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한위 구
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1 2005 한국암반공학회추계학술발표회 / 부산 - 거제간연결도로민자사업침매터널설계및시공 김용일, 윤영훈, 정두석, 장현갑, 황낙연 (( 주 ) 대우건설 ) 1. 서론최근세계각국에서는고속화철도및도로등의고속운송체계의개발수요가증대됨에따라, 하천이나해협을횡단하는교통용수저터널의건설공법이빠르게발전하고있다. 역사적으로보면 19C말~20C에는쉴드공법이수저하의연약지반에교통터널을건설하는유력한방법으로개발 발전되어왔으나, 원형단면을기본으로하는것과교통용터널에적합한대단면의굴착곤란등의이유로문제점이대두되어 19C중반이후로침매터널공법이하 ( 해 ) 저터널건설의새로운방법으로발전되어왔다. 본고에서는대우건설이추진중인부산-거제간연결도로민자사업을통해서하 ( 해 ) 저터널의시공법과특히본사업에적용되는침매터널공법의설계및시공계획을소개하고자한다. 2. 하 ( 해 ) 저터널공법 2.1 주요시공법하 ( 해 ) 저의지질및토질은주로투수성토사지반으로이루어져있으며암석이라도균열이많은게특징이다. 따라서이러한지반에서의터널공법은기초지반이불투수성지반일경우에일반적으로사용되는일반산악터널공법과는달리특수한시공방법이요구된다. 하 ( 해 ) 저터널의시공방법으로는침매공법 (Immersed Method) 과쉴드공법 (Shield Method) 이주종을이루고있으며이밖에잠함공법 (Pneumatic Caisson Method), 물막이개착공법 (Coffer Dam Method), 시멘트주입법, 측벽갱도선진공법등도현장조건에따라사용되고있다. 표 1. 은하 ( 해 ) 저터널의주요공법을비교한것이다. 65

2 표 1. 하 ( 해 ) 저터널의주요공법비교 구분쉴드공법침매공법잠함공법물막이개착공법 단면 원형이기본 대단면굴착곤란 형상크기제한없음 대단면굴착가능 일반적으로구형 형상, 크기제한없음 수로수심과터널깊이 터널작업은압기작업의제한상 30m 한도이며상당한피복두께필요 터널깊이는선박의항행에지장을주지않을정도로얕게하여터널총연장단축가능 압기작업이필요없으므로깊은수심에시공가능 얕은수심에적합 터널깊이를얕게할수있음 얕은수심에사용가능 유속등수리적조건 관계없음 일반적으로 2노트이하 축도식공법의경 물막이설치시유의의유속이적당우유속이크면물 유속이큰하천일수록강막이설치시유의력한작업발판이필요 부양예항식공법 기상, 해상조건이현저이경우유속이크히변하는곳에서는예면케이슨의계류항및침설작업이곤란곤란 지질조건 압축공기가새는것 침설된터널본체의겉 굴착이쉬운토사 사질토지반에적합 을막기위해충분한피복두께가필요하므로지질과관계있음 지반안정처리공법과의병용이나특수 보기단위중량은부력으로인해 1.1정도로, 주위흙의단위중량보다작다. 따라서지반지지력에대한문제는거의없음 지반에적합 쉴드공법의사용에 단, 암반과같은단단한 의해적용가능한지반의범위가넓음 지반의경우, 준설작업곤란 연약지반및토사 지반에매우적합 2.2. 침매공법 개요침매공법은지상또는수면상에서제작한함체를물에띄운채원하는위치까지이동하여준설기에의해미리수중굴착된하상의제위치에침설시킨후수중에서함체들을연결하고그위에토사등으로되메우기를하여터널을완성하는공법으로보통 Trench Method, Tube Sinking Method라고도불리우며, 이공법으로건설된터널은보통침매터널, Immersed Tunnel 및 Prefabricated Subaqueous Tunnel 등으로불리운다. 1950년대이래하 ( 해 ) 저터널을주도해오고있는침매터널은 1910년미국의디트로이트강횡단철도터널을시작으로적용되어현재까지약 60여개의하저및해저터널이교통용으로시공되었다. 66

