6. 비탈면 설계

6.1 설계개요

6.1.1 설계목적 및 기본방향

6.1.1.1 설계 목적

- 지형·지질 및 주변환경과 녹지자연도를 고려한 자연훼손 최소화의 환경친화적 비탈면 설계

- 현장조사 및 시험결과를 통해 깎기, 쌓기 비탈면 및 터널 갱구비탈면 안정성 검토

- 불연속면 특성 및 노선주변 붕괴사례 종합분석에 의한 비탈면 경사 결정

- 장기적 안정성 확보와 현장지반조건에 적합한 비탈면 보호·보강공법 적용

- 비탈면의 계측 및 시공관리 대책수립

6.1.1.2 설계 기본방향

(1) 지반조사 및 분석

- 인접 지역 사례분석

- 지반설계정수 산정

- 불연속면 특성 분석

- 암반분류 및 평가

- 설계적용 지하수위 결정

(2) 비탈면 안정검토

- SEEP/W 해석

- SMR-NET 해석

- 평사투영해석

- 한계평형해석

- 낙석 및 낙반해석

- 연속체 및 내진해석

(3) 비탈면 정밀해석

- 비탈면파괴 확률해석

- 강우시 포화심도를 고려한 비탈면의 안정해석

- 절리를 고려한 불연속체 해석

(4) 비탈면 보강 및 보호공

- 경사완화, 보강대책

- 불연속체 수치해석

- 낙석, 낙반 대책수립

- 비탈면 계측 및 유지 관리계획 수립

6.1.1.3 설계개선사항

6.1.2 설계흐름도

6.1.3 비탈면 현황

6.1.3.1 현황도

6.1.3.2 쌓기부

6.1.3.3 깎기부

6.1.4 주요착안사항

(1) 쌓기 및 깎기 비탈면구간의 현장 지형조건과 대상지역에서 시행한 지반조사 및 실내시험 결과를 고려하여 본 비탈면 구간에서 중점적으로 검토하여야 할 사항을 선정

(2) 중점검토사항은 최소비탈면 기울기를 고려하여 안정성 확보와 동시에 깎기량과 용지확보가 최소화 되도록 검토

(3) 지반정수의 산정

- M.C.S 통계처리

(4) 강우시 지하수위 산정

- 침투에 의한 포화심도 결정

(5) 비탈면안정 신뢰도분석

- 파괴확률검토

6.2 비탈면 특성파악을 위한 조사결과 분석

6.2.1 지반조사내용 및 결과분석

- 과업구간 지질 분포 특성 분석 및 지질 구조 이상대 분포 현황 파악

- 정밀지표지질조사, 시추조사 및 시추공 영상촬영에 의한 암반상태 및 특성파악

- 지층분포 현황 및 지층 조성 상태 파악

- 지반설계 정수 도출에 필요한 공학적 특성 파악

6.2.1.1 지반조사 내용

6.2.1.2 지반조사 결과분석

6.2.1.2.1 지표지질조사

6.2.1.2.2 탄성파탐사

(1) 거금터널 시점 및 종점구간

- STA.1+610~650에서 매우 큰 저속도 이상대가 관찰

- STA.1+670~720 구간은 풍화대가 매우 깊게 분포

- STA.1+790~800m, STA.1+840~850 구간은 작은 규모의 이상대가 나타남

(2) 북측 앵커리지구간

- 암반층(연암)에 해당하는 1200m/s 이상은 1.2~3.8m의 분포심도를 보임 -〉 풍화암선이나 기반암선이 지형변화와 일치하여 나타나고 있음

- 따라서 기반암의 표고차이는 크지 않을 것으로 판단

6.2.1.2.3 시추조사

(1) 거금터널 시점 및 종점 갱구부 비탈면

- 지층 상부는 느슨한 상태의 표토층이 존재하고 그 하부에 조밀한 상태의 풍화토가 분포함

- 기반암의 상부는 절리가 발달된 연암이 하부는 절리발달이 적고 신선한 경암이 분포함

(2) 제2깎기부

- 표토층, 풍화토, 풍화암, 연암의 층서로 구분되며, 풍화암까지의 깊이는 약 10m정도이며 하부 연암은 절리, 균열이 매우 발달되고 보통풍화 상태임

(3) 북측앵커리지

- 지층구성은 붕적토, 풍화토, 연암, 경암의 층서로 나타나며 연암은 절리가 발달되어 있고 보통풍화 상태이며 경암은 비교적 신선함

- 풍화암의 출현심도가 7.0~18.6m로 나타나는 등 지역별 기반암 출현심도차가 큼.

6.2.1.2.4 현장시험

6.2.1.3 조사항목별 설계적용사항

6.2.2 기존비탈면 사례조사 및 특징분석

6.2.2.1 조사목적

- 기존 비탈면 현황조사를 통하여 과업구간의 비탈면 설계시 예상되는 문제점을 파악

- 비탈면 현황, 이력, 암종 및 절리면의 분포상태 등을 파악함으로써 조사계획 수립에 반영

- 기존 비탈면은 신설구간 및 시추조사 결과와는 달리 장기간에 걸쳐 풍화를 받은 상태로서 신설비탈면의 예상 풍화양상을 파악할 자료로 활용

- 조사장비 접근이 곤란한 구간에 대하여 절리면 특성 및 지층분포 특성을 파악하여 설계에 활용

- 검토대상 : 거금도일주도로 시공사례, 인근비탈면 현장조사, 거금도 연육교(1단계) 가설공사 설계

6.2.2.2 기존 사례 조사분석

6.2.2.2.1 거금도 일주도로 시공사례 비탈면검토 자료분석

과업구간과 같은 거금도 내의 일주도로 설계는 화강암질 편마암이 주된 기반암을 이루는 지역으로 본 설계 지역화 흡사한 암석물성치를 나타내고 있음

(1) 비탈면현황 및 비탈면해석 결과

- 거금도 일주도로 비탈면검토 사례를 분석한 결과 토사비탈면에 대해서 STABLE 프로그램을 이용하여 비탈면해석을 실시하였고 암반비탈면에 대해서 평사투영해석을 시행하였음

- 토사 및 리핑 비탈면은 안전한 것으로 판단하였으며 암반비탈면은 일부 전도파괴 가능성을 제시하였음

(2) 분석결과 분석

6.2.2.2.2 기타 인근비탈면에 대한 시공사례 현장조사

6.2.2.2.2.1 현장 노두관찰 결과

- 인근지역은 화산암류와 화강암류가 주로 분포하고 있으나 본과업구간의 특성은 화강암과 비슷한 특성을 나타냄

6.2.2.2.2.2 비탈면 파괴 양상

(1) 기존 비탈면 파괴양상 및 원인조사

- 쐐기파괴 발생

- 단층대로 인한 파괴

- 차별풍화 및 낙석

(2) 기존 비탈면 경사확인

- 토사비탈면의 경사는 대부분 1:1.2 경사를 유지하고 있으나 비탈면의 높이가 5m 이상 분포는 일부지역에서 쇄굴현상이 발생하거나 우기시 토사 유실이 현저하게 발생

- 풍화암의 경사는 대부분 1:1.0 경사를 이루고 있으며 대체로 안정한 모습을 나타내고 있으나 일부 풍화암내의 암편이 일탈하여 낙석이 발생하기도 하기도 함

(3) 문제점

- 암반경사적용 - 일반구간 1 : 0.5, 파괴구간 1:0.7~1:1.0 적용

- 일부구간은 파쇄대 차별풍화로 인한 파괴(쐐기) 및 낙석 예상

- 대규모 붕적에 의한 절취시 붕락위험

(4) 고려사항

- 1:0.5~1:0.7적용(암반)

- 비탈면 보호공법 적용

- 부분적 보강공법 적용

6.2.2.2.2.2.1 대책

- 본 과업지역의 인근 비탈면은 대체로 1:0.5경사를 설정하고 있으나 붕괴가 발생하는 지역은 대체로 1:0.7내지 1:1.0으로 경사를 완화하여 비탈면의 안정성을 확보하고 있음

- 낙석이 발생하는 구간에 대해 낙석방지망 및 낙석방지책을 설치

- 낙석이 지속적으로 발생하고 있으나 대부분 낙석의 크기가 소규모로 나타남

6.2.2.2.2.3 기존 설계시 검토사항

(1) 토사비탈면 : 1:1.2(6m이상) 적용시 안정

(2) 암반비탈면

- 평사투영해석 : 1:0.5에서 쐐기파괴가 발생가능성 존재

- 한계평형해석 : 1:0.5에서 안정(FS = 1.53)

6.2.2.2.2.4 본 설계반영 사항

(1) 인근지역의 비탈면에 낙석이 많이 발생하고 있으며 특히 전도파괴외 지역에도 일부 지역에도 나타나고 있으므로 낙석방지책은 대부분 높이 10m 이상의 비탈면에 설치하여야 함

(2) 낙석에 대한 안전성 해석시 낙석의 무게와 낙석에 대한 비탈면 높이를 고려하여 안전한 낙석방지책을 설치하여야 함

(3) 인접구간 설계사례, 기존비탈면분석, 대표깎기 비탈면 안정성해석결과를 종합/고려하여 적용방안 제시

- 토사 : 1.2이상에서 안전성을 나타내나 비탈면 높이가 5m 이상되면 1:1.5 경사로 조정

- 리핑암 : 일부지역서 1:0.7 가능하나 안전성을 고려하여 1:1.0 으로 적용

- 발파암 : 1:0.5 적용하되 부분적인 평면파괴 예상구간은 1:0.7로 완화 또는 보강공법 적용

6.2.2.2.3 거금도 연육교 (1단계) 건설공사 설계검토

(1) 토사구간 비탈면 검토

- 토사구간 높이 5m까지는 1:1.5, 그 이하는 1:1.2의 경사를 적용

- 풍화암구간은 1:0.7의 경사를 적용할 경우 토사 비탈면의 안정성 확보

(2) 암반구간 비탈면 검토

- 암반깎기 비탈면에 대한 평사투영 및 한계평형해석결과 비탈면 경사 1: 0.3을 적용할 경우 불안정하게 나타났으며 표준경사(1: 0.5) 적용시 안정함

- 그러나 검토된 비탈면 경사는 내진 및 강우강도를 고려한 안정성 및 수치해석을 통하여 현재 검토된 경사에 대하여 재검증한 후 적용하여야 할 것임

(3) 설계반영

- 과업구간의 기반암이 화강암질 편마암으로 1단계 구간의 화강암과 비슷한 물성을 나타낼 것으로 판단되므로 설계시 1단계 물성치를 고려하여 선정하여야 함

- 암반의 불연속체 물성치는 절리면의 특성에 따라 다르게 나타나므로 고려대상 제외

- 비탈면의 경사는 1단계 사례를 고려할 때 다음기준에 맞추어 표준경사를 선정하는 것이 합리적일 것으로 판단됨

6.3 비탈면 구간별 현황 및 지층분석

- 쌓기비탈면구간

- 깎기비탈면구간

- 터널갱구비탈면 및 교차로

6.3.1 쌓기부 검토단면 및 지층분석

6.3.1.1 제1쌓기부(본선,STA.1+440)

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 구간 : 본선, STA.1+240~1+480

- 검토단면 : 본선,STA.1+440

- 최대쌓기고 : 10.1m

(3.2) 지층개요

- 매립토 : 9.4M (GL-9.4m)

- 풍화암 : 0.8M (GL-10.2m)

6.3.1.2 제2쌓기부(본선,STA.2+120)

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 구간 : 본선, STA.2+080~2+160

- 검토단면 : 본선,STA.2+120

- 최대쌓기고 : 9.3 m

(3.2) 지층개요

- 매립토 : 3.9M (GL-3.9m)

- 풍화암 : 4.1M (GL-8.0m)

6.3.1.3 제3쌓기부(본선,STA.2+980)

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 구간 : 본선, STA.2+940~3+120

- 검토단면 : 본선,STA.2+980

- 최대쌓기고 : 8.6 m

(3.2) 지층개요

- 매립토 : 0.8M (GL-0.8m)

- 풍화토 : 7.9M (GL-8.7m)

- 풍화암 : 6.1M (GL-14.8m)

6.3.1.4 제4쌓기부(본선,STA.5+990)

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 구간 : 본선, STA.5+960~6+240

- 검토단면 : 본선,STA.5+990

- 최대쌓기고 : 8.4 m

(3.2) 지층개요

- 풍화토 : 7.0M (GL-7.0m)

- 풍화암 : 3.2M (GL-10.2m)

6.3.1.5 제5쌓기부(본선,STA.6+380)

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 구간 : 본선, STA.6+360~6+440

- 검토단면 : 본선,STA.6+380

- 최대쌓기고 : 12.0 m

(3.2) 지층개요

- 매립토 : 1.0M (GL-1.0m)

- 풍화토 : 2.5M (GL-3.5m)

6.3.1.6 제6쌓기부(금진IC,STA.0+420)

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 구간 : 금진교차로, STA.0+310~0+758

