OO역 하부통과 시공사례


OO시 지하철 O호선 OO역 하부통과에 따른 시공사례  

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작성자: 박상혁
검토자:hl2dnu  

1. 머리말

 OO청에서 수도권 전철망 확충으로 OO 신도시 지역주민의 출.퇴근시 교통난 해소 및 수도권 지역주민의 교통편의를 제공하기 위하여 추진하고 있는 OO선 제2단계 OO ~ OO간 복선전철화 사업구간중 제O공구 OO정거장에서 OO방향 STA.6km719.8 ~ STA. 6km739.5(L=19.7) 지점은 굴착 상부에 서울시 지하철 O호선 OO역사가 위치하고 있다.
 당초 설계시 지하철 O호선 하부통과구간이 23m이었으나, OO역의 순환능력 확대 등 기능변경에 따라 통과구간이 34.8m(길이34.8m, 폭19.7m, 높이11.9m)로 확대되어 설계변경을 하게 되었다.
 OO역 하부통과를 위한 변경공법 선정을 위하여 적용가능한 언더피닝공법, PIPE ROOF 공법 및 MESSOR SHIELD 공법을 비교 검토한 결과, 기존 지하철에 적용한 실적이 많고, 대형장비가 필요하지 않으며, 단계별 굴착시공이 가능하고 기존 구조물(서울지하철 OO역사)의 안전성면에서 가장 유리한 언더피닝 공법을 변경공법으로 선정하였고, 언더피닝 공법을 적용 시행함에 있어 굴착방법은 무진동 암반절개공법인 HRS(Hydro Rock Spliter)공법을 적용하였다.
 여기서 상기공법의 시공사례를 소개하고자 한다.

2. 현장현황 및 지질조건

 당 현장은 先캠브리아기(Pre-Cambrian)의 경기편마함 복합체(Gyeonggi-Gniess Complex)에 속하는 흑운모 호상편마암(Banded Biotite Gneiss)이 기반암을 이루고 있으며, 이를 관입한 중생대 쥬라기(Jurassic) 흑운모화강암(Biotite Granite)이 본 지역의 북동쪽에 분포하고 신생대 제4기의 충적층(沖積層)이 이를 덮고 있다.
 승환통로구간 굴착시 굴착지반 관찰결과 암반상태는 신선(Fresh)한 경암정도로 판단되나 부분적으로 다소풍화(Slightly Weathered)된 양상을 보이고 있다.
 현장현황은 행정구역상 서울 OO구 OO동 OO사거리에 속하며 테헤란로 선상으로 기존 O호선 OO역사 구조물이 상부에 위치하고 OO으로 선상 종점방향으로 O호선 지중변전실이 상부에 위치하며 근거리에 고층빌딩 및 신축중인 건축물이 밀집되어 있는 조건이었다. 따라서 이에 따른 안전시공을 위해 적극적인 대응이 요구되었다.

3. 현장의 전경

 
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4. 시공개요

 언더피닝 굴착공사는 연직 11.9m 구간을 3단계로 나누어 상부 1단계부터 하부 3단계 순서로 시공하고, 각 단계별로 좌,우 2개 막장을 동시에 굴착한다. 먼저 무진동 암반절개공법으로 굴착시공을 한 후 H-Beam(300X305)을 이용해 기존 O호선 구조물을 받치고 사보강 및 L형강, ㄷ형강 보강을 한다. 1단계 굴착 및 언더피닝 보강 완료 후 2단계 굴착 및 H-Beam 이어내리기를 실시하고 같은 방법으로 3단계를 완료한다.

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5. 무진동 절개공법 개요

 가. 천공
 1) 천공은 암반절개 패턴도에 따라 위치, 방향, 깊이를 정확하게 맞춰 직경 D76m/m로 천공하며 암질 및 절리등을 고려하며 최소 저항선, 공간격, 공수를 현장여건에 맞게 조절한다.
 2) 중앙부에 자유면을 형성코자 대구경(D450m/m)으로 선 보링하여 이것을 자유면으로 이용하면서 1막장(0.6-1.3m)씩 암반절개를 진행한다.
 3) 자유면 공은 지하수가 있는 지층에서는 수발공 역할을 함으로써 후속공정인 숏크리트 타설시 접합성을 양호하게 하고 작업환경을 깨끗하게 유지할 수 있다.
 4) 천공장비는 유압 크롤라드릴을 사용하며 천공시 암반 이완여부를 철저히 관찰하여 천장부 붕락이나 막장의 붕괴등으로부터 안전사고 예방에 철저를 기하여야 한다. 또한 지하수 용출, 가스의 분출, 지질의 변화등에 주의를 게을리 해서는 안된다.

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나. 1차 절개

  1) 유압할암기 봉을 천공 Hole(D76m/m)에 삽입하고 유압을 가하여 암반을 절개한다.
  2) 이때 암반의 절리방향에 따라 균열효과가 다르므로 균열 Line를 확인하여 암반상태에 적절한 천공간격, 깊이 및 방향을 수정해 가면서 시공한다.

  다. 2차 절개

  2차 절개는 1차 절개가 완료된 후 굴삭기(0.7m3)의 브레카로 절개하며 절개된 암석의 크기는 소활하여 버럭처리 및 상차가 가능토록 하여야 한다.


  라. 쇼크리트타설

  1) 압축강도는 24시간내에 100kg/cm2 이상, 28일강도 210kg/cm2이상을 유지하여야 한다.
  2) 굴착후 양 끝단부의 지반에 t=15cm를 1,2차(t=7.5cm)로 나누어 타설한다.
  3) 굴착진행 방향 측벽은 t=5cm를 타설한다.
  4) 철망은 고정용 앵커를 1m2당 2본을 표준
으로 하며 D3.2m/m눈금 간격 사방 D100m/m의  것을 사용하고 20cm이상 겹치도록한다.

