터널측량

왜 배우는가: 터널측량은 지하 굴착 공사 전 과정에 쓰이는 실무 개념이다. 시험에서도 교시를 달리해 반복 출제되는 주제이므로 정의, 갱외·갱내 측량의 구분, 기준점 전달의 원리를 함께 정리해 두어야 한다.

출제 이력: 제135회 3교시 4번, 제120회 4교시 4번, 제116회 2교시 2번, 제114회 4교시 4번, 제111회 4교시 3번, 제102회 2교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

터널측량은 설계된 중심선형에 맞게 터널을 정확히 관통시키기 위해 위치·형상·면적을 측정하여 도면으로 나타내는 측량이다.

핵심 키워드는 터널측량, 갱외측량, 갱내측량, 중심선 측량, 단면측량, 관통 정확도, 기준점 전달이다. 이 일곱 용어는 답안의 첫 문단과 구성 항목에 그대로 쓰는 것이 바람직하며, 각 용어의 내용은 2절에서 풀이한다.

터널측량은 지하 굴착 공사에서 굴착 방향을 유도하고 굴착 결과를 확인하는 측량이다. 굴착이 양쪽 갱구나 수직갱에서 마주 보며 진행되는 경우, 관통 지점에서 두 굴착면의 평면 좌표와 높이가 일치해야 하므로 측량의 목적은 곧 관통 정확도를 확보하는 것이다. 지상 측량과 구별되는 점은 측점이 지상이 아니라 굴착 중인 지하 공간에 놓인다는 것이다. 측점이 지하에 있으면 시준 거리와 기기 설치 공간이 제한되고, 기준점에서 멀어질수록 오차가 누적되므로 측량 방법을 달리해야 한다.

2. 개념 풀이

터널측량은 터널의 중심선을 지상에서 설정하여 굴착 방향과 깊이를 지시하고, 굴착 중에는 중심선과 단면을 반복 측정하여 설계 선형과의 차이를 관리하는 측량 체계이다. 즉 설계 좌표를 지상에 재현하고, 굴착 진행에 맞추어 그 좌표를 지하로 옮기며, 굴착 후에는 실제 형상을 확인하는 세 단계로 이루어진다. 세 단계는 서로 독립된 작업이 아니라 앞 단계의 오차가 다음 단계로 전달되는 연속 과정이다.

원리는 기준점 오차의 전달과 누적에 있다. 터널은 양쪽에서 마주 보며 굴착하는 경우가 많으므로, 두 굴착 선단이 만나는 지점에서는 좌표 오차와 높이 오차가 함께 나타난다. 지상의 기준점 망은 삼각측량이나 다각측량으로 결정하여 정확도를 확보하고, 그 좌표를 갱구를 통해 지하로 옮긴다. 지하로 들어간 기준점은 굴착이 진행될수록 기준에서 멀어지므로 방위각과 거리를 반복 측정하여 누적 오차를 확인한다.

관통 정확도는 두 굴착면이 만나는 지점의 평면 위치 차이와 높이 차이로 평가한다. 평면 차이는 중심선의 방향 오차와 거리 오차가 합쳐진 결과이고, 높이 차이는 고저 전달의 누적 결과이다. 이 두 성분을 따로 관리해야 굴착 중 어느 쪽을 보정할지 판단할 수 있다.

지하에서는 GNSS 신호가 차단되므로 갱내 측량은 토털스테이션과 자이로 방위각 관측에 의존한다. 자이로 관측은 방위각을 지상과 독립적으로 얻는 수단이어서 지상 기준 방위의 전달 오차를 줄이는 데 쓰인다.

갱외측량은 갱구 밖 지상에서 기준점을 설치하고 터널 입구와 중심선의 위치를 결정하는 측량이다. 이 단계의 결과가 이후 모든 갱내 작업의 출발 좌표가 되므로 가장 높은 정밀도가 요구된다.

갱내측량은 굴착 중인 갱 내부에서 중심선과 고저를 전달하고 굴착 방향을 지시하는 측량이다. 갱내에서는 시준 거리가 짧고 기기 설치 공간이 제한되므로 측점 간격과 관측 횟수를 신중하게 정해야 한다.