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제 8 장 산악지 도로 터널

8.1 일반 사항

산악지 도로 터널 조사는 터널공사에 영향을 미치거나 터널공사로 영향을 받

을 수 있는 지형조사와 지반조사를 실시하고, 광역조사는 지형도나 항공사진

등을 이용하여 분석하며, 현장답사를 통하여 조사의 적정성을 확인한다.

수리·수문 조사는 시공중 발생하는 용수나 주변 지표수 및 지하수의 영향과

터널면의 자립성, 터널내 용수의 형태와 규모, 배수시설과 양수설비 등에 미

치는 영향을 분석하기위한 기초자료로 활용한다.

터널굴착에 따른 지하수 거동 예측은 터널의 용도 및 주변 환경영향을 고려

하여 대상지역에 적합한 시뮬레이션 기법을 선정하여 시행한다.

터널공사로 인하여 갈수가 예상되는 우물, 저수지, 용천, 하천 등은 그 분포,

수량의 계절적 변화, 이용 상황 등을 조사하여 갈수 대책의 자료로 이용한다.

터널의 방재시설은 터널연장 및 교통량, 터널 종단경사, 통행방식, 위험물의

수송에 대한 법적규제, 대형차 혼입율, 정체정도 등을 고려하여 위험도 평가

를 실시한다. 위험도 평가를 통하여 방재등급을 결정하고 적정한 방재시설을

계획하며 교통량이 적은 경우에는 단계별로 방재설비를 설치하는 방안을 검

토한다.

 

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8.2 산악지 도로 터널 평면선형 계획

산악지 도로 터널의 평면선형 계획시에는 다음 사항을 고려한다.

터널노선은 가능한 한 지반조건과 시공성이 양호하고 유지관리가 용이하

며 주변환경에 미치는 영향이 적은 곳으로 결정한다. 특히, 편압이 예상되

는 비탈면과 습곡지역, 애추(talus) 분포지역, 용출수나 지표수가 많을 것

으로 판단되거나 조사된 지역, 안정성이 우려되는 단층 및 파쇄대지역 등

은 가급적 피하도록 계획한다.

평면선형은 가능한 한 직선으로 계획하되 주변여건, 지형현황, 지반조건,

터널길이 등을 고려하여 곡선으로 계획할 경우에는 이용자 측면을 고려하

여 곡선반경을 크게 한다.

산악지 도로 터널의 갱구 위치는 안정된 지반으로 지형조건이 좋은 위치

에 선정하며, 토지이용 현황과 토피 등을 고려하여 환경성과 시공성을 우

선하여 결정한다.

선형계획시 제반 제약조건으로 인해 편압이 작용하는 곳에 갱구를 설치하

거나 갱구주변 지반에서 비탈면 활동, 낙석, 토석류, 홍수, 눈사태 등이

예상되는 조건을 가질 경우에는 갱문의 구조선정에 유의하고 방호설비 등

을 추가적으로 검토한다.

<그림 8.2.1> 산악지 터널 갱구주변의 위험 요소를 대비한 방호 대책 사례

 

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산악지 도로 터널을 곡선터널로 계획할 경우, 운전자가 안전하게 정지하거나

장애물을 피해서 주행할 수 있도록 필요한 정지 시거를 검토한다.

W =R [1- cos (

D

2R

)] =

D 2

8R

( 1 -

D 2

78 R 2 +⋯⋯)

≃

D 2

8R

여기서, W : 차선중심으로 부터의 시거확보 폭. 즉, 차선폭의 1/2 + 측

방 여유폭 + 시설대

R : 차도중심선의 곡선반경

D : 설계속도에 따른 정지시거

<그림 8.2.2> 산악지 도로 곡선 터널내 시거확보 폭

 

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정지시거 검토는 터널 측벽면에 대한 정지시거의 확보여부 뿐만 아니라 터널

내 공동구 및 검사원 통로 난간 등의 시설물에 대한 정지시거의 확보여부도

검토한다.

h max = 0.15 +

0.85

d [ d

2

- (R-w)2 - ( R 2-

d 2

4

) ]

여기서,

d = 2 R sin(

D

2 R

)

, w =

R- ( R 2-

d 2

4

)

hmax : 공동구의 허용 최대높이

d : 운전자와 장애물간의 직선거리

w : 차도중심선과 공동구와의 이격거리

R : 차도중심선의 곡선반경

D : 정지시거

<그림 8.2.3> 공동구 높이와 정지시거의 관계

 

145

8.3 배수 설계

동절기에 동결이 예상되는 지역의 터널 갱구부는 터널내 온도에 따른 배수시

설 설계시 동결방지대책을 검토한다.

