설계행정

터널공 ❙ 337

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

74

터 널 공

병렬터널 적정 이격거리 검토 설계처-2482

(2016.08.22)

1 검 토 목 적

노선 설계 시 민원 등의 제약조건으로 선형분리를 최소화해야 하는 사례가 많고,

터널 기술의 발전으로 터널간 근접시공이 가능함에 따라 병렬터널의 적정 이격거리를

검토하여 최적의 노선설계 및 적정 보강을 통해 터널 안전성을 향상시키고자 함

2 설 계 기 준

√ 이격거리 및 근접병렬터널 개념도

[이격거리(필러폭, 터널간 중심간격)]

보강 및 제어발파 등을 통해 무보강 최소

이격거리 보다 필러폭을 더욱 근접시킨 터널

[근접병렬터널]

□ 터널설계기준(국토부, 2007)

터널 단면의 크기, 굴착 대상지반의 공학적 특성, 발파진동영향, 터널

전․후 구간의 용지보상규모, 지장물 및 민원 물건 등을 감안하여 터

널 굴착공사로 인한 주변거동 및 발파진동이 인접터널에 나쁜 영향을 미

치지 않도록 상호 충분히 이격시켜야 한다. 터널간 이격거리를 줄여야 할

경우에는 안정성을 확보할 수 있도록 굴착방법, 굴착공법 및 보강방법

등 적절한 대책을 수립해야 한다.

□ 도로설계편람(국토부, 2011)

통상적인 암반지반에서는 중심간격을 2D~3D 이상으로 하는 것이 일반적

□ 병설터널 적정 이격거리 선정(설심이 13201-104, 2000.5.29)

터널 이격거리는 PW=1.5D를 기준으로 하며, 갱구부 지형조건과 터널의

구조적 안정성 및 경제성을 검토하여 적정 이격거리를 증감하여 적용

338 ❙ 터널공

3 현실태 및 문제점

□ 통상적으로, 암질의 상태에 따른 보정 없이 동일한 이격 기준 적용

o 기존방침(설심이 13201-104, 2000.5.29)은 지보패턴V를 기준으로 검토하였으나,

설계시 암질과 관계없이 필러폭 기준 1.5D 이상 적용중 ※ D : 터널폭원

- 필러폭 축소시 일부 노선별 산발적 검토로, 설계 연계성 미흡 [붙임#1]

□ 대단면 및 2-Arch터널의 단점으로, 근접병렬터널 적극 도입 필요

o 대단면터널은 적용연장에 제한이 있음

‣ 대단면터널 설계적용성 검토(설계처-1577, 2012.06.05)

- 암질이 양호하고, 환기․방재설비가 필요 없는 500m 미만의 터널로서,

- 선형설계상의제약조건, 용지․지장물저촉과다로보상비증가및민원발생우려시적용성검토

o 2-Arch 터널은 유지관리시 매우 불리

‣ 2-Arch터널 유지관리 대책(구조물처-2034,2013.09.02)

- 지속적 개선에도 불구하고 개선된 터널에서도 누수․결빙 발생

- 미관불량 및 교통사고 발생 우려됨에 따라 설계 및 건설시 2-Arch터널 반영 지양

o 근접병렬터널은 연장에 제한이 없고, 유지관리에 유리

기존 터널(2-arch) 근접병렬터널

-콘크리트 중앙벽체에

체수가발생하고, 이음부

균열 및 누수가 빈번

하게 발생

-구조물이 외기온도

에 직접영향을 받아

동결발생 우려

-터널 사이에 이음부가

없어 누수가 없음

-지열 및 절리에 따른

지하수의 지속적인

흐름으로, 동결발생

가능성이 낮음

□ 이격거리 축소를 위한 근접병렬터널 반영 기피

o 신기술, 특허 등 보강공법이 다양하고, 적정성 검증절차가 일반화되지

않아 대부분 대안․턴키 공구 또는 현장에서 설계변경하여 반영

구 분 금정터널 상동2터널 서종1터널 부동터널 번암1터널 삼방터널

노 선 부산외곽 부산외곽 화도양평 대구순환 담양성산 파주포천

내 용 대 안 대 안 턴 키 설계변경 대 안 실시설계

<고속도로 근접병렬터널 적용 현황>

설계행정

터널공 ❙ 339

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

4 이격거리 적정성 검토

검 토 방 향

√ 암질별 별도 보강 없이 이격 가능한 최소 거리 검토

√ 최소 이격거리보다 축소시 별도의 필러부 보강방안 검토

1. 암질별 별도 보강 없이 이격 가능한 최소 거리 검토

가. 이론적 검토

□ 검토 대표단면 선정

o 시설한계, 시공오차 등을 감안하여 단면 선정 [붙임#2]

