KDS67 10 40 농업용 댐 가배수공 설계
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1. 일반사항
1.1 목적
(1) 이 기준은 농어촌정비법에 근거한 농업생산기반정비사업으로 신규 축조 또는 개수하는 농업용 댐(이하 ‘댐’이라 한다.) 공사기간 중 댐 지점을 유하하는 유수를 댐의 공사에 지장이 없도록 통과시킬 수 있는 가배수공의 설계에 필요한 체계적인 기준을 제시하는 것을 목적으로 한다.
1.2 적용 범위
(1) 이 기준은 댐공사를 의한 가배수공 시설물의 설계에 적용한다.(2) 이 기준에서 제시되지 않은 사항은 국가건설기준으로 제정된 타 설계기준을 적용할 수 있다.
1.3 참고기준
1.3.1 관련 법규
– 내용 없음
1.3.2 관련 기준
·
1.4 용어의 정의
·가물막이 : 하천이나 개울 등의 수중에 공작물(댐, 수로, 터널 등)을 설치하려 할 때, 공사구역의 주위를 일시적으로 둘러쌓아 외수의 침입을 방지하는 가설구조물·가배수로 : 댐의 기초굴착 및 본체 축조를 위하여 육상시공이 가능하도록 상류 하천이나 개울의 유량을 배제하기 위한 수로·폐쇄공 : 댐 및 하천공사가 완료되면, 댐 및 하천의 기능을 유지하기 위하여 임시로 설치된 가배수공을 폐쇄하는 공사
1.5 기호 정의
– 내용 없음
1.6 해석과 설계원칙
(1) 설계는 안전하고 경제적이며 친환경적이고, 사용과 기능 목적에 적합하도록 한다.
1.7 설계 고려사항
(1) 댐 가배수공 설계는 물리적, 사회적 지형여건 및 경제여건에 맞는 설계를 한다.
1.8 구조설계도서
(1) 구조설계도서는 이 기준에 따라 안전하고 사용과 기능 목적에 적합하도록 작성한다.(2) 구조설계도서 작성시 이 기준에 기술되지 않은 사항은 1.2(2)을 따른다.
2. 조사 및 계획
– 내용 없음
3. 재료
– 내용 없음
4. 설계
4.1 가배수공의 구성
(1) 가배수공은 댐 건설기간 중에 댐 지점을 유하(流下)하는 유수를 본 댐공사에 지장이 없도록 통과시킬 수 있는 구조여야 하고, 가물막이와 가배수로로 구성된다.(2) 가배수공의 선정에는 다음과 같은 내용을 고려한다. ① 유역의 유출특성(홍수의 도수, 첨두 유출량, 홍수의 유출 총량, 홍수의 지속기간 등)② 댐터의 지형(하천의 폭, 하천의 굴곡상황 등)③ 기초지질④ 댐 형식⑤ 취수시설, 방수관 등의 방류시설과의 관계⑥ 댐의 축제공기와 가배수로의 통수기간⑦ 가배수로의 능력부족으로 인하여 일어나는 공사기간 중의 피해의 대소 등(3) 가배수공의 구성요소는 <표 4.1.-1>와 같이 구분된다.
| 가물막이 | 가배수로 |
| 전면 물막이 | 터널식 |
| 부분 물막이 | 개거․암거 |
4.2 가배수공의 대상 유량
(1) 대상유량은 월류했을 경우의 예상 피해정도와 가배수공 공사비를 비교해서 결정해야 하는데 일반적으로 연 1~2회 물막이를 넘길 정도로 계획한다. (2) 필 댐의 대상유량은 일반적으로 20년 이상 빈도 설계홍수량으로 한다. 단 홍수로 인한 피해가 예상되는 경우에는 심의위원회를 구성하여 심의 후 설계빈도를 상향시켜 적용할 수 있다. (3) 농업용 콘크리트 댐(이하 ‘콘크리트 댐’이라 한다.)의 형식, 홍수특성, 공사기간 중의 유출빈도 및 월류 시의 피해를 고려해서 계획되어야 한다.
4.3 가물막이
(1) 가물막이는 가배수로와 연계하여 효과적인 유수전환을 위해 합리적이고 경제적인 조합이 되도록 계획되어야 한다. (2) 가장 적합한 가물막이의 형상, 높이, 시기, 단면은 하천유량, 지형 및 지질, 하천경사, 하상퇴적물의 깊이와 종류, 시공기간 및 가물막이 재료 등을 고려하여 결정한다. (3) 필 댐 형식의 가물막이(가제당, Coffer Dam)는 본 댐의 전방에 축조하여 대부분 제당 제체의 일부로 활용하게 된다. 따라서, 본 제당 터파기 굴착선에 지장이 없도록 계획하고 토공 등의 작업공간 확보 및 기초처리 등 상당기간 공사기간이 소요되는 구역이므로 투수성 지반에서의 침투수 방지를 위한 차수공법 등의 설계를 고려한다.
4.3.1 가물막이 설치시기
(1) 가물막이의 설치시기는 과거의 수문자료로부터 장기간 갈수기가 예상되는 시기를 택하는 것이 좋고, 가급적 단기간에 공사가 완료되도록 계획한다.(2) 가물막이 공사는 다음 홍수기 이전에 완료하는 것을 전제로 축제재료의 사전 비축과 충분한 시공장비가 확보되도록 계획한다.
