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유신기술회보 _기술자료
김선홍1) 문연오2) 정건웅3) 김기림4) 이영준5) 김찬동6)
1. 개요
2. 국내건설기준 및 체계
3. 터널관련 주요 설계기준 개정사항
4. 편람 및 방침변경사항
5. 결론
1) 지반터널부 전무, 공학박사, 화약류관리기술사([email protected]) 2) 지반터널부 이사([email protected])3) 지반터널부 이사([email protected])
4) 지반터널부 부장, 토질및기초기술사([email protected]) 5) 지반터널부 부장([email protected]) 6) 지반터널부 차장([email protected])
To design railroad tunnel in Korea, it is important to understand laws, regulations, and
design criteria, as well as to adopt previous experiences about design and construction to
current design reasonably.
Especially, due to rapid development of tunneling technology and overseas expansion of
construction market, the revisions of the design criteria are made every 1 or 2 years, which
is much more frequently done compared to the past. In the past, revision had made every 6
years on the average.
Moreover, railroad design guidelines and manuals(KR CODE 2012) can be revised at
any time because of introducing international standards about code system. As a result it is
very important to understand up-to-date standards and apply them to railroad tunnel
design.
This report presented up-to-date standards and guidelines of September 2014 about
railroad design, and can be a reference for establishing systematic railroad standards and
design techniques.
철도터널설계를위한최신기준및방침사항에대한고찰
Review on the Technical Manual for Railway Tunnel Design
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기술자료
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1. 개요
국내철도터널설계를위해서는2014년현재상위
법(철도건설법/철도안전법, 시행령, 시행규칙), 중앙
건설기술심의대상인기준및시방서(터널설계기준,
철도설계기준, 철도시방서), 하위기술기준(지침, 편
람, 요령)과더불어설계·시공사례등을통하여축
적된방침사항에대한이해및적용이무엇보다중
요하다.
상기제시된법률, 기준, 방침사항등은한번제정
되면변경되지않는사항이아니라건설기술발전이
나설계·시공등을통한개선등에따라지속적으
로개정되는사항으로, 설계시에는반드시최신기준
에대한적용이필요하다.
특히, 국내터널기술의급속한발전이나해외건설
시장개방에따라, 합리적인기준수립을위한개정
주기가과거평균6년에서1~2년으로짧아지고있
으며, 국제표준방식의코드체계를도입한“철도설계
지침및편람(KR CODE 2012)”의구축으로인해
세부코드단위별상시개정이가능해짐에따라, 최
신기준에대한이해및적용이무엇보다중요하다.
따라서, 본고에서는철도와관련된 2014년 9월
현재최신기준, 방침등에대하여고찰하였으며, 이
를통하여체계적인철도제반기준및설계기술정
립에참고자료가되었으면한다.
2. 국내건설기준및체계
2.1 국내설계기준 현황
건설공사기준은[그림1]과같이건설관련법인법
률, 규칙, 시행령과중앙건설기술심의대상인설계
기준 및 시방서(표준시방서, 전문시방서, 공사시방
서), 학·협회및발주기관자율정비에의해작성되
는 하위기술기준(지침, 편람, 요령, 기술지도서, 표
준도등)이있다.
이중설계기준및시방서는건설기술의전문화에
따라종류가지속적으로증가중에있으며('80년 15
종 '96년 22종 '13년 50종), 현재설계기준 21종,
[그림 1] 건설기준 체계
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철도터널 설계를 위한 최신기준 및 방침사항에 대한 고찰
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시공기준29종으로총50종을운영중에있다.
2.2 건설공사기준 code
우리나라는 현재 약 23개의 기준 관리주체들이
제각각기준을관리하고있음에따라기준간중복
및상충되는문제가발생하고있으며, 각기준들의
평균 개정주기가 약 6년으로 길어 신기술·신공법
반영 등의 신속한 제·개정이 이루어지지 않아 제
기준들에대한전반적인관리체계개선이필요하다.
반면, EU(Eurocode) 미국(MasterFormat),
중국(GB) 등해외주요국가들은설계기준및시공
기준별로고유명칭과식별번호를갖춘표준화된코
드체계를구성하여운영하고있다.
이에, 국토교통부에서는 건설공사기준 코드체계
를고시하여(국토교통부고시제2013-640호), 향
후 3년간('14~'16) 기준에대한통폐합및정비수
행후, 16년 이후건설기준을성능중심으로개편할
계획에있다.