3 2.2.2 종류 원형강관방식과구형콘크리트방식의개요및장단점은표 2, 표 3 과같다. 표 2. 원형강관방식 ( 미국식 ) 개요 장점 단점 수압, 토압등의외력에가장유리한원형단면으로된함체의형틀즉강각을조선대에서제작 강각을소정의위치에진수시킨상태에서내부에철근콘크리트를타설하여침설시킴 원형단면으로역학적으로유리, 대수심에경제적 저면폭이작아기초조성에유리 기존조선소의조선대를이용하여시공이확실 강각이방수층역할을하여특수방수불필요 원형단면으로상하부에무용공간발생하며, 준설및복토깊이가증가 부상상태에서콘크리트타설시응력에대한보강필요 표 3. 구형콘크리트방식 ( 유럽식 ) 개요 장점 단점 터널함체의단면이구형임 Dry Dock 등에서함체의형틀을짜서그속에콘크리트를타설하여콘크리트함체를제작 함체를물에띄워서예향, 침설하는방식 단면상불필요한공간이저어기면을최소깊이로가능하여터널총연장이줄고, 준설깊이도얕게된다. 단면크기에제한을받지않아대단면터널에적당 Dry Dock 에서제작되어강각이불필요 함체의저면이넓어서균일한저면지지를위하여기초처리에특수공법필요 콘크리트에별도의방수층필요 함체에큰휨모멘트발생 3. 부산-거제간연결도로민자사업 3.1 사업개요 공사명 : 부산-거제간연결도로민자사업공사 위치 : 부산광역시가덕도 ~ 경상남도거제시장목면 공사기간 : 2004 ~ 2008 (72개월) 공사비 : 13,197억원 사업규모 : 8.2km / 왕복 4차선 주요시설 : 침매터널, 사장교 2개, 강합성교, 육상터널 67

4 그림 1. 사업위치도 그림 2. 사업조감도 3.2 사업성검토본과업구간은사회간접자본시설공사로서국토의효율적이용과지역사회기반시설의원활한이용및발전을도모하고자하였으며이에따른타당성조사를실시하였다. 이조사는인근지역 ( 부산, 거제도등 ) 의인구증가율과노상조사, 차량보유율등의교통량조사를비롯한조사를수행하였으며, 경제적인효과는표4와같다. 68

5 표 4. 경제성검토결과 단위 : 원 구분 거리 (km) 요금 ( 원 ) 유류비용 시간비용 총비용 국도14호선남해고속도로 140 2,000 16,800 17,500 36,300 본도로 60 8,000 7,200 7,500 22,700 절감효과 80-6,000 9,600 10,000 13,600 연비 : 10km /l, 유류비 : 1,200원 /l 3.3 노선계획및연결구조 노선계획본프로젝트는총연장 8,214.7m( 침매터널 : L=3,696.6m, 교량부 : L=3,507.5m) 이며노선개요및선형은표5와같다. 표 5. 노선개요및선형 구분 개요 선형 설계노선 총연장 : L=8,214.7m 침매터널 : L=3,696.6m 교량부 : L=3,507.5m ( 사장교 : 672m + 915m, 접속교 : 1,920.5m) 토공부 : L=1,016.6m 최소종단반경 : R=1,500m 최대종단구배 : S=5.00% 연결구조 제1항로는거제도와저도사이를제1공구로, 제2항로는저도와중죽도사이로제2공구로, 제3항로는증죽도와가덕도사이로제3공구로각각부른다 관계기관의확정된요구사항 - 제1공구 : 항로고 36m, 항로폭 202m의항로 2개유지 - 제2공구 : 항로고 52m, 항로폭 435m 항로 1개유지 ( 최소수심 16m) - 제3공구 : 해군의요구로수상장애물을불허한다. 공구별배치제안사항 - 제1공구 : 4경간 ( 주탑3개 ) 사장교와양단에접속교 - 제2공구 : 3경간 ( 주탑2개 ) 사장교와양단에접속교 - 제3공구 : 침매터널 69

