KDS 설계기준 272500 TBM 터널굴착

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터널 굴착 설계 기준

1. 일반사항

1.1 목적

• 본 기준은 터널 굴착에 관련된 설계 사항을 제시합니다.

1.2 적용 범위

• 본 기준은 인력 굴착, 기계 굴착, 발파 굴착, 파쇄 굴착 방법으로 건설되는 터널과 지하 공간에 적용됩니다.

1.3 참고 기준

1.3.1 관련 법규

• KDS 27 10 05 (1.3.1)을 따릅니다.

1.3.2 관련 기준

• KDS 27 10 05 (1.3.2)를 따릅니다.

1.4 용어의 정의

• 본 기준의 용어 정의는 KDS 27 10 05 (1.4)를 따릅니다.

1.5 기호의 정의

• 해당 사항 없음.

2. 조사 및 계획

2.1 조사 및 계획 일반

• 해당 사항 없음.

2.2 조사

• 해당 사항 없음.

2.3 계획

• 해당 사항 없음.

3. 재료

3.1 재료 일반

• 해당 사항 없음.

3.2 재료 특성

• 해당 사항 없음.

3.3 품질 및 성능 시험

• 해당 사항 없음.

4. 설계

4.1 설계 일반

1. 원지반의 지지 능력을 최대한 보존할 수 있으며 안정성, 경제성 및 시공성이 우수한 굴착 방법을 채택해야 합니다.
2. 굴착 방법의 선정은 지반 조사 성과를 분석, 평가하여 결정할 수 있으며, 탄성파 속도나 전기 비저항치와 같은 물리 탐사 결과, 암석의 강도, 불연속면의 간격 등을 이용하여 결정할 수 있습니다.
3. 굴착 방법 선정 시 단면의 크기, 형식, 지반 조건, 터널 연장, 공기, 입지 조건 등을 종합적으로 검토하여 굴착 공법과 굴착 방법을 계획해야 합니다.
4. 굴착으로 인한 주변 환경 영향(진동, 소음, 지표 침하, 구조물의 변위와 손상, 지하수위 저하 등)을 고려해야 합니다.

4.2 굴착 방법

4.2.1 인력 굴착

1. 인력 굴착은 착암기, 소형 브레이커와 같이 인력으로 운영이 가능한 굴착 도구를 사용하여 굴착하는 방법입니다.
2. 인력 굴착 적용 조건
   • 자립 시간이 짧은 토사 지반을 소규모로 분할 굴착하고 조기에 지보재를 설치해야 하는 경우.
   • 진동 영향을 크게 받는 지반을 소규모로 분할 굴착하고 조기에 지보재를 설치해야 하는 경우.
   • 기계 굴착, 발파 굴착, 파쇄 굴착이 어려운 경우.

4.2.2 기계 굴착

1. 기계 굴착은 쇼벨(Shovel), 브레이커, 로드헤더 등 중장비 혹은 TBM 등 터널 굴진 장비를 사용하여 굴착하는 방법으로, 설계 시 다음 사항을 고려해야 합니다.
2. 기계 굴착 적용 조건
   • 중장비에 의한 기계 굴착은 토사층, 절리가 심하게 발달한 파쇄암이나 풍화암 등에서 지반 이완을 최소화하고 여굴을 억제하는 데 적용합니다.
   • 굴착 지반 조건, 주위 환경, 터널 단면의 크기, 형상 및 연장, 버력 처리 방법을 고려해서 시공성과 경제성 있는 기종으로 선정해야 합니다.
   • TBM 터널의 설계는 KDS 27 25 00을 따릅니다.

