[건설안전산업기사 실기] 5. 토공사·굴착·흙막이 기출문제 정답·해설 페이지

[해설]

터널 내부는 밀폐된 공간이라 발파 후 유해가스가 정체되면 질식·중독 위험이 커지므로, 환기 시간과 사용 장비, 온도를 함께 관리한다.

일반적으로 발파 후에는 30분 이내에 유해가스·분진을 환기하도록 관리하며, 환기가스처리장치가 없는 디젤기관은 터널 투입을 금지한다.

산업안전보건기준에 관한 규칙은 갱내의 기온을 섭씨 37도 이하로 유지하도록 별도로 정하고 있어, 세 빈칸은 환기·장비·온도라는 서로 다른 관리 항목에 대응한다.

[해설]

잠함이나 우물통 내부 굴착은 급격한 침하로 근로자가 매몰될 위험이 있어, 굴착 계획과 최소 작업공간 확보를 함께 규정한다.

산업안전보건기준에 관한 규칙은 침하관계도에 따라 굴착방법 및 재하량 등을 정하도록, 바닥에서 천장 또는 보까지의 높이를 1.8m 이상으로 유지하도록 정하고 있다.

①·②는 사전에 침하를 예측·통제하는 계획 측면이고 ③은 작업 중 확보해야 할 최소 공간이라는 점에서 성격이 다른 기준이다.

[해설]

굴착면 기울기는 흙이 점착력과 자체 강도만으로 무너지지 않고 서 있을 수 있는 한계 경사를 토질별로 규정해 둔 값이므로, 무른 흙일수록 완만하게, 단단한 암반일수록 급하게 굴착할 수 있다.

산업안전보건기준에 관한 규칙 별표의 굴착면 기울기 기준에서 모래는 점착력이 거의 없어 가장 완만한 1:1.8, 그 밖의 흙은 1:1.2, 연암 및 풍화암은 1:1.0, 강도가 가장 큰 경암은 가장 급한 1:0.5로 정해져 있다.

비율은 수직 : 수평 순서, 즉 높이 1에 대한 수평거리로 읽으므로 뒤 숫자가 클수록 완만한 경사다. 네 토질과 값을 서로 바꿔 짝짓지 않도록 '모래가 가장 완만하고 경암이 가장 급하다'는 순서로 묶어 외우면 헷갈리지 않는다.

[해설]

터널굴착은 지반 상태를 모르면 낙반·가스폭발 등 대형 재해로 이어지므로, 사전조사와 작업계획서 작성이 함께 요구된다.

산업안전보건기준에 관한 규칙은 사전조사로 보링 등을 통해 지형·지질·지층 상태를 조사해 낙반·출수 및 가스폭발 등의 위험을 방지하도록 하고, 작업계획서에는 굴착의 방법, 터널지보공 및 복공의 시공방법과 용수 처리방법, 환기 또는 조명시설 설치 방법을 포함하도록 정한다.

사전조사(①②)와 작업계획서 항목(③④⑤)이 서로 다른 단계에 속한다는 점을 구분해서 기억하면 헷갈리지 않는다.

[해설]

히빙은 연약 점토 지반에서 굴착저면이 부풀어 오르며 배면 지반과 지보공에 연쇄적 파괴를 일으키는 현상이다.

근입깊이 부족 등으로 굴착저면의 지지력이 배면 토압을 견디지 못하면 흙막이 지보공이 먼저 파괴되고, 뒤이어 배면의 토사가 붕괴되는 순서로 진행된다.

이 과정에서 굴착 저면 자체가 부풀어 솟아오르는 현상까지 함께 나타나므로, 세 가지는 히빙의 원인이 아니라 진행 결과로 이해해야 한다.

[해설]

갱내 채석작업에서 낙반·측벽 붕괴 위험을 막으려면 굴착 공간을 부재로 직접 지지해야 한다.

산업안전보건기준에 관한 규칙은 갱내 채석작업 중 암석·토사의 낙하나 측벽 붕괴 우려가 있는 경우 동바리 또는 버팀대를 설치한 후 천장을 아치형으로 만들도록 규정하는데, 아치형 천장은 하중을 측벽으로 분산시켜 붕괴 위험을 줄이는 구조다.

채점 시에는 두 부재의 명칭이 핵심이며, 지보공처럼 포괄적으로만 답하면 감점될 수 있다.