3.4 교량교량은 2가지형태로구분되며첫번째형태는제1항로 ( 부예비항로 ) 와제 2공구 ( 주예비항로 ) 의접속교이다. 두번째형태는제 1공구의 4경간 (106+230+230+160m), 3 주탑의사장교와제 2공구의 3경간 (220+475+220m), 2주탑의사장교이다. 표 6.

6 3.4 교량교량은 2가지형태로구분되며첫번째형태는제1항로 ( 부예비항로 ) 와제 2공구 ( 주예비항로 ) 의접속교이다. 두번째형태는제 1공구의 4경간 ( m), 3 주탑의사장교와제 2공구의 3경간 ( m), 2주탑의사장교이다. 표 6. 교량개요 구 분 접속교 사장교 접속1교 : 464m 연 장 접속4교 : 605.5m 접속2교 : 515.5m 부예비교 : 672m 접속3교 : 335.5m 주예비교 : 915m 노 폭 18.5m 19.6m 기 초 직접기초및콘크리트케이슨기초 콘크리트케이슨기초 시공방법 상판및기초 : PC 콘크리트제작, 주탑 : 현장타설. 현장에해상크레인으로가설. 상판및기초 : PC 콘크리트가설. 그림 3. 사장교조감도 70

7 3.5 침매터널 연장 : Tunnel: 3,384M(18EA 188M)+West Portal: 214.4M+East Portal: 98.2M 횡단 : 27.3M 8.1M 환기방식 : 종류식 (JET FAN) 그림 4. 침매터널조감도 3.6 기타구간 인공섬 : 가덕도및대죽도양단 육상터널 : 저도 (280M), 중죽도 (210M) 가덕및거제휴게소, 영업소 71

8 4. 침매터널시공방법 그림 5. 침매터널시공순서도 72

9 4.1 침매함제작침매공법은지상또는수면상에서제작한함체를물에띄운채원하는위치까지이동하여준설기에의해미리수중굴착된하상의제위치에침설시킨후수중에서함체들을연결하고그위에토사등으로되메우기를하여터널을완성하는공법으로보통 Trench Method, Tube Sinking Method라고도불리우며, 이공법으로건설된터널은보통침매터널, Immersed Tunnel 및 Prefabricated Subaqueous Tunnel 등으로불리운다. 침매터널의시공방식에는시공장소의조건, 용도, 단면의크기등에의해여러가지의연구가되었으며, 이것을크게나누면특별한독 (dock) 등을만들지않고강각함체를수상에띄어강각을외형거푸집으로서콘크리트를타설하면서함체를완성시키는 강각방식 과드라이독을함체제작야드로하여전함을한번에또는몇회로나누어드라이독으로함체제작을완료시키는 드라이독방식 이있다. 이들공법의주요특징은표 7과같다. 표 7. 침매공법방식의비교 분류 강각방식 드라이독방식 주요사용국 미국 유럽, 캐나다등 주요용도 기본단면형 2 차선통로, 단선철도, 하수관등에서지름 10m 정도이내를단위튜브로한것에채용 원형내지소판형 ( 외형은변형팔각형, 정방형도있다.) 다차선광폭원의통로터널에채용 ( 터널, 보도를병치하는예도있다.) 장방형 주구조재 강각및철근콘크리트 철근콘크리트 침매함 제작장소 조선대및의장야드 가설드라이독 방수방법 강각 자체방수또는방수층 ( 강판 (6~8mm), 아스팔트, 부틸고무등에의한다.) 기초의조성방법스크리드에의한자갈의정리가일반적가지승대를설치, 모래또는모르타르의충전 수중에서의접합방법 예항및침설방법 수중콘크리트또는고무가스킷에의한수압접합 건현 30~50cm 로예항. 수상에서자갈내지수중콘크리트를침매함의포킷부에투입하여침설 고무가스킷에의한수압접합 건현 10cm 정도로예항. 침매함내의물발라스트의조작에의한침설 본프로젝트에서채택된장방형단면의드라이독방식은넓은폭원의도로터널용으로서 주로유럽에서개발된방식으로, 원형과달리불필요한공간을최소화할수있으며대단면 73

