터널계측

  

터널계측

 

 

1.  적용범위

(1) 계측은 터널시공 중의 안전관리를 위한 계측기기의 설치, 측정, 유지관리 및 자료관리를 포함한다.

(2) ｢(1)｣이외의 목적에 대한 계측은 별도로 계획한다.

 

2.  제출문

다음 사항은 ｢공사관리｣의 해당요건에 따라 작성하여 감독자/감리원에게 제출해야 한다.

(1) 작업절차서

(2) 검사 및 시험계획서

(3) 계측계획서

① 사전조사 및 해석결과를 기초로 하여 터널의 용도, 규모, 지반조건, 주변환경, 시공방법, 계측의 목적 등을 고려하여 시공을 적합하도록 체계적인 계측계획을 수립해야 한다.

②터널계측은 일상적인 시공관리를 위한 일상계측과 정밀분석을 위한 정밀계측으로 분류한다.

③ 일상계측은 일상적인 시공관리상 반드시 실시해야 할 항목으로서, 갱내 관찰조사, 내공변위 측정, 천단침하 측정, 록볼트 인발시험, 발파진동 측정 등이고, 토피가 얕은 도심지와 터널갱구부 및 지장물이 인접한 구간 등에서의 지표침하 측정을 일상계측에 추가할 수 있다.

④ 정밀계측은 지반 및 지형조건 또는 주변여건에 따라 지반 및 구조물의 거동을 보다 상세히 관찰할 목적으로 일상계측에 추가하여 선정하는 항목으로서, 지중변위측정, 록볼트 축력 측정, 콘크리트라이닝 응력 측정, 지표 및 지중침하 측정 등이 이에 포함된다.

⑤ 제반 여건상 장기적인 안전관리가 필요하여 계측기기를 설치하는 경우에는, 이에 대한 모든 사항은 준공 시 발주자에게 서면으로 이관하여 시설물 운영시에도 정기적인 계측이 가능하도록 해야 한다.

 

3.  계측의 항목별 평가사항

(1) 각 항목별로 검토, 평가해야 할 세부사항은 <표>과 같다.

 

표  터널계측의 항목별 평가사항

계측항목	주요평가사항	계측종별
발파진동측정	◦발파진동을 측정하여 발파패턴의 적정성 판단	일상
지표침하측정	◦터널의 굴착에 따른 지표침하량을 측정하여 굴착이 주변구조물에 미치는 영향을 평가	필요시 일상

(2) 계측항목의 선정 시에는 계측의 목적, 터널의 용도, 형태, 지반조건, 지하수 조건, 외부 작용하중과 주변환경 및 여건을 고려하여 선정해야 한다.

 

4.  계측기기의 선정

(1) 계측기기는 설치, 측정 및 유지관리가 용이하고 측정기간 동안의 내구성이 유지되어야 한다.

(2) 계측기기는 계측목적에 적합한 정확도를 가져야 하며 예측 최대변화량 이상의 측정범위를 가져야 한다.

(3) 측정시스템은 측정의 편리성, 측정기간 및 빈도, 측정방법, 기기의 호환성 및 경제성 등을 고려하여 구성해야 한다.

(4) 측정시스템으로는 수동측정, 자기기록계를 이용한 측정, 전기식 원격측정, 전자식 원격측정 등을 고려할 수 있다.

(5) 자동측정기기의 경우 이상 작동에 대비하여 수동측정이 가능하도록 조치해야 한다.

(6) 유지관리 시까지 계측을 해야 할 계측기기는 계측수행기간 동안 기능을 유지할 수 있는 것으로 선정해야 하며, 계측기기 수명 내에 교체가 가능한 시스템으로도 계획할 수 있다.

 

5.  계측기기의 설치

(1) 계측기기의 정상적인 기능발휘를 위해서는 정밀하게 계측기기를 설치해야 한다.

(2) 계측 책임자는 각 기기별 설치 지침서를 사전에 검토하여, 설치 시 발생할 수 있는 제반문제점을 파악하고 이에 대한 대책을 수립해야 한다.

(3) 기기설치는 주로 공사진행중에 이루어지므로 시공에 따른 제반영향을 직접적으로 받게 되며, 때로는 예상치 못한 문제에 접하게 되어 설치 상에 어려움을 받게 되므로 원활한 기기설치를 위해서는 계측수행팀과 수급인, 감독자/감리원 간의 상호 공조체제가 구성되어야 한다.

(4) 계측기기의 설치는 지침서에 따라 수행하는 것이 원칙이나 현장여건의 특수성을 감안하여 설치절차 및 방법의 부분적인 수정이 이루어질 수도 있다.

