2011년도 설계실무자료집 - 터널공

595

8-9 시공 및 유지관리 효율성 향상을 위한 터널내 배수체계 개선방안 설 계 처-2912

(2011. 11. 30)

I 검토목적

터널내 복잡한 배수체계를 단순화하여 시공 및 유지관리 효

율성을 증진하고 경제적인 설계추진 도모

II 현행 배수체계

□ 고속도로 터널 배수체계

자연환기 기계환기

※ 배수흐름도

터널배면 침투수 터널하부 침투수 터널내 세정오수 터널외부 유입수

측방 배수관 공동구 유입

횡배수관

스파이럴씸덕트 유공관 노면배수구(Ditch)

지하수 처리 세척수 처리

□ 설계기준

 

▣터널표준시방서 ▣터널설계기준 ▣도로설계요령 ▣도로설계편람 등

⇒

ㅇ 주배수관(스파이럴씸덕트) : 200이상 ㅇ 측방배수관 : 100mm이상 ㅇ 횡배수관(간격10m) : 100mm이상 ㅇ 유공관 : 150 ~ 200mm ㅇ 집수정 : 간격 50m 이하

 

 

596

□ 해외사례

Gotthard Tunnel 일본도로터널 Black Hill 터널

∙이탈리아 N2고속도로

∙측벽배수 →

터널하부 배수관

∙2차로 도로터널 단면

∙측벽하부집수재 →

하부중앙배수

∙홍콩구룡의 철도터널

∙측벽배수 →

터널하부 바닥배수판

III 배수체계 문제점

□ 공동구부 배수콘크리트 시공성 측면

o 시공계획(설계기준)

자연환기 기계환기

1

2

3

4

5

1

2

3

4 5

① 버림․배수콘트리트 하부 타설(인력)

② 종․횡 배수관설치

③④⑤ 배수․라이닝하부․

공동구 벽체 타설(기계)

① 버림․배수콘트리트 하부타설(인력)

② 종․횡 배수관설치

③ 배수콘크리트 타설(인력)

④ 라이닝하부 타설(인력)

⑤ 공동구 벽체 타설(기계)

* 포장층 하부 맹암거 유공관은 별도 시공

2011년도 설계실무자료집 - 터널공

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【기계환기 시공 순서】

①버림 ․배수콘크리트 하부 타설 ② 종․횡배수관 설치

③ 배수콘크리트 타설 ④ 라이닝하부

콘크리트 타설

⑤ 공동구 벽체

콘크리트 타설

☞ 배수콘크리트내 종․횡배수관 설치 및 인력타설 등 공정 복잡

□ 유지관리성 측면

o 맹암거 유공관이 포장층 하부에 위치하여 유지관리 곤란

o 집수정(간격 50m) 연결 횡배수관 T자형 연결관 적용

- 측방배수관 유지관리 측면 불리

o 내장재 세척수 등은 디치(Ditch) 및 집수처리시설을 통해 정화후 방류

- 개방형 집수정 덮개 적용, 세척수․노면오물 등 집수정 유입 문제

시공 ․ 유지관리 효율성 향상을 위한 배수체계 개선

2011년도 설계실무자료집 - 터널공

598

IV 개선방안

□ 그간의 추진 현황

 

 

 

배수체계 개선안 마련

⇒

현장 감리, 시공자 설문

⇒

외부전문가 자문(설계처)

⇒

설계심의 (설계심사처)

o 2010. 5~9 : 배수체계 개선안(4개안) 검토

o 2010.10~11 : 개선방안 현장의견 설문조사

- 12개 터널현장, 총 77명(감리원 26명, 시공사 51명)

o 2011. 3 : 외부 터널전문가(5명) 자문 및 보완

o 2011. 10 : 설계심의(설계심사처 : 심의위원 6명) 및 보완

□ 배수시스템 개선방안

o 종배수관(스파이럴씸덕트) 삭제, 맹암거 유공관 통합 배수

o 배수체계 단순화 및 시공성 개선

구분 현 행 개 선

자연환기

기계환기

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2011년도 설계실무자료집 - 터널공

□ 개선 배수체계 시공순서

o 자연환기

① 버림 콘크리트 타설 ② 통합 유공관 및

횡배수관 등 설치

③ 배수콘크리트 타설

(기계)

④ 라이닝콘크리트

타설

⑤ 포장 콘크리트

타설

o 기계환기

① 버림 콘크리트 타설 ② 통합 유공관 및

횡배수관 등 설치

③ 배수콘크리트 타설

(1차, 기계)

④ 공동구 벽체 타설

(2차, 기계)

⑤ 라이닝콘크리트

타설

⑥ 포장 콘크리트

타설

600

2011년도 설계실무자료집 - 터널공

□ 유지관리 등을 위한 개선

o 집수정(간격 50m) 연결 측방 횡배수관 형식 개선 : T형 → Y형

- 측방배수관 막힘 등 유지관리 필요시 청소장비 등 사용성 용이

현 행 개 선

400(500)X640

공 동 구

유지관리 집수정

측벽배수관(Ø100)