구 분 선 정 결 과 비 고

단면도

편평율

: 0.560

굴착단면적

: 85.55m2

□ 이론식 검토

o 주요 이론식 비교 [붙임#3]

구분 Peck Matsuda 지류론

특징

‣필러부에 발생하는

응력과 일축압축 강도

의 비교를 통해 안정성

을 평가

‣암반 필러에 작용

하는 하중의 높이는

터널 전체 굴착폭

이내라고 가정

‣필라에서 응력전달은

교각사이의 물의 흐름과

매우 유사한 관계

로 판단하는 이론

‣필러부 응력이 터널

심도에 비례하여 증가

하므로, 대심도에서는

보정 필요

‣토피의 최대값을 터널

폭원으로 제한하여

대심도터널에서도

적용 가능

‣터널의 형상에 직접

적인 영향을 받아,

일반화가 어려움

(현재는 노선별로 터널

형상이 상이함)

⇨ 지류론은 일반화가 어려우므로, 본 검토시 제외

340 ❙ 터널공

o 검토조건

‣ 터널 토피고 : 2D (D:터널폭원)

- 토피고2D 이상일경우그랜드아치가형성되어안정하다고판단되므로, 2D 적용

(Peck의 경우, 암반에 작용하는 응력이 터널심도에 비례함에 따라 대심도터널에서

는 부적정하므로, 이를 보완하였음)

‣ 필러폭 : 1m ～ 1.5D 까지 변화

‣ 지반정수 : 최근 10년간 설계노선 중 가장 불리한 값 적용 [붙임#4]

‣ 지반등급 : V타입의 경우 기존 방침(설심이 13201-104, 2000.5.29)에서 기검토

하였고, 이후 많은 시공을 통해 안정성이 검증되었으므로 검토 제외

o 검토결과(이론식 적용에 따른 안전율)

[음영 : 안전율 미달]

구 분 1.5D 1.25D 1.0D 0.75D 0.5D 5m 4m 3m 2m 1m

Ⅰ

Peck 8.12 7.52 6.77 5.80 4.51 3.74 3.17 2.75 1.80 0.96

Matsuda 108.58 100.54 90.48 77.56 60.32 50.07 42.40 33.78 24.01 12.86

Ⅱ

Peck 4.33 4.01 3.61 3.09 2.41 2.00 1.69 1.47 0.96 0.51

Matsuda 28.40 26.30 23.67 20.29 15.78 13.10 11.09 8.84 6.28 3.36

Ⅲ

Peck 2.57 2.43 2.19 1.88 1.46 1.21 1.00 0.89 0.58 0.31

Matsuda 7.44 6.89 6.20 5.32 4.14 3.43 2.91 2.32 1.65 0.88

Ⅳ

Peck 1.13 1.11 1.00 0.86 0.67 0.55 0.44 0.41 0.27 0.14

Matsuda 1.92 1.78 1.60 1.37 1.07 0.89 0.75 0.60 0.42 0.23

□ 수치해석 검토

o 검토조건

- 필러부 이격거리를 1.0m~1.0D까지 변화시키며 검토 [붙임#5]

- 지반정수는 이론식 검토시와 동일한 값 적용

o 검토결과

구 분 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 비 고

최소

이격거리

1m 이하 1m 이하 2m 4m

□ 발파영향 검토 [붙임#6]

o 암질특성, 화약량 등을 고려하여 과업별 세부검토 필요

설계행정

터널공 ❙ 341

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

나. 기존 설계 사례 [붙임#7]

구분 터 널 명 필러폭

PW(m)