10 터널에적합하고이상적인조건에서시공하므로고도의품질관리가가능한장점을가지고있다. 반면에기초저면이크기때문에지반면과침매함저면의기초처리에특수한방법이요구되며, 콘크리트의품질관리를철저히하여수밀성에대해서도충분한주의가요구된다. 또한별도의방수층시공및방수층이필요할경우이에대한보호도충분한주의를기울여야한다. 4.2 심해준설침매터널공법에서트렌치준설은굴착심도가깊어서굴착면의높은마무리정도가요구되므로기초지반을흐트러뜨리지않는굴착방법이필요하다. 준설에필요한기술로는법면구배의확보, 굴착면관리기술등이며, 항로폭의확보, 공사구역 ( 작업선의점유구역 ), 항로의안전대책에유의하여야한다. 따라서시공정도를향상시키기위해서는자동준설시스템의도입이필요하다. 4.3 침매함기초조성대규모침매함의기초는일반적으로연속지지방식이사용되며, 연속지지방식에는크게트렌치밑면위에자갈, 쇄석등을 Screed로정확히부설하고그위에침매함을설치하는방식과침매함을소정의위치에일시적으로임시지지하는가지승대를설치, 침매함을침설시킨후에함과기초의공극을모래, 몰탈또는콘크리트로충전하는방식으로분류한다. 기초의시공중에는준설시발생한오탁물을처리하는펌프식준설선또는샌드펌프등의장비가필요하며, 침매함침설후함저콘크리트를충전하고콘크리트강도가도달될때까지잭 (Jack) 으로침설함의중량을지지하고고정시켜높이를유지하는가지승대를두어야한다. 4.4 침매함침설및접합일반적인침설방식으로는 Tower pontoon방식, Placing barge방식, Placing pontoon방식, 자기승각식작업대선 (SEP) 방식, Floating crane방식등이있다. 이중에서 Placing barge방식은 Placing barge라부르는쌍동선이침매함을껴안아침설지점까지예인한다음 Ballast tank에물을넣어침설하중을작용시키고, 달아매는거더에서침설윈치로침매함을달아내리고, Barge에있는조선윈치를이용, Barge를이동시켜침매함위치를정하여침설한다. Placing barge방식은다른공법에비해침설직전까지건현이되기때문에의장작업이용이하고함체에탑재된의장품은비교적적으므로공기를단축시킬수있다. 수중에서침매함을접합하는방법으로는고무가스켓을써서수압으로접합하는방법과이음주위에수중콘크리트를타설하여지수하는방법이있다. 수압압접방식으침매함끝단에 74

11 고무가스켓을부착하여수압으로압착시키는방법이다. 함내에설치된견인잭으로서서히양침매함을접근시키면, 고무가스켓노즈부분이압축되고접합부분이충분히지수된후접합부분을배수한다. 이공법은수중콘크리트방식과비교하면시공성이양호하고공사비, 공기에대해서도유리하지만접합단면의제작정밀도, 고무가스켓재질, 형상, 치수, 침매함연결및견인장치, 배수용밸브등을충분히검토하여야한다 그림 6. 침매터널기초조성, 침설및접합 75