- 검토단면:금진교차로,STA.0+420

- 최대쌓기고 : 13.9 m

(3.2) 지층개요

- 매립토 : 3.9M (GL-3.9m)

- 풍화토 : 4.1M (GL-8.0)

6.3.2 깎기부 검토단면 및 지층분석

6.3.2.1 제1깎기부(본선,STA.0+220)

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 구간 : 본선, STA.0+030~0+290

- 검토단면 : 본선,STA.0+220

- 최대깎기고 : 14.5m

(3.2) 지층개요

- 매립토 : 2.0M (GL-2.0m)

- 풍화토 : 12.0M (GL-14.0m)

6.3.2.2 제2깎기부(본선,STA.2+460)

6.3.2.2.1 토사비탈면

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 구간 : 본선, STA.2+400~2+580

- 검토단면 : 본선,STA.2+460

- 최대깎기고 : 13.9m

(3.2) 지층개요

- 매립토 : 0.5M (GL-0.5m)

- 풍화토 : 5.0M (GL-5.5m)

- 풍화암 : 4.8M (GL-10.3m)

6.3.2.2.2 암반비탈면

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 구간 : 본선, STA.2+460~2+500

- 검토단면 : 본선,STA.2+480

- 최대깎기고 : 17.4m

(3.2) 지층개요

- 매립토 : 0.5M (GL-0.5m)

- 풍화토 : 5.0M (GL-5.5m)

- 풍화암 : 4.8M (GL-10.3m)

6.3.2.3 제3깎기부(본선,STA.2+660)

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 구간 : 본선, STA.2+610~2+760

- 검토단면 : 본선,STA.2+660

- 최대깎기고 : 14.8 M

(3.2) 지층개요

- 매립토 : 1.0M (GL-1.0m)

- 풍화토 : 15.0M (GL-16.0m)

6.3.2.4 제4깎기부(본선,STA.2+880)

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 구간 : 본선, STA.2+780~2+900

- 검토단면 : 본선,STA.2+880

- 최대깎기고 : 12.7m

(3.2) 지층개요

- 매립토 : 0.4M (GL-0.4)

- 풍화토 : 11.1M (GL-11.5m)

- 풍화암 : 3.5M (GL-15.0m)

6.3.2.5 제5깎기부(본선,STA.5+740)

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 구간 : 본선, STA.5+710~5+940

- 검토단면 : 본선,STA.5+740

- 최대깎기고 : 12.7m

(3.2) 지층개요

- 매립토

- 풍화토 : 10.0m (GL-10.0M)

6.3.2.6 제6깎기부(본선,STA.6+300)

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 구간 : 본선, STA.6+260~6+320

- 검토단면 : 본선,STA.6+300

- 최대깎기고 : 9.3m

(3.2) 지층개요

- 풍화토 : 4.0m (GL-4.0m)

- 풍화암 : 3.6m (GL-7.6m)

6.3.2.7 제7깎기부(금진교차로,STA.0+240)

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 구간 : 금진교차로, STA.0+200~0+310

- 검토단면 : 금진교차로,STA.0+240

- 최대깎기고 : 14.4m

(3.2) 지층개요

- 매립토 : 0.4m (GL-0.4m)

- 풍화토 : 8.4m (GL-8.8m)

- 풍화암 : 0.4m (GL-9.2m)

6.3.3 터널부 검토단면 및 지층분석

6.3.3.1 거금터널 시점부 배면

(1) 평면도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 검토단면 : STA.1+590

- 최대깎기고 : 17.2m

(3.2) 지층개요

- 풍화토 : 3.9m (GL-3.9m)

- 풍화암 : 1.8m (GL-5.7m)

6.3.3.2 거금터널 시점부 좌·우측

(1) 현황도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 검토단면 : STA.1+590

- 최대깎기고 : 13.3m

(3.2) 지층개요

- 매립토

- 풍화토 : 0.8m (GL-0.8m)

- 풍화암 : 1.9m (GL-1.9m)

6.3.3.3 거금터널 종점부 배면

(1) 현황도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 검토단면 : STA.1+820

- 최대깎기고 : 12.7m

(3.2) 지층개요

- 풍화토 : 2.4m (GL-2.4m)

- 풍화암 : 1.9m (GL-4.3m)

6.3.3.4 거금터널 종점부 좌·우측

(1) 현황도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 검토단면 : STA.1+820

- 최대깎기고 : 23.1m

(3.2) 지층개요

- 풍화토 : 3.9m (GL-3.9m)

- 풍화암 : 2.1m (GL-6.0m)

6.3.3.5 소록터널 시점부 배면

(1) 현황도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황 (FRP보강그라우팅 적용)

- 검토단면 : STA.5+230

- 최대깎기고 : 16.0m

(3.2) 지층개요

- 풍화토 : 10.3m (GL-10.3m)

- 풍화암 : 1.9m (GL-12.2m)

6.3.3.6 소록터널 시점부 좌·우측

(1) 현황도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 검토단면 : STA.5+230

- 최대깎기고 : 11.5m

(3.2) 지층현황

- 풍화토 : 10.6m (GL-10.6m)

- 풍화암 : 3.7m (GL-14.3m)

6.3.3.7 소록터널 종점부 배면

(1) 현황도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황 (FRP보강그라우팅 적용)

- 검토단면 : STA.5+640

- 최대깎기고 : 23.0m

(3.2) 지층개요

- 풍화토 : 11.1m (GL-11.1m)

- 풍화암 : 4.9m (GL-15.0m)

6.3.3.8 소록터널 종점부 좌·우측

(1) 현황도

(2) 검토단면

(3) 현황 및 지층개요

(3.1) 현황

- 검토단면 : STA.5+640

- 최대깎기고 : 20.6m

(3.2) 지층개요

- 풍화토 : 11.8m (GL-11.8m)

- 풍화암 : 4.9m (GL-16.7m)

6.4 비탈면 설계기준

6.4.1 검토방법 및 개요

- 비탈면 설계기준은 입찰안내서, 건설교통부 및 한국도로공사의 적용기준과 외국의 적용사례를 종합분석하여 본 과업구간의 기준을 결정

- 검토구간의 토질조건, 비탈면의 높이 등 구간별 안정성 분석결과에 의해 경사조정

- 지층 구성상태, 토질 및 암반의 역학적 특성, 용출수의 유무, 절취에 따른 이완과 풍화정도, 주변 지형조건등을 종합적으로 고려하여 결정

- 비탈면 해석방법은 토사비탈면과 암반비탈면을 구분하여 거동특성에 적합한 해석방법 적용

6.4.2 비탈면 기울기 기준검토

6.4.2.1 쌓기부 표준경사

- 쌓기비탈면 경사는 일반적으로 자연지반 토질의 풍화 및 균질정도, 성층상태, 간극 및 함수량 등에 의해 지배를 받으므로 일정한 기준을 선정하는 것은 어려운 상황임

- 원지반의 지층상태 및 쌓기재의 특성을 조사하여 필요한 경우에는 안정계산을 실시한 후 종합적인 판단에 의해 비탈면 경사를 결정하도록 하여야 함

6.4.2.1.1 쌓기비탈면의 표준경사(도로설계요령, 한국도로공사)

6.4.2.1.2 본 과업구간에 적용한 쌓기 비탈면 경사

6.4.2.2 깎기부 표준경사

- 암반비탈면의 안정은 암질상태 및 불연속면의 특징(방향, 연장 등)에 따라 결정

- 노선인근의 기존 비탈면 현황을 조사하여 암질상태를 평가하고 설계 표준비탈면 경사 기준을 선정

- 설계 비탈면 경사는 지반조사결과 및 비탈면 안정검토를 통하여 조정 및 확정

6.4.2.2.1 국내 여러기관의 깎기 비탈면 표준경사

6.4.2.2.2 붕적토의 적정 비탈면 경사 (한국도로공사, 도로연구소, 1992)

6.4.2.2.3 암반의 특성에 따른 표준비탈면경사 (한국도로공사, 도로설계실무편람)

6.4.2.2.4 본 과업구간에 적용한 깎기 비탈면 경사

6.4.3 소단 설치 기준 검토

- 우기, 용수 등에 의한 침투작용과 비탈면의 침식 방지

- 일반적으로 토사와 암반의 경계부가 되는 이방성 지반인 경우에는 용수를 고려하여 설치토록 함

- 지역적인 상황에 따라 소단 설치 폭 변경 가능토록 함

6.4.3.1 국내·외 기관별 소단 설치 기준

6.4.3.2 본 과업구간에 적용한 소단설치기준

6.4.3.2.1 대표 횡단면도

- 쌓기부

- 깎기부

6.4.4 최소 안전율 설계기준

6.4.4.1 허용 안전율의 역할

- 비탈면의 안정성은 안전율을 근거로 판단하여 이론상 안전율이 Fs≥1.0 이상이면 안전한 것으로 판단되나 설계시 비탈면의 불확실한 요소로 인한 여건을 감안하여 허용 안전율 적용

- 자료의 불확실성에 대한 대비수단 -〉 강도정수, 하중, 파괴모델의 불확실성에 대한 보정

- 지반 변형에 관한 안정성 확보 차원

6.4.4.2 허용 안전율의 결정 요소

- 동일한 비탈면에 대해서 안전율의 결정에 미치는 요소로서 전단강도 시험방법, 전단강도의 선택, 해석방법 등이 있으며 복구비용 및 시험의 신뢰도가 추가로 고려될 수 있는 바 아래와 같이 종합적으로 판단하여 결정

- 전단강도의 특징, 비탈면의 기하학적 조건 및 기타 조건에 대한 불확실 정도

- 비탈면의 경사를 완화시키거나 높이를 감소시키는데 소요되는 비용

- 비탈면 파괴시의 피해액과 결과

- 비탈면이 일시 구조물인지 영구 구조물인지의 선택여부 판단

6.4.4.3 쌓기 비탈면 최소안전율 적용기준

(1) 국내외 기관별 허용안전율

(2) 본 과업구간에 적용한 허용안전율

6.4.4.4 깎기 비탈면 최소안전율 적용기준

(1) 국내외 기관별 허용안전율

(2) 본 과업구간에 적용한 허용안전율

6.4.5 설계하중 적용기준 검토

6.4.5.1 상재하중

- 비탈면 상단에 구조물이 존재하는 경우 실제 기초면에 작용하는 접지압 적용

- 비탈면에 작용하는 하중에는 구조물로 인한 하중과 차량주행에 따른 교통하중으로 구분되며 쌓기 비탈면인 경우에는 쌓기높이를 고려하여 쌓기체 상단에 상재하중 적용

6.4.5.2 지진계수

- 지진계수의 산정방법은 설계지반 운동수준에 의한 방법, 지반분류에 의한 방법, 지진 재해도에 의한 방법 등이 있음

- 본 과업의 지진계수산정은 건교부 내진설계기준 II를 근거로 설계지반 운동수준에 의한 방법으로 산정함

6.4.5.2.1 설계지반 운동수준에 의한 방법(건교부 내진설계기준II)

- 시설물의 내진성능 수준결정

- 지진구역 구분

- 평균재현주기에 따른 위험도 계수

6.4.5.2.2 설계 지진계수 산정결과

6.4.6 설계적용 지하수위 산정

- 비탈면내의 지하수위는 지형, 지층 분포상태, 지반의 투수성 및 계절변화에 따라 큰 변화를 보이며 비탈면 안정검토시 지하수위의 위치는 안전율 결과에 상당한 영향을 끼침

- 강우시 쌓기 비탈면은 실제 측정된 지하수위 결과를 적용하되 깎기비탈면의 경우는 확률강우를 고려하여 강우강도 및 지속시간에 따른 방법과 프로그램을 이용한 수치적 방법으로 산출하여 지하수위 조건 결정

6.4.6.1 쌓기 비탈면

- 쌓기 비탈면은 쌓기재를 이용하여 인공적으로 축조하므로 지하수위 예측이 비교적 용이함

- 쌓기재의 지하수위 상승은 비탈면 안정에 큰 영향을 미치므로 강우로 인한 지하수위의 상승을 막기 위해 배수시설을 설치함

- 강우의 침투로 인한 비탈면 표면부근이 포화되거나 세굴 또는 국부적인 붕괴의 발생가능성을 고려하여 비탈면 보호공 적용

- 본 과업에 적용된 쌓기 비탈면 지하수위 적용기준

6.4.6.2 깎기 비탈면

- 깎기 비탈면의 경우 지하수위가 지표면 부근에 있을 경우 깎기작업이 진행되면서 수위변동이 발생되며 강우가 지속되면 지표면부근이 포화되어 기존 지하수위 상부에 일시적인 지하수위가 추가로 형성될 수 있음

- 깎기 비탈면의 안정성은 강우에 의한 지하수위 상승뿐만 아니라 최근의 연구결과에서 제시한 강우의 연직 침투과정에 의한 포화영향을 추가적으로 고려하여 강우에 의한 일시적인 지하수위 상승심도와 지속적인 강우의 침투로 인한 비탈면의 침투심도를 모두 고려하여 검토