[해설]

흙막이 지보공 정기점검은 부재 상태, 버팀대 긴압, 접속부 상태, 침하 정도를 확인해 지보공이 하중을 온전히 전달하고 있는지를 부재 단위로 살피는 절차다.

산업안전보건기준에 관한 규칙(붕괴 등의 위험 방지)은 부재의 손상·변형·부식·변위 및 탈락의 유무와 상태, 버팀대의 긴압 정도, 부재 접속부·부착부·교차부의 상태, 침하의 정도 네 가지를 정기점검 대상으로 명시한다.

이상 발견 시에는 즉시 보수해야 하며, 설계도서에 따른 계측에서 토압 증가 등 이상이 확인되면 추가로 보강조치를 해야 한다.

[해설]

터널 지보공도 흙막이 지보공과 유사하게 부재 손상·긴압·접속부 상태를 점검하지만, 침하 대신 기둥침하 여부를 확인한다는 점이 다르다.

산업안전보건기준에 관한 규칙(붕괴 등의 방지)은 부재의 손상·변형·부식·변위·탈락, 부재의 긴압 정도, 부재 접속부·교차부의 상태, 기둥침하의 유무 및 상태를 수시 점검 대상으로 규정한다.

흙막이 지보공 규정의 '침하의 정도'가 터널 지보공에서는 '기둥침하'로 특정된다는 차이를 구분해서 암기해야 한다.

[해설]

보일링과 히빙은 굴착저면이 밀려 올라온다는 공통점이 있지만, 발생 지반과 원인 메커니즘이 다르다.

보일링은 투수성이 높은 사질토 지반에서 굴착저면 안팎의 수위 차이(수두차)로 물과 흙이 함께 솟구쳐 오르는 현상으로, 지하수의 상향 침투압이 원인이다.

히빙은 투수성이 낮은 연질점토 지반에서 흙막이 내·외측 흙의 중량 차이로 굴착저면이 서서히 부풀어 오르는 현상이다.

[해설]

흙막이벽에 작용하는 토압을 버팀대 등에 전달하는 부재는 띠장(Wale)이다.

띠장은 흙막이벽에 수평으로 설치되어 벽면 전체의 토압을 면 하중에서 선 하중으로 바꿔 버팀대에 집중 전달하는 역할을 하며, 버팀대는 흙막이벽을 직접 지지하지 않고 띠장을 매개로 지지한다.

[해설]

보일링은 지하수의 상향 흐름으로 발생하므로, 방지대책은 흙막이벽으로 물길을 차단하는 방법과 수위·수량 자체를 낮추는 방법으로 나뉜다.

근입깊이를 늘려 흙막이벽을 깊게 박거나 차수성이 높은 벽체로 지하수 흐름 자체를 막는 것이 첫 번째 방향이다.

배면지반에 그라우팅을 실시하거나 지하수위를 미리 저하시켜 수두차를 줄이고, 굴착토를 즉시 원상태로 매립해 상재하중을 회복시키는 것도 함께 쓰이는 대책이다.

[해설]

채석작업 계획서에는 굴착 방식과 굴착면의 형상·안전조치 항목이 함께 포함되어야 한다.

노천굴착과 갱내굴착 중 어느 방식인지, 채석방법이 무엇인지를 먼저 정하고, 굴착면의 높이와 기울기를 계획해야 붕괴 위험을 사전에 판단할 수 있다.

굴착면에 단을 두는 소단(小段)의 위치·넓이와, 갱내작업 시 낙반 및 붕괴 방지 방법도 계획서에 반드시 담아야 하는 항목이다.

[해설]

불발 화약류가 있을 때는 뇌관 종류별로 대기시간을 다르게 두어야 하며, 전기뇌관 발파 전에는 저항측정으로 회로 이상을 미리 확인해야 한다.

산업안전보건기준에 관한 규칙의 발파 작업기준은 전기뇌관 사용 시 발파모선을 점화기에서 떼어 단락시키는 재점화 방지 조치 후 5분 이상, 전기뇌관 외의 것은 점화 후 15분 이상 경과해야 장전장소에 접근할 수 있도록 규정한다.

또한 전기뇌관 발파 시 점화 전에 장전 장소로부터 30m 이상 떨어진 안전한 장소에서 저항측정 및 도통시험을 하도록 하여, 부주의한 재점화나 회로 이상으로 인한 조기 폭발 사고를 막는다.