건설공사기준코드는[표1]과같이설계기준코드
체계(Korean Design Standard: KDS)와시공
기준 코드체계(Korean Construction Specifi-
cations : KCS)로구분하고, 설계기준코드는대분
류18개, 중분류89개, 소분류173개로, 시방기준은
대분류18개, 중분류108개, 소분류 299개, 세분류
62개로구분하였다.
2.3 국내 철도설계기준
철도설계는국내기준체계에따라[그림2]와같이
철도건설법/안전법, 철도건설규칙이있으며, 상위법
에관하여필요한사항들을정한철도의건설기준에
관한규정과철도시설기술기준및철도설계기준이
있다.
또한, 한국철도시설공단에서는사용상편의증대,
건설기준의전문성과연계성확보, 제·개정이력내
용의체계적관리가가능하도록2012년에철도설계
지침및철도설계편람을국제화방식의넘버링코드
체계를 도입한 KR code로 개편 작성하였다. KR
code 2012는토목궤도, 건축, 전철전력, 신호제어,
정보통신분야의 Tree형구성으로나누고공종별,
항목별로각분야별내용에식별번호를붙여5개분
야, 50개공종, 242개코드로체계화시킨것으로
경제적인설계, 시공측면과신기술사용에유연하면
서 이용자를 고려한 건설계획 수립에 중점을 두었
다.
구 분 현 행 개선(안)
기준 형태 설계기준 21종, 시공기준 29종 설계기준 통합코드(KDS), 시공기준 통합코드(KCS)
작성방식 획일적인 재료 및 공법을 선정하는 규격중심 자유롭게 재료 및 공법 적용 가능한 성능중심
개정주기 기준별 평균 6년 주기(평균 개정기간 26개월) 코드단위별 상시 업데이트
[표 1] 건설공사기준 code 개선방향
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[표 2] ‘철도시설의 기술기준’제정 현황
[그림 2] 철도 건설관련 기준 체계
2.4 철도안전관련 기준
철도터널방재시설계획에대한사항은소방관련
법령에서예외로하고있으며, 철도시설에대한국
내 방재기준에는 상위법“철도안전법(법률 제
12648호-2014.8.22)/동법시행령/동법시행규칙
('14.5.23)”및 하위법“철도시설의 기술기준
('14.3.10)”이하“기준”이있다.
•제정배경
- 철도안전 인증제도 개편과 관련하여「철도안전법」제25조 개정에 따른 후속조치로 제정
*‘14.3.19부터 폐지
•주요 제정내용
<고속·일반·광역철도시설>
- (안전성 검증) 1㎞ 이상의 본선터널, 역시설 및 신호제어설비는 안전성 분석을 거쳐 철도운영자 등 5인 이상
해당전문가 검증(안 제4조∼10조)
- (소방시설) 소방법에 준용하되 안전성 분석 결과에 따라 설치(안 54조, 제62조 등)
- (정밀안전점검) 정밀안전점검시 객관성 확보를 위하여 전문안전기관 의뢰(안 제115조)
<도시철도시설>
- (정밀안전점검) 고속·일반·광역철도시설 준용(안 제200조)
<현 행> <제정>
철도시설 안전기준에 관한 규칙(부령 제356호, ‘11.6.7)
철도시설 안전세부기준(고시 제2011-414호, ‘11.8.13) ⇨ 철도시설의 기술기준
도시철도시설안전기준에관한규칙(부령 제152호, ’09.8.13) * 시행일 :‘14.3.19
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철도터널 설계를 위한 최신기준 및 방침사항에 대한 고찰
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3. 터널관련주요설계기준개정사항
3.1 콘크리트 구조설계기준(2012)
콘크리트구조기준은불합리한내용의수정및최
신연구결과등을반영하고자3~4년의주기로설계
기준을개정해왔다. 이에1995년 7월한국콘크리
트 학회가 콘크리트구조설계기준과 콘크리트 표준
시방서 관리주체로 지정되어 1999년에 토목/건축
통합기준으로콘크리트구조설계기준이제정되었으
며, 2003년에SI단위및소폭의오류를수정한1차
개정이 이루어졌다. 2007년 2차 개정에서는 ACI
318-95에근거하고있고다소시대에뒤떨어진기
준에대하여ACI 318-02/05, Eurocode등설계
이론을반영하였으며, 2012년에 ACI 318-08 등
최신기준과 ISO 19338:2007 기준의성능요구사
항을만족하도록3차로개정되어현재적용되고있
다.
