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

262

10.1 계측의 정의 및 목적

(1) 터널 계측은 터널 굴착에 따른 주변 원지반, 주변 구조물 및 각 지보 부재의 변위와 응력의 변화

를 알기 위한 방법 또는 그 행위를 말한다.

(2) 계측의 목적은 터널 굴착에 따른 원지반의 거동과 각 지보재의 효과를 파악하고 공사의 안정성 및

경제성을 확보하는데 있다.

이 요령은 도로용 산악 터널에 대한 현장 계측의 기준은 나타내는 것으로 한다.

(1) 터널 계측은 인간의 재능과 계측 기기의 수행력(capability)을 조합시켜 터널 본체, 주변 지

반 및 인접 구조물의 거동에 관한 공학적인 정보를 수집하는 행위이다. 즉, 이론과 기법, 통

찰과 경험, 측정 기술과 측정 기기를 이용하여 터널 건설과 관련한 공학적 문제 해결에 필요

한 정량적 · 정성적인 정보를 얻는 것을 말한다.

(2) 터널 시공 시에는 굴착에 의해 주변 지반에 발생하는 응력과 지반강도와의 대소 관계에 항상

유의하고 지반 자체가 갖는 내하 능력, 즉 지보 능력을 적극적으로 활용해야 한다.

그러나 터널이 선상 구조물이라는 특수성 때문에 사전 지질 조사로부터 파악된 정보는 제한

적으로 이용되며, 발생 응력이나 지반 강도는 굴착 공법과 지보의 시공 방법에 의해서도 변

하므로 사전에 터널 및 지반의 거동 특성을 명확하게 파악 · 예측한다는 것은 거의 불가능하

다. 따라서, 시공 시 각종 계측을 실시하고, 계측 결과를 종합적으로 분석 · 평가하여 설계

· 시공에 반영하여 나가는 일은 공사의 안전성과 구체적인 계측 자료의 확보 차원에서 매우

중요하다.

구체적인 계측의 목적은 다음과 같다.

(가) 안전성의 확인

?주변 지반의 거동 파악

10. 계측

[KDS 27 50 10 계측]

제9-1편 터널 본체

263

?지보재의 효과 파악

?반복적인 자동차 주행 구조물로서의 터널 안전성 확인

?주변 구조물의 영향 파악

(나) 경제성의 확보

?설계, 시공에 계측 결과를 반영하여 경제적인 공사 유도

?향후 공사 계획 시의 기초 자료로 활용

?소송 · 보상을 위한 근거 자료로 활용

10.2 계측 계획

10.2.1 계측 계획의 수립

(1) 사전조사 결과를 기초로 계측의 목적, 터널의 용도, 규모, 원지반 조건, 주변 환경 조건 등을 충분

히 고려하여 설계 · 시공에 적합한 체계적인 계측 계획 절차를 사전에 수립해야 한다.

(2) 양질의 계측 자료를 얻고 계측자료 분석 및 결과 반영을 신속 정확하게 수행하기 위해서는 합리적

인 계측 관리의 운용 체계가 수립되어야 하며, 이를 위한 소요 경비의 책정과 집행이 필요하다.

(1) 계측 계획은 계측 목적을 보다 효율적으로 달성하기 위하여 수행하는 사전 준비이며, 이를

위해서는 우선적으로 체계적인 계획 절차가 강구되어야 한다. 일반적인 계측 계획 절차는

그림 10.1의 흐름도와 같다.

(2) 계측 관리 운용

일반적으로 계측 프로그램의 운용은 설계자 또는 건설사업관리자를 책임자로 하는 계측 전담

반을 운용하는 방법, 설계자나 건설사업관리자 대신 계측 전문가가 직접 프로그램을 운용하

는 방법 또는 시공자가 계측 전문가나 계측 기기 제조업자들에게 하도급을 주고, 이들을 관

리하는 형태로 프로그램을 운용하는 방법 등 여러 가지 방법을 수행할 수 있다.

그러나 최근까지 계측 프로그램의 운용 현황에 대한 보고자료를 보면 계측 전문 건설사업관

리자를 활용하거나 설계 사무실 내에 계측 전담반을 두고 프로그램을 운용하는 방법이 가장

좋은 결과를 주는 방법으로 알려져 있다. 각 방법별 주요 특징은 다음과 같다.

제4권 터널

264

지질 자료의 검토

↓

사용 가능한 설계 개념과 공법의 검토

↓

문제점 파악

↓

현장 계측 여부 결정

↓

현장 계측 항목 선정

↓

설계 및 시공법의 구체화

↓ ↓

예비 계획 작성과 예산 추정 계측 결과를 해석하여 시공 및

↓ 설계 변경에 반영

계기 산정(현장 계기 및

실험실 실험 계기)

↓

시공자와 협조 사항

사전 협의, 조정

↓

최종 계획 작성, 시방서 작성

↓

최종 예산 추정 시 행

<그림 10.1> 계측 계획 절차 흐름도

(가) 시공자가 프로그램을 운용하는 경우

?계측 기기 설치 및 측정 시 시공 장애와 같은 시공과 계측 사이의 불편한 요인을 최대

로 줄일 수 있다.

?계측 프로그램 자체가 시공에 포함되기 때문에 별도의 시공 관리가 요구되지 않는다.

?계측과 시공의 일원화가 이루어지므로 계측 프로그램 운용 경비가 일반 조사 목적으로 수행

되는 계측의 경우에 비하여 적게 든다.

제9-1편 터널 본체

265

?일반 시공 업무가 주가 되고 계측 프로그램의 운용은 부수적인 업무로 취급되기 쉬우므

로 기기 설치, 유지 관리, 측정 등이 부주의하게 수행될 수 있다.

?당초 계획된 계측 프로그램의 수정이 요구되는 경우 추가 경비 문제, 여러 단계의 보고

계통 등으로 인하여 비교적 긴 수정 시간이 소요된다.

?계측 기술자의 판단에 따라 처리할 수 있도록 하는 계측 프로그램 운용의 유연성이

부족하다. 이러한 유연성을 시방서에 명기하게 되면 업무가 과중해지고 혼란을 야기시

킬 수도 있다.

?계측에 대한 관심도가 비교적 낮고 적은 비용으로 하도급자를 선정하려는 경향 때문에

하도급 측에 대한 지원이 성실하게 이루어지지 않거나 계측의 질적인 저하가 초래될

수도 있다.

?계측 기기는 실제 사용하여 성능을 점검하기 전에는 정확하게 기기 성능을 파악하기

어렵기 때문에 시공자가 양질의 기기보다 값이 싼 기기를 선정한다 하여도 하도급자

측에서 이의를 제기하거나 문제점을 납득시키기가 곤란하다.

(나) 기술자가 프로그램을 운용하는 경우

?전문기술자가 계측 기기 선정에서부터 계측 자료 분석 단계까지 프로그램을 직접 운용

한다.

?기술자가 직접 계측 기기를 설치, 측정, 유지 관리를 하게 되므로 양질의 계측 자료를

얻을 수 있다.

?기술자는 현장 상황에 따라 필요하다고 판단되면 계측 프로그램을 수정 보완할 수 있다.

?시공자 측의 협조가 요구되지만, 이는 시방서를 활용하여 해결할 수 있다.

기술자가 프로그램을 운용하는 방법으로 현장 기술자 아래 시공 조사팀을 두는 방법과

설계자 아래 계측 전담반을 구성하거나 건설사업관리자 또는 산학계의 연구 기술진을

고용하는 방법 등이 있다. 현장 기술자 아래 시공 조사팀을 두는 경우에는 현장 기술자

와 하부 직원이 설계 인자를 평가하고 계측치를 분석하는 데 필요한 전문 지식을 갖고

있지 않거나, 계측이 수행 업무의 일부분일 수도 있어 계측에 대한 세심한 주의와 관심

을 보이지 않는 경우가 많다. 또한 시공 조사 요원이 지속적으로 동일한 계측 업무를

부여받지 못하는 경우가 많으므로 경험 있는 조사원을 확보하기 어려워질 수 있다.

설계자 아래 계측 전담반을 구성하거나 계측 기술자를 고용하는 경우에는 향후 다른

프로젝트에서 함께 계측을 수행하거나 경험을 쌓아 갈 수 있는 장점을 갖고 있으며,

제4권 터널

266

계측 기기와 관련 구조물에 대한 전문지식이 있는 자들로 구성됨에 따라 계측 프로그

램을 합리적으로 운용할 수 있다. 이러한 계측 프로그램 운용 방법은 이미 미공병단,

개발도상국 등 의 공공기관이나 계측 전담반을 갖고 있는 국외의 사기업체들에 의하여

그 효율성을 인정받고 있다.

(3) 소요 경비

계측 관리에 소요되는 경비는 국외(유럽, 미국)의 경우 총공사비의 0.25 ~ 3%의 범위에 있고

보통 1% 이내라고 알려져 있다. 국내에서는 최근 도심지 NATM 터널 계측 및 댐 계측 시

총공사비의 0.4 ~ 0.8% 정도를 계측비로 사용하고 있다.

계측 관리 자체의 경비 배분을 예로 들면 표 10.1과 같다(토목 구조물의 현장 계측에 관한

연구, 한전기술연구원, 1989).

<표 10.1> 계측 관리의 경비 배분

항 목 총 계측 관리 경비에 대한 비율(%)

계 획 1 ~ 5

장 비 10 ~ 20

설 치 25 ~ 50

유 지 보 수, 보 정 2 ~ 5

측 정 20 ~ 30

결 과 정 리, 해 석 20 ~ 40

계측 계획 수립 시 특별히 유의해야 할 사항은 다음과 같다.

?계측의 목적, 문제점 및 계측 항목을 명확히 설정한다.

?계측 기기의 선정 · 설치, 계측 빈도 등을 신뢰도가 높도록 계획한다.

?계측 결과는 신속히 분석하여 시공에 반영되도록 한다.

?긴급 사태에 신속히 대응하기 위해 계측 결과의 분석 후 취할 조치의 내용과 범위를 사전에

고려한다.

10.2.2 계측 항목의 선정

(1) 계측 항목은 공사 진행 시나 공사 후 구조물의 안정성과 경제성을 파악할 수 있고, 주변 환경의

영향을 평가할 수 있는 적정 항목으로 선정해야 한다.

(2) 계측 위치는 터널 규모, 지반 조건, 시공 방법 등을 고려하여 계측 목적에 맞도록 선정해야 한다.

특히 계측 위치는 각 계측 항목 사이의 상호 관련성을 파악할 수 있도록 배려·선정해야 한다.

