본문

건설공사원가절감

상세정보보기

상세정보보기
터널단면 최적화방안 검토
한국도로공사
1. 일반현황

(1) 최근 고속도로 설계시 터널의 비중이 높아져 공사비의 많은 부분을 차지하고 있고 환경적 측면에서도 불리하여 검토가 필요한 실정임
(1.1) 터널비율 : 함양~울산 53.6%(77.7㎞/144.8㎞), 부산외곽선 42.8%(20.9㎞/48.8㎞), 동홍천~양양 60.8%(43.6㎞/71.7㎞), 울산~포항 46.9%(25.2㎞/53.7㎞)
(2) 터널단면 구성요소 적용기준 검토 등 터널내 사(死)공간 최소화 방안을 검토하여 경제적이며 친환경적인 터널설계를 추진코자 함
공사 > 한국도로공사
터널공
건설일반
시설물분류>운송 교통시설>터널시설>도로터널;공종분류>토목공종>터널공사
2. 현황 및 문제점

2.1 터널단면 구성요소
(1) 내공단면 구성요소
img052901.gif
(2) 편평률 (최대높이/최대폭 비율)
(2.1) 적용범위 : 0.55~0.65 준용[고속도로 맞춤형 터널설계 가이드라인, 2009]
(2.2) 평균값 : 0.628 (최근 4개 노선 실시설계)
(3) 라이닝 두께
(3.1) 표준두께 30cm(2차로 기준) 적용[터널설계기준(국토해양부, 2007)]

3. 개선내용


3.1 터널단면 기준 검토
3.1.1 시설한계 여유폭(라이닝 이격거리)
(1) 현행 : 터널내 시설한계와 라이닝 여유폭 300mm 확보
(조명설치여유 150mm + 내장재여유 100mm + 시공여유 50mm)
(2) 개선 : 여유폭 50mm로 축소 (조명설치·내장재 여유 미반영)
img053001.gif

3.1.2 우측 길어깨
(1) 현행 : 고속도로 2차로 터널 우측길어깨 폭원 2.5m 적용
(1.1) 터널부 교통용량 증대, 교통사고 감소, 운전자 교통편의 제공 등을 위해 우측 길어깨 확대(1.0m→2.5m) 적용(‘96.8 설계처 방침)
(1.2) ‘02년 사업비 절감을 위해 우측 길어깨 축소(2.0~1.5m)를 검토 하였으나, 공사비에 미치는 영향이 적어 기존 방침대로 적용하는 것으로 결정
(2) 따라서, 단면 최적화를 위한 우측 길어깨 축소는 미반영

3.1.3 검사원 통로
(1) 현행 : 장대터널 공동구 상부 검사원 통로기준
(폭750mm, 높이2,000mm) 적용
(2) 개선 : 우측 길어깨를 활용하여 유지관리를 시행 중으로 이용에 불편이 없어 검사원 통로 폭(750mm)만 적용(높이 미적용)
img053002.gif

3.1.4 제트팬-라이닝 이격거리
(1) 현행 : 제트팬 외경과 천장벽면까지의 이격거리 0.5D(제트팬 외경) 적용
(1.1) 차도부 시설한계에서 상단여유 : 200mm 적용
img053101.gif
(1.2) 이격거리 변경에 따른 환기효율 분석결과, 0.4D 이격시 환기효율 감소는 거의 없으며, 0.3D 이격시 환기효율 감소는 약 2.2%로 미미함
(2) 개선 : 라이닝 이격거리는 0.3D 적용 (환기효율 검토 후 선택 적용가능)

3.1.5 편평률 (최대높이/최대폭 비율)
(1) 현행 : 최근 설계에 적용된 편평률은 평균 0.628로서 다소 보수적으로 설계됨(터널설계가이드라인 편평률 최소기준 0.55)
(2) 개선 : 안정성 검토결과, 0.53이상 안정한 것으로 검토되었으나, 터널설계가이드라인 최소기준인 0.55 적용

<편평율 조정에 따른 터널단면 검토>
img053102.gif

3.1.6 라이닝
(1) 현행 : 표준두께 30cm(2차로 기준) 적용
img053201.gif
(2) 콘크리트 라이닝 구조검토 결과 25cm로 두께 축소가 가능한 것으로 검토되었으나, 시공오차에 따른 응력집중 및 숏크리트 열화 등을 대비한 장기적인 내구성 확보를 위하여 본 검토에서 제외함

3.1.7 최적 터널 단면 결정
(1) 자연환기 터널
img053202.gif
(2) 기계환기 터널
(2.1) 시설한계 여유폭 축소 : 300mm ⇒ 50mm
(2.2) 제트팬-라이닝 이격거리 : 0.5D ⇒ 0.3D
(2.3) 검사원 통로 : 높이기준(2.0m) 삭제
(2.4) 편평율 조정 : 0.607(제트팬 설치구간)

