여굴

왜 배우는가: 여굴은 터널 굴착 단면이 설계 단면보다 크게 파이는 현상으로, 과다 여굴은 콘크리트·숏크리트 물량 증가, 공기 지연, 붕락 위험을 함께 키운다. 발파·천공 관리와 직결되어 1·2교시 용어와 논술에서 반복해 출제된다.

출제 이력: 제132회 2교시 1번, 제122회 2교시 6번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄 정의 문장: 여굴은 터널 굴착 시 설계 단면보다 외측으로 과다하게 굴착되어 생기는 초과 굴착 부분이다.

핵심 키워드

• 여굴(Overbreak)
• 설계 단면 기준선
• 과다 여굴
• 천공 정밀도
• 제어발파
• 부석
• 지불선
• 계측 관리

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면 여굴은 '정해진 선보다 더 많이 파낸 부분'이다. 굴착면이 설계 선보다 바깥으로 튀어나가 생긴 빈 공간이 여굴이다. 여굴 부분은 콘크리트나 숏크리트로 채워야 하므로 재료비와 시간이 추가로 든다.

정식 정의는 다음과 같다. 여굴은 발파나 천공 과정에서 설계 굴착선(지불선) 바깥의 암반이 파괴되어 발생한 초과 굴착 부분을 말한다. 지불선 안쪽의 굴착은 공사비에 포함되지만, 지불선 바깥의 굴착은 대개 발주자가 지급하지 않는 비경제적 여굴로 구분된다.

지불선(Pay Line)은 설계상 허용되는 굴착 한계선이다. 실제 굴착면이 지불선을 넘으면 여굴로 본다.

과다 여굴은 허용 여굴량을 넘는 경우로, 붕락과 지보재 이완을 유발한다. 여굴이 클수록 지보재와 암반 사이 공극이 커져 하중 전달이 불균일해진다.

요철은 여굴로 생긴 굴착면의 불규칙한 면을 뜻한다. 요철에 응력이 집중되면 국부 파괴가 일어난다.

여굴의 핵심 원리는 굴착 에너지가 설계 선 밖의 암반을 파괴하는 것이다. 천공 오차, 과다 장약, 암반 절리 등이 겹치면 여굴이 커진다.

3. 등장 배경과 필요성

NATM 공법은 암반 자체를 지보 부재로 활용하므로 굴착면의 상태가 지보 성능을 좌우한다. 여굴이 크면 숏크리트 두께가 불균일해지고 록볼트 정착 조건도 나빠진다. 따라서 여굴 관리는 지보 설계와 함께 다뤄야 한다.

도심지나 기존 구조물 하부 통과 구간에서는 여굴이 지반 침하로 이어질 수 있다. 여굴로 생긴 공동이 방치되면 상부 지반의 이완과 지표 침하가 발생한다. 이 때문에 여굴 관리는 안전과 환경 양면에서 필요하다.

한국의 터널 안전 기준인 「터널공사 표준안전 작업지침-NATM공법」은 과다 발파에 의한 과다여굴과 부석에 의한 붕괴를 예방하라고 규정한다. 발파기준 준수, 암질 확인, 계측 결과 반영이 기본 대응이다.

여굴은 발주자와 시공사의 정산 문제로도 이어진다. 지불선 바깥 여굴을 줄이는 것이 공사비 관리와 안전 관리의 공통 목표다.

4. 구성요소·원리·절차

여굴(Overbreak)은 설계 굴착선(지불선) 바깥으로 암반이 과하게 파인 부분이다. 여굴을 줄이려면 천공·발파·버력처리 각 단계가 설계 단면을 벗어나지 않도록 구성요소를 함께 관리해야 한다. 아래 표는 여굴을 만드는 구성요소와 각 요소의 관리 포인트를 정리한 것이다.

표 설명 1: 천공장비와 천공 작업자는 여굴량을 직접 좌우하는 인적·기계적 요인이다. 천공장 길이가 길수록 방향 오차가 누적되어 여굴 깊이가 커진다.

표 설명 2: 발파와 지질은 암반 손상을 통해 여굴을 키운다. 윤곽발파를 쓰면 설계선 밖 암반의 손상이 줄어든다.

여굴의 원리는 다음과 같다. 주변공 발파 시 폭약 에너지가 설계선 밖 암반에 전달되면 암반에 균열이 생긴다. 균열이 연결되면 설계선 밖 암반이 떨어져 나가 여굴이 된다. 그래서 발파 에너지를 굴착 방향으로 제어하는 것이 핵심이다.

여굴 관리 절차는 다음과 같다.

• 막장 암질을 사전에 확인하고 발파시방에 맞는 암질인지 판단한다.
• 천공 계획에서 천공장, 천공 간격, 천공 각도를 설계대로 설정한다.
• 천공 후 실제 천공 위치와 방향을 확인하고 오차가 크면 재천공한다.
• 윤곽공에 제어발파를 적용하고 장약량을 줄여 주변 암반 손상을 막는다.
• 발파 후 여굴량을 측량하고 지불선과 비교하여 다음 발파의 천공·장약 계획에 반영한다.
• 여굴 발생 시 즉시 발파 조건을 재검토하고 필요하면 발파 방식을 변경한다.

여굴 공식은 다음과 같다. 여굴량은 실제 굴착면과 설계 굴착선 사이의 거리로 정의한다.

$V_{o} = V_{a} - V_{d}$

여기서 V_{o}는 여굴 체적(㎥), V_{a}는 실제 굴착 체적(㎥), V_{d}는 설계 굴착 체적(㎥)이다. 여굴률은 다음과 같이 쓴다.

$R_{o} = \frac{V_{o}}{V_{d}} \times 100$

여기서 R_{o}는 여굴률(%)이다. 여굴 체적이 설계 체적보다 작으면 여굴률은 0 이하가 되지 않도록 해석한다.

5. 관련 법령·기준·표준

여굴을 직접 규정한 조항은 「터널공사 표준안전 작업지침-NATM공법」(고시)에 있다. 이 고시는 발파기준을 준수해 과다발파에 의한 모암손실, 과다여굴, 부석에 의한 붕괴·붕락을 예방하도록 정한다. 법률 체계는 「산업안전보건법」이며 이 고시는 그 법에 따라 정해진 기술상의 지침이다.

표 설명 1: 여굴 관련 핵심 기준은 발파기준 준수와 연약암질 발파 중지다. 기준값보다 조건을 우선 확인해야 한다.

표 설명 2: 암질 변화구간에서는 시험발파를 거쳐 발파 계획을 다시 세운다. 이 절차를 빠뜨리면 여굴이 커진다.

고시 개정 연혁으로는 제41조에 따라 3년마다 타당성을 검토하도록 정해져 있다. 여굴 기준의 세부 수치는 설계도서와 시방서가 우선하며, 고시는 이를 준수하도록 요구하는 구조다.

설계 발파기준 준수

6. 유형과 비교

여굴은 발생 원인과 굴착 방식에 따라 나뉜다. 발파굴착과 기계굴착은 여굴량 차이가 커서 공법 선정 단계에서 함께 비교해야 한다. 아래 표는 두 공법의 여굴 특성을 정리한 것이다.