제9-1편 터널 본체

267

(1) 일상계측은 일상적인 시공관리상 반드시 실시해야 할 항목으로서, 터널 내 관찰조사, 내공변

위 측정, 천단침하 측정, 록볼트 인발시험 등을 포함하며, 토피가 얕은 도심지에서는 지표침

하 측정을 일상계측에 추가할 수 있다. 정밀계측은 지반조건 또는 주변여건에 따라 지반 및

구조물의 거동을 보다 상세히 관찰할 목적으로 일상계측에 추가하여 선정하는 항목으로서,

현장조건을 고려하여 지중변위 측정, 록볼트 축력측정, 숏크리트 응력측정, 지중침하 측정

등을 포함한다. 각 계측 항목의 중요도는 터널의 용도, 규모 및 지반 조건 등에 따라 상이하

기 때문에 구체적인 계측 결과의 활용 목적, 평가 방법을 명확히 설정한 뒤 필요한 항목을

선정해야 한다.

(가) 일상계측(계측 A, 일상의 시공 관리상 반드시 실시해야 할 항목)

① 갱내 관찰 조사

② 내공 변위 측정

③ 천단 침하 측정

④ 지표 침하 측정(토피가 얕은 도심지 터널)

⑤ 록볼트 인발 시험

(나) 정밀계측(계측 B, 지반 조건에 따라 계측 A에 추가하여 선정하는 항목)

① 지중 변위 측정

② 록볼트 축력 측정

③ 라이닝 응력 측정(숏크리트 및 콘크리트 라이닝)

④ 지표 · 지중 침하 측정

⑤ 터널 내 탄성파 속도 측정

⑥ 강지보재 응력 측정

⑦ 지반의 팽창성 측정

⑧ 지중 수평변위 측정

⑨ 지반 진동 측정

(다) 유지관리계측

① 일반 관리 계측

?갱내 관찰조사 : 조명 · 환기상태 · 온도 · 습도 · 콘크리트의 균열 · 누수 · 배수로 상태

조사

제4권 터널

268

?라이닝 변형 측정 : 콘크리트 라이닝의 안정성 확인, 지보재 및 주변지반의 안정성 간접

확인, 균열 발생 시 원인 조사

?용 수 량 측 정 : 콘크리트 라이닝에 수압작용 여부

② 대표 단면 계측

?토압 측정

?간극수압 측정

?콘크리트 라이닝의 응력 측정

?철근응력 측정

?지하수위 측정

표 10.2는 각 항목별로 검토 · 평가해야 할 세부 사항을 나타낸 것이며, 표 10.3은 시공

시 문제가 되는 지반 조건에 따라 필요한 계측 항목 선정 기준을 표시한 것이다.

<표 10.2> 계측에 의하여 구해야 할 사항

계 측 항 목 계측에 의한 주요 검토, 평가사항 계측종별

터널 내 관찰 조사

① 막장의 자립성, 굴착면의 안정성

② 암질, 단층 파쇄대, 습곡 구조, 변질대 등의 성상 파악

③ 숏크리트 등 지보공의 변형 파악

④ 당초 지반 구분의 재평가

일상계측

터널 내 탄성파

속도 측정

① 당초 지반 구분의 재평가

② 이완 영역 ③ 지층 균열, 변질 정도 ④ 암반으로서의 강도 파악

정밀계측

내공 변위 측정

변위량, 변위속도, 변위 수렴 상황, 단면 변형 상태에 따라

① 주변 지반의 안정성 ② 1차 지보 설계 시공의 타당성

③ 2차 복공 타설 시기 등을 판단

일상계측

천단 침하 측정

터널 천단의 절대 침하량을 관찰하여 단면 변형 상태를 알고 터널 천단의 안정

성을 판단

일상계측

지표 침하 측정 터널 굴착으로 인한 지표면 침하상태 및 인접 구조물 영향예측 일상계측

지중 변위 측정

터널 주변의 이완 영역·변위량을 알고, 록볼트의 길이·설계·시공의 타당성을

판단

정밀계측

록볼트 축력 시험

록볼트에 발생하는 변형으로부터 록볼트의 축력, 효과 확인, 록볼트의 길이·

직경 등을 판단

정밀계측

록볼트 인발 시험 록볼트의 인발 내력으로부터 적정 정착 방법, 적정 록볼트 길이 등을 판단 일상계측

라이닝 응력 측정 1차 라이닝의 배면 토압, 숏크리트의 응력 정밀계측

지중 침하 측정 지표면으로부터 터널 위치까지의 지반거동 심도별 측정 정밀계측

제9-1편 터널 본체

269

주) 계측 종별 일상계측은 당면한 시공 관리를 위하여 실시하는 계측을 말한다. 계측 종별 정밀계측은 지반 조건에

따라 일상계측에 추가하여 선정하는 계측을 말한다. 또 계측 종별이 공란인 것이나 이 표에 제시되지 않은 시험

과 계측 항목에 대해서도 필요하다고 판단되면 실시한다.

<표 10.3> 지반 조건에 따른 계측 항목 선정

지 반 조 건

시공 시 문제가 되는 현상

(관찰, 계측의 대상으로 되는 현상)

필요한 관찰 계측 항목 경우에 따라 추가 되는 항목

경 암 지 반

?균열 등의 붕괴면으로부터 암괴,

암편의 이완, 붕락

?갱내 관찰 조사 ?내공 변위 측정 ?천단 침하 측정

?AE 측정

연 암 지 반

(팽창성 지반

제외)

?암괴, 암편의 이완, 붕락 ?갱내 관찰 조사 ?내공 변위 측정 ?천단 침하 측정

?지중 변위 측정 ?록볼트 축력 측정 ?암석 시료 시험 ?지표 침하 측정

(토피가 작은 경우)

팽창성 지반

?측벽의 압출 ?지반 팽창 ?막장면 압출

?갱내 관찰 조사 ?내공 변위 측정 ?천단 침하 측정 ?지중 변위 측정 ?록볼트 축력 측정 ?숏크리트 응력 ?작용 하중 측정

?단면 측정 ?지보공 침하 측정 ?지반 팽창성 측정 ?초기 변위 측정 ?암석 시료 측정 ?라이닝 응력 측정

토 사 지 반

?지반의 이완과 이에 따른

지표 침하 ?막장 유출 ?근접 구조물에의 영향

?갱내 관찰 조사 ?내공 변위 측정 ?천단 침하 측정 ?지표 침하 측정

(지중 침하)

?지표(지반, 구조물)관찰 조사 ?지중 변위 측정(경사계) ?록볼트 축력 측정 ?숏크리트 응력 측정 ?작용 하중 측정 ?토질 시료 시험

주) 이 표는 문제가 되는 현상을 대상으로 관찰·계측 항목을 선정하는 방법을 나타낸 것이며, 각 경우에 따라 당한

항목 선정이 이루어져야 한다.

지반 조건 모두에 대하여, 지하수가 시공에 미치는 영향이 크고 필요한 경우에는 갱외로부터 시추와 갱내로부터

의 선진 시추를 행하고, 이를 이용한 지하수위 · 용수량 · 투수계수 등의 측정을 실시한다.

계 측 항 목 계측에 의한 주요 검토, 평가사항 계측종별

강지보재 응력측정

강지보재의 응력에 의한 강지보재 크기, 피치, 지보재의 필요성 등을 판단한다.

아울러 강지보재에 작용하는 토압의 크기, 방향, 측압계수(Ko)를 추정

정밀계측

지반의 팽창성 측정 인버트의 필요성, 효과 판정 정밀계측

지중수평변위 측정

수직갱 또는 작업갱의 발파 및 굴착 등으로 인한 지중의 심도별 수평 변위량

측정

정밀계측

지반진동 측정 발파진동의 측정 정밀계측

제4권 터널

270

(2) 터널의 종단 방향, 횡단 방향의 계기 배치는 계측 목적에 맞도록 여러 가지 터널의 상황을

고려하여 적절히 결정해야 한다. 각 계측 항목 상호간의 연관성을 분석하는 것은 지반과 지

보의 거동을 종합적으로 파악하고 계측의 신뢰성 향상을 도모하기 위하여 중요하다. 이를

위해서는 터널의 용도, 규모, 지반 조건, 시공 방법 및 기 시공 계측 결과 등을 고려하여 종단

방향의 계측 단면 배치와 각 계측 단면 계기를 적절하게 결정해야 한다.

(가) 터널 내 관찰 조사

터널 굴착 중에는 설계시 조사된 지반조건과 일치하는지를 확인하고, 전방의 지질변화를

예측하여 지보패턴의 적합성을 파악하기 위하여 매 굴착 단면에 대해서 막장면 관찰조사

를 실시해야 한다. 막장면 관찰조사 시에는 막장관찰도와 측면전개도를 작성해야 하고,

막장면 사진을 첨부해야 한다. 막장면 관찰자는 지반공학 및 지질관련분야를 전공한 자

또는 동등 이상의 자격이나 경험을 구비한 자로서 관찰 결과를 바탕으로 암반분류를 실

시하고, 터널지질도를 작성하여 터널공사에 필요한 제반 지반공학적 정보를 제공할 수

있어야 한다.

(나) 내공 변위 측정, 천단 침하 측정

내공 변위 측정과 천단 침하 측정은 동일 단면에 대하여 실시하는 것을 원칙으로 하며,

두 항목 중 한 항목에 중점을 두어 여러 회 측정해야 할 경우는 예외로 할 수 있다.

내공 변위 측정, 천단 침하 측정의 계측 간격은 표 10.4를 표준으로 하지만 터널의 길이

· 지질 변화 · 굴착 진행 · 시공 실적(계측 데이터) 축적 등에 따라 적절히 변경해야 한다.

<표 10.4> 내공 변위 측정, 천단 침하 측정의 계측 간격 표준

조 건

지 반

갱구부

50 m 이내

2D 이하의 토피

(D : 터널 굴착 폭)

시공

초기 단계

어느 정도

시공이 진행된 단계

경암 지반

(단층의 파쇄대 제외)

10 m 10 m 20 m 30 ~ 50 m

연암 지반

(큰 소성 지압 발생 없음)

10 m 10 m 20 m 30 m

연암 지반

(큰 소성 지압 발생)

10 m 10 m 20 m 30 m

토 사 지 반 10 m 10 m 10 ~ 20 m 20 m

주 1) 시공의 초기 단계로는 긴 터널에서 200 m 정도의 시공이 진행된 단계

2) 지질이 양호하고 균질한 경우는 표준 간격을 넓힌다.

3) 지질 변화가 심한 경우는 표준 간격을 좁힌다.

제9-1편 터널 본체

271

내공변위 측선 수는 그림 10.2를 기준으로 하여 배치하되 갱구 부근, 편압 예상구간, 단

층 및 파쇄대, 과도한 지하수 용출이 예상되는 구간 등은 측선 수를 조정할 수 있으며,

필요한 경우 3차원 거동을 파악하도록 계측계획을 수립해야 한다.

CL CL CL

SL SL SL

전단면 3측선 반단면 4측선 반단면 6측선

<그림 10.2> 내공변위 계측의 측선 배치 예

시공 초기 단계에서는 계측 간격을 좁게 하여 지질, 토피 또는 시공 패턴과 변위량과의

관계를 세밀하게 조사하도록 하고, 지반 거동의 특성이 파악되면 계측 간격을 넓혀 갱내

관찰 조사에 의하여 얻어진 정보나 토피 등에 중점을 두어 행하도록 한다. 또한 내공 변

위 측정과 천단 침하 측정을 정밀계측 항목이 측정되는 단면에서의 결과를 평가할 수 있

도록 반드시 실시한다.

