[토질 및 기초 기술사] 138회 1교시 기출문제 9번

9. 저토피 터널구간의 Frame Slab공법

Ⅰ. Frame Slab 공법의 정의

- 터널 굴착 전, 상부 지표면 or 지중에 RC 슬래브(Frame Slab)와 이를 지지하는 말뚝을 시공하여 아치 효과가 부족한 저토피 구간의 하중을 분산시키는 특수 공법으로 지반 아칭 형성이 어려운 토사 및 풍화암 구간에서 터널의 안정성을 확보하고 지표 침하를 원천적으로 차단

Ⅱ. Frame Slab 공법의 메커니즘

1) 하중 전이: 터널 상부 하중을 슬래브가 받아 양측면의 지지 말뚝을 통해 하부 견고한 지반으로 전달

2) 슬래브 효과: 터널 상부에 인공적인 강성 차개를 형성하여 지반의 수직 응력 저감

3) 침하 억제: 상부 구조물이나 도로의 하중이 터널 막장에 직접 전달되지 않도록 차단하여 지표 침하 최소화

Ⅲ. 주요 시공 순서

1) 가이드월 및 말뚝 시공: 터널 양측면에 슬래브를 지지할 현장타설말뚝이나 강관말뚝 설치

2) 지반 굴착 및 슬래브 타설: 상부 지반을 일부 굴착하거나 비굴착 방식으로 슬래브를 타설하여 수평 구조체 형성

3) 터널 본체 굴착: 상부 슬래브가 안정화된 후 하부에서 NATM 또는 분할 굴착 실시

4) 지반 보조 공법 병행: 필요시 그라우팅 등을 병행하여 슬래브와 지반 사이의 밀착력을 높임

Ⅳ. 공법의 장·단점 및 적용성

1) 장점: 초저토피(1D 이하) 구간에서도 확실한 안정성 확보, 인접 구조물 보호 탁월

2) 단점: 공사비 고가, 지표면 작업 공간 필요, 공기 연장 우려

3) 적용성: 철도·도로 하부 통과 구간, 도심지 빌집 지역, 하천 하부 저토피 터널

Ⅴ. 기술자적 제언

- Frame Slab 공법은 설계 시 슬래브와 터널 천단 사이의 이격 거리 및 지반-구조물 상호작용 해석이 성패를 좌우한다. 기술사는 시공 중 슬래브의 응력 변화와 말뚝의 침하량을 실시간으로 계측하여 하중 전이 메커니즘이 정상 작동하는지 확인해야 한다. 또한, 지중 매설물이 복잡한 도심지에서는 가스관, 하수관 등의 이설 및 보강 대책을 선제적으로 수립하여 시공 중 간섭을 방지해야 한다.