 

5) 압력은 2~5kg/cm2을 표준으로 하고 쇼크리트 면은 평활하게 이루어지도록 한다.
6) 쇼크리트의 경화후 될 수 있는대로 빠른시기에 ROCKBOLT시공을 한다.
7)양끝단부측벽은pre-stress(P=8.0ton), Rock-bolt(L=3.0m)를 설치 

마. 가시설

  1) 무수축몰탈을 강재기둥 받침용으로 설치하고 스크류잭을 설치한다.

   

2) 강재기둥(수직부재)설치후 상부기둥받침을설치한다.상부기둥받침으로는 H-BEAM과 팔각 PLATE가 사용하는데 이때 O호선 바닥 슬라브와 상부강재 이격공간은 특수 몰탈을 충진한다.

 

3) 기둥받침부 유압JACK으로 30Ton을 유압시킨 후 스크류잭으로 고정시킨다.

 

4) ㄷ-형강과 L-형강으로 보강한다

  


< 언더피닝 전경 >..(사진을 click 하면 크게보입니다)

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6. 공사추진
 가. 공기 : 11개월 (1999.5 ~2000.2)

(사진을 click 하면 크게보입니다)


 나. 장비편성
  1) Crawler Drill - 1대
  2) 암반절개(HRS)기 - 1Set
  3) Breaker B/H(0.7m3) - 1대
  4) Break B/H (0.3m3) - 2대
  5) Pay-Loader - 1대
  6) 리어카 - 2대
  7) 무수축 Mortar Plant - 1Set
  
7. 계측관리
 1) 개요
 기존의 OO역 하부를 통과함에 따라 시공중 발생할 가능성이 있는 위험요소의 형태와 규모를 보다 정확하고 시기적절하게 파악하기위한 것이다.

 2) 계측의 목적 및 계측의 활용방안

 

계 측 목 적

계 측 결 과 이 용 방 안

o 긴급한 위험 징후 발견

- 시공중 가설구조물의 급속한 변형시 사전확인

o 거동 원인 분석으로 근본적인 대책 수립

- 지반의 거동상태 파악으로 근본적인 원인분석

o 공법개선, 변경에 필요한 정보획득

- 계측에 의한 공법 변경

: 선시공 단계에 계측DATA는 후속시공단계의 설계치를 재평가에 적용되며 시공법이나 구조형식의 효과적인 개선에 이용

o 민원에 대비

- 인접구조물의 피해상태 확인

: 발파진동, 지하수위,건물기울기측정

o 이론검증

- 기존의 학문적 이론의 실제적인 적용성 문제 확인 및 검증

o 언더피닝에 대한 검측

- 언더피닝을 행하고 있는 구조물의 변형값과 그 추이를 검측하기 위한 계측


 3) 현장계측종류별 빈도현황
  계측빈도는 계측지점의 중요서, 계측의 목적, 공사진척정도, 계측방법(자동,수동)등에 따라서 달리 할 수 있으나 일반적으로 1일 1~2회 정도의 계측빈도가 적당하다. 당 현장은 자동화계측과 수동계측 병행하고 있으므로 계측관리에 있어 매우 정확하고 높은 안전성을 가지고 있다.

8. 시공시 유의사항
 1) 유압할암봉을 천공hole에 삽이하고 유압을 가하여 1차 암반절개 작업시 전막장을 할암하는 것보다 중앙부를 먼저 할암하고 2차 절개를 시행한 후 여타 미절개 부분의 절개를 진행하면 자유면의 진행확보가 가능하여 작업의 진행효과가 크다.
 2) 암반절개 작업시 기 균열발생된 암반석의 절리 방향이 불리하게 형성된 경우 Sliding현상 발생으로 낙반될 경우가 있으므로 하부작업자의 안전에 특히 유의하여야 한다.
 3) 1단계 H-Beam 세우기 작업시 H-Beam 상부 Plate와 기존 O호선 OO역사 바닥 Slab 사이는 고강도 무수축몰탈을 이용해 충진하는데, 충진상태 불량시 연직하중 분포가 불균등하여 특정개소에 국부응력이 발생할 수 있으므로 완벽한 충진이 필요하다.
 4) 굴착시행기간중 상부 O호선 OO역사내에는 열차운행이 지속되므로 열차운행에 따른 지지체 안전성을 실시간 수시 확인할 수 있는 자동화계측이 필요하다.

9. 맷음말
 OO선 OOO-OO간 복선전철 제O공구 노반신설공사중 O호선 OO역사 하부통과에 있어서 무진동 절개공법(HRS공법)과 언더피닝공법의 시공 결과를 요약하면 다음과 같다.
 1) 무진동 무소음공법 적용으로 이 구간의 최대현안이었던 상부 O호선 OO역사 구조물의 안전성 확보를 가능케 했고,
 2) 2개 막장 동시굴착 가능과 협소한 공간에서의 굴착용이로 인해 당초 탄소발파공법 적용에 따른 소요공기(약 15개월)보다 5개월을 단축 하였다.
 3) 무진동 암반절개공법의 천공시 천공속도와 Slime 상태에 따른 지층변화를 사전에 예측할 수 있어 막장붕괴에 따른 불의의 사고를 사전에 예측할 수 있는 공법으로 판단되었다.  

_끝_               ▲top

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