12 5. 침매터널설계 5.1 일반기능상필요조건침매터널의일반기능상필요조건을만족하기위해설계에반영되는안전개념이나운영계획수립시, 연결도로의주요조직, 공공시설관련업체와주무기관과같은유관기관과의사전협조가이루어져야한다 내구연한조건구조물요소의내구연한은유지관리를전제로하여그구조물의기능이주어진내구연한동안지속되는것을의미한다. 따라서, 영구구조물에대한내구연한은 100년으로하되, 교체가능한항목에대한내구연한은 100년보다작다 내구성, 검사성, 유지보수성모든재료는정확한내구성입증이필요하다. 구조설계와본공사시사용될건설재료는구조물의구성요소및환경에노출되는영향을고려한내구성을가져야한다. 터널콘크리트내구성에대하여염화이온에대한콘크리트의투수성과콘크리트피복은염화물로인한철근의부식속도를결정하는주요인자로써부식발생의시작은내구연한의종료로정의하며, 이를고려한철근콘크리트의피복은표 8과같다. 표 8. 철근콘크리트피복 부위 피복 (mm) 방수벽, 내부 75 방수벽, 외부 75 내부벽 40 주요자재 ( 특히실제초기염화물함량과염화이온에대한콘크리트의실제투수성 ) 는환경적변수와관련하여, 최종구조물의실제콘크리트피복이 90% 의확률을가지고내구연한 100년동안염화물에의한초기부식이발생하지않도록확률을기초로한내구연한평가를수행한다. 연결부와같이중요한부분이나계측장비와구조물의검사등유지보수상필요한부분은접근이용이하도록별도의시설설계가필요하며, 보수작업이필요한곳은교통간섭을최소화하면서보수가가능하도록이를설계시반영하여야한다. 야간보수작업은 1차로교통을차단한채최대 5시간동안수행할수있는것으로가정된 76

13 다. 한쪽터널을완전히차단한채수행되는주요보수는최대 48 시간, 주 2 일을기준으로 연 4 회를초과하지않는것으로가정된다. 또한, 운전자, 운영및유지보수직원의안전을 고려하여설계하여야한다 방수및균열지하수위아래의터널및접근램프는방수가되어야하고사용재료또한콘크리트또는연결부를통하여물의침투에의한흔적이없어야한다. 터널및램프구조물은콘크리트구조자체가방수역할을하도록설계하며, 중요한설계원칙은관통균열을허용하지않는것으로이는콘크리트타설후양생기간 ( 온도균열 ) 과양생후 ( 부등침하나온도의영향 ) 발생하는변형의구속이나직접적인하중으로부터야기되는인장균열을포함한다. 콘크리트는부재의최소응력압축깊이, 최대축응력과관통균열의제한조건을적절히조합한기준을통하여방수에대한검토를수행한다. 균열계산은공칭피복을기준으로하며, 피복은 50mm보다작은값을취하여계산한다. 균열을허용가능한수준으로한정하기위해서는직접작용하는하중과의조합으로인한구속여부와관계없이, 발생된변형구속으로인해인장력이크게발생하는모든단면은상기의균열하중으로인하여철근이항복하지않도록최소한의철근을배근하며, 철근의간격과지름은균열폭을제한하도록배근해야한다. 최대허용가능한균열폭은표 9와같으며, 사용한계상태하중조합에대하여검증된다. 표 9. 최대설계균열폭 위치 설계균열폭 (mm) 내부콘크리트면 0.2 외부콘크리트면 경관조건및환경부산-거제간연결도로는미관적측면에서각구조물간의일관성을유지하여야하므로재료, 마감, 상세, 질감과관련하여구성기준을반영해야한다. 터널내부, 환기소, 터널입구등은전체적으로육상터널및교량과함께전체적인미적고려가필요하다 도로교통추정 교량및터널개통시의추정교통량과교통구성은 수정사업계획서, GK 주식회사, 2000 을참고하였으며, 표 10 과같다. 77