(다) 지표 침하 측정

터널상부 토피가 얕고 지표상에 지반의 연직변위로 인하여 피해를 입을 구조물이 있는

경우에는 지표 및 지중침하를 측정해야 한다. 지표침하는 ±1.0 mm 이내의 오차를 유지

할 수 있는 수준측량으로 측정하며, 터널 내에서의 천단침하 측정과 동일한 수준점을 사

용하여 측정결과의 상호 비교가 가능하도록 해야 한다. 지중침하는 반드시 지표침하 측

정과 함께 시행되어야 하며 지표침하 측정과 동일한 정확도로 심도별 지반의 연직변위

양상을 확인할 수 있도록 해야 한다.

지표침하 측정이 필요한 경우에는 측점을 내공변위 측정과 동일한 단면의 터널 중심선상

의 지표면에 배치하고 터널 축에 직각방향으로 여러 개의 측점을 거리별로 배치해야 한

다. 이 때 가장 바깥쪽 측점은 가능한 한 부동점이 되도록 계획한다.

토피를 기준으로 한 측점 간격(종단 방향)의 표준은 표 10.5와 같다.

터널 횡단 방향에 대해서는 침하가 발생되는 범위를 구하는 것이기 때문에 그림 10.3에

나타낸 범위를 측정 대상으로 하여 5 ~ 10 m 간격으로 한다. 단, 뚜렷한 층리, 엽리, 절

리 등의 발달로 인하여 터널굴착의 영향범위가 상기 범위를 벗어난다고 판단되는 경우에

는 계측 범위를 확대해야 한다.

제4권 터널

272

<표 10.5> 지표 침하 측정의 터널 종단 방향 측점 간격

터널 h와 터널 굴착폭 D의 관계 측점 간격(m)

2D ＜ h

D ＜ h ＜ 2D

h ＜ D

20 ~ 50

10 ~ 20

5 ~ 10

주 1) 시공 초기 단계나 지질 변화가 심한 경우나 침하량이 큰 경우는 제시한 수치 중에서 작은 값을 취한다.(상황에

따라서는 더욱 좁게 한다.)

2) 영향을 받을 가능성이 있는 구조물의 주변에서는 간격을 좁게 한다.

3) 어느 정도 시공이 진행되고 지질이 양호하여 변화가 적고 침하량도 적은 경우에는 제시한 수치 중에 큰 값을

취한다. (상황에 따라서는 더욱 크게 할 수도 있다.)

그 범위 외에는 부동점을 설치하여 둔다.

측점의 설치는 측점에 막장 굴착에 의한 침하 영향이 나타나기 전에 산정하고, 측정 기간

은 침하량이 일정치에 도달할 때까지 계속한다. 이 기간은 일반적으로 막장의 거리가 3D

가 될 때까지로 한다.

<그림 10.3> 측정 대상 범위(횡단방향)

<그림 10.4> 지표 침하의 측정 구간(종단방향)

제9-1편 터널 본체

273

(라) 지중변위 측정

지중변위계는 터널굴착면 주변지반의 심도별 반지름방향 변위를 측정하기 위하여 설치하

며 계측결과로부터 지반이완 영역의 범위를 확인한다.

지중 변위계의 측점은 지반에 확실하게 고정되어서 지반변위가 충분히 반영되도록 설치

해야 하며, 측정 오차의 한계는 ±1.0 mm 이내이어야 한다.

지중변위계 측선의 간격은 500 m 간격으로 배치하는 것을 표준으로 하되, 터널의 규모

나 지반 및 주변 조건 등에 따라 조정할 수 있으며, 가능한 한 설계시의 터널해석 구간에

설치하여 해석 결과와 시공 시의 계측 결과의 비교 검토가 되도록 해야 한다.

측정단면의 좌우 측벽부 및 천장부 등 3개소에 3 ~ 5 측점의 심도별 다중측점 지중변위

계를 설치하며 터널규모나 지반조건 등을 고려하여 증감한다.

지중변위계의 측점은 터널 벽면에서 터널직경의 0.5배 범위 또는 예상되는 이완영역을

포함하는 범위까지 배치해야 한다.

(마) 록볼트 축력 측정

록볼트 축력계는 터널 반지름방향의 변위에 수반하여 발생하는 록볼트의 축력을 측정하

여 록볼트의 지보 효과를 확인하기 위하여 설치한다.

록볼트 축력계는 터널의 규모, 단면당 록볼트 수, 지반조건 등 터널상황에 따라 측정이

필요한 곳에 설치하되, 지중변위, 숏크리트 응력, 내공변위 및 천단침하측정 단면과 동일

한 단면에 설치하여 다양한 계측결과를 종합적으로 분석하도록 해야 한다.

록볼트 축력계는 지반에 확실하게 고정되어서 지반변위에 따른 측점 설치부의 축력 변화

를 충분히 반영할 수 있어야 하며, 정확도는 1kN 이상이어야 한다.

록볼트 축력은 축력 측정용 록볼트를 실제의 록볼트 설치 위치에 동일한 방법으로 설치

하여 측정하며, 측정단면의 좌우 측벽부 및 천장부 등을 포함하는 3 ~ 5개의 측정용 록볼

트를 설치한다.

축력 측정용 록볼트의 재질, 규격, 충전재 등은 실제 시공되는 록볼트의 경우와 동일해야

한다.

(바) 숏크리트 응력 측정

숏크리트 응력계는 터널 주변 변위에 수반하여 발생하는 숏크리트의 응력을 측정하여 허

용응력과 비교함으로써 부재의 적정성을 확인하기 위하여 설치한다.

제4권 터널

274

숏크리트 응력계는 10kPa 이하의 오차범위를 가져야 하며 예상되는 최대응력 이상을 측

정할 수 있는 것이어야 한다.

터널 반지름방향 숏크리트 응력계는 숏크리트의 건조수축 등에 관계없이 지반과 확실하

게 접촉되어 응력이 전달될 수 있도록 설치해야 한다.

숏크리트 응력계는 터널의 규모, 지반조건 등 터널상황에 따라 측정이 필요한 곳에 설치

하고, 지중변위, 록볼트 축력, 내공변위 및 천단침하측정 단면과 동일한 단면에 설치하여

다양한 계측 결과를 종합적으로 분석하도록 해야 한다.

숏크리트의 응력계는 숏크리트에 발생하는 응력과 배면 지반압의 크기 및 그 분포상황을

종합적으로 파악할 수 있도록 측정단면의 좌우 측벽부 및 천장부 등을 포함하는 3 ~ 5개

소에 설치해야 한다.

터널 반지름방향 및 접선방향의 숏크리트 응력을 측정하기 위하여 각 측점에는 반지름방

향 및 접선방향에 직각이 되도록 2개의 응력계를 설치해야 한다.

(사) 유지관리계측

유지관리계측의 위치는 구조물의 구조적 · 재료적 취약부나 큰 외력 및 내부응력 변화가

예상되는 곳 또는 지장물이 근접하여 있거나 주변지반이 열악한 구간 등을 사전에 조사

· 분석하여 선정하는 것이 바람직하나 유지관리 터널의 길이가 500 m를 넘는 경우는 이

러한 문제 구간 외에 일반구간도 계측에 포함시켜 계측을 수행하여 터널의 전체적인 안

정성을 관리하여 나가는 것이 바람직하다.

10.2.3 측정 빈도

측정 빈도는 막장의 진행, 지반과 지보의 거동 등을 고려한 후에 정해야 한다.

측정 빈도는 계획 시에 지반 조건과 시공 조건을 함께 고려하여 설정한 뒤 시공 과정에서

계측에 의한 지반 및 지보의 거동 상황을 참조하여 적절하게 수정하는 것이 중요하다.

일반적으로 변위와 응력의 변화는 굴착 직후에 크지만 시간이 지나고 막장이 멀어짐에 따라

감소하는 경향이 있기 때문에 막장에 접근하여 측정하는 초기 단계에는 조밀한 측정 빈도로

정한다.

측정 시 초기치는 이후 측정치의 기준이 되므로 시공 상황이 허락하는 한 막장에 근접한

제9-1편 터널 본체

275

위치에서 조기에 읽는 것이 중요하다. 측정 시 시공 조건 등의 제약 때문에 계측 항목, 위치

등에 따라 측정 시기가 틀려지는 경우가 있고, 계측 결과의 평가에 지장을 주는 경우가 있으

므로 읽는 시기에 주의하며, 각 계측 항목 사이에 측정 시기를 동일하게 하도록 노력해야

한다.

<표 10.6> 계측항목별 측정빈도

(1) 내공 변위와 천단 침하의 측정

내공변위 및 천단침하 측정은 1차(실링) 숏크리트가 타설된 직후 설치하고 다음 막장면의 굴

착이 진행되기 전에 초기치를 측정하여 터널 굴진에 따른 변위를 최대로 측정할 수 있도록

해야한다. 측정기간은 계측 기기 설치 후부터 변위의 수렴이 확인될 때까지로 한다. 단, 변

위가 수렴되었다고 판단된 경우에도 최소 30일 동안은 변위 수렴상태가 유지되고 있는지를

확인해야 한다.

구분 계측항목 계측간격

계측기 설치시기

및 위치

측 정 빈 도

0 ~ 15일 비고

(0 ~ 7일)

15 ~ 30일

(8 ~ 14일)

30일 ~

(15일 ~)

계측

A

(일상

계측)

터널 내

관찰

전 연장 - 매 막장 마다 매 막장 마다

매 막장

마다

록볼트

인발시험은

록볼트

품질관리시

험으로

실시함

내공변위 10 ~ 50 m

막장후방 1 ~ 3 m 또는

굴착 24시간 이내 1 ~ 2회/일 2회/주 1회/주

천단침하 10 ~ 50 m

막장후방 1 ~ 3 m 또는

굴착 후 4시간 이내 1 ~ 2회/일 2회/주 1회/주

록볼트

인발시험

20 m 마다

3개소

- - - -

계측

B

(정밀

계측)

지표침하

지중침하

300 ~ 600 m 막장전방 30 m 1회/일 1회/주 1회/2주

각 항목별

계측기를

동일한

단면에

설치하여

종합적으로

계측

숏크리트

응력

200 ~ 500 m

막장후방 1 ~ 3 m 또는

굴착 후 24시간 이내 1회/일 1회/주 1회/2주

지중변위 200 ~ 500 m

막장후방 1 ~ 3 m 또는

굴착 후 24시간 이내 1 ~ 2회/일 1회/2일 1회/주

록볼트

축력

200 ~ 500 m

막장후방 1 ~ 3 m 또는

굴착 후 24시간 이내 1 ~ 2회/일 1회/2일 1회/주

주 1) 빈도란 중에 있는 ( )는 수렴이 빨리 되는 경우의 빈도임.