터널의 결빙방지 단열설계는 북유럽 노르웨이 경우 교통량과 라이닝에 따라

방수 및 단열재를 설치하도록 규정하고 있다.

산악지가 많은 강원도 및 경기도 북부지역 등의 동결지수는 700℃․일 이상이

며, 고속도로 터널의 결빙피해도 수정 동결지수 700℃․일 이상에서 발생하므

로, 이와같은 지역은 터널 배수시설에 대한 단열설계를 검토한다.

산악지 도로터널의 배수시설에 대한 결빙방지 방안으로 종․횡배수관에 단열재

+열선을 설치하는 방법, 단열재 삽입 및 부착 방법, 집수정에 열풍기를 설치

하는 방법, 라이닝 배면에 단열재(PE Form)를 설치하는 방법이 있다. 국내에

서는 종․횡배수관에 단열재+열선 설치, 집수정에 열풍기 설치방법에 대한 적

용사례가 있다. <표 8.3.1>은 국내 산악지 도로터널에서 적용한 사례이다.

 

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<표 8.3.1> 산악지 도로 터널의 배수시설 결빙 방지시설 사례

구 분 단열재 + 열선 열풍기

개 요

∙종·횡배수관에 열선을 감고 외부

를 단열재로 피복하여 외기온도

전달을 차단하고 집수정 내부의

온도를 상승시키는 방법

∙집수정에 직접 열풍을 가하여 집

수정 내부 온도를 상승시키는 방

법

특 징

∙시공중 콘크리트 내부에

설치되므로 미관과 관리 양호 ∙보수 곤란

∙운영중인 터널의 결빙대책 방안 ∙구조물 외부에 설치하여 미관상

불리 ∙분실에 대한 관리 필요

적용

사례

터널명 화악터널 대관령 1터널

위 치 경기도와 강원도 경계 강원도

계획고 해발 880m 해발 730m

최저온도 -25℃ -18℃

 

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8.4 갱구부 설계

갱구부 설계시에는 다음 사항들을 검토하여 안정성을 확보하고 환경훼손을

최소화 할 수 있도록 한다.

갱구의 위치 및 설치방법

갱구부의 시공 범위

갱구부의 굴착공법, 지보구조, 보조공법과 콘크리트 라이닝 구조

갱구 비탈면의 안정 검토와 필요한 비탈면 보호 및 안정공법

갱구 비탈면의 지표수 및 지하수 배수 대책

기상재해의 가능성과 필요한 대책공법

갱구부의 위치는 지형 및 지질이나 기상조건에 영향을 크게 받으므로 지형과

터널 중심 축선과의 위치관계에서 터널 중심축선은 지형 경사면과 가급적 직

교하도록 하며, 이 경우 경사면 하단보다 상부지역에 갱구부가 계획될 때에는

인접 구조물을 고려하여 공사용 도로를 확보한다.

갱구의 위치는 깎기 비탈면의 안정과 자연 지형 보존을 위하여 깎기를 최소

화할 수 있는 위치로 선정하며 갱구위치별의 깎기량에 대한 경제성, 시공성,

환경영향 등을 비교 검토한다.

갱구 비탈면의 경사는 지반조건에 따라 선정하며, 필요시 비탈면 안정성 확

보를 위하여 표면보호공법, 활동방지대책 등의 보강공법을 적용한다.

터널 중심축선과 경사면의 위치관계에서 3차원 거동이 예상되거나 편압이 작

용되는 경우, 터널 안정해석시 이에 대한 검토하며, 안정성이 확보되지 않는

경우에는 암쌓기와 깎기로서 지반압의 균형을 맞추도록 하거나 불균형의 응

력 발생에 대비한 보강대책을 적용한다.

 

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갱문의 형식은 면벽형과 돌출형이 있으며, 해빙기와 집중호우시 낙석, 산사

태, 토석류, 눈사태 등으로부터 이용자의 안전을 확보할 수 있도록 갱문 형식

을 선정, 설계한다.

<그림 8.4.1> 낙석, 토석류 등 위험 요소를 대비한 사례

터널 갱구의 형태는 지형과 터널축선과의 관계를 고려하면 <그림 8.4.2>과

같이 5가지로 구분할 수 있다. 가장 이상적인 갱구형태는 경사면 직교형(①)

이지만 노선 선정상의 제약을 받아 직교하기가 어려울 때에는 터널 축선과

경사면의 등고선과는 60°이상의 교차 각도로 하는 것이 바람직하다.

