터널의 시공방법 종류와 특징

소개글

터널의 시공방법 종류와 특징에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 터널 시공법의 종류 및 특징
가. ASSM 시공법
　(1) ASSM (American Steel Support Method) 시공법 개요
　(2) ASSM 시공법 특징
　(3) ASSM 시공법 장단점
나. NATM 시공법
　(1) NATM 시공법 개요
　(2) NATM 시공법 특징
　(3) NATM 시공법 장단점
다. NMT 시공법
　(1) NMT 시공법 개요
　(2) NMT 시공법 특징
　(3) NMT 시공법 장단점
라. 기계화 시공법
　(1) 기계화 시공법 정의
　(2) 기계화 시공법의 분류기준
　(3) 기계화 시공법의 종류 및 특징

2. NATM 공법의 이해
가. 정의 및 기본개념
　① NATM의 기원
　② NATM의 기본원리
나. NATM 시공 순서
다. 터널굴착과 지반거동특성
　① 응력이력
　② 시간에 따른 변위거동
라. 굴착방법 및 공법
마. 지보재 종류 및 역할
　① Shotcrete
　② Rockbolt
　③ 강지보재
　④ 보조공법
바. 지보재 설치시기

본문내용

, 지보재가 타설되어 지보해야 하는 압력도 굴착 직하보다 줄어드는 개념입니다.
국내에는 1980년대 서울 지하철 건설에서 외국기술진의 자문으로 처음 도입되어 국내 터널 굴착시 가장 많이 활용되는 공법으로 발전되었습니다.
나. NATM 시공 순서
① 막장관찰 및 지반분석
② 천공 및 장약
③ 발파
④ 환기 및 버력 처리
⑤ 1차 숏크리트 + 록볼트 설치
⑥ 2차 숏크리트 타설
다. 터널굴착과 지반거동특성
분할굴착시의 응력재분배형태
굴착에 의한 지표면 침하형태
① 응력이력
자연지반에는 오랜 세월을 통해 거쳐오며 자체의 응력을 보유하고 있는데 이 응력을 초기응력이라고 부며, 이 초기응력은 그 지반의 응력이력(stress history)에 의존하게 되는데 편의상 수직응력과 수평응력으로 구분하여 취급하게 된다.
이들의 크기에 있어서는 수직응력이 수평응력보다 크기도하고 이와 반대가 되기도 하며 경우에 따라서는 최대응력이 수직도 수평도 아닌 경우도 발생하게 된다. 시공대상이 되는 자연지반은 이러한 초기응력의 다양성에도 불구하고 그 응력하에서 안정된 상태를 유지하고 있다. 즉 자연지반이 가지고 있는 응력상태는 그 지반의 고유저항값(강도)이하에서 평형상태를 유지하고 있음을 의미한다.
② 시간에 따른 변위거동
이러한 자연지반에 터널을 굴착하게 되면 시간이 지남에 따라 원래의 지반응력상태가 변하게 되며, 이로인해 터널의 안정성에 영향을 미친다. 그러므로 굴착과 지보의 역할이 중요하다.
터널에서 시간에 따른 변위거동은 여러 가지 형태로 나타나지만 다음의 특성들이 대표적이다.
－ 소성영역의 확대, 막장진행에 따른 변위증가, 공용중인 터널의 변상 등
라. 굴착방법 및 공법
지반조사의 한계로 인하여 실제 지반을 정확히 예측하기는 불가능하므로 시공시 현장여건 변화에 능동적으로 대처할 수 있도록 설계단계에서 구체적으로 굴착공법을 계획해야 한다.
터널굴착의 분류는 크게 굴착방법과 굴착공법으로 대별되며 용어 정의는 다음과 같다.
① 굴착방법 : 막장의 지반을 굴착하는 수단을 말하며 인력굴착, 기계굴착, 파쇄굴착, 발파굴착 방법 등이 있다.
② 굴착공법 : 막장면 또는 터널종방향의 굴착계획을 총칭하는 것으로서 전단면 굴착방법, 분할굴착방법, 선진도갱 굴착방법 등이 있다.
굴착방법은 어떠한 수단으로 터널을 굴착할 것인가(굴착수단)를 말하는 것이고, 굴착공법은 이러한 굴착수단을 이용하여 어떻게 굴진해 나갈 것인가(굴진방법) 하는 계획을 의미한다.
마. 지보재 종류 및 역할
① Shotcrete