14 표 년, 2030년추정교통량과평균교통구성 차종 2010년 2030년 연평균각방향교통량 17,400 대수 / 일 30,700 대수 / 일 승용차 58% 62.5% 소형버스 (2t) 8.7% 7.8% 대형버스 (10t) 5.3% 14% 4.7% 12.5% 소형트럭 (2t) 7.7% 6.9% 디젤차량 보통트럭 (10t) 6.4% 5.7% 28% 대형트럭 (20t) 7.2% 6.4% 25% 트레일러 (40t) 6.7% 6.0% 위험물은 Transport of Dangerous Goods through Road Tunnels, OECD, 2001" 에서정의하고있는 5가지화물범주 A, B, C, D, E를참고한다. 여기서범주E는일반화물이고범주 A는최고위험물을포함한모든종류의화물을의미한다. 설계는범주 E의화물적재차량만통과하는것으로간주한다. 기타범주의화물차량은위험분석결과에따라허용된다. 위험분석은위험확률과발생가능한위험결과를제시하는것으로, 야간통행만허용하는것과위험감소조치를고려한다 선형및시설한계본구간은주간선도로로분류되어설계속도를 80km/h로하며, 국내기준에따라도로폭과시설한계를고려한다. 도로의기하구조는최대종단경사를 4% 에서 6% 사이의값으로결정할때는실시설계전부득이한경우에대한타당한근거를검토한다. 최소종단경사는배수를감안하여 0.2% 로하고, 장래의선박통항조건을고려하여결정한다 긴급구조시설긴급구조시설의범위는소방서나관계기관의동의를득한연결도로전구간의안전개념을기본으로결정한다. 기본원리는본구간과유사한덴마크와스웨덴을연결하는 Oresund Link와같이장대터널및교량으로연결된프로젝트와동등한정도의안전수준을갖도록한다. 안전수준은 1km당연발생가능한사고로써정의할수있다. 78

15 5.1.8 이동식방호울타리 (Movable Barriers) 유지및긴급상황으로인해양방향터널중한개의터널이일시적으로차단되는경우를대비하여이동식방호울타리시설이필요하며, 이동식방호울타리의위치는침매터널구간밖으로결정될것으로예상된다. 설치는터널의교통통제제어시스템에대한계획과안전개념에서함께고려되여야한다. 5.2 하중과하중조합 하중, 하중조합, 하중계수및각각의하중에관한사항으로침매터널, 환기소, 개착식터 널및접근램프설계시적용한다 일반사항 AASHTO LRFD 의규정에따라각한계상태에서구조물의부재및그연결부는다음의 식을만족한다. 여기서 : 계수하중 : 하중조합보정계수, 연성, 여용성및구조물의중요도에관련된계수 : 하중계수, 하중영향에대한통계적인계수 : 공칭하중또는공칭하중효과 : 저항계수 : 공칭저항력 : 계수저항력 하중조합보정계수는 1.0 을취한다. 상향력에대한안정은구조물의각부분이아래의식을만족해야한다. 여기서 : 물의부피 : 물의밀도 : 부력에적용된하중계수 : 안정성을증가시키는부피 79

16 : 안정성을증가시키는밀도 : 하중계수 : 상향력에대한안전율 터널함체가제작장이나트렌치바닥에놓여있을때의임시상황시부력에대한최소안전율은 1.025를적용시킨다. 그리고영구상황시에는두신축이음장치사이의각터널함체에대해서부력에대한최소안전율은 1.06을적용하며, 집수조가있고최대수심에설치되는함체의안전율은 1.04를적용한다 하중 침매구간에서고려되는하중은표 11 과같다. 표 11. 하중에대한정의 영구하중일시하중돌발하중및지진하중 DC 구조부재와발라스트콘크 LS 상재활하중 FR 화재 리트 DW 포장과도로시설 LL 차량활하중 EX 폭발 WA-1 평균해수면에서의정수압 BR 차량제동하중기타차량하중 CT 차량충돌 EH 수평토압 WS 바람 CV 선박충돌 EV 수직토압 WA-2 수위변화 AN 앵커의충돌 ( 투묘 ) 및끌림 ( 주묘 ) EL 시공중또는프리스트레싱 WA-3 파랑과조류 FD 터널침수 에의한 2차하중으로부터 CR 크리이프 EQ 지진 발생하는부가하중 SH 건조수축 WA-4 극치고조위와극치파랑 TU 온도하중 TG 온도경사 SE 침하 IC 설하중 BD 건물에작용하는부가하중 TC 일시적작업하중 하중조합 1) 한계상태수심이깊은곳에설치하는침매터널에대하여한계상태의계산에적용되는특수한하중조합은 AASHTO LRFD를적용할수없다. 따라서현재유럽의침매터널프로젝트에서적용되는일반적인사항을참조하여한계상태를규정하며, 표 12과같이정의된다. 80

