토목기사 요약/터널공

출제기준

2019-2021

• 조사, 암반분류
• 굴착공법
• 발파
• 지보, 보강공법
• 콘크리트 라이닝, 배수
• 특수공법
• 터널 계측 및 부대시설

조사, 암반분류

암석의 채취

♣♣ 19-1 등

회수율 $={\frac {\text{채 취 된 시 료 길 이 }}{\text{코 어 이 론 상 길 이 }}}$

$RQD={\frac {10cm{\text{이 상 회 수 된 부 분 의 길 이 합 }}}{\text{코 어 이 론 상 길 이 }}}$

RQD(%)	0-25	25-50	50-75	75-90	90-100
암질	매우불량	불량	보통	양호	우수

암석 채취 코어 배럴 크기순 나열하기(95-4) : NX > BX > AX > EX

암반분류법

09-1, 11-2

• RMR
• Q 분류법
• RQD 분류법
• 절리 간격에 의한 분류
• 풍화도에 의한 분류

RMR

♣♣♣00-2, 17-1

구성요소4. 또는 절리가 발달된 암반을 공학적으로 판단하기 위한 암질변수로 물어봄.(00-2)

1. 암석 강도
2. RQD
3. 불연속면 간격
4. 불연속면 상태
5. 지하수 상태

Q 분류법

♣♣ 04-1, 05-2, 11-1, 17-2 계산

07-2, 08-2, 11-3 각 항의 의미

$Q({\text{정 수 }})={\frac {RQD(\%)}{J_{n}}}\times {\frac {J_{r}}{J_{a}}}\times {\frac {J_{w}}{SRF}}$

• ${\frac {RQD(\%)}{J_{n}}}$ : 암반을 형성하는 블록의 크기
  • J_n : 절리군 수
• ${\frac {J_{r}}{J_{a}}}$ : 절리 전단강도
  • J_r : 절리면 거칠기 계수(Joint Roughness number)
  • J_a : 절리면 변질계수(Joint Alteration number)
• ${\frac {J_{w}}{SRF}}$ : 암반 응력상태
  • J_w : 지하수 보정계수
  • SRF : 응력 저감 계수(Stress Reduction Factor)

암반 불연속면 조사항목

3가지 (12-2)

• 절리 방향
• 절리 간격
• 절리 거칠기
• 절리 연속성
• 절리 간극(틈새 크기)
• 절리 간극 충전물

터널 막장 불연속면 파괴종류

11-2

• 평면파괴
• 쐐기파괴
• 원호파괴
• 전도파괴

블로그 그림 참고

암반 탄성계수 결정 시험

01-2, 09-2

• Jacking test(암반 평판재하시험)
• 공내 재하시험
• 동적 반복재하시험

암반 초기응력 측정방법

07-1, 11-1

• 응력 해방법
• 응력회복법
• 수압파쇄법
• AE법

기타 시험

85-1

시추공에 일정 압력의 물을 주입해서 투수계수를 측정하는 시험. 원래 암석의 투수계수를 측정하기 위해 사용되던 시험임

• 팩커시험(packer test) (=Lugeon test)

여기서 나온 계수는?(85-2, 85-3)

• Lugeon 계수

92-2

원통형 암석시편에 압축하중을 가해서 인장강도를 구하는 간접시험방법은?

• 압열인장시험(Brazilian test)

인장강도 산정식은?

$\sigma _{t}={\frac {2P}{\pi DL}}$

• P : 파괴 시 압축하중
• D : 시편 직경
• L : 시편 길이

물리탐사

5가지(03-2, 05-2)

• 방사능 탐사법
• 탄성파 탐사법
• 전기 탐사법
• 전자기파 탐사법(GPR 탐사법)
• 음파 탐사법
• 시추공 탐사법

탄성파 탐사법

암반의 탄성계수 E(99-3, 02-1, 17-1)

$V={\sqrt {\frac {E}{\frac {\gamma }{g}}}}$

• V : 압축파(P파) 속도
• γ : 암반의 단위중량
• g : 중력가속도

굴착공법

명칭 문제

상부 반단면을 일시 굴착하면 막장이 붕괴할 우려가 있을 때 우선 링 상으로 부분굴착하여 강 아치 동바리공을 세워 지지시키고, 굴진하는 굴착공법은?(96-4)