2) 막장 후방 1 ~ 3 m 또는 굴착 후 24시간 이내 중 빠른 시기를 기준으로 함.

제4권 터널

276

내공변위 및 천단침하의 측정 빈도는 다음 표 10.7과 같이 변위속도 또는 막장면 이격거리에

근거하여 결정하되 변위 양상에 따라 조정한다.

<표 10.7> 내공 변위, 천단 침하의 측정 빈도 (D : 터널 굴착 폭)

측정 빈도 변 위 속 도 막장으로부터 거리 비고

2 회/일 10 mm/일 이상 0 ~ 1 D

D는 터널직경

1 회/일 10 ~ 5 mm/일 1 D ~ 2 D

1 회/2일 5 ~ 1 mm/일 2 D ~ 5 D

1 회/주 1 mm/일 이하 5 D 이상 ~ 수렴 후 30일 까지

변위 속도에 의한 측정 빈도와 막장으로부터의 거리에 의한 측정 빈도 중에서 빈도가 많은

쪽을 택하는 것을 원칙으로 한다. 변위의 경향이 일정한 경우에는 표 10.7에 나타낸 빈도에

따르지 않아도 좋다.

내공 변위 측선용 측선의 경우 변위 속도는 다르지만 변위 속도가 가장 큰 측선을 고려한

빈도에 맞추고, 같은 단면 내에서는 전측선의 측정 빈도를 같게 한다. 가능한 한 절대좌표를

사용하도록 하나 장대터널이나 곡선터널에서는 거동이 수렴된 구간에 기준점을 설치할 수

있다.

벤치 컷 공법의 경우 하반(下半) 막장의 접근에 따라 상반 측선의 측정 빈도를 높게 하여 변

위의 변화를 파악할 필요가 있다. 단선 병렬 터널의 경우나 측벽 도갱 방식인 경우는 선진

보링의 측정 빈도를 보링이 접근함에 따라 증가시킬 필요가 있다. 측정 기간은 그림 10.5에

나타낸 것과 같은 방법이 있다.

<그림 10.5> 측정 기간의 고려 방법

제9-1편 터널 본체

277

변위량이 작은 터널(내공 변위량이 50 mm 이하)의 경우는 일반적으로 변위의 수렴도 빠르

기 때문에 변위량이 일정치에 수렴한 후 1주일 정도 1회/2일의 빈도로 안정 상태를 확인하

다. 반대로 변위량이 큰 터널(내공 변위량 50 mm 이상)의 경우는 변위량이 일정하게 수렴한

후 2주간 정도 1회/2일 빈도로 측정하여 확인해야 한다.

일반적으로 굴착 후 2개월 이상 경과하여도 수렴하지 않는 것은 변위량 100 mm 이상의 터

널이고, 1개월 이상에 수렴하는 것은 변위량이 대개 50 mm 이하의 터널이다. 또 팽창성 지

반에서 장기간(굴착 후 2개월 이상) 변위가 수렴하지 않은 경우에는 계측상 1 mm/30일 ~

3 mm/30일을 수렴치로 간주한다. 단, 이 값을 2차 라이닝의 타설 기간으로 판단하기 위하

여 사용하는 경우 미리 설계상의 검토를 해둘 필요가 있다.

(2) 지표 침하 측정

지표 및 지중 침하계는 설치 위치로부터 터널 직경의 3배에 해당하는 위치까지 터널의 막장

이 도달하기 전에 초기치를 측정해야 한다. 단, 지반조건상 터널굴진의 영향이 터널직경의

3배 거리 이상까지 미치게 될 것으로 예상되는 경우는 변위의 발생 전에 기기를 설치하고

초기치를 측정해야 한다.

지표 및 지중 침하계의 측정기간은 계측 기기 설치 후부터 변위의 수렴이 확인될 때까지로

한다. 단, 변위가 수렴되었다고 판단된 경우에도 최소 30일 동안은 변위 수렴상태가 유지되

고 있는지를 확인해야 한다.

지표 및 지중 침하계의 측정 빈도는 막장면 이격거리, 굴진속도, 지반 및 지보재의 거동상태

를 고려하여 결정하되 계측결과에 따라 다음을 표준으로 적절히 조정한다. 여기서 D는 터널

직경을 말한다.

① 굴착 막장 전방 3D ~ 막장 전방 2D 구간 : 1회 / 2일

② 막장 전방 2D ~ 막장 후방 1D 구간 : 1회 / 1일

③ 막장 후방 1D ~ 막장 후방 3D 구간 : 1회 / 2일

④ 막장 후방 3D ~ 변위 수렴 시까지 : 1회 / 3일

(3) 지중변위 측정

지중변위계는 1차 숏크리트가 타설된 직후 설치하고 다음 막장면 굴착이 진행되기 전에 초기

치를 측정하여 터널굴진에 따른 변위를 최대로 측정할 수 있도록 해야 한다.

제4권 터널

278

지중변위계의 측정기간은 계측 기기 설치 후부터 변위의 수렴이 확인될 때까지로 한다. 단,

변위가 수렴되었다고 판단된 경우에도 최소 30일 동안은 변위수렴상태가 유지되고 있는지를

확인해야 한다.

지중변위계의 측정 빈도는 동일 단면에 설치된 내공변위 및 천단침하 계측 기기의 측정 빈도

와 같다.

(4) 록볼트 축력 측정

록볼트 축력 측정계는 1차 숏크리트가 타설된 직후 설치하고 지반과 확실히 부착된 후 다음

막장면(굴진면) 굴착이 진행되기 전에 초기치를 측정하여 터널굴진에 따른 축력변화를 최대

한 측정할 수 있도록 해야 한다.

록볼트 축력계의 측정기간은 계측 기기 설치 후부터 변위의 수렴이 확인될 때까지로 한다.

단, 변위가 수렴되었다고 판단된 경우에도 최소 30일 동안은 변위 수렴상태가 유지되고 있는

지를 확인해야 한다.

록볼트 축력계의 측정 빈도는 동일 단면에 설치된 내공변위 및 천단침하 계측 기기의 측정빈

도와 같다.

(5) 숏크리트 응력 측정

숏크리트 응력계는 숏크리트 타설 시에 설치하고 다음 막장면 굴진이 진행되기 전에 초기치

를 측정하여 터널굴진에 따른 응력변화를 최대한 측정할 수 있도록 해야 한다.

숏크리트 응력계의 측정기간은 계측 기기 설치 후부터 변위의 수렴이 확인될 때까지로 한다.

단, 변위가 수렴되었다고 판단된 경우에도 최소 30일 동안은 변위 수렴상태가 유지되고 있는

지를 확인해야 한다.

숏크리트 응력계의 측정 빈도는 동일단면에 설치된 내공변위 및 천단침하 계측 기기의 측정

빈도와 같다.

10.2.4 계측 기기의 선정

계측 기기는 계측 목적에 적합한 정밀도와 기능을 갖는 것으로 선정한다.

제9-1편 터널 본체

279

계측 기기 정확도 기준은 다음과 같이 적용한다.

터널 계측 기기의 교정 주기(교정 대상 및 주기 설정을 위한 지침, 기술표준원)는 설치 전

6개월마다 1회 또는 기기 변경 시 실시해야 한다.

<계측 기기 정확도 기준>

구 분

내공변위, 천단침하

지표침하, 지중변위

숏크리트

응력

록볼트

축력

정확도 ± 1.0 mm 10 kPa 1 kN

<계측 기기 보정 및 초기치 측정절차>

계측 기기 검증서류 제출

(계측업체)

· 제작자 증명원

· 공급자 증명원

· 제작자 품질보증서

· 검·교정 성과표

· 사용자 설명서 및 유지관리 매뉴얼

계측 기기 작동성능 검사 실시

(계측업체, 원도급자, 감독원)

· 계측 기기 설치 전 및 설치 직후 실시

· 이상 유무 확인 및 필요시 보정 실시

계측 기기 보정(필요시)

(계측업체, 원도급자, 감독원)

· 전기저항식

☞ 케이블 저항값 및 전류 출력방식에 따른 영향 검토

☞ 온도 및 기압조정에 따른 영향 검토

· 진동형식

☞ 온도보정 및 기압조정에 따른 영향 검토

초기치 측정

(계측업체, 원도급자, 감독원)

· 계측 센서의 이상여부 최종 확인 후 시행

· 계측 기기 설치 후 즉시 초기치 획득

☞ 최적값 획득을 위해 3회 이상 실시

터널계측 관리 · 규정된 측정 및 분석 빈도에 따라 지속적인 계측관리 시행

제4권 터널

280

계측 기기는 전 세계적으로 수많은 종류가 개발 · 보급되고 있기 때문에 용도에 따라 적정

계측 기기를 선정한다는 것은 쉬운 문제가 아니다. 따라서 적정 계측 기기를 선정하기 위해

서는 각별한 주의와 함께 기기 특성에 대한 사전 정보가 요구되며, 계측 기기의 검증이 필요

하다.

일반적으로 계측 기기를 선정할 때는 다음과 같은 사항에 유의해야 한다.

?계측 기기의 정도, 반복 정밀도, 감도, 계측 범위와 신뢰도가 계측 목적에 맞을 것

?구조가 간단하고 튼튼하며 설치가 용이할 것

?계측 기기의 가격이 적절한 것

?온도 · 습도 등의 제반 영향 인자에 대하여 자체 보정이 되거나 보정이 간단할 것

?측정치에 대한 계산 과정이나 분석 절차가 간단할 것

?가능한 한 측정치의 자체 검증이 이루어질 것

?기기 ∼ 터미널 간의 연결과 또는 케이블이 물리적 · 화학적 작용에 견딜 수 있을 것

?지상부 터미널의 기후 변화나 물리적 피해를 견딜 수 있을 것

?부식이나 전기적 방해 요인을 극복할 수 있을 것

?대상터널의 길이가 긴 경우는 원칙적으로 자동화 계측이 가능한 기기쪽으로 선정할 것(유

지관리 계측에 필수)

계측 기기는 복잡한 것보다 간단한 것, 전기식보다는 기계식 기기, 가동 부분이 많은 것보다

는 적은 쪽을 사용하는 것이 보정 · 보수에 편리하다. 기기 자체에 이상이 있으면 계측 과정

과 분석을 아무리 잘 하여도 정확한 결과를 얻을 수 없으므로 기기의 보정(calibration) 방

법과 주기에도 유의해야 한다. 또, 기기의 이상 · 고장을 항상 염두에 두어 한두 개의 기기

고장으로 전체 측정치가 무용지물이 되지 않도록 중요한 위치에는 기기의 수효에 항상 여유

가 있도록 해야 한다. 기기가 고장이 났을 경우나, 계측치가 계측 범위를 초과할 것이 예상

되지만 재조정이 불가능할 때를 대비하여 예비 기기도 준비해야 한다. 계측 기기는 용도,

작동 원리, 측정 방법 및 사용 재료 등에 따라 다양한 종류로 개발 · 보급되고 있으나, 일반

적으로 터널 계측에 주로 이용되고 있는 기기들은 표 10.8과 같다.

