위치 관계 등을 고려하여

제4권 터널

232

갱구의 위치를 결정해야 한다. 이외에도 갱문 부위는 시공에 있어서 불안정한 경우가 많으

므로 시공 방법을 충분히 검토할 필요가 있다. 또한 시공 시나 시공 완료 후에 작용하는

토압 · 상재 하중 · 지진 등의 영향을 받는 경우가 있으므로 철근 등의 보강, 인버트의 단면

을 폐합하는 등의 설계도 검토해야 한다.

일반적으로 갱문의 위치를 산허리 깊숙이 선정하는 것은 갱문 배후 및 갱문에 접속하는 비

탈면의 안정을 저해하고 붕괴를 발생시켜 공사 진행이 매우 곤란하며, 장래 유지 관리에

도 많은 노력을 요하게 되므로 가급적 피하는 게 좋다.

8.4.3 갱문의 형식

갱문은 갱구를 보호하고 변위 · 침하 등이 생기지 않도록 하며, 공기압 감소 효과, 소음 방지, 전열을

이용한 눈녹임 장치, 미관 등을 고려하여 설계해야 한다.

갱문은 지표 비탈면의 낙석 붕괴, 눈사태 및 누수 등으로부터 갱문부를 보호하기 위한 것으

로서, 갱문 자체에 변위·침하 등이 생기지 않는 역학적으로 안정된 것이어야 하며, 특히 차

량 통과 시 공기압의 감소 효과, 소음 방지, 전열을 이용한 눈녹임 장치 그리고 갱문 자체의

미관, 주변의 조경 등을 복합적으로 고려해야 한다.

갱문의 종류는 크게 중력형, 면벽형, 돌출형이 있다. 중력형은 비교적 경사가 급한 지형에

많이 적용되며, 면벽형은 면벽에 작용하는 외력은 터널 축방향의 토압과 같으므로 흙막이

벽으로 설계한다. 돌출형은 갱구의 지형 · 지질 · 기상 등에 따라 갱의 라이닝을 채택하고,

갱문 옹벽을 설치하지 않은 구조이므로 갱문부의 원지반을 이완시키는 일이 적고 안정성

및 미관이 좋으며, 공기압의 감소 효과 등을 기대할 수 있는 매우 이상적인 형식이다.

갱문 형식은 지형조건, 지반조건, 주변 현황 및 경관 등을 고려하여 표 8.5와 같이 분류하여

선정한다.

한편, 갱문부는 휨모멘트와 인장력이 작용하기 때문에 갱문 및 터널 라이닝 설계 시 필요에

따라 철근 등으로 보강해야 한다.

갱문의 종류와 특징에 대해서는 일본도로공단의 ʻ설계요령ʼ 을 참고로 한 표 8.6과 국내에서

주로 적용하고 있는 표 8.7, 자연환경 및 낙석 등으로부터 도로안전을 확보할 수 있는 갱문

형식 선정기준을 제시한 표 8.8이 있다.

제9-1편 터널 본체

233

<표 8.5> 갱문의 형식 선정

구 분 지 형 개 요

경사면

직교형

⋅노선이 경사면과 직교하는 이상적 형태 : 갱문 형성 시 좌 · 우 대칭 지형 ⋅갱문 주변 절토 최소화 및 비탈면 경사와 지형 윤곽선을 고려한 갱문 형태 설정 유리 ⋅주행 시 갱문 주위 시야 확보 유리

골짜기

진입형

⋅급경사가 많고 지하수위가 높으며, 토사 붕괴 등 자연재해가 발생하기 쉬운 유형 ⋅골짜기를 형성하는 경사면 경사도에 따라 갱문 형태 다양

경사면

경사교차형

⋅노선과 갱구 경사면이 비스듬히 교차하는 지형 : 비대칭적인 절취 비탈면 발생 ⋅갱문주변 절취가 많으며, 비탈면 경사와 지형 윤곽선을 고려한 갱문 형태 설정 불리 ⋅갱구 비탈면 안정성 확보를 위해 옹벽 등 인공구조물 필요