[해설]

흙의 동상은 흙 속 수분이 얼면서 부피가 팽창해 지표가 들뜨는 현상으로, 대책은 열 차단·재료 치환·화학적 처리 세 방향으로 나뉜다.

단열 재료를 지표 아래 삽입해 동결선까지 열이 전달되는 것을 막거나, 동결되지 않는 재료(모래·자갈 등 비동상성 재료)로 치환하는 방법이 있다.

지표의 흙을 화학약품(염화칼슘 등)으로 처리해 동결온도를 낮추는 방법도 함께 쓰인다.

[해설]

비탈면 보호공법은 식생으로 표면을 안정시키는 방법과 구조물로 표면을 덮거나 낙석을 차단하는 방법으로 나뉜다.

• 식물심기(식생공)는 뿌리로 표층을 결속시켜 침식·풍화를 억제한다.
• 숏크리트는 콘크리트를 뿜어 붙여 표면을 즉시 피복·보강한다.
• 격자틀은 콘크리트나 철제 격자로 사면을 구획해 국부적 붕괴를 억제한다.
• 낙석 방지망은 표면에 망을 씌워 낙석의 비산을 막는다.

[해설]

흙막이 지보공 조립도에는 부재의 배치·치수·재질과 설치방법·순서가 함께 명시되어야 한다.

산업안전보건기준에 관한 규칙(조립도)에 따라 흙막이판·말뚝·버팀대·띠장 등 각 부재의 배치, 치수, 재질을 조립도에 담아야 시공 중 부재별 강도·위치를 검증할 수 있다.

[해설]

토사붕괴를 예방하려면 굴착 전 지표면 상태 확인부터 굴착 중 지층·부석·지하수 변화 감시까지 이어지는 점검이 필요하다.

굴착 예정 구간의 지표면 전체를 답사해 균열이나 침하 흔적을 확인하고, 경사면의 지층 변화부 상황을 살펴 취약 지층이 노출되는 위치를 파악해야 한다.

이후 부석의 발생 상황과 용수의 발생 유무·수량 변화를 지속적으로 확인해, 붕괴 전조가 되는 지반 변화를 조기에 포착하는 것이 핵심이다.

[해설]

굴착공사표준안전작업지침은 흙막이 지보공을 설치하지 않고 굴착할 수 있는 깊이를 1.5m 이내로 제한한다.

이 깊이를 넘어서면 토압에 의한 붕괴 위험이 급격히 커지므로, 그 이상 굴착할 때는 흙막이 지보공이나 이에 준하는 붕괴 방지 조치를 반드시 갖춰야 한다.

[해설]

NATM과 Shield 공법은 모두 터널을 뚫는 공법이지만, 지반을 부수는 방식과 지보 구조가 다르다.

NATM(New Austrian Tunneling Method)은 암반을 천공한 뒤 화약을 충진해 발파로 굴착하고, 스틸리브·와이어메쉬를 세운 후 숏크리트를 타설해 지반 자체의 지지력을 활용하는 공법이다.

Shield 공법은 회전파쇄식 기계굴착으로, 원통형 실드의 커터헤드를 회전시켜 굴진하고 실드 뒤쪽에서 세그먼트를 반복 설치해 터널 벽체를 형성한다.

[해설]

히빙은 연질점토 지반에서 흙막이 내·외면의 흙의 중량 차이로 인해 굴착저면이 부풀어 올라오는 현상이다.

흙막이 배면의 상재하중이 굴착저면의 지지력을 초과하면 저면 아래 흙이 소성유동을 일으켜 저면 쪽으로 밀려 올라오며, 이는 굴착저면과 배면 사이 수위차로 발생하는 보일링과 원인이 다르다.

[해설]

굴착작업 중 지반 붕괴나 토석 낙하 위험이 있으면, 지보공으로 붕괴를 막고 방호망으로 낙하물을 차단하며 근로자를 위험구역에서 배제하는 세 방향의 조치가 함께 필요하다.

산업안전보건기준에 관한 규칙(굴착작업 시 위험방지)은 흙막이 지보공의 설치, 방호망의 설치, 근로자의 출입 금지를 사업주가 미리 취해야 할 조치사항으로 명시한다.