• 링 컷 공법(ring cut method)

도갱을 선진시켜 용수의 확인을 한 다음, ring 상으로 굴착, 동바리공, 복공을 행하는 방법은?(86-1)

• 저설도갱 선진링 공법(신 오스트리아식 반단면 공법)

작업능률은 낮으나 지질불량, 큰 지압이나 대용수가 예상될 때 적합한 공법. 양측벽에 따라 도갱굴착, 측벽 콘크리트 치기, 나머지 구간 굴착 순으로 진행하는 공법은?(96-3)

• 측벽도갱 선진링 공법(side pilot tunneling method)

충격식 착암기 3가지(85-1)

• 브레이커
• 픽 해머
• 픽 스틸

jack hammer, leg drill 차이 사용 용도별 구분하여 설명(88-2)

• jack hammer(sinker)
  • 하향천공용
  • 작업원이 손에 들고 작업. 수동
• leg drill(사진링크)
  • 수평 천공용
  • 모든 암반을 신속 천공
  • 저소음 저진동

jack hammer

본 터널 시공 전 본터널에서 약간 떨어진 곳에 파이럿 터널 시공하는 주 목적 3가지(♣ 93-3, 97-2)

• 버럭반출
• 재료운반
• 환기
• 배수

여굴(overbreak)량 감소방안 3가지 11-3, 17-1, 18-2

• 스무스 블라스팅 공법(폭파조절공법 채택)
• 예상 연약지반에 pre grouting
• 발파 후 빨리 숏크리트 시공
• 적절한 장비 선정
• 숙련된 작업원 활용, 기능교육 실시
• 백브레이크 발생 방지
• 적정량 폭약 사용
• 정밀 폭약 사용

수중에서 기계에 의해 다량의 암석제거하는 방법 적기(85-3)

• 준설선
• 중추식 쇄암선
• 연속충격식 쇄암기

발파

뜻풀이 문제

최적심도, 임계심도(optimum depth)(19-2)

• 분화구가 최대 체적을 가질 때의 장약 깊이.
• $N=EL^{\frac {1}{3}}\quad [m]$
  • E : 변형에너지(암석은 4 ~ 5)
  • L : 장약량(kg)

누두지수(♣19-2)

• 누두공 형상을 나타내는 지수.
• $n={\frac {R}{W}}$
  • n = 1 : 표준장약
  • n > 1 : 과장약
  • n < 1 : 약장약

용어 문제

폭약 형상에 관계없이 폭약 중심에서 자유면까지 최단거리는?(♣ 92-2, 99-4)

• 최소저항선

누두공 그림. W : 최소저항선, R : 누두반경

발파 방법, 사용 약량 등을 변화시키면서 암석, 폭약에 대한 계수를 결정하기 위한 발파는?(92-3, 96-3)

• 시험발파

시험발파 통해 구하고자 하는 것(2가지)(84-1)

• 발파계수
• 적정 장약량

발파 시 첫번 발파에 의해 자유면을 증대시켜 다음 발파를 용이하게 하기 위한 가장 중요한 발파는?(92-1)

• 심발 발파(심빼기 발파, cut out blasting)

암반굴착, 채석을 위한 대량 암석 굴착 시 굴착량당 사용폭약이 적어도 되는 경제적인 발파공법은?(89-1)

• 벤치 컷 공법

지상을 계단식으로 수평굴진하며 굴착에는 Crawler Drill, 적사에는 power shovel, 운반에는 덤프트럭을 이용하는 암석굴착 공법은?(88-3)

• 벤치 컷 공법

굴착선 따라 폭파로 예비 파괴단면을 만들어놓고 주폭파에 의한 진동, 파괴 영향을 적게 하고 여굴을 방지하려는 공법이다. 공경은 5-10cm, 천공 간격 30-60cm 정도로 한다. 이 공법은?(♣91-3, 93-3, 97-3, 00-2, 07-2)

