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표제지

목차

요약 5

I. 서론 10

1.1. 연구 배경 및 목적 10

1.2. 연구내용 및 방법 11

II. 이론적 배경 12

2.1. 설계현황 12

2.2. 시공현황 19

2.2.1. 개요 19

2.2.2. 굴착 중 암반 분포 현황(막장 관찰도) 19

2.2.3. 도상 하부 노반 시공현황 20

III. 용출 및 융기 발생 검토 25

3.1. 개요 25

3.2. 1차 용출 및 조치 현황 27

3.2.1. 발생현황 27

3.2.2. 용출수량 분석 29

3.2.3. 조치사항 29

3.3. 2차 용출 및 조치 현황 35

3.3.1. 발생현황 35

3.3.2. 조치사항 36

3.4. 3차 용출 및 우선조치 현황 37

3.4.1. 발생현황 37

3.4.2. 조사 결과 38

3.4.3. 우선조치사항 44

3.5. 터널 구조물 현황 분석 47

3.5.1. 터널 구조물 상태조사 48

3.5.2. 터널 내 시추조사 50

3.5.3. 도상 콘크리트 코어링 52

IV. 지질 특성 및 원인 분석 57

4.1. 개요 57

4.2. 용식 구조 및 석회공동 특성 분석 58

4.2.1. 용식 구조 발달 메카니즘 및 공학적 분류 58

4.2.2. 단양 지역의 용식 구조 사례 분석 60

4.3. 설계단계 분석 61

4.4. 석회 용식구조 특성 분석 63

4.5. 터널 내 석회 공동 발달 특성 66

4.6. 융기 및 용출 원인 68

4.6.1. 자연적 원인 69

4.6.2. 역학적 원인 69

4.6.2. 상세 분석 70

V. 보수·보강 대책 및 시행 결과 73

5.1. 개요 73

5.2. 보수·보강 계획 74

5.3. 보수·보강 시행 결과 77

5.4. 보강 후 안정성 확인 82

VI. 결론 85

6.1. 결론 85

참고문헌 87

Abstract 88

표목차

[표 2.1] 터널 구간별 주요 현황 및 설계사항 14

[표 2.2] 터널현황 14

[표 2.3] 설계기준 14

[표 2.4] 표준지보패턴 15

[표 2.5] ○○터널 공동분포 분석 16

[표 2.6] 석회암 공동구간 통과방안 17

[표 2.7] 석회암 공동구간 표준지보패턴 조정 적용계획 17

[표 2.8] 공동구간 지보패턴 적용계획 17

[표 2.9] 터널 배수체계 18

[표 2.10] 터널 배수형식 18

[표 2.11] ○○터널 굴착중 암반조건 분포 현황 19

[표 3.1] 용출수 발생 및 조치 이력 25

[표 3.2] 1차 용출수 암판정 등 분석 결과 27

[표 3.3] 1차 용출수 발생현황 30

[표 3.4] 시추조사 결과 51

[표 3.5] 도상 콘크리트 코어링 결과 54

[표 4.1] 노선 주변 층서별 지질특성(○○건설, 2012) 57

[표 4.2] 카르스트 구조의 공학적 등급 60

[표 4.3] 터널 내 암상 분류 66

[표 5.1] 유사사례에 적용된 수리적 대책 74

[표 5.2] 대책 적용 구간 설정 76

[표 5.3] 용출구간 보수·보강방안 76

[표 5.4] 기타구간 보수·보강방안 77

[표 5.5] 보수·보강 주요 현황 78

[표 5.6] 강우량 비교 82

[표 5.7] 자동화계측기 계측결과('21.10월) 83

그림목차

[그림 2.1] 노선도 12

[그림 2.2] 종단면도 12

[그림 2.3] 지질도 12

[그림 2.4] 터널 주요 현황도 13

[그림 2.5] 터널 구간별 설계사항 14

[그림 2.6] 용식지형 분포현황 분석 16

[그림 2.7] ○○터널 석회암 분포구간 막장관찰 사진 20

[그림 2.8] ○○터널 보조도상 시공 전경 22

[그림 2.9] 터널 바닥 여굴처리 현황 23

[그림 2.10] 과다 용출수 발생구간 맹암거처리 상세도 23

[그림 2.11] ○○터널 바닥면 자갈층 배수로 시공 전경 24

[그림 3.1] 3차 용출 및 융기 발생 현황 25

[그림 3.2] 용출수 발생 및 조치 이력 26

[그림 3.3] 1차 용출수 발생현황 28

[그림 3.4] 천단 및 측벽부 그라우팅 시공현황 31

[그림 3.5] 바닥부 그라우팅 시공현황 32

[그림 3.6] 1-1차 조치사항 종합현황 32

[그림 3.7] 공동 및 시추조사 결과 33

[그림 3.8] 배수용량 검토 및 중앙배수관 확대 34

[그림 3.9] 노반 안정성 검토 및 보조도상 콘크리트 철근보강 35

[그림 3.10] 2차 용출 발생 현황 36

[그림 3.11] 2차 용출 조치 현황 37

[그림 3.12] 3차 용출 발생 현황 38

[그림 3.13] 시점 갱구부 지하수 배출현황 38

[그림 3.14] 2차 용출지점 집수정 배수현황 39

