라이닝 콘크리트 균열은 어느 한가지 원인으로 발생되는 것보다는 여러 가지 원인이 복합적으로 작용하여 발생하고 있는데, 일반적으로 작용하중으로 인한 인장응력의 증가로 발생되는 균열보다는 콘크리트의 건조수축 등 2차적인 원인에 따라 주로 균열이 발생한다.   이와 같은 일반적 균열의 원인 및 효과적인 대처방안과 함께 터널배수구 아래(Abut부) 지점부 여굴에 따른 라이닝 콘크리트 하부기초 침하를 3차원 해석으로 분석하여 평소 소홀히 취급하였던 부분의 중요성을 상기시키고 안정성을 고려한 최소보강 범위를 결정함으로써 경제적 효과를 기대하고자 한다.

1. 콘크리트 품질개선

섬유보강 콘크리트의 활용이 효과적일 것으로 사료되고 적용 범위는 균열발생빈도 및 범위를 고려하여 터널 천단부를 중심으로 좌우 15°범위에서 사용량은 시공성, Workability 등을 고려하여 시험시공 후 900g/m3 을 혼합하여 사용한다.

< 그림 1 > 라이닝 콘크리트 섬유 보강부

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2. 라이닝 콘크리트 양생방법 개선

라이닝 콘크리트 타설 후 특수 제작한 스프링클러 장치를 이용한 습윤양생을 실시하여 초기강도 증진 및 균열발생을 예방토록 하여 양생중 건조수축에 의한 균열발생을 억제한다.

< 그림 2 > 라이닝 콘크리트 양생방법 개선도

< 그림 3 > 스프링클러에 의한 양생 전경

3. 철근피복 유지용 간격재 개선

터널 갱구부 및 비상주차대 등 철근이 필요한 구간에 원형 Pipe(□130mm)를 적정 두께로 절단한후 라이닝 콘크리트 타설후 잔량이나 콘크리트 압송관 청소시 발생하는 잔여 콘크리트를 채워 간격재를 생산, 사용함으로써 적정 철근간격과 피복을 유지할 수 있으며, 폐자재도 재활용 할 수 있다.

< 그림 4 > 간격재 개선도

< 그림 5 > 간격재 및 투입구 개선 전경

4. 터널 라이닝 기초(Abut)의 여굴 발생에 따른 안정성 검토

터널의 Abut부는 라이닝 콘크리트를 통하여 전달되는 축력을 지지하면서 라이닝 지점의 역할을 수행하기 때문에 상당한 응력이 집중되는 부위이므로 Abut가 위치한 기초지반의 조건에 따라서 라이닝의 안정성에 민감한 영향을 미치게 된다.   만약 실제 시공시 Abut부의 기초가 암반이 아닌 쇄석층에 위치하게 될 경우 공동구 하부균열 및 라이닝의 안정성에 영향을 줄 수 있다.   따라서 Abut가 위치하는 기초지반의 상태에 따른 변위 및 응력상태를 통한 안정성 검토가 필요하다.   특히 장대터널 구조물의 경우 일반 암반부에서와 같이 15cm 정도의 여굴오차를 감안하여도 상·하행의 4개 Abut부를 고려할 때 콘크리트로 전구간을 채울 경우 많은 콘크리트량이 소요되기 때문에 경제성과 안정성을 동시에 만족할 만한 보강범위 검토가 필요하다.

1) Abut부 안정성 검토

가) 검토단면

터널 라이닝을 통해 전달되는 축력에 저항하면서 내공단면을 지지하는 Abut부의 응력분포 및 거동을 파악하기 위하여 공동구 및 배수구로 인한 단면의 감소를 고려하여 공동구 및 배수구 단면을 공제한 상태를 3차원으로 모델링하였다.

< 그림 5 > 터널라이닝 Abut(공동구)

나) 해석방법

Abut 하부 기초지반의 채움 방법에 따라 전체를 콘크리트로 채우는 경우, 부분적으로 콘크리트 채움 부분의 비율에 대한 상대적 변위량을 측정한다.

< 표 - 1 >

Case 1	전체를 CON'C로 채움
Case 2	기초부 1m는 CON'C 채움, 나머지는 쇄석채움
Case 3	기초부 0.7m는 CON'C 채움, 나머지는 쇄석채움
Case 4	기초부 0.4m는 CON'C 채움, 나머지는 쇄석채움
Case 5	기초부 0.15m는 CON'C 채움, 나머지는 쇄석채움
Case 6	전체를 쇄석채움