- 지표면 포화심도의 산정은 Pradel ＆ Radd가 제시한 확률강우와 SEEP/W프로그램에 의한 결과를 비교·검토 후 산정 (상세한 내용은 “7. 포화심도를 고려한 강우시 바탈면 안정해석 ” 참조)

- 본 과업에 적용된 깎기 비탈면 지하수위 적용기준

6.4.7 설계적용 프로그램

- 토사 및 풍화대 우세구간은 Slope/W(한계평형해석)를 이용, 암반우세 구간은 현장조사시 파악된 절리상태, 절리면의 거칠기 등을 근거로 Dips를 이용한 평사투영해석 후 불안정한 비탈면에 대한 한계평형해석(평면 및 쐐기파괴)을 시행

- 암반비탈면의 정밀해석을 위하여 비탈면파괴 확률분석 및 S/W을 사용하여 파괴블록 예측

- 안정성에 문제가 있는 구간은 대책공법을 강구하는 한편 최종적으로 해석된 결과에 대해 FLAC 및 UDEC Program를 이용하여 검증

- 낙석에 대한 정량적인 해석을 위해 Rockfall을 이용한 낙석의 거동을 예상하는 한편 방지책에 대한 대책 강구

- TARLEN97 : 보강공법을 고려한 한계평형해석

- FLAC : 강도정수감소에 의한 최소안전율 산정

- UDEC : 불연속면을 고려한 비탈면의 안정성 해석

- Rockfall : 낙석의 예상궤적 및 낙석의 충둘에너지 산출

6.5 설계 지반정수 산정

6.5.1 기본방향

- 본 과업구간의 쌓기재료는 터널에서 발생되는 암버력과 토사재료가 사용되므로 쌓기재료는 암버력과 토사재료로 구분하여 선정

- 깎기부는 토사비탈면과 암비탈면이 생성되며 깎기부 지반정수는 토사층(붕적층, 매립층, 모래자갈층, 풍화토), 풍화암, 연암, 경암으로 구분하여 선정

6.5.2 설계 지반정수 요약

6.5.2.1 지반정수 산정결과 요약

6.5.2.2 불연속면 분포특성 및 강도정수 요약

6.5.2.3 수리해석을 위한 지반설계정수 요약

6.6 비탈면 안정해석 방법

6.6.1 비탈면 파괴형태 분석

6.6.1.1 비탈면의 불안정 요인

6.6.1.1.1 Varnes(1978)가 제시한 비탈면 불안정 요인

6.6.1.1.2 비탈면의 파괴에 대한 외적·내적요인

(1) 외적요인

- 지형의 변화(인위적인 깎기, 유수에 의한 침식 등)

- 침식이나 인위적인 깎기

- 하중의 증가 (상재하중, 비탈면높이 증가, 수위하강시 유효응력 증가, 충격과 진동)

- 인접한 호수 또는 저수지의 수위강하, 강우

(2) 내적요인

- 진행성 파괴

- 풍화작용 (동결용해, 건조수축 등)

- 물의 침투로 인한 침식 (표면침식, 파이핑현상 등)

6.6.1.2 토사 비탈면의 파괴형태

6.6.1.2.1 깎기 비탈면의 붕괴형태 및 특성

(1) 붕락(Falls)

- 연직으로 깍은 비탈면의 일부가 낙하하거나 굴러서 아래로 떨어지는 현상을 말하며 이때 떨어지는 물체와 비탈면 사이의 전단변위는 거의 없고 낙하속도가 대단히 빠름

(2) 활동(Slides)

활동면의 형상과 위치에 따라 활동물질과 활동면 사이에 전단변형에 의해서 생기는 현상으로 형상에 따라 구분됨

- 직선활동(병진활동) : 활동하는 흙의 깊이가 비탈면의 높이에 비해 작은 경우, 자연비탈면과 같이 비탈면 아래로 내려갈수록 강도가 커지는 지반에서 직선적으로 활동

- 원호활동 : 하부 지반에 연약층이 존재하여 연약층이 비교적 균질할 경우에 발생

- 대수나선 활동 : 깊이에 따라 전단강도가 증가하거나 지층이 비균질하고 전단강도의 변화가 큰 경우 발생

- 복합곡선 활동 : 기초지반에 얇은 연약지반이 있는 경우 직선과 곡선의 복합형태로 발생

(3) 유동(Flows)

- 활동깊이에 비해서 활동되는 길이가 대단히 길며, 소성적인 활동이 지배적이고, 활동속도가 대단히 느린 경우가 많으며, 지반은 Creep 변형 발생됨

6.6.1.2.2 쌓기 비탈면의 붕괴형태 및 특성

(1) 얕은 표층붕괴

- 경사 비탈면이 침식되기 쉬운 흙으로 구성되고 배수가 미비할 때 점차적으로 넓은 표층붕괴로 진행

(2) 깊은 쌓기붕괴

- 고함수비의 점쌓기로 높은 쌓기를 급속히 시공하면 쌓기대 내부에 과잉 간극수압이 발생 쌓기의 저부에서 붕괴

(3) 기초지반을 포함한 붕괴

- 불안정한 경사지반이나 활동이 용이한 토층이 있는 비탈면 위에 시공한 경우 기초지반 내 활동면에 의한 대규모 붕괴 발생

6.6.1.3 암반 비탈면의 파괴형태

- 비탈면의 붕괴현상은 자연적인 원인과 인위적인 행위에 의하여 발생하며, Varnes에 의해 제시된 암반비탈면 붕괴형태는 다음과 같음

- 일반적으로 암반에서 비탈면의 파괴형태는 원형파괴(Circular Failure), 평면파괴(Plane Failure), 쐐기파괴 (Wedge Failure) 및 전도파괴(Toppling Failure)임

- 특히, 암반에서의 파괴는 절리면의 방향(주향 및 경사)이나 기타 여러 가지 요인에 의해 발생할 수 있으므로 현장 지표지질조사 결과를 이용하여 검토

6.6.1.3.1 암반 비탈면의 파괴형태(Varnes)

6.6.2 토사 비탈면 안정해석 방법

6.6.2.1 개요

- 일반적으로 깎기부 토사 및 풍화암 비탈면의 안정성 해석시 널리 사용되는 해석방법들은 한계평형이론을 적용하고 있으며 이 방법으로 산정한 안전율이 허용안전율 이상이 되면 비탈면은 파괴에 대하여 안전하고 변형은 허용치 이내인 것으로 판단

- 문제를 단순화시키기 위한 가정을 설정하고 이를 이용하여 간단한 정역학 이론으로 해를 얻을 수 있음

- 한계평형이론에 의한 비탈면안정해석 방법은 여러 가지가 있으나 그 정확성은 강도정수와 기하학적 조건의 정확도 및 각 해석방법 고유의 정밀도로 좌우됨

6.6.2.2 한계평형해석의 한계

- 한계평형해석법은 실제 비탈면의 거동을 이해하기에는 다음과 같은 단점이 있음

- 일반 한계평형이론은 비탈면 안정해석시 얻어지는 임계활동면이 실제 비탈면에서의 활동면과 정확히 일치된다고 볼 수 없으며 파괴시 힘의 평형만 고려할 수 있고 파괴에 이를 때까지의 변형 해석은 불가능함

- 한계평형해석법 자체로서도 미지수보다 방정식수가 많은 부정정 연립방정식을 풀어야 함

- 부정정 연립방정식을 풀기 위한 가정을 하여야 함

6.6.2.3 수치해석을 통한 검증

(1) 한계평형해석상의 한계를 극복하고 보다 정확한 비탈면 안정해석을 실시하기 위하여 주요 검토단면에 대해 수치해석 기법중 유한차분법(Finite Difference Method)을 이용하여 해석을 실시

- 한계평형해석(SLOPE/W)

(2) 현재까지 축적된 경험과 자료로 입증된 한계평형해석법과 비탈면의 변형과 파괴형태를 유사하게 모사할수 있는 유한차분법을 사용하여 전반적인 안정성 검증

- 보강해석(TARLEN97)

(3) 해석결과 비교 및 비탈면의 전체적인 안정성을 유한차분법을 이용한 수치해석적 검증(FLAC V3.3)

- 수치해석(FLAC2D)

6.6.3 암반 비탈면 안정해석 방법

(1) 평사투영법(DIPS)

- 절리면의 방향과 내부마찰각을 평사투영하여 비탈면 안정성을 기하학적으로 예비평가

(2) 한계평형해석(SWEDGE)

- 예상 파괴면인 절리면을 따라 암괴에 미치는 응력분포와 절리면의 전단저항 특성, 지하수 조건 등을 고려하여 비탈면 안정성을 정량적으로 해석

(3) 개별요소해석

- 비탈면 형상 등의 기하학적 조건과 암반물성을 고려하여 불연속체에 대한 개별요소로 안정성 해석

(4) Key-Block해석

- 암반 절리면에 대한 제반 조건 등을 고려, 불연속체에 대한 역학적 거동 해석에 대한 안정성 판단

6.6.3.1 평사투영법

- Steronet상에 비탈면, Daylight Envelope, Friction Cone, Toppling Envelope 등을 작성, 절리면 방향의 밀도 분포에 의하여 비탈면 안정성을 평가

- 평사투영법은 암반비탈면의 불안정 요소인 불연속면의 기하학적인 배치를 나타내므로 평사투영에 의해 안정한 것으로 평가된 비탈면은 한계평형해석을 수행하지 않음

- ①지역 : 불연속면의 경사각이 마찰각보다 큰 Daylight로서 불안정한 지역

- ②지역 : 불연속면의 경사각이 마찰각보다 작은 Daylight로서 안정한 지역

- ③지역 : 불연속면의 경사각이 마찰각보다 작으며, Daylight도 아닌 안정한지역

- ④지역 : Toppling 붕괴의 위험성이 잠재된 불안정한 지역

- ⑤지역 : 불연속면의 경사각이 마찰각보다 크더라도 Daylight나 Toppling Envelope가 아니므로 안정한 지역

6.6.3.2 SMR-Net에 의한 비탈면 평가법

- RMR-NET은 현재 시공 현장에서 가장 활발히 적용되고 있는 RMR 암반 분류법과 평사 투영법을 통합 사용하기 위하여 개발된 것으로 비탈면 및 터널에 대한 불연속면 방향의 평가 기준을 보완하여 재설정하고 이를 극 투영망(Polar net)에 도시한 SMR-NET과 TMR-NET으로 구성

- 본 과업에서는 깎기 비탈면의 암반 분류를 위해 SMR-NET을 적용하였으며 SMR-NET의 특징은 다음과 같음

6.6.3.2.1 SMR-NET의 특징

- SMR-NET의 기본이 되는 암반 분류법은 RMR을 비탈면에 응용한 SMR 분류법

- 기존 SMR 분류법의 불연속면 방향 평가 기준에 불연속면의 마찰각을 도입하여 보완

- 보완된 불연속면 방향 평가 기준에 따라 극 투영망 상에 평면파괴, 쐐기파괴, 전도파괴에 대한 보정점수 영역(-60~0)을 도시하고 이 영역과 불연속면의 극점 분포 관계에 따라 SMR 보정값, 파괴 유형별 가능성 및 파괴 방향 등을 분석

- SMR-NET의 파괴 유형별 영역은 비탈면의 방향 및 경사, 불연속면의 마찰각에 의해 결정되며 동일한 마찰각을 적용하였을 경우 비탈면의 경사가 작아질수록 비탈면에 불리한 영역이 축소

6.6.3.2.2 불연속면의 마찰각이 도입된 SMR-NET의 불연속면 방향 평가 기준

주) P = 평면파괴, W = 쐐기파괴, T = 전도파괴, αs = 비탈면의 경사방향, αj = 불연속면의 경사방향, βs = 비탈면의 경사각, βj = 불연속면의 경사각, ø = 불연속면의 마찰각

6.6.3.2.3 SMR-NET을 이용한 불연속면 방향에 따른 암반 비탈면의 안정성 분석 예

비탈면의 경사/경사방향 = 70/130

불연속면 방향에 대한 보정 점수

0 = Very Favorable,

-6 = Favorable,

-25 = Fair,

-50 = Unfavorable,

-60 = Very Unfavorable

6.6.3.3 평면파괴 한계평형해석

(1) 인장균열이 존재하는 경우와 그렇지 않은 경우를 구분하여 검토

(2) 한계평형 해석에 사용된 가정

- 미끄럼 인장균열은 비탈면에 평행하며 연직방향으로 깊이 (Z_w)까지 물로 채워짐

- W, U 및 V 등은 미끄럼 블럭의 중심을 통하여 작용

- 단위두께를 가진 슬라이스로 가정, 파괴부분의 양측면은 미끄럼 저항이 없는 자유면으로 가정

6.6.3.3.1 인장균열을 고려하는 경우의 평면파괴 한계평형 해석

F = {C·A+(Wcosψ_p-U-V·sinψ_p)tanφ}/(W·sinψ_p+V·cosψ_p)

