굴착
굴착(掘鑿, excavation)은 토양이나 암석을 일정한 장소에서 파내고 다른 장소로 옮기는 작업을 말한다. 공업적으로는 천공ㆍ발파로 하는 방법과 굴착기를 사용하는 방법으로 구별되고 있다. 구조물의 기초 또는 지하부분을 시공하기 위하여 지표면 이하의 지반을 굴착하여 소요의 공간을 조성하기도 한다.
굴착공사는 지반을 파는 작업이며 , 지반의 토질에 따라 크게 토사굴착과 암굴착으로 나눠지고, 암굴착은 풍화암 , 연암 , 경암 굴착으로 세분화된다. 굴착은 지반의 조사 및 구조물 시공을 목적으로 행해지며 흔히 굴착과 사면절취는 구별 없이 통용되고 있으나 굴착은 조사 및 구조물 설치를 목적으로 지반을 파는 것이며, 사면절취는 도로나 철도 건설 , 택지 조성 등을 하면서 평지를 만들기 위해 지장이 되는 언덕이나 사면을 깎아내는 것이다 .
최근에는 사회간접자본(SOC)의 확충 및 지하공간 이용의 극대화에 따라 대형 굴착공사들이 많아져 대형 무너짐 재해 위험이 높아져 가고 있는 추세이다. 또한 굴착공사는 작업 중 사고가 발생하게 되면 인명 피해는 물론 주변 건물 , 지하 매설물 등에 막대한 피해를 동반해 사회문제를 야기하기도 한다.
목차
지반 굴착 공법의 종류와 특성[편집]
사면개착공법 (Slope Open Cut)[편집]
개착공법은 굴착 부지의 여유가 있는 경우 흙막이 벽체와 지보공 엇이 안정된 사면을 유지하며 굴착하는 공법으로 비교적 큰 평면을 가지고 굴착심도가 작은 경우에 유리하다.
- 장점
- - 대형장비의 사용이 가능하여 공기를 단축할 수 있다.
- 단점
- - 굴착시 비탈을 츃므로 대지에 여유가 필요하다. 특히 지반이 양한 경우에는 비탈면의 각도가 느슨하므로 넓은 면적이 필요하다.
- - 굴착 면적에 비해 굴착 깊이가 깊은 경우에는 굴착이나 되메욱 토량이 많아져 공사비가 증가한다.
버팀보식 개착공법 (Strut)[편집]
굴착 벽면에 흙막이벽을 설치하고 이것을 버팀대 , 띠장 등의 지복공으로 지지하며 굴착을 진행해가는 공법이다.
- 장점
- - 재료의 압축강도 그 자체를 이용하여 지지하기 때문에 작용하는 응력 상태를 확인하기 쉬우므로 안전관리에 유리하다.
- - 재질이 신뢰되며 시공이 간편하여 가장 많이 채용되고 있는 공법이다.
- 단점
- - 굴착 평면의 크기와 형상에 제한을 받게 된다 ( 일반적으로 일변의 길이가 50m 정도가 한도임 ).
- - 강재의 수축이나 접합부의 유동이 크다.
어스앵커 (Earth Anchor) 식 개착공법[편집]
이 공법은 버팀대 대신으로 굴착 주변 지반 중에 어스앵커를 설치하여 흙막이벽에 작용 하는 외력을 받도록 하는 공법으로 , 굴착 깊이가 복잡하며 대지에 경사가 있는 등 버팀대 설치가 곤란한 경우에 적합하다.
- 장점
- - 버팀대 등의 장해물이 없으므로 굴착작업이나 지하 구체공사 등의 작업 능률이 좋다 .
- - 지하 구체나 바닥과 기둥의 위치에 관계없이 앵커를 설치할 수가 있다.
- - 굴착 평면이나 단면의 형상에 제약을 받지 않는다.
- 단점
- • 앵커를 정착시키는 지반이 적당한 위치에 필요하게 된다.