경사면

평행형

⋅노선과 갱구부 경사면 교차 각도가 매우 작은 경우 : 비대칭적인 절취면 발생 ⋅편토압에 대한 검토 필요 ⋅비탈면의 경사와 지형 윤곽선을 고려한 갱문 형태 설정 불리 ⋅옹벽 및 BOX 형태의 피암터널 시공 사례가 다수

제4권 터널

234

<표 8.6> 갱문의 종류와 특징(일본 도로설계요령)

중 력 형 면 벽 형 돌 출 형

중력·반중력식 날개식 아치날개식 파라페트식 돌 출 식 원형절개식 벨마우스식

형식과

종 류

지반

조건에

의한

적용성

⋅비교적

경사가

급한

지형이나

토류

옹벽적

구조를

필요로

하는 경우 ⋅낙석이

많다고

예상 되는

경우 ⋅배면 배수

처리가

용이한 경우

⋅양측면을

깎기할 경우 ⋅배면 토압을

전면적으로

받는 경우 ⋅적설량이

많은 경우에

는 방설공을

병용

⋅비교적

지형이

완만한

경우 ⋅좌·우

측면의

깎기가

비교적

적은

경우

⋅지형적으로

말미된

곳이나

좌우에 다른

구조물이

적은 경우 ⋅적설지에

가능 ⋅갱문 주변

지질이

비교적

안정되어

있는 경우

⋅압성토를

시공할 경우 ⋅갱구 주변의

지질이 좋지

않을 경우 ⋅적설지에도

가능 ⋅갱구 주변

지형의 절취

등 성형이

비교적

용이한 경우

⋅갱문 주변

의 지형이

완만한경우 ⋅주변 지형을

조경할

필요가 있음 ⋅적설지에는

날아

들어오는

눈이 많이

쌓이기 쉬움

⋅지형지질이

비교적

양호하고

갱구주변이

열려 있는

곳에 가능 ⋅적설지에는

날아

들어오는

눈이 많이

쌓이기 쉬움

시공성

⋅지반이

불량할

때는 깎기

비탈면을

충분히

보호할

필요가

있다. ⋅일반적으로

갱구부에는

적합하지

않다

⋅지반이 불량

할 때에는

깎기 비탈면

을 충분히

보호할 필요

가 있다. ⋅배근이 많게

되어 시간이

걸린다.

⋅지형에

따라서는

일부

(아치부)

에서

상당한

두께를

요한다. ⋅다소의

보호

쌓기를

필요로

한다.

⋅터널

본체공을

수 m까지

갱구부로

연결해야

하지만

갱문공

으로서는

가장 적합한

형임

⋅지형, 지질이

안정 되어

있는 경우는

가장

경제적이지만

지질이

불량하여

압성토를

필요로 할

경우에는

두께를

두껍게 해야

함

⋅거푸집 및

배근 등에

시간이 많이

들고 경비도

많이 든다.

⋅특수

거푸집을

필요로

하고

공기도

상당히

필요하다. ⋅경비가

많이 든다.

경 관

⋅정면벽의

휘도

저하를

고려할

필요가

있다. ⋅중량감이

있지만

주행상의

압박을

느끼기

쉽다.

⋅정면벽의

휘도 저하를

고려할

필요가 있다. ⋅지형 상황에

따라서는

각을 줄이는

경우도

있지만

이화감

(異和感)을

주지 않도록

한다.

⋅아치부의

곡선이

주변

지형과

조화감을

갖도록

해야

한다.

⋅면벽 구조가

아니기

때문에 터널

갱구 주변

지형과

비교적

일치함

⋅면벽 구조가

아니기

때문에 터널

갱구 주변

지형과

비교적

일치함

⋅주변 지형을

조경함으로

써 갱문과

조화를 이룸

⋅차량

주행에

의한

영향이

적음 ⋅주변

지형과

조화를

이룸

제9-1편 터널 본체

235

<표 8.7> 갱문의 종류와 특징(국내)

구 분 중 력 옹 벽 형 원 통 절 개 형

장 점

⋅터널 갱구부 시공이 용이 ⋅터널 상부 되메우기가 불필요 ⋅터널 상부에서 유하하는 지표수에 대한 배수

처리가 용이

⋅도로와 자연스럽게 접속 유도 되므로

운전자에게 안전감을 준다. ⋅주변 지형과 조화를 이루어 미관이 수려하다.