A = (H - Z)cosecψ_p, V = (γ_wZ² _w)/2

U = {γ_wZ_w(H - Z)cosecψ_p}/2

Ａ : 파괴면의 면적

H : 비탈면의 높이

Z : 인장균열 깊이

W : 암괴의 중량

Ψp : 파괴면의 경사각

U : 파괴면에 작용하는 수압에 의한 양압력

V : 인장균열속의 수압에 의한 힘

(1)상부비탈면에 인장균열이 있는 경우

W = {γ²H²((1-(Z/H)²)cotψ_p - cotψ_f)}/2

(2) 비탈면내에 인장균열이 있는 경우

W = {γ²H²((1-(Z/H)²)cotψ_p(cotψ_ptanψ_f - 1)}/2

6.6.3.3.2 인장균열을 고려하지 않는 경우의 평면파괴 한계평형 해석

(1) 건기/우기시의 경우

F = {c·A+(Wcosψ_p-U)tanψ}/Wsinψ_p

(2) 지진의 경우

F = {c·A+W(cosψ_p-αsinψ_p)tanψ}/W(sinψ_p+αcosψ_p)

A : 파괴면의 면적

H : 비탈면의 높이

ψp: 파괴면의 경사각

ø: 절리면의 내부 마찰각

A = H_wcosecψ_p

W : 암괴의 중량

Hw : 지하수로 포화된 비탈면의 높이

U: 파괴면상의 수압에 의한 양압력

α: 지진가속도

U = (γw(Hw)²cosecψ_p)/4

6.6.3.3.3 인장균열이 없는 경우

6.6.3.4 쐐기 파괴의 한계평형해석

쐐기파괴 이론은 Hoek, Bray ＆ Boyd의 제안식에 의한 점착력, 내부마찰각 및 수압을 포함하는 해석 방법으로 쐐기파괴의 미끄럼은 항상 두절리 교선을 따라 일어난다는 가정하에 Mohr-Coulomb 파괴기준을 이용

6.6.3.4.1 쐐기의 일반해석을 위한 모델

Fw = (3/γ·H)·(C_A.X+C_BY)+{A-(γ_w/2γ)·X}tanφ_A+{B-(γ_w/2γ)·X}tanφ_B

X = sinθ_2.4/(sinθ_4.5·cosθ_2,na)

Y = sinθ_1.3/(sinθ_3.5·cosθ_1,nb)

A = (cosψ_a - cosψ_b·cosθ_na,nb)/Sinψ₅·sin²θ_na,nb

B = (cosψ_b - cosψ_a·cosθ_na,nb)/Sinψ₅·sin²θ_na,nb

C_A, C_B : A및 B면의 점착력

φ_A, φ_B : A및 B면의 마찰각

γ,γ_w : 암체 및 물의 단위중량

H : 쐐기의 높이

ψ_a, ψ_b : A 및 B면의 경사각

ψ₅ : 교선의 경사각

θ : 두 첨자로 표시되는 교선 사이의 각도

na, nb : A 및 B면의 극점

6.6.3.4.2 Swedge Program을 이용한 방법

- 쐐기 파괴의 한계평형해석은 RocScience 사에서 E. Hoek 등이 개발한 Swedge를 이용

- Swedge Program에서 이용된 한계평형 해석

- 쐐기파괴를 이루는 두 불연속면을 각각 A, B라고 하고 보다 완만한 경사를 가지는 불연속면을 A라고 하면

F = (3/γH)(C_AX+C_BY)+{A-(γ_w/2γ)X}tanφ_A+{B-(γ_w/2γ)Y}tanφ_B

6.6.3.4.3 해석을 위한 쐐기파괴 모식도

6.6.3.4.4 평사투영망에서의 해석

6.6.3.5 비탈면 파괴 확률분석

6.6.3.5.1 개요

- 불연속면의 불확실성을 고려하기 위해 불연속면의 방향(Fisher Distribution) 및 불연속면의 강도(정규분포)를 무작위 변수로 고려

- 파괴유형(평면, 쐐기 및 전도파괴)을 고려한 기하학적 해석 및 안정해석

- Monte-Calro Simulation 통계기법에 의한 파괴유형별 파괴확률 산정

6.6.3.5.2 검토수행 과정

(1) 무작위 변수(Random Variables)

(2) 기하학적 해석(Kinematic Analysis)

(3) 안정해석(Stability Analysis)

(4) 파괴 유형별 파괴확률

6.6.3.5.3 파괴확률 산출

(1) 파괴확률(P_f) 정의

- P_f = P ( SM = R -L ≤ 0 )

-〉 파괴의 정의는 저항(Resistance, R)과 하중(Load, L)의 차이인 Safety Margin(SM)으로 표현

(2) Monte Carlo분석

- Monte Carlo분석에 의해 반복적인 안정해석을 실시하여 파괴확률 산정

P_fp = N_p / N, P_fw = N_w / N, P_ft = N_t / N

P_fp,f_w,ft = 평면, 쐐기 및 전도파괴 확률

N_p, N_w, N_t = 평면, 쐐기 및 전도파괴 빈도

N = Monte Carlo 분석 회수

(3) 전체파괴확률(P_f)

- 전체파괴확률은 합집합으로 산정 (Leung와 Quek, 1995)

P_f = P_fp ∪ P_fw ∪ P_ft

6.6.3.5.4 평가기준

주) 본 보고서에서는 보수적인 조건을 적용하여, G.N.Smith에 의해 제안된 파괴확률, P_f〉5%를 비탈면의 파괴조건으로 적용하였음

6.6.3.6 불연속체 수치해석에 의한 안정검토

- 암반내에 존재하는 불연속면의 변위 및 지반내 응력상태를 재현하기 위하여 개별 요소법 (DEM, Discrete Element Mothod)을 이용한 범용 프로그램인 UDEC(Universal Distinct Element Code)프로그램으로 안정해석을 수행함

- UDEC은 불연속 암반에 존재하는 절리에 의해 분리된 개개의 블록들의 면과 모서리 사이의 접속상태에서의 거동을 해석하여 응력, 변위를 계산하는 프로그램으로서 1971년 Cundall에 의해 개발되었으며 전세계적으로 널리 이용되고 있음

- 블록은 변형하지 않는 강성블록 (Rigid Block)과 변형이 가능한 블록(Deformable Block)으로 구분되며 변형가능한 블록은 유한차분법을 이용하여 연속체요소로 모델링되고 절리면은 개별요소로 모사됨

- 연속체로 모사되는 블록의 구성모델은 탄성모델, Mohr-Coulomb모델, Drucker-Prager, Ubiquitous모델 등이 있으며 개별요소로 모사되는 불연속면의 구성모델로는 탄소성 Coulomb Slip 모델과 비선형 Barton-Bandis 모델이 흔히 이용됨

6.6.3.6.1 한계 평형 해석시 문제점

- 비탈면 내에 존재하는 절리들의 개별적 모사 불가로 전체적 거동을 파악하기 어려움

- 비탈면안정 해석시 얻어지는 임계활동면이 실제 비탈면에서의 활동면과의 일치 여부 불확실

6.6.3.6.2 개별 요소법에 의한 해석적 검증

- 전체비탈면 지반내 응력 상태 변화와 파괴영역을 파악

- 불연속 암반에 존재하는 절리에 의해 분리된 개개의 블록들의 면과 모서리 사이의 접속상태에서의 거동을 해석하여 응력과 변형을 계산

6.6.3.6.3 입력치 산정 방법

(1) DIPS 결과 -〉 대표 절리 Data 확보

(2) Profile Gauge Test -〉 JRC

(3) Tilt Test -〉 JRC값 비교·분석

(4) Schmidt Hammer Test -〉 JCS

(5) 절리면 전단시험 -〉 잔류마찰각

(6) 추계론적 분석 -〉 절리 방향성 산정 (절리 Fisher분포 가정)

P(〈θ) = 1- e^K(cosθ-1)

Rⁱ _F = Aγcos({ln(1-Rⁱ _U)/K}+1)

(7) Barton의 절리면 전단강도 모델 적용

τ = σ_ntan(φ'_γ+JRClog(JCS/σ_n))

6.6.3.6.4 UDEC에 의한 해석 방법

- UDEC(Universal Distinct Element Code)은 불연속 암반에 존재하는 절리에 의해 분리된 개개의 블록들의 면과 모서리 사이의 접속상태에서의 거동을 해석하여 응력과 변형을 계산하는 불연속 모델의 해석프로그램

- UDEC에서 사용되는 해석기법은 개별요소법(Distint Element Method)으로 개별요소법은 암석을 절리나 단층 등으로 나뉘어진 블록들의 집합체로 보고 블록들의 거동을 예측하는 수치해석적 기법

- 블록들을 변형을 하지 않는 강성블록(Rigid Block)과 변형이 가능한 블록(Deformable Block)으로 구별하여 변형가능블록의 내부는 유한차분법을 이용하여 연속체요소로 분할되어 응력 및 변형량이 계산

- 정적인 문제에 이 방법의 적용시스템이 안정된 상태로 수렴하게 하기 위하여 Damping 상수를 도입하여 동적이완 (Dynamic Relaxation)을 시킴

6.6.4 낙석안정성 평가 및 대책

6.6.4.1 검토개선방향

- 과업노선의 암반 비탈면 중 낙석 낙반이 예상 되는 구간에 대해 Rocfall Program(v2.01)을 이용한 상세 검토를 시행함으로써 현장에서 발생 가능한 낙석에너지를 산정

- 낙석 에너지와 낙석방지책의 흡수가능 에너지를 검토하여 낙석방지책의 단면을 검토하고 현장시험결과를 고려하여 깎기구간에 적합한 낙석방지책을 결정

6.6.4.2 낙석에 대한 안정성 검토

6.6.4.2.1 검토개요

- 낙석발생시 낙석의 운동은 자유낙하(Free Falling), 반발(Bounding), 회전(Rolling), 미끄러짐(Sliding) 등의 운동이 조합되어 거동

- 낙석의 거동을 예측하는 방법은 암반을 블록으로 가정하여 블록의 동적평형조건을 이용하여 해석하는 엄밀법과 낙석을 단일블럭의 무게와 속도를 지닌점으로 가정하여 해석하는 간편편이 있음

6.6.4.2.2 Rockfall Program에 의한 안정성 검토

(1) 낙석에너지 산정시 비탈면의 특성에 따른 반발계수(Coefficients of Restitution)를 적용하여 산정하였으며, 그 범위는 다음과 같음

(2) 낙석의 초기속도는 일반적인 초기 속도 범위(1~3m/sec)중 최소 값 1m/sec를 적용

(3) Cut-off Velocity는 0.11m/s로서 이 속도이하의 경우 낙석이 정지하는 것으로 판단

(4) 낙석 방지책 높이는 2.5m를 적용

(5) 낙석의 Simulation은 총 30회를 실시하였으며 그 결과는 다음과 같음

- 낙석궤적

- 반발높이

- 낙석충돌에너지

6.6.4.2.3 낙석방지책 검토

낙석방지책의 흡수가능에너지를 케이블의 변화, 지주설치간격변화에 따라 산정하여 낙석에너지에 대한 효과적인 낙석방지책을 적용하였음 ( “8.7 낙반 안정성 검토“ 참조 )

낙석방지책의 흡수 가능 에너지

E_total = E_r+E_p+E_n

여기서,

E_r : 케이블의 흡수가능 에너지

E_p : 지주의 흡수가능 에너지

E_n : 철망의 흡수가능 에너지

6.7 포화심도를 고려한 강우시 비탈면 안정 해석

6.7.1 검토개요

- 산사태와 같은 비탈면 파괴는 일반적으로 우기시에 집중적으로 발생하므로 비탈면 안정검토시 과업구간의 지역적 강우특성을 고려하여 지표면에서의 지표수 침투에 따른 영향을 포함한 비탈면 안정해석이 반드시 수행되어야 함

- 강우가 지속되면 비탈면내로 지표수가 침투하게 되어 일부 표면이 포화되게 되는데 이로 인한 포화심도를 Pradel and Radd(1993)제안식, 적용확률 강우강도(소하천시설기준, 1999)과 수치해석(Seep/W)을 통하여 산정 후 비탈면 안정해석시 비교, 분석하여 적용

6.7.1.1 과업구간 강우특성

(1) 중부권 지역

- 경기도, 충청남·북도 및 전라북도의 북부지역으로 이 지역은 주로 기압골에 의한 호우지역

(2) 영·호남지역

- 경상남북도, 전라남북도 남부지역으로 태풍의 영향을 많이 받는 호우지역

(3) 영동지역

- 상부 태백산맥의 산악지대로 강원도를 중심으로 한 강우량이 적은 지역

- 중부지역의 산사태는 기압골 형성에 의한 집중호우로 인하여 산사태가 주로 발생하였으며 당일강우량 보다는 누적 강우량에 영향을 많이 받는 것으로 나타남

- 본 과업구간이 속한 호남지역은 누적강우량 보다는 태풍 등에 의한 집중호우로 인하여 당일 강우량에 많은 영향을 받으로 최대시간 강우강도가 비탈면 안정에 큰 영향을 미칠것으로 판단됨

6.7.1.2 설계강우 발생빈도(도로설계요령, 2002)

6.7.2 강우시 포화심도 산정

6.7.2.1 Pradel and Radd(1993)의 제안식에 의한 포화심도 검토

(1) Pradel and Radd(1993)등은 Darcy의 법칙을 근거로 우수로 인한 침투효과를 고려하여 Green ＆ Ampt Model로부터 침투율 및 포화심도를 다음과 같이 산정하도록 제안

V_t = K_w(Z_w+S/Z_w), T_w = μ/K_w[Z_w-S·ln(S+Z_w/s)]

여기서

V_t : 침투율

K_w : Wetted Zone의 투수계수(m/se)

S : 습윤전선

Z_w : 포화심도(m)

μ : 간극율

T_w : Z_w에 이르는데 필요한 시간(min)

(2) T_min = T_w, I_min = V_t의 조건을 이용하여 강우강도와 지속시간과의 관계식을 유도하면 다음과 같음

I_min = μ/T_min[Z_w - S·ln(S+Z_w/S)](Z_w+S/Z_w)

93.5mm/hr = 0.29/60min × [Z_w-80cm × In{(80cm+Z_w)/80cm}]{(Z_w+80cm)/Z_w}

∴ Z_w = 56.0cm≒60cm

여기서,

I_min : 설계노선지역인 전라남도 고흥 최대강우강도(93.5mm/hr)

T_min : 강우지속시간,

S : 사질토 80cm, 점쌓기 140 cm(Moor, 1993), 본 설계적용 -80cm

μ : 29%(평균치 적용 : Hough, 1969)

6.7.2.2 적용확률 강우강도를 고려한 포화심도

- 적용 확률 강우강도식 (소하천 시설기준, 1999.6.)

