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터 널 공 터널 라이닝 장기내구성 향상방안 설계처-2928

(2017.08.22)

1 검 토 목 적

라이닝 거푸집 및 배면 공동 채움의 개선을 통해, 터널 라이닝 콘크리

트의 내구성 및 장기안전성의 향상을 유도하고자 함

√ 콘크리트 라이닝의 기능(국가건설기준 KDS 27 40 05 : 2016)

- 내구연한동안 구조체로서의 역학적 기능

☞ 공용 후 외력의 변화와 지반, 지보재료의 열화에 대한 구조물로서의

내구성을 유지해야 함

- 터널 내장재로서 미관유지 기능

- 터널 내부 시설물 보호 및 보존 기능

- 점검 및 보수 관리 기능

※ 라이닝은 숏크리트 및 록볼트 등의 기능이 저하될 경우 발생하는 지반의 이완하중에

저항하므로, 현재는 안전하더라도 향후 이완하중이 작용할 경우 문제가 발생할 수 있음

2 관 련 기 준

□ 국가건설기준 설계기준(현장타설 라이닝, KDS 27 40 05 : 2016)

o 거푸집 계획시 타설된 콘크리트의 압력에 견딜 수 있도록 설계해야 함

o 콘크리트 라이닝의 천장부 채움설계시 주입재의 재료, 배합, 주입구의

구조 및 배열 등을 계획하여야 함

□ 국가건설기준 표준시방서(현장타설 라이닝, KCS 27 40 05 : 2016)

o 콘크리트라이닝 배면에 공동이 발생되지 않도록 하여야 하며,

공동이 발생된 경우에는 채움주입을 실시하여야 함

ㅇ

□ 설계표준단가집(수량산출기준, 한국도로공사, 2015)

o 배면그라우팅은 천단부에 수직높이 5cm 정도에

해당하는 수량 반영 ※ 약 0.05～0.06m3/m 반영

□ 국도건설공사설계실무요령(수량산출요령, 국토부, 2013)

o 배면그라우팅은 1m당 0.1m3 반영

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<천단부 공동 개념도>

3 현실태 및 문제점

□ [라이닝 시공] 타설 연장*별로 타설구 간격**이 상이함

* 곡선반경 1,500m 이상시 라이닝 타설 표준연장 확대(9→12m)[기술심사처-1693호, 2012]

** 타설구 간격 : 3m (타설 연장 9m), 4m (타설 연장 12m)

o 콘크리트의 균등한 포설을 위해 타설구간 적정

간격 검토 필요 ⇒ 공동 최소화 및 재료분리 예방

□ [천단부 배면공동] 라이닝 타설시 공동발생을 완벽히 방지할 수는 없으며,

채움이 원활하지 않을 경우 라이닝의 내구성이 저하됨

o 라이닝 축소모형실험 및 현장조사 결과 [붙임1]

- 실험실의 이상적인 시험조건 및 실제 현장에서도 천단부 배면공동 발생

※ 일반적으로 콘크리트 건조수축 및 블리딩, 타실시 공기 압력 등의 영향

o 공동 발생시 내구성 저하

- 공동으로 천단부 라이닝 두께 부족시, 전단응력이 허용치 초과 [붙임2]

- 배면 공동 발생시 향후 지반의 이완을 가속화시켜, 라이닝 안전성 저하

- 종방향 균열은 횡방향 온도변화 및 건조, 수축 또는 상부 라이닝 채움의

부족으로 인해 천단부에 발생 (도로설계편람 터널편, 2011, 국토부)

□ [공동 채움] 현재의 방법은 공극채움에 비효율적임

o 일반적으로 라이닝 천단부에 2~3개소 반영

- 라이닝 타설 전 투입관(PVC 파이프) 매입

- 라이닝 타설 후 그라우팅 주입

o 투입관의 상단이 방수시트와 맞닿거나

길이가 짧을 경우 그라우팅 주입 애로

※ 현설계는 투입관 설치비 미반영

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4 개 선 방 안

1. 라이닝 거푸집 콘크리트 투입구 개선

□ 실물실험결과* 타설구가 많을수록 타설률**이 증가하여 공극채움에 유리

o 타설높이 4m 이내로 제한시 재료분리 예방

구 분 Case 타설방법 타설단계 타설구 시험결과(타설률)