4.3.2 가물막이의 형식선정
(1) 가물막이에 대한 형식과 특성을 표시하면 다음과 같다.
| 구 분 | 특 성 |
| 전면물막이 | – 하천의 유수를 가배수터널로 바꾸고, 하천의 상‧하류를 전면적으로 물막이해서 작업구간을 확보하고 기초굴착, 본 제체의 타설 또는 성토를 하는 것 – 전면물막이에 대한 가배수는 하폭이 좁은곳에서는 댐형식 여하를 불문하고 가장 적합한 방법임 – 전면적으로 기초굴착이 가능하고 본 제체타설 또는 흙쌓 기 공정에 제약을 받지 않는다 – 공사완성 후에는 가배수터널을 취수방류시설로 전용할 수 있음 – 공사용도로와 겸용 가능 |
| 반물막이 | – 하천의 한쪽을 막아서 유수를 다른쪽으로 옮기고, 물막이 내부의 기초굴착 및 본 제체 타설 또는 필댐의 흙쌓기를 한 후, 유수를 이 부분의 제체 내 또는 기초지반에 설 치하는 가배수로로 배수처리 하는 것 |
4.3.3 가물막이의 위치 및 높이
(1) 가물막이의 위치 및 높이는 가배수로의 위치 및 규모에 따라 결정해야 한다. (2) 상·하류측 가물막이의 높이는 가배수로로 계획배수량을 배제시킬때의 상·하류측 설계 위를 기준으로 해서 다음과 같이 정한다.① 필 댐의 경우 : 가물막이 상류측 설계수위 + (1.0~2.0m 여유고)② 콘크리트 댐의 경우 : 가물막이 상류측 설계수위 + (0.5~1.0m 여유고)
4.4 가배수로
(1) 유수전환을 위한 가배수로는 대상 홍수량, 댐 지점의 지형, 지질 조건, 댐의 형식, 부대구조물(물넘이, 취수시설 등) 및 댐의 시공순서 등을 고려하여 가장 적합한 것을 채택한다.
4.4.1 형식 및 노선의 선정
(1) 가배수로의 형식과 노선은 가배수 방식, 가물막이와의 조합, 지형 및 지질, 완성 후의 취수시설 등을 고려하여 선정한다. (2) 형식 및 노선의 선정에 있어서 일반적인 유의사항은 다음과 같다.① 가배수의 방법은 원지반을 통과하는 터널, 제체내 또는 제체 아래에 설치하는 수로, 댐을 통과하는 일시적 수로 또는 콘크리트 댐 건설 중의 블록을 교대로 낮게 하여 그 위로 월류시키는 공법 등을 한가지 공법 또는 조합하여 선정한다.② 가배수공의 공사는 전체 공정을 고려하여 유기적으로 계획할 필요가 있으며, 본 공사를 지연시키는 일이 없도록 계획해야 한다.③ 가배수로와 가물막이 조합가. 가배수로는 가물막이와 관련해서 기능을 발휘하는 것이므로 설계에 있어서도 양자를 충분히 관련시켜서 고려해야 한다. 나. 가물막이 제당을 높게 하면 가배수로는 높은 수두를 주는 결과가 되어 가배수로의 단면을 축소하여 공사비를 절감할 수 있으나, 가물막이 제방에 소요되는 흙쌓기 양이 많아져 공사비가 증가할 수 있다. 따라서, 가물막이와 가배수로의 조합은 시공의 난이, 흙쌓기 계획 및 공사비 등을 종합적으로 검토하여 댐 전체의 시공계획에 적합하고 경제적인 설계가 되도록 선정해야 한다.다. 그러나 반면 가물막이에 요하는 흙쌓기 양은 많아지고 가배수로와 가물막이의 조합은 시공의 난이, 흙쌓기 계획 및 공사비의 증감을 비교검토하여 댐 전체의 시공계획에 적합하고 또한 경제적인 조합을 선정한다.④ 가배수로의 노선 선정가. 가배수로의 기능은 가장 안전하고 경제적으로 공사기간 중에 발생하는 홍수를 유하시킬 수 있는 것이라야 한다. 나. 가배수로는 댐 완성 후 취수시설의 일부로 이용될 수 있으므로 취수시설과의 연계성에 대한 검토도 수행한다.다. 가배수로의 노선은 일반적으로 지형, 지질 등이 가배수로 노선 결정의 지배적인 요소가 된다. 특히, 터널 형식의 경우 터널 굴착단면과 댐 본체 최종굴착 예정선과의 거리는 굴착시의 발파 등의 영향을 받지 않도록 적어도 가배수 터널 지름의 3배 이상 이격하도록 한다.라. 가배수로 노선과 댐 완성 후에 설치되는 취수시설 등과의 관계도 충분히 검토한다.⑤ 가배수로 유입구의 선정가. 