LHCS 터널보조공법

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1. 일반사항

1.1 적용 범위

(1) 이 기준은 한국토지주택공사(이하 LH라 한다)에서 발주하는 공사로서, 터널 굴착 중 지보작업과 병행하여 막장안정성 확보를 위한 터널보조공법 공사에 적용한다.

1.1.1 보조공법의 적용조건

(1) KCS 27 50 15(1.1.1) 을 따른다.

1.1.2 훠폴링 적용범위

(1) KCS 27 50 15(1.1.2) 를 따른다.

1.1.3 가인버트 적용범위

(1) KCS 27 50 15(1.1.3) 을 따른다.

1.1.4 주입공법 적용범위

(1) KCS 27 50 15(1.1.4) 를 따른다.

1.1.5 지하수 대책공법 적용범위

(1) KCS 27 50 15(1.1.5) 를 따른다.

1.1.6 강관보강그라우팅 공법 적용범위

(1) KCS 27 50 15(1.1.6) 을 따른다.

1.1.7 각부보강 공법 적용범위

(1) KCS 27 50 15(1.1.7) 을 따른다.

1.2 참고 기준

1.2.1 관련 법규

(1) 관련 법규는 KCS 27 50 15(1.3.1) 을 따른다.

1.2.2 관련 기준

(1) 관련 기준은 KCS 27 50 15(1.3.2) 를 따르며, 추가사항은 다음과 같다.· KCS 27 10 15 보조공법· LHCS 27 10 05 터널공사 개요· KS D 3504 철근콘크리트용 봉강· KS D 3566 일반 구조용 탄소 강관

1.3 용어의 정의

(1) LHCS 27 10 05(1.3) 을 따른다.

1.4 제출물

(1) LHCS 10 10 10 05를 따른다.

1.4.1 시공 계획서

(1) 시공계획서는 LHCS 10 10 05 01(1.19)를 따른다.

1.4.2 시공상세도면

(1) 시공상세도면은 시공순서도를 포함하여 작성한다.

2. 자재

2.1 재료

2.1.1 훠폴링의 재료

(1) KCS 27 50 15(2.1.1) 을 따른다.

2.1.2 가인버트의 재료

(1) KCS 27 50 15(2.1.2) 를 따른다.

2.1.3 주입공법의 재료

(1) KCS 27 50 15(2.1.3) 을 따른다.

2.1.4 강관보강그라우팅 공법의 재료

(1) KCS 27 50 15(2.1.5) 를 따른다.

2.1.5 각부보강 공법의 재료

(1) KCS 27 50 15(2.1.6) 을 따른다.

2.1.6 그라우팅

(1) 혼화제 ① LHCS 14 20 10을 따른다.(2) 주입파이프① KS D 3566의 표준에 적합한 것이어야 한다.(3) 주입제① 일반적으로 기포제 및 모래를 혼합한 시멘트 페이스트를 사용한다.② 표준 배합가. LHCS 14 20 10 15와 LHCS 14 20 10 20을 따른다.

2.2 장비

(1) 그라우팅 장비로는 그라우트 믹서, 그라우트 펌프 및 압력조절기구 등을 사용한다. 그라우트 믹서는 주입속도의 저하 없이 그라우트 펌프로 충분한 시멘트 모르타르를 공급할 수 있는 용량을 가진 것이어야 한다.(2) 그라우트 펌프는 최대규정 압력 하에서 최소 분당 50ℓ의 용량을 가진 것으로 적절한 압력조절장비가 구비되고 밀크의 주입량 및 압력을 0에서 최대 규정치까지 용이하게 조절할 수 있는 것이어야 한다.

