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2011년도 설계실무자료집 - 터널공

8-10 터널구간 토질조사 개선방안 검토 설 계 처-3127

(2011. 12. 16)

I 검토배경

□ 터널구간은 물리탐사․시추조사 등의 토질조사를 통해 암반예측․

굴착타입 등 상세설계를 추진하나 공사중 설계변경이 많이 발생함

□ 토질조사 실태 및 설계변경 사례 분석 등을 통한 토질조사 강화

및 현실화 방안 등을 검토하여 설계내실화 도모

II 관련기준

□ 토질조사 기준

 

조사항목	조 사 빈 도	비고
시추조사	터널 입출구부 각각 2개소 본선부 300m마다 1개소	계획고하 2m까지 (필요시 심도 증감 가능)
탄성파 탐사	터널개소당 입출구부 필요한 연장	Cross Hole Test 병행
전기비저항탐사	터널 전연장	심도 250m 미만
전자탐사	터널 전연장	심도 250m 이상
화상정보시험	터널개소당 입출구부 각각 2개소	시․종점부 각각 2개소

 

 

□ 추진현황

o ‘09.6 : 터널부 토질조사 개선방안 검토(설계처-3330)

- 토질조사 체계 정립 : 물리탐사 先시행 후 시추조사 시행

- 전자탐사 도입(터널 계획심도 250m 이상인 대심도 구간) 등

o ‘11.3 : 설계용역 하도급 관리방안(설계처-701)

- 하도급률 82% 미만시 하도급계약 적정성 검토

o ‘11.6 : 터널 등 물리탐사 측정자료 관리 및 활용방안 검토(설계처-1338)

- 지반조사보고서 구체적 기술, 탐사자료 공사부서 인계 및 활용 방안 제시

o ‘11.6 : 토질조사 관리강화 방안(설계처-1528)

- 책임기술자 현장상주, 조사성과 전문가 검증, 조사비용 현실화 등

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2011년도 설계실무자료집 - 터널공

III 현 실태 및 문제점

□ 현 실태

o 설계발주시 지형적 여건 및 설계비 등을 감안 시추조사(공수) 반영

o 산림훼손, 민원, 장비진입 곤란 등으로 시추조사 불가한 경우 다수 발생

o 토질조사 수행․관리 체계 미흡(감독원, 설계사, 조사업체)

□ 문제점

o 설계변경(‘03~’10) 분석 결과, 터널부 지반조사 불충분 비율이 높음

- 터널 갱구부 등 보강 : 47건 407억원 증가

- 터널 굴착타입 정산 : 49건 115억원 증가

【‘03～’10 설계변경 현황】

현장여건/조사불충분

1,115억원 (59%)

기타/오류

89억원 (5%)

민 원

683억원 (36%)

〔전체 설계변경 현황〕

기타(교량, 절토부 등)

593억원 (53%)

터널보강(갱구부 등)

407억원 (37%)

굴착타입 변경

115억원 (10%)

〔현장여건/조사불충분〕

o 본선부 시추(보링)조사 기준의 현실성 부족

- 짧은 토질조사 기간내(실시설계 14개월 중 3개월 이내 완료) 인허가,

지주협의, 진입로 개설 등의 어려움으로 정상적 시추조사 곤란

- 대심도 구간 시추효과 미흡(일반적 양호한 암질 분포)

o 시추조사 공수와 설계변경(굴착타입 변경) 간의 상관관계 낮음

【현장조사 결과】: 붙임 #1

- 여주-양평(7개터널), 음성-충주(4개터널), 충주-제천(2개터널)

- 설계․시공 굴착타입 변경조사 결과, 전반적 지보패턴 상향 경향

- 시추조사 공수와 굴착타입 변경 간의 상관관계 정립 곤란

․물리탐사(전기비저항) 기술자의 탐사․해석, 상관 분석 능력 등 오차

․시공중 터널 지보패턴 암판정 시 보수적(안전적) 결정 경향

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2011년도 설계실무자료집 - 터널공

IV 개선방안

□ 터널 입출구부

 

조사항목	현 행	개 선
시추조사	- 입출구부 각각 2개소	- 좌 동
물리탐사	- 탄성파 탐사(해머)	- 탄성파탐사(다이나마이트)
선진수평보링	- 미반영	- 반영(시․종점부 각각 50m)
화상정보시험(BIPS)	- 시․종점부 각각 2개소	- 좌 동

 

 

o 현행 탄성파탐사시 해머에 의한 탄성파가 약하여 신뢰도 저하 문제 발생 ⟶ 발파(다이나마이트)에 의한 탄성파탐사 적용(격자형 실시)

o 터널 입출구부는 지형․지질변화가 심하고 설계변경이 많은 구간임

⟶ 선진수평보링 추가(시․종점부 각각 50m) 반영 신뢰도 향상

□ 본선부

 

조사항목	현 행	개 선
시추조사	- 300m마다 1개소	- 1km미만 1공, 1km이상 2공 - 저토피․암종변화 구간 반영
물리탐사	- 전기비저항탐사(심도250m이하) - 전자탐사(심도250m초과)	- 좌 동
선진수평보링(공사중)	- NATM 연장의 10% 반영	- 저토피 및 연약대구간 반영
TSP(공사중)	- 암반등급 Ⅳ이하 연약대 구간	- 좌 동

 

 

