72. 어스터널(earth tunnel)

 어스터널은 관용적으로 암반터널에 반대어로 토사터널을 의미하는 뜻으로 사용된다. 어스터널의 범주에 들어가는 것은 저고결, 저강도인 제3기 말 이후 형성된 토적물, 화산회 등의 화산방출물, 화강암이 넓고 깊게 풍화된 화강토 등의 지질로된 터널로 이들의 지질은 평야, 분지, 구릉, 단구, 선상지, 애추 등의 상층부를 구성하고 있다.

이들 지반의 터널시공법은 토피가 얕은 경우에는 지표면에서 시공하는 개착공법, 케이슨 공법, 침매공법이 사용되며, 어는 정도 이상의 토피가 있는 경우에는 쉴드공법이 주로 적용된다. 여기서는 쉴드공법과 산악공법에 대하여 설명하기로 한다.

쉴드(shield)공법은 쉴드라 불리우는 터널형 강제원통을 지중에 압입하여 굴착, 복공을 하는 공법으로서 자립성이 나쁜 지반, 붕괴나 지반의 큰 변위가 중대한 문제가 되는 시가지, 물밑 구간에 채용된다. 이외의 지반에서는 굴착후 지반을 지지하는 지보공을 시공하고 후방에서 복공을 현장타설 콘크리트로 시공하는 산악공법이 채용된다.

산악공법은 과거에는 지보공으로 강제지보공과 널말뚝을 사용하는 방식(널말뚝공법)이 주류를 이루었으나 현재는 숏크리트와 록볼트를 주된 지보부재로 하는 NATM(New Austrian Tunnelling Method)이 범용공법으로 되어 있다. NATM은 지반을 보강도 하고 지반에 밀착하여 지공 역할을 하기 때문에 지반변위를 줄이고 안전성을 향상시키는 것이므로 공사비가 저렴하고 단면변경이 쉬워 쉴드공법을 대상으로 하는 지반에서도 후술하는 보조공법을 병용하여 채용되고 있다. 경계조건으로는 일축압축강도 qu 가 1.0 kgf/cm2, 변형계수 E 가 100 kgf/cm2 정도 즉, 홍적층 이상의 지반에 적용이 가능하다고 할 수 있다.

쉴드공법은 현재 수압, 토압으로 막장을 보호하고 작업은 보통 압력하에서 하는 밀폐형 이수쉴드, 토압쉴드가 주체로 되어 있다.

NATM을 비롯한 산악공법은 막장의 자립성이 공법채택의 전제조건이 되며, 굴착지반의 거동은 구성된 지질이 점토질인가 사질인가에 따라 크게 다르다. 전자는 굴착단면의 큰 변위나 흙막이 지보공에 작용하는 토압이 문제가 된다. 후자는 앞서 기술한 문제 이외에 지하수의 용출에 따른 지반의 유동화나 자립성 저하가 문제가 된다.

굴착은 암(arm)식 굴착기를 사용한 기게시공이 통상 이루어지며, 대단면 터널에서는 막장의 안정을 유지하기 위하여 측벽도갱 선진공법 등 단면을 분활하여 굴착하는 공법이 채용되고 있다. 지보공은 솟크리트, 록볼트, 강제지보공을 조합시켜 사용하고 있으며, 시가지에서는 지반변위를 억제하기 위하여 NATM의 기본원리에 맞지 않는 대규모 강제지보공과 두터운 숏크리트를 하여 강성을 높이는 지보공이 사용되고 있다. 그런데 막장의 안전성 향상, 지하수의 처리, 지표침하 억제, 주변환경의 악영향 방지를 위하여 다음과 같은 보조공법을 상황에 따라 조합시켜 시공한다.

① 막장의 안정대책 : 경사볼트, 파이프루프, 약액주입, 동결공법

② 용수대책 : 수발보링, 웰포인트, 심정, 약액주입, 압기공법, 동결공법

③ 지표침하, 환경대책 : ① 의 방법과 차수벽 공법, 언더피닝

숏크리트는 앞으로 증가하중, 환경변화, 지진, 지하수의 회복 등에 대처하기 위해 수밀성을 고려한 인버트(invert)를 붙인 철근 콘크리트 구조로 하는 경우가 많다.

터널에서는 다른 지중구조물과 같이 정밀 조사결과를 토대로 설계하여도 실제 시공에 있어서는 예측치와 실제 값이 다르게 나타나는 경우가 적지 않으므로 시공시 터널 내외의 변위ㆍ응력을 계측하여 그 결과를 기초로 설계ㆍ시공변경을 하여 현실에 대처하는 것이 중요하며, NATM에서는 이 점을 중시하고 있다. NATM이 쉴드공법에 비하여 우수한 것은 우선 경제성이 있으며 최근 세그먼트를 상요하지 않고 굴착과 병행하여 현장 타설콘크리트를 시공하는 쉴드공법, ECL 공법(Extruded Concrete Linning)이 성능이 좋으므로 NATM 과 비교되어 산지의 어스터널에서 본격적으로 상요되고 있다. 경제성이 우선인 경우의 ECL 공법은 철근콘크리트 복공의 경우에 높은 능률이 과제가 되며 앞으로 기대되는 공법이다. 또 MF(Multi Face)쉴드, DOT(Double-O-Tube)쉴드 등 복원형 쉴드가 실용화되어 대단면에 적용, 용지취득 폭이난 토피확보의 확리화에 기여함이 기대된다.