(5) 터널 내부에 설치하는 계측기기는 굴착 직후 또는 지보재 설치 직후에 설치해야 하며 터널외부에 설치하는 계측기기는 터널의 굴착영향이 측정위치에 미치기 전에 설치하여 초기치 측정을 완료해야 한다.

(6) 계측기기의 성능보존 및 계측결과의 신뢰성 확보를 위하여 적절한 방법과 절차에 따라 유지 관리해야 한다.

 

6.  계측위치 및 배치간격

(1) 계측위치 및 배치간격은 터널의 규모, 지반조건, 시공방법 등을 고려하여 계측목적에 부합되도록 선정해야 한다. 특히 계측위치는 각 계측항목사이의 상호관련성을 파악할 수 있도록 선정해야 한다.

(2) 계측측선 간격은 계측분류에 따라 다음과 같다.

① 일상계측 측선은 20m 간격을 표준으로 하고 갱구부 50m 구간과 토피가 터널 지름의 2배 이하인 구간은 10m 간격을 표준으로 하며, 다음과 같은 경우에는 증감할 수 있다.

가. 지반조건이 불량한 구간이나 변화가 심한 구간에 대하여는 계측간격을 표준간격보다 좁혀서 변위의 수렴여부를 확인한다.

나. 지반조건이 양호하고 구간 내에 변화가 적을 때에는 터널 내 관찰조사자료 및 선행굴착구간의 계측결과를 토대로 계측간격을 표준간격보다 넓히거나 계측을 생략할 수 있다.

② 정밀계측 측선의 간격은 500m 간격으로 배치하는 것을 표준으로 하지만 터널의 규모나 지반조건 등 각종의 터널상황에 따라 조절할 수 있다.

(3) 계측항목별 분류에 따른 계기배치는 다음과 같다.

① 내공변위의 측선수는 <표>를 기준하여 배치한다.

 

표  터널계측항목별 내공변위 측선의 수

구간   굴착공법	일반구간	특수구간
		터널입구 부근	토피가 터널 굴착 폭의 2배 이하	팽창이나 편압이 예상되는 구간	정밀계측을 실시하는 위치
전단면굴착	수평1측선	-	3측선 또는 6측선	-	3측선 또는 6측선
반단면굴착	수평2측선	4측선 또는 6측선	4측선 또는 6측선	4측선 또는 6측선	4측선 또는 6측선
분할굴착	각 벤치마다 수평 1측선	각 벤치마다 3측선	각 벤치마다 3측선	각 벤치마다 3측선	각 벤치마다 3측선

② 천단침하는 내공변위와 동일단면에서 측정하고 그 측점은 터널의 천단부 중심점에 설치하는 것을 원칙으로 한다. 터널이 전체적으로 침하하는지를 알아보기 위해서는 천단침하와 더불어 터널의 하단부 침하량을 측정하는 것이 바람직하다.

③ 지표침하 측정위치는 터널중심선상의 지표면에 설치를 원칙으로 하며 터널축에 직각방향으로 여러 개의 계기를 거리별로 설치한다. 이때 가장 바깥쪽에는 부동점이 되도록 설치한다. 지중침하의 경우에는 터널중심선상의 지표면 또는 측정이 요구되는 지점에서 깊이별로 여러 개의 계기를 설치한다.

④ 정밀계측의 여러 항목 중, 계기를 터널 내에 설치할 필요가 있는 항목(지중변위측정, 록볼트축력 측정, 숏크리트응력 측정)에 대해서는 1단면마다 3∼5점을 표준으로 하지만, 그 배치는 여러 가지 터널의 설계패턴에 의해 적정한 위치를 고려해야 한다.

 

7.  계측측정 빈도

(1) 측정빈도는 굴진속도와 지반 및 지보재의 거동상태를 고려하여 결정하되 계측결과에 따라 적절히 조절해야 한다.

(2) 내공변위 및 천단침하의 측정기간은 변위가 완전히 수렴할 때까지 측정하는 것을 원칙으로 하되 변화속도가 아주 느린 경우에는 수렴한 것으로 간주할 수 있다.

(3) 내공변위 및 천단침하의 측정빈도는 기본적으로는 변위속도와 굴착부와의 거리에 근거하여 <표 10-9-3>을 기준으로 결정하되 변위양상에 따라 증감할 수 있다.