I_T.t = {a+b·ln(T/t^0.2)}/{c+d·ln√(T/t)+√t}

여기서,

l : 강우강도(mm/hr)

T : 재현기간(년)

t : 강우지속시간(min)

a, b, c, d : 지역계수

- Z_w를 가정하면서 그때의 침투율 V_t와 소요시간 T_w를 계산하고, 그 T_w에 해당하는 강우강도(mm/hr)를 계산하여 침투율(mm/hr)과 비교함

- 침투심도가 깊어지면 지반의 투수계수에 따른 침투율은 작아지며 침투율이 작아지면 침투하는데 걸리는 시간은 길어짐

- 시간이 길어지면 단위시간당 강우의 정도를 나타내는 강우강도는 작아지게 되며 이 과정에서 침투심도에 따라 변화하는 침투율과 강우강도를 비교하여 강우강도가 지반의 침투율을 초과하는 심도까지를 침투심도로 결정함

6.7.2.2.1 여수지방 적용 재현기간 및 지역계수

- 여수지방 확률 강우강도식

- I_T.t = {346.6+118.2·ln(T/t^0.2)}/{1.865+0.138·ln√(T)/t+√(t)}

- 해당지역의 강우 침투심도에 따른 침투율과 재현기간(50년, 100년)과 강우지속시간에 따른 강우강도와의 관계를 통하여 침투심도를 결정함

6.7.2.2.2 재현기간에 따른 침투심도와 침투율 및 강우강도 관계

6.7.2.2.3 침투율 및 강우강도 관계를 통한 침투심도 산정

(1) 재현기간 50년

- 침투심도 : 침투가능 심도 : 1.15m

(2) 재현기간 100년

- 침투심도 : 침투가능 심도 : 1.50m

6.7.2.2.3.1 침투심도 산정결과

- 재현기간 100년 경우 침투심도 1.50m까지는 강우강도가 침투율보다 커서 지정한 심도까지 포화가 진행되지만 그 이상으로 침투심도를 늘렸을 때는 지속시간이 길어지면서 강우강도가 작아지게 됨

- 침투율보다 강우강도가 작아지는 심도 1.50m이상에서는 지반이 포화되지 않으므로 강우시 지반의 적절한 침투심도를 결정할 수 있음

- 본 검토 결과와 SEEP/W 해석결과를 비교 검토하여 최대침투가능 심도를 산정하여 비탈면 안정해석을 수행하여야 함

6.7.2.3 강우영향을 고려한 비탈면 해석조건

6.7.2.3.1 검토단면산정

(1) 본 과업구간의 쌓기구간 중 지층조건 및 비탈면 높이 등을 고려하여 가장 불리하다고 판단되는 STA. 1+440단면에 대하여 해석을 실시(SB-1,지하수위 GL-2.1m)

- 검토단면(STA. 1+440)

- 해석모델

(2) 깎기구간의 경우는 토사 및 풍화토의 깊이가 깊어 강우시 포화될 가능성이 큰 STA. 0+220단면을 대표단면으로 산정, 시추공 CB-1의 지하수위(G.L-9.8m)를 적용하여 침투류 해석을 실시

- 검토단면(STA. 0+220)

- 해석모델

6.7.2.3.2 Seep/W 에 의한 포화심도 검토결과

(1) 쌓기구간 포화심도

- 해석결과 쌓기비탈면내에 우수가 침투하여 지하수위가 G.L-2.1m에서 원지반까지 포화되는 것으로 나타남

- 지하수위가 쌓기체 내부로 상승하지 않는 조건으로 검토함

- 적용 : 원지반 지표면

(2) 깎기구간 포화심도

- 해석결과 깎기비탈면내에 우수가 침투하여 포화된 구간은 약 2.5m 정도로 예상되며 원지반의 경우는 지하수위가 구간에 따라 1.3~2.5m가량 상승하는 것으로 나타남

- 본 과업구간의 최대지하수위는 G.L -9.7m로 집중강우시를 고려하여도 G.L -7.0m 정도임

- 적용 : G.L -3m(안전측해석)

6.7.3 포화심도를 고려한 비탈면의 안정성 검토

6.7.3.1 포화심도 산정 결과

6.7.3.2 포화심도를 고려한 깎기비탈면의 안정성 검토

6.7.3.3 설계적용 지하수위 결정

- 깎기비탈면의 경우는 강우시 포화심도를 고려한 경우보다 지하수위를 지표면하(GL) -3.0m로 안정성을 검토하는 것이 더 안전측 해석임 -〉 우기시 지하수위 GL -3.0m로 것으로 하여 깎기비탈면의 안정성 검토

- 쌓기비탈면의 경우는 지하수위를 원지반으로 하여 쌓기비탈면의 안정성 검토

6.7.4 비탈면 침투류에 대한 안정성 검토

6.7.4.1 개요

- 장시간의 강우로 인해 비탈면 내에 침투수압이 발생하게 되고, 강우 침투에 의한 동수경사가 한계동수경사를 초과하게 되면 수중 토립자가 분출되는 파이핑(Piping)현상이 발생함 -〉 비탈면 세굴이 발생하게 되어 제체의 안정성에 영향을 줌

- 해석은 지하수 해석 범용프로그램인 Seep/W를 사용하였으며 입력데이터는 지반조사 결과와 공사구간과 인접한 지역의 기상대에서 입수한 강우자료를 사용함

6.7.4.2 검토 결과

- 쌓기재와 원지반의 투수계수의 차이, 깎기비탈면의 급경사로 인하여 강우시 침투류에 의한 세굴발생여부를 판단하기 위해 한계유속과 해석결과 후의 유속을 비교하여 안정성 검토

- 한계유속은 댐시설 기준(건교부, 1993)에서 제시된 저스틴(Justin)이 제안한 방법으로 산정

- V_c = √(W·g)/(A·γ_w)(원지반의 비중과 평균입경은 2.67과 0.5mm로 가정)

6.8 비탈면 안정성검토

6.8.1 개요

6.8.1.1 검토현황

6.8.1.2 해석결과 요약

6.8.1.2.1 토사비탈면 안정검토 결과

주) 소록터널 시·종점부는 FRP보강 그라우팅 적용 후 안전율임

6.8.1.2.2 암반 비탈면 깎기구간

- 거금터널 시점부 좌측비탈면

- 거금터널 시점부 우측비탈면

- 거금터널 종점부 좌측비탈면

- 제 2깎기부 좌측비탈면 (본선)

6.8.2 쌓기부 토사비탈면 안정성 검토

6.8.2.1 안정성 검토 결과

- 제1쌓기부

- 제2쌓기부

- 제3쌓기부

- 제4쌓기부

- 제5쌓기부

- 제6쌓기부

6.8.2.2 안정성 검토 결과 요약

6.8.3 깎기부 토사비탈면 안정성 검토

6.8.3.1 개요

한계평형해석 수행 (건기, 우기, 지진시) -〉 보강설계 : 수치해석(연속체)검증 -〉 최적경사 적용

6.8.3.2 안정성 검토

6.8.3.2.1 일반구간

- 제1깎기부

- 제2깎기부

- 제3깎기부

- 제4깎기부

- 제5깎기부

- 제6깎기부

- 제7깎기부

6.8.3.2.2 거금터널

- 시점부 배면비탈면

- 시점부 좌측비탈면

- 시점부 우측비탈면

- 종점부 배면비탈면

- 종점부 좌측비탈면

6.8.3.2.3 소록터널

- 시점부 좌측비탈면

- 시점부 우측비탈면

- 종점부 좌측비탈면

- 종점부 우측비탈면

주) 소록터널 시점부 배면,종점부 배면은 FRP 보강-절취비탈면 최소화방안 적용구간임

6.8.3.3 깎기부 안정해석 결과 요약

6.8.4 비탈면 안정화 공법 검토

- 토사층에 설치되는 터널갱구부 형성을 위해 보강공법을 적용한 경사 필요

- 터널시공을 위한 갱구비탈면 굴착시 절토고가 높아 산림훼손으로 인한 환경파괴가 우려되는 바 대절토가 예상되는 지역을 선정하여 보강방법을 적용함으로써 환경친화적인 터널 갱구부 계획

- 검토대상 : 소록터널 시점·종점부 배면 비탈면

6.8.4.1 검토대상

6.8.4.1.1 소록터널시점부 배면

6.8.4.1.2 소록터널종점부 배면

6.8.4.2 경사 조정시 안정성 검토

6.8.4.2.1 소록터널시점부 배면

- 건기시

1.28 〈 1.5 ∴ N.G

- 지진시

1.13 〉 1.1 ∴ O.K

- 우기시

0.99 〈 1.2 ∴ N.G

6.8.4.2.2 소록터널 종점부 배면

- 건기시

1.05 〈 1.5 ∴ N.G

- 지진시

0.93 〈 1.1 ∴ N.G

- 우기시

0.83 〈 1.2 ∴ N.G

6.8.4.2.3 검토결과

(1) 갱구부 형성을 위한 배면부 토사비탈면(1:0.8)의 적용시 비탈면의 안전율을 확보하지 못함

- 터널 갱구부 형성을 위한 비탈면 보강 공법 적용이 필요함

(2) 절취화 최소를 위해 토사비탈면(1:1.0)의 안전율을 확보하지 못하므로 비탈면보강공법 적용하여 경사 선정

- 비탈면 절취 최소화를 위한 비탈면 보강 공법 적용이 필요함

6.8.4.3 공법 비교표

6.8.4.4 보강비탈면 안정성 검토

6.8.4.4.1 검토개요

6.8.4.4.1.1 검토단면 및 기준안전율

(1) 단면개요도

(2) 터널통과부(A-A 단면)

(2.1) 터널 굴착전(임시구간 적용 : 건기시 F = 1.2 적용)

(2.2) 터널굴착후(영구비탈면 적용)

- 건기시 F = 1.5

- 지진시 F = 1.1

- 우기시 F = 1.2 적용

(3) 터널 좌우측부(B-B 단면)

(3.1) 영구비탈면 적용

- 건기시 F = 1.5

- 지진시 F = 1.1

- 우기시 F = 1.2 적용

6.8.4.4.1.2 FRP Grouting 보강 후의 지반강도 정수

FRP 보강 그라우팅 후 원지반의 전단강도는 증가하며 「FRP 보강 그라우팅 공법의 설계기법 연구, 2002년 2월, 서울대학교 공학연구소, 한국도로공사 도로연구소」의 연구결과를 근거로 하여 적용함

6.8.4.4.2 해석결과

6.8.4.4.2.1 소록터널 시점부 배면

(1) 터널통과부(A-A 단면)

(1.1) 터널굴착전(건기시)

1.32 〉 1.2 ∴ O.K

(1.2) 터널굴착후

- 건기시

2.15 〉 1.5 ∴ O.K

- 우기시

1.74 〉 1.2 ∴ O.K

(2) 터널 좌·우측부(B-B 단면)

- 건기시

1.76 〉 1.5 ∴ O.K

- 지진시

1.56 〉 1.1 ∴ O.K

- 우기시

1.35 〉 1.2 ∴ O.K

6.8.4.4.2.2 소록터널 종점부 배면

(1) 터널통과부(A-A 단면)

(1.1) 터널굴착전(건기시)