단 점

⋅운전자에게 위압감을 줌 ⋅인위적 구조물 설치에 따른 주변 경관과의

조화를 이루기 어려움 ⋅정면벽의 휘도 저하를 고려할 필요가 있음

⋅갱구부 개착 터널 길이가 길다. ⋅갱구부 터널 상부에 인위적인 쌓기가

필요하다. ⋅터널 상부 지표수에 대한 배수 처리가

필요하다.

적용지형

⋅갱구부 지형이 횡단상 편측으로 경사진 경우 ⋅배면 배수 처리가 용이한 지형 ⋅갱문이 암층에 위치한 경우 ⋅갱구부 지형이 종단상 급경사인 경우

⋅지형이 편측 경사가 없고 갱문 전면 깎기가

적어 개착 터널 설치 후 자연스럽게 조화를

이룰 수 있는 지형

<표 8.8> 갱문형식의 종류 및 특징

구 분 선정 기준 비 고

벨마우스

변형형

⋅자연사면의 경사도가 30ﾟ미만으로 비교적 완만 ⋅강우 시 유속이 느리고 산사태, 낙석 발생 시 붕괴

토석의 에너지가 비교적 약함 ⋅도로의 종단선형상 일정 구간 절취 후 갱구에 접속

버드비크형

⋅자연사면의 경사도가 30ﾟ이상으로 비교적 급함 ⋅경사면이 급한 경우 강우 시 유속이 빠르고, 낙석·산사태

발생 시 붕괴토석의 에너지가 비교적 강함 ⋅도로의 종단선형상 절취 구간이 짧게 발생 후 갱구에 접속

아치

면벽형

⋅갱구가 불가피하게 편토압 지형에 위치하는 경우 ⋅기타 옹벽형 갱문 구조가 유리한 지형인 경우

제4권 터널

236

터널 갱문 위치가

입구부인가?

확폭형

Arch 면벽형

+ 재질 개선

Arch 면벽형

No

2. 골짜기 진입형

주변 지형조건이 확폭형

갱문 적용에 적정한가?

No

터널 갱문 위치가

입구부인가?

1. 경사면 직교형

Yes

Yes

Yes

확폭형 Bird

Beak 형

확폭형 Bell

Mouth 형

Bird Beak 형 Bell Mouth 형

자연사면 경사도가

30° 이상인가?

Yes

No No

No

Yes

Yes

Yes

자연사면 경사도가

30° 이상인가?

<그림 8.4> 터널 갱문 설계 흐름도(계속)

제9-1편 터널 본체

237

3. 경사면 교차형 및 평행형

터널 갱문 위치가

입구부인가?

주변 지형조건이 확폭형

갱문 적용에 적정한가?

자연사면 경사도가

30° 이상인가?

갱구부가 편토압

지형에 위치하는가?

확폭형

Arch 면벽형

Bird Beak 형

Bell Mouth 변형

피암터널+Arch 면벽형 Arch 면벽형+재질 개선

주변 지형조건이 장기

지속적 낙석발생 위험성에

노출되어 있는가?

No

No

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

No

No

No

<그림 8.4> 터널 갱문 설계 흐름도

8.4.4 갱문부 설계 세부 사항

(1) 갱구부의 조사

터널 갱구의 최적 위치 선정 등 효율적인 터널 설계를 위하여 시추조사 및 물리탐사 방법을

조정한다. 시추조사 빈도는 터널 입 · 출구부 각각 2개소, 심도는 계획고 아래 2 m 까지로

하며, 토사층 또는 연약층대 등이 존재 시 풍화암층 또는 필요한 심도까지 실시한다. 물리탐

사는 탄성파 탐사를 수행하는 것을 기준으로 한다.

제4권 터널

238

(2) 낙석방지책 설치

터널 갱구부는 일반 땅깎기부 구간보다 낙석에 의한 교통사고 위험성이 크며, 낙석 발생 시

에는 교통소통에 지장을 초래하게 된다. 따라서, 낙석에 따른 문제점을 해소하기 위하여 낙석

방지책을 설치한다. 주행차량의 안전성 확보 및 유지관리 측면을 감안하여 면벽식 갱문의 경

우 터널 입 · 출구부에 낙석방지책을 설치하며, 돌출형 갱문의 경우는 토사 유실을 방지하도

록 파라펫트를 설치한다.

