KDS 설계일반
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1. 일반사항
1.1 목적
(1) 이 기준은 터널설계를 위해 고려해야 할 일반사항을 기술한다.
1.2 적용범위
(1) 연직갱의 설계는 수직이거나 수직에 가까운 터널에 적용하여야 한다.(2) 경사갱의 설계는 경사진 터널에 적용하여야 한다. (3) 갱구부 및 갱문의 설계는 산악터널에 적용하여야 한다.
1.3 용어정의
(1) 이 기준의 용어정의는
1.4 시설물의 구성
내용 없음.
1.5 기호정의
내용 없음.
1.6 참고 기준
1.6.1 관련 법규
(1) 이 기준의 관련 법규는
1.6.2 관련 기준
(1) 이 기준의 관련 기준은
1.7 해석과 설계원칙
내용 없음.
1.8 설계 고려사항
(1) 터널설계는 터널단면에 따라 단선터널, 복선터널, 대단면터널 등으로 구분하여 용도를 고려하여 설계해야 한다.(2) 터널설계는 터널연장에 따라 짧은터널, 장대터널, 초장대터널로 구분하여 그 기능과 목적에 적합하도록 설계해야 한다.(3) 장대터널과 초장대터널에서 사람이 이용하는 터널은 방재대책을 고려하여 설계해야 한다.(4) 터널설계는 지반의 불확실성, 지반조사의 기술적 한계 및 지하공간에서의 제한적 작업특성 등이 고려되어야 한다.(5) 터널설계는 조사 결과를 이용하여 안정성, 시공성, 내구성, 경제성이 확보되고 유지관리가 편리한 시설이 되도록 하는 것을 원칙으로 하되, 실제 시공조건이 설계 당시에 예측한 조건과 상이한 경우에 대비한 변경방법 및 조치사항 등을 포함하여야 한다. 이를 위하여 설계 시에 적용한 제반적용 자료와 분석 및 예측사항을 명확하게 제시하여야 한다.(6) 터널설계는 제반조사 자료들을 근거로 지반특성을 고려하여 터널주변 원지반이 보유하고 있는 지보능력을 최대한 활용할 수 있도록 소요규격, 단면형상, 굴착공법과 방법, 지보재형식, 콘크리트라이닝, 터널 입구와 출구부, 방재 및 부대시설, 시공순서 등을 계획 선정하여야 한다.(7) 터널안정성을 확보하기 위하여 터널구조물의 안전뿐만 아니라 주변 위험영향도 최소화되도록 하여야 하며, 터널 주위에 미치는 영향에 대하여는 필요시 합리적인 대책을 강구하여야 한다.(8) 터널설계는 환기, 조명, 방재시설 등의 제반설비 사항들도 고려하여야 하며 이들의 역할이 잘 발휘되도록 하여야 한다.(9) 터널설계는 굴착 시 원지반의 손상이나 여굴 발생이 최소화되도록 하여야 하며, 원지반의 손상이나 여굴 발생 시 그 처리방안을 제시하여야 한다.(10) 터널설계는 계획 터널노선에 대하여 시공성을 고려한 경제성 분석을 실시하여야 한다.(11) 터널설계는 안정성 확보를 우선으로 하되 지보재의 최적화를 도모하여야 한다. 이 경우 해석적인 방법 외에 설계·시공사례 등의 경험적인 방법도 고려해야 한다.(12) 콘크리트라이닝은 터널이 신선한 경암반을 통과하는 경우 지보재와 콘크리트라이닝의 역할에 따라 라이닝의 설치 여부를 검토할 수 있다.(13) 터널설계는 관계 법령이 정하는 바에 따라 제반 안전성 분석 및 피난계획을 수립하고, 터널 내 부착물 및 시설물은 화재 시를 고려하여 적절한 재료를 선정하여야 한다.(14) 터널설계에는 다음 사항이 포함되어야 한다.① 평면 및 종단선형② 굴착대상지반의 분석 및 분류③ 터널단면의 형상④ 굴착 공법 및 방법⑥ 지보패턴 선정⑦ 각종 지보재의 규격 및 시공순서도⑧ 필요한 보조공법⑨ 방수 및 배수 방법⑩ 콘크리트라이닝의 타설시기 검토 및 시공도⑪ 계측계획 및 수행방법⑫ 갱구 및 갱문 계획⑬ 환기, 조명, 방재 계획⑭ 터널시공에 따른 환경영향분석⑮ 공사시방서(15) 터널 부대시설에 사용하는 재료는 화재에 대한 내화성을 가진 재료를 사용해야 한다.(16) 터널 공사용 자재는 산업표준화법에 의한 한국산업규격 표시품(이하 KS 표시품이라 한다.) 또는 이와 동등 이상의 성능을 지닌 자재 이어야 하며, 친환경상품 구매촉진에 관한 법률에 의한 친환경상품 또는 중소기업제품 구매촉진 및 판로지원에 관한 법률에 따른 우선구매대상 기술개발제품이 설계에 반영될 수 있는지 검토해야 한다.(17) 향후 운영 시의 유지관리에 필요한 사항을 고려하여야 한다.