(4) 지중변위, 록볼트 축력, 콘크리트라이닝 응력의 측정빈도는 동일단면에서 측정되는 내공변위, 천단침하의 측정빈도와 동일하게 하도록 하는 것을 원칙으로 하며, 변위나 응력변화의 상황에 따라 측정빈도를 증감할 수 있다.

(5) 지표 및 지중침하계의 측정빈도는 이격거리, 굴진속도, 지반 및 지보재의 거동 상태를 고려하여 결정하되 계측결과에 따라 <표 > 등을 참고로 하여 적절히 조절한다. 여기서 D는 터널지름을 말한다.

 

표  지표 및 지중침하 측정빈도

굴착부로부터의 거리	측정빈도	담당
굴착부 전방 3D ∼ 굴착부 전방 2D 구간	1회/2일	D : 터널의 굴착폭
굴착부 전방 2D ∼ 굴착부 후방 1D 구간	1회/1일
굴착부 후방 1D ∼ 굴착부 후방 3D 구간	1회/2일
굴착부 후방 3D ∼ 변위 수렴시 까지	1회/3일

8.  계측방법

(1) 갱내관찰조사는 굴착을 진행하는 동안 굴착부의 지반상태와 기 시공구간에 대한 1차 지보재 상태를 조사, 기록하고 필요에 따라 적절한 조치를 강구해야 한다.

(2) 굴착부 관찰

① 시공자는 공사 시에 노출되는 굴착부, 측벽 및 천장부의 지반 상태를 관찰하고 조사하여 설계 시에 적용한 지반조건과의 적합성을 확인해야 한다.

② 굴착부 관찰 시에는 다음 사항을 조사하고 암반 분류를 실시하여 지보패턴을 조절할 수 있도록 하며, 터널지질도를 작성하여 운영시의 기본자료로 활용토록 해야 한다.

가. 굴착부의 붕괴 여부, 위치, 형태 및 규모

나. 암종, 풍화정도, 고결정도, 강도, 암반등급 및 지층분포

다. 절리, 단층 등 불연속면의 주향과 경사 및 터널 방향과의 관계

라. 층리, 절리, 단층 등의 간격, 틈새, 충전물 유무와 성상

마. 용출수의 위치, 토립자 유실 여부 및 유출 정도

바. 기타 필요한 사항

③ 굴착부관찰자는 지질공학을 전공한 자 또는 동등 이상의 자격이나 경험을 가진 자로서 굴착부관찰결과를 바탕으로 터널지질도를 작성할 수 있는 자로 한다.

④ 실제 지반상태가 설계시의 적용 조건과 상이하여 설계보완이 필요한 경우에는 상세 지반조사를 실시해야 한다.

⑤ 굴착부관찰은 매 굴진장마다 실시해야 한다. 단, 지반조건에 따라 관찰빈도를 조절할 수 있다.

(3) 내공변위 측정 및 천단침하 측정은 다음 사항을 고려해야 한다.

① 내공변위량이 과다할 것으로 예상되는 경우나 파쇄대, 습곡, 단층, 탄층 등 편압 현상의 우려가 있는 경우 또는 확폭부나 접속부 등의 단면 변화구간에는 필요에 따라 3차원계측을 적용할 수 있다.

② 가능한 절대좌표를 사용하도록 하나 장대터널이나 곡선터널에서는 거동이 수렴된 구간에 기준점을 설치할 수 있다.

③ 3차원계측에는 자동광파기, 3D 디지털카메라, 레이저스케닝 등의 최신기법을 사용할 수 있다.

④ 필요시 자동화계측을 적용하여 계측의 신뢰도를 높인다.

⑤ 내공변위 측정은 1mm이내의 정밀측량이 가능한 레이저빔을 이용하여 측정하거나 이와 동등이상의 정밀측량이 가능한 측량기를 사용할 수 있다.

⑥ 천단침하 측정은 수준측량 등을 통하여 하향방향의 절대침하량을 측정하여야 한다.

⑦ 굴착 후 가능한 한 조기에 계측점을 설치하여 초기치를 신속히 측정해야 한다.

⑧ 계측점은 발파 또는 장비 등에 의해 손상되지 않도록 견고히 설치하며 필요시 보호 장치를 설치해야 한다.

(4) 천단침하 측정은 수준측량 또는 레이저 빔으로 실시하며 터널 내부는 터널외부에 설치한 수준점을 기준으로 절대높이를 구한다. 수준점은 지표침하 측정과 동일한 수준점을 사용하여 결과의 상호비교가 가능하도록 해야 한다.

(5) 지중변위 측정은 터널벽면에 직각으로 지중변위계를 매설하여 터널주변의 지반거동 상태를 측정하며, 측점이 되는 앵커는 지반에 확실하게 고정될 수 있는 구조로 해야 한다.