(3) 임시 비탈면

토사 및 리핑암은 한계평형해석, 발파암은 평사투영을 통한 한계평형해석으로 안정성 검토를

시행한다. 임시 비탈면의 안전율은 터널 굴착, 라이닝 설치 등의 공사기간 장기화 등을 고려

하여 영구 비탈면의 안전율(건기 시 : FS ＞ 1.5, 우기 시 : FS ＞ 1.2)을 적용한다. 안정성을

만족하지 못할 경우 지질조건 등을 고려하여 비탈면을 보강한다.

(4) 옹벽 뒤채움재

터널 갱구부 옹벽 뒤채움부는 Drain Board를 옹벽 배면에 설치하며, 하단부에 배수를 위하

여 선택층재를 사용한 맹암거를 설치하고, 뒤채움부는 양질의 토사를 적용한다.

(5) 갱문 날개 옹벽 온도철근

터널 갱구부에 설치되는 콘크리트 면벽식 갱문 및 날개옹벽은 대부분이 깎기 지역에 설치되

는 사면안정보다 갱구 전면부 토공처리 및 갱구사면 배수처리를 위하여 설치되는 중력식 옹

벽이다.

자중에 의하여 안정을 확보하고 있으므로 면벽식 갱문 및 날개옹벽의 철근은 설치하지 않는다.

날개옹벽 부위의 건조수축이나 온도하중에 의한 균열은 6.0 m 이하의 간격으로 수축줄눈을

설치하여 균열을 유도한다. 갱문 및 날개옹벽에 외력이 작용하는 경우는 별도의 구조 검토후

철근배근 여부를 판단한다.

제9-1편 터널 본체

239

8.5 개착터널부

8.5.1 개착터널의 정의

개착터널은 갱구부 및 터널 중간 계곡부 개착 부분이나 터널과 터널 사이의 연장이 짧아 터널로 연장

시키기 위하여 지반을 굴착하고 구조물을 설치한 후 복개시키는 모든 터널을 뜻한다.

설계 시 지형 · 지질조건, 지하수조건, 기상 등의 자연적 조건과 민가 · 구조물의 유무 등의

사회적 조건, 경사의 안정, 편토압, 기상재해의 가능성, 주변 경관과의 조화 등을 고려해야

한다. 개착터널부는 특별한 경우를 제외하고는 갱구부 설계에 준하여 설계를 해야 하며(8.

갱구의 설계 참조), 이 장에서는 일반적인 구조에 대하여 서술하고자 한다.

8.5.2 개착터널의 종류

개착터널은 터널 본체와 동일한 내공단면인 터널을 연속해서 설치해야 하며, 완성 후의 쌓

기에 대한 상재하중·토압 등의 하중을 고려해야 한다. 따라서, 개착터널은 상기 항목을 고

려하여 단면력, 지반의 지지력을 계산해야 한다.

그리고 아치 칼버트 구조의 일부가 지상에 노출 시에는 온도변화, 건조수축, 지진의 영향

등을 받기 쉽기 때문에 필요에 따라 이를 고려하여 설계해야 한다.

개착터널의 종류는 크게 다음과 같이 구별할 수 있으며 아래 그림 8.5와 같다.

(a) 돌출형 갱문에서의 개착터널

(b) 면벽형 갱문에서의 개착터널

(c) 계곡부 통과 시 개착터널

<그림 8.5> 개착터널의 종류

제4권 터널

240

(1) 돌출형 갱문에서의 개착터널

돌출형 갱문에서의 개착터널은 터널 본체와 동일한 내공단면의 아치칼버트가 터널 갱구부에

연속해서 만들어지며, 완성 후에 쌓기에 의한 상재하중 · 토압 · 기타 하중(적설하중 등)이 이

부분에 재하된다. 따라서, 개착터널의 설계에서는 이들 하중을 고려해서 단면력, 지반의 지지

력을 계산해야 한다. 또, 아치칼버트 구조의 일부가 되메우기 흙에서 노출되었을 때는 온도변

화, 건조수축, 지진의 영향 등을 받기 쉬운 상태이므로 필요에 따라서 이를 고려하여 설계해

야 한다. 또한 인버트의 모양은 터널 안의 중앙배수공사의 연속성에서 터널단면과 동일한 곡

률을 갖는 형상으로 하는 것을 원칙으로 하나, 지지 지반이 연약하고 기초말뚝이 필요한 경

우에는 수평인버트로 하는 것이 유리할 때도 있으므로 주의해야 한다. 일반적으로 인버트 밑

면이 탄성영역 내의 지반에 위치할 때는 인버트 하부의 원지반의 응력이 곡률에 스무스

(smooth)하게 흐르기 때문에 터널 구조로서 유리하다.