제9-1편 터널 본체

281

<표 10.8> 터널 계측용 기기

용 도 계측기 종류

내공 변위 또는

천단 침하 측정

Tape Extensometer, Wire Extensometer

Rod Extensometer, Tape 또는 Pipe Scale

Fiber Optic Sensor, EL Beam Sensor

Bassett Convergence System

지중 변위 측정

Rod Borehole Extensometer

Wire Borehole Extensometer

3방향 지중변위 측정기, Chain-deflectometer

지중 수평 변위 측정

Portable Inclinometer, Fixed Inclinometer

Sliding Curvometer

라이닝 · 지보재의

변형을 측정

vibrating wire strain gauge, Carlson Strain Gauge

전기식 변형률계, Deformeter/Curvometer

하중 측정

Mechanical Disk Load Cell

Hydraulic Load Cell

Vibrating Wire Load Cell

Instrumented Anchor

Rock Anchor Tensile Load Tester

Strain Gauge Load Cell

Carlson Load Cell

전 응력 측정

Hydraulic Stress Cell

Pneumatic Stress Cell

Vibrating Wire Stress Cell

Strain Gauge Stress Cell

AWID Cell

간극 수압 측정

Open Stand Pipe Type

Diaphragm Type

10.3 계측 관리

10.3.1 계측 관리 체제

계획된 계측의 신속한 수정, 보완과 설계 및 시공법의 평가 · 수정을 위해서는 체계적인 계측 시행

절차가 수립되어야 한다.

일반적으로 관측 · 계측 관리의 시행 절차는 그림 10.6과 같으며, 여기서 유의해야 할 사항

은 다음과 같다.

(1) 계측 결과는 반드시 공사의 진행 상태와 기온, 강우량 등 중요한 환경 상태와 함께 기록하며,

가급적 일목요연하게 도표로 정리한다.

제4권 터널

282

(2) 유능한 기술자로 구성된 계측반이 계측을 전담해야 하며, 계측요원은 현장에 상주한다.

(3) 계측 결과는 즉각 검토 · 정리 · 분석한다.

(4) 계측반 책임자의 보고 체계와 책임 한계를 분명하게 한다.

(5) 3차원 변위 계측 시에는 기존 변위 분석방법과 아울러 터널의 3차원 거동 파악이 가능한

분석방법을 도입하여 터널 종단선상의 터널 변형거동 파악 및 굴진면 전방 선행변위 예측이

가능하도록 해야 한다.

계측반 구성

실험장비 구입

및 시료 획득

실험실 실험

계기의 현장점검

계측 기기 구입

계기검사, 보정

계기설치

영정조정

결과보고, 발간

계측결과 2차

해석 보완

실험실 개설

현장사무실 개설

지반 자료

검토

설계 및 시공절차

검토

계기종류, 설치장소,

설치방법, 계측방법 등이

시공법에 지장을 주는지

여부 검토

계측 계획 수정, 보완

계측결과 정리, 해석 및

보고절차 구성

계측 및 관측시행

계측결과 해석

계측계획 검토

설계 및 시공법 평가

설계 및 시공법 수정, 보완

장래의 계측계획에 대한

건의

현장지반

상태기록

유지

현장시공

상태기록

유지

<그림 10.6> 계측 관리의 시행 절차도

제9-1편 터널 본체

283

10.3.2 계측원의 선정

계측 책임자는 터널 굴착에 따른 지반 및 지보재 거동의 역학관계를 이해하는 지반공학 또는 지질학

관련 분야의 전문가이어야 한다.

(1) 계측책임자 자격기준

엔지니어링산업진흥법상 국가기술자격 요건을 적용하여 2013.1.1 이후 국가기술자격 및 경

력으로 기술자 등급관리를 해야 하며, 자격기준은 다음과 같다.

<계측책임자 자격기준>

참여분야 자격 비고

토질

지질분야

특급기술자 이상 비상주

계측관리자는 충실한 막장관리를 통한 터널 안정성 확보를 위하여 시공경험이 많은 고급기술

자를 배치하고 계측 측정 기술자 인원구성은 다음과 같이 한다.

<계측측정 자격기준>

구 분 자 격 비고

계측측정

고급기술자, 중급기술자

특별인부

상주

(2) 계측원의 임무

성공적인 계측은 설계자, 감독자 및 시공자 등 공사에 관계하는 모든 사람의 상호 협조 없이

는 불가하므로 원만한 대인관계와 원활한 의사교환 능력도 갖추어야 하고 계측결과에 따라

설계 또는 시공법을 변경하는 과정에도 어느 정도 참여해야 한다. 계측원은 계측기의 선정

· 설치 · 측정 및 해석까지 계획대로 진행되고 있는지를 점검하며, 현장조건 · 계측상태 · 측

정의 난이도 등을 고려하여 만일의 사태에 대비할 수 있도록 준비해야 한다.

제4권 터널

284

10.3.3 계측 기기의 설치

계측 기기의 정상적인 기능 발휘를 위해서는 계측 기기의 정밀 설치가 무엇보다도 중요하며, 이를 위

해서는 계측 기기의 설치 지침과 설치용 점검 사항에 대한 준비, 검토가 선행되어야 한다.

(1) 설치 지침

계측 기술자는 각 기기별 설치 매뉴얼을 제조업자로부터 입수, 사전에 내용을 검토하여 설치

시 발생할 수 있는 제반의 문제점을 파악하고 이에 대한 대책을 수립해야 한다. 설치 매뉴얼

은 반드시 다음과 같은 내용을 포함해야 한다.

?설치 시 필요한 장비 및 부품의 목록

?설치 시 기기 부품 배열 상태의 정확성을 파악할 수 있는 기기 구성 시스템 도면

?천공이 필요한 기기의 경우 천공 조건의 명기(최대 · 최소 천공 크기, 천공 벽면의 거칠기 등)

?기기의 상세한 조립 절차

?단계별 기기 설치 절차

(2) 설치 점검 사항

기기는 주로 공사 진행 중에 설치하므로 시공에 따른 제반 영향을 직접적으로 받게 되며, 때

로는 예상치 못한 문제에 접하게 되어 설치상의 어려움을 겪게 된다. 따라서 원활한 기기 설

치를 위해서는 계측수행팀과 시공자 및 건설사업관리자 간의 상호 공조 체제가 구성되어야만

한다. 일반적으로 기기 설치용 점검표의 구성 내용은 다음과 같다.

(가) 제조업자 측에서 제공한 기기 작동과 설치에 관한 매뉴얼과 설치 계획 절차를 점검하고,

문제 발생 시를 대비하여 예비적인 설치 방법을 강구

(나) 설치 시 필요한 모든 장비, 재료, 부품 등에 대한 목록을 파악

(다) 설치 계약 조건에 따른 발주자 · 시공자 · 건설사업관리자, 제조업자 간의 유대 업무 확인

(라) 시공 또는 환경 변화로 발생되는 손상을 방호할 계획 수립

?고정용 읽음 장치의 경우, 방호용 함 제작

?방호 심도까지 케이블, 호스 등의 매설(5 m 토피 이상)

?발파, 그라우팅, 천공 등의 시공작업으로부터 보호

?번개, 폭우 등으로부터 보호

제9-1편 터널 본체

285

(마) 매설 기기나 케이블들이 시공 시 손상을 받게 되는 경우, 책임 한계에 대한 시방을 확인

· 숙지

(바) 시공에 미치는 지장을 최소로 줄일 수 있도록 기기설치팀과 시공자 측과의 긴밀한 협조

체계를 유지

?신속한 설치가 가능한 기기를 사용하거나, 주말 또는 야간에 기기를 설치

?기기 설치 시간은 현장에 따라 예상 시간보다 다소 오래 걸릴 수가 있으므로 계획 시

여유 있게 설치 시간을 고려

(사) 기기 설치 중이나 설치 후에도 기기 작동의 정확성을 조사할 수 있는 방법을 강구

(아) 정확한 계측치를 얻을 수 있도록 합리적인 설치 절차를 강구, 변형 센서를 설치할 경우,

변형 형태를 변화시킬 수 있는 주변 재료의 다짐이나 굴착은 절차에서 제외시켜야 한다.

(자) 설치에 대한 기록을 위하여 현장 데이터 시트를 준비해야 함. 계측치 해석 및 평가 시

설치 조건을 고려할 수 있도록 설치 동안의 특기 사항 등과 주요 요소들에 대한 기록이

필요하다.

(3) 설치 시 고려 사항

계측 기기의 설치는 제조회사로부터 제공받은 사용 설명서에 따라 수행하는 것이 원칙이나,

현장 여건의 특수성을 감안하여 설치 절차 및 방법의 부분적인 수정이 이루어질 수도 있다.

계측 기술자는 이러한 설치 설명서를 사전에 면밀히 검토해야 한다.

기기 설치 시 천공이 필요한 경우, 천공 깊이와 방향을 사전에 천공자에게 정확히 알려주어

야 하며, 천공자의 판단에 맡기는 사례가 없어야 한다.

10.3.4 계측 기기의 유지 관리

계기 성능 보존 및 계측 결과의 신뢰성 확보를 위하여 계기의 유지 관리가 필요하다.

계측 기기의 경우, 그 형태에 따라 유지 관리 방법에 차이가 있으나, 일반적인 유지 관리

사항으로는 다음과 같은 것을 들 수 있으며, 계측 수행자는 이를 숙지한 후 시행해야 한다.

?제조업자 측에서 제공한 매뉴얼로부터 일상 유지 절차를 수립한다.

?터미널은 오염과 습기로부터 보호한다. 현장 여건에 따라 보호방책을 설치한다.

전기 플러그에는 먼지 방지용을 원칙적으로 설치해야 한다.

제4권 터널

286

?설치된 기기와 측정 장치의 보정 상태를 조사한다.

?축전지의 규칙적인 조사를 통하여 충전 및 교체를 적기에 실시하고, 기기의 일상 점검

통하여 기기 오염 및 고장 시 즉각적으로 보수 · 교체한다.

?제조업자 측에서 제공하는 고장 수리 지침에는 파괴 형상, 조짐, 수리 등에 대한 내용이

포함되어 있어야 한다.

?섬세한 기기의 경우, 운반 및 관리 시 충격과 손상 방지를 위해 패드와 같은 충격 완화제

를 설치한다.

?계측 장비 운반 시는 무거운 시공 장비와의 구별을 위하여 눈에 띄는 색깔로 칠을 한 후

시행하는 것이 바람직하다.

?휴대용 장비의 경우, 청결성과 건조 상태를 유지하도록 조치해야 한다.