• pre-splitting method

주굴착 폭발공과 동시 점화하고, 그 최종단에서 폭파시키는 것이 특징인 발파공법은?(88-3)

• smooth blasting

목적 파단선을 따라 조밀한 간격으로 천공, 이 천공은 장전하지 않은 채로 발파하여 인접공에 대한 발파에너지 영향으로 공열에 의해 형성된 마감면까지 파괴시키는 제어발파 공법은?(♣92-1, 06-3, 07-2)

• line drilling method

심발공(심빼기 발파공) 종류 4가지(♣04-3, 06-1, 10-3, 17-1)

• swing cut
• burn cut
• no cut
• wedge cut(V cut)
• pyramid cut

벤치컷 종류 3가지(10-1)

• long bench cut
• short bench cut
• SMB(Sato Micro Bench cut)

비산 발생원인 3 (08-1)

• 단층, 균열, 연약면 등에 의한 암석강도 저하
• 천공 잘못으로 인한 국부적인 장약공 집중
• 과다한 장약량
• 점화순서 착오로 인한 지나친 지발시간

발파 후 생긴 암덩어리가 너무 클 때 2차폭파 또는 조각발파를 하는데 3가지 방법 쓰기(12-3, 16-4)

• block boring
• snake boring
• mud capping(복토법)

mud capping 장약량(kg)

$L=CD^{2}$

• C : 발파계수
• D : 암석 최소지름(m)

발파 진동치 제어방법 3가지(96-3, 02-2)

• 화약 선택에 의한 저감
• 장약량 제한, 분할발파
• MS 뇌관 사용
• 인공자유면 이용한 심빼기 발파
• 방진공 천공으로 인한 감쇄방법

진동속도에 영향 미치는 인자 3가지(♣96-1, 99-1, 06-2)

• 장약량
• 진원으로부터 거리
• 암질, 종류에 따른 계수, 지수

폭약 종류

용어 문제

주성분은 과염소산암모니아${\ce {(NH4ClO4)}}$이며, 규산철${\ce {(Fe2SiO4)}}$, 목분, 중유 등을 조합한 분말. 다이너마이트보다 발화점 높고 충격에 둔함. 취급 위험 적으며 위력은 흑색화약의 4배. 대폭파에 좋은 폭약은?(87-3)

• 카알릿(Carlit)

질산암모늄, 연료유의 단순 혼합물. 다습한 곳에서는 사용불가 단점. 싸고 안전, 취급 간단한 폭약은?(85-1, 86-2)

• ANFO(Ammonium Nitrate Fuel Oil Mixture)

초안, TNT, 물로 미음과 같이 혼합한 것. ANFO에 비해 강력. 내수성. 용수 있는 곳에도 사용 가능한 폭약?(92-4)

• slurry 폭약

물과 수화작용에 의해 발생하는 팽창압으로 암석, 콘크리트를 파쇄하는 완화 파쇄제. 무소음, 무진동인 이 폭약은?(94-1, 94-4, 97-2)

• Calmmite(캄마이트)

전기뇌관은 지발 간격에 따라 MS, DS 뇌관으로 구분. 각 뇌관의 기폭간격은?(92-4)

• MS : millisecond : 0.001초 이상
• DS : Decisecond : 0.1초 이상

발파의 기본식

전체적으로 이해하기 ♣♣

기본식(Hauser 공식)

표준장약량(kg)

$L=CW^{3}$

• C : 발파계수

식이 어떻게 나온건가 하면...(참고)

원뿔 부피를 이용해서 나온 것임.

${\begin{aligned}V&={\frac {1}{3}}\pi R^{2}W\\&\doteqdot 1\times R^{2}W\\\end{aligned}}$

표준장약 시 R = W이므로

$V=W^{3}$

표준장약량은 분화구 체적과 비례하고, 비례상수는 C로 쓴다면

$L=CW^{3}$

1 자유면 발파계수

장약량과 변수들간 관계, 변수 의미 ♣♣93-1, 93-4, 99-1, 99-2

$C=ged\cdot f(w)$

• g : 암석 저항계수(폭파에 저항하는 계수)
• e : 폭약계수. 다이너마이트 No.1(NG 60%)가 기준(e = 1)
• d : 전색계수. 완전 전색이면 1, 그 이외는 1 이상
• f(w) : 약량 수정계수

직교 2자유면 발파

식이 달라서 이해 안 되는 부분이라 살짝 외워야할 듯. 99-4 한 문제 나옴.

