철도 지하횡단 공법

1. 조 사

1.1 조사 일반사항

조사의 목적은 소요 구조물을 안전, 신속하고 경제적으로 구축하는 것에 있다. 조 사가 불충분하게 되면 부적절한 구조 형식이나 시공법을 선정하고 또한 생각지 못 한 장해에 부딪쳐 설계나 시공법의 변경이 불가피해지는 경우가 있다. 그 때문에 공사비나 공사기간의 대폭적인 증가를 초래하여 여러 가지로 예상 밖의 지장을 초 래하게 되므로 필요하다고 판단되는 영향 범위에 대해서 충분히 조사할 필요가 있 다. 따라서 구조물의 계획 및 시공법의 선정 시에는 선로조건, 입지조건, 지장물, 지 형, 지질, 지하수, 환경, 법규, 규제 등 필요한 사항에 대해서 충분한 조사를 수행하 여야 한다.

1.2 조사 순서 및 방법

조사 순서 및 내용은 목적에 적합한 방법, 정밀도로서 필요범위에 대해서 시행하 여야 하며, 일반적으로는 제시하는 순서 및 방법에 의해 실시한다

 

 

2 계획

2.1 계획 일반사항

(1) 계획의 기본은 시공 개소의 열차운행과 공사의 안전을 확보할 수 있는지에 대한 검 토이며, 이를 확보할 수 없다고 판단되는 경우에는 계획 위치를 변경하는 것이 바람 직하다.

(2) 제반 사정상 위치 변경이 곤란한 경우에는 실시 가능한 대책을 강구함으로써 문제 해결을 도모하거나, 대책을 강구하여도 위험한 요소가 남아 있는 경우에는 당초 계 획의 재검토를 요한다.

(3) 공법 선정 시에는 현재 제반 조건에 적합한 여러 종류의 공법에 대해서 공사비, 공 사기간에 대한 비교 검토를 하여 최적 공법을 선정하여야 한다.

(4) 철도 지하횡단 공사는 한국철도공사 이외의 공사․감독 위탁기관이 많아 협의사항의 결정이나 변경 시에 상당한 어려움이 수반되므로 구조물 형상, 시공법 선정에 있어 서 신중을 기하여야 한다. 또한 보조공법, 감시, 계측, 선로보수방법 등 공사의 안전 에 관계가 있는 공사작업에 대해서도 충분히 검토할 필요가 있다. 따라서 공사계획 시에는 용도에 적합하고 아울러 열차운행의 안전확보와 주변에 대한 영향을 최소한 으로 제한할 수 있고 공사비, 공사기간에서 유리한 구조물 형식, 시공법, 보조공법을 선정하여야 한다.

 

2.2 구조물 형식 선정

(1) 구조물 형식은 시공법을 고려하여 사용목적, 궤도구조, 지반조건 등 현지 제반조건에 적합하도록 선정하여야 한다. 즉, 지반조건(지형, 지질, 지하수 등), 궤도구조 등의 조 사 결과를 토대로 시공법을 고려하여 사용목적에 적합한 단면형상, 구조물 형식을 선정하여야 한다.

(2) 구조형식에 의해 시공 법이 한정되므로 시공법, 보조공법 등을 포함하여 종합적으로 검토하는 것이바람직하다.

① 거더 구조 가. 하로 거더 형식(비개착공법에 의함) 일반적으로 거더, 교대와 U형 옹벽 등으로 이루어진 구조물이다. 토피가 작은 경우에 적합하며, 도로 등 접속부의 조건이 유리해진다. 나. 기타 일반적으로 거더와 교대, 교각으로 이루어진 구조물이다. 경간이 긴 경우 가장 유효한 구조 형식으로서, 토피가 작은 경우에도 적용 가능하다. 지하수위 이하의 경우, 교대, 교각, 옹벽 형식의 선정에 대한 검토가 필요하다.