이에따른국내철도터널의방재관련법령및기
준에대한적용흐름은[그림3]과같으며, 『철도시설
의 기술기준』제3조(적용범위)에서는 다음과 같이
건설규칙과 방재기준의 우선순위를 명시하고 있으
므로관련내용의명확한이해와함께설계적용이
이루어져야한다.
[그림 3] 철도터널 방재관련 국내 법령 및 기준
[표 3] ‘철도시설의 기술기준’제정 현황
제3조(적용범위) 이 기준은 철도시설관리자가 철도시설을 설치 또는 점검·보수 등 유지·관리하는 경우에 대하
여 적용하며, 도시철도는 직류 1천 500볼트의 전원을 공급받는 중량전철(도시전철용 전동차)의 도시철도시설
에 적용한다. 다만, 고속·일반·광역철도시설 건설기준은「철도건설규칙」및「철도의 건설기준에 관한 규정」,
도시철도시설 건설기준은「도시철도 건설규칙」을 따라야 하며, 이 기준보다 우선한다.
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[표4]는터널설계를위한콘크리트구조기준의주
요한개정사항을정리한것이다.
하중조합은2007년개정된주요규정중하나로,
콘크리트구조물및강구조물의주요하중조합에서
고정하중및활하중계수를 1.4D+1.7L에서 1.2D+
1.6L로통일하여적용하였고토피의두께에따른보
정계수를적용하도록개정되었다.2012년기준에서
는2007년기준을대체로수용하되, 수평하중이작
용하지않아고정하중이지배적인경우와지진의영
향을고려하는경우의하중조합이소폭변경되었다.
또한개정된하중계수가감소함에따라안정성을확
보하기 위해 2007년 기준에서는 강도감소계수를
대체로감소시켰으며, 2012년기준에서도동일하게
적용하였다.
터널구조물의철근량산정에상당한영향을미치
던 균열기준은 종전의 휨 균열폭을 직접 산정하여
허용균열폭과 비교하는 방법에서 2007년 기준의
경우철근의수량, 간격, 최소피복두께등을고려하
여콘크리트구조물에발생할수있는균열을제어
하도록변경하였고, 시공중혹은준공후에발생할
수있는균열에대해서는부록에수록된「균열의검
증」규정을따르게하였으며,2012년기준에서는구
조물의주변환경을고려하는방법으로일부보완되
었다.
2012년개정기준에따르면무근콘크리트구조물
의설계에서도새로운접근법이필요하다. 2003~
2012년개정기준은「콘크리트구조물의설계는이
구조기준에서 제시한 강도설계법을 적용하는 것을
원칙으로한다」고명시하고있다. 무근콘크리트구
조물에 구조기준과 부합하는 강도설계법을 적용해
야하지만, 터널설계시무근콘크리트구조물에허
용응력설계법(ASD)을 적용해 온 것은 2003년 기
준의「부록Ⅰ별도설계법」과 2007년 기준의「부록
Ⅰ대체설계법」, 「부록Ⅶ허용응력에의한라멘접합
부근사해법」의규정에근거하는데, 구조기준이발
행되는시점에서이미시행중인설계용역이나건설
공사에 당분간 사용할 수 있는 유예규정이라 하겠
다.
이러한유예규정중허용응력설계법은2012년개
정기준과함께완전히삭제되고, 라멘접합부설계
는깊은보, 브라켓등응력교란영역에대한합리적
인설계규정인스트럿-타이모델설계법으로대체
되었는데, 신뢰성이론에따른한계상태설계를기반
으로설계기준의표준화가진행됨에따라당연한과
정으로보인다.
따라서무근콘크리트구조물에대한설계와시공
은구조물의거동특성과기능등을감안하여구조기
준에적합한2012년개정기준의「구조용무근콘크
리트」규정을적용하여야한다. 그러나무근콘크리
트부재는내부응력의발생을억제하기위해충분
할정도로작게시공하거나수축줄눈등에의해보
다더작은요소로나누어서시공하여휨불연속상
태를형성하여야하며, 그렇지않으면크리프, 건조
수축, 온도영향에의한임의의균열이구조적성능
에영향을미치지않거나이러한균열이구조적성
능의허용범위내에있도록하여야하는등시공및
설계의 제약조건이 많아 이에 대한 검토가 필요할
것으로판단된다.