3. 시공

3.1 시공일반

(1) 막장천단 안정에 사용되는 파이프루프공법, 프리그라우팅(pre-grouting)공법, 강관보강형 다단그라우팅공법 및 훠폴링공법 등과 막장면 안정에 사용되는 막장면 록볼트 및 숏크리트 등의 보조공법을 적용할 경우에는 안전성, 시공성, 경제성 등을 고려하여 지반상태에 적합한 방법으로 시공하여야 하며, 각 보조공법별로 시공계획서를 작성하여 공사감독자(건설사업관리자)에게 제출하여야 한다.(2) 파쇄대의 보강 및 용수방지 등을 위하여 프리그라우팅을 실시할 때에는 지반의 특성과 침투성 등을 검토하여 주입재, 주입압력 및 주입범위, 주입방법 등을 결정하여야 한다. 프리그라우팅 시공계획서에는 이러한 내용과 주입량 등의 관리방안을 포함하여야 한다. 주입재로서 시멘트를 주재료로 사용하는 경우에는 마지막 그라우팅 작업 후 24시간 이내에 발파작업을 하여서는 안 된다.(3) 강관보강 그라우팅공법의 시공 시에는 휨하중에 대한 충분한 내력을 가진 강관을 사용하여야 하며, 강관의 설치간격은 일반적으로 0.3∼0.6m이나 현장의 지반조건을 고려하여 효율적인 주입이 가능하도록 배치하여야 한다. 강관보강 그라우팅공법의 시공계획서에는 강관의 규격과 제원, 주입재의 종류 및 시험성과, 주입압력, 주입량 등의 관리방안을 포함하여야 한다.(4) 막장의 안정을 위하여 막장면에 수평방향으로 록볼트를 설치하여 보강할 수 있으며, 록볼트의 설치간격과 길이 등은 현장의 지질조건에 따라 정한다.(5) 터널 막장에서의 응력집중을 완화시키고 전단 저항력을 증가시키기 위하여 막장면에 숏크리트를 타설할 경우에는 지반이 이완되기 전에 시공하여야 한다. 또한 장기간 굴착을 중지할 경우에는 반드시 막장면에 숏크리트를 타설 하여야한다.(6) 기타 보조공법에 대한 사항① KCS 27 50 15를 따른다.(7) 용수처리 방법으로 사용되는 지수 및 차수공법, 배수공법은 지반 및 지하수 상태를 고려하여 현장 여건에 적합한 방법으로 시공하여야 한다.

3.2 시공기준

3.2.1 훠폴링의 설치

(1) 적용기준① KCS 27 50 15(3.3.1) 을 따르며, 아래 항목을 추가하여 적용한다.② 설치길이는 4.0m이며 겹침길이는 1.0m 이상을 기준으로 한다.(2) 시공방법① 노출암반 조사결과 단층파쇄대나 연약암반대가 나타나면 터널진행 방향으로 5∼10°정도로 천공하고 강관을 삽입한 후 그라우팅을 실시하여야 한다.② 격자지보를 설치 중에 훠폴링을 설치할 필요가 있을 때에는 격자지보의 외측에서 최대한 설치각도를 줄여 터널굴진방향과 나란하게 설치해야 한다.③ 경사각이 과다하면 훠폴링위치가 터널 굴착면에서 멀어져 안정효과가 떨어지므로 주의가 필요하다.④ 강지보재의 외측으로 설치하여 강지보재가 지지점이 되도록 해야 한다.

그림 3.2-1 훠폴링 시공 단면도

3.2.2 가인버트의 시공

(1) KCS 27 50 15(3.3.2) 를 따른다.

3.2.3 주입공법의 시공

(1) KCS 27 50 15(3.3.3) 을 따르며, 아래의 항목을 추가하여 적용한다.(2) 그라우팅의 주입작업은 일반적으로 원지반의 이완에 대하여 안정성을 증대시키기 위한 것으로 라이닝 콘크리트 시공 후 라이닝 콘크리트가 주입압력에 견딜 수 있는 강도에 달한 후 되도록이면 조기에 주입하며, 주입작업이 완료된 주입공은 마개로 막아야 한다.