해석모델은 원칙적으로 그림 8.6과 같이 개착터널과 주변 지반의 실제 거동을 고려하기 위하

여 모든 인장 스프링 요소는 반복되는 계산과정에 따라 제거하여 압축스프링요소만으로 해석

하는 ʻ탄성스프링을 고려한 변형법ʼ에 따라 계산한다.

돌출형 개착터널에서의 철근배근 예는 그림 8.7과 같으며, 암반이 노출되어 하부지반이 견고

한 경우에는 인버트부의 보강을 생략할 수 있다.

활하중 + 포장

P = K · r · h P = K · r · h

<그림 8.6> 해석 모델

제9-1편 터널 본체

241

일반도

터널

PH

SL

(a) 일반도 (b) 배근 예

<그림 8.7> 돌출형 갱문에서의 개착터널

(2) 면벽형 갱문에서의 개착터널

면벽형 갱문에서의 개착터널은 구조상 터널 본체에서 독립하여 외력에 저항하는 형식이다.

면벽형 갱문의 개착터널은 다음 그림 8.8과 같이 입체적 형상을 하고 있으므로 갱문 뒷면의

되메우기 흙에 대한 재하중과 주동토압이 작용했을 때 구조적으로 안정해야 하며, 또한 수직

벽에 대해서도 외력에 대하여 충분히 저항할 수 있는 단면으로 설계한다.

(안정계산토압)

(성토)

(수직벽면 계산토압)

<그림 8.8> 면벽형 갱문에서의 개착터널

(3) 계곡부 통과 시 개착터널

계곡부 통과 시 터널의 상부 토피고가 낮으면 터널굴착에 따른 붕괴의 우려가 있어 개착식

터널을 시공하는 경우가 있으며, 이때 누수가 발생될 소지가 있으므로 누수방지 대책을 수립

해야 한다. 또한, 계곡을 따라 흐르는 계곡수가 개착터널 상부의 쌓기재를 세굴시킬 우려가

제4권 터널

242

많으므로 세굴방지를 위한 대책공법으로 U형 박스 혹은 표면마무리 구조물을 설치하여 세굴

을 방지해야 한다.

8.5.3 하중산정

개착터널의 설계 시에는 터널의 외부에서 작용하는 하중·자중·터널 내부의 하중 및 이에 의

하여 생기는 지반반력을 고려해야 한다. 터널의 외부에서 작용하는 하중은 터널 상부의 상재

하중 · 토압 · 수압 등이며, 터널 내부의 하중이란 터널 내의 주행 하중, 자동차 하중 등이다.

개착식 터널의 설계 시 고려해야 할 하중들은 다음과 같다.

∙ 상재 하중 ∙ 토피 하중

∙ 토압 ∙ 수압

∙ 자중 ∙ 터널 내부의 하중

∙ 온도변화 및 건조수축 ∙ 지진 하중

∙ 시공 시 하중

(1) 상재 하중

개착터널 상부에 구조물, 도로를 설치하는 경우에는 이를 고려한 구조 검토가 요구된다. 구조

물 설치 시에는 구조물의 고정하중을 상부에 분포시키며, 도로가 설치되는 경우에는 토피에

따른 노면활하중을 작용시켜 해석을 실시한다.

(2) 토피 하중

되메움에 의하여 개착터널에 작용하는 하중으로 토피고에 단위중량을 곱하여 계산하며, 특히

토피고가 일정하지 않은 경우에는 하중 산정에 주의해야 한다.

