[토질 및 기초 기술사] 138회 4교시 기출문제 4번

NATM 터널의 연장이 1.2km에 달하는 장대터널인 경우, 터널 내부에서 발생하는 차량 고장, 사고, 화재 등 비상 상황 시 차량을 대피시키고 후속 차량의 원활한 통행을 확보하기 위해 비상주차대 설치가 필수적이다
기존 2차로 단면에서 비상주차대(3차로 상당)로 단면이 급격히 확대되는 구간은 지반의 응력 집중 및 지보 압력 증가가 발생하여 터널 구조물의 안정성이 취약해지는 구간이다
본 답안에서는 장대터널 특성을 고려한 최적의 비상주차대 설치 위치 선정을 위한 공학적 고려사항과, 대단면 확대 구간에서 지반 파괴(히빙, 천단 붕괴)를 예방하기 위한 단계별 시공 보강 대책 및 지보 패턴 변경 방안에 대해 기술사적 관점에서 설명하고자 한다

1) 터널 개요도

2) 주요 문제점

① 응력 집중 현상: 일반 2차로 단면 대비 천단부 및 주면부에 연직 및 수평 응력이 집중되어 지보재 하중 증가

② 지반 이완 영역 확대: 단면 확대로 인한 소성 영역 확대로 록볼트 및 숏크리트 부담 가중 (점성토 지반 히빙 위험성 증대)

1) 교통 안전 및 기하 구조적 측면

설치 간격: 도로법 및 관련 지침에 의거, 일반적으로 750m ~ 1,000m 간격으로 배치
(터널 연장 1.2km인 경우 1~2개소 설치 검토)
시거 확보: 곡선 구간보다는 직선 구간에 설치하여 비상 차량 발견 시 원활한 감속 및 정차가 가능하도록 조치
(부득이 곡선 구간 시 곡선 반경(R)이 충분히 큰 구간 선정)
설치 폭: 기존 2차로 외 대피 차량이 안전하게 정차할 수 있도록 최소 3.0m~3.5m의 대피공간 및 Taper구간(40m~60m) 확보

2. 지반 조건 및 시공성 측면

양질의 지반 선정: 굴착 중 단면 확대가 발생하므로, 가능한 파쇄대, 연약 지반, 지하수 용수 구간 등 불량 지반을 회피하여 양질의 암반 구간에 안착시키는 것이 안정성 및 경제성 확보의 핵심
토피고: 충분한 토피(1.0~1.5D 이상)를 확보하여 저토피 구간에서의 천단 붕괴 위험 최소화

3. 유지관리 및 운영 측면

1. 시공 전 사전 보강 대책 (막장 전방)

천단 및 막장 전방 보강: 막장 전방 지반 이완을 억제하고 아치 효과를 선 형성하기 위해 강관 다단 층 그라우팅(RPP) 또는 슈퍼 웰빙 공법 등 수평 선 지보 적용
용수 제어 그라우팅: 지하수 용수 예상 시 시공성 저하 및 지반 연약화를 막기 위해 사전 차수 그라우팅 실시

2. 시공 중 지보 패턴 변경 및 본 보강 대책 (막장 통과 시)

3. 단계별 분할 굴착 및 조기 닫기 (Ring Closure)

대단면을 한꺼번에 굴착하지 않고, 상반-하반-인버트 등으로 분할 굴착 수행
하반 굴착 후 인버트 숏크리트를 신속히 타설하여 Ring Closure를 조기에 완료함으로써, 측벽 히빙 방지 및 터널 구조물의 강성 조기 확보

자동화 계측 시스템 구축: 확대 단면 구간은 응력 변화가 극심하므로 천단 침하, 내공 변위, 록볼트 축력, 격벽 변위 등에 대해 자동화 계측기를 설치하여 0.1mm 단위로 실시간 거동 모니터링
Face Mapping 및 시공성 피드백: 굴착 시 막장면 Face Mapping 결과를 바탕으로, 설계와 다른 불량 지반 발견 시 즉시 지보 패턴 상향 조정 및 보강 그라우팅 추가 등의 신속한 설계 변경 수행

- 1.2km 장대터널의 비상주차대 설치는 교통 안전을 위한 필수 시설이나, 대단면 확대라는 구조적 취약성을 동반한다. 기술사는 다음과 같은 공학적 대응을 수행해야 한다.

첫째, 설치 위치 선정 시 교통 안전성(시거)과 시공 안정성(양질 지반)을 통합적으로 고려하여 최적의 위치를 선정하고, 불량 지반 회피를 최우선으로 할 것
둘째, 단면 확대 구간은 시공 전 강관 다단 층 그라우팅 등 강력한 사전 보강을 실시하고, 시공 중 상향된 지보 패턴과 분할 굴착/조기 인버트 닫기를 통해 아치 효과를 확실히 형성해야 한다
셋째, 실제 시공 단계에서는 자동화 계측 데이터를 기반으로 지반의 거동을 역해석하여 예측의 한계를 보완하고, 데이터 기반의 실질적인 위험 관리를 수행해야 한다

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