1.9 신규기술적용
내용 없음.
1.10 구조설계도서
내용 없음.
2. 조사 및 계획
2.1 일반사항
내용 없음.
2.2 조사
내용 없음.
2.3 계획
내용 없음.
3. 재료
3.1 일반사항
내용 없음.
3.2 재료특성
내용 없음.
3.3 품질 및 성능시험
내용 없음.
4. 설계
4.1 설계방법의 선정
(1) 설계방법의 선정에 있어서는 지반의 거동특성과 지보재의 지보력이 상호 연합하여 일체로 거동하여 터널의 안전성이 유지될 수 있는 방법을 선정하여야 한다. 단, 지반의 거동특성상 지반의 지보능력 활용이 불가능할 경우에는 지반보강을 시행하거나 지보재가 지반하중을 모두 지지하도록 하는 설계방법을 채택하여야 한다.(2) 암반 분류 후 해당 등급에 적용할 표준적인 지보패턴과 굴착방법을 정하여 설계할 수 있다. 이 경우 유사암반 조건에서의 시공실적 또는 RMR 방법 및 Q-시스템 등에서 제안한 지보패턴을 참조하여 지보패턴을 정하는 것을 원칙으로 하며 현장조건에 따라 변경할 수 있다. 암분류는
4.2 설계내용의 변경
(1) 시공 시의 제반 여건이 설계 시의 조건과 상이하여 예상되는 문제점에 대하여서는 표 4.2-1과 같은 사항들에 대하여 설계내용을 변경할 수 있도록 하여야 한다.
| 주요 항목 | 주요 내용 |
| 지반의 재분류 | ·적용지반의 분류 |
| 설계단면 변경 | ·지보재 ·변형 여유량 ·단면형상 |
| 적용지보패턴의 변경 | ·숏크리트의 두께 ·숏크리트의 재질 ·록볼트의 길이, 본수 ·강지보재 설치간격 및 규격 |
| 굴착공법의 변경 | ·벤치커트 공법 (코아(Core) 남김, 링커트 포함) ·선진도갱공법 ·기타 굴착단면 분할 |
| 보조공법 도입 | ·굴진면 안정화 대책 ·지반보강 대책 ·용출수대책 ·지표면 침하 대책 ·근접 구조물 대책 |
| 단면의 폐합 | ·인버트 부분 콘크리트 타설(조기시공) ·인버트 부분 숏크리트 타설(가폐합) ·콘크리트라이닝 강성증대 ·이중라이닝(임시라이닝) |
| 터널공법 변경 | ·개착터널공법으로 전환·토공구간으로 전환 |
| 기타 | ·상기내용 외에 시공 시 제반 여건이 설계 시의 조건과 상이하여 변경이 요구되는 사항 |
4.3 품질보증에 대한 기본사항
(1) 활단층지역에는 구조물을 건설하지 않는 것이 바람직하다. 단, 이를 피하기 어려울 경우에는 지진 발생에 따른 손상이 최소화되도록 설계하여야 한다. 또한 기능 손상이 발생할 경우에 대비하여 보수·보강이 용이하도록 설계하여야 한다.(2) 중요 구조물의 경우, 설계 요구사항의 만족성, 설계 기법 및 가정사항의 적절성, 법규요건에 대한 만족성, 설계 결과의 시공성 등의 검증을 위하여 터널전문기술자에 의한 검토가 실시되어야 한다.