다) 해석결과

< 표 - 2 >

구 분	변 위 (m/m)	fx(kg/cm2)		fy(kg/cm2)		비 고
		압 축	인 장	압 축	인 장
Case 1	0.21	21.74	4.44	53.34	1.33	콘크리트 허용응력 fca=96kg/cm2 fta=6.5kg/cm2
Case 2	0.23	20.88	4.31	53.31	1.23
Case 3	0.27	19.43	6.26	53.23	1.16
Case 4	0.44	21.73	16.13	53.13	2.65
Case 5	0.61	27.26	23.57	53.18	3.34
Case 6	1.10	28.26	12.92	53.26	3.24

< 그림 7 >                          < 그림 8 >

콘크리트 채움 면적에 따른 상대변위    콘크리트 채움 면적에 따른 응력

라) 검토결과

·내부라이닝 해석 결과 Abut 상부로 전달되는 축력은 24.336t 이며, X축과 Y축 분력으로 나누면 각각 19.5t과 12.28t이 Abut 상단에 재하

·Abut부 최대 변위는 전체 여굴부분에 전부 콘크리트로 채울 경우 0.21m/m 이고 전부 쇄석으로 채울 경우 1.1m/m 이다.

·본 검토에서는 하부지반의 반력계수를 암반(경암) 및 쇄석재의 대표적인 값을 적용하여 각 CASE에 대한 변위나 응력의 정략적인 값은 하부지반의 실제적인 경향의 관찰이 의미 있을 것으로 판단된다.

·X축과 Y축의 응력에 있어서 각 Case별 X축 응력은 압축응력, 인장응력이 모두 기초부의 콘크리트 채움 면적이 여굴부 전체면적에 비해 줄어들수록 증가하는 경향을 보이고 Y축 응력은 기초지반의 조건에 큰 영향이 없는 것으로 나타났다.

·전체 여굴을 쇄석으로 채웠을 경우에 대한 상대적인 변위량은 여굴부위 전체 면적중 콘크리트 채움부가 60% 이하로 줄어들 경우 급격하게 증가하는 경향을 보인다.

·따라서 Abut 하부 전체여굴 중에서 약 60% 이상을 측부에서부터 콘크리트로 타설 한다면 Abut 콘크리트의 안정성에 큰 영향이 미치지 않을 것으로 판단되며 본 검토단면(Abut 하부 1.73m)에서의 경우 여굴부의 1.2m 정도를 콘크리트로 채우고 나머지를 쇄석층으로 다짐해서 채운다면 공동구 Abut부의 안정성에는 큰 문제가 없을 것으로 판단되었다.

터널시공시 유의사항

○ 착공전 측량 철저히 실시(장대터널인 경우 감독 입회하에 필히 확인측량 실시)

○ 시공 중에도 막장 검측시 수시 확인측량 실시할 것

○ 굴착시 TYPE별 암판정은 정해진 기준에 의거 실시하되 점보조정원이나 기능공의 의견도 참고한다.

○ 뇌관은 비전기식 뇌관 사용을 원칙으로 하고 여굴을 최소화하기 위해서는 암질에 따라 시험발파를 실시하고 외측 천공간격을 줄인다.

○ 부석정리는 철저히 하고 뜬돌은 필히 제거한다.

○ 용수지점은 연성의 파이프를 설치 하부로 유도하다.

○ 강섬유는 가능한 일자형보다

형을, 넓적한 것보다 원형(봉)을, 굵은 것보다 가는 것을 사용토록 한다.

○ 강섬유가 얽히지 않도록 별도 교반시설이 필요

○ 공동구 모서리는 가능한 면기 사용금지, 선형에 맞게 하기 위해서 별도 대책 수립 시행

○ 라이닝 줄눈(9m)과 공동구 줄눈이 가능한 일치되게 한다.

○ 라이닝 콘크리트가 철근구간(단 두께 40cm 이하)은 골재규격 축소 사용

(32m/m→19m/m)

○ 터널구간의 포장은 양측 공동구보다 약 5m/m 정도 높게 시공한다.

○ 터널 양측에 설치되는 맹암거는 선형, 구배를 철저히 확인 물고임 없도록 할 것

○ 터널 천장부 라이닝 콘크리트 타설후 그랑우팅 필히 실시

○ 강재 거푸집 수시 샌딩하여 면관리 할 것(20∼25회 이내 사용)

○ 암질이 불량할 경우 가능한 록볼트 길이 증가

○ 암질이 경암으로 절리가 거의 없는 경우는 록볼트 시공 검토하여 생략

○ 록볼트 삽입시 레진이 밖으로 흘러나오도록 충진량 조정(레진이 큰 것 사용하던지 충진제를 추가하던지)

○ 지보 사용시 지보 받침부 부석이나 숏크리트 잔재 제거 철저

○ 라이닝 콘크리트 타설시 처짐 방지하기 위해 강재거푸집 양측과 중앙부에 각각 3∼4개 지지대 추가설치(매우 효과 큼)

○ 공동구 시공시 포장면에 접하는 부분은 요철이 없도록 측량을 철저히 할 것(5m 간격 검측)