[그림 3.15] 2차 용출지점 집수정 배수현황 39

[그림 3.16] 구조물 변형 관찰 현황 39

[그림 3.17] 2016년~2020년 강우량-용출수 발생이력 상관관계 40

[그림 3.18] 터널내 유입 지하수 변동 관측 결과 41

[그림 3.19] 압력계 설치 및 유출 지하수 채수 42

[그림 3.20] 궤도 및 도상 콘크리트 검측 43

[그림 3.21] 높이조절패드 삽입 등 조정 전경사진 44

[그림 3.22] 집수정 설치 현황도 45

[그림 3.23] 집수정 추가 설치 전경사진 46

[그림 3.24] 변형 현황 확인측량 47

[그림 3.25] 피압 측정 47

[그림 3.26] 도상융기 및 파손지점 외관조사망도 48

[그림 3.27] 터널 외관조사망도 49

[그림 3.28] 시추조사 및 공내 물리탐사 위치도 50

[그림 3.29] 터널내 시추조사 결과를 반영한 지층단면도 52

[그림 3.30] 터널 내 시추조사 및 도상 콘크리트 코어링 위치 53

[그림 3.31] 도상 콘크리트 코어링 결과 53

[그림 3.32] 도상 콘크리트 코어링 및 자갈배수로 위치 추정 54

[그림 3.33] 자갈층 분포 대표단면 54

[그림 3.34] 용출이력 현황도 55

[그림 3.35] 터널 상태조사 현황도 55

[그림 3.36] 종합현황도 56

[그림 4.1] 노선주변 상세지질도(○○건설, 2012) 57

[그림 4.2] 카르스트지역 석회공동 시스템의 생애주기 59

[그림 4.3] 단양 지역의 소규모 석회 공동의 유형 60

[그림 4.4] 위성영상 자료를 활용한 설계 시 용식지형분석 61

[그림 4.5] 기본계획 및 기본설계 시 확인된 석회암 공동 62

[그림 4.6] 설계 시 조사된 탐사단면 비교 분석 62

[그림 4.7] ○○터널 000km100~200 지점 서측 인접부 복합 함몰 지형 63

[그림 4.8] 드론 촬영을 통해 확인된 함몰대 형상 및 주요 지질구조 64

[그림 4.9] 함몰지 A의 특징 64

[그림 4.10] 함몰지 B의 특징 65

[그림 4.11] 함몰지 인근 소규모 용식 구조 65

[그림 4.12] 터널 내 암상 분류 66

[그림 4.13] 터널 선형 변형 구간의 석회공동 발달 현황 67

[그림 4.14] 석회공동 위치 종단면도 68

[그림 4.15] 대표단면 68

[그림 4.16] 융기 발생 메카니즘 69

[그림 4.17] 용출 및 융기 추정 메커니즘 70

[그림 5.1] 종합현황도 75

[그림 5.2] 대책적용계획도 75

[그림 5.3] 보수보강 시행현황 77

[그림 5.4] 도상 철거·재설치 및 집수정 설치 현황도 78

[그림 5.5] 유로 확인을 위한 보조도상 절단 및 깨기 현황도 78

[그림 5.6] 보조도상 절단 및 깨기 전경사진 79

[그림 5.7] 집수정 설치 현황도 79

[그림 5.8] 터널 내 조치 현황도 79

[그림 5.9] 수압 해소공 및 배수로 뚜껑 설치 현황도 80

[그림 5.10] 보조도상 하부 그라우팅 및 무근콘크리트 시공 현황도 80

[그림 5.11] 상선 복구공사 전경사진 80

[그림 5.12] 하선 복구공사 전경사진 81

[그림 5.13] 차수그라우팅 현황도 81

[그림 5.14] 차수그라우팅 시공 전경사진 82

[그림 5.15] 강우량 비교 그래프 82

[그림 5.16] 자동화 계측현황 83

[그림 5.17] 궤도검측차(상선) 운행 결과 변위 미발생 84

[그림 5.18] 수압계 설치 현황도 84

초록보기

단양구간은 석회암이 넓게 분포하고 있고 용식작용에 따른 돌리네 지형이 발달한 대표적인 카르스트 지역으로 지질 재해 발생 가능성이 높다고 할 수 있으나, 산악터널 설계 시 토피고, 장비 접근 어려움 등으로 시추조사와 같은 직접적인 지반조사가 곤란하기 때문에 실제 존재하는 공동의 규모와 지하수 유로 등을 정확하게 예측하기 어려울 것이다.

본 연구는 충청북도 단양군 일원 석회암 지질 산악구간을 철도터널로 통과하는 공사 과정에서 발생한 "터널 내 지하수 용출과 융기" 에 대한 원인과 대책을 검토하였다.

석회암 지질의 터널 내 지하수 용출과 융기는 터널 상부에 위치한 돌리네, 집중강우의 터널 내 유입, 다수의 공동, 공동 내 세립토 충전물 등 예측이 어려운 자연적인 원인과 터널 구조물의 강성과 배수시설의 성능이 확보되지 않는 경우 지하수 용출로 인한 구조물 파손이나 변형(융기 등)이 초래되어 열차 안전운행에 큰 지장을 줄 수 있다.

따라서, 본 연구에서는 공동이 다수 존재하는 석회암 지질을 통과하는 터널 내 지하수 용출과 융기 발생에 대한 설계, 시공기록과 지질조사 검토, 보수·보강대책, 대책 적정성 확인결과를 분석하고 재발방지대책을 제시하였다.