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

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11.1 설계 일반

이 내용은 터널의 단면 확폭부 및 분기부 설계에 적용한다.

분기부와 확폭부는 터널 일반도에 비하여 단면이 크고 복잡하며 특수한 형상이 되기 때문에,

그 기능과 목적, 지반조건을 감안하여서 터널과 주변지반의 안정을 충분히 확보하도록 설계

해야 한다.

분기부와 확폭부는 당초 계획에 있어서 지반의 조건이 가장 양호하다고 예측되는 위치에 설

치하는 것을 원칙으로 한다. 또, 지반의 상황에 따라서는 위치의 변경이 가능하도록 계획하는

것이 바람직하다. 그러나 위치 변경에는 여러 가지 어려운 조건이 따르므로 지반에 맞춘 시

공상의 대응이 필요해지는 경우가 많다.

분기부와 확폭부에 있어서는 터널과 주변지반이 역학적으로 충분히 안정하고 그 시공이 가장

경제적이 되도록 분기부와 확폭부의 형상, 시공방법, 시공순서, 지보재, 콘크리트 라이닝, 보

강공법 등을 검토해야 한다.

특히, 지반조건이 불량한 경우와 분기부와 확폭부의 형상이 특수한 경우에는 지반의 조사를

상세히 실시하고, 터널의 안정성에 관하여 충분한 검토를 실시할 필요가 있다. 일반적으로

이러한 경우에는 적절한 보강공법을 필요로 하는 경우가 많다.

분기부와 확폭부를 가진 터널의 대표적인 예는 다음과 같다.

(1) 분기분의 대표적인 예

∙ 도로터널의 집진기실과 환기갱 설치부

∙ 도로터널의 분기 및 합류점

∙ 수직구와 환기갱 접속부

∙ 피난연락갱과 비상주차대(혹은 본선) 터널

11. 단면 확폭부 및 분기부

제4권 터널

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∙ 기타 터널 간 연결터널

(2) 확폭부의 대표적인 예

∙ 도로터널의 비상주차대

∙ 2-아치, 3-아치 터널

11.2 분기부, 확폭부의 설계

분기부와 확폭부의 설계에 있어서는 목적 · 형상 · 지반조건 · 시공법 · 시공기간 등에 유의하

고, 시공 시 및 완성 후의 모든 단면이 안정해지도록 시공방법 · 지보재 · 콘크리트 라이닝 ·

보강공법 등을 검토해야 한다.

분기부와 확폭부는 시공과정에서 단면의 형상이 변화하고, 불안정한 구조가 되기 쉽다. 설계

에 있어서는 변화하는 어느 단면에 있어서도 터널과 주변지반이 안정한 것을 확인해야 한다.

분 기 터 널 확 폭 터 널

(a) 양측 분기 (b) 편측 분기 (c) 우회 분기 (a) 양측 확폭 (b) 편측 확폭

<그림 11.1> 분기 · 확폭 터널 차이

분기부와 확폭부에는 그림 11.1과 같은 종류가 있다. 분기부 터널(a), (b)에서는 단면의 폭이

점차 확대되고 편평해진다. 그 결과, 터널과 주변지반이 불안정해지기 쉬우므로 적절한 보강

공법이 필요하다. 또 분기 후의 2개의 터널에 끼워진 필러 일부는 터널의 굴착에 따라 응력이

가장 집중되는 장소이다. 분기 후의 터널은 지반조건에 따라 1D ~ 4D(D는 터널 폭)의 이격

거리까지 상호 간에 영향을 미치고, 필러 일부의 안정을 꾀하기 위한 보강이 필요하다. 보강

공법으로는 록볼트, 숏크리트 증타, 치환(콘크리트) 등이 있다. 분기 터널(C)는 집진기실과

제9-1편 터널 본체

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환기갱의 설치부와 연락갱 등으로 계획되지만 본선터널이 통과하고 막장이 충분히 진행할 시

점에서 굴착된 경우가 많다. 이 경우 안정화한 지반은 분기터널의 굴착으로 다시 이완하게

된다.

이러한 분기 터널의 설계에서는 지반의 안정성은 분기각도가 가능한 한 직각에 가까운 것이

바람직하고, 이 경우에도 분기터널 설치부, 본선 터널 측벽부, 본선 터널 인버트부의 적절한

보강이 필요하다. 보강범위는 터널형상, 지반조건, 보강공법 등에 따라 다르지만 본선 터널의

축방향으로 전후 1D ~ 2D 정도로 하는 경우가 많다.