가배수로 유입구의 위치 (가) 가배수로 유입구 위치는 댐 흙쌓기가 미치는 범위, 가물막이 흙쌓기 재료의 성질과 보호공, 지질, 취수시설과의 관계, 하상고, 가배수 폐쇄방법, 퇴사 상황 등 여러 가지 요소를 고려해서 결정한다. (나) 가배수로가 터널 형식으로 만들어질 때까지 그 시점은 충분한 토피가 확보되고 신뢰성있는 암반까지 굴착된 후에 설치되어야 한다. (다) 암거식으로서 흙 기초 위에 댐을 건설하는 경우는 단순히 그 시점뿐만 아니라 전체에 걸쳐서 될 수 있는 대로 견고한 기초 위에 설치되도록 노력함과 동시에 필요시에는 치환 말뚝공법 등 그 밖의 공법에 의해 기초개량의 수단을 강구해야 한다. (라) 이것은 댐 시공 중 또는 완성 직후 기초의 결함으로 인한 고장이 표면에 나타나는 예가 많기 때문에 충분히 주의해서 시행한다. (마) 가배수로 시점은 홍수시에 가물막이 제체의 침식, 손상을 방지하기 위하여 흙쌓기 말단에서부터 충분한 거리를 이격하는 것이 좋다. (바) 물론 현지의 상황에 따라서는 이 부분에 충분한 거리를 이격할 수 없는 경우도 있는데 이런 때는 상류끝 가배수로 유입구에 가까운 부분의 보호공을 충분히 해둘 필요가 있다.나. 가배수로 유입구의 배치 (가) 가배수로는 시점에서 종점까지 직선인 것이 수리적이나 시공면에서 볼 때 가장 좋지만 터널 유입구의 유황 및 안정 등의 측면에서 가배수 터널 유입구는 등고선에 직각으로 향하도록 한다. (나) 그러나 댐 부지내의 기존 유로는 반드시 이 조건에 일치하도록 되어 있지 않은 경우가 많기 때문에 가배수 터널 유입구의 방향에 대해서는 일정한 법칙을 찾기는 어렵다. (다) 그러나 등고선에 대해 과도하게 사방향(등고선에 평행)인 유입구 배치는 수리, 구조적인 면에서 바람직하지 못하다. 이러한 제약 때문에 기존 수로에 대해서는 직각에 가깝게 향하도록 한다.⑥ 가배수로의 유입구 높이가. 가배수 터널 유입구의 표고는 현 하상높이와 일치시킨다. 필요에 따라서는 유입구의 표고를 현 하상보다도 상당히 낮게 할 수 있다. 나. 이 방법은 하상 기울기가 느린 하천에서는 채택하기 어렵고 터널의 길이가 증가되고 시공시 터널의 굴진 배수에 좋지 않다. 다. 그러나 가배수 터널 유입구까지의 구간에서 흐름을 가속시킴으로써 터널 안을 개수로 상태로 흐르게 되므로 흐름을 터널 유입구로부터 안정시킬 수 있다. 라. 만류상태의 흐름에 대해서는 작용수두를 증가시켜 터널 단면적을 축소시키며 가물막이 높이를 감소시킬 수 있다.⑦ 가배수로의 하류 유출구가. 가배수로의 종점은 가배수로부터의 방류수가 댐 하류측 및 하천에 좋지 않은 영향을 끼치지 않는 위치여야 하며, 설계에 있어서는 단순히 평면 적인 위치관계 뿐만아니라 하천의 종단기울기, 하류 수위 등도 검토해서 결정해야 한다. 나. 현지상황에 따라서는 하류측 가물막이 또는 특별히 도수를 위한 시설을 해야 할 때도 있다.⑧ 가배수로와 취수시설의 조정 가. 가배수로는 댐 완성 후 취수시설 등의 일부로서 사용되는 경우가 많으며, 이에 따라 가배수 터널 유입구의 위치가 결정되는 수가 있다. 나. 이때 가배수로 유출구의 위치의 결정은 상기한 여러 가지 요소 외에 완성 후의 분수공, 수로와의 접속 배치, 공사 중 가배수 터널 유출구에서 현 하천까지의 도수방법 등도 고려해야 한다.⑨ 가배수로의 평면 형상 가. 가배수로가 제체 밑의 기초지반 내를 통과하는 저통형식일 경우, 노선은 직선으로 하는 경우가 많은데, 산록 원지반을 통과하는 터널로 하는 경우 가배수로 노선은 직선, 곡선이 연결된 것으로 한다. 나. 이 때 직․곡선의 조합은 될 수 있는 대로 안정된 지반 위에 설치할 수 있도록 선정되는 것이 당연하지만 곡선의 반지름은 수리학적인 관점에서 생각하는 것이 바람직하나, 터널직경의 10배 이상되도록 한다.⑩ 가배수로의 종단 기울기가. 가배수로의 종단 기울기는 주로 현지의 지형에 의해서 결정되며, 일반적으로 개수로의 부분까지 포함해서 가배수로 전체길이에 걸쳐 단일기울기(i=1/50~1/200 정도)로 할 수도 있다. 나. 그런 경우에 따라서는 상류단에서 높은 위치에 도수한 가배수 터널에서 흐름을 하향의 자연하천에 이끌기 위해 급한 기울기 부분을 둘 수도 있다.⑪ 가배수로의 단면형가. 가배수로의 단면형은 개수로 방식에 의한 경우는 장방형 또는 사다리꼴로 하고 암거 또는 터널에 의하는 경우는 원형 또는 마제형으로 한다. 입구는 둥글게 해서 가능한 유입손실을 적게 하여야 한다.⑫ 폐쇄용 게이트가. 가배수 터널, 제내 배수로의 유입구에는 폐쇄용 게이트의 문틀홈, 문받이 등을 미리 설치하여야 한다.