- • 차수벽일 경우에는 시공 시 누수 현상이 발생한다.
- • 앵커가 대지 외에 시공되는 경우에는 사전에 소유자의 동의를 구할 필요가 있다.
역타공법 (Top-Down)[편집]
역타공법 (Top-Down) 이란 지하층 외부 옹벽 (Diaphragm Wall, Slurry Wall) 을 본체 구조물로 사용하고 지하층 기둥은 현장 타설 말뚝으로 충분한 지내력을 받을 수 있는 지층까지 시공 한 후 지하층의 슬래브 (Slab) 및 빔 (Beam) 을 연속벽과 연결하며 토공과 병행하여 단계적으로 상부에서 하부로 내려감과 동시에 지상 구조물 공사를 실시하는 역타공법을 의미한다.
역타공법은 영구 벽체 및 슬래브를 완성하며 굴토하므로 타 공법보다 인접 지반의 변형을 최소화해 안전성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 지하 연속벽 자체의 차수성만으로도 외벽 수위가 급격히 저하되어 생기는 침하에 대한 영향이 거의 무시되므로 연약지반 및 인접 건물이 밀집된 도심지에서 깊은 굴착을 요할 시에 매우 효과적인 공법이다.
- 장점
- - 지하 연속벽 자체의 차수성 및 강성만으로도 인접 지반 변형을 최소화하므로 침하에 대한 영향이 거의 없다 .
- - 1 층 바닥 슬래브 선시공으로 동절기나 우기 시에도 하부층 시공이 용이하며, 공사작업장으로 이용 가능하여 시공성이 우수하다.
- - 상부 구조물 시공을 지하 구조물과 동시에 수행하므로 공기 단축이 가능하다 .
- 단점
- - 지하층 공사 시 수직작업 공간이 협소하고 제약이 많아 작업 능률이 저하된다 .
- - 지하 굴착공간의 환기 등 작업 환경이 상대적으로 열악하다 .
- - 타 공법에 비해 세심한 사전계획이 필요하다 .
터널 굴착방법 종류[편집]
굴착 방법을 결정하는 방법[편집]
터널 노선이 통과하는 지역의 지반조건이나 터널 단면의 형상, 지장물이나 지상 구조물에 미치는 영향을 고려하여 결정한다. 시공 중 막장, 굴착면, 주변 침하 영향을 고려하여 결정한다. 공사기간, 동원장비, 경제성, 시공성, 안전성 등을 고려하여 결정한다. 지반조건에 따른 굴착 공법을 결정한다.
굴착공법 종류 및 장단점[편집]
전단면 공법[편집]
소단면에서 일반적인 공법이며 양호한 지반에서는 중단면 이상 사용이 가능하다. 암질이 양호하여 암반 자체가 가지고 있는 지보력이 크고 막장의 자립 시간이 길 경우에 적합하다. 굴착에 따른 응력의 재배치가 한 사이클에 완료돼서 이론적으로는 NATM 공법 지보 특성에 가장 적합한 공법이다.
막장이 균일하므로 작업이 단순하고 한꺼번에 전단면을 보강하기 때문에 조인트 부분의 시공불량을 방지할 수 있다. 하단부 굴착시에는 발파로 인한 상부 보강의 파손 우려가 적다. 기계화에 따른 빠른 시공에 적합하다. 버럭 처리가 쉽다.
분할 굴착공법[편집]
- Long Bench Cut 공법 - 비교적 양호한 지반에서 중단면 이상의 일반적인 시공법이다. 상반, 하반의 병행작업이 가능하고 일반적인 장비의 사용이 가능하다. 경사로를 만들지 않으면 버럭을 두 번 적재하여야 한다.
- Short Bench Cut 공법 - 보통 지반에서 중단면 이상의 일반적인 시공법이다. 굴진 도중에 지반이 바뀔 경우 대처가 쉽다. 일반적인 장비의 사용이 가능하다. 상반 작업공간이 좁아서 불편하다. 상, 하반 분할 작업으로 작업 사이클 간의 균형을 맞추기 어렵다.
