07 터널공

7-1 개 착 터 널 라 이 닝 설 계 기 준 개 선

7-2 터 널 시 선 유 도 등 설 치 기 준 개 선

7-3 터 널 굴 착 기 간 설 계 기 준 개 선

7-4 터 널 시 공 관 리 개 선 대 책

7-5 초 장 대 터 널 대 형 차 피 난 시 설 검 토

7-6 고 속 도 로 터 널 공 사 환 경 저 감 시 설 물 설 치 ‧운 영 개 선 방 안

7-7 터 널 설 계 암 반 분 류 최 적 화 방 안

7-8 터널내 소화설비 설치구간 라이닝 Block out부

설계개선

 

터널공 ❙ 387

터널공

71

터 널 공

개착터널 라이닝 설계기준 개선 설계처-628

(2014.03.14)

1 검 토 목 적

개착터널 라이닝에 고강도 재료의 적용성을 검토하고, 개정된 설계

기준을 반영하여 경제적인 고속도로 건설을 유도하고자 함

※ 개착터널 : 터널 갱구부 및 터널중간 계곡부 등에 터널로 연장시키기 위해 지반을 개

착(Open Cut)하고 라이닝 콘크리트를 시공한 후 복개하는 터널

2 관련기준 및 추진경위

□ 관련기준

o 터널설계기준(국토교통부, 2007)

- 발생 가능한 다양한 하중조합을 적용하여 상황에 가장 근접한

결과를 얻을 수 있도록 하여야 함

- 콘크리트 표준강도는 21~24MPa이며(비배수형 터널 27MPa),

경우에 따라서 고강도 콘크리트 사용 가능

o 도로설계요령(한국도로공사, 2009), 도로설계편람(국토교통부, 2011)

- 콘크리트강도 : 24MPa(배수형 터널), 27MPa(비배수형 터널)

- 개착터널은 특별한 경우를 제외하고는 갱구부 설계에 준하여 설계

o 콘크리트 구조기준(한국콘크리트학회, 2012)

- 설계시 필요한 하중조합 제시

□ 추진경위

o 2007.05 : 개착터널 라이닝 설계기준(상시) 수립

- 라이닝 두께 500mm 적용, 철근량은 천장부, 측벽부, 바닥부로 분리 산정

o 2009.12 : 개착터널 라이닝 설계기준(상시) 개선

- 콘크리트 구조설계기준(2007) 개정내용 반영(하중조합 개선)

388 ❙ 터널공

3 문 제 점

□ 개착터널 라이닝은 타 구조물에 비해 재료강도가 낮아 경제성,

내구성 측면에서 불리

o 함양-울산 등 현재 설계중인 노선 구조물별 강도 적용 사례

(단위 : MPa)

구분

개착터널

라이닝

터널내부

라이닝

교 량

RC 암거 옹벽

슬래브 코핑 기둥 기초 라멘교

Con'c 24 27 27 40 40 27 27 27 24

철근 300 400 400 400 500 500 400 500 400

□ 콘크리트 구조기준(한국콘크리트학회, 2012) 개정사항 반영 필요

콘크리트 구조설계기준(2007) 콘크리트 구조기준(2012)

- U = 1.4D+1.4Hv

- U = 1.2D+1.2T+1.6L+1.6Hv+1.6Hh

- U = 1.2D+1.2T+1.6L+1.6Hv+0.8Hh

- U = 0.9D+1.6Hv+1.6Hh

- U = 1.2D+1.0L

- U = 1.4D (지상구조물)

- U = 1.2D+1.2T+1.6L+1.6Hv+1.6Hh

- U = 1.2D+1.2T+1.6L+1.6Hv+0.8Hh

- U = 0.9D+0.9Hv+1.6Hh

- U = 0.9D+0.9Hv+0.8Hh

- U = 1.2D+1.0L

- 토피 두께에 따른 보정계수 

적용

- 연직하중 및 수평하중의 불확실성을

고려하여 안전측 설계 유도

 1. 개착터널 라이닝의 재료 강도 상향

 2. 콘크리트 구조기준(2012) 개정에 따른 하중조합 적용

검토 방향

터널공 ❙ 389

터널공

4 안정성 검토

□ 검토 개요

o 개착터널 라이닝 재료 강도 상향

- 콘크리트 : 24MPa → 27MPa, 철근 : 300MPa → 400MPa, 500MPa

※ 600MPa 철근의 경우, 현재 자재수급(주문생산) 및 현장가공이 어려워 검

토 제외

o 라이닝 두께별 경제성 검토

- 두께 : 현행 500㎜ → 300㎜ ~ 500㎜

□ 검토 방법

o 개정된 “콘크리트 구조기준(2012)”의 하중조합 반영 [붙임#1]

o 최적화 설계를 위하여 천단부, 측벽부, 바닥부 등 부재위치별 검토

□ 안정성 검토

o 검토 단면

갱구부 종단면 단면형상

개착터널 NATM

하중재하도 개착터널 검토 위치

온도하중

[계절별 온도하중 ±15℃]

