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김 상 규
국토교통부
광주국토관리사무소
구조물과장
(moct011@korea.kr)

                      



1. 개요

        

국내의 터널공법으로는 NATM(New Austrain Tunneling Method)공법을 가장 많이 적용하고 있다. NATM공법은 지반자체가 주지보재 역할을 하는 개념으로 지반의 강도를 크게 상실시키지 않는 범위 내에서 일정구간 변위를 허용하여 지반과 지보재가 응력평형을 이루도록 하는 터널공법으로 지반자체의 지보능력을 최대한 활용할 수 있도록 적용하는 지보재로서 숏크리트, 락볼트, 강지보가 있다.이글에서는 지반자체의 지보능력 향상을 위하여 적용되고 있는 지보재 중에서 강지보에 대하여 기술하고자 한다.


        

2. 강지보재의 소개

        

국내에 적용되는 강지보재는 H형강지보, 일반격자지보와 특허기술인 개량형 격자지보, 사각 격자지보 등이 적용되고 있으며, 굴착 암질에 따라 H형강지보와 일반 격자지보가 가장 많이 적용되고 있다.


과거 터널공사에서는 H형 강지보재를 주로 적용하였으나, 무거운 중량에 의한 시공성 저하 및 숏크리트 타설 시 배면공극 발생으로 인한 숏크리트와 강지보의 분리거동 등의 문제가 발생되어 이런 문제점 보완을 위하여 적용된 기술이 격자지보이다.


격자지보는 3개의 강봉과 강봉을 연결해주는 스파이더 철근으로 구성되어 있어 자중이 가벼워 시공성이 용이하고, 숏크리트와 결합성이 우수하여 숏크리트와 강지보의 일체화가 우수한 것으로 알려진 강지보재이다.

        

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3. 강지보재 기준 및 실태

        

2016년도 개정된 국도건설공사 설계실무요령 강지보재의 사용목적, 강지보재의 설치간격 및 연결부 고려사항, 강지보재의 종류 및 규격이 제시되어 있다.


2016년 국도건설공사 설계실무요령의 「6.터널공(설계요령) / 8.강지보재 / 나.강지보재의 설치간격 및 연결부 고려사항 / 3)강지보재 연결체결부는 일반부와 동등이상의 강도 등 구조설계기준을 만족하는 성능을 발휘하도록 하여야 한다.」로 개정되어 연결부에 대한 검증이 필요하다.


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작용하중에 대하여 격자지보 일반부는 φ30mm 1개와 φ20mm 2개로 구성되나 연결부는 M20볼트 2개로 구성되어 일반부 대비 47.1%의 강도발휘로 기준에 부적합하다.


2016년 국도건설공사 설계실무요령 기준에 적합하도록 연결부의 강재단면적을 일반부 동등이상으로 확보하기 위해서는 연결부 볼트를 M20볼트 5개 적용 또는 M33볼트 2개를 적용 시 가능한 것으로 검토된다. H형강지보 사용 시 배면공극 발생으로 인한 숏크리트와 강지보의 분리거동 등의 문제가 해결방안으로 적용되는 격자지보 또한 제작형상에 의하여 숏크리트 타설시 격자지보 설치구간에 공극이 형성으로 누수 발생되는 것으로 확인된다.

        

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격자지보 시공현장의 누수구간을 천공하여 CCTV로 확인결과 3개의 강봉 중앙부에 공극이 발생되는 것이 확인된다. 이는 격자지보 설치구간에 숏크리트 타설 시 숏크리트의 급결재에 의하여 φ20mm 강봉 2개에 숏크리트가 급결되어 3개의 강봉내부에 공극이 형성되는 것으로 추정된다. 시공현장에서 격자지보 설치방향을 따라 누수현상을 쉽게 확인할수 있다. 숏크리트 내부에 공극발생 시 지반압에 대한 원활한 하중 전달이 불리하며, 공극으로 유입된 누수에 의한 강지보재 부식으로 강지보재의 기능발휘가 저하되어 터널 안전성 확보에 불리하게 영향을 준다.

        

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4. 맺음말

        

터널내 격자지보는 H형강지보의 단점을 보완 개선하는 강지보로 1995년부터 터널현장에서 적용하고 있는 재료이다. 20년 이상 적용되던 타성으로 인하여 관련 설계기준이 개정되고, 시공구간에 다수의 누수현상 발생이 확인되나 별도의 개선 없이 적용되고 있는 실정이다.


터널은 사회 공공 기반 시설로 작은 문제로 인하여 발생되는 결과는 매우 위험하여 터널 공사에서는 작은 문제라도 쉽게 넘어가면 안 될 것으로 판단된다. 향후 진행되는 터널공사에서는 최소한 강지보재 연결부 설계기준의 적합성 확인과 강지보재 시공구간의 누수현상에 대한 대책을 수립하여 철저한 시공 및 관리감독이 수행되어야 할 것이다.

        

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