4.4 연직갱 및 경사갱
4.4.1 설계일반
(1) 연직갱 및 경사갱의 설계 시에는 사전에 충분한 지반조사를 실시하여 지반의 상태 및 특성을 파악하고 이를 설계에 반영하여야 한다.(2) 연직갱에서는 특수한 작업기계를 사용하게 되므로 지형 및 지반조건에 적합한 장비를 선정하여 제시하여야 하고, 지하수 유입에 대비하여 안정성, 시공성을 충분히 고려한 계획을 세워야 한다. 특히, 동절기 시공 중 지표 부근의 누수로 인한 고드름 및 기타 낙하물에 대한 안전대책을 사전에 강구하여야 한다.(3) 연직갱을 작업용으로 사용하고 공사 완공 후 타목적으로 전용하지 않는 경우에는 터널 본체 및 지표에 영향을 미치지 않도록 보강, 폐쇄, 매립 등의 적절한 방안을 제시하여야 한다.(4) 경사갱의 설계 시에는 용도, 지반조건, 버력 및 기자재의 반출입, 터널 내부설비, 측량, 시공, 유지보수, 점검 시의 안정성 등을 충분히 고려하여 위치, 유효단면, 기울기, 수평부의 연장, 수평분기점의 위치, 본 터널과의 교차각도 등을 정하여야 한다.(5) 경사갱의 수평부의 연장은 터널 내부설비 외에 측량의 정도, 버력설비, 차량의 교체작업 등을 고려하여 정하여야 한다.(6) 경사갱과 본 터널과의 교차각도는 직각을 표준으로 하되 연결부의 구조, 시공성, 차량의 선회반경 등 운행조건을 고려하여 교차각도를 별도로 정할 수 있다.(7) 연직갱 및 경사갱의 위치는 용도, 지반 및 지형조건, 유입 지하수, 연장 및 유지관리를 고려하여 경제적으로 유리한 장소를 선정하여야 한다. 유지 관리하여야 할 연직갱의 경우에는 인력 및 장비수송용 승강기를 연직갱 내에 설치하여야 하며, 심도에 따른 안전대책을 수립하여야 한다.(8) 연직갱 및 경사갱을 작업용으로 사용하는 경우에는 본 터널과 연결되는 갱저설비의 배치, 측량, 완성 후의 처리 등을 고려하여 위치를 선정하여야 한다.(9) 연직갱 및 경사갱을 환기, 배수, 비상용 통로 등 본 설비로 사용하는 경우에는 향후 지하시설의 확장에 대비하여 위치를 선정하여야 하며, 배출되는 오염물질이 주변 환경에 미치는 영향을 검토하여야 한다.(10) 연직갱 및 경사갱의 굴착대상인 지층에 대수층이 있거나 유입 지하수가 많을 것으로 예상되는 경우에는 지하수위 저하, 지수, 지반 강화 등의 보조공법을 계획하여야 한다.(11) 철도터널의 경우 차량의 터널 진입 시 발생하는 공기압 증가에 따른 이명감 및 공기 저항 증가 등을 해소하기 위하여 연직갱 또는 경사갱을 설계할 경우에는 사전에 필요로 하는 조사 및 검토를 실시해야 한다.
4.4.2 연직갱의 설계
(1) 연직갱의 단면은 용도에 따른 소요 내공단면, 시공방법, 연직갱 내에 설치될 모든 설비의 배치, 반입기자재의 크기, 지반조건 등을 종합적으로 고려하여 그 크기와 형상을 정하여야 한다.(2) 도로 및 철도터널의 환기용 연직갱은 터널 내의 소요 환기량을 충분히 확보할 수 있는 단면적을 확보하여야 한다. 연직갱의 단면은 연직갱 내 풍속이 20 m/sec 이하로 되는 단면으로 결정하여야 한다.(3) 철도터널에서 공기압의 저감을 위하여 설계하는 연직갱의 단면은 본선 터널의 단면, 열차속도 등 관련사항을 고려하여 결정해야 한다.(4) 도로 및 철도터널 등의 작업용 연직갱의 설계 시에는 케이지(Cage), 스킵(Skip) 등의 버력처리설비 및 배수관, 환기관, 급기관, 각종 배선류, 비상계단 등의 설치와 반입 기자재의 크기 등을 종합적으로 검토하여 단면을 결정하여야 한다.(5) 지보설치 후의 연직갱 유효단면은 지하시설 건설공사를 가장 경제적으로 수행하기 위한 시간당 버력, 인원, 소요 자재 운반량과 반입될 장비, 설비의 크기, 시간당 환기량과 각종 설비, 지반조건을 고려하여 결정하여야 한다.
4.4.3 경사갱의 설계
(1) 경사갱의 기울기는 용도, 연장, 본 터널과의 위치 관계, 지반조건, 시공법, 공기, 운반방법의 특성, 환기방법, 경제성 등에 대하여 검토를 하고 정하여야 하며, 버력반출용 경사갱의 경우에는 장비의 등판능력을 고려하여 계획하여야 한다.(2) 경사갱에서는 설치하는 설비의 반출입, 설치의 용이성, 유지보수, 점검 시의 안전성 등을 충분히 고려하여 기울기 및 연장을 정하여야 한다.(3) 경사갱의 단면은 용도, 시공을 위한 운반설비, 작업용 통로 및 공사용 제설비의 배치 등을 종합적으로 고려하여 크기와 형태를 정하여야 한다.(4) 작업용 경사갱의 단면은 버력반출설비, 배수관, 환기관, 급기관, 각종 배선류와 반입 기자재의 크기 등을 종합적으로 검토하여 정하여야 한다.(5) 배수관은 지하수의 유입 상태에 따라 증설의 필요성이 발생하므로 여유를 갖는 배치가 되도록 내공단면을 확보하여야 한다.