17 표 12. 한계상태에대한정의 극한한계상태 1 강도한계상태조합 Ⅰ 터널건설중의임시조건 2 강도한계상태조합 Ⅱ 터널내구연한의사용시설계조건 3 강도한계상태조합 Ⅲ 터널내구연한중활하중효과에비해사하중효과가훨씬큰경우에대한사용시설계하중 4 극한한계상태조합 Ⅰ 지진하중을고려하는설계조건 5 극한한계상태조합 Ⅱ 구조물의극한조건과같은돌발설계조건 사용한계상태 6 사용성한계상태조합 Ⅰ 침매터널시공과관련한임시설계조건 7 사용성한계상태조합 Ⅱ 내구연한과관련한사용시설계조건 피로한계상태조합은터널프로젝트에대해서는적용하지않는다. 2) 하중계수한계상태에적용되는하중계수는표 13과같다. 정수압에대한하중계수는 AASHTO LRFD에서 1.0을적용하였지만, 본프로젝트에서는하중계수를증가시켰고, 이를제외한다른하중계수들은 AASHTO LRFD의규정을따랐다. 하중계수는터널에대한신뢰도가 AASHTO LRFD에서의교량에대한신뢰도와유사하도록확률론적모델링을이용하여계산하였으며, 수위와밀도의변화에대한사항을반영하였다. AASHTO LRFD에서규정된기타하중에대하여 AASHTO LRFD의하중계수의기초가되는통계적변수및값은미국과유사한것으로가정한다. 모든하중조합에서, 포스트텐션으로인한 2차하중을포함하는시공과정에서발생하는잔류하중효과에대해서는하중계 수 1.0 이적용된다. 강도한계상태에서, 영구하중에대한하중계수는부재에유리하게작 용하는경우에는작은하중계수값을적용하고, 부재에불리하게작용하는경우는큰값의 하중계수를적용한다. 일시하중은부재에불리하게작용할경우에만고려한다. 5.3 해성토와보호공흙의강도와변형특성은상세한지반조사를통하여얻어질수있으며, 이를기초로하여침매터널의토공과보호공의설계가이루어져야한다. 트렌치준설의준설경사는전체적인안정성를확보하도록결정하며, 바닥폭원은터널함체설치의여유공간뿐만아니라기초설치용장비를고려해야한다. 터널설치후수중제체는설계허용치를초과하여콘크리트에응력이유발되거나연결부의벌어짐을야기하는부 81

18 등침하가발생하지않도록해야한다. 터널주변의일부특정지역의지반개량및치환은연약한해성점토의특성에의해좌우되며, 개량또는치환된흙의강도와변형계수는실험실과현장시험에의해확인되어져야하다. 함체는평평하게한쇄석바닥층, 펌프또는분사하여채우는모래바닥층또는파일기초위에놓인다. 기초층의최소두께는준설여유를고려해야하며, 최대두께는설계시침하해석으로부터결정해야한다. 침설연결부 (Immersion Joint) 의고정은침하가상당히진행된것이확인된이후시행해야한다. 파와조류에노출되어있는터널에근접한되메우기층과침식에대한함체보호층은재현기간 100년의조류에대한침식에저항할수있어야한다. 함체보호층은통과선박에대한분석을기본으로설계대상선박의프로펠라회전에의해발생하는유입수로인한침식에저항할수있어야한다. 표 13. 하중의조합과하중계수 Limit State 영구하중일시하중돌발하중및지진하중 DC DW WA LL WA WA CR WA EH EV LS WS TG SE IC BD TC EQ FR EX CT CV AN FD -1 BR -2-3 TU / / / 0.9 / / 0.5/ / /0.9 / / / 0.9 / / /0.9 / / / 0.9 / / /0.9 / / / 0.9 / / /0.9 / / / (1) 하중계수값은해수위의상세조사자료를바탕으로검증되어야함. (2) 토압에관한하중계수의첫번째묶음은주동토압, 두번째묶음은정지토압에관한사항. (3) 토압에관한하중계수의첫번째묶음은옹벽, 두번째묶음은지중구조물에관한사항. (4) 두값중큰값은변형을고려하기위해사용되며, 작은값은기타효과를고려하기위해사용. 터널구조는좌초선박, 앵커의끌림과낙하, 선박의침몰에의한영향으로부터보호가 82