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철도터널 설계를 위한 최신기준 및 방침사항에 대한 고찰
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구분 2007년도 개정 2012년도 개정
하중
조합
① 1.4(D+F+Hv)
② 1.2(D+F+T)+1.6(L+αHHv+Hh)+0.5(Lr or S or R)
③ 1.2D+1.6(Lr or S or R)+(1.0L or 0.65W)
④ 1.2D+1.3W+1.0L+0.5(Lr or S or R)
⑤ 1.2D+1.0E+1.0L+0.2S
⑥ 1.2(D+F+T)+1.6(L+αHHv)+0.8Hh+0.5(Lr or S or R)
⑦ 0.9D+1.3W+1.6(L+αHHv+Hh)
⑧ 0.9D+1.0E+1.6(L+αHHv+Hh)
① 1.4(D+F)
② 1.2(D+F+T)+1.6(L+αHHv+Hh)+0.5(Lr or S or R)
③ 1.2D+1.6(Lr or S or R)+(1.0L or 0.65W)
④ 1.2D+1.3W+1.0L+0.5(Lr or S or R)
⑤ 1.2(D+Hv)+1.0E+1.0L+0.2S+(1.0Hh or 0.5Hh)
⑥ 1.2(D+F+T)+1.6(L+αHHv)+0.8Hh+0.5(Lr or S or R)
⑦ 0.9(D+Hv)+1.3W+(1.6Hh or 0.8Hh)
⑧ 0.9(D+Hv)+1.0E+(1.0Hh or 0.5Hh)
탄성
계수 여기서, fcu = fck +8(MPa) 여기서, fcu = fck +(4~6)(MPa)
강도
감소
계수
•인장지배단면 : 0.85
•압축지배단면
- 나선철근 보강 : 0.70
- 기타 : 0.65
•전단력 및 비틀림모멘트 : 0.75
•콘크리트 지압력 : 0.65
•스트럿-타이 모델의 절점부 및 지압부 : 0.75
•무근콘크리트의휨모멘트, 압축력, 전단력, 지압력 : 0.55
2007년 개정과 동일
균열
검토
철근중심간격 s
Min [s = 375( )-2.5cc, s = 300( )]210
fs
210
fs
철근중심간격 s
Min [s = 375( )-2.5cc, s = 300( )]kcr
fs
kcr
fs
부록
Ⅰ대체설계법/Ⅱ내진설계/Ⅲ스트럿-타이
Ⅳ콘크리트용 앵커/Ⅴ균열의 검증/Ⅵ장방형 슬래브
Ⅶ허용응력에 의한 라멘 접합부 근사해법
Ⅰ스트럿-타이/Ⅱ콘크리트용앵커/Ⅲ균열의검증
Ⅳ장방형슬래브/Ⅴ기존구조물의안정성평가세부사항
Ⅵ성능기반설계기본고려사항
D:고정하중/L:활하중/W:풍하중/Lr:지붕활하중/S:적설하중/R:강우하중/Hv:흙,지하수등에의한연직방향하중
Hh : 흙, 지하수등에의한수평방향하중 / T : 부동침하, 크리프, 건조수축및온도변화 / E : 지진하중 / F : 유체압
토피보정계수(aH) : 토피(h) ≤ 2m ⇒ aH = 1.0
2m < h < 7m ⇒ aH = 1.05-0.025h
h ≥ 7m ⇒ aH = 0.875
tc : 최외단 철근의 표면과 콘크리트 표면 사이의 콘크리트 최소 피복두께(mm)
cc : 인장철근이나 긴장재의 표면과 콘크리트 표면 사이의 최소 두께(mm)
fs : 사용하중상태에서 인장연단에서 가장 가까이 위치한 철근의 응력(MPa)
kcr: 건조환경 = 280, 그 외의 환경 = 210
[표 4] 주요개정사항
8,500×3 fcu 8,500×3 fcu
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3.2 철도설계기준(노반편)
철도설계기준은 기존철도 및 일반철도의 열차속
도를200km/h 이상의속도로증속시키는데필요
한기준을정립하고, 일반철도와고속철도로구분되
어있는설계기준을체계적이고일원화된기준으로
통합관리하며, 변경된철도관련상위법령, 설계기
준, 시방서등의개정사항을반영하기위하여2011
년 12월개정되었으며, "철도건설경쟁력확보를위
한제반연구" 등의성과등을반영하여2013년에추
가개정되었다[(표5] 참조).