4.2.3 발파 굴착

1. 발파 굴착은 암반에서 화약류를 사용하여 굴착하는 방법입니다.
2. 발파 굴착 적용 조건
   • 발파 굴착은 진동과 소음 등이 수반되기 때문에 지반 조건 또는 주변 여건에 따라서 적용해야 합니다.
   • 발파 설계는 지반 조건을 고려하여 여굴과 터널 주변 지반의 이완 영역을 최소화하며 평활한 굴착면이 형성되고, 버력의 크기가 적재와 운반에 적합하도록 수행해야 합니다.
   • 발파 설계 시 고려 사항
     • 굴착 단면의 크기와 형상
     • 굴진 장
     • 심발 형식
     • 발파공(심발공, 확대공, 주변공, 바닥공)의 직경, 배치, 천공 각도 및 천공 깊이
     • 화약의 종류와 장약량
     • 뇌관의 형식
     • 점화 및 기폭 순서
     • 현장 시험 발파 계획
3. 발파 설계 시에는 지반 진동이나 소음이 주변 환경에 미치는 영향을 고려하여 제어 발파 대책을 수립해야 합니다. 엄격한 진동 규제를 필요로 할 때에는 방진 대책을 제시하거나 미진동 굴착 공법, 정밀 진동 제어 발파를 검토하여 진동 및 소음 허용 기준을 만족시켜야 합니다. 터널 갱구부에서 발파 소음으로 인한 환경 영향이 우려되는 경우 방음 시설(방음문, 방음둑, 방음벽)을 설치하는 등 적극적인 대책을 마련해야 합니다.
4. 발파 지점 주변에 보호해야 할 시설물이나 구조물이 있는 경우, 대상 시설물 위치에서의 발파 진동 허용치는 발파 진동 속도 측정치를 기준으로 [표 4.2-1 구조물의 손상 기준 발파 진동 허용치]에서 정한 값을 준용하여 설계해야 합니다. 단, 발파 진동치를 주파수 대역별로 구분하여 관리할 필요가 있는 경우에는 외국의 법규나 공공 기관에서 제시한 기준치를 참조하여 별도로 정할 수 있습니다. | 구분 | 문화재 및 진동 예민 구조물 | 조적식(벽돌, 석재 등) 벽체와 목재로 된 천장을 가진 구조물 | 지하기초와 콘크리트 슬래브를 갖는 조적식 건물 | 철근콘크리트 골조 및 슬래브를 갖는 중소형 건축물 | 철근콘크리트 또는 철골 골조 및 슬래브를 갖는 대형 건물 | 허용 진동 속도 (cm/sec) | |—|—|—|—|—|—|—| | | | | | | | 0.2~0.3 | | | | | | | | 1.0 | | | | | | | | 2.0 | | | | | | | | 3.0 | | | | | | | | 5.0 |
5. 진동에 민감한 특정 시설의 경우에는 해당 시설의 진동 규제치를 기준으로 설계해야 하고, [표 4.2-1]에 의한 구조물의 구분이 명확히 적용하기 어려운 경우에는 시험 발파를 통하여 별도로 진동 규제치를 정해야 합니다.
6. 발파 지점 주변의 인체에 대한 진동 허용치는 환경부 제정 진동과 소음에 관한 규정을 준용해야 합니다. 단, 가축 사육장, 양식장, 정밀 기계 공장에 대한 인접 공사의 경우에는 해당 전문가의 자문이나 기존 판례를 고려하여 발파 진동 허용치를 정해야 합니다.

4.2.4 파쇄 굴착

1. 파쇄 굴착은 암을 파쇄 굴착하는 방법으로, 인력 굴착 방법을 적용할 수 없는 견고한 암반에서 기계 또는 저진동 발파 굴착을 채택하기 어려운 경우에 적용해야 합니다.
2. 파쇄 굴착은 진동과 소음을 최소화할 필요가 있는 경우에 적용해야 합니다.

4.2.5 보조 공법

1. 지반 강도가 작거나 파쇄 혹은 팽창성이 심하여 굴진면의 자립 시간이 짧은 지반에서는 보조 공법을 적용해야 합니다.
2. 굴진면 안정을 위한 보조 공법에는 천장부 보강용으로 강봉 및 강관 보강 공법, 굴진면 보강용으로 굴진면 숏크리트, 굴진면 록볼트, 경사 록볼트, 주입재, 지지 코어 등이 있으며, 지반 조건, 지하수 유입 정도, 굴착 단면의 크기 등을 고려하여 보조 공법을 선정해야 합니다.
3. 팽창성 지반, 함수 미고결 지반, 단층대, 풍화대가 깊은 구간에서 터널 굴착으로 인해 변위가 과다하게 발생할 것으로 예상되거나 터널의 안정성에 취약한 구간에 대해서는 터널의 안정성 확보를 위해 강성이 큰 강지보재를 적용하거나 케이블 볼트 및 앵커 설치를 고려할 수 있습니다.
4. 보조 공법은 KCS 27 50 15를 참조하여 설계해야 합니다.