19 필요하다. 터널보호공에사용되는재료종류및보호층의두께는함체상부에낙하하는앵 커의영향에의해결정되며, 침매터널주위의추가보호공은선박의좌초, 앵커의끌림과 낙하에의한충돌하중을고려한해석을통해결정된다. 그림 7. 침매터널보호공 5.4 터널및램프의연결부모든연결부의내구연한은 100년기준이며, 내구연한동안방수가확보되고, 온도, 크리프및지진활동등에대해견딜수있어야한다. 또한차량으로부터유출될수있는발화성물질및터널내의화재에대한대비가필요하며, 모든연결부는수직, 수평전단력을전달하여야한다 침설연결부침설연결부의방수장치는임시방수를목적으로하는 Gina 가스켓과영구방수를목적으로하는 Omega 씰로구성된다. 또한 Omega 씰과 Gina가스켓은최대수심에서연결부의방수가보장되도록설계하며, 설계에서예상되는변형을허용하여야한다. 침설연결부는수평과수직방향으로전단력을전달하여야하지만, 내구연한동안발생가능한지진과온도, 건조수축, 회전, 침하, 크리프등에의한변형을허용할수있어야한다. 그림 8. 침매터널침설연결부 83

20 5.4.2 최종연결부 최종연결부의시공이음부와신축이음부에는주입이가능한지수판설치를고려해야한 다. 최종연결부는수평과수직방향으로전단력을전달하여야하지만, 내구연한동안발생 가능한지진과온도, 건조수축, 회전, 침하, 크리프등에의한변형을허용할수있어야 한다. 그림 9. 침매터널최종연결부 신축이음 신축이음부는주입가능한지수판과수팽창고무지수재설치를고려한다. 제안된신축이 음체계는방수, 허용변형에대하여기능상조건을만족하여야한다. 그림 10. 침매터널신축이음 6. 결언 부산 - 거제간연결도로사업에국내최초로적용되는침매터널공법은하 ( 해 ) 저터널에있 어서가장합리적인공법이라하겠다. 이에따라서설계및시공계획은국가기반사업의발 84

21 전에대한확신을가지고, 현실적이면서경제적으로계획되었다. 이공법을바탕으로완벽 하고합리적인시공을이루어국내는물론, 21C 동북아시아터널설계및시공기술발전에 기여하고자한다. 참고문헌 1. ( 가칭 ) GK주식회사, 부산-거제간연결도로민간투자사업사업계획서 2. GK해상도로주식회사, 부산-거제간연결도로민간투자사업설계기준, ( 가칭 )GK주식회사, 수정사업계획서,

REVIEW CHART 1

Rev.3, 27. October 2017 구교 2017. 10. 27 한국철도시설공단 REVIEW CHART 1 1 2 θ 3 θ θ 4 5 knm 6 7 8 9 10 11 K V K h K s 12 상재하중 복토중량 암거중량 측면마찰력 양압력 13 14 15 16 17 18 19 θ =80 ~90 L 1 L2 L1 L=2L +L 1 2 L1