3.2 기계환기 터널단면 이원화 방안
3.2.1 검토목적
(1) 장대터널내 사(死)공간 최소화를 위하여 제트팬 설치구간과 미설치 구간의 단면 이원화 적용방안 검토 필요
(2) 제트팬의 입·출구부 집중 배치로 터널 단면 이원화 적용가능




  ※ 제트팬 설치간격 개선 (시설처-915, 2011.3.31)

   - 제트팬은 일반적으로 터널 입구부 및 출구부 집중 배치

   - 수전위치 근접에 따른 예산절감 - 환기효율 저하는 미미함


3.2.2 이원화 터널 단면 결정
img053301.gif

3.2.3 종방향 터널단면 적용방안
(1) 검토 1안 : 라이닝-제트팬 이격거리 축소(0.3D) 및 단면 이원화
img053401.gif
(2) 검토 2안 : 라이닝-제트팬 이격거리 유지(0.5D) 및 단면 이원화
img053402.gif
(3) 검토 3안 : 라이닝-제트팬 이격거리 축소(0.3D) 단면 일률 적용
img053403.gif
img053404.gif

3.2.4 터널단면 이원화시 예상문제점 검토
(1) 단면 변화에 따른 환기효율 검토
img053501.gif
(1.1) 변화각 5° 이하일 경우 환기효율 저하 미미
(2) 단면 변화에 따른 기류특성(난류) 분석
img053502.gif
(2.1) 변화각 5° 이하일 경우 동일단면과 유사한 수준의 난류 발생
(3) 피난연결통로 간격 검토
img053503.gif
(3.1) 피난 안전성 검토 결과 변단면 적용시 최대 피난 가능거리는 약 232m로 분석됨에 따라 230m 이하 간격 적용 필요
(4) 운전자 주행성 검토
(4.1) 실제 조건과 동일한 단면 이원화로 3D주행 시뮬레이션 시행
(4.2) 실제 운전자가 인지하고 주행성에 영향을 미치는 것은 조명 및 내장재(타일)인 것으로 나타남
(4.3) 조명 높이는 노면에서 5.3m 유지하고 측면 타일 및 시선유도 디자인을 동일 높이를 적용한 결과, 단면변화에 따른 운전자 주행안전 영향은 미미한 것으로 분석

3.2.5 제트팬 및 피난연결통로 소요량 검토
(1) 터널단면 개선전 대비 제트팬은 최대 3대(4km·방향별), 피난연결통로는 최대 2개소가 추가로 필요한 것으로 분석
img053601.gif
(1.1) 최근 설계된 고속도로의 교통량을 활용하여 환기 분석한 결과, 연장 4km이내인 경우 제트팬 종류식이 적용 가능한 것으로 판단

3.2.6 경제성 분석
(1) 단면 축소로 감액되는 공사비가 환기효율 감소로 인한 제트팬 및 피난연결통로 추가 공사비에 비해 매우 크므로 경제성 확보 가능
(2) 1안 적용시 : 공사비의 4.6% 수준, 약 10억원(km·양방향) 절감
img053701.gif
(2.1) 토목공사비 산정시 이원화에 따른 라이닝 거푸집 추가 투입 비용 반영
(2.2) 제트팬 1대 추가 시 유지관리비는 약1.2억원(20년기준)으로 공사비 절감액을 감안시 미미한 것으로 검토되었으며, 공사비 비교시 미반영

4. 결론


4.1 검토결론
(1) 터널단면 최적화 개선
img053801.gif
(1.1) 라이닝 두께, 우측 길어깨 폭원 축소는 본 검토에 미반영
(2) 기계환기 터널 단면 이원화 방안
(2.1) 검토1안(제트팬-라이닝 이격거리 축소+단면 이원화)을 우선 적용하되,
(2.2) 환기 및 방재조건, 토공량 등 노선특성에 따라 검토2안 및 3안을 선택적으로 적용 가능
(3) 기타
(3.1) 터널 단면 최적화에 따른 터널 환기 및 방재(피난연락갱 포함) 검토는 설계시 교통량 등 노선특성에 따라 상세설계 후 반영
(3.2) 집중배기(수직갱) 환기식 등 중앙부 제트팬 설치 터널 및 3·4차로 터널은 터널별 특성을 고려하여 별도 검토 후 반영여부 결정

4.2 기대효과 및 적용방안
(1) 건설예산 및 CO2 절감




  ※ 분석대상 : 함양~울산, 당진~천안 등 설계 중인 3개 노선

(1.1) 건설예산 절감 : 약 507억원
img053901.gif
(1.1.1) 사토공구 적용시 경제성 극대화 가능(16,000㎥/㎞ 양방향 절감)
(1.2) 굴착단면 최적화에 따른 CO2 발생 저감 : 5,995톤
(1.2.1) 51.9㎞×굴착량 감소(16,000㎥/㎞)×CO2절감(0.00722톤/㎥)=5,995톤
(2) 적용 방안
(2.1) 설계 중인 노선 : 본 방침 적용
(2.2) 착공 후 미굴착 터널 : 공사주관(시행)부서에서 적용여부 판단
다운로드