4.5 갱구부
(1) 갱구부는 일반적으로 갱문구조물 배면으로부터 터널길이 방향으로 터널직경의 1~2배 범위 또는 터널 천장부로부터 토피고 3~5 m에서 터널직경 1.5배의 토피고가 확보되는 범위까지로 정의한다. 단, 원지반 조건이 양호한 암반층 또는 붕적층, 충적층 등의 연약토사층에서는 별도의 구간을 갱구부 범위로 정의할 수 있다.
4.6 갱문의 설계
(1) 갱문의 위치 선정에 있어서는 기상 및 자연재해에 의한 영향을 최소화 할 수 있도록 갱문 배면의 지형, 지반조건, 깎기 및 비탈면의 안정성 등을 검토하여야 하며, 갱구부 주변의 유지관리시설과의 관계와 터널 외부의 구조물형식을 고려하여야 한다.(2) 갱문은 비탈면에서의 낙석, 토사붕락, 눈사태, 지표수 유입 등으로부터 갱구부를 보호할 수 있는 기능을 갖도록 하여야 하고, 지반조건이 허용하는 한 최소 토피구간을 선정하여 자연환경 훼손을 최소화하여야 하며, 역학적으로 안정한 구조로 하여야 한다.(3) 갱문의 외관과 형상은 터널의 사용 목적에 맞고 주변 경관과의 조화를 위한 조경계획과 유지관리상의 편의를 고려하여 선정하여야 한다.(4) 갱문의 형식 선정① 면벽형은 구조적으로 중력식과 날개식 등으로 나눌 수 있고 갱문 배면의 지반압을 받는 토류 옹벽구조로 하여야 한다.② 돌출형은 터널 본체와 동일한 내공단면이 터널 갱구부에 연속하여 지반으로부터 돌출한 형식으로서 그 형상에 따라 파라펫트식, 원통깎기식, 벨마우스식 등이 있으며 각 형식별로 장·단점을 고려하여 선정하여야 한다.③ 해빙기와 집중호우 시 낙석, 눈사태, 산사태로부터 이용자의 안전을 확보할 수 있도록 갱문형식을 선정·설계하여야 한다.(5) 갱문의 구조설계는 소요 하중 외에 지진, 온도 변화, 콘크리트의 건조수축 등의 영향을 고려하여야 하며, 갱문구조물의 기초안정성도 검토하여야 한다.(6) 갱문구조물의 일부로서 터널과 연결된 복개식 터널구조물은 개착구조물로 간주하여 설계하여야 하며, 편압이 작용할 경우에는 이에 대한 영향을 고려하여야 한다.(7) 갱문구조물과 본선 터널의 접합부는 분리구조로 하고 적합한 조인트를 설치하여야 하며, 재질이 서로 다른 두 종류의 방수막이 접합되는 경우, 방수막 상호간 접합이 용이한 재료를 선정하여 사용한다. 특히, 접합부에는 누수에 대비하여 구조물 횡방향을 따라 도수로를 설치하여야 한다.(8) 갱구부 개착구조물 설치 시 원지반의 특성을 감안하여 바닥 슬래브의 설치 여부를 검토하여야 한다.(9) 갱문 상부에는 낙석방지, 통행자의 안전을 위한 안전 난간 등의 보호시설을 설치해야 한다.
4.7 갱문부 주행 안전성 확보
(1) 갱문부에는 운전자의 안전을 확보하기 위하여 현장 여건을 고려하여 교통관리 안전시설, 차량방호 안전시설 등을 계획하여야 한다.(2) 토공부와 터널부의 횡단폭원이 변화하는 경우 운전자의 안전성을 확보하기 위하여 터널 갱문부의 길어깨 폭원의 점진적 변화구간 설정을 검토하여야 한다.