4.4.2 제내 가배수로
(1) 제내 가배수로는 유수를 하류로 전환시키기 위해 시공중인 댐 제체를 횡단하여 설치하는 가배수로를 의미하며, 가배수로 처리방식이 전면 가물막이, 부분 가물막이 혹은 개수로식 배수로 방식에 관계없이 설치할 수 있다. (2) 제내 가배수로는 가배수 터널로 처리할 수 없는 큰 홍수를 가급적 제체를 월류시키지 않고 소통시키는 기능도 함께 하지만, 실제에 있어서는 제내 가배수로로의 홍수 소통 능력을 무한정 크게 할 수는 없으므로 제체에 타설 제한 블록을 설치하여야 한다.(3) 제내 가배수로의 대상 홍수량은 공사 일정 및 진척상황을 고려해서 정해야 한다. (4) 구조는 댐 본체에 좋지 않은 영향을 주지 않도록 해야 한다. 제내 가배수로의 설계에서 유의 사항은 다음과 같다.① 제내 가배수로의 유량가. 제내 가배수로의 유량은 사용시기에 따라 결정된다. 가배수로 터널의 폐쇄공사를 위한 제내 배수로는 시기에 있어서의 하천 유량, 반물막이 또는 가배수 개거방식 인 경우에는 새로 물막이한 제체의 나머지 공사의 타설공정과 가물막이의 높이, 체절을 월류한 경우의 피해 등을 고려해서 대상유량을 결정한다. 나. 제내 배수로 사용중에 대상유량 이상의 홍수가 발생해서 이설도로 공사중에 구도로가 침수한 사례도 있으므로 댐 부지 안의 수몰보상 및 이설도로공사 진척 등도 종합적으로 고려한다.② 제내 가배수로의 단면 형상가. 제내 가배수로의 단면을 크게 잡는 것은 댐 구조로 보아서는 바람직한 일이 못 되는 것이므로 제체에 타설 제한 블록을 두고 설계 이상의 홍수 유량에 대해서는 콘크리트의 치기 높이가 낮은 블록 위를 월류시킨다.나. 제내 가배수로의 단면 형상은 원형, 상부 반원 하부 사각형 단면형 또는 사각형 단면형을 사용한다. 다. 조인트 그라우팅을 충분히 행하기 위해서도 윗부분이 수평인 직사각형 단면은 바람직하지 않다. 배수로 폭은 2~4m 정도가 일반적이며, 수로의 중앙부에 1m 정도의 키(key)를 설치하거나 수로 단면을 하류부로 갈수록 작게 하여 폐쇄 콘크리트가 빠져나가지 않도록 저항을 증가시킨다.라. 제내 가배수로의 종단경사는 시공이 용이하도록 수평으로 한다.③ 제내 가배수로의 위치 및 높이가. 제내 가배수로의 위치는 타설 블록의 중앙부에 설치하는 것이 일반적이지만 홍수 방류시설이나 댐 감시통로(inspection gallery) 등의 위치 관계상 어쩔 수 없는 경우에는 블록의 경계부에 설치할 수도 있다.나. 제내 가배수로의 바닥 높이는 하류수위보다 낮으면 곤란하지만 가능한 낮게 하여 원래의 하상에 가까운 위치에 설치함으로써 가급적 수압이 작게 걸리도록 하여 제내 가배수로의 폐쇄공사를 쉽게 하는 것이 바람직하다. 다. 제내 가배수로를 여러 개 설치할 경우에는 바닥 높이에 고저차를 둠으로써 폐쇄를 용이하게 하는 배려가 필요하다.④ 제내 가배수로의 보강가. 댐에 작용하는 수압 및 자중에 의해 가배수로 주변에 생기는 집중응력이나 관내수압에 의한 압력에 의해서 생기는 인장력에 대해서 그 주변을 철근으로 보강할 필요가 있다.⑤ 제내 가배수로의 배관가. 제내 가배수로의 배관 등 제내 가배수로의 유입구에는 물막이용 게이트의 문틀홈, 문받이 등을 만들고 지수판 그라우트 스토퍼 그라우트 배관 등을 처음부터 설치하는 것이 일반적이다.나. 상류 가물막이부와 제내 가배수로를 개수로로 연결하는 방법을 채택하고 있는 댐에서는 제내 가배수로 게이트 폐쇄에 있어 상류 가물막이를 이용해서 물을 저류할 수 있기 때문에 게이트 폐쇄작업을 건조상태로 공사할 수 있는 이점이 있다.⑥ 제내 가배수로의 폐쇄공가. 제내 가배수로를 폐쇄하는데는 제내 가배수로의 유입구에 설치된 플랩 게이트(flap gate), 슬라이드 게이트, 롤러 게이트 또는 각낙판에 의해 유수를 차단하고 폐쇄 콘크리트로 채운다.나. 플랩 게이트의 경우는 이를 매달고 있는 와이어 롤러를 절단하여 폐쇄하게 되는데, 가 배수로 유입구를 완전히 청소할 수 없거나 유수로 인한 장애 때문에 완전한 물막이를 할 수 없는 위험이 있으므로 거의 사용되지 않는 방법이다.다. 슬라이드 게이트나 롤러 게이트의 경우, 유수의 차단 시 수압이나 문받이 부분에 미치는 마찰저항, 부력 등의 외력에 대해 충분한 여유를 가지고 수문의 자중만으로 가배수로가 차단되도록 설계해야 한다. 수문의 자중이 부족할 경우에는 콘크리트 등으로 차단을 보강하는 경우도 있다. 최근에는 차단 작동이 확실한 롤러 게이트가 가장 많이 사용되고 있다.라. 스톱 로그에 의한 물막이는 시간이 많이 걸리므로 하천 유량이 작을 경우에만 사용을 고려한다.