1.48 〉 1.2 ∴ O.K

(1.2) 터널굴착후

- 건기시

2.04 〉 1.5 ∴ O.K

- 우기시

1.48 〉 1.2 ∴ O.K

(2) 터널 좌·우측부(B-B 단면)

- 건기시

1.69 〉 1.5 ∴ O.K

- 지진시

1.49 〉 1.1 ∴ O.K

- 우기시

1.22 〉 1.2 ∴ O.K

6.8.4.4.2.3 검토

- FRP 보강 그라우팅 공법 적용구간의 비탈면은 안정한 것으로 검토됨

- 비탈면절취화 최소를 위한 보강공법의 적용은 적절한 것으로 검토됨

6.8.5 암반비탈면 안정성 검토

- 본 과업구간의 비탈면 구간 중 암반깎기가 존재하는 구간에 대하여 암반비탈면 안정성해석 수행

- 평사투영해석, SMR-Net해석, 한계평형해석을 실시하여 비탈면의 안정성을 검토하였고 비탈면파괴 확률해석을 통하여 암반의 안정성을 검증함

- 수치해석(불연속체해석 및 연속체해석)을 통하여 암반의 거동분석을 통하여 비탈면의 안정성 검증

6.8.5.1 개요

6.8.5.1.1 암반비탈면 검토단면

- 암반비탈면의 검토대상은 암반 깎기고 10m 이상을 대상으로 결정하였으나 깎기고가 10m 미만이더라도 토사 또는 풍화암 층후가 10m 이상 분포하여 암반 깎기부에 영향을 미칠 수 있다고 판단되는 비탈면도 추가로 검토하였음

- 북측앵커리지 비탈면 검토는 “7.4 기초의 시공방안 검토”에서 시행함

6.8.5.1.2 암반비탈면 안정성 검토결과 요약

6.8.5.2 조사성과 분석

6.8.5.2.1 제2깎기부(본선)

(1) 탄성파탐사

- STA.1+610~650에서 매우 큰 저속도 이상대가 관찰

(2) 시추조사

- 풍화암 : GL-5.2~5.5m 하부에 분포, 기반암은 GL-10.3~10.8m 하부에 분포

- 연암 : TCR 90~100% RQD 0~60%

(3) 공내재하시험

- 변형계수 : 504kg/㎠ (풍화토), 3,160kg/㎠ (풍화암)

(4) 공내전단시험

- C : 4.8ton/㎡ Φ : 35.8°(풍화암)

(5) 공내탄성파탐사

- 연암 Vp = 1,469m/sec Vs = 7511,469m/sec

(6) BIPS

- 닫힌균열 및 광물맥의 불투수성 구조가 투수성 구조보다 약간 우세함

- Set 1은 시추공 전반에 걸쳐 분포하는 양상을 보임

- 절리 Set 1: 38/125 Set 2: 47/002 Set 3: 39/186

(7) 현장투수시험

- 풍화토 : 9.0×10^-5cm/sec

(8) 현장수압시험

- 전량누수

6.8.5.2.2 거금터널 시점부

(1) 탄성파탐사

- STA.1+610~650에서 저속도 이상대가 관찰

(2) 시추조사

- 풍화암 : GL-3.8~4.0m 하부에 분포, 기반암은 GL-5.3~5.7m 하부에 분포

- 연암 : TCR 35~100% RQD 0~35%, 경암 : TCR 88~100% RQD 22~100%

(3) 공내재하시험

- 변형계수 : 30,430~43,329kgf/㎠ (경암)

(4) 공내전단시험

- C : 5.37tonf/㎡ Φ : 35.8°(풍화암)

(5) 토모그래피

- EL(+)10.0m 이하는 5500m/sec 이상의 고속도층이 형성됨

- TB-1의 13.5~20.3m 구간 저속도대 분포

(6) 공내탄성파탐사

- 연암 360m/sec 〈 Vs 〈 760m/sec 경암 : Vs 〉 760m/sec

(7) 현장투수시험

- 풍화암 : 9.02×10^-5cm/sec

6.8.5.2.3 거금터널 종점부

(1) 시추조사

- 풍화암 : GL-3.2m 하부에 분포, 기반암은 GL-5.4~7.5m 하부에 분포

- 경암 : TCR 94~100% RQD 47~100%(연암 분포하지 않음)

(2) 탄성파탐사

- STA.1+790~800m, STA.1+840~850 작은 규모의 이상대가 나타남

(3) 공내재하시험

- 변형계수 28,250~38,022kgf/㎠ (경암)

(4) 공내전단시험

- C : 9.52tonf/㎡ Φ : 35.8°(풍화암)

(5) 현장투수시험

- 풍화토 : 3.09×10^-4cm/sec

(6) 현장수압시험

- 경암 : K = 7.97×10^-5cm/sec, Lugeon = 0.582

(7) 지하수유향유속시험

- 심도 : GL-10.5~21.0m

- 유향 : 279.1~294.3°(평균 284.3°) 유속 : 1.4~2.1ft/day(평균 1.7ft/day)

6.8.5.3 평사투영해석

표준경사인 1:0.5 (63°) 비탈면경사를 기준으로 평가하고, 평사투영해석결과 불안정하게 평가되었을 경우 1:0.7(55°)를 재평가하여 비탈면의 안정성을 재검토하고 비탈면 완화 가능성을 평가함

6.8.5.3.1 제 2깎기부(본선)

- 평사투영해석결과 1:0.5 경사 적용시 Set 3 과 Set 4 절리군에 의해 쐐기파괴 가능성이 나타나고 있으며 1:0.7로 완화시 안정한 것으로 판단됨

- 1:0.5 및 1:0.7 경사 적용시 약한 평면파괴 가능성이 있으나 주절리군이 아닌 Random 절리군으로 파괴 가능성이 크지 않은 것으로 판단됨

6.8.5.3.2 거금터널 시점부 좌측비탈면

- 1:0.5 경사 적용시 1개 SET의 평면파괴 및 4개조의 쐐기파괴 가능성이 나타남

- 1:0.7 경사 적용시 평면파괴가능성은 안정하게 나타나나 2개조의 쐐기파괴 가능성 있음

- 전도파괴에 대한 가능성은 없음

6.8.5.3.3 거금터널 시점부 우측 비탈면

- 1:0.5 경사 및 1:0.7 적용시 평면파괴에 대해서는 안정하게 나타남

- 1:0.5 경사 및 1:0.7 적용시 쐐기파괴 및 전도파괴 가능성이 높게 나타남

6.8.5.3.4 거금터널 종점부 좌측비탈면

- 평사투영해석결과 1:0.5 경사를 적용하면 평면파괴 및 쐐기파괴 가능성이 높게 나타나고 있으나 1:0.7경사로 완화하면 안정한 것으로 판단

- 전도파괴 가능성은 1:0.5 경사 및 1:0.7 경사에서 파괴 가능성이 높은 것으로 판단 -〉 개착터널 시공 후 복토가 이루어져 암반노출면이 작게 나타나나 공사 중 주의 요망

6.8.5.4 SMR-NET

- SMR-Net은 비탈면의 암반 분류를 위해 사용되는 극 투영망의 일종으로 RMR을 비탈면에 구체적으로 응용한 SMR 분류법

- SMR의 불연속면 방향 평가 기준인 F1, F2, F3에 기본 SMR 평점과 마찰각을 도입하여 평가 기준을 보완

- SMR-Net에 도시되는 점수 범위는 비탈면의 방향 및 기울기각과 불연속면의 마찰각에 의하여 결정

- SMR-Net을 이용한 불연속면 방향 평가는 암반 비탈면의 일반적 파괴 유형인 평면 파괴, 쐐기 파괴, 전도 파괴에 대해 극 투영망상의 보정 점수 범위(-60~0)로 표시

- 활동 범위(Sliding Envelope) 및 전도 범위(Toppling Envelope) 내에 도시되는 불연속면 극점의 분포에 따라 불연속면 방향에 의한 SMR 보정값과 파괴 특성, 파괴 방향 등을 분석

- 불연속면 방향에 대한 보정 점수

0 = Very Favorable

-6 = Favorable

-25 = Fair

-50 = Unfavorable

-60 = Very Unfavorable

6.8.5.4.1 제 2깎기부 좌측비탈면(본선)

6.8.5.4.1.1 평면파괴(Set 1) 에 대한 평가

(1) 비탈면 방향 : 036

(1.1) 1:0.5 기울기조건

- 1:0.5 기울기 조건에서 Set 1 절리군에 대해 -6점의 평면파괴 보정값을 가지며, 평면 파괴의 가능성이 매우낮음

- 1:0.5 경사 적용시 Set 1의 평면파괴 가능성에 대한 SMR 평가에서 29 값이 나와 비교적 위험한 상태로 추정됨

6.8.5.4.2 거금터널 시점부 좌측비탈면

6.8.5.4.2.1 비탈면 및 불연속면 현황

6.8.5.4.2.2 SMR 검토 결과

(1) 비탈면 방향 : 036

(1.1) 1:0.5 기울기조건

(1.2) 1:0.7 기울기 조건

- 1:0.5 기울기 조건에서 Set 1 절리군에 대해 -50점의 평면파괴 보정값을 가지며, 평면 파괴의 가능성이 있음

- 1:0.7 기울기 조건에서 Set 1 절리군에 의해 -25점의 평면 파괴 보정값을 가짐

- 모든 기울기 조건에서 전도 파괴에 대한 가능성은 없음

- 1:0.5 경사 적용시 SET 1의 평면파괴 가능성에 대한 SMR 평가에서 음수 값이 나와 매우 위험한 상태로 나타남

- 1:0.7 경사 적용시 SET 1의 평면파괴 가능성에 대한 SMR 평가에서 23으로 나타나 위험한 상태로 나타남

6.8.5.4.3 거금터널 시점부 우측비탈면

6.8.5.4.3.1 비탈면 및 불연속면 현황

6.8.5.4.3.1.1 전도파괴(Set 1)에 대한 평가

(1) SMR 검토 결과

비탈면 방향 : 036

- 1:0.5 기울기조건

- 1:0.7 기울기 조건

- 1:0.5 및 1:0.7 기울기 조건에서 Set 1 절리군에 대해 -25점의 전도파괴 보정값을 가짐

- 1:0.5 경사 적용시 SET 1의 전도파괴 가능성에 대한 SMR 평가에서 28로 나타나 위험한 상태로 나타나고 있음

- 1:0.7 경사 적용시 SET 1의 전도파괴 가능성에 대한 SMR 평가에서 31으로 나타나 위험한 상태로 나타나고 있음

6.8.5.4.4 거금터널 종점부 좌측비탈면

6.8.5.4.4.1 평면파괴(Set 2) 및 전도파괴(Set 1)에 대한 평가

(1) 비탈면방향 : 036

(1.1) 1:0.5 기울기조건

(1.2) 1:0.7 기울기 조건

- 1:0.5 기울기 조건에서 Set 2 절리군에 대해 -50점의 평면파괴 보정값을 가지며, 평면 파괴의 가능성이 있음

- 1:0.7 기울기 조건에서 Set 2 절리군에 의해 -25점의 평면 파괴 보정값을 가짐

- 1:0.7 및 1:0.5 경사 모두 전도파괴(Set 1)에 대한 가능성이 있으며 보정값은 -6임

- 1:0.5 경사 적용시 SET 1의 평면파괴 가능성에 대한 SMR 평가에서 음수 값이 나와 매우 위험한 상태로 나타남

- 1:0.7 경사 적용시 SET 1의 평면파괴 가능성에 대한 SMR 평가에서 30으로 나타나 위험한 상태로 나타남

- 1:0.5 및 1:0.7 경사 적용시 SMR 점수가 51로 나타나 전도파괴에 대한 가능성은 비교적 낮은 것으로 판단됨.

