갱구부 설계

정의

갱구부 설계는 터널 입구와 출구 주변의 지반, 사면, 지보를 안정시키는 설계다.

지형과 지층을 검토해 갱문, 보강, 배수, 비탈면 처리를 정한다.

핵심어는 토피고, 비탈면 안정, 지반 보강, 지하수 처리다.

설계 검토 순서

설계는 지형·지질 조사에서 시작한다. 토피와 풍화 깊이를 먼저 확인한다.

다음은 축선 배치, 비탈면 안정 검토, 지반·배수 보강 순서로 이어진다.

시공은 가시설을 먼저 세우고 배수로 지하수위를 낮춘 뒤 갱문과 옹벽을 만든다.

두 가지 원리

첫째, 굴착으로 토피가 줄고 절토 사면의 응력이 풀려 지반이 이완된다.

둘째, 강우와 지하수가 침투해 간극수압이 올라 전단강도가 떨어진다.

사면 안정은 안전율 Fs로 본다. 안전율이 1.0 이하면 활동이 일어날 수 있다.

그래서 설계에서는 1.0보다 충분히 큰 안전율을 확보한다.

계산 예

갱구 앞 사면의 안전율은 전단강도를 전단응력으로 나눈 값이다.

전단강도가 60kPa, 전단응력이 40kPa인 경우를 계산해 보자.

두 값을 넣어 계산해 보자. 답은 보기에서 고른다.

다만 우기에 간극수압이 늘면 전단강도가 줄어 안전율이 1에 가까워질 수 있다.

정리

갱구부는 토피, 지반, 비탈면을 하나의 거동계로 보고 설계한다.

흔한 실수는 본선 지보패턴을 그대로 쓰거나 용수 대책을 빼는 것이다.

앞 문제의 답은 1.5다. 1을 넘으므로 활동 여유가 있다.