② Rockbolt
③ 강지보재
④ 보조공법
터널에서의 지보재는 터널 시공시에는 물론 터널의 수명기간동안 터널 주변의 응력이나 변위 상태 등과 상호 연합하여 일체로 거동하여 터널의 안정성을 영구적으로 보장해 주도록 설계되어야 한다. 즉, 지보재는 터널의 굴착으로 인하여 발생하는 새로운 응력 상태에 대하여 터널 주변지반과 일체가 되어, 안정된 상태에 도달하도록 설계되어야 한다. 특히, 터널 주변지반의 거동이 지표 및 지중의 주변 구조물에 영향을 미칠 위험이 있는 경우에는 터널 굴착의 영향이 최소화할 수 있는 지보재의 규격과 시공순서를 결정하여야 한다. 또한 터널 내부에서의 작업효율성, 안정성을 고려하여 각종 지보재를 설계하여야 한다.
결론적으로 지반자체가 주 지보재 역할을 수행하며, 숏크리트, 록볼트, 강지보재 등은 지반이 이 기능을 잘 감당할 수 있도록 보조해 주는 수단이다.
지보재의 설계에 있어서는 지반의 분류 등급과 해당 지보재의 선정에 대한 기준을 제시함으로써 시공시 실제지반조건이 설계시 예측조건과 상이할 경우 적합한 지보재로 변경할 수 있도록 하여야 한다.
① Shotcrete
Shotcrete 는 터널 굴착 즉시 터널 천정의 굴착 표면을 안정 시킬 목적으로 사용되며 습식과 건식의 방법이 있다. 오늘날 습식이 건식에 비해 작업이 편리하고 분진이 적으며 경제성이 높아 습식이 주로 사용된다.
② Rockbolt
Rock Bolt 는 굴착한 원 지반과 주변 지반을 Rock Bolt로 연결하여 조여줌으로써 지반을 안정시키는 역할을 한다. Rock Bolt 의 종류는 정착 방법에 따라 선단정착형과 전면 접착형으로 나누어지며 일반적으로 전면접착형을 쓰고 있다.
시공방법은 주로 Resin형으로 이 방법은 암반에 뚫은 구멍에 Resin을 주입하고 Rock Bolt를 삽입한다. 삽입과정에서 Resin 이 화학 반응을 일으켜 경화된다.
③ 강지보재
강지보재는 숏크리트가 경화할 때까지 즉시 지보효과를 발휘하며 경화후에는 숏크리트와 연합하여 지지효과를 증진시킨다. 강지보의 종류는 U형, H형, Lattice Girder등이 있다.
강지보재의 기능은 다음과 같다.
① 숏크리트 타설후 경화시까지 임시 보강재 기능
② 무지보 지반의 직접보강 및 숏크리트 라이닝 하중분산 작용
③ Forepoling, Pipe Roof 등의 보조공법 시공시 지지대 역할
④ 터널 내공확인, 발파 천공의 지표(Guide) 역할
④ 보조공법
터널시공에서는 지보재 설치전까지 막장이 자립하는 것은 안전시공의 전제가 된다. 지반조건이 불량하여 굴착방법개선, 지보재만으로는 터널막장의 안정을 기할수 없거나 용수가 많아 Shotcrete 등의 지보재시공이 곤란한 경우에는 막장자립성 확보를 위해 현장여건에 필요한 보조공법을 병행해야 한다.
강관다단 그라우팅, 포오폴링, FRP 보강 등
바. 지보재 설치시기
적절한 지보설치 시기는 우선 지반조사와 적정한 성과분석을 통해 굴진장, 지보량을 결정 후에 지반거동과 지보반응 상관관계를 검토를 선행해야 한다.
지반거동과 지보재의 상관관계는 대상 지반의 거동 특성이 먼저 분석되어야 한다. 굴착면 주변 지반의 지보능력을 활용할 수 있을 경우에는 그만큼 지보력을 감소시킬 수 있다.
이는 지반과 지보재의 상호작용에 의해서 터널의 안정을 도모하고자 하는 설계개념이다
이러한 설계개념에서의 지보재의 역할과 지반의 거동특성은 다음과 같이 요약할 수 있다.
변위를 허용하는 가축성 지보재를 사용하여 변위를 허용하되 자체의 지보능력을 상실하지 않는 범위내에서 지보력과 지보재에 작용하는 지반응력이 평형상태가 되도록 설계하여야 한다.

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