(3) 토압

굴착사면과 되메움되는 흙에 의해서 터널 측벽에 작용하는 하중으로 그 지점의 연직토압과

밀접한 관계가 있다. 수평토압은 굴착사면과 개착터널 사이의 되메움 공간이 좁고 깊을수록

즉, 굴착폭이 좁고 굴착사면의 경사가 급할수록 계산 값보다 작아진다.

(4) 수압

개착터널은 일반적으로 배수조건을 양호하게 하는 경우에는 수압을 고려하지 않으나 현장

제9-1편 터널 본체

243

지형, 피압수 유무 및 개착터널의 배수형식에 따라 수압을 고려하는 경우에는 지하수위를 고

려해야 하며 수압 적용 사례는 그림 8.9와 같다.

<그림 8.9> 수압 적용의 예

(5) 자중

개착터널은 일반적으로 구조물에 의한 하중으로 자중을 구조해석 시 프로그램 내에서 자동으로 고려

한다.

(6) 터널 내부의 하중

터널 내부의 하중에는 터널 내부에 설치되는 시설물에 의한 하중으로 시설물에 의한 하중

및 터널 내를 운행하는 차량 및 열차하중이 있다. 일반적으로 시설물에 의한 하중을 크기가

작아 고려하지 않으나, 제트팬(jet fan)과 같이 자중이 커서 개착구조물에 영향을 주는 경우

에는 반드시 고려해야 한다.

(7) 온도 변화 및 건조수축

터널 입 · 출구에 설치되는 개착터널은 구조물 내 · 외면의 온도차에 의하여 발생하는 단면력

및 건조수축의 영향에 의한 부정력을 고려해야 한다. 온도차에 의한 단면력 산출 시 적용하

는 온도차는 5ﾟC 이며, 건조수축에 의한 변형율은 0.00015와 0.00020 으로 온도로 환산하

면 15ﾟC와 20ﾟC 이다.

(8) 지진 하중

지중구조물인 터널의 동적 특성은 지반운동에 순응하여 진동하므로 별도의 해석이 필요하다.

(9) 시공 시 하중

되메움 시 양측이 균형이 되도록 시공해야하며, 부득이하게 편토압이 발생하는 경우에는 이

에 대한 고려가 필요하다.

제4권 터널

244

(10) 하중 조합(상시)

개착터널의 하중조합은 수평토압 및 반 수평토압을 적용하도록 하고, 라이닝 검토 시에는 천

장·벽체·바닥부로 분리하여 산정한다.

토피고 증가, 활하중 작용, 단면적 증가 등으로 단면력 증가 시 단면설계는 지진 시를 고려하

여 철근량을 조정하고, 라이닝 두께 증가는 가급적 지양한다.

철근량은 천장부 · 측벽부 · 바닥부로 분리하여 산정하고, 시공성 등을 고려하여 간격을 조정

할 수 있다.

<표 8.9> 개착터널 라이닝 구조 계산 시 하중 조합 예

번호 하중조합 비고

1 U = 1.2D × 1.6L + 1.6 hHv + 1.6Hh + 1.2(T1 + T2)

토피고 보정계수 

h ≤ 2.0 m

:  = 1.0

h ＞ 2.0 m

:  = 1.05 - 0.025h ≥ 0.875

2 U = 1.2D × 1.6L + 1.6 hHv + 1.6Hh + 1.2(T1 + T2 + T3)

3 U = 1.2D × 1.6L + 1.6 hHv + 0.8Hh + 1.2(T1 + T2)

4 U = 1.2D × 1.6L + 1.6 hHv + 0.8Hh + 1.2(T1 + T2 + T3)

5 U = 0.9D + 0.9Hv + 1.6Hh

6 U = 0.9D + 0.9Hv + 0.8Hh

7 U = 1.0D + 1.0Hv + 1.0Hh + 1.0(T1 + T2)

사용성 검토

8 U = 1.0D + 1.0Hv + 1.0Hh + 1.0(T1+T2+T3)

주) U : 소요 강도, D : 고정하중, L : 활하중(개착터널 특성을 감안하여 활하중 값 생략 가능)

Hv : 흙, 지하수 등의 자중에 의한 연직방향 하중

Hh : 흙, 지하수 등의 횡압력에 의한 수평방향 하중

T1 : 계절별 온도하중(+15℃, -15℃)

T2 : 내·외면 온도차(+5℃, -5℃), T3 : 건조수축(-15℃)

8.5.4 구조 해석

단계별 시공에 따라 개착터널에 작용하는 하중을 고려한 구조 검토 시 지반공학적 모델에

의한 구조물 거동의 파악 및 구조공학적 모델에 의한 구조적 안정성 확보가 모두 요구된다.

