NATM 공법 총정리! (원리, 시공순서, 지보공, 적용성, TBM과 비교)
목차
- NATM 터널 공법 이란?
- NATM 원리
- NATM 공법 시공 순서
- NATM 개착터널 설계시공지침해설
- NATM 터널 지보공 순서
- 도시에서의 NATM 공법 적용성
- NATM 과 TBM 공법 비교
1. NATM 터널 공법 이란?
NATM(Neu Österreichische Tunnelbaumethode, 신오스트리아 터널 공법)은 1957년과 1965년 사이에 오스트리아에서 개발된 터널 굴착 방법입니다. 이 공법은 주변 지반의 응력을 터널의 주요 지지체로 활용하며, 지반 자체를 주요 지보재로 사용하는 것을 특징으로 합니다.
국내외 많은 터널 프로젝트에 적용되어 왔으며, 특히 대한민국에서는 1982년 서울 지하철 4호선 퇴계로2가 구간 시공에 처음 도입되었습니다
2. NATM 원리
NATM 공법의 핵심 원리는 원 지반의 본래 강도를 유지하며, 지반 자체를 주요 지보공으로 활용하는 것입니다. 이를 통해 지반의 변위는 허용하되, 보조 지반 보호 장치를 통해 지반을 보강합니다.
NATM의 발파 공법에는 여러 방식이 있으며, 각기 다른 상황에 맞게 선택됩니다. 예를 들어, 라인 드릴링(Line Drilling), 프리 스플리팅(Pre-Splitting), 쿠션 블라스팅(Cushion Blasting), 스무스 블라스팅(Smooth Blasting), ABS 공법(ABS Method) 등이 있습니다. 이러한 방식들은 지반 조건, 굴착의 목적, 안전 요구 사항 등에 따라 달라질 수 있습니다.
NATM 공법에서는 숏크리트(Shotcrete), 록볼트(Rock Bolt), 와이어 메시(Wire Mesh), 스틸 리브(Steel Rib) 등 다양한 지보재를 사용하여 굴착 후 지반을 안정화합니다. 숏크리트는 굴착 직후에 적용되어 초기 지반 보호를 제공하며, 록볼트는 암반 조각을 함께 묶어 지반을 안정화하는 데 도움을 줍니다. 와이어 메시는 숏크리트의 부착력을 증가시키고, 스틸 리브는 굴착된 터널의 형태를 유지하는 데 중요한 역할을 합니다.
NATM 발파 및 굴착 작업은 주변 지반과의 상호 작용을 최소화하며, 지반 자체의 강도를 활용하여 터널 구조를 보강합니다. 이 과정에서 계측 및 모니터링은 굉장히 중요하며, 지반 조건의 변화에 따라 적절한 조치를 취하는 데 필수적입니다. 따라서 NATM은 단순히 굴착 기법이라기보다는 터널 건설 전반에 걸친 포괄적인 접근 방식으로 이해되어야 합니다
3. NATM 공법 시공 순서
- Profile Marking / 프로필 마킹
- Face Drilling / 면 드릴링
- Charging and Blasting / 충전 및 발파
- Defuming / 탈연
- Mucking / 머킹(잔해 제거)
- Scaling (if required) / 스케일링(필요한 경우)
- Geological Face Mapping / 지질 면 매핑
- Face Sealing Shotcrete / 면 밀봉 샷크리트
- Lattice Girder Erection / 격자 거더 설치
- Forepolling (if required) / 포어 폴링(필요한 경우)
- 3D Monitoring Targets installation / 3D 모니터링 대상 설치
- Initial Lining with Shotcreting / 초기 라이닝 샷크리팅
- Rock Bolting & Grouting / 록 볼팅 & 그라우팅
4. NATM 개착터널 설계시공지침해설
NATM 개착터널 설계시공지침은 한국도로공사에서 발간한 NATM 터널 시공에 대한 기준을 제시하는 지침입니다.
- 설계: 암반 특성, 굴착 단면, 지보 시스템 등을 고려한 설계 기준 제시
- 시공: 굴착, 숏크리트 및 지보재 시공, 계측 및 분석, 보강 지보 등의 시공 절차 및 기준 제시
- 품질 관리: 숏크리트, 지보재, 계측 결과 등의 품질 관리 기준 제시
- 안전 관리: 작업자 안전을 위한 안전 관리 기준 제시
5. NATM 터널 지보공 순서
- Shotcrete 타설: 굴착 후 조기에 실시하여 암괴의 붕락 및 지반의 이완을 방지합니다.
- Wire Mesh 설치: Shotcrete의 부착력을 증가시키며, 원지반 또는 Shotcrete 면에 밀착시킵니다.
- Steel Rib 설치: Shotcrete와 Wire Mesh 면과 밀착하여 Shotcrete가 경화할 때까지 지보효과를 발휘합니다.
- Rock Bolt 시공: 굴착에 의해 이완된 지반을 견고한 지반에 결합시키며, 조기에 시공하는 것이 바람직합니다.
6. 도시에서의 NATM 공법 적용성
도시에서 NATM 공법을 적용할 때는 인접 구조물, 지하 매설물, 도로와 같은 인프라에 미치는 영향을 최소화하는 것이 중요합니다. NATM 공법은 지반변화에 대한 적응성이 좋고, 시공성 및 경제성이 우수하여 도심 지역에서의 터널 건설 프로젝트에 적합합니다. 그러나 소음, 진동, 먼지 등의 환경적 영향을 관리하는 것이 필수적입니다.
NATM 공법은 그 적용성, 경제성 및 안전성 덕분에 전 세계적으로 많이 사용되고 있는 현대 터널 건설의 주요 기술 중 하나입니다. 각 프로젝트의 구체적인 요구사항과 지반 조건에 맞게 공법을 세심하게 조정하는 것이 성공적인 시공을 위해 필수적입니다.
7. NATM 과 TBM 공법 비교
| 구분 | NATM | TBM(Tunnel Boring Machine) |
| 개념 | 지반의 응력을 활용하여 지반 자체를 주요 지보재로 사용하는 터널 굴착 방법 | 기계를 이용하여 터널을 굴착하고, 동시에 터널의 벽을 보강하는 고속의 터널 굴착 방법 |
| 개발 시기 | 1957년 ~ 1965년 사이 오스트리아에서 개발 | 19세기 말 개발 시작 |
| 주요 원리 | 주변 지반의 응력을 터널의 주지보로 활용 | 회전하는 커터헤드를 사용해 암석을 파쇄하고, 이물질을 배출하며 굴착 |
| 적용 지반 | 연약지반부터 극경암까지 다양하게 적용 가능 | 주로 견고한 암반에서 효율적 |
| 시공 속도 | TBM에 비해 상대적으로 느림 | NATM보다 빠름 |
| 장비 및 인력 요구사항 | 전문 인력 및 지반 측정 장비 필요 | 대규모 장비 및 운영 인력 요구 |
| 시공 환경 영향 | 화약 발파 등으로 인한 소음, 진동, 먼지 발생 가능성 있음 | 지상 환경에 미치는 영향 최소화 |
| 경제성 | 다양한 지반 조건과 터널 크기에 따라 경제성이 달라짐 | 초기 투자비용이 높지만, 고속 굴착으로 대규모 프로젝트에 경제적 |
| 안전성 | 적절한 지반 보강과 전문 인력을 통해 높은 안전성 확보 | 기계화된 시스템으로 작업자의 안전 확보 |
| 환경 친화성 | 먼지와 소음 발생 등의 환경 영향 고려 필요 | 지반 변형 최소화 및 소음, 먼지 감소 효과 |
댓글