집진기실과 환기갱의 설계에서는 공기 역학상 기류의 흐름도를 고려해서 분기의 형상이 정하

여진다. 확폭 터널 (a)는 양측 비상주차대 시공 등으로 이용된다. 지반이 양호한 경우에는

전단면으로 확폭을 하는 것도 가능하지만, 일반적으로 단면이 크기 때문에 중앙과 측벽부를

3부분의 터널로써 굴착하고, 최후에 격벽을 철거하는 방법이 자주 이용된다. 확폭 터널(b)는

비상주차대 등으로 계획되지만 확폭 범위가 그다지 크지 않으므로 지보패턴의 변경으로 대

처하는 경우가 많다.

분기부와 확폭부의 설계에는 아래의 방법이 유효하다.

(1) 유사 조건에서 기 시공된 사례를 이용한 설계

분기부와 확폭부에 관한 기존 설계 · 시공사례를 상세히 조사한다. 단면형상, 지반조건, 시공

법, 보조공법, 보강영역 등 설계 제원의 조사는 물론 시공 시와 완공 후 터널의 거동을 충분

히 조사하고, 설계와 거동을 관련지어 평가할 필요가 있다.

(가) 지반의 안정성을 확보하기 위하여 가능한 원지반 조건이 양호한 장소에 선택하며 본선터

널의 영향을 고려하여 과도한 이완하중이 작용하지 않도록 록볼트와 숏크리트를 이용하

여 적절히 지보한다.

(나) 교차부의 보강 범위 및 대책은 아래사항을 참조하여 설계하나 소성이 발생하기 쉬운 지

반에서는 과거 유사시공 사례를 참조한다.

∙ 교차부에서 원지반의 집중상태는 일반구간에 비하여 교차각이 90ﾟ인 경우 약 1.6배,

60ﾟ인 경우 약 2배, 30ﾟ인 경우 약 2.7배가 되어 교차각이 작을수록 커진다.

∙ 원지반의 증가범위는 60ﾟ일 때는 약 2배, 30ﾟ일 경우는 약 4배 정도 증가하는 것으로

알려져 있다.

제4권 터널

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교차각 90ﾟ교차각 60ﾟ교차각 30ﾟ

<그림 11.2> 교차부 보강 범위의 예

(다) 교차부의 콘크리트 라이닝 응력

∙ 교차부의 콘크리트 라이닝에 작용하는 이완하중은 본선부에 비해 최대 2배 정도 크게

작용한다.

∙ 교차부의 콘크리트 라이닝은 기하 형상의 아치 구조가 파괴되어 축력 부재로 작용하지

않고 휨부재로 작용하기도 한다.

∙ 아치 형상이 깨어지면서 절단된 부분의 하중이 인접부의 콘크리트 라이닝에 축력으로

작용하여 축력이 증가하는데 최대 약 2.5배까지 증가하며, 영향범위는 터널의 지름 정

도이다.

(2) 수치해석 방법에 의한 설계

단면 형상과 지반조건이 특수하고 기존 사례를 참고로 하는 설계에서는 검토가 불충분하다고

생각되는 경우에는 수치해석이 유용하다.

분기부와 확폭부의 형상과 구조는 복잡하고 지반 아치도 일반부와 다르므로 지반을 포함한

유한요소법 등의 연속체 해석 수법이 추천된다. 분기부가 부득이하게 지반조건이 불량한 위

치에 계획된 경우와 분기부의 형상이 특수한 경우에는 별도의 상세한 지반 조사를 시행해야

하며, 필요에 따라 3차원 해석을 실시하여 보강영역을 산정하고 안정성을 확보하도록 해야

한다.

분기부와 확폭부의 굴착을 위한 보강공법에는 터널굴착에 일반적으로 사용되는 보조공법이

이용되는 경우가 많다. 즉, 록볼트의 본수와 길이의 증가, 숏크리트의 증가, 강지보재의 크기

변경 등의 강성강화가 주로 이용되고, 지반에 따라서는 약액주입공법, 동결공법 등이 필요에

맞게 이용된다.

분기부와 확폭부의 보강방법과 보강영역의 크기 등은 전술한 설계에 의하여 결정되지만, 수

치해석결과를 참고로 하는 경우는 입력 파라메타가 불명확한 보조공법이 많아 여러 가지 검

토결과를 종합적으로 판단할 필요가 있다.

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(3) 접속터널의 시공방법

분기부와 확폭부의 설계에 있어서는 분기부와 확폭부의 시공이 본선터널과 동시 시공 또는

본선터널 완성 후의 시공 등의 순서에도 유의할 필요가 있다. 분기부와 확폭부의 시공이 본

선터널 완성 후에 실시되는 경우, 본선터널은 이미 콘크리트 라이닝으로 강한 구조물이 되므

로 분기부와 확폭부의 굴착에 따른 해방응력은 콘크리트 라이닝에 직접 작용한다.