(1) 지반공학적 모델(model)에 의한 2차원 해석

개착터널 시공은 공법상, 개착터널이 시공되는 위치의 지형 및 지질에 따라 굴착 폭, 굴착깊

이 및 지표면 경사가 달라지며, 콘크리트 라이닝 주위에 되메움되는 토공량은 이러한 굴착

및 최종 되메움 단면 형상에 의하여 결정된다.

따라서 개착터널을 시공할 경우 경제성과 자연환경을 고려하여, 안정성만 확보된다면 토공량

제9-1편 터널 본체

245

을 최소화하기 위하여 굴착 경사는 가능한 급하게 굴착 폭은 가능한 좁게 굴착하며, 되메움

후 형성되는 지표면은 원래의 지표면 형상대로 복원하는 것이 일반적이다. 개착터널 설계 시

콘크리트 라이닝에 작용하는 하중은 이러한 되메움 토공에 의한 토압이 대부분이므로 이를

적절히 고려하여 설계에 반영해야 한다.

개착부 터널의 특징은 시공방법상 되메움이 단계적으로 진행됨에 따라 되메움 흙을 포함한

구조체제가 형성되며, 각 단계마다 하중이 구조체제에 재하된다는 점이다. 콘크리트 라이닝

에 접하여 이루어지는 되메움 흙과 콘크리트 라이닝의 상호 작용이 수반되는 이러한 과정을

수치해석적으로 재현하기 위하여, 터널 축에 연직인 평면단면을 고려한다. 이러한 평면 변형

율 조건은 되메움 공정이 터널 축을 따라 최소한 콘크리트 라이닝 정상까지 수차례의 작은

단계로 나누어져 수행되기 때문에 타당한 것으로 판단된다.

수치해석 시 개착부 터널의 특성상 콘크리트 라이닝의 역학적 거동에 결정적인 되메움 흙이

접촉하는 굴착사면과의 경계면 및 콘크리트 라이닝과의 경계면에 경계요소를 설치한다.

또한, 되메움 흙은 일반적으로 Mohr-Coulomb의 파괴규준과 탄소성적 응력-변형률의 구성

관계를 갖는 2차원 평면변형요소로, 콘크리트 라이닝은 보(beam)요소로 모델링한다.

콘크리트 라이닝 지점부의 경계조건은 시공여건상 완전 고정도 아니고 완전 힌지 조건도 아

니므로, 고정단(fix end)과 힌지단(hinge end) 두 경우를 모두 고려하여 안전 측으로 설계를

하는 것이 바람직하다.

(2) 구조공학적 모델(model)에 의한 2차원 해석

개착터널의 구조공학적 해석은 다음과 같은 해석조건을 따라 수행된다.

∙ 되메움 지반의 경사를 고려한 편토압 조건

∙ 되메움 지반의 지반 특성을 고려하기 위하여 지반스프링 모델 적용

∙ 지점조건을 완전 고정으로 보기 어려우며, 실제 구조물은 힌지 조건과 완전 고정의 사이에

있는 것으로 판단되어 두 경우를 모두 고려

∙ 콘크리트 라이닝은 보(beam)요소로 모델링

∙ 되메움 지반의 지반특성을 고려하기 위하여 지반스프링 모델을 적용

∙ 콘크리트 라이닝 footing부의 지점조건은 완전 고정(fixed), 힌지 조건(hinge)을 모두 적

용하여 안전측으로 설계

∙ 하중조합은 ʻ콘크리트 구조설계기준ʼ 에 준함

제4권 터널

246

(3) 개착터널 인버트

개착터널은 지반 안정성을 검토하고 지반안정성을 확보할 수 없을 경우 시공성 및 경제성을

고려하여 인버트 등을 설치한다.