?기계식 등의 특정한 측정 장비는 주기적으로 기름칠을 하고, 전자식 측정 장치의 경우

청결하고 건조한 상태를 유지시키며, 주기적으로 측정 장치 상자의 내부를 건조시켜야

한다.

10.4 계측 시행

10.4.1 터널 내 관찰 조사

굴착이 진행되는 동안 막장의 지질 상황과 기 시공 구간에 대한 1차 지보 상황을 조사·기록하고, 필

요에 따라 적절한 조치를 강구해야 한다.

(1) 조사의 의의

터널은 지중 구조물로서, 자연 지반에 의하여 구성되어 터널을 구성하고 있다고 말할 수 있다.

자연 지반은 불균일성 · 불연속성 · 이방성 등의 성질을 갖고 있으며, 위치에 따라 물성의 차

이가 큰 재료이다. 이 때문에 터널 굴진 중 새로운 막장이 출현할 때마다 막장의 지질 상황을

관찰하고 지질 상황에 변화가 있는지에 대하여 확인하여 적정한 조치를 강구할 필요가 있다.

또한 돌발적인 붕괴와 용수도 지질 상황의 변화와 연관되는 일이 많아 막장을 스케치하고

막장 전방의 지질 상황 추정에 노력해야 한다. 한편 기 시공 구간에 대해서도 지반 거동이

1차 지보 거동에 영향을 미치기 때문에 그 균열의 발달 상태와 변화, 위치와 형태를 관찰하고

적정한 조치를 할 필요가 있다.

제9-1편 터널 본체

287

(2) 막장 관찰

막장 관찰은 원칙적으로 각각의 막장에 대하여 실시한다.

관찰자는 적정 축척으로 관찰도를 작성하고, 다음 사항을 기재한다. 특히, 지질 상황이 악화

될 징후가 있는 경우에는 즉시 대책을 강구해야 한다.

?지층, 암석 분포, 지층의 주향 · 경사

?고결 정도, 풍화와 변질 정도, 경연성도

?균열의 방향 · 빈도, 협재물의 유무와 성상

?단층의 위치와 주향 · 경사 · 파쇄 정도

?용수의 위치와 정도

?붕괴의 위치와 형태

터널의 막장관찰은 조사-분석-거동 예측의 체계를 갖추어 진행되어야 한다.

조 사 분 석 거동 예측

암종, 불연속면 방향성,

간격, 연속성, 지하수,

단층 파쇄대, 암괴의

크기, 충진물, 간극 등

?

?암반등급 평가 ?불연속면 분포 분석 ?불연속암반 물성 평가 ?공법 분석 및 검토

?

?계측과 연계 ?전방 지질 예측 ?보강범위 산정 ?지보패턴 수정 보완

(가) 디지털 맵핑 방법을 활용한 막장관찰

막장 관찰 시 고해상도 카메라로 막장을 촬영한 후 이를 후 처리 프로그램을 이용하여

Face Mapping 실시한다.

??막장사진 촬영 ⇒ Face Mapping(암종/암질/절리 등 입력) ⇒ RMR 평가

막장 촬영 암질 맵핑 절리 맵핑 암종 맵핑 통합 표현

※ 디지털 매핑 결과 활용 D/B를 구축하여 향후 설계 및 시공에 활용

디지털 맵핑은 막장 사진에서 절리 방향과 암질 및 절리 등을 기록하여 RMR평가를 실시

한다.

제4권 터널

288

디지털 매핑 결과 활용 D/B를 구축하여 향후 설계, 시공 및 유지관리에 활용한다.

(3) 기 시공 구간의 관찰

기 시공 구간에 대해서는 다음과 같은 사항을 관찰한다.

(가) 록볼트

?타설 위치 · 방향

?록볼트 · 지지판의 이완

?지지판이 지반에 묻힌 정도

?두부의 파단

(나) 숏크리트

?두께, 지반과의 밀착

?균열(발생 위치, 종류, 폭, 길이 등)

?누수 발생 위치의 상태 및 누수량

(다) 강지보재

?변형, 좌굴 위치 · 상태

?지반에 매입된 정도

?가축(可縮) 지보공의 축소 상태

변형 상태가 확인된 경우에는 위치·종류·규모, 기구 등을 기록한다. 필요에 따라 위

치도 · 스케치 등을 작성한다.

제9-1편 터널 본체

289

10.4.2 내공 변위 측정

내공 변위 측정은 갱내 관찰 조사 및 천단 침하 측정 등에서 얻어진 자료와 병행하여 주변 지반의 안

정성, 지보의 적합성, 2차 라이닝 및 인버트 타설 시기 등을 검토하기 위하여 행하는 것이며, 목적에

맞는 정밀도를 갖는 계기로 측정해야 한다.

주) 내공 변위 측정은 측정하는 측점 사이의 거리의 변화로 얻어지므로 천단 침하 측정 등과 병행하여 평가해야 한다.

(1) 목 적

내공 변위 측정의 목적은 아래 사항을 이용하여 설계 · 시공에 반영시키는 데에 있다.

(가) 터널 굴착에 따라 주변 지반의 응력은 재분배됨과 동시에 그에 따른 변위가 발생하며,

그 후 시간 경과에 따라 안정화 상태에 도달한다.

(나) 변위는 다음 각 항의 성질에 영향을 받는다.

?막장의 진행

?지반의 재료 특성

(다) 초기 변위 속도의 대소에 따라 최종 변위의 크기가 어느 정도 예측된다.

위의 사항을 이용하고 갱내 관찰 조사 및 미리 수행된 계측 B와 기존 조사 자료도 병행

분석, 그 결과를 판단하여 설계 · 시공에 반영시킨다. 어떤 때에는 갱내 관찰 결과를 우

선하여 신속한 대응을 요구하는 경우도 있기 때문에 유연하게 대처하는 일이 중요하다.

(2) 내공 변위 측정

(가) 측정 방법

목적에 맞는 정밀도를 보장할 수 있는 내공 변위 측정용 기기를 이용하여 측점간 거리를

계측한다.

(나) 계측점

계측점은 인력, 장비 등에 손상되지 않도록 견고하게 설치해야 하며, 두부를 보호한다.

(다) 계기 선정상의 주의 사항

내공 변위용 계기는 다음 조건을 만족시키는 것이 바람직하다.

?경량 계기

?견고하고 내구성을 갖는 계기

제4권 터널

290

?목적에 맞는 정밀도를 보유한 계기

(주) 계측의 정밀도와 계기의 분해능(分解能) 즉, 최소 읽음치와는 동일하지 않음에 주의해야 한다.

(라) 측점 볼트

측점 볼트는 다음 조건이 필요하다.

?설치가 용이할 것

?장력에 의한 변형이 없을 것

?계기(파이프)와의 접속이 매회 동일할 것

?먼지 등이 붙지 않을 것

10.4.3 천단 침하 측정

천단 침하 측정은 내공 변위 측정과 같은 목적으로 행하며, 굴착에 따른 터널의 절대 높이의 변화를

수준 측량에 의하여 구해야 한다.

천단 침하 측정은 천단부의 지반 침하 측정과 팽창성 측정 등도 포함한다.

(1) 측정의 중요성

천단 침하 측정은 내공 변위 측정과 같이 주변 지반의 안정 확인 및 1차 지보의 효과 확인을

위하여 수행하며, 재래식 터널 공법에서도 천단 붕괴의 예측 목적으로 행해져 왔던 계측항목

이다. 얕은 토피에서는 내공 변위량보다도 큰 곳이 많아 지표 침하 측정만큼 중요하다. 특히

팽창성 지압이 작용하는 곳과 같이 내공 변위가 큰 경우와 수평 지층의 구분이 뚜렷한 경우

나 팽창성 지반 등에서는 천단 침하 측정이 중요하다.

(2) 측점

(가) 천단 침하 측정용 측점은 내공 변위 측선이 있는 경우, 천단의 내공 변위용 측점을 이용

하는 것이 좋다.

(나) 변위가 큰 지반의 경우와 편압이 현저한 경우에는 아치부에 좌우 측점을 설정하여 침하

를 측정하는 것이 바람직하다.

(다) 강지보재를 이용하는 경우에 침하가 크게 발생하면, 적당한 비율로 강지보재에도 측점을

설정하는 것이 바람직하다.

제9-1편 터널 본체

291

(라) 팽창성 지반의 경우는 현장 기술자의 판단에 따라 위치를 선정하고 측점을 설치하여 계

측한다.

(3) 측정법

(가) 측정은 수준 측량으로 행하며 갱외나 갱내에 설치한 수준점을 기준으로 절대 높이(표고)

를 구한다.

(나) 천단 침하 측정용 표척으로는 경량이고 신축성을 가지는 것과 매달음식 금속 장치 등이

있다.

(4) 평가 시의 주의

토피가 얕은 경우는 지표 침하를 우선 좁은 간격(종단 방향)으로 측정하고, 막장 전방의 변위

를 제어하도록 천단 침하 측정도 병행하여 관리한다.

(5) 계측 결과의 정리

천단 침하의 계측 결과는 내공 변위와 병행하여 기록한다.

10.4.4 지중 변위 측정

지중 변위 측정은 터널 주변의 이완 등 지반 거동을 파악하기 위하여 행한다. 측정은 시추공 내에 지중

변위계 등을 매설하여 하며 측점이 되는 앵카는 지반에 확실하게 고정될 수 있는 구조로 해야 한다.

굴착에 따른 터널 반지름 방향의 지반 내 변위를 측정하여 이완 형태를 파악하고 1차 지보

의 적부를 판단하는 자료로 삼는다. 일반적으로 심도별 지중 변위 분포와 록볼트 축력 상

태 등으로 볼트의 길이가 적당한가를 판단하지만 숏크리트만으로 1차 지보가 되면 숏크리

트에 작용하는 배면 토압도 추정할 수 있다.

지중 변위 측정은 일반적으로 1공으로 다측점 측정이 가능한 지중 변위계를 사용하며 터널

벽면과 측정 앵카 사이의 상대 변위를 다이알 게이지나 전기 변환식 변위계로 측정한다.

이 측정에서 가장 중요한 것은 주의 심도마다 설치하는 측점 앵카를 확실하게 지반에 정착

시키는 것이다. 정착 방식은 모르타르 고정 방식과 기계 고정 방식이 대표적이다.

기계 고정 방식은 모르타르 고정 방식에 비하여 다소 비싸지만 확실하게 지반에 고정시킬

제4권 터널

292

수 있고 단시간 내에 계측을 할 수 있는 이점이 있다. 모르타르 방식은 구조가 비교적 단순

하며 시추공(borehole) 내에 간극이 남지 않도록 완전하게 충전할 필요가 있다. 특히 용수

지역과 단면의 윗부분을 설치할 때에는 모르타르의 유실 방지에 유의할 필요가 있다. 또한

토사 터널 등에서는 모르타르와 계기가 1개의 봉과 같이 되어 지반 변위를 정확하게 감지하

기가 어려우므로 충전 모르타르의 강도는 지반 강도를 고려하여 배합하는 것이 필요하다.