② 문형 라멘 구조 지반조건이 양호하고 직접기초로 할 수 있는 경우는 박스형 라멘 보다 유리해지 는 경우가 있다.

③ 박스형 라멘 구조 가. 경간은 그다지 길지 않은 것에 유리(보통 10m 전후가 한도)하다. 나. 토피가 커지면(대개 5m 정도)응력상 문제가 있다. 다. 지하 수위 아래의 경우, 부력에 대한 검토가 필요하다. 라. 일반적으로는 기초 말뚝을 필요로 하지 않는다.

④ 링구조 내압이 작용하는 경우에는 이 형식에 의하는 것이 가장 좋다. 유체의 유로로서는 최적(유효 단면의 활용)인 구조로서 특히, 토피가 크면 지반이 연약하고 균질한 경 우에 다른 형식보다 응력상에도 유리하다.

⑤ 아치 구조 일반적으로는 토피가 큰 경우에 적합하지만 URT의 터널 형식에서는 1m 정도의 토 피에서 시공한 실적이 있다. 지지 지반이 연약한 경우는 아치와 일체로 된 인버트 콘크리트의 시공을 요한다.

⑥ 복합구조, 다경간, 다층 구조 경간, 토피, 기타 조건에 따라 단경간으로 목적에 적합할 수 없는 경우, 각 구조 자 체의 특성을 검토하면서 이용하는 것이 좋다. 다경간 구조로 할 수밖에 없는 장경간 으로서 부등침하의 우려가 있는 경우는 부정정 구조 또는 단경간의 박스형 라멘의 복합 구조로 할 필요가 있다.

 

 

3. 공법선정

- 각종 시공법에 대해서 각각의 적용조건, 장․단점을 파악하고 기술적인 검토를 하여 야 한다. 철도 지하횡단 구조물의 시공법은 기존선로를 가이설하고 가받침하여 시공하는 개착공법과 기존선로를 그대로 두고 선로의 횡으로 시공하는 비개착공법으 로 대별된다.

- 개착공법은 전통적인 공법이지만 일반적으로 기존선로의 교통에 미치는 영향이 커서 최근에는 시공실적이 감소하고 있다. 그러나 통상 양호한 관리를 토대로 구조물의 구 축, 토피를 최소한으로 억제하여야 하는 경우에는 계획단계에서 공법 채택여부에 대해 충분한 검토가 필요하다.- 대규모 구조물, 특수한 지반의 경우는 여기에서 제시한 공법의 조합이나 단일 공법 으로 분할 시공에 대해서도 검토를 할 필요가 있다. 또한, 새로운 기술, 시공법이 개발되어 그 적용이 적절하다고 판단되는 경우에는 관련 전문가에게 의뢰하여 별 도 검토하는 것이 좋다.

3.1 개착공법

(1) 가받침 공법

(2) 특수선부설 공법

3.2 비개착공법

(1) 프론트잭킹(Front Jacking method) 공법

(2) TES(Tube Extract Structure method) 공법

(3) UPRS(Upgraded Pipe Roof Structure method) 공법

(4) STS(Steel Tube Slab method) 공법

(5) TRcM(Tubular Roof Construction Method) 공법

(6) NTR(New Tubular Roof method) 공법

(7) TSM(Tunnel of using Steel pipe Method) 공법

(8) TR&T(Tubular Roof & Trench method) 공법

(9) PST(Prestressed Square Tunnel method) 공법

(10) PDP(Pre Drilling Pipe method) 공법

(11) JES(Joint Element Shield structure method) 공법

(12) TSTM(Trapezoidal Steel box Tunnelling Method) 공법

(13) PCR(Prestressed Concrete Roof method) 공법

(14) URT(Under Railway Tunnelling method) 공법

(15) DSM(Divided Shield Method) 공법

(16) SPS(Separate Panel Shield method) 공법

 

 

4. 공법 선정조건

(1) 토피 조건

① 구조물의 설치 위치에 해당하는 토피에 대해서는 개착공법의 경우, 가능한 한 토피 를 크게 하지만, 굴착토량이 증가하고 대규모 토류로 인해서 비개착공법에 비하여 비경제적이게 된다. 따라서 토피가 크게 되는 경우는 경제성 비교를 하여 유리한 시 공법을 선정하는 것이 바람직하다.