6.8.5.5 평면파괴 한계평형해석

평사투영해석 및 SMR 평가 결과 평면파괴 가능성이 있는 것으로 나타난 거금터널 시점부 좌측비탈면, 거금터널 종점부 좌측비탈면에 대하여 한계평형해석을 실시함

6.8.5.5.1 거금터널 시점부 좌측비탈면

- 평사투영해석 및 SMR 평가에서 1:0.5 및 1:0.7 경사 모두 위험한 상태로 나타나 한계평형해석을 실시하여 안전성 여부를 재평가 함

- 본 구간에 맞는 설계정수를 산정한 후 한계평형해석에 의한 안정성을 검토함

6.8.5.5.1.1 Barton식을 이용한 절리면 전단강도 산정

(1) 절리면 전단시험결과

(1.1) 규모 종속성을 고려한 Barton 그래프

(1.2) 규모 종속성을 고려한 Barton식

TB-2의 절리면 직접 전단시험의 결과를 이용함

JRC : 2.3 JCS :271.65kgf/㎠ 잔류마찰각 : 22.0 Barton 식 :

τ = σ_n·tan(22.0+2.3·log₁₀(271.65/σ_n))

(2) 비탈면 현황

(3) Rocplane 2.0을 이용한 수직응력의 산정

- 수직 응력 산정을 적용(재현주기와 등급 고려)

- 건기, 우기, 지진시에 따른 수직응력의 변화는 다음과 같음

(4) Barton식을 이용한 점착력과 마찰각의 산정

6.8.5.5.1.2 해석결과

- 절리면 전단강도의 정수로 Barton식 입력

- Rocplane 2.0을 이용한 건기시 해석 결과

- 한계평형 해석 결과 1:0.5의 경사에서 안전율 0.35로 기준안전율보다 낮은 안전율을 보여 평면파괴의 가능성이 있는 것으로 판단되며 1:0.7의 경사에서는 평사투영 해석시 충분한 안정성이 확보되는 것으로 판단됨

6.8.5.5.2 거금터널 종점부 좌측비탈면

6.8.5.5.2.1 Barton식을 이용한 절리면 전단강도 산정

(1) 절리면 전단시험결과

(1.1) 규모 종속성을 고려한 Barton 그래프

(1.2) 규모 종속성을 고려한 Barton식

TB-5의 절리면 직접 전단시험의 결과를 이용함

JRC : 5.0 JCS :419.13kgf/㎠ 잔류마찰각 : 34.0 Barton 식 :

τ = σ_n·tan(34.0+5.0·log₁₀(419.13/σ_n))

(2) 비탈면 현황

(3) Rocplane 2.0을 이용한 수직응력의 산정

(4) Barton식을 이용한 점착력과 마찰각의 산정

6.8.5.5.2.2 해석결과

거금도 터널 종점부 좌측 비탈면의 평면파괴에 대한 한계평형 해석 결과 1:0.5의 경사에서 기준안전율보다 낮은 안전율을 나타내므로 파괴 가능성이 많으며 1:0.7의 경사에서 안정성을 확보하는 것으로 판단됨

6.8.5.6 쐐기파괴 한계평형해석

평사투영해석 및 SMR 평가 결과 쐐기파괴 가능성이 있는 것으로 나타난 제2깎기부(본선), 거금터널 시점부 좌·우측비탈면, 거금터널 종점부 좌측비탈면에 대하여 한계평형해석을 실시함

6.8.5.6.1 제 2깎기부(본선)

6.8.5.6.1.1 Barton식을 이용한 절리면 전단강도 산정

(1) 절리면 전단강도 산정

(1.1) 규모 종속성을 고려한 Barton 그래프

(1.2) Barton식 해석 결과

TB-5의 절리면 직접 전단시험의 결과를 이용함

JRC : 5.0 JCS :419.13kgf/㎠ 잔류마찰각 : 34.0 Barton 식 :

τ = σ_n·tan(34.0+5.0·log₁₀(419.13/σ_n))

(2) 비탈면 현황

(3) 수직응력의 산정

(4) Barton식을 이용한 점착력과 마찰각의 산정

6.8.5.6.1.2 해석결과

한계평형해석결과 1:0.5 경사 적용시 Set 3 과 Set 4 절리군에 의해 쐐기파괴 대한 안전율은 1.80~2.19로 기준안전율에 부합됨

6.8.5.6.2 거금터널 시점부 좌측비탈면

6.8.5.6.2.1 Barton식을 이용한 절리면 전단강도 산정

(1) 비탈면 현황

(2) Swedge 4.0을 이용한 수직응력 구하기

(3) Barton식을 이용한 점착력과 마찰각의 산정

6.8.5.6.2.2 해석결과

- 1:0.5 경사 적용시 쐐기파괴에 대해서 안정하게 나타나고 있으나 평면파괴 해석시 파괴가능성이 높게 나타남

- 1:0.7 경사 적용시 평면파괴 가능성이 낮게 나타나 안정한 것으로 판단됨

6.8.5.6.3 거금터널 시점부 우측비탈면

6.8.5.6.3.1 Barton식을 이용한 절리면 전단강도 산정

(1) 비탈면 현황

(2) Swedge 4.0을 이용한 수직응력 산출.

(3) Barton식을 이용한 점착력과 마찰각의 산정

6.8.5.6.3.2 해석결과

거금도터널 시점부 갱구 우측 비탈면의 쐐기파괴에 대한 한계평형 해석 결과 1:0.5의 경사에서 충분한 안정성이 확보되는 것으로 판단됨

6.8.5.6.4 거금터널 종점부 좌측비탈면

6.8.5.6.4.1 Barton식을 이용한 절리면 전단강도 산정

(1) 비탈면 현황

(2) Swedge 4.0을 이용한 수직응력 산출

(3) Barton식을 이용한 점착력과 마찰각의 산정

6.8.5.6.4.2 해석결과

- 1:0.5 경사 적용시 Set 3와 Set 4에 의한 쐐기파괴 해석결과 안전율이 0.70~0.86으로 기준안전율에 못미치는 것으로 판단.

- 1:0.7 경사는 평사투영해석시 안정한 것으로 판단되어 한계평형해석 제외

6.8.5.7 확률비탈면 안정해석

6.8.5.7.1 검토방법

- 불연속면의 불확실성을 고려하기 위해 불연속면의 방향(Fisher Distribution) 및 불연속면의 강도(정규분포)를 무작위 변수로 고려

- 파괴유형(평면, 쐐기 및 전도파괴)을 고려한 기하학적 해석 및 안정해석

- Monte-Calro에 의한 파괴유형별 파괴확률 산정

- 거금 터널 종점부 좌측비탈면에 대하여 평면 및 쐐기파괴에 대한 확률 통계 분석을 실시하여 한계평형해석 결과와 상호, 비교 검토하여 비탈면의 안정성 검토에 대한 신뢰도를 높이고자 함

- 본 보고서에서는 보수적인 조건을 적용하여 G.N. Smith에 의해 제안된 파괴확률 P_f 〉 5%를 비탈면의 파괴조건으로 적용하였음

6.8.5.7.2 불연속면에 대한 특성치 확률분석

- 거금 터널 종점 좌측비탈면에 분포하는 불연속체의 특징은 다음과 같음

- 불연속면 군의 분포함수는 Fisher 분포함수를 따르는 것으로 가정

6.8.5.7.2.1 방향성 함수

주) 거금터널 종점 갱구 좌측 비탈면의 불연속체 안정성 해석을 위해 방향성 생성의 신뢰 구간은 95%로 둠

6.8.5.7.2.2 JCS 와 JRC

- Set 2

- Set 3

6.8.5.7.2.3 내부마찰각 및 점착력 산정

- 평면파괴 확률분석 (Set 2)

- 쐐기파괴 확률분석 (Set 2)

- 쐐기파괴 확률분석 (Set 3)

6.8.5.7.3 평면파괴에 대한 붕괴 확률 계산

- 거금 터널 종점 갱구부 좌측비탈면의 평면파괴에 대해 1:0.5의 경사에서 Monte Carlo Simulation에 의해 파괴 확률을 계산한 결과 파괴율은 다음과 같음

- 건기시: 9.51%

- 우기시:22.3%

- 지진시:13.4% 〉 파괴 기준안전율(5%)

-> 보강대책을 강구하거나 비탈면경사완화

6.8.5.7.4 쐐기파괴에 대한 붕괴 확률 계산

(1) 각각의 함수는 지표지질 조사 결과를 종합하여 모두 정규분포를 따름

(2) 쐐기파괴의 확률 해석은 Swedge 4.0을 이용함

(3) Swedge를 이용한 쐐기파괴 붕괴확률 해석 결과

- 건기시 붕괴확률 10.5%

- 우기시 붕괴확률 11.86%

- 지진시 붕괴 확률 18.9%

- 거금 터널 종점 갱구부 좌측비탈면의 쐐기파괴에 대해 1:0.5 경사 적용시 Monte Carlo Simulation에 의해 파괴 확률을 계산한 결과 파괴율은 다음과 같음

- 건기시 : 10.5%

- 우기시 : 11.86%

- 지진시:18.9% 〉 파괴 기준안전율(5%)

-> 보강대책을 강구하거나 비탈면경사완화

6.8.5.8 암반비탈면 안정해석 종합결과

6.8.5.8.1 거금터널 시점부 좌측비탈면

6.8.5.8.2 거금터널 시점부 우측비탈면

6.8.5.8.3 거금터널 종점부 좌측비탈면

1:0.7 경사적용해도 전도파괴가능성이 나타나고 있으나 암반비탈면의 높이가 낮고 임시비탈면으로 터널공사후 토사로 복토되므로 낙석 방지 대책을 제외함.

6.8.5.8.4 제 2깎기부 좌측비탈면 (본선)

6.8.6 비탈면 기울기 결정

6.8.6.1 본 과업구간에 적용한 쌓기 비탈면 경사

6.8.6.2 본 과업구간에 적용한 깎기 비탈면 경사

6.8.6.3 본 과업구간에 적용한 소단설치기준

6.8.6.4 보강 및 비탈면 완화 적용구간

- FRP 보강그라우팅

- 암반경사완화 공법

6.8.7 낙반 안정성 검토

6.8.7.1 검토구간

- 전도파괴 예상 구간

- 현장 조사시 상부 비탈면에 낙석발생이 우려되는 지역 및 절취고가 높은 비탈면

- 현장 여건을 고려하여 낙석발생시 생길수 있는 인적, 물적인 피해가 클것으로 예상되는 구간을 선정

- 본 과업 구간 중 암깎기구간에 해당되는 제2깎기부에 대하여 검토 수행

6.8.7.2 설계적용된 반발계수 선정

6.8.7.3 낙석의 궤적 및 충돌에너지 검토

6.8.7.3.1 낙석해석에 사용된 변수

6.8.7.3.2 낙석 Simulation Graph

6.8.7.3.2.1 낙석방지책 설치전

방지책 미적용시 낙석 궤적(M = 0.5 ton)

- 낙석의 궤적

- 낙석의 에너지

- 낙석의 반발높이

- 낙석 방지책 미적용시 낙석의 최대 에너지는 26kj, 최대 반발높이는 0.9m로 나타남

- 낙석시 도로부 침투로 인한 피해가 우려되므로 대책공법 적용해야 함

6.8.7.3.2.2 낙석방지책 설치후

낙석 방지책(H = 2.5m) 적용시 방지책에 도달하는 낙석의 에너지와 반발 높이 분석

- 낙석 궤적(M = 0.5 ton)

- 낙석에너지분석

- 낙석의 반발 높이 분석

- 비탈면 5~15m높이에서 발생한 낙석이 발생할 경우 비탈면하단으로부터 2.0m 이격되어 있는 방지책에 도달하는 낙석의 최대 에너지는 5.5kj로 나타나며 최대 반발 높이는 0.4m 임

- 이외 0.75ton, 1.0ton, 1.2ton, 1.5ton에 대해 Simulation한 결과를 종합 분석하면 다음과 같음

- 낙석규모 1.25ton의 경우 낙석방지책 설치시 낙반에 대한 안정성을 확보할 수 있는 것으로 검토됨

- 제 2깎기 비탈면의 경우 1.5ton의 낙석 시뮬레이션에서 예외적으로 높은 값으로 85.9kj의 에너지를 가지는 경우가 관찰되므로 이 경우 낙석 방지책의 에너지를 초과할 가능성이 있는 것으로 판단

6.8.7.4 낙석 시뮬레이션 결과 종합

- 낙석의 반발 높이에 대한 Simulation결과 해석 비탈면은 방지책이 이격거리 2m에 세워질 때 모든 구간에서 방지책높이 이상을 넘어 도로로 유입되는 낙석은 없을 것으로 판단됨

- 발생가능한 낙석이 1.25ton이하일 경우 기존의 일반적인 낙석방지책을 이용하여 충분히 낙석의 충격 에너지를 흡수하여 낙석의 도로 유입을 방지 할수 있을 것으로 판단됨

- 또한 시공중 비탈면 관찰 결과 1.25ton이상의 낙석 발생이 예상될 경우 낙석 방지책 이외에 낙석 방지망을 포함한 다른 보강대책이 강구되어야 함

6.8.7.5 낙석방지책 적용 개선방안 검토

6.8.7.5.1 현장시험 개요

- 본 암반깎기 비탈면 구간의 낙석방지책 적용방안은 이론에 의한 검토결과와 실제 현장시험사례(한국도로공사 지반연구실, 2000.12)를 참고로 하여 결정하였음