[해설]

보일링은 사질토 지반에서 굴착저면과 흙막이 배면 사이의 수위 차이(수두차)로 인해, 굴착저면의 흙과 물이 함께 위로 솟구쳐 오르는 현상이다.

사질토는 투수성이 높아 배면의 지하수가 저면 쪽으로 침투압을 일으키기 쉬우며, 이 침투압이 흙의 자중을 초과하면 유효응력이 0이 되어 흙이 물과 함께 분출된다.

[해설]

잠함등 내부 굴착은 오르내림 설비나 통신설비가 없거나, 다량의 물이 스며들 우려가 있으면 시작해서는 안 된다.

산업안전보건기준에 관한 규칙(작업의 금지)은 근로자가 안전하게 오르내리기 위한 설비가 없거나, 굴착 깊이가 20m를 초과하는데 외부와 연락할 통신 설비가 없거나, 잠함등 내부에 많은 양의 물 등이 스며들 우려가 있는 경우를 굴착 금지 사유로 규정한다.

이는 오르내림·통신 설비가 없는 상태에서 작업을 강행하다 발생하는 고립·질식·익수 사고를 막기 위한 조치다.

[해설]

토사붕괴 예방은 경사면 형상을 안전하게 계획하는 것에서 시작해, 위험 요소 제거와 지반 보강까지 단계적으로 이어진다.

적절한 경사면 기울기를 계획하고 계획과 실제 시공에 차이가 생기면 즉시 재검토하며, 활동 가능성이 있는 토석은 미리 제거해야 한다.

경사면 하단부는 압성토 공법 등으로 활동에 대한 저항대책을 강구하고, 말뚝을 타입해 지반 자체를 강화하는 방법도 함께 쓰인다.

[해설]

채석작업 계획서에는 암석을 어떻게 발파·가공할지와 굴착면 형상을 함께 담아야 한다.

발파방법과 암석의 분할방법, 암석의 가공장소를 정해 작업 동선과 위험구역을 명확히 하고, 굴착면의 높이와 기울기를 정해 붕괴 위험을 사전에 검토한다.

[해설]

히빙 방지는 흙막이벽의 지지력을 키우거나 배면 하중을 줄이는 방향으로, 보일링 방지는 지하수 흐름 자체를 차단하는 방향으로 접근한다.

히빙은 시트파일 등의 근입심도를 깊게 하여 저면 아래 지반의 지지력을 확보하거나, 굴착 주변의 상재하중을 제거해 배면 압력을 줄이거나, 굴착 순서를 아일랜드 컷 방식으로 바꿔 하중을 분산시켜 방지한다.

보일링은 굴착저면 아래까지 지하수위를 낮추거나, 흙막이 벽을 깊게 설치해 지하수 흐름 자체를 막아 수두차를 없애는 방식으로 방지한다.

[해설]

잠함등 내부에서 굴착작업을 할 때는 산소 결핍, 승강, 외부 연락 세 가지 위험에 대비한 준수사항이 정해져 있다.

산업안전보건기준에 관한 규칙(잠함 등 내부에서의 작업)은 산소 결핍 우려가 있으면 농도를 측정할 사람을 지명해 측정하도록 하고, 근로자가 안전하게 오르내리기 위한 설비를 설치하며, 굴착 깊이가 20m를 초과하면 외부와의 연락을 위한 통신 설비 등을 설치하도록 규정한다.

산소 결핍이 인정되거나 20m를 초과하는 경우에는 이에 더해 송기설비까지 설치해 필요한 공기를 공급해야 한다.

[해설]

연약한 하부지반의 흙파기에서 흙막이 외부 흙의 중량과 지표면 재하중에 의해 저면 흙이 붕괴되고 내부로 밀려 불룩해지는 현상은 히빙현상이고, 사질토 지반에서 굴착저면과 배면의 수두차로 흙과 물이 함께 솟구치는 현상은 보일링현상이다.

두 현상 모두 흙막이 근입깊이 부족이 배경이 되지만, 히빙은 흙의 중량 불균형에 의해, 보일링은 지하수의 상향 침투압에 의해 발생한다는 점에서 지반 종류와 파괴 메커니즘이 다르다.

[해설]

발파공을 메우는 충진재료는 점토와 모래처럼 발화성·인화성이 없는 재료를 사용해야 한다.