② 견인공법, 추진공법, 메샤쉴드공법에서는 방호공으로서의 파이프 루프 등이 시공될 수 있는 토피가 필요해진다. 파이프의 설치 깊이는 시공의 정도, 노반 표층에 지장 물이 존재할 우려가 있으므로 일반적으로는 토피 1m 정도가 적당하지만, 파이프의 직경, 길이 및 선구 조건에 따라서는 토피를 작게 하는 것도 가능하다.

③ 토피조건에서는 국내외 철도 지하횡단 공사의 시공실적을 근거로 하여 0∼2m로 구 분하였으며, 개착공법은 토피와 상관이 없다. ④ 기존 콘크리트도상 하부에 비개착공법으로 지하횡단구조물을 설치할 경우 최소 토 피고를 3.5m이상 확보하여야 한다.

 

(2) 지반․지하수 조건

① 지반의 종․횡단 방향의 변화, 흙의 공학적 성질, 지하수위(수압), 산소 결핍 공기, 유해가스 등에 대한 검토를 하여야 한다.

가. 굴착 지반이 연약한 경우는 토류, 굴착면, 주변 지반의 변상이 발생할 우려가 높으므로 특별 보조공법을 포함하여야 하는 경우가 있다.

나. 지하 수위가 높은 경우에는 보일링이나 노반 융기에 대한 검토가 필요하다. 또한 연약점성토 지반에 있어서는 히빙의 검토를 충분히 하여 둘 필요가 있다.

다. 기타 시공상 굴착기의 인구 관입저항, 원굴착면의 안정성, 굴착 난이도 차이 등에 의한 시공법 적용상의 문제가 있다.

 

(3) 궤도․노반 조건

① 선로수, 곡선구간, 구배, 분기기, 다이아몬드 크로싱(직상 및 근접), 장대레일, 노반구 조 등에 대한 검토를 하여야 한다.

② 정거장 구내 등에 있어서는 분기기, 다이아몬드 크로싱 하부에 구조물이 선정되는 경우가 있으나, 가능하면 횡단 위치를 변경하는 것이 좋다. 부득이한 경우에는 노반 이나 궤도의 변상대책을 충분히 강구할 필요가 있다.

(4) 구조물 횡단연장조건은 국내․외 철도 지하횡단 공사의 시공실적을 근거로 하여 구분 하였으며, 횡단연장 길이(20∼30m)는 단․복선길이를 근거로 작성하였다.

(5) 열차운행조건

① 열차 운행횟수, 차단공사의 가부, 열차 서행여부, 속도 및 기간 등에 대한 검토를 하 여야 한다.

가. 고밀도, 고속도의 선로 조건으로부터 선로 차단시간의 확보, 열차의 장기서행 실시가 곤란한 경우가 많아 이 조건으로부터 시공법이 한정되는 경우가 적지 않다.

나. 열차횟수별로는 ｢한국철도공사 철도통계연보｣(2008년)의 선구별 열차운행 횟수를 참고하여 KTX, 여객열차 및 화물열차에 대하여 운행횟수에 따라 300회 미만, 300 회 이상으로 구분하여 선구별로 공법이 적용 가능한 구간을 제시하였다.