(6) 록볼트축력 측정은 다음 사항을 고려해야 한다.

① 록볼트의 축력 측정은 기계식 또는 전기식의 축력 측정용 록볼트를 사용할 수 있으며 실제의 록볼트 설치 위치에 타설하여 록볼트에 발생하는 축력을 측정한다.

② 설치개수는 1단면 당 3∼5개로 하며, 측정간격은 0.5∼1.0mm로 하는 것이 일반적이며 상황에 따라 적절히 조절할 수 있다.

(7) 록볼트 인발시험 방법은 다음 사항을 준수해야 한다.

① 록볼트 인발시험은 가능한 한 굴착 초기단계에 터널갱구부 또는 갱구부 비탈면 부위와 유사한 굴착패턴에 맞는 지반에서 실시해야 한다.

② 인발시험의 재하속도는 분당 10kN으로 하고 시험은 록볼트 시공 후 소정의 시간이 경과한 시점에서 실시한다.

③ 록볼트 인발시험은 하중 증가에 대한 변위를 동시에 측정해야 한다.

(8) 숏크리트 및 콘크리트라이닝 응력 측정은 다음 사항을 고려해야 한다.

① 숏크리트의 응력측정은 숏크리트에 발생하는 응력과 배면압의 크기 및 그 분포상황을 종합적으로 파악할 수 있도록 측정위치를 선정해야 한다.

② 콘크리트라이닝 타설 단계 시 터널의 안정성을 확인하고자 하는 경우에는 콘크리트라이닝의 응력을 측정하여 콘크리트라이닝의 안정성 여부를 확인해야 한다.

③ 응력을 측정하는 방법으로서는 타설 시에 계측기기(응력계, 지반압계, 변형계 등)를 매설하여 측정하는 것을 원칙으로 하되 표면에 측점을 설치하여 변위를 측정하는 방법을 사용할 수도 있다.

(9) 지표 및 지중침하 측정은 다음 사항을 고려해야 한다.

① 지표침하의 측정은 수준측량으로 수행하며, 천단침하 측정과 동일한 수준점을 사용하여 결과의 상호비교가 가능하도록 해야 한다.

② 지중침하는 반드시 지표면 침하측정이 함께 시행되어야 하며 지표로부터 심도별 침하 양상을 측정한다. 지중침하계는 전기식 또는 기계식을 사용할 수 있다.

 

9.  계측수행절차 및 계측기기의 보정

(1) 계획된 계측의 신속한 측정과 설계 및 시공법의 평가 및 수정을 위해서는 체계적인 계측수행 절차를 수립하여 감독자/감리원과 협의해야 한다.

(2) 계측기기는 정확한 계측결과의 획득을 위하여 설치 전 및 설치 후에 작동성을 검사하고 필요시 보정해야 한다.

 

10.  계측기기의 관리

(1) 계측기기는 성능보존 및 계측결과의 신뢰성 확보를 위하여 제작사가 제시한 방법과 절차에 따라 관리해야 한다.

(2) 터널 내에 설치된 계측기 주변은 계측기기 관리 및 계측수행을 위하여 필요한 조도를 유지해야 하며 계측명, 위치, 초기측정일자와 초기측정값이 기록된 표시판을 설치하여 관리해야 한다.

(3) 발파 또는 기타의 이유로 계측기가 손상되었을 경우에는 손상계측기 인접부에 계측기를 재설치한 후 계측을 계속 수행해야 한다.

 

11.  계측결과의 정리

(1) 갱내관찰조사 결과는 측정공구, 굴착부번호, 일시, 작성자를 기록하고 다음의 사항들을 포함시킨 일정한 자료양식지에 정리해야 한다.

① 지층, 암석분포와 열화상태, 지층의 주향 및 경사

② 암석강도, RQD, 절리간격 및 상태, 지하수 조건

③ 단층의 위치, 주향, 경사, 파쇄상태

④ 터널과 절리구조와의 상관관계

(2) 기 시공된 구간의 관찰결과는 다음 사항을 포함해야 한다.

① 록볼트 : 타설위치, 방향, 설치상태, 변형

② 숏크리트 : 두께, 균열, 누수상태

③ 강지보재 : 변형, 좌굴, 지반매입 상태

(3) 지표침하 결과는 공구, 설치번호, 위치, 측정자를 기록하고, 측정일자, 경과일수, 굴착부이격거리(상반, 하반), 초기치, 금회침하, 누계침하를 일정한 자료양식지에 정리해야 한다. “시간(경과일수)-계측치”와 “굴착부이격거리-계측치”를 그래프로 표시하여 관리가 되도록 해야 한다.