산업안전보건기준에 관한 규칙의 발파 작업기준은 발화 또는 인화 위험이 없는 재료로 발파공을 충진하도록 규정하는데, 이는 충진재 자체가 화기나 마찰로 점화되어 예기치 못한 폭발을 일으키는 것을 막기 위함이다.

[해설]

흙막이 지보공은 굴착이 진행될수록 배면 토압과 지하수의 거동이 계속 변하므로, 구조 안전을 실시간으로 확인하려면 흙과 물에 작용하는 압력·수위를 함께 재는 계측관리가 필요하다.

토압계는 버팀대·벽체에 걸리는 하중 변화를, 간극수압계는 굴착에 따른 수압 변화를, 지하수위계는 배수·차수 이상 여부를 감지해 붕괴 전조를 조기에 포착하는 역할을 한다.

계측 항목은 이 밖에도 경사·응력 등으로 확장될 수 있지만, 이 문항은 가장 기본이 되는 3가지를 묻고 있으므로 토압·수압·수위 계열로 답한다.

[해설]

굴착 깊이가 깊어질수록 흙막이 구조체에 걸리는 하중과 변위가 커지므로, 깊이 10.5m 이상 굴착에서는 흙막이 구조의 안전을 미리 예측하기 위한 계측기기를 설치하도록 정하고 있다.

수위계는 지하수위 변동을, 경사계는 흙막이 벽체나 인접 지반의 기울어짐을, 하중 및 침하계는 버팀대에 걸리는 축하중과 지반 침하량을, 응력계는 부재에 걸리는 응력을 각각 측정해 이상 징후를 조기에 확인한다.

계측 항목을 묻는 문항(토압·수압·수위)과 계측기기를 묻는 이 문항은 답의 형태가 다르므로 구분해서 정리해 둔다.

[해설]

인력굴착은 근로자가 굴착면에 근접해 맨몸으로 작업하므로, 매일 작업을 시작하기 전에 인원 배치·기구 확인·현장 점검·작업순서 교육을 갖추는 것이 사고 예방의 출발점이다.

근로자 배치는 작업량·위험도에 맞게 인원을 정하는 것이고, 기구·공구 확인은 근로자에게 사용할 기구·공구를 확인시키는 것이며, 작업장소 점검은 붕괴·낙하 등 불안전한 상태를 사전에 찾아내 조치하는 것을 뜻한다.

④는 당일 작업량·작업방법 설명에 더해 작업 단계별 순서와 안전상 문제점까지 교육하라는 항목이라는 점에 유의한다.

[해설]

터널 내부는 환기가 제한된 밀폐공간이라 용접 불티가 화재로 번지면 대피와 진화가 어려우므로, 산업안전보건기준에 관한 규칙은 터널 내 금속의 용접·용단·가열작업 시 별도의 화재 예방조치를 규정한다.

작업 전에는 소화설비의 설치장소와 사용방법을 근로자에게 주지시키고, 작업 종료 후에는 불티 등에 의하여 화재가 발생할 위험이 있는지를 확인해야 한다.

또한 부근의 넝마·나무부스러기·종이부스러기, 그 밖의 인화성 액체를 제거하거나 불연성 물질의 덮개를 하고, 불티 등이 날아 흩어지는 것을 방지하기 위한 격벽을 설치해야 한다.

[해설]

터널 내부는 환기가 제한된 밀폐공간이어서 배기가스와 분진이 시야를 가리면 차량·설비와의 충돌 등 2차 재해로 이어지기 쉬우므로, 시계를 확보하는 조치가 별도로 요구된다.

산업안전보건기준에 관한 규칙은 시계가 현저하게 제한되는 경우 환기를 하거나 물을 뿌리는 등 시계를 유지하기 위하여 필요한 조치를 하도록 사업주 의무로 정하고 있다.

[해설]

낙반 위험은 터널 천장·벽면의 지지력 부족과 들뜬 암석(부석)에서 비롯되므로, 구조를 보강하는 터널지보공·록볼트 설치와 위험 요인인 부석 제거가 함께 이루어져야 한다.

산업안전보건기준에 관한 규칙은 낙반 등으로 근로자가 위험해질 우려가 있는 경우 터널 지보공 및 록볼트의 설치, 부석의 제거 등을 조치하도록 정한다.

지보공·록볼트는 구조를 보강해 낙반 자체를 막는 방법이고, 부석 제거는 이미 존재하는 위험원을 없애는 방법이라는 점에서 접근 방식이 다르다.