터널폭,

D(m) PW/D 보강공법 필러부

손상억제공법

고속

도로

상동2터널

(암반등급Ⅲ~Ⅴ) 10.0 12.68 0.79 강관다단그라우팅

Smooth Blasting

+ Line Drilling

금정터널

(암반등급Ⅳ)

4.4

~8

13.19 0.33

Tie Bolt +

강관다단그라우팅

Smooth Blasting

+ Line Drilling

부동터널

(암반등급Ⅱ~Ⅳ)

4.2

~6.0

11.19

0.38

~0.54

철근숏크리트

+Tie Bolt

Line Drilling

+ 진동제어발파

서종1터널

(암반등급Ⅱ~Ⅳ)

0~3

13.13

0

~0.23

고강도숏크리트

+보강콘크리트

+고성능지보재

무진동암파쇄

+ Line Drilling

+ 굴진장 축소

3~7

0.23

~0.53

고강도숏크리트

+고강도지보재

+Tie Bolt

Line Drilling

+ 굴진장 축소

기타

중죽도터널

(암반등급Ⅲ~Ⅴ)

3.9

~10.4

13.22

0.27

~0.72

Pre-tension R/B

+ 강판

분할발파+

유압식암파쇄

송죽․대방터널

(암반등급Ⅰ~Ⅴ)

3미만

10.37

0.29

Tie Bolt +

철근숏크리트

Line Drilling +

부분장비굴착

3~5

0.29

~0.48

Tie Bolt

Line Drilling +

일반발파

국외

Itaozu 터널

(사암,역암,셰일 등)

1 9.5 0.11

중앙벽체+지보재+

중앙라이닝두께증가

기계굴착

+숏벤치

오야마다이리 터널

(자갈질 포함된 사질토)

5.5 11.5 0.48

숏크리트 두께

증가+PC R/B

분할굴착

⇨ 보강을 실시한 필러폭은 0～0.8D로 분포하고, 보강 및 필러부 손상억제공법을 병행

다. 검토결론

□ 암질별 무보강 최소이격거리

구 분 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 비 고

최소

이격거리

2m 3m 4m 1.0D 1.5D

기본(실시)설계시

실시한 지반조사

결과 활용

o Ⅰ∼Ⅲ타입은 수치해석 등을 통해 별도의 보강방안 필요여부 검토

o 전타입에 대해 발파 영향 검토를 병행하여 최종 이격거리 산정

342 ❙ 터널공

2. 최소이격거리보다 축소시 별도의 필러부 보강방법 검토

『안전성 확보를 위한 다양한 공법 비교검토 후 특정공법 심의를 통해 확정』

□ 근접시공에 따른 필러부 안전성 확보

o 보강공법 적정성 검증시 세부 검토내용

[근접 병렬터널 적용성 검토 실용화 소과제 연구용역(기술심사처,2015) 결과]

‣ 시공중 필연적으로 발생하는 필러부 교란 정도

‣ 발파 진동 영향이 지보재와 필러부에 미치는 영향 최소화 방안

‣ 필러부의 장기 안전성 확보 방안

‣ 필러부 암반내 불연속면 영향 및 대응 방안

‣ 보강방법에 따른 안정성 평가 방법 및 설계 기준

‣ 기타 시공 시 예상되는 문제점

ex) 작은 필라폭과 외기온도에 의한 동결 및 누수 영향

o 필러부 보강 사례(예)

구분 보강 사례

개

념

도

강관+강연선, 강관+스티프너

설계행정

터널공 ❙ 343

교통 및

기하구조

토 공

배수공

구조물공

포장공

터널공

부대공

기 타

5 적용방안 및 기대효과

□ 적용방안

o 설계 중 및 향후 설계 노선 : 본 기준 적용

o 시공중인 노선 : 공사주관(시행)부서 판단 후 적용

□ 기대효과

o (기하구조) 인접 구조물과의 연계성, 지형 여건상 병렬터널의 충분한

이격이 불가능할 경우, 필러폭 최소화를 통한 합리적인

선형 설계

o (민원, 지장물) 용지편입 최소화로 원활한 시공 및 유지관리 유도

o (경제성) 대단면터널, 2-Arch터널 대비 공사비 40~50% 절감 [붙임#8]

o (안정성) 근접병렬터널 보강 적정성 검증으로 터널 안전성 향상