4.8 단면확폭부 및 접속부
(1) 단면확폭부 및 접속부는 터널용도에 따라 다음 표 4.8-1과 같이 구분되며, 터널 일반부에 비하여 단면이 크고 복잡한 형상이므로 그 기능과 지반조건을 감안하여 터널과 주변 지반의 안정을 확보할 수 있도록 설계하여야 한다.
| 구분 | 단면확폭부 | 접속부 |
| 도로터널 | ·비상주차대 구간 ·오르막 차로 설치구간 ·갱구부 확폭구간 ·2-아치/3-아치 터널구간 | ·피난연결통로 설치구간 ·환기용 터널 설치구간 ·수직구 설치구간 ·사갱 설치구간 |
| 철도터널 | ·분기기 설치구간 ·구난정거장 구간 ·단복선 변화구간 ·정거장 구간 ·신호장 구간 | ·변압기 설치구간 ·대형대피소 설치구간 ·환기용 및 대피용 터널 설치구간 ·수직구 설치구간 ·단복선 연결구간 ·사갱 설치구간 |
| 도시철도터널 | ·정거장 구간 ·유치선 구간 ·신호소 설치구간 ·단복선 변화구간 | ·단복선 연결구간 ·변전실 설치구간 ·대피용 터널 설치구간 |
| 기타 | ·일반부보다 확폭된 단면이나, 터널 간 접속되는 구간 |
(2) 단면확폭부와 접속부는 지반조건이 양호한 구간에 설치하여야 하며, 지반조건이 불량한 구간에 위치하는 경우에는 설치 목적에 위배되지 않는 범위 내에서 위치 변경이 가능하도록 계획하여야 한다.(3) 단면확폭부와 접속부는 터널과 주변 지반이 역학적으로 충분히 안정하고 경제적인 시공이 되도록 확폭부와 접속부의 형상, 시공 방법 및 순서, 지보재, 콘크리트라이닝, 보강공법 등을 검토하여야 한다.(4) 단면확폭부는 안정성과 경제성을 고려하여 단면계획을 하여야 하며, 시공과정에서 단면의 형상이 여러 형태로 변화하므로 이를 감안하여 변화된 터널단면의 안정성을 확보하여야 한다.(5) 단면확폭의 범위가 크지 않을 경우에는 지반조건을 파악하여 지보패턴의 변경으로 대치할 수 있으며, 이 경우 지보재 증가수량을 합리적으로 산정하여야 한다.(6) 단면확폭부의 시공순서는 확폭단면의 크기, 확폭단부의 공간처리, 지반조건, 공기 등을 고려하여 결정하여야 한다.(7) 단면확폭부가 부득이 하게 지반조건이 불량한 위치에 계획된 경우에는 별도의 상세한 지반조사를 시행하여야 하며, 필요시 3차원 해석을 통하여 안정성을 검토하여야 한다.
4.9 접속부의 설계
(1) 접속부는 터널단면들이 여러 형태로 연결될 수 있으므로 이를 감안하여 접속된 터널단면들에 대하여 안정성을 검토하여야 한다.(2) 접속부의 시공방법, 시공순서 및 시공 이격거리는 선행굴진 터널의 지보재 및 주변 지반에 미치는 영향을 충분히 고려하여 결정하여야 한다.(3) 접속부는 터널의 크기와 지반조건에 적합한 필러(Pillar)의 폭을 유지하여야 한다.(4) 접속부의 소요의 필러 폭 확보가 곤란하거나 지반조건이 불량한 경우에는 강성이 충분한 지보재로 필러를 보강하거나 단면확폭부를 이용한 분기를 적용할 수 있다.(5) 접속부의 구조 및 형상은 안정성이 확보되도록 계획하여야 하며, 부득이하게 지반조건이 불량한 위치에 계획되거나 형상이 특수한 경우에는 별도의 상세한 지반조사를 시행하여야 하고, 필요시 3차원 해석을 통한 안정성을 검토하여야 한다.(6) 접속부의 보강범위는 접속각도 90°인 경우 접속터널은 접속터널 최대폭(d)의 1 d, 본선터널은 본선터널 최대폭(D)의 1 D를 표준으로 하는 것을 원칙으로 하되, 상세검토를 통하여 보강범위를 별도로 선정할 수 있으며, 기타 접속각도의 경우 접속각도에 따른 응력 집중 및 증가를 검토하여 보강범위를 선정하여야 한다.
4.10 침매터널
(1) 침매함은 필요에 따라 다음에 열거하는 사항을 감안하여 안전한 구조로 한다.① 수밀성② 콘크리트의 균열③ 예항시의 안정과 침설과정에서의 하중(2) 침매함 구조의 안정성을 확보하기 위해서는 다음에 열거하는 항목에 대하여도 검토하여야 한다.① 완성 시 및 시공 시에 작용하는 하중② 시공성③ 침설 후 부력에 의한 함체의 부양④ 환기, 방재 등의 기능⑤ 병설되는 기능
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