(4) 발파진동 측정결과는 일정한 자료양식지로 기록, 매 굴착부당 변화와 지보패턴 변경에 따른 진동변화를 각각 그래프로 작성하여 정리해야 한다.

(5) 인터넷을 기반(On-Line)으로 예측경보가 가능한 프로그램을 구축하여 감리자(발주처 직접감독자 포함) 및 시공책임자가 실시간으로 확인할 수 있도록 해야 하며, 프로그램 오류 등으로 인한 계측데이터 삭제 등의 사태를 대비하여 계측데이터는 이중으로 복사 관리되어야 한다.

 

12.  계측결과의 반영

(1) 시공 중에 실시되는 현장관찰 및 계측결과는 설계와 시공에 반영되어야 한다. 터널을 포함한 주변지반의 허용변위량 등을 고려하여 변형속도, 허용응력 등의 관리기준치를 설정하고 경우에 따라서 단계별로 주의수준, 관리치 및 이에 준하는 운영방법을 설정해야 한다.

(2) 계측결과의 정확한 평가는 주변 지반정보와 지보재의 역할 등을 고려하여 종합적으로 실시하고 각 계측항목에 대한 일반적인 평가사항은 다음과 같다.

① 굴착부관찰 및 기 시공구간 관찰 : 지반구분 및 암반분류의 재평가, 지반상황과 지반거동의 상관관계, 시공의 적합성 평가, 향후지반의 상태 추정, 안정성 점검

② 내공변위 및 천단침하 평가 : 굴착방법, 시공순서 및 1회 굴착길이, 록볼트 길이 및 간격, 숏크리트 두께 및 종류, 강지보재 형상 및 방법, 콘크리트라이닝 시공 및 변형여유량, 인버트 필요성과 효과

③ 지표침하 및 지중변위 평가 : 토피가 얕은 경우 위험방지, 효과점검, 터널주변지반의 이완영역 및 지반거동, 록볼트 길이의 타당성, 지중변형 분포

④ 지보재의 평가(록볼트, 숏크리트, 강지보재, 콘크리트라이닝) : 종류와 재료검토, 록볼트의 길이, 위치, 개수, 정착방법의 타당성, 숏크리트의 두께와 시공시기, 단면폐합 효과

⑤ 주변영향 평가 : 지표침하 영향범위, 주변구조물의 각변위 및 안전성 평가, 발파진동 평가, 지하수 변동 및 영향분석

(3) 관리기준치는 이론해석, 수치해석 및 유사조건하의 시공실적을 참고하여 초기시공실적을 토대로 설정하고 시공 중 수정, 보완하여 사용해야 한다.

(4) 시공 중 기존설계시의 예측치와 계측결과의 차이가 클 경우, 실제 굴착부의 관찰결과에 대하여 경험적이고 정량적인 평가를 실시한 후 터널의 안정성에 영향이 있다고 판단될 경우에는 이에 대한 신속한 조치를 취하고 시공 전 설계의 입력자료를 수정 보완하여 설계변경을 해야 한다.

(5) 시공 중 변화된 지반의 강도특성치 등 조건변화를 고려하기 위하여 필요한 별도의 시험을 수행하고 수치해석의 입력자료로 사용해야 한다.

(6) 터널시공이 인접구조물에 영향을 미칠 가능성이 높은 경우, 특수한 구조의 터널, 산사태나 지반거동의 가능성이 있을 경우, 지하수위와 지질학적인 문제 예상지역에서는 시공 후에도 계측을 시행해야 한다.

 

13.  계측관리

(1) 계측결과는 시공관리에 적용할 사항과 장래 터널공사 계획에 참고할 사항으로 구분, 정리하여 기록, 보존해야 한다.

(2) 계측 및 계측결과의 정리분석, 계측결과의 활용대책 판단은 전문기술이 필요하므로 이 분야의 전문기술진이 참여하여 계측관리에 차질이 없도록 해야 한다.

(3) 계측보고서는 계측에 관한 자료를 종합 정리하여 보고서를 작성해야 하며 작성 후 감독자/감리원에게 제출해야 한다.

(4) 초기치가 늦게 측정되는 경우, 굴착에 따른 지반거동에 대한 합리적인 예측이 어려워지므로, 모든 계측에 있어서는 초기치에 대한 정확한 기록 및 검토, 승인의 절차를 거쳐야 한다.