(Ø100)

T형 이음관

아연도유공관(Ø200)

스파이럴씸닥트(Ø300)

C.T.C 50m

o 집수정 덮개 개선 : 개방형 → 밀폐형

- 내장재 세척수 및 노면오물 집수정 유입 방지

- 터널 입출구부 집수정 결빙 예방 효과

현 행 개 선

□ 설계․시공시 유의사항

o 설계시 연장․용수량 등을 감안한 유공관 관경 검토

o 통합 유공관 Ditch 굴착시 여굴제어 등 정밀시공

o 통합 유공관(SB-1) 설치부 지지력 확보를 위한 다짐 철저

o 토사구간(인버트 설치구간 등) 배수시스템 별도 검토 등

601

2011년도 설계실무자료집 - 터널공

□ 기대효과

o 배수콘크리트 시공단계 축소 및 기계화 시공 등으로 시공성 개선

o 맹암거 유공관 등 유지관리성 향상

o 내장재 세척수․노면수를 완전 집수처리 가능, 환경성 향상

o m당/개소 22,758원 절감 경제성 향상

- 1km 양방향 터널 적용시, 약 91백만원 절감 예상

V 적용방안

□ 시험시공 추진

o 개선된 배수체계 현장 적용성 확인을 위한 시험시공(2012년)

- 상주안동건설사업단 제9공구 길안1터널(상주방향 379m, 영덕방향 424m)

- (사업단 협조) 현장 적용성 확인 시험시공이 조기에 완료 가능토록

터널 공정관리 및 시험시공 관리․분석 협조

□ 시행방안

o 배수체계 개선 : 시험시공 후 세부 시행방안 수립

o 집수정 연결 횡배수관 형식(T형⟶Y형) 및 집수정 덮개(개방형⟶밀폐형) 개선

☞ 시공 중 노선 : 사업시행부서 검토 적용, 설계 중 노선 : 적용

붙임 : 1. 터널 배수체계 개선에 따른 유공관 관경 검토

2. 배수콘트리트 하부 유공관 설치 부등침하 및 지지력 검토

3. 개선안 선정을 위한 현장 기술자(감리․시공사) 설문결과

4. 외부전문가 자문․설계심의 및 조치현황

5. 경제성 검토

6. 관련도면

602

2011년도 설계실무자료집 - 터널공

터널 배수체계 개선에 따른 유공관 관경 검토

종방향 배수관(스파이럴씸덕트)을 삭제할 경우 모든 유입수가 통합

유공관에서 집수되므로 통합 유공관의 처리 용수량 검토 필요

□ 통합 유공관 규격 검토 조건

∙ 터널내 처리용수량

   min 

∙ 종단경사: 0.3%～2.0%

Qd  A∙ n ∙ R ∙ I∙ 

여기서, A=배수로 단면적, D=관지름

I=동수경사, R = 동수반경

V=관내유속, n = 조도계수

□ 통합 유공관 규격 검토 결과

구 분 유공관 규격

터널연장

1km 미만

종단경사

1.0% 미만 250mm

종단경사

1.0% 이상 200mm

터널연장

1km 이상

-

별도

검토

□ 현행 및 개선안의 배수관 규격 비교(터널 연장 1km, 종단경사 0.3%일 경우)

 

구 분	배수체계(현재)		배수체계(개선안)
	스파이럴씸	유공관	통합 유공관
관 경	300 mm	200 mm	300 mm
총용수량( )	1.050 m3/min	0.450 m3/min	1.500 m3/min
처리가능용량( )	3.106 m3/min	1.054 m3/min	3.106 m3/min
비 율	33%	43%	49%

 

 

☞ 통합 유공관 관경은 터널연장 등에 따른 수리검토 후 결정

붙 임 #1

603

2011년도 설계실무자료집 - 터널공

배수콘크리트 하부 유공관 설치부 부등침하 검토

□ 검토개요

유공관 잡석채움이 배수 콘크리트 하부에 위치함에 따른 부등침하 검토

□ 검토방법

o 배수콘크리트에 작용하는 하중

- (공용중) 본선 라이닝 철근보강 구간에서 배수콘크리트에 전달되는 축력값 적용

- (시공중) 라이닝콘크리트 자중 + 배수콘크리트 자중

o 자연환기 및 기계환기 터널 단면별 배수콘크리트에 작용하는 하중 위

치가 상이하므로 각각 검토 수행

o 터널 단면별 암반구간 및 잡석구간을 분리하여 지반반력값을 산정하고

연직방향 탄성변위량을 검토 후 허용 각변위 검토

□ 검토결과

CASE 1(자연환기 터널) CASE 2(기계환기 터널) CASE 3(시공시)

암반구간 잡석구간

(B1=1.0m) (B2=0.6m)