1/20 축소

모형실험

1*** 측벽부․천단부 주입 2단계 9개 79.9%

2 측벽부․어깨부․천단부 주입 3단계 15개 90.7%

1/7 축소

모형실험

3 측벽부․천단부 주입 2단계 8개 88.4%

4 측벽부․어깨부․천단부 주입 3단계 12개 91.0%

* 한국터널공학회논문집(2009. 9, 터널 단면크기에 따른 콘크리트 라이닝 타설방법에 대한 실험적 연구)

** 타설률 : 주입된 타설량/총 라이닝 타설량 *** 현재 설계 및 시공중인 방식

o 타설구 간격조정 으로 밀실한 타설 유도 (공동 최소화)

- (길이)간격이 좁을수록 채움에 유리하므로, 3m 이하 적용

- (높이)재료분리 방지를 위해 타설구 높이 4m 내외로 설정

※ 설계시 3일/span(타설1일, 양생1일, 이동1일)을 적용하므로, 현장적용 가능 [붙임3]

구 분 타설 연장 9m (R=1500m 이하, 9개) 타설 연장 12m (R=1500m 이상, 12개)

개념도

(2차로)

4m

내외

4m

내외

4m

내외

4m

내외

※ 타설구 위치 조정시 감독원 협의(재료분리 대책 등) 후 변경

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2. 배면 공동 채움 개선

□ 적정공법 검토

o 관련 기준(국가건설기준) [붙임4] ⇒ 체계적인 설계 및 시공관리 필요

구 분 설 계 시 공

내 용

- 주입재의 재료, 배합, 주입구의

구조 및 배열 등을 계획

- 주입의 순서 및 압력은 굴착면과

기시공된 지보재에 영향이 없어야 함

- 주입관과 배기관 설치, 적정

주입압 검토

- 주입은 소정의 압력에 도달할 때

까지 충분히 실시

<배면공동 채움공법 예시> [붙임5]

건설신기술 제814호 특허 10-0399404-0000 특허 10-1038945-0000

소화전박스를통해천단부주입 천단부주입구를사선으로절단하여주입 천단부를 프리캐스트화하여 주입

특허 10-1022505-0000 특허 10-0562938-0000 일본공개특허 2004-060216

천단부 주입관로를 통해 주입 커튼그라우팅시행후주입(주입재유실방지)주입관이부착된방수쉬트를통해주입

o 배면공동 채움공법 현장 시험시공 결과 [붙임6]

- (공동구 채움) GPR*탐사 결과 공극 채움에 효과적이며, 안전성 확보

구분 기존방법 채움공법

측정

결과

- (주입전) 평균 3~5cm의 공극 발생

- (주입후) 평균 2~5cm의 공극 발생

- (주입전) 평균 4~6cm의 공극 발생

- (주입후) 평균 1~2cm의 공극 발생

결과

분석

- 공극 채움의 효과가 미미함

(평균 4cm→3.5cm, 12.5% 감소)

- 공극 채움에 효과적임

(평균 5cm→1.5cm, 70.0% 감소)

라이닝

안전성

- 공극 4cm 이상 발생시 전단응력 NG [붙임2] - 공극 2cm 이내로, 안전성 확보

* GPR(Ground Penetrating Radar) : 비파괴검사의 한 방법으로, 배면공동 등의 측정에 효과적임

- (균열예방) 추적조사 결과 기존 대비 균열 발생 개소수 30% 저감

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□ 설계적용방안

구분 일반화하여 반영 [붙임7] 특정공법 반영 기존 방법 개선

특징

- 전문업체 책임시공 가능

- 적정 공사비 반영 후

시공시 현장 여건에

맞춰 공법 선정

※ 기술마켓* 등을 활용하여

검증된 공법 중 적용

- 즉시 적용 가능

- 전문업체 책임시공 가능

- 특정공법 심의를 통해

설계시 공법 선정

- 즉시 적용 가능

- 철저한 시공관리 필요

- 최적의 공법 개발 및

적정 공사비 산정 애로

- 적용까지 장기간 소요

(케이스별 시험시공 등 필요)

선정 ◎

* 기술마켓 : 민간의 우수한 기술을 도입하여 공유하는 場[붙임8]

5 향 후 계 획

□ 적용방안

o 설계 노선 : 본 기준 적용(양평~이천 이후 설계노선)

o 공사중인 노선 : 공사 주관(시행)부서 판단 후 적용

□ 기대효과

o 콘크리트 라이닝의 장기내구성 향상으로, 이용객 안전성 향상