압력 작용면적

$A=C_{a}WS=nd\times d$

• C_a : 암석계수
• S : 압력 작용면 주면 길이$=2(nd+d)$
• nd : 장약 길이
• d : 공정(구멍 직경)

천공길이

$D=W+{\frac {nd}{2}}$

장약량[W]

$L=\underbrace {{\frac {\pi d^{2}}{4}}\times nd} _{\text{장 약 체 적 }}\times g$

• g : 장약 비중

참고자료

• KOCW 조선대 강의자료(PDF) - 벤치발파
• 박영태 (2019). 《토목기사 실기》. 세진사. 370쪽. 

벤치컷 필요 장약량

벤치컷 모양 생각하면 됨. 쉽게 유도 가능.

♣89-1, 92-1, 94-1, 96-1, 96-5, 97-4

$L=CWSH\quad [kg]$

• S : 천공 간격(m)
• H : 벤치컷 높이(m)

천공깊이(92-1, 97-4)

$N=H+(0.1\sim 0.3){\color {red}W}$

평균값 0.2W로 계산하면 됨.

천공기 속도

♣♣♣06-2, 08-2, 19-1, 19-2

$V_{T}=\alpha C_{1}C_{2}V$

• V_T : 천공속도(착공속도)(cm/min)
• V : 표준암 천공(착공) 순속도(cm/min)

조절발파공법 종류

= controlled blasting

4가지 ♣♣ 05-2, 08-3, 12-1, 17-4

• line drilling
• cushion blasting
• smooth blasting
• pre splitting

많이 자세한 조절발파공법 설명 자료... pdf임

제어발파(smooth blasting) 실시 목적 3가지(85-2)

• 여굴 감소
• lining(복공) 콘크리트 절약
• 뜬돌(부석)떼기 작업 감소
• 낙석 위험 감소

용어 문제

마감면의 주변공을 최초에 발파하여 미리 파단선을 형성하고 잔여공을 발파하는 방법. 암반 파괴는 미리 균열된 파단선을 넘지 않아 과발파 문제점이 해결된다. 이 공법은?(91-3, 00-2)

• pre splitting

지보, 보강공법

터널 이상지압 대책공법(♣ 96-2, 98-4, 99-3)

• 압성토
• 보호절취
• 갱구 부근에 포괄 콘크리트(embrace concrete) 시공

NATM 1차 지보재 종류 4가지(♣♣ 96-5, 98-4, 04-1, 09-3, 12-3)

1. rock bolt
2. wire mesh(철망)
3. steel rib(강 지보)
4. shotcrete

터널 암반보강 강 지보재 종류 3가지(10-2)

• H형강
• U형강
• 강관
• 격자 지보(lattice girder)

굴착면 자립시간 짧은 지반에서는 터널보조공법을 적용한다. 4 종류를 쓰시오.(♣ 98-3, 00-3, 01-1, 16-4)

• rock bolt
• shotcrete
• fore poling(Youtube)
• grouting
• 강관 다단 grouting

토사지반 천단 안정공법 3가지(12-2)

• fore poling
• 강관 다단 grouting
• 우레탄 보강공법
• 약액 주입공법(LW 보강공법)

rock bolt, shotcrete를 제외한 4가지 암반보강공법(05-3)

• fore poling 공법
• 그라우팅 공법
• 강관 다단 그라우팅 공법
• pipe roof 공법

pipe messer 공법 장점 4가지(98-1)

• 무소음, 무진동
• 여굴, 복공량 적음
• 막장 단면 급변화에 적용 가능
• 안전, 숙련공 필요 없음.
• 연약지반, 보통 토사지반에도 적용 가능.