특히, 가축에대한발파진동기준은환경부규제기
준 적용에 의하여 진동레벨(㏈(V))로 관리됨에 따
라, 계측시진동레벨을포함한계측수행을통하여
진동레벨과진동속도(cm/sec)환산에따른오차및
혼란을방지하였다.
또한, 터널콘크리트라이닝은교량과달리설치위
치의특성상상부에열차하중이재하되는구간이없
으므로콘크리트구조기준에준하여설계토록명시
하였다.
[표 5] 주요개정사항
[표 12.9.1] 구조물 손상기준 지반진동 허용치
항목 내 용 비 고
시추공간격조정
실시설계 50~200m 간격⇨50~100m 간격으로 조정(파쇄대 등 지층이 불규칙한 경우는 증감)
발파
진동
기준
④ 발파지점 주변에 지반진동으로부터 보호하여야 할 시설물이나 구조물이 있는 경우, 대
상 시설물 위치에서의 지반진동허용치는 최대입자속도를 기준으로 [표 12.9.1]에서
정한 값을 준용하여 설계한다. 단, 현장의 적정 주파수 대역 미파악시에는 보수적인
기준치를 적용할 수 있다.
⑥ 발파지점 주변의 주민에 대한 생활 공해방지를 위한 지반진동 허용치는 환경부 제정
「진동과 소음에 관한 규정」을 준용하여야 한다. 단, 가축사육장, 양식장, 정밀기계공장
등에 대한 인접공사의 경우에는 해당 전문가의 자문이나 기존 판례를 고려하여 발파진
동 허용치를 정하여야 하며, 계측시에는 진동레벨을 포함하여 계측하여야 한다.
강지보재
재질
H형강, U형강의 재질은 KS D3503에 규정된 SS 300B 또는 KS D3515에 규정된SM 400, 격자지보의 재질은 KS D3504에 규정된 SD500W 를 표준으로 하며, 필요시 이와 동등 이상의 성능을 발휘하는 구조용강재로 하여야 한다.
강지보재 재질
기준 마련
지하구조물
설계
(1) 설계하중지하구조물 설계시 상부에 열차하중이 재하되지 않고 노면 활하중이 도로하중인 경우의하중계수 및 하중조합은「콘크리트구조기준(2012) 3.3.2항」에 따른다.
구 분
구조물형 식
문화재 및지반진동예민구조물
조적식(벽돌,석재등) 벽체와 목재로 된 천장을가진 구조물
지하기초와콘크리트슬래브를 갖는조적식 건물
철근콘크리트골조 및 슬래브를 갖는 중소형
건물
콘크리트,철근골조 및슬래브를
갖는 대형건물
구조물종 류
문화재 등재래가옥, 저층일반가옥 등
저층 양옥,연립주택 등
중·저층아파트,중소상가및공장
내진구조물고층아파트,대형건물등
주파수대역별허용치(㎝/s)
50Hz이상 0.75 1.5 2.5 4.0 5.0
50Hz미만 0.3 1.0 2.0 3.0 5.0
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이명감은객실내에서의급격한압력변동으로열
차내승객의귀를불편하게하거나아프게하는현
상으로 개인에 따라 느껴지는 정도의 차이가 있을
수있고동일인이어도건강상태, 기분등에따라느
끼는정도가변할수있다.
이명감 기준은 압력쾌적성 기준(Comfort
criteria)과 의학적 기준(Medical health limit)
로구분되어정의되고있다.
압력쾌적성기준은 객실 내에서 일정한 시간간격
내에서초과되어서는안되는최대압력변화(최대에
서최소)로일반적으로정의되며, 국가별지형적특
성에따라지난20년동안국가별로다른기준으로
발전되어왔으며, 동일국가내에서도노선별서비
스수준에따라사업별별도기준으로머물러왔다.
압력쾌적성기준에대한주요기준은[표7]과같으
며, 여기서, UIC-Code 660은차량제작에대해원
칙적으로적용되도록정의되고이에따라국내에서
는“철도차량안전기준에관한지침”과같이차량제
작및유지관리기준이제시되어있어경부고속철도
차량발주및국내고속철도차량제작기준으로적용
되고있다.
이와는별도로UIC-Code 779-11에서는터널
설계시에적용할수있는권고기준을제시하고있으
며, 국가별또는사업별로이를준용하여적용하고
있다.