다. 열차운행조건에서는 2000년대 이후 최근까지 국내철도지하횡단공사 개착공법과 비 개착공법의 공사중 열차서행일수를 비교 검토해본 결과 서행일수는 현장조건, 구 조물의 크기, 횡단연장, 선구에 따라서 다르지만 대체적으로 열차운행횟수가 적은 선구에 적용한 개착공법과 비개착공법은 165∼200일 이상, 열차운행횟수가 많은 구간에 적용한 공법은 20일 이내가 가장 많다. 따라서 본 선정기준에서는 열차의 서행속도와 관련한 서행일수가 최소로 되어야만 열차의 정시성을 확보할 수 있으 므로 20일 이내를 단기서행, 20일 이상을 장기서행으로 구분하였다.

 

(6) 주변환경 및 용지 조건

① 지장물(지중 구조물 포함), 근접 구조물(과선교, 철도교, 배수구, 건물, 기타), 도로, 수로, 토지의 이용 상황, 공사의 규제(법령, 훈령) 등에 대한 검토를 하여야 한다.

가. 주변의 토지 이용 상황에 따라서는 직접적인 공해로서 소음, 진동, 갈수, 오수 반 출, 운반시 분진의 비산, 도로 교통의 폭주 등이 발생할 우려가 있다.

나. 지반 조건에 따라서는 토류 변형, 토사 유출, 지반의 탈수압밀 등에 의한 주변 지 반의 침하나 근접 구조물의 변상 우려가 있다. 이러한 경우에는 시공법, 보조공법 을 고려할 필요가 있다. 그리고 확보할 수 있는 용지, 운반도로, 배수로, 관련공사 등을 검토하여야 한다.

 

(7) 구조물의 규모 및 구조형식 조건

① 개착공법은 구조적인 취약성 및 이상현상이 발생할 수 있으므로 주로 열차운행이 적은 한산선구나 작은 규모의 공사에 적용하고 열차운행이 빈번한 구간이나 열차의 안전운행에 대한 영향을 고려할 때 비개착공법을 적용하는 것이 적절하다.

② 시공법선정에직접영향을미치는항목이지만선로하부에만한정한경우와전․후의 부착부를 포함하여 시공법 선정을 행하는 경우, 다소 검토내용이 상이하다. 횡단연 장이 길고 견인공법, 추진공법, 엘리먼트 추진공법에 있어서는 일반적으로 주면마찰 의 증가에 수반하여 추진설비나 방향제어의 문제가 발생한다.

③ 굴착 설비에 많은 비용을 필요로 하는 쉴드공법에 있어서, 시공 연장이 어프로치부 를 포함하여 일반적으로 300m 이하인 경우에는 공사비가 높아지므로 적당하지 않 다. 반면에 추진공법, 엘리먼트 추진공법은 일반적으로 연장이 길어지면 주면마찰의 증가에 의한 추진 설비, 방향 제어에 문제가 생긴다.

④ 구조물 단면이 대형으로 되는 경우에는 공법에 따라 안전상 분할 시공도 시행된다.

⑤ 최종 공법선정 기준시에는 지반조건/현장조건/열차운행조건/고객중심경영에서 보는 철도의 특성조건(안정성, 정시성, 신뢰성)등을 참고하여야 한다,

⑥ 국외에서 시공중인 공법은 국내 현장 적용성, 시공성, 경제성에 대하여 충분히 검토 한 후적용하여야 한다.

 

(8) 경제성 분석 1단계(선로시스템), 2단계(열차 운행조건)의 단계별로 분석을 실시한후 참고사항으 로 정량화 항목에 따른 직접공사비를 산정하여 공종별 비교 검토를 실시한다. 정량 화 항목으로는 개착식공법(궤도공, 토공, 가시설공, 구조물공, 보강공, 시설부대공), 비개착공법(토공, 가시설공, 추진공, 구조물공, 보강공, 시설부대공)으로 세부 정량화 항목을 구분하였다. 이상의 공법선정조건을 토대로 공법선정 흐름도 및 선정기준을 제시하였다.

- 범례 ○: 적절 △: 일반적으로 문제가 있으므로 검토를 필요로 한다. × : 일반적으로 부적절 

 

출처-국가철도공단 KRC-07010