선진수평보링(공사중) - NATM 연장의 10% 반영 - 저토피 및 연약대구간 반영

TSP5)(공사중) - 암반등급 Ⅳ이하 연약대 구간 - 좌 동

o 산지부 시추조사의 현실적 여건 반영

⟶ 전기비저항 탐사결과와 상관분석이 가능한 수준의 시추조사 추진

단, 저토피구간 및 지질(암종) 변화 구간 시추조사 추가

o 공사 중 사전조사 시행 ⟶ TSP(터널내 탄성파반사법 탐사) : 현행 적용

⟶ 저토피 및 연약대구간 선진수평보링 반영

5) TSP(Tunnel Seismic Profiling, 터널 탄성파반사법 탐사)

터널 내부에서 탄성파를 발생시켜 약 100~400m 막장 전방의 불연속면에서 반사된 신호를 분

석하여 불연속면의 위치와 암질을 간접적으로 파악하는 탐사방법

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2011년도 설계실무자료집 - 터널공

□ 토질조사 관리시스템 강화

o 기 방침 수립된 ‘토질조사 관리강화 방안’․‘하도급 관리방안’․

‘탐사자료 관리 및 활용방안’ 등에 따른 관리 철저

⟶ 토질조사 측정․분석 실명제 및 사후관리 강화

⟶ RMR - 전기비저항 상관분석 신뢰도 향상

- 물리탐사 先시행 후, 그 결과에 따라 시추조사 시행

- 토질조사시 책임기술자 현장 상주

- 감독원 현장조사(최소 2회)

- 토질조사 체크리스트를 통한 관리

- 적정 수준의 하도급업체 선정 유도

- 지반조사보고서 상세기술(탐사기술자, 위치, 방법, 해석방법 등 제반사항)

- 물리탐사 자료 공사부서 인계 공사중 재해석 활용

- 조사성과 전문가(도로교통연구원) 검증 등

□ 기대효과

o 입출구부 조사기준 강화를 통한 설계내실화 및 설계변경 최소화

o 본선부 조사기준 현실화 및 시공중 사전조사 강화

o 조사업체 책임 및 정밀조사 유도로 조사결과 신뢰도 향상

V 적용방안

o 본 방침 이후 실시설계 발주 노선 : 개선방안 적용

o 설계중인 노선(함양~울산, 아산~천안)

: 토질조사비 범위내 개선방안 별도 검토 적용

붙임 : 1. 시추(보링) 공수와 굴착타입 변경사례 비교

2. RMR-전기비저항 상관분석 및 지질개요도 작성 예

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2011년도 설계실무자료집 - 터널공

붙 임 #1

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2011년도 설계실무자료집 - 터널공

RMR-전기비저항 상관분석 및 지질개요도 작성 예

□ RMR 평가기준

 

분 류 기 준				값 의 범 위
1	신 선 암 강 도		점하중강도지수 [MPa]	> 10	4 ~ 10	2 ~ 4	1 ~ 2	이 범위에서는 일축압축강도시험이 필요함
			일축압축강도 [MPa]	> 250	100 ~ 250	50 ~ 100	25 ~ 50	5~ 25	1~ 5	<1
	점 수			15	12	7	4	2	1	0
2	R Q D			90~100％	75~90％	50~75％	25~50％	< 25％
	점 수			20	17	13	8	3
3	절리면의 간격			> 2.0m	0.6~2.0m	0.2~0.6m	60~200mm	< 60mm
	점 수			20	15	10	8	5
4	절리면의 상태			매우 거칠다 불연속 이격없음, 신선	다소거칠다 이격<1mm 약간 풍화	다소거칠다 이격<1mm 심한풍화	매끄럽다 홈<5mm,두께이격1~5mm연속된 이격	연약함 홈>5mm 두께이격>5mm 연속된 이격
	점 수			30	25	20	10	0
5	지   하   수	터널길이 10m당 유 입 량		없 음	< 10.0 (liter/min)	10~25 (liter/min)	25~125 (liter/min)	>125 (liter/min)
		절리수압/ 최대주응력의 비		0	0.0 ~ 0.1	0.1 ~ 0.2	0.2 ~ 0.5	> 0.5
		일반적인 조건		완전건조	습기가 있음	젖어 있음	물방울이 떨어짐	물이 흐름
	점 수			15	10	7	4	0

 

 

* RMR 평가 예

 

 

 

 

공번

구분

분류 구간 (GL.-)

R M R 분 류

점수 보정

합계

RMR

암석 강도

RQD

절리 간격

절리상태

지하수 상태

연장성

틈새

거칠기

충진

풍화

m

MPa

%

㎝

m

mm

mm

TB-1

터널통과

3.1 ~ 11.1

41.1

0~39

6~10

10~20

1~5

약간 거침

<5

심한풍화

젖어 있음

유리

26~34

Ⅳ

5

3~8

5~8

1

1

3

2

1

7

-2

터널하부

11.1 ~ 14

41.1

25~55

8~13

3~20

1~5

약간 거침

<5

심한풍화

젖어 있음

유리

32~38

Ⅳ

5

6~11

8

1~2

1

3

2

1

7

-2

붙 임 #2

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2011년도 설계실무자료집 - 터널공

□ RMR-전기비저항 상관분석

RMR과 전기비저항 상관 그래프 RMR과 전기비저항 상관식

∙ Ln(비저항) =

0.0423(RMR)+5.005

(R2=0.845)

∙ 결정계수(R2) 0.845로

신뢰도 높음

< RMR과 전기비저항 상관관계 >

◦ 터널구간 암반분류

 

등 급	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ
RMR	> 80	60 ~ 80	40 ~ 60	20 ~ 40	< 20
전기비저항값	> 4,400	1,900 ~ 4,400	810 ~ 1,900	350 ~ 810	< 350

 

 

□ 지질개요도 작성 예