4.3 굴착 공법

1. 터널의 굴착 공법은 일반적으로 [표 4.3-1 굴착 공법의 분류]와 같이 분류할 수 있으며, 터널 연장, 굴착 단면의 크기와 형태, 공기, 막장의 자립성, 원지반의 지보 능력, 지표 침하 및 주변의 영향 등을 검토한 후 시공성, 경제성 및 안정성을 고려하여 적용해야 합니다. | 공법 | 개념도 | 횡단면 | 종단면 | |—|—|—|—| | 전단면 굴착 (Full face) | | | | | 수평 분할 굴착 | | | | – 롱벤치 (Long bench) | | | 벤치 길이 : 3D 이상 | – 숏벤치 (Short bench) | | | 벤치 길이 : 1D-3D | – 미니벤치 (Mini bench) | | | 벤치 길이 : 1D 미만 | – 다단벤치 (Multi bench) | | | 벤치 수 : 3개 이상 | | 연직 분할 굴착 | | | | | 중벽 분할 굴착 (Central diaphragm excavation) | | | | | 선진 도갱 굴착 (Pilot tunnel) | | | |
2. 전단면 굴착은 터널의 상·하반을 동시에 굴착하는 공법으로, 터널 단면적이 작거나 지반의 자립성과 지보 능력이 충분한 경우에 적용합니다.
3. 수평 분할 굴착은 터널의 상반, 하반 또는 인버트로 분할하여 굴착하는 공법으로, 막장의 자립 시간이 짧아 전단면 굴착이 곤란할 경우에 적용합니다.
4. 연직 분할 굴착은 대단면 터널을 좌우로 양분 또는 다수의 단면으로 분할하는 공법으로, 터널 막장의 안정을 증대시키고 지표면 침하량을 저감시킬 목적으로 적용합니다.
5. 선진 도갱 굴착은 파일럿 터널과 같이 소단면 터널을 우선 굴착하여 진행하고 이후에 여러 개의 단면으로 나누어 굴착하는 공법으로, 막장 자립이 어렵거나, 소음 및 진동 저감, 지하수 저하, 막장 전방의 지반 확인을 위해 적용합니다.
6. 지반이 연약하여, 굴착 단면의 변형을 조기에 억제하거나 벤치의 길이를 길게 할 필요가 있을 경우에 가인버트 및 인버트를 설치할 수 있습니다.

4.4 연직갱 및 경사갱 굴착

4.4.1 연직갱

1. 연직갱 굴착 공법은 연직갱 용도, 깊이, 단면 크기, 지반 조건, 입지 조건, 공사 기간 및 공사비를 검토하여 굴착 공법과 버력 반출 방법을 선정해야 합니다.
2. 연직갱 내 발파 계획 시 지반 조건, 지하수위, 굴착 단면의 크기, 암질, 굴진 장 등을 고려하여 수립해야 합니다.

4.4.2 경사갱

1. 기울기와 유효 단면에 적합한 굴착, 보강, 운반, 환기 및 배수 방법을 고려해야 합니다.
2. 경사갱의 굴착 공법과 버력 반출 방법은 경사갱의 용도, 연장, 기울기, 단면의 형태, 단면 크기, 지반 조건, 입지 조건, 굴착 방향, 공사 기간 및 경제성 등을 검토하여 선정해야 합니다.
3. 경사갱 내 발파 계획은 지반 조건, 지하수위, 굴착 단면의 크기, 암질, 굴진 장 등을 고려하여 수립해야 합니다.

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참고:

• 위 내용은 터널 굴착 설계 기준에 대한 간략한 요약입니다.
• 상세한 내용은 관련 법규 및 기준을 참조하십시오.

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