- Mini Bench Cut 공법 - 연약한 지반에서 중, 소 단면일 경우에 사용한다. 팽창성 지반이나 토사지반에서 인버트 구간의 조기 폐합이 필요할 시에 사용한다. 인버트 조기 폐합이 가능하고 침하를 최소로 억제가 가능하다. 시공범위가 한정되고 Short Bench에 비해서 가격이 비싸다.
- Multi Bench Cut 공법 - 중단면 이상에서 막장의 자립성이 극히 불량한 경우에 사용한다. 상반 굴 차꼬가 너무 커서 적용 장비의 굴착 범위를 넘는 경우에 적합하다. 버럭의 안전성 확보가 쉽고 대단면에서도 일반적인 장비의 운용이 가능하다. 버럭 굴착이 막장면에서 중복되고 일반적으로 Short Bench 공법보다 변형이나 침하가 크다.
- Invert 공법 - 중단면 이상에서 Bench의 길이를 크게 하며 지반의 변형을 적극 억제하는 경우에 사용한다. 풍화암 또는 그 이하의 지반상태에 적합하다. 상반 Bench 길이를 크게 하여 작업공간을 넓게 사용이 가능하다. 상반 시공 속도가 느리다. 별도의 인버트 숏크리트가 필요하여 비용이 비싸다.
- 측벽선 진도 갱 공법 - 대단면에서 지반이 비교적 불량한 경우에 사용한다. 침하를 극소화할 필요가 있을 때 적합하다. 대단면 시공 시 침하를 최소화하고 용수가 많은 경우에는 측벽도 갱으로 배수가 가능하다. 대단면에서 막장의 안전성을 확보하기 좋으며 도갱 내벽 철거에 시간과 비용이 소요되고 공사비가 비싼 편이다.
전단면 굴착과 반단면 굴착의 차이점[편집]
전단면 굴착은 음질이 양호하여 암반 자체가 가지고 있는 지보력이 커서 막장의 자립 시간이 길 경우에 주로 사용한다. 굴착에 따른 응력의 재배치가 한 사이클에 완료돼서 이론적으론 NATM 공법 지보에 가장 알맞은 공법이다. 막장이 단일하므로 작업이 단순하다. 한꺼번에 전단면을 보강하므로 조인트 부분의 시공불량을 막을 수 있다. 하단부 굴착시에 발파로 인한 상부 보강의 파손될 가능성이 적다. 기계화에 따른 빠른 시공이 가능하다. 버럭 처리 작업이 쉽다.
반단면 굴착은 음질이 비교적 불량하여 막장의 자립 시간이 비교적 짧을 경우에 주로 사용한다. 하부 굴착시에 상부 1차 보강의 파손될 위험이 있다. 상하부 보강 조인트 부분의 시공 불량이 일어날 수 있다. 버럭 처리 작업이 어렵다. 작업 과정이 복잡하여 공기단축에 있어서 불리하다.
산업재해 발생형태[편집]
- 굴삭기 항타기 덤프트럭 등 차량계 건설기계에 의한 끼임
- 굴착 작업시 토사 무너짐
- 버팀대 등 흙막이 장비 토석 떨어짐
- 흙막이 가시설 등 중량물 운반시 떨어짐 또는 부딛침
- 작업장 내에서 이동 중 미끄러지거나 걸려 넘어짐
- 적재된 H빔 등 적재물 무너짐으로 인한 깔림
- 도로 등 구간에서 작업 시 도로에서 교통사고 발생
참고자료[편집]
- 〈굴착〉, 《용어해설》
- 크리스, 〈(건설기초안전교육) 굴착공사〉, 《네이버 블로그》, 2019-03-03
- 터널과 습관, 〈굴착방법의 종류 장점 단점 :: 터널과 습관〉, 《티스토리》, 2020-05-25
같이 보기[편집]