용어문제

막장에서 전방 원지반 내에 볼트, 단관파이프 등 보조재를 삽입, 천단 지지와 원지반 이완방지를 하는데 이때 설치하는 것을 무엇이라 하는가?(12-1)

• fore poling

터널, 지하구조물 보조공법으로, 굴착에 앞서 강관을 수평으로 터널 주위에 미리 삽입, 이것을 지붕(roof)으로 사용하면서 지보 역할도 할 수 있게 하는 굴착공법은?(94-3, 95-3, 97-2)

• pipe roof 공법

숏크리트(shotcrete)

건식법 특징(18-2)

• 많은 분진발생
• 반발(rebound)량이 많음.
• 작업원 숙련도에 따라 품질이 좌우됨.

락볼트

락볼트 인발시험 목적(18-1)

• 인발내력 측정
• 시공 후 정착효과 판정
• 락볼트 종류 선정

락볼트 정착형식 3 (♣00-5, 08-2, 10-1)

• 선단정착형
• 전면접착형
• 혼합형

특수공법

용어 문제

물 속 또는 지하수면 아래에 터널 굴착을 위해 터널 일부를 케이슨 제작, 물에 띄워 예항한 뒤, 침하시켜 가설 부분과 연결, 되메우기한 다음 물을 빼서 터널을 구축하는 공법은?(♣ 88-3, 96-2)

• 침매공법

지하철 공사 시 큰 강을 지하통과할 때는 개착식과 터널식이 있다. 개착식 공법 중 수심 낮은 곳에 채택되는 방법으로, 서울 지하철 5호선에 사용된 공법은?(♣ 93-1, 94-2)

• double sheet pile 공법

용수 동반하는 연약지반에 터널을 만들기 위한 공법. 본래는 하천, 바다 밑 연약지반, 대수층 지반에 대한 터널공법으로 개발된 것으로, 최근 도시터널 시공에도 이용되는 공법은?(♣ 93-2, 97-4)

• shield 공법

터널 외형 단면 크기 강제 통이나 틀을 굴착진행방향에 따라 설치한 뒤 잭에 의해 압입해 나가는 연약지반 터널굴착공법은?(89-1) 후방에선 조립된 아치를 1차 라이닝으로 사용(96-2)

• shield 공법

상하좌우 boom대를 이동하여 굴착하는 공법은?(93-2) 남산 1호 터널공사에서 2차 투입(96-4)

• road header

road header

하저 통과 터널식 공법 3가지(93-4)

• shield 공법
• NATM 공법
• 침매공법
• 잠함공법(pneumatic caisson method)

NATM

♣♣♣ 93-1, 94-2, 00-4, 07-1, 09-1, 10-3

일상의 시공관리 위한 계측항목 3가지

• 갱내 관찰조사
• 내공변위 측정
• 천단침하 측정
• rock bolt 인발시험

굴착 직후 설치하는 계측장치 4가지(94-1)

• 내공변위 측정기
• 천단침하 측정기
• rock bolt 인발시험기
• 지중변위 측정기

용어 문제

터널 벽면 간 변위, 변위 최대치, 변위 속도 등을 측정할 수 있어 주변 지반의 안정, 설계형태(pattern)의 적성 등의 판단자료로 활용할 수 있는 것은?(02-1)

• 내공변위

침매공법

침매공법 우수한 점 3가지(97-3)

• 단면 형상 자유롭고 큰 단면 시공 가능
• 수심이 매우 깊어도 시공 가능
• 육상 제작하므로 터널 본체 신뢰성 높음.

TBM

TBM 장점 4가지(♣ 86-1, 86-2, 87-3)

• 주위지반 이완이 적다
• 복공(lining) 두께를 얇게 할 수 있다.
• 지보공 절약
• 낙반 적고 작업자 안전성 높음
• 여굴 적음
• 노무비 절약
• 공기오염 적음

공사중 터널의 환기

94-3, 00-2

• 배기식
• 송기식
• 흡인식

터널 부대시설

방재시설(17-2)

• 소화설비 : 소화기, 소화전, 물 분무 소화설비
• 경보설비 : 긴급전화, CCTV, 터널진입차단설비
• 피난대피시설 : 비상주차대, 피난연결통로
• 제연설비
• 비상전원설비

참고자료 : 국토교통부 - 도로터널 방재시설 설치 및 관리지침