4.4.3 가배수 개거
(1) 가배수 개거는 가배수 대상 유량이 너무 커서 가배수 터널이나 제내 가배수로로 처리하는 것이 비경제적일 때, 댐 제체의 한쪽 끝부분에 개수로 형태로 설치하게 되며, 다른 방식에 비하면 경제적이나 단점도 있다. (2) 이 방식은 타 유수전환 방식에 비하면 공사비가 싸고 공기가 짧은 이점이 있으나 댐의 기초 굴착공사를 하천의 전 단면에 걸쳐 할 수 없으므로 댐 본체의 콘크리트 타설이나 축조공정에 제약을 받게 되는 단점도 있다.(3) 이러한 제약을 해결하기 위하여 비교적 작은 댐의 경우에는 제내 가배수로가 설치된 제체의 일부에 개수로를 설치하는 방법이 채택되기도 한다. (4) 이 방법은 비교적 작은 댐에서 댐의 기초암반까지의 굴착을 비교적 간단하게 할 수 있는 경우에 적합한 방법이지만 댐 콘크리트 가설비 플랜트를 미리 설치해야 하므로 공정상의 제약이 있다. (5) 가배수 개거의 계획에 있어서는 폐쇄공사를 충분히 검토한 뒤에 설계해야 한다. 설계에 대한 유의사항을 열거하면 다음과 같다.① 대상유량이 너무 커서 터널 또는 방수관을 설치하는 것이 비경제적인 지점에서는 댐의 제체 축조 시 잘룩한 부분을 만들어 가배수로로서 이용하는 일이 있으나 이는 폭이 넓은 하곡에 적합하다. ② 이 때 폐쇄공정을 단축시키기 위해 가배수로 부분의 기초처리는 가배수로로 사용하기 전에 미리 완료하도록 해야 한다.③ 끝막이는 제내 배수로에 의해서 가배수함과 동시에 물넘이도 사용할 수 있는 상태가 된 다음에 하는 것이 바람직하다.④ ①과는 반대로 대상 홍수유량이 적고 하천 폭이 비교적 넓은 경우에는 한쪽의 하안에 따라서 개거를 설치해서 가방류하는 일이 있다.
4.4.4 가배수 터널
(1) ‘가배수로’로 사용된 암거 또는 터널을 사용 후, 취수시설 및 긴급 ‘방류공 용수로 ’로 사용하는 경우에는 구조설계에 대해서 주의 해야 한다. 구조설계상의 주요 요점은 다음과 같다. ① 구조상의 원리 ② 가배수로 ③ 누수의 방지 (2) 산을 통과하는 터널식 가배수로로는 주로 상기의 (1)의 ②, ③항이 중요하며 댐 부지를 상․하류에 가로지르는 암거식 가배수로에서는 상기 (1)의 ①, ②, ③항이 설계상 중요하다. (3) 특히, 가배수 터널의 시공은 가급적 갈수기간 동안에 실시하는 것으로 설계한다. 가배수 터널의 굴착공사는 공사 중에 발생하는 용출수의 처리를 쉽게 하고 또한 공사기간 동안의 홍수유출에 대처하기 위해서 계획터널의 하류단에서 시작하여 상류단으로 시공하도록 설계한다.(4) 터널이 관통된 후 콘크리트 라이닝을 하는 시기는 갈수기로 정하여야 한다. 그러나 댐 건설 공정상 어쩔 수 없이 홍수기에 터널을 시공할 경우에는 터널의 상류단 부근에 일부 굴착부를 남겨두어 관통시키지 말고 굴착구간에 대한 라이닝을 실시한다.(5) 가배수 터널의 수① 설계유량이 비교적 큰 필댐의 경우는 가배수 터널 1개로 설계할 경우 너무 큰 단면이 되어 시공상 문제가 있을 수가 있으므로 2개 이상의 복수터널을 설치하는 것을 고려한다.② 2개 이상의 터널을 설치할 경우 터널 유입구 높이에 고저차를 주면 높은 쪽의 터널은 공사용 자재 운반도로로 이용할 수도 있고, 담수를 시작할 때에는 수위차가 있으므로 폐쇄작업을 비교적 안전하게 수행할 수 있다. ③ 다른 댐형식과는 달리 필댐의 경우에는 댐 제체 내에 구조물을 설치할 수 없으므로 방류설비 등으로 가배수 터널을 전용하는 경우가 많은데 터널이 복수이면 한쪽은 배수에 이용하고 다른 한쪽 터널은 방류시설로 사용할 수 있다. ④ 복수터널을 설치함으로써 다음과 같은 장점이 있다. 가. 각각의 터널의 유입구 표고에 고저차를 두어 높은 쪽의 터널을 평상시에는 공사용 기자재 운반도로 등으로 이용할 수 있다. 나. 담수 개시할 때 수위에 제한이 가능하게 되어 폐쇄 시의 작업을 비교적 안전하게 실시할 수 있다. 다. 특히 필댐에서는 가배수 터널을 방류시설 등으로 전용하는 예가 많은데 터널이 복수면 한쪽을 배수로로 쓰면서 다른 쪽에 방류시설을 설치하는 것을 고려한다. 라. 