① 경사면 직교형 ② 경사면 경사교차형 ③ 경사면 평행형

④ 밑뿌리 진입형 ⑤ 골짜기 진입형

<그림 8.4.2> 산악지 도로 터널의 갱구 형태

 

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우리나라의 산악터널에서의 갱구형태는 산악지형여건상 <그림 8.4.2>에서 ②

와 ③의 갱구형태가 가장 많고, 이러한 지형에서 갱구부 시공은 갱구부의 비

대칭적 대규모 깎기가 발생되어 심각한 환경훼손이 발생한다.

산악지의 지형여건을 고려하여 경사갱문을 적용할 수 있다. 일본의 경우는

등고선의 교차각이 20°미만인 경우, 경사갱문을 적용하지 않고 있으며, 갱

문 경사각은 40°미만으로 20~30°로 적용한 사례가 대부분이다. <표

8.4.1>은 일본의 경사갱문 시공사례를 나타낸다.

<표 8.4.1> 경사 갱문 시공사례

구

분

사례터널

연장

비탈면

경사

등고선

교차각

갱문

경사각

적용 사유

1 1,148m 50~60° 35° 19.5°

∙비탈면 급경사, 한쪽경사 ∙교대와 근접 ∙표층의 활동억제 및 굴착중 안정 확보

2 1,965m 39° 25° 25°

∙한쪽경사 지형 ∙교대와 근접 ∙굴착으로 인한 터널상부 국도 침범을

피하기 위함

3 316m 22° 35° 15° ∙한쪽경사 지형

4 571m 40° 45° 32° ∙ 비탈면 급경사, 편경사 ∙교대와 근접 ∙암쌓기와 치환기초의 저감으로 경제성 확보

5 543m 60° 25° 25° ∙비탈면 급경사, 한쪽경사 ∙교대와 근접

6 73m 40° 45° 20.1° ∙ 비탈면 급경사, 한쪽경사 ∙교대와 근접 ∙구조물이 저감되어 경제적으로 유리

(자료: 일본토목학회)

 

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국내에서도 최근 경사 갱문을 적용한 사례가 있다. 병설터널과 같이 일방터

널에서는 갱문 좌우의 원근감 차이로 인하여 주행시 운전자가 위압감을 느낄

수 있으므로 출구부에만 경사갱문을 설치하여 위압감 감소를 도모하거나,

NATM 갱구만 경사갱구를 설치하고 개착터널을 연장한 후 일반 갱문을 설치

할 수 있다. <그림 8.4.3>는 국내에서 경사갱문을 적용한 설계사례이다.

<그림 8.4.3> 국내 경사갱문 설계사례

갱구부 지형이 급경사이고 하천 등이 위치하여 교량의 교대가 갱구부에 근접

할 때에는 터널 갱구부 조성을 위해 별도의 공사용 진입도로를 계획한다.

산악지 깎기에 의한 진입로 계획이 곤란할 경우, 가설공법에 의한 진입로 계

획과 교량을 이용한 방법이 있다. 가설공법에 의한 진입로 계획은 하천점용

허가를 먼저 검토하고 교량은 교량 시공공정을 고려한다.

대규모 자연 절벽에 갱구가 위치할 경우에는 자연절벽의 안정성을 평가하고

필요시에는 록앵커 등으로 선보강하여 갱구부 터널굴착계획을 수립한다.

 

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8.5 피암터널 설계

피암터널 적용 검토 구간

도로 인근에 여유 폭이 없고, 대규모 낙석 등의 발생 가능성이 있는 급경사

절개면

지형 및 지질 조건 등을 고려하여 깎기면 높이가 높은 지역

낙석의 규모가 커서 일반 낙석방지시설로 방어하지 못하는 경우, 도로상에

낙석 등이 직접 떨어지는 구간

피암터널은 철근콘크리트나 강재 등을 이용한 터널형태의 구조물을 계획하여

깎기부 상부에서 발생한 낙석을 도로 바깥쪽으로 이동하게 하여 낙석에 의한

도로 피해를 방지한다.

피암터널의 설계는 「건설공사 비탈면설계기준」을 적용하며, 형식은 지형조

건과 지반조건, 주변 경관, 낙석 규모 등을 고려하여 형식을 선정한다.

피암터널의 구조와 단면결정은 낙석의 규모, 낙하높이 등을 현장조사를 실시

하고, 낙석에 의한 충격하중, 복토하중, 작업하중, 횡토압 등의 하중을 고려

하여 구조검토를 통해 결정한다.

피암터널의 설치구간은 비탈면 높이, 비탈면 경사도, 비탈면 안정해석결과

등을 종합적으로 검토하여 구간을 선정한다.

 

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<그림 8.5.1> 피암터널 설계 방안

(a) 암거 형식(옥천터널) (b) 아치 형식

<그림 8.5.2> 피암터널 형식 사례