- 시험방법은 아래표에 제시한 다양한 중량의 낙석을 각각의 높이에서 3회씩 낙하하여 낙석방책에 충돌했을 때 낙석방책의 변형정도와 파괴여부를 측정

6.8.7.5.2 측정결과

상기 조건에 따라 시행한 현장시험시 낙석방책의 변형정도와 파괴여부의 측정결과를 요약하면 다음과 같음

(1) 낙석규모 0.1tonf, 낙하높이 10m

- 지주 : 이상없음

- 케이블 : 부분변형

- 철망 : 부분파손

- 기초 : 이상없음

(2) 낙석규모 0.25tonf, 낙하높이 20m

- 지주 : 이상없음

- 케이블 : 변형

- 철망 : 파손

- 기초 : 이상없음

(3) 낙석규모 0.5tonf, 낙하높이 15m

- 지주 : 부분변형

- 케이블 : 변형

- 철망 : 파손

- 기초 : 이상없음

(4) 낙석규모 1.0tonf, 낙하높이 10m

- 지주 : 부분변형

- 케이블 : 변형

- 철망 : 파손

- 기초 : 이상없음

- 케이블이 최대전단강도를 발휘하기 이전에 케이블 지지 앵커가 파손

- 대부분의 낙석이 낙석방책 최하단 케이블(4개)에 집중되어 충돌

6.8.7.5.3 낙석방지책 적용방안

현장시험결과를 참고로 현재 적용하고 있는 방지책에 다음과 같은 사항을 추가로 적용

- 낙석방책 좌우의 케이블 지지앵커 강화

- 케이블과 철망의 결속력 강화

- 낙석방책 하부 강화

6.8.7.5.3.1 케이블지지 앵커 강화

- 케이블 지지앵커

- 케이블 지지앵커 파손

- 케이블이 최대전단강도를 발휘하기 이전에 좌우의 케이블 지지 앵커가 파손됨

- 케이블 지지앵커를 강화하면 흡수가능에너지가 증가할 것으로 판단됨

6.8.7.5.3.2 케이블과 철망의 결속력 강화

- 기존시공

- 시공제안

- 시공 케이블과 철망을 약하게 연결하여 작은 충격에도 쉽게 분리됨

- 각각의 케이블마다 철망과의 결속을 강화

- 케이블과 철망의 결속 방법 변화 : 일반 매듭 -〉 나선형 연결

6.8.7.5.3.3 낙석방책 하부 강화

- 기존방법

- 개선사항

- 낙석이 최하단 케이블(4개)에 집중 -〉 최하단 케이블의 간격 조정(30cm-〉20cm)

6.9 수치해석을 통한 비탈면 안정성 해석

6.9.1 수치해석을 통한 보강비탈면 해석

- 토사 비탈면의 겨우 기존의 한계평형해석은 최소 안전율을 가지는 파괴면을 추정하여야 하는 불확실성을 가지고 있으며 지반의 응력과 전단강도를 고려한 비탈면안정해석이 불가능하다는 단점을 가지고 있음

- 따라서, 본 검토에서는 강도감소기법을 사용한 연속체 해석(FLAC)을 수행하여 보다 현실에 부합되는 한계상태시 파괴면을 도출하고 이를 바탕으로 지반의 응력 및 전단강도를 고려한 비탈면의 최소안전율을 산정하였음

- FRP 보강 그라우팅공법을 적용하여 비탈면경사를 조정한 구간 중 토사비탈면의 깎기고가 높은 소록터널 종점부 배면에 대하여 수치해석을 수행하여 안정성을 검증함

6.9.1.1 적용단면 및 해석물성치

- 해석단면

6.9.1.2 해석결과

6.9.1.2.1 FRP Grouting 보강전

(1) 해석결과

- 소성영역도

- 변위도

(2) 판정

- 토사비탈면 내에 한계평형해석 결과 예상되는 파괴선과 동일하게 내부에서 소성영역이 발생하는 것으로 나타남

- 토사층에서 굴착방향으로 변위가 많이 발생하는 것으로 나타남

- 수치해석 검토결과, 토사층내의 소성파괴로 인하여 변위가 과도하게 발생하여 비탈면의 안정성을 유지하기 어려운 것으로 판단됨

6.9.1.2.2 FRP Grouting 보강후

(1) 해석결과

- 소성영역도

- 변위도

(2) 판정

- 소성영역 검토결과 FRP 보강그라우팅으로 인해 토사비탈면 내에는 소성영역이 존재하지 않음 (표시된 부분은 Yield in-past 구간임)

- 토사층에서 굴착방향으로 변위가 1.0cm 내외로 발생함

- 수치해석 검토결과 토사층내의 소성파괴는 발생하지 않으며 약 1.0cm 내외의 변위가 발생하여 안정한 것으로 판단됨

6.9.1.3 전단강도 감소법을 고려한 비탈면안전율 검토

- 전단강도 감소법을 이용한 비탈면의 안전율 검토 결과 한계평형해석 결과와 유사한 파괴 양상을 보임

- 보강전 안전율은 비탈면의 기준 안전율을 확보하지 못하나 FRP 보강그라우팅 공법 적용후 기준 안전율을 확보하는 것으로 검토됨

- 본 과업구간 중 FRP 보강공법을 적용한 구간 중 토사비탈면의 깎기고가 높은 소록터널 종점부 배면에 대하여 수치해석을 수행하여 안정성을 검증함

- 수치해석 결과 FRP 보강 후 비탈면은 안정한 것으로 판단됨

6.9.2 불연속체 수치해석을 통한 암반비탈면의 안정성 검토

- 본 과업구간 중 암반 깎기고가 가장 높은 거금터널 종점부 좌측비탈면에 대하여 시행함

- 불연속체의 특성을 반영한 UDEC Program을 사용하여 비탈면의 안정성을 검증함

6.9.2.1 불연속면 특성 현황

6.9.2.2 해석결과

(1) 도표

- 해석단면모델링

- 변위벡터

- 소성영역

- Mohr Coulomb Ration(Strength/Stress)

(2) 해석결과

- 해석결과 최대변위는 7.8 mm가 발생하는 것으로 나타남

- 소성영역은 비탈면에 일부 존재하나 계산과정에서 발생하는 소성영역(Yield in Past)구간으로 비탈면의 안정성에 영향을 미치는 소성영역은 존재하지 않음

- M/C 안전율 해석 결과 안전율이 5 이상으로 나타났음

- 본 과업구간 중 암토피고가 가장 높은 거금터널 종점부 좌측비탈면에 대하여 불연속면을 고려한 수치해석을 수행한 결과 안정한 것으로 검토됨

6.10 환경친화적 비탈면 보호대책

6.10.1 기본방향

- 지반조건, 주변지장물 및 환경조건을 중점 고려하여 시공성과 안정성에 입각한 깎기계획 수립

- 녹지자연도를 고려, 환경보전과 개발사이의 문제점 극복과 환경친화적 비탈면 보강·보호계획 수립

- 환경영향평가의 동·식물상의 수종분석을 통한 식재 및 조경계획시 반영

- 일반 토사사면 보호공법 적용현황

- 터널 갱구부 보호공법 적용현황

6.10.2 비탈면 보호공의 종류

6.10.2.1 구조물에 의한 보호공법

6.10.2.2 피복공에 의한 보호공법

6.10.2.3 배수공

6.10.3 비탈면 보호공법의 선정

- 쌓기부와 깎기부 토사비탈면의 경우는 공사비가 저렴하고 시공성이 우수한 거적덮기+Seed Spray를 선정

- 암반비탈면의 경우는 자연표토복원공법(신기술 제193호)을 적용하여 도로개설 후 자연환경과의 조화를 고려

6.10.3.1 토사비탈면

6.10.3.2 암반비탈면

6.10.3.3 비탈면 보호공 선정결과

6.11 비탈면 시공 및 유지관리 대책

6.11.1 중점검토사항

- 설계시 비탈면에 대한 안정성 평가는 시추조사 및 각종 시험결과 등 한정된 자료를 근거로 하여 비탈면 경사 계획을 수립한 것으로 실제 시공시 복잡한 지반의 변화 (암석의 풍화상태, 급격한 지층변화, 용수대의 출현, 국부적인 파쇄대)를 충분히 판단하기에는 한계성이 있음

- 따라서 설계시 가정한 지반상태를 시공시 굴착면에서 재확인하는 과정이 필요하며, 문제 발생시 보완대책(Feed Back)을 수립하여야 함

- 사전에 계측항목, 계측의 목적, 계측방법, 관리기준치에 관한 기본적 사항을 검토하여 시공시 고려하여야 하며, 이에 따른 현장 계측계획의 흐름도는 다음과 같음

6.11.1.1 계측계획 흐름도

(1) 지반거동 및 비상대책

(2) 일반계측계획

(3) 세부계측계획

6.11.2 비탈면 시공관리

6.11.2.1 비탈면 깎기시 유의사항

비탈면의 깎기작업시 예기치 못한 요인에 의하여 생길 수 있는 붕괴사고를 예방하기 위해서는 다음과 같은 사항을 유의깊게 관찰하여 비탈면 상태를 파악하여야 함

- 균열의 유·무

- 비에 의한 균열의 발생 유무

- 전석의 유무

- 풍화의 상황

- 붕락정도

- 절리, 층리의 방향성과 그 진행

- 용수위치와 상황

6.11.2.2 시공 중 깎기비탈면의 보호

- 굴착 시공전 지중내 강도가 높은 상태로 존재하더라도 대기중에 노출되면 급속하게 강도저하가 될 가능성이 있음

- 이는 응력이 해방됨과 동시에 건습의 반복 등 직접적인 기상의 영향을 받기 때문으로 장기적으로 볼 때 비탈면 붕괴의 요인일 될 수 있으므로 비탈면 보호공법은 조속히 실시되어야 함

- 또한 비탈면 보호공 시공과 동시에 소단의 배수시설 및 유도배수로를 설치하여 강우의 침투를 방지하여야 함

6.11.2.3 변형 및 지하수위 관측

- 깎기공사중 예상밖의 장소에서 변형이 발생하는 경우가 있으며 토괴의 이동에 의한 균열은 소단이 있는 콘크리트나 배수구에서 쉽게 발견할 수 있으므로 이러한 경우 임시 변형 관측계를 설치하여 동태관측을 수행하여야 함

- 비탈면에 용출수가 있거나 지하수위가 높은 지반에서 급속시공을 할 경우 비탈면의 붕괴 가능성이 있을수 있음

- 따라서 깎기 전후의 지하수위는 안정상태까지 시간이 걸리므로 심층부에 과잉 간극수압이 비탈면 활동에 기여하는 상태가 되므로 시공 중에 지하수위 변화를 관측하여야 함

6.11.2.4 Face Mapping

설계단계에서 가정한 지반상태를 확인하기 위하여 시공중 깎기 비탈면에 대하여 Face Mapping을 시행하여야 하면 다음과 같은 방법을 사용

6.11.3 비탈면 계측관리

6.11.3.1 비탈면 계측 항목

- 비탈면은 공학적 성질이 불균질한 경우가 많으므로 비탈면 규모가 클 경우 설계시 조사에서 그 성상을 충분히 파악하기가 어려움

- 따라서 설계시 지반상태에 대한 지식이 불충분하여 발생된 설계상의 결함을 시공중 계측관리에 의해 보완하여야 하며 일반적으로 깎기 비탈면에 적용하는 계측항목은 다음과 같음

6.11.3.2 계측기의 선정 및 적용

- 거금터널 종점부 좌측

- 소록터널 종점부 배면

주) ● : 지중경사계, ■ : 지하수위계

6.11.3.3 계측빈도

6.11.4 비탈면 유지관리

6.11.4.1 유지관리 방법

- 시공이 이론적 근거와 조사자료를 근거로 하는 것이라면 시공후의 비탈면 유지관리는 축척된 계측 Data와 경험의 축적에 의해 안정성을 평가하는 작업임

- 유지관리 작업은 공사가 준공되고 나서 시행하는 것이지만 그 준비작업은 시공시점에서 시작된 조사자료와 시공스케치를 보존하여 비탈면 대장을 작성하여야 함

- 비탈면 대장에는 위치, 보호공법 종류, 대책공법 종류 등 필요 항목을 기재하여 비탈면 점검시 관찰상황을 추가 기재하되 주의 관찰이 요구되는 구간은 Check해 두고 유지관리를 실시하여야 함

6.11.4.2 주요 점검사항

- 비탈면 대책공법을 실시한 곳은 붕괴가능성이 높은 곳이기 때문에 주의해야 하며 붕괴이력이 있는 구간과 인접하는 구간도 지층구조가 같은 경우 붕괴가능성이 있으므로 주의해서 관찰해야 함

- 일반적으로 비탈면의 붕괴는 대부분 시공중에 일어나며 그 동안의 조사 사례를 분석하면 비탈면 시공후에 붕괴의 90%는 표층 3.0m 이내의 붕괴로 규모가 작은 편임

- 강우에 의해 비탈면의 전단강도가 감소하여 붕괴 가능성의 위험 요소가 많으므로 강우량이 적어도 방심할 수 없다는 것을 주의하여 충분한 비탈면 관찰을 할 필요가 있음

6.11.4.3 점검방법

- 비탈면 관리시 점검은 일반적인 점검외에 우기시나 동절기 등 붕괴현상이 집중되는 시기를 전후하여 실시하는 것이 바람직함

- 위험성이 내포되어 보수가 필요하다고 판단될 때 재해로 발달되지 않도록 조치해 두고 필요에 따라 상세한 조사를 수행하고 대응책을 강구하여야 함

- 점검방법은 관리기간에 따라 다양하지만 다음 표와 같이 그 빈도를 정해 실시하여야 함