따라서 가배수 계획에 있어서 이와 같은 여러 가지 점과 경제성을 비교 검토하면서 적정한 터널 수를 결정해야 한다.(6) 복수 터널의 경우 중심간격① 터널을 평행하게 설치하는 경우에는 지압의 상호 간섭에 기인하는 편압의 발생에 의한 동바리의 붕괴, 시공 등의 발파의 영향에 의한 라이닝의 손상 등을 방지하는데 필요한 노선의 간격을 확보해야 한다. ② 일반적으로 노선의 중심간격을 터널 내경의 5배 이상이면 이들의 정해가 방지된다는 사실이 이론해석 또는 시공 실적에 의해 입증되고 있다.(7) 터널 유입구① 터널의 유입구는 등고선에 될 수 있는 한 직각방향으로 향하고 또한 개수로 등으로 현 하천에 원활하게 접속하도록 검토한다. 터널 유입구의 위치는 취수시설 등의 부대공사의 위치 관계를 잘 검토하고 가물막이의 침식을 방지하기 위해 가물막이와는 적당한 거리를 이격한다. ② 설계에 있어서의 유의사항을 열거하면 다음과 같다.가. 터널 입구의 위치는 일반적으로 터널 상부의 덮인 부분의 암반인 경우 터널 지름의 1~2배, 토사인 경우 터널 지름의 2~3배가 되는 지점에 설치하는 것을 고려한다.나. 터널 예정위치와 댐 본체 최종 굴착 예정선간의 거리는 댐 본체 굴착을 위한 발파 등의 영향을 피할 수 있도록 통상 터널 직경의 3배 이상 또는 20cm 이상 되도록 한다.다. 터널 유입구 부근은 유입수에 의한 부압, 원지반의 편압, 온도변화, 원지반의 절토에 의한 이완 등 예상하기 어려운 하중이 작용하기 때문에 원지반의 지질 상황에 맞추어 철근콘크리트 보강 구간을 두어야 한다.(8) 가배수 터널의 단면 형상① 가배수 터널의 단면형에는 원형, 표준 마제형(2r형), 표준 마제형(3r형) 및 측벽직형 등의 네가지가 있다. ② 가배수 터널이 압력터널이고 설계수두가 10m 이상이 되는 경우에는 원형단면이 적절하며, 무압터널의 경우에는 표준 마제형(2r 및 3r형)이 많이 사용되고, 무압터널이면서 굴착 암반이 양호한 소단면의 경우에는 측벽직형이 적합하다. ③ 터널의 상류단에는 나팔형 유입부를 설치하여 가급적 유입손실을 작게 할 필요가 있으나 다른 구간에 대해서는 동일 단면형으로 하는 것이 경제적이다. 터널단면적의 크기는 터널의 길이, 암석의 질 및 시공법에 따라 다르다.(9) 가배수 터널의 평면선형① 가배수 터널의 평면선형은 직선이 가장 바람직하지만 지형, 지질 등에 의해 곡선부가 들어가는 경우가 대부분이다. 곡선부를 설계할 경우 곡률반경은 터널 직경의 10배 이상으로 한다.② 특히, 가배수 터널이 댐 축조 후 취수시설의 일부로서 이용되는 경우에는 곡률반경에 대한 충분한 검토가 필요하다. 곡선수로에서 문제가 되는 것은 사류가 발생하는 경우로서 만곡수로 내의 외측과 내측벽 부근에서 사출되는 고속 흐름이 서로 간섭 효과를 일으켜 진동을 동반하는 복잡한 수면 형상을 발생시키게 되어 터널 라이닝에 손상을 줄 가능성이 생긴다. 이를 방지하기 위한 방법으로 복합곡선의 만곡부로 설계하는 경우가 많다. (10) 가배수 터널의 수리조건과 라이닝① 가배수 터널의 단면은 계획 홍수 유량을 안전하게 하류에 유하 시킬 수 있는 단면이여야 한다. ② 가배수 터널의 라이닝 설계에 있어서의 일반적인 사항을 열거하면 다음과 같다.가. 가배수 터널의 라이닝이 유무는 공사비의 비교 및 터널 통과지의 암반이 통수 보호공 없이 견딜 수 있는지의 여부 또는 통과수량의 양에 의해 검토한다.나. 라이닝은 전주(全周), 반주, 인버트의 콘크리트 라이닝, 전주 또는 일부 모르타르 콘크리트 뿜어 붙이기, 전주 바르지 않는 것, 이의 조합을 고려 할 수 있다.다. 가배수 터널로서의 사용기간은 완성 후 5년 정도의 단기간인 경우가 많으므로 라이닝의 내구성의 변화를 고려할 필요가 없기 때문에 조도계수 n은 라이닝 초기의 값을 채용할 수 있다.③ 가배수 터널의 수로경사는 터널 전 길이에 걸쳐 단일경사로 하는 것이 일반적이나 상류단의 유입부에 급경사 부분을 두어 흐름을 가속시킴으로써 터널 유입부에서의 흐름을 안정시키는 경우도 있고, 이와 반대로 하류단의 유출부에 급경사 부분을 두어 하류 하천으로서의 흐름을 유도하는 경우도 있다. 