참고로, 세계적으로고속철도운영및공기압검토
수행경험에의하면UIC-660기준적용시긴시간
간격기준(⊿p max in 60 s < 2 kPa)을만족하
는것은매우어려운것으로보고되며이로인해고
속철도사업의제약사항으로대두되고있다.
따라서, 국내의 경우, 최근 일부 사업별로“UIC
660”기준및“UIC-779-11”기준을혼용하여적
철도터널 설계를 위한 최신기준 및 방침사항에 대한 고찰
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최근철도경향이열차고속화에따라, 대부분의철
도설계는설계속도 200km/h급과 250km/h급의
고속철도 설계가 주를 이루고 있으며, 고속철도는
일반철도와는달리터널구간에서여러가지공기역
학적인문제(이명감과미기압발생)가발생한다. 따
라서터널설계시이에대한고려가중요하나, [표6]
과같이공기압영향에대한허용기준치가제시되어
있지않아, 본장에서간략하게공기압영향에대한
정의및고려사항등을서술하였다.
구 분 적 용 기 준
철도설계기준
(2013)
제12장 터널 (12-13p)
⑧ 내공단면계획 시에는 열차의 고속주행에 의하여 터널내에 발생되는 공기저항 및 공기압 변화와 차
량 밀폐도, 승차감 및 미기압파의 영향 등을 고려해야 한다.
터널설계기준
(2007)
2.2 터널의 계획
2.2.4 내공단면계획 시에는 다음사항을 고려하여야 한다.
(9) 철도용 터널의 내공단면계획 시에는 열차의 고속주행에 의하여 터널내에 발생되는 공기저항 및
공기압 변화와 차량 밀폐도, 승차감 및 미기압파의 영향 등을 고려하여야 한다.
[표 6] 공기압 관련 기준
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[표 7] 기밀차량에 대한 주요 압력쾌적성기준
용하는경우가있으나, 엄밀히말하면“UIC 660”
또는“철도차량 안전기준에 관한지침”은 철도차량
에대한제작및유지관리에관한기준이므로, 터널
내공단면적 설정시 적용기준으로는 적합하지 않음
에 따라 UIC-779-11에 준용한 경부고속철도 및
호남고속철도에적용된기준을적용하는것이타당
할것으로판단된다.
덧붙여, 이명감기준중압력쾌적성기준은철도
운영자의 서비스 품질수준이므로 노선별 설계속도
및철도운영서비스수준등을고려할필요가있으
며, 해외기준중가장엄격한기준의무분별한적용
은지양되어야할것으로판단된다.
이와는 별도로 TSI(The European specifi-
cation for interoperability of high speed
trains)에서는“압력변동은터널내를주행하는동
안어떤경우에서도 10kPa(최대에서최소)의압력
변동을초과하지않아야한다”라고정의하고있다.
이값은창문이깨지는등열차의기밀이완전히
없어지는 경우를 고려한 것으로 이 엄격한 기준을
“의학적기준(Medial health limit)”이라고한다.
유럽연합은 압력쾌적성기준에 대해 나라별로 다
른기준을가지고있으며TSI에서는압력쾌적성기
준을요구하고있지않다.
이에따라, 최근해외고속철도사업에서는의학
적기준에대해서만검토하고압력쾌적성기준에대
해서는검토하지않는사례가증가하고있으며, 이
는최근의고속철도차량이신칸센또는ICE-3 등
과같이기밀도측면에서매우높은사양이기대되
며이와같은고비용차량의구매및유지관리를고
려하여철도차량의발주시차량설계및제작시방으
로요구하는경향으로나타나고있다.
국내에서는현재까지미기압발생문제가전무함
에따라일본의기준을준용하여설계하고있으며,
일본 미기압 기준은 2008년 이전에는 터널 출구
20m지점에서20Pa이하또는보안물건위치에서
20Pa 이하를적용하였지만, 2008년 4월터널출
구 20m 지점에서 50Pa 이하 또는 보안물건에서
20Pa이하로기준을변경되었다.