따라서 교차부 터널 공사의 시공순서를 어떻게 정하는가의 원지반의 특성을 고려하여 신중히

선정해야 한다.

단면 확폭이 크지 않는 비상주차대 등 경우의 시공순서 사례를 보면, 굴착진행방향으로 확폭

단면 구간에서 점증적으로 확대 굴착하는 방법[그림 11.3 (a)], 본선 터널단면 선굴착후 확폭

부를 2차적으로 횡방향으로 굴착하는 방법]그림 11.3 (b)], 점증적 확대 후 횡방향 굴착 또는

역방향 굴착을 병행하는 방법[그림 11.3 (c)]이 있다.

(a) 종방향 점증 확대 굴착

(b) 본선 굴착 후 측벽부 횡방향 확대 굴착

(C) 종방향+횡방향 혼합형

<그림 11.3> 접속부 시공 순서(예시)

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(4) 보강대책

숏크리트와 콘크리트 라이닝의 파손 등을 방지하기 위하여 본선 구간의 거동 파악이 필수적

이며 기본적으로 다음 방법에 따른다.

(가) 지반의 일체화를 위하여 록볼트와 숏크리트로 보강하는 것이 효과적이며, 기타의 유효한

방법을 적용할 수 있으나 이완하중의 크기나 응력집중 상태를 고려하여 지보량을 결정

한다.

(나) 교차부의 라이닝은 아치형상이 파괴되어 모멘트가 국부적으로 커지는 경우가 있으므로

강섬유 또는 철근으로 보강하는 것이 바람직하다.

(다) 보강범위는 2차로 터널 본선은 피난연결통로 접속부 중심에서 양쪽으로 10 m씩, 3 ·

4차로 터널 본선의 경우 비상주차대 전체 구간, 피난연락갱 구간은 본선 접속단부에서

각각 6 m 구간으로 한다.

(라) 비상주차대(본선)-피난연결통로 접속부 보강범위를 피난연결통로(차량용, 대인용) 용도

및 규격, 접속부의 암질상태 등을 고려하여 지보보강범위와 라이닝 철근보강범위로 이

원화하여 적용하도록 하였다. 비상주차대(본선) 및 피난연결통로 설치지점의 지반상태별

3차원 구조해석 결과에 따라 보강범위를 조정할 수 있다.

<표 11.1> 본선 및 피난연락갱 접속부 지보보강범위

구 분 2차로 터널 3 · 4차로 터널

본선 구간 피난연결통로 접속부 중심에서 양쪽으로 10 m씩 비상주차대 전단면

피난연결통

로 구간

∙ 대인용 : 본선 접속단부에서 4 m씩 ∙ 차량용 : 본선 접속단부에서 6 m씩

※ 지반상태별 3차원 구조해석결과에 따라 보강범위 조정 가능

<그림 11.4> 본선 및 피난연락갱 접속부 지보보강범위

제9-1편 터널 본체

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<표 11.2> 본선 및 피난연락갱 접속부 철근 보강범위

구 분 라이닝 보강범위

본선 라이닝 보강범위

(거푸집규격고려)

∙ 대인용 : 접속부 9 m 구간

∙ 차량용 : 접속부 18 m 구간

피난연결통로 접속부 및

본선부(횡방향)

∙ RP - 1(암질 좋음) : 접속부만 철근보강(철근길이 고려 H=8.0 m만 보강)

∙ RP - 2, 3(암질불량) : 아칭 형성을 위해 본선부까지 철근 보강

<그림 11.5> 본선 및 피난연락갱 접속부 철근보강범위

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12.5 흡음 내장

흡음 내장을 설치할 때는 갱구의 소음을 충분히 줄일 수 있도록 내장 재료와 구조를 선정해야 한다.

터널이 위치하는 지역에 따라서 소음 감소 대책의 일환으로 터널 출입구 부분의 흡음 내장이

필요할 때가 있다. 그러나 갱구 부근의 소음 대책은 터널 안의 흡음 내장뿐만 아니라 갱구

부근의 흡음벽을 기타의 대책 공법과 아울러 종합적으로 하는 것이 바람직하다.

또한 흡음 내장의 경우에도 그 재료의 내화성 · 내구성에 대해서는 일반 내장에 준하는 것이

어야 하며, 이 외에 조명 효과가 양호하고 청소하기 쉬운 재료를 사용한다.