또한 터널 수로 상에 낙차가 심한 곳이 있으면 낙차 구조물을 설치하여 수로의 안정을 도모할 필요도 있으며, 이 때에는 단면 변화 지점에 단면변화부(transition section)를 설계함으로써 손실수두를 감소시키도록 해야 한다.④ 터널 내벽의 라이닝 여부에 따라 터널의 조도계수가 달라지므로 소요 통수 단면적의 크기도 달라진다. 일반적으로 라이닝하는 편이 수리학적으로 유리하지만 가배수 터널의 폐쇄 시 시공성의 문제도 함께 검토하여 설계한다. 가. 콘크리트 라이닝의 두께는 경암부분에는 30 cm 이상, 일반적으로 암부분에서 40 cm 이상하는 것이 일반적이다. 터널의 바닥부분은 토석류에 의해 침식되기 쉽고 바닥과 측벽의 접합부는 누수가 발생하기 쉬우므로 바닥의 라이닝을 시공할 때에는 각별한 주의해야 한다.나. 터널 라이닝의 뒷면과 굴착 암반 사이에 충분한 그라우팅함으로써 터널 내의 유수로 인한 내압을 굴착 암반으로 전달할 뿐만 아니라 누수를 방지토록 해야 한다. 이 때 그라우팅 주입압은 압력터널의 경우 설계수두의 2∼3배, 무압터널의 경우에는 0.2∼0.5MPa 정도로 하는 것을 고려해야 한다. 다. 터널 굴착이 완료된 후에 단층 등이 있어 터널폐쇄 등의 사고가 발생하지 않도록 해야 한다.(11) 내외수압에 대한 설계조건① 댐 저수에 의해 터널 라이닝에 작용하는 내외수압의 크기는 터널 중심선에서 계획 만수까지로 하고 각 터널형식에서의 유의사항은 다음과 같다.가. 터널 유출구에 제수 및 조절게이트 또는 밸브를 설치하는 경우(가) 취수시설 등에 이용하기 위하여 터널 출구에 제수, 조절게이트 또는 밸브를 설치하는 경우에는 터널 구간을 댐 만수위까지의 내수압을 받는 압력터널이라고 보고 설계해야 한다. (나) 댐 축 중심부근에 설치하는 지수존의 상류는 외수압도 작용하므로 내외수압은 균형을 이루는 일이 많지만 일시적으로 외수압이 라이닝에 작용하기 전에 내수압이 작용하는 수도 있기 때문에 전구간을 압력터널로서 설계한다. (다) 댐의 수위가 급강하했을 경우 외수압이 잔류하는 일이 있으므로 지수존 상류는 외수압에 대해서도 검토해야 한다.(라) 충분한 지수존을 설치하고 내수압과 그라우트압을 고려해서 구조설계한 경우 하류 측에 대해서는 외수압에 대해서 검토하지 않을 수 있다.나. 터널입구에 제수, 조절게이트 또는 밸브를 설치하는 경우(가) 터널 입구에 제수, 조절게이트 또는 밸브를 설치하는 경우로서 이들을 닫아 자유류가 될 때, 그리고 입구를 폐쇄한 경우 터널 안이 비어 있는 경우에는 지수존에서 상류는 댐 만수위까지의 외수압을 받을 가능성이 있으므로 이 구간은 댐 만수위까지의 외수압에 대해서 견딜 수 있도록 설계해야 하며, 댐 축 부근에 충분한 지수존을 설치해서 산턱의 누수를 방지해야 한다. (나) 또한 하류에 배수공(weep hole)을 설치해서 외수압을 저하 시킬 수 있는 경우에는 하류에 대해서 외수압을 고려할 필요가 없다.다. 가배수 터널로서 사용 후 댐 축 부근을 플러그로 완전 폐쇄하는 경우(가) 가배수 터널을 다른 목적으로 사용하지 않는 경우, 공사 기간 중 홍수 시 일시적으로 만류관이 되어 내수압이 생겨서 압력터널이 되는 경우에는 입구에서 출구까지의 각 점의 내수압을 산출해서 최대치를 가지고 설계한다. (나) 일반적으로 이 값은 적기 때문에 터널 입구 부근의 철근보강 및 저압 그라우팅을 실시하면 충분한 경우도 있다. (다) 댐축 부근에 플러그 및 지수존을 설치함과 동시에 지수존에서 하류에 배수공을 설치하면 외수압에 대한 검토는 필요치 않다. 내외수압에 대한 구조적 검토는 압력터널의 항에 준해서 설계한다. (12) 라이닝의 구조설계① 가배수 터널의 라이닝의 구조설계는 설계조건에 의해서 무압터널 또는 압력터널에 준하여 적절하게 해야 한다. ② 단, 가배수 터널에서 고속의 토사류에 의해 라이닝의 손상을 받기 쉬운 경우에는 인버트 라이닝에 대해서 특히 고려해야 한다.