V

CL

B=1.6m

e=0.2m

V=2,513kN

q(max)

q(min)

암반구간 잡석구간

(B1=1.4m) (B2=0.6m)

V=2,513kN

V

CL

B=2.0m

e=0.6m

x

암반구간 잡석구간

(B1=1.0m) (B2=0.6m)

P1

CL

B=1.6m

374kN

q(max)

q(min)

P2

P

L1 L L2

193kN

▣ 허용 부등침하 검토(구조물기초 설계기준, 2009)

: △S/L〈 1/500 ⇒ OK (△S : 탄성변위량, L : 밑변길이, 1/500 : 구조물균열 미발생 한계)

붙 임 #2

604

2011년도 설계실무자료집 - 터널공

배수콘크리트 하부 지지력 검토

□ 검토개요

배수 콘크리트 하부지반의 연직 및 수평 지지력 검토

□ 검토방법

o 배수콘크리트 하부에 작용하는 하중

- 라이닝 콘크리트 시공시 하중(포장 콘크리트 타설전)

o 배수콘크리트 하부 지반을 암반등급Ⅴ로 가정하고 배수콘크리트 바닥

면에서의 연직 및 수평하중과 지지지반의 허용지지력을 비교 검토

□ 검토결과

o 작용하중

 

∘ P= {라이닝콘크리트 자중(8.712m2/m × 25kN/m3) + 배수콘크리트 자중(1.963m2/m ×25kN/m3)} × 1.4 = 374 kN ∘ Pv=361 kN / Ph=97 kN

 

 

o 연직 지지력 검토

 

위 치	연직 지지력		허용 지지력	설계하중	판정
	Terzaghi	수정 Meyerhof
배수콘크리트 하부	857kN/m2	950kN/m2	857kN/m2	361kN/m2	O.K

 

 

o 수평 지지력 검토

 

위 치	수평 지지력		설계하중	안전율	판정
	연직하중	전단 저항력
배수콘크리트 하부	361kN	217kN	97kN	2.23	O.K(＞1.5)

 

 

※ 배수콘크리트 하부 지반이 토사 구간일 경우 추가 검토를 통해 안정성을 확인하여야 함.

605

2011년도 설계실무자료집 - 터널공

개선안 선정을 위한 현장 기술자(감리․시공사) 설문결과

□ 설문개요

o 개선방안 : 4개안 마련 설문실시

o 설문기간 : 2010. 10 ~ 11

o 대 상 : 12개 터널현장, 총 77명(감리원 26명, 시공사 51명)

o 질 문 : 시공성 및 유지관리성, 개선의견 등 설문

□ 설문결과

가장 합리적인 개선안 유지관리 측면에서 가장 우수한 개선안

☞ 가장 합리적이고 시공성 및 유지관리 측면에서 우수 : 1안 (48%)

시공성 측면에서 가장 불량한 개선안 유지관리 측면에서 가장 불량한 개선안

☞ 시공성 및 유지관리 측면에서 가장 불량 : 3안 (60%~66%)

☞ 개선안중 시공성, 유지관리성 등의 측면에서 우수한 개선1안 선정

붙 임 #3

606

2011년도 설계실무자료집 - 터널공

607

2011년도 설계실무자료집 - 터널공

경제성 검토

(자연환기 터널 추월차로 1m기준, 2010년 상주영덕 단가 적용)

 

공 종		기존안 (원)	개 선 안(원)				비고
			1안	2안	3안	4안
굴착 및 버력처리		73,988	72,419	72,443	71,998	72,419
숏크리트		44,566	41,910	41,910	41,910	41,910
라이닝 콘크리트		5,755	5,755	5,755	5,755	5,755
배수콘크리트	인력타설	10,871	1,236	1,223	1,989	1,236
	기계타설	14,375	15,842	14,936	15,842	15,842
콘크리트 생산 및 운반		74,813	71,943	59,756	74,577	71,943
콘크리트 포장		19,959	19,959	28,740	19,959	19,959
시멘트안정처리 필터층		7,601	7,601	10,946	7,601	7,601
유공관	D150	22,868	-	-	-	-
	D300	-	37,018	37,018	37,018	37,018
스파이럴씸덕트관		15,513	-	-	-	-
측방배수관		5,510	5,510	5,510	5,510	-
횡배수관(PVC Pipe)		872	926	906	1,380	-
집수정 뚜껑		1,960	2,276	2,276	2,276	2,276
바닥배수판		-	-	-	-	9,080
합 계		298,651	282,395 (▼16,256)	281,419 (▼17,232)	285,816 (▼12,835)	285,038 (▼13,613)	직공비

 

 

☞ 검토 1안 : 91백만원(km, 양방향) 절감 (기존안 대비 5.4% 절감)

* 16,256원×1000m×4(양방향, 주․추월선)×1.4(제잡비율)=91백만원

붙 임 #5