개착터널은 지반조건(점착력, 내부마찰력, 단위중량 등) 및 구조해석조건(토피고, 지반변형계

수, 콘크리트라이닝 두께 등)에 따른 허용지지력 확보 유·무 등의 안정성을 검토하고, 지반안

정성을 확보할 수 없을 경우 시공성 및 경제성을 고려하여 인버트 설치, 라이닝 단면 변경,

지반개량공법 등으로 보강할 수 있다. 개착터널 되메우기 시 지형적으로 불가피하게 큰 편토

압이 발생할 경우도 편토압 하중을 고려한 개착터널 지반안정성 검토 후 시공성 및 경제성을

고려하여 인버트 설치, 콘크리트 라이닝 단면 변경, 지반개량공법 등으로 보강할 수 있다.

8.5.5 접속부 처리 방안

갱문 구조물과 굴착터널 · 개착터널과 굴착터널이 접합하는 개소는 양 구조 간 거동 차이에

따라 접합부는 분리구조로 하고, 조인트를 설치하여 구조물 손상을 방지해야 한다. 또한,

이 접속부는 2종류의 방수시트가 접하는 사례가 많아 누수의 원인이 되기 때문에 방수시트

의 선정, 방수시트 접합 및 누수 시 용수를 처리할 수 있는 도수로 설치 등을 해야 한다.

방수시트 선정 시는 단일 종류의 방수시트를 적용하거나, 2종류의 방수시트를 선정 시에는

방수시트 간 접합이 원활한 재료를 선정해야 하며, 방수시트 접합은 충분한 겹이음을 해야

한다.

구조물 간 부등침하가 발생할 경우 방수시트가 인장파손 되어 누수가 우려되기 때문에 방수

시트의 인장파손을 막기 위해서는 신장률이 큰 것을 사용한다. 그리고, 접합부에서는 시공

후 예상하지 못한 여러 가지 이유에서 누수의 우려가 있기 때문에 만약을 대비하여 구조물

횡방향을 따라 도수로를 설치하도록 한다.

개착부와 굴착터널 연결부는 방수에 취약한 구간이므로 개착터널과 굴착터널 콘크리트 라

이닝 외측 접촉부에 지수판을 적용하고, 개착터널부 2 m 구간은 시트 방수 및 폴리에틸렌

발포단열재를 적용한다.

제9-1편 터널 본체

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<그림 8.10> 구조물 접합부 방수시트 접합 및 도수로 설치 예

8.5.6 개착부 방수보호재

개착구간의 경우 대부분 지하수위가 구조물 하단에 위치하고, 표면 녹화 및 식재로 인해

표면수의 침투 영향도 적으며, 양질의 토사성토 및 성토 하부 유공관 매설을 통해 비교적

배수가 원활하게 이루어질 수 있는 조건이다.

따라서, 상기의 여건 및 경제성을 고려하여 아스팔트 코팅 방수공법으로 적용하며, 누수에

취약한 NATM-개착터널 접속부의 시트 방수를 0.5 m 중첩하여 누수에 의한 구조물의 열

화를 방지한다.

제4권 터널

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<표 8.10> 개착부 방수

구 분 시트 방수 아스팔트 코팅 방수

아치

면벽형 이음부 겹침 : 0.5m NATM 터널

이음부 겹침 : 0.5m

NATM 터널

벨마우스

변형

형 상 ∙ 시트방수 + 폴리에틸렌발포단열재 ∙ 브라운아스팔트 도포

시공

방법

∙ 플라스틱이나 합성고무의 얇은 시트를 접착

설치 후 폴리에틸렌 발포단열재(보호재) 부착

∙ 브라운아스팔트를 170 ∼ 130℃ 가열 용융시켜

콘크리트 표면에 2회 도포(1회당 2 kg/m²)하

여 방수층 형성

특 징

∙ 내약품성, 내후성, 수밀성 ∙ 공사비 다소 고가 ∙ 지하수의 영향이 큰 지하개착 구조물 및

취약구간(시공 이음부) 등에 주로 적용

∙ 가장 일반화 되어있는 방수공법 ∙ 공사비 저렴하고 시공성이 좋음 ∙ 지하수의 영향이 적은 구조물에 적용 (암거,

지중라멘, 교대 등)

적 용 접속부 2 m 구간 접속부 2 m를 제외한 되메움 구간