(13) 그라우팅① 댐 부대터널에서는 라이닝 배면과 원지반사이의 공간충전, 터널주변의 암반강화 및 터널을 따른 침투수를 저지하기 위해 뒷채움 그라우팅과 컨솔리데이션․커튼 그라우팅을 한다. ② 터널 굴착 때의 발파로 인하여 라이닝 주변의 암석은 상당히 느슨해졌으므로 지수존 구간은 커튼 그라우팅과 함께 컨솔리데이션 그라우팅을 실시해서 터널 주변의 지반강화 및 누수를 방지한다. (14) 배수공(weep hole)① 배수공 설치는 댐 축에서 하류로 상시 압력터널로서 사용하지 않는 구간에 대해 실시한다. ② 일반수로 터널에서는 원지반으로부터의 외수압에 기인하는 라이닝의 파괴를 방지하기 위해 배수공을 설치하는 것으로 되어 있는데, 가배수 터널에 있어서도 똑같은 견지에서 필요에 따라 배수공을 설치한다. ③ 배수공을 설치하지 않는 구간을 두는 것은 다음과 같은 이유 때문이다.가. 상시 압력터널이 되는 구간에서는 저수압으로 인해 누수가 발생할 가능성이 크기 때문에 설치하지 않는다.나. 무압터널인 경우, 댐축 상류는 저수에 의한 외수압에 견딜 수 있도록 설계되어 있으므로 배수공은 설치하지 않아도 된다. 다. 그라우팅이 불완전한 경우에는 원지반의 균열을 통해서 토사가 유출될 가능성도 있으므로 외수압에 대하여 고려가 된 경우에는 배수공을 설치하지 않을 수 있다. (15) 가배수터널은 “
4.4.5 가배수로 수리 계산
(1) 가배수로 및 가물막이는 공사기간 중에 일어날 가능성이 있는 홍수를 가물막이 위로 월류시키지 않고 안전하게 하류에 유하 시킬 수 있는 것이라야 한다. (2) 가배수로의 수리계산은 “
4.5 폐쇄공
(1) 가배수 터널 및 제내 가배수로는 사용 후 폐쇄하는 것을 원칙으로 하며, 터널이나 가배수로를 통하여 누수되는 것을 방지하도록 설계한다. (2) 가배수 터널 및 제내 가배수로의 폐쇄공은 “
4.5.1 폐쇄 위치와 길이
(1) 가배수 터널은 사용 후 폐쇄(공)되지만 댐의 저수가 터널을 따라서 유출하는 것을 방지하기 위해서 원칙적으로 댐축과의 교점 또는 댐 커튼 그라우팅의 교점에 폐쇄공 및 그라우트 커튼을 설치한다. (2) 폐쇄공의 위치 및 길이 설계 시 고려사항은 다음과 같다.① 제고 30 m 내외의저 필댐에서 가배수로를 취수 터널로써 이용하는 경우에는 터널 입구에 게이트를 설치해서 그것을 닫음으로써 저수가 되도록 한다. 비관개기에는 게이트를 열어 유입수나 토사를 배제하도록 한다.② 댐 높이가 30m 이상인 경우에는 댐축과의 교점 또는 댐 커튼 그라우팅선의 교점 부근에 폐쇄공을 실시하는 것을 원칙으로 한다.③ 폐쇄공의 필요한 길이의 검토 가. 폐쇄공의 길이는 플러그 위치의 원지반의 흙 두께, 터널 주변의 지질상태 등이 지형지질적 조건, 작용수압 등을 고려해서 결정해야 한다. 나. 폐쇄공의 길이를 결정하는 공식이나 명확한 수치 등의 근거가 있는 것은 아니므로 일반적으로 과거의 실시 예 등을 참고하여 결정한다. 다. 수치적으로 폐쇄공의 길이는 타설면의 전단응력, 활동 및 폐쇄주변의 고정 등을 고려하여 결정한다.④ 폐쇄공의 보강 가. 덮인 흙이 얇은 터널 또는 원지반의 지질이 좋지 않은 터널을 댐축 부근에서 폐쇄하는 경우, 폐쇄공보다 상류는 반영구적으로 보수 등의 손을 쓸 수 없게 되기 때문에 폐쇄공보다 상류부분에 대해서는 충분한 구조적 보강한다. 나. 원지반의 지질이 나쁜 곳에서는 그라우팅 효과가 얻어지기 어려운 경우가 많으므로 콘크리트에 의한 내부 보강방법을 고려한다. 다. 특히 화산암지대에서는 원지반의 깊은 곳까지 암질이 불량한 경우가 많으므로 어느 정도 길게 하여야 한다.
4.5.2 폐쇄의 시기와 형식
(1) 가배수 터널의 폐쇄 시기에 대해서는 폐쇄공사 자체의 안전성으로 보아 갈수기에 실시하여야 한다. (2) 그러나, 폐쇄공으로 유수를 차단함으로써 하류의 수리권자에 큰 피해를 미칠 것으로 판단될 경우에는 댐 지점 하류의 잔유량이 많은 시기 혹은 비관개기를 이용함이 바람직하며, 다음과 같은 추가적인 방법도 검토해야 한다.① 제내 가배수로를 다단으로 설치하여 유수의 차단기간을 짧게 해서 하류에 영향을 적게 미치도록 한다.② 가배수 터널 내에 밸브 등을 설치한다.③ 부득이 한 경우에는 유수 차단기간 중에 펌프 양수에 의해 하류 유수의 흐름을 유지시킨다. (3) 폐쇄공의 형식은 가배수 터널의 전용계획이나 터널의 수에 따라 형식은 달라진다. 그리고 폐쇄공의 적용은 다음과 같다. ① 터널 수가 복수 또는 콘크리트 댐 등에서 가배수 터널을 다른 목적으로 전용하지 않는 경우에는 내공단면을 모두 충전 폐쇄한다. 이 때에는 다른 쪽 터널 또는 콘크리트댐에 있어서는 제내 가배수로를 이용해서 흐름을 배제하면서 폐쇄공을 시공한다.② 터널 수가 하나이고 또한 단면내에 취수시설, 방수시설 등을 설치하는 경우에는 갈수기를 이용해서 미리 방류관로 등을 매설해 두고 그 후에는 이 관을 통해서 유수를 배제하면서 폐쇄공을 시공할 수 있다.”