측점 수는 지반 구분과 록볼트 길이 등에 의하여 달라지지만 1공에 4 ~ 6개 정도의 측점이

면 지반 거동을 판단할 수 있다. 지중변위계의 측점은 터널 벽면에서 터널직경의 0.5배 범

위 또는 예상되는 이완영역을 포함하는 범위까지 배치해야 한다. 한편 지반 변위 측정은

동일 단면에서의 내공 변위와 천단 침하 결과를 관련시켜서 최심부(最深部)의 변위 발생 여

부를 판단할 수 있다.

10.4.5 록볼트 축력 측정

록볼트 축력 측정은 록볼트에 발생하는 축력의 크기와 분포 상황을 파악하는데 목적이 있다. 측정은

패턴 볼트에 발생하는 축력과 동등한 축력을 계측할 수 있는 방법으로 행해야 한다.

전면 접착식 록볼트는 설치 초기에 응력이 없는 상태이며, 이후 지반의 거동에 의하여 응력

이 발생한다. 이 응력으로부터 축력의 크기와 분포를 구하여 설계 형식 · 피치 등의 타당성

을 검토하는 데에 이용한다. 허용 축력을 초과하는 축력이 발생하는 경우에는 증설 등의

대책을 강구할 필요가 있다. 인장 록볼트는 설치 당초에 장력을 도입하지만 그 후 발파 진동

등에 의한 장력변화가 있으므로 축력을 측정 관리할 필요가 있다.

측정 방법으로는 2가지가 있다. 하나는 일정 간격으로 변형 게이지를 부착하여 전기적으로

변형을 측정하고 축력을 구하는 방법이며, 다른 하나는 같은 장소에 측점을 설치하고 롯드

등에 의한 구간 길이의 변화를 기계적으로 측정하는 방법이다.

변형 게이지의 경우 충전 모르타르 등의 경화열에 의한 영향을 제거하고 더미 게이지

(dummy gauge)를 내장할 것과 표면 부착 저하 방지를 위한 마무리가 필요하다. 계측 볼트

의 경우 실제 시공하는 패턴 볼트와 같은 모양으로 시추공에 변형이 생겨 휨응력이 발생하

므로 이 같은 영향을 제거할 수 있으며, 긴 볼트를 계속하여 추가 설치하는 경우 계측 볼트

도 이와 동일하게 타설할 수 있는 구조로 하는 것이 바람직하다. 측점은 볼트 길이에 따르지

만 3 ~ 4 m 길이에 5 ~ 7점 정도면 상세한 축력 분포를 얻을 수 있다.

제9-1편 터널 본체

293

계기를 설치할 때에는 다음 항목에 주의해야 한다.

(1) 시추공 내의 모르타르는 선단까지 충분히 충전할 것

(2) 두부에서의 정확한 축하중 측정을 위해서는 압력 지지판과 계측 볼트가 직각이 되도록 하고,

지반과의 간극은 돌이나 급결 모르타르로 정형시킨다.

(3) 발파 등에 의한 계기 부두의 파손을 방호하기 위하여 카바 등으로 대책을 세운다.

이 측정에서도 터널 벽면의 내공 변위 측정점과 관련시키는 일이 중요하다. 예를 들어, 록볼

트의 축력은 작으나 내공 변위가 큰 경우 이완 위치가 볼트보다 더 안쪽에 있는 경우도 있다.

10.4.6 록볼트 인발 시험

록볼트 인발 시험은 록볼트의 종류 선정 및 시공 후의 정착 효과를 판정하기 위한 것이며, center

hole jack 등을 이용하여 행한다.

록볼트 인발 시험은 록볼트의 종류 선정 및 시공 후의 정착 효과를 판정하기 위하여 시험

하는 것이다. 특히 미고결 · 사질 지반 등 록볼트 인발 내력이 크게 기대되지 않는 경우에

중요한 시험이 된다. 이 시험은 가능한 한 굴착 초기 단계에 갱구 부근의 적당한 장소에서

실시해야 한다.

일상의 시공 관리(품질 관리)를 위하여 록볼트 인발 시험은 계측으로 취급하지 않기로 한다.

이 항의 인발 시험은 이하에 나타낸 항목을 변수로 하여 비교, 검토한다.

(1) 정착 재료 및 정착 재료의 재령

(2) 록볼트 형상 및 재질

(3) 록볼트 길이

(4) 기타 볼트 직경, 천공경의 관계, 천공 방법, 프리스트레싱의 유무 등

전면 접착 방식 록볼트의 인발 시험 시 고려해야 할 사항은 다음과 같다.

(가) 숏크리트가 시공되는 때에는 콘크리트를 파쇄하여 암반면을 노출시키든가, 우선 인발

시험용 록볼트에 숏크리트 부착 영향이 없게 한 후 천(布) 등으로 감아서 설치하고 시험

을 행할 것이 요망된다.

(나) 테이프 워셔 등을 이용하여 인발 방향을 록볼트 축에 일치시키고, 볼트에 휨이 발생되지

않도록 주의하여 지반과 정착재 사이에 정확한 인발 저항치가 얻어지도록 한다.

제4권 터널

294

토사 지반과 같이 전단 강도가 작고 소정의 인발 내력이 얻어지지 않을 때에는 록볼트의

본수를 증가시키면서 길이를 길게 할 필요가 있다. 또 용수 상황, 지반 상황과도 연관시

켜 인발 시험에 의하여 록볼트의 길이 · 직경 · 재질 · 천공경, 정착재의 강도 등을 신중

하게 선정해야 한다. 특히 록볼트의 소요 길이에 대하여는 인발 시험과 실제 록볼트의

축력 분포가 다를 가능성이 있기 때문에 주의할 필요가 있다.

인발 시험의 재하 속도는 일반적으로 1 ton/min로 하고, 시험은 록볼트 시공 후 소정의

시간이 경과한 시점에서 실시한다.

(다) 평가 방법은 그림 10.7과 같이 하중-변위 곡선을 그려 인발내력을 구한다. 인발내력은

그림의 하중-변위 곡선에서 A영역 직선부의 접선과 C영역의 접선과의 교점(D)이다. 즉 C

영역은 록볼트의 정착효과를 기대할 수 없는 영역으로 기대할 수 있는 영역은 D점까지이다.

<그림 10.7> 인발시험 하중변위 곡선

10.4.7 콘크리트 라이닝 응력 측정

(1) 1차 라이닝 응력 측정은 숏크리트에 발생하는 응력과 배면토압의 크기 및 그 분포 상황을 파악하

기 위하여 행하는 것이다.

(2) 2차 라이닝 타설 단계에서 터널이 안정 상태에 도달하지 않을 염려가 있다고 판단되면 2차 콘크

리트 라이닝의 응력 측정 등을 실시하여 2차 콘크리트 라이닝의 안정성을 확인해야 하다.

(1) 숏크리트는 주변 지반을 밀착 피복하고 있어서 주변 지반의 거동에 민감하게 반응하는 부재

이다. 따라서 숏크리트의 응력 상태나 균열 발생 상황을 파악하는 것은 터널의 안정을 도모

제9-1편 터널 본체

295

하는 데에 중요하다.

1차 라이닝 응력을 측정하는 방법으로는,

(가) 숏크리트 시공 시에 계기(응력계, 토압계 등)를 매설하는 방법

(나) 숏크리트 표면에 측점을 설치하여 표면 변위로부터 응력을 산출하는 방법이 있다.

(다) 계기를 매설하는 방법

터널 주변 지반으로부터 숏크리트에 작용하는 배면 토압과 숏크리트 내에 발생하는 응력

을 매설된 계기에 의하여 직접 측정하는 방법이다(그림 10.8 참조).

토압계는 숏크리트 시공 전에 지반을 모르타르, 석고 등으로 표면처리하고 여기에 밀착

시켜 설치한다. 응력계는 접선방향 응력을 측정할 수 있도록 금속류 등을 이용하여 소정

의 위치에 고정시킨다. 숏크리트는 계기를 설치한 후 공극이 생기지 않도록 신중하게 타

설해야 한다.

숏크리트에 응력계 등을 매설하면 응력 집중이 발생되는 경우가 있으므로 계기의 강성에

도 주의해야 한다.

응력계

토압계

<그림 10.8> 계기를 매설하는 방법

(라) 표면 변위에 의한 방법

숏크리트의 표면에 설치한 변위 측점에 의하여 숏크리트의 축 변형과 휨 변형을 구하고

내부에 발생하는 축력 N과 휨모멘트 M을 산정하는 방법이다(그림 10.9 참조).

K  La

{f

 L

l

 L a

{ef

제4권 터널

296

N  L

lEA

M  KEI

여기서, l : L의 변화량 K : 휨변형

f : F의 변화량 N : 축력

E : 숏크리트의 탄성계수 M : 휨모멘트

A : 숏크리트 단면적 I : 숏크리트의 단면 2차 모멘트

숏크리트 배면 토압은 식에서 제시한 휨모멘트 M과 축력 N의 분포 상황을 고려, 추정할

수 있다. 이 방법에서는 숏크리트의 단면적 A , 탄성계수 E, 단면 2차 모멘트 I를 정확하

게 설정할 필요가 있다.

<그림 10.9> 표면 변위 측정점

2차 콘크리트 라이닝는 1차 지보에 의하여 터널이 안정 상태에 도달된 후에 타설하는

것이 원칙이다. 그러나 지반 상태와 시공 조건에 따라서 1차 지보만으로 안정시키는 것이

반드시 기술적 · 경제적으로 최선의 방법이 아닌 경우도 있을 수 있다. 이 경우에는 2차

라이닝을 타설한 후 2차 라이닝의 계측을 행하여 그 안전성을 확인할 필요가 있다.

내측 측정 위치 라이닝 두께

중립축

외측 측정 위치

h

방향각 30°

<그림 10.10> 매설형 계기의 배치 예

제9-1편 터널 본체

297

계기 배치는 라이닝 전체의 거동을 파악할 수 있도록 원주 방향에 일정한 간격으로 중립

축의 내 · 외측에 배열한다. 두께 방향의 위치에 대해서는 적절한 콘크리트 타설을 고려

한다. 콘크리트 타설은 두께 h의 0.1 ~ 0.15배 정도를 표준으로 한다(그림 10.10 참조).

(2) 표면 변위에 의한 방법

사용하는 계기와 측정 방법은 앞에 기술된 사항과 같다. 단, 2차 라이닝은 일반적으로 두껍기

때문에 부재 중립축으로부터 측점까지의 편심량 e가 크게 되는 수도 있어 다음의 적용범위에

유의할 필요가 있다.

h

R

  L

R

 

여기서, R : 터널 반지름, h : 2차 라이닝 두께, L : 계기 길이

10.4.8 지표 · 지중 침하 측정

지표·지중 침하 측정은 비교적 토피가 얕은 터널을 굴착함에 따라 지표면에서 발생하는 침하의 영향

범위와 크기, 터널 주변 지반의 이완 영역을 파악하기 위하여 행한다.