3.2.4 지하수위 저하공법 시공

(1) KCS 27 50 15(3.3.4) 을 따르며, 아래의 항목을 추가하여 적용한다.(2) 굴착면 안전성 증진과 유입지하수량을 감소시키기 위하여 지하수위 저하공법을 적용할 수 있다.(3) 지하수위 저하공법으로는 웰포인트공법, 심정에 의한 배수공법, 물빼기공 등을 적용할 수 있다.

3.2.5 차수공법 시공

(1) KCS 27 50 15(3.3.5) 를 따른다.

3.2.6 강관보강그라우팅 공법의 시공

(1) KCS 27 50 15(3.3.6(1),(3),(6)) 을 따르며, 아래 항목을 추가하여 적용한다.(2) 시공일반 ① 터널굴진 중 갱구부나 누수 및 파쇄대로 인한 막장의 붕락 혹은 터널주변 이완영역의 증가로 인한 과다 변형의 우려가 있는 곳에, 붕락방지와 과다 변형억제를 목적으로 터널 내부로 작용하는 하중을 격자지보로 안전하게 전달하기 위하여 사용한다.(3) 적용기준① 천공은 ø100mm이상으로 케이싱(casing)을 사용하되 케이싱 없이 천공할 경우 공벽붕괴의 우려가 있으므로 천공 후 20분 이내에 강관을 삽입해야한다.② 천공각도는 현장상황에 따라 0∼15°범위로 실시한다.③ 설치범위는 120°, 간격은 C.T.C 0.3∼0.6m를 표준으로 하되, 현장 여건에 따라 변경이 가능하다.④ 강관은 0.5∼0.8m간격으로 스트레이너(strainer)를 설치한 후 주입제의 역류를 방지하기 위하여 밴딩(banding)을 실시하며, 주입공 크기는 ø5.0±2mm로 한다.⑤ 천공장은 12m로 하며 삽입강관은 길이 6m의 강관을 커플링으로 연결하여 사용하는 것을 원칙으로 한다.(4) 주입재① KCS 27 50 15(3.3.6(4),(5)) 를 따르며, 아래 항목을 추가하여 적용한다.② 강관보강그라우팅 공법은 지반보강과 차수의 목적으로 실시되므로 시멘트 페이스트와 물유리계 등 수종의 주입재를 복합주입 할 수 있으며, 지질조건 및 지층의 투수도에 따라 적절히 교체하여 사용해야한다.(5) 시공순서 및 방법
강관보강그라우팅 공법은 파이프루핑이나 훠폴링 등 여타 보조공법과 달리 여러 단계의 공정을 거치므로 시공 실시 전 시공순서를 숙지하여 굴착 및 지보재 설치 공사와의 상호 시공 사이클을 맞추어 작업이 원활히 진행될 수 있도록 주의해야한다. 본 공법의 시공순서는 다음과 같다.① 천공가. 전용 드릴 머신(drilling machine)을 이용하여 강관 삽입이 용이하도록 ø100mm 이상으로 케이싱(casing)을 사용하여 실시한다.

가. 천공된 공 내에 가공된 강관을 삽입하면서 케이싱을 인발하게 되는데 이때 강관의 손상을 방지하고 주입재의 역류를 방지하기 위하여 고무밴딩을 실시한다.

가. 강관 삽입 후 지하수 누수 및 토사유출 방지를 위하여 공 입구의 파이프 외측에 코킹(corking)을 실시한다.나. 코킹재는 다단주입 시 주입압에 견딜 수 있도록 4N/mm2(40㎏f/cm2) 이상의 강도를 지니는 재질이어야 하며 경화시간이 짧아 누수 시에도 충분한 효과를 발휘할 수 있어야 한다.

가. 스트레이너(stainer)가 설치된 강관을 삽입한 후 강관 입구외측을 코킹한 후 공벽과 강관 사이의 공간을 채우기 위한 실(seal)재를 주입호스(ø12mm, P.E. pipe)를 통하여 주입한다.나. 실링은 단계별 그라우팅 시 주입재의 역류 방지 및 한정된 범위에서의 주입을 실시하기 위하여 실시한다.다. 실링(sealing)재의 주입 시 강관과 공벽 사이를 완전히 밀폐시켜야한다.라. 실링(sealing)재의 고결강도는 차후 주입재가 통과하여 널리 퍼져 나갈 수 있도록 너무 높지 않아야 한다.