이에따라, 일본의변경된기준을적용할경우복
선철도터널에대하여4.3km이상의터널에서는미
구 분 1s 3s 4s 10s 60s 비고
UIC 660 <0.5kPa <0.8kPa - <1.0kPa <2.0kPa 철도차량 제작에 대한 기준
UIC 779-11 <1.0kPa - <1.6kPa <2.0kPa - 터널설계시 권고 기준
SBB Rail 2000(사업별 기준)
- - <1.5kPa - - 스위스 철도과업 적용 사례
Tunnel deGuadarrama(사업별 기준)
- - <2.5kPa - - 스페인 철도과업 적용 사례
경부 및호남고속철도
<0.8kPa(<1.25kPa)
단독주행(교행주행)
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기압저감대책이필요할것으로판단되나, 일반적으
로연장 4.3km 이상의장대터널은사갱이나연직
갱등이적용되어부수적으로미기압을저감시킴에
따라현재까지는미기압저감을위한별도의대책이
불필요하였다.
철도의고속화(200km/h 이상)와환경민원증가
추세등에따라, 터널입출구부미기압파에대한허
용기준신설이필요할것으로판단된다.
그러나관련규정신설을위해서는민원및피해사
례축적을통한사회적합의설정이중요한사항이
나발파등의인자와는달리미기압에대한국내피
해사례및관련민원발생이전무함에따라아직사
회적합의설정을위한공감대형성이부족한실정
이다. 따라서미기압기준수립은고민없이해외기
준을차용할수있는사항이아닌, 보다체계적인연
구등을통하여국내환경에적합한기준을마련하
여야될사항으로판단된다.
4. 편람및방침변경사항
4.1 철도설계지침 및 편람(KR-code)
4.1.1 시공기면
시공기면(F.L)은 [표 9]와 같이선로중심선에서
노반의높이를표시하는기준면으로, 레일면(R.L)직
하부의레일높이, 침목두께및최소도상두께를확
보하는기준선(E.L : 도상기준면)에대해선로중심
선까지의노반기울기에의한자갈도상두께를고려
하여결정된값을기준으로한다.
1개선구의시공기면(F.L)은토공자갈구간의직
선단면을기준으로설정하며교량및터널의시공기
면을동일한높이로한다.
구 분 노 선 적 용 기 준 출 처
일본•터널 출구 20m 지점에서 50Pa 이하
•민가 근방(보안물건)에서 20Pa 이하
철도 건설운수 시설
정비지원기구(2008.04)
대한
민국
경부 및 호남
고속철도•보안물건 위치에서 20Pa 이하
(사)대한터널협회
“공기압 해석보고서”
원주~강릉
철도건설
•보안물건 위치에서 20Pa 이하
•터널 출구 20m 지점에서 50Pa 이하
원주~강릉 철도건설제1공구 노반
실시설계“3편-제7장 터널설계”
[표 8] 미기압 적용 기준
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일부구간을콘크리트궤도로하는경우에는토공
직선구간자갈궤도의시공기면(F.L)을기준으로하
고, 도상콘크리트층(TCL) 토공구간의 도상안정층
(HSB)과교량상의보호콘크리트층(PCL)과터널구
간을고려하여도상기준면(E.L)을정한다.
1개선구의전구간을콘크리트궤도로하는경우
에는 토공노반의 도상안정층(HSB) 하면을 시공기
면(F.L)으로 하고 교량과 터널구간의 도상기준면
(E.L)을정한다. 이때, 교량및터널의구조물중심
선에서의구조물계획고는토공자갈구간직선단면
으로설정된시공기면(F.L)에대한높이차이를별
도표기하여시공시혼선을방지하는것이바람직하
다.
4.1.2 지반 라이닝 상호작용모델(Ground-Lining Interaction)
지반 라이닝 상호작용(Ground-Lining Inter-
action)을 고려한모델은굴착하중을지반과분담
하고있는주지보재가열화등에의한지지력상실
시, 콘크리트라이닝으로전이되는하중을지반하중
으로 고려하는 방법으로, 기존 재래식 터널공법
(ASSM)이나주지보재하중을산정하는방법들보다
합리적인지반하중산정이가능하다.
이에, 일반철도와고속철도단면에대하여기존설
계사례분석을통한암반등급별대표물성치, 토피고
를매개변수로수치해석적인방법을사용하여지반
구 분 개 요 도
2009 철도표준도
개정KR Code 2012자갈도상토공구간
개정KR Code 2012적용시자갈도상터널구간
[표 9] 시공기면(F.L) 및 도상기준면(E.L) 개념도
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하중크기를산정하였으며, 결과값에대한다중회기
분석을통하여식(1)과같은지반하중크기산정식을
도출하였다.