[내외면 온도하중 ±5℃

[건조수축 ±15℃

390 ❙ 터널공

o 해석 조건

차로수 토피고

흙의특성 지 반

단위중량 내부마찰각 정지토압 변형계수

2차로 2m 19.0kN/m3 30° K0= 0.5 5.0×105kN/m2

※ 과거 검토사례(2007, 2009)와 동일한 조건 적용

□ 검토 결과

o 라이닝 두께가 축소될수록 경제성 불리 ⇒ 현 두께(500mm) 유지

o 고강도 재료 적용시 철근량 축소로 경제성 향상 ⇒ 강도 상향

- 조건변경에 따른 단위 공사비

라이닝 두께 축소시(Con'c 27MPa) 재료 강도 상향시(두께 500mm)

- 두께 유지, 고강도 재료 적용시 주철근 검토 [붙임#2]

구 분 아치부 측벽부 바닥부 피복

현 행

Fck = 24MPa

Fy = 300MPa

D22@125 D22@125 D16@125 80mm

검토1안

Fck = 27MPa

Fy = 500MPa

H16@125 H16@125 H13@125 50mm

검토2안

Fck = 27MPa

Fy = 400MPa

H19@125 H19@125 H16@125

50mm

※내화성능감

안

※ 수축․온도 철근 : (현행)D16@200 → (개선)H13@250

o 공사비 검토

구 분

현 행 검토1안 검토2안

fck=24MPa

fy=300MPa

fck=27MPa

fy=500MPa

fck=27MPa

fy=400MPa

철근량(ton/m) 2.034 1.252 1.531

단위공사비

(백만원/m)

4.4

(100%)

3.3

(74.3%)

3.7

(83.3%)

선정안 ◎

터널공 ❙ 391

터널공

5 검 토 결 론

□ 경제성, 내구성을 감안하여 개착터널 라이닝 재료강도 상향

o 콘크리트 24MPa→ 27MPa, 철근 300MPa→ 500MPa

□ 콘크리트구조기준(2012)를 반영하여 하중조합 변경

번호 하 중 조 합

1 U=1.2D+1.6L+1.6Hv+1.6Hh+1.2(T1+T2)

2 U=1.2D+1.6L+1.6Hv+1.6Hh+1.2(T1+T2+T3)

3 U=1.2D+1.6L+1.6Hv+0.8Hh+1.2(T1+T2)

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

5(변경) U=0.9D+0.9Hv+1.6Hh

6(추가) U=0.9D+0.9Hv+0.8Hh

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

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

 ※ 차로수 및 토피고 변경시 본 방침에 따라 별도 검토

6 적용방안 및 기대효과

□ 설계중인 노선 : 본 기준 적용

□ 공사중인 노선 : 공사주관(시행)부서에서 적용여부 판단

□ 기대효과

o 개착터널구간 터널공사비 절감 [붙임#3]

 ※ 0.42억원/개소 x 297개소(장래계획터널) = 125억원

o 재료 강도 증가로 구조물 내구성 향상

392 ❙ 터널공

[붙임#1]

라이닝 해석적용 하중조합

□ 콘크리트 구조기준(2012) 하중조합 적용

번호 하 중 조 합 비 고

1 U=1.2D+1.6L+1.6Hv+1.6Hh+1.2(T1+T2)

토피고 보정계수 

h≤2.0m

: =1.0

h＞2.0m

: =1.05-0.025h≥0.875

2 U=1.2D+1.6L+1.6Hv+1.6Hh+1.2(T1+T2+T3)

3 U=1.2D+1.6L+1.6Hv+0.8Hh+1.2(T1+T2)

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

5

(변경)

U=0.9D+0.9Hv+1.6Hh

6

(추가)

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)

* U : 소요강도, D : 고정하중, L : 활하중

Hv : 흙, 지하수 등의 자중에 의한 연직방향 하중,

Hh : 흙, 지하수 등의 횡압력에 의한 수평방향 하중 ,

T1 : 계절별온도하중(+15℃, -15℃)

T2 : 내외면온도차(+5℃, -5℃), T3 : 건조수축(-15℃)

* 개착터널 특성을 감안하여 활하중 값 생략 가능

터널공 ❙ 393

터널공

[붙임#2]

안정성 검토 결과

□ 하중조합에 의한 검토 결과

o 프로그램 해석결과

모멘트도 축력도 전단력도

o 위치별 최대 부재력 및 주철근 검토

구 분 아치부 측벽부 바닥부

모멘트 (kN·m) 418.8 418.8 34.8

축력 (kN) 974.7 1197.7 237.2

전단력 (kN) 232.1 228.6 63.8

주철근 H16@125 H16@125 H13@125

 ※ 철근 직경이 줄어 가공 유리(구부림 최소 내면반지름 축소)

o 사용성 검토(균열)

- 콘크리트구조기준(2012)에 따라 주철근 중심 간격으로 검토

구 분 기준간격 적용간격 적합여부

H16@125 174.9 125.0 OK

o 수축․온도철근 검토

- 콘크리트 전체 단면적에 대한 수축온도철근의 단면적 비 적용

구 분 Req As Use As 적합여부

H13@250 800 1,013 OK