가. 주입재의 원활한 주입 및 단계별 주입효과와 극대화를 위하여 삽입된 강관 내에 1.5∼3.0m 간격으로 패커(packer)를 설치한다.나. 패커 설치 간격은 지반의 투수성, 암반의 절리특성 등을 고려하여 결정하며, 본공사 전 시험주입을 통해 설치간격을 조정해야 한다.

가. 지반보강과 차수의 복합목적 주입을 위해 시멘트 페이스트와 물유리계 주입재를 복합주입하거나 상황에 따라 복합 주입해야 하므로 1.5 숏(shot) 주입법에 의해 단계별 상승식 주입을 실시한다.나. 주입압은 정수압의 3∼4배 정도가 되도록 지층별로 설정한다.다. 주입시간은 주입속도 10ℓ/min에서 주입압 1N/mm²(10㎏/cm²)로 10분간 주입되었을 때까지 실시한다.라. 주입재의 배합비는 주입압과 주입량에 따라 빈배합에서 부배합으로 배합한다.마. 시공관리(가) 본 공법은 정밀한 천공, 강관삽입, 그라우트재의 주입 작업이 시공의 성패를 좌우하므로 시공초기부터 강관설치의 정확성에 대한 조사, 평가가 반드시 이루어져야 한다.(나) 강관의 밴딩상태, 강관의 설치방향 관리를 철저히 해 주입재의 인접관으로의 유출을 방지해야 한다.(다) 시공 시 적정구간을 선정하여 지표침하, 내공변위 등을 계측하여 주변 지반의 이완발생 상황 등을 면밀히 파악함으로써 본 공법의 효율성 분석 및 주변 구조물 및 터널 시공의 안전관리를 수행해야 한다.

3.2.7 각부보강 공법의 시공

(1) KCS 27 50 15(3.3.7) 을 따른다.

3.2.8 프리그라우팅(pre-grouting)

(1) 그라우팅에 필요한 장비와 기구는 믹서(mixer), 애지데이터(agitator), 펌프(pump), 압력계(pressure gauge), 팩커(packer), 파이프(pipe), 접합부속품(fitting)과 기타 공급설비로 구성되며 그라우팅 작업이 연속적으로 진행될 수 있도록 충분한 용량을 가지고 정비가 완전히 되어있어야 한다.① 믹서(mixer)는 배합하고자하는 시멘트, 물, 혼화제를 배합비대로 정확히 배합할 수 있으며 펌프에 연속적으로 공급할 수 있는 충분한 용량을 가져야 한다.② 애지테이터(agitator)는 회전속도가 느리면서 믹서에서 혼합된 시멘트 현탁액의 침전을 방지할 수 있어야 한다.③ 펌프(pump)는 배출량과 압력을 연속적으로 조정할 수 있어야 하며 다공식 그라우팅 펌프에서는 6공 정도를 동시에 그라우팅할 수 있는 충분한 양을 가져야 한다.(2) 시공방법① 암질 불량 부분으로 확정되면 막장 전방에 대하여 설계도면과 같이 20°의 경사를 유지하면서 방사형으로 천공한다.② 천공된 구멍은 그라우팅 전에 깨끗한 물로 깨끗이 청소하여야 한다.(3) 그라우팅 실시① 프리그라우팅은 파괴선에 적합하게 사용하며, 암질에 따라 공사감독자(건설사업관리자)의 승인을 얻은 후에 시행하여야 한다.② 천공의 지름은 46mm, 길이는 9m로 한다.③ 파괴선의 변위 발생시 절대로 무시해서는 안 되며, 프리그라우팅은 설계도서에 보여진 바와 같이 연속적으로 시행되어야 하며 공사감독자(건설사업관리자)와의 협의에 따라서 조정될 수 있다.”