= [ ]·e-
(1)
= 2[ + h·tan(45 - )]
여기서,
h : 터널높이(m), b : 터널폭(m),
γ: 지반의단위중량(kN/㎥),
E : 변형계수(kN/㎡),
Ø: 내부마찰각( °), c : 점착력(kN/㎡)
H : 토피고(단, H ＞80m인경우, H = 80을
적용)
GLI방법에의한지반하중산정식은일반적인단
선및복선철도터널에적용이가능하나, 2-ARCH
터널이나대단면터널등적용시에는신뢰성에대한
평가가필요하다.
또한, 일반적인산악터널과같이터널변형수렴
후 콘크리트라이닝 시공과 사용 개시 후 지반굴착
등의외력변화가없는상태로한정됨에따라, 팽창
성지반등에서는적용이곤란하다. GLI 방법에의
한지반하중산정식은토피고에따라하중의크기가
달라지므로, 주지보재(숏크리트, 록볼트등) 지보패
턴과콘크리트라이닝의지보패턴이이원화될수있
으며, 다층지반조건의경우, 산정식에적용되는지
반조건에대한 설계자의판단이필요하다.
따라서, 현수준에서 GLI 방법에 의한 지반하중
산정식적용시에는다층지반의경우터널상부지반
조건을고려함이타당한것으로판단되며, 산정식으
로계산된하중이음수로나오는경우에는발파이완
하중만을적용함이타당할것으로판단된다.
4.2 한국철도시설공단 방침사항
4.2.1 궤도구조 접속부 처리
유지보수작업시분진, 매연, 투시불량등열악한
환경의 문제점 해소와 유지보수비의 절감, 승차감
향상, 터널내환경개선, 궤도양로및중심선이동으
로인한건축한계부족현상발생등의문제점을해
소하고자 300m 이상 터널구간에 콘크리트도상으
로 건설하고 있다(철도청 시설91400-2135호,
'2001. 11. 23).
또한, 300m 이상터널의경우, [그림 4]와 같이
터널내·외부의온도차에의한장대레일축력의변
화, 균일한궤도강성확보및완충구간설치등의유
지보수성을고려하여터널입·출구로부터터널내
50m구간은자갈도상하단에기초콘크리트를두는
형태의접속부자갈도상을적용하고있다(철도시설
공단공문토이0962-579, 2005.06.16).
그러나, 터널내에접속부자갈도상설치시시공
성저하, 굴착면일체식단면적용에따른터널단면
이원화, 유지관리를위한환경여건불리, 유지관리
비용증가등의문제로최근에는접속부자갈도상을
터널외부토공부에설치하는방안이제시되고있으
며, 설계과업별인터페이스협의시궤도분야에서도
접속부자갈도상의터널외부설치가가능한것으로
협의되고있다.
Ø
2
b
2B
E
1000(γ·B)γ·(B+H)-c
7tanØP
철도터널 설계를 위한 최신기준 및 방침사항에 대한 고찰
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따라서, 콘크리트궤도/자갈궤도접속구간을터널
갱구와인접한토공구간에설치하여, 시공성, 유지관
리성, 경제성을확보함이타당할것으로판단된다.
5. 결론
국내철도터널설계를위해서는국내건설관련법
규체계의이해와설계·시공사례등을통하여축적
된방침사항에대한이해및적용이무엇보다중요
하다.
이에, 본 고에서는국내건설관련기준과현재추
진중인건설기준코드체계화에대하여정리하였으
며, 시공기면, 가축에대한발파진동기준, 공기압영
향등건설관련기준중설계적용시혼선이있을수
있는내용에대하여서술하였다.
본고를통하여체계적인철도제반기준및설계
기술정립과추후에추진될건설기준코드체계화에
참고자료가되었으면한다.
참고문헌
1. 국토교통부 국토교통과학기술진흥원, 2013, 터널 건설
기술 선진화를 위한 설계 및 시방기준 분석 연구
2. 한국철도시설공단, 2013, 철도설계기준(노반편) 개정안
3. 한국철도시설공단, 2012, 철도설계기준(노반편)
4. 한국철도시설공단, KR-Code
5. Rudolf Bopp.; Bernd Hagenah., “Aerody-
namics, ventilation and tunnel safety for high
speed rail tunnels”, Tunnels for high-speed
railways workshop October 2009, Feup Porto
Portugal
[그림 4] 복선(120km/h <V≤200km/h), 콘크리트 궤도/자갈궤도 접속구간(터널)
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