지표 침하 측정은 천단 침하 측정과 같이 지반 안정 상태 확인 및 지보 효과를 파악할 목적

으로 행하지만 여기에 추가로 터널 굴착에 의한 지표상의 영향 범위와 그 정도를 미리 파악

하여 제 3자에 대한 피해 발생을 미연에 방지하기 위해서도 시행한다. 이 경우 굴착 주변

구조물에 대한 사전 조사(변형 상태, 균열 등)가 매우 중요하다. 또한 지표 침하 측정은 침하

방지를 위하여 실시되었던 대책공의 효과도 확인하면서 주변 지반의 이완 영역 추정에 유용

한 자료를 제공한다.

지표 침하 측정의 중요도는 지질, 지층, 지하수, 토피 두께, 구조물의 유무 등에 따라 다르며,

용수 처리를 위한 지하수위 저하 공법을 이용할 경우는 표 10.9에 나타낸 순서대로 높게 된다.

<표 10.9> 지표·지중 침하 측정

토피 크기 측정 중요도 측정 필요 여부

2D ＜ h

D ＜ h ＜ 2D

D ＜ h

▲ 보 통

○ 중 요

■ 매우 중요

측정을 행하는 편이 좋음

측정이 필요

측정이 필요

D : 터널 굴착 폭 h : 토피 두께

제4권 터널

298

특히, h ＞ 2D인 경우는 지반의 안정 확인이 내공 변위 측정보다 중요한 계측인 경우가

많다.

지중 침하 측정은 지중 변위 측정과 같이 터널 주변 지반의 이완 영역을 파악하거나 터널

천단 부근의 선행 침하(막장 통과 전에 발생한 침하)를 파악하기 위하여 주로 시행된다.

한편, 지중 변위 측정이 주로 갱내로부터 행해지는 것에 비하여, 이 측정은 갱내 작업에 지

장을 주는 일이 없고 갱외에서 실시되는 점이 큰 이점이다. 측정법으로는 연통관식 침하계,

층별 침하계, 지중 침하계 등을 이용하여 전기적 · 기계적으로 구하는 방법과 수준 측량에

의한 방법이 있다.

10.5 계측 결과의 활용

10.5.1 계측 결과의 정리

계측 결과는 일상의 시공 관리와 장래의 공사 계획에 반영할 것을 고려하여 정리·기록해야 한다.

계측 결과는 일상 시공 관리의 지표로 설계 · 시공에 반영시키는 것이 기본이다. 이를 위해

서는 원칙적으로 측정 당일에 정리하여 필요한 판단을 내려야 한다.

(1) 터널 시공 기록의 총괄표

주로 터널 전체에 대한 정보를 지질 종단면과 관련시켜 정리한다.

(2) 갱내 관찰 기록

막장 관찰 기록은 표준 양식에 기록하며 필요에 따라 막장 사진을 첨가하는 것도 효과적이다.

(3) 측정 결과의 경시 변화 기록

내공 변위 측정 등 경시 변화를 기록하는 양식은 다음과 같은 항목이 기입되어야 한다.

(가) 터널명, 터널 길이, 토피

(나) 막장 지질

(다) 굴착 일 · 시 · 분 및 초기치 측정 일 · 시 · 분

(라) 계측 항목

제9-1편 터널 본체

299

(마) 계기 명칭

(바) 측정 기록 표지 범례

(사) 계기 배치도

(아) 지보 패턴 (숏크리트 두께, 록볼트 길이, 본수, 강지보재, 변형 여유량, 1굴진 길이 등)

(자) 날짜 기록, 진행, 막장과의 거리

(차) 막장 통과, 인버트 굴착, 볼트 증타 등에 관한 특기 사항

10.5.2 계측 결과의 설계 · 시공에의 반영

계측 결과는 신속하게 설계·시공에 반영시켜 공사의 안전성 · 경제성을 확보하도록 노력해야 한다.

(1) 기본적인 고려 사항

계측 결과를 시공 관리 목적으로 활용하는 순서는 그림 10.11과 같다. ?10.1 계측의 목적?에

나타낸 바와 같이 계측 결과를 설계 · 시공에 반영시키는 목적은 첫째, 시공의 안전성을 확인

하고 둘째, 경제성을 확보하는 데 있다. 이를 위해서는 계측 결과를 신속하고 정확하게 반영

해야 한다. 신속한 반영을 위해서는 터널 전장에 대하여 실시하는 계측 A항목(터널 내 관찰

조사, 내공 변위 측정, 천단 침하 측정)을 적극적으로 활용할 필요가 있다. 토피가 얇은 터널

에서는 지표 침하 측정을 상기 항목에 부가시킨다. 물론 정확하게 설계 · 시공에 반영시키기

위해서는 계측 A 항목을 숙지하고 다른 항목의 계측 결과도 병행하면서 지반 조건, 설계(지

보 형태), 시공법 등을 종합적으로 평가할 필요가 있다. 그림 10.11에 나타낸 관리 기준과

이에 대응하는 대책(설계 · 시공법의 수정)은 이론 해석, 수치 해석 또는 유사 조건하에서 시

공된 터널 실적 등을 참고하여 계획 단계에서 준비하는 것이 바람직하다. 그러나 계획단계에

설정된 관리 기준은 시공의 초기 단계의 표준이기 때문에 시공 중에는 여러 가지 단면에 대

한 지반 조건, 계측치의 경사 변화, 계측 항목 간의 상호 관계 등으로부터 지반 공학적인 검

토를 추가하여 종합적으로 판단하는 것이 중요하다. 아울러 계측 결과에 기초하여 계획 단계

에서의 관리 기준 자체나 계측 계획을 개선시키는 것이 바람직하다.

제4권 터널

300

설계의 변경

사전

조사

예비

설계

실시

설계

시공 계측

적절한

설치

공사

완료

시공법의 개선

설계의 변경

시공법

변경으로

가능

안전

한가

경제적

인가

No

No

No

Yes

Yes

Yes

<그림 10.11> 계측 결과 활용 순서도

10.5.3 계측 관리 기준치

관리기준은 지반의 거동상태, 인접 구조물의 안전한계와 암반 역학적인 조건에 의하여 결정

되므로 기준적인 수치를 정확히 제시하기가 어렵기 때문에 이론해석 및 수치해석 혹은 유사

조건하의 시공실적을 참고하여 초기 시공실적을 토대로 관리기준을 수시로 수정해 가는 방

법이 가장 합리적이고 실질적이다. 시공 중 기존설계와 계측결과의 차이가 클 경우, 실제

막장의 관찰결과를 경험적이고 정량적인 평가 후 시공 전 설계의 입력자료를 수정하고 보완

하여 재설계를 시도한다. 또한 시공 중 변화된 지반의 강도특성치 등 조건 변화를 고려하기

위하여 필요한 별도의 지반시험을 수행하고, 수치해석의 입력자료를 사용한다. 실제로 지반

의 상태나 시공조건 등이 다르기 때문에 엄밀한 관리 기준치를 제시하기는 어렵지만 일반적

으로 추정할 수 있는 관리 기준치로서 일본의 천단 침하관리기준(일본토질학회지 1986)과

ASCE(Franklin, 1976)에서 제시되었던 기준과 처리방안을 각각 표 10.10 및 표 10.11에

소개하였다.

제9-1편 터널 본체

301

<표 10.10> 천단침하의 관리 기준치(터널 반지름 : 5.00 m, 본토질학회지 1986) 단위(mm)

지반

레벨

A(경암) B(연암) C(풍화암)

Ⅰ 3 ~ 5 5 ~ 10 10 ~ 30

Ⅱ 10 ~ 15 15 ~ 40 40 ~ 95

Ⅲ 30 ~ 40 40 ~ 110 110 ~ 270

주 1) 주의레벨 Ⅰ : 지반은 안정해 있지만 이완영역의 발생한계에 달하기 때문에 굴착에 약간의 주의를 요함.

2) 주의레벨 Ⅱ : 이완 영역이 발생하는 것으로 간주함

3) 주의레벨 Ⅲ : 명확하게 이완영역이 발생하기 때문에 안전의 문제와 시공의 곤란이 예상되므로 굴착방법,

지보재 등의 변경을 요함.

<표 10.11> 변위속도에 따른 계측관리 방법(ASCE : Franklin, 1976)

주의 레벨 관 리 기 준 처 치

1

내공변위의 속도가 막장에서 5 mm/일 보다 크게 된다. 또는

숏크리트에 부분적인 균열이 발생한다.

지하수가 침투한다.

책임기술자에 보고한다.

2

내공변위의 속도가 막장에서 10 mm/day, 후방에서

5 mm/day보다 크게 된다. 숏크리트에 상당한 균열이 발생

한다. 지하수의 침투가 있다.

책임기술자에 보고함과 동시에

지보재, 록볼트, 숏크리트를 추가

시공한다.

3

변위가 가속된다. 균열이나 지하수의 침투가 레벨 2를 더욱 더

넘는다.

책임기술자에 보고한다. 굴착을

정지하고, 잠정적으로 강지보재와

긴 길이의 록볼트를 시공한다.

조사를 한다.

변

형

률

ε

(%)

일축압축강도 (MPa)

<그림 10.12> 암반의 강도-변형율에 따른 주의 레벨

제4권 터널

302

<표 10.12> 계측항목에 따른 관리기준(오스트리아 Alberg 터널)

주의 레벨 관 리 기 준

최대 허용 내공변위량

터널 반지름 10 % 이내

사용된 록볼트 길이의 10 % 이내

이상적인 내공변위량 터널 반지름 및 록볼트 길이의 3 ~ 4 % 이내

록볼트의 증가 설치 기준

굴착 후 10일의 상대변위가 150 mm 이상

10일째의 변위속도가 10 mm/일 이상

콘크리트 라이닝 타설 시기

굴착 후 100일 이내 경과 후 30일 간의 상대변위가 7 mm 이하

변위속도는 0.23 mm/일 이하

<표 10.13> 지반조건에 따른 관리기준(일본 Tobishima 건설)

관리기준

지반조건

주의 레벨Ⅰ 주의 레벨Ⅱ

내공변위 변위속도 내공변위

경암지반 2 ~ 3 cm 5 mm/일이 3일 간 계속 3 ~ 5 cm

연암지반 2 ~ 3 cm 5 mm/일이 3일 간 계속 5 ~ 7 cm

토사

지반

사질토 2 ~ 3 cm 5 mm/일이 3일 간 계속 3 ~ 5 cm

점성토 3 ~ 5 cm 1 cm/일이 3일 간 계속 5 ~ 7 cm

팽창성지반 10 cm 3 cm/일이 3일 간 계속 20 ~ 30 cm

대응책

계측결과 현장의 상황을 종합적으로 판단하고

대책을 결정한다.

계측횟수를 증가시키고 시공 시 주의

시공법의 변경

보조공법의 추가

 

지보부재의 추가