건설안전기술사 강의교재터널공사 · NATM 재해유형 및 안전대책

TN-009 NATM 터널 재해유형 및 안전대책 (NATM Tunnel Hazards & Safety)

NATM은 원지반의 자체 지보능력(Arching)을 활용해 숏크리트·록볼트로 굴착면을 안정시키는 공법 — 그 본질은 지반을 '막는 것'이 아니라 '지지링으로 살리는 것'이며, 재해는 그 지지링이 형성되기 전후의 막장·천단·발파·환기에서 집중 발생한다.

주제유형 · 원인·대책형안전보건규칙 §351·§360KDS 27 00 00KCS 27강의 5–10분

강의 영상 보기영상 10분 · 자막·배속 지원재생 핵심 암기 카드 한 장 요약·빈칸 연습

개요 및 정의Definition

NATM (New Austrian Tunneling Method)굴착으로 노출된 원지반 자체를 주 지보재로 활용하여, 숏크리트(Shotcrete)와 록볼트(Rock Bolt)로 지반의 이완을 억제하고 아칭(Arching) 작용에 의한 지지링을 형성시키는 터널공법. 계측(Monitoring)으로 거동을 확인하며 시공한다.

NATM의 출발점은 발상의 전환이다. 강성 라이닝으로 토압을 '버티는' 재래공법과 달리, NATM은 굴착면 주변 지반을 변형 초기에 '살려' 지반이 스스로 하중을 분담하게 한다. 그래서 재해도 지지링이 아직 닫히지 않은 막장(Face)과 천단(Crown)에 집중된다.

[그림 1] NATM 지지 원리와 위험 구간 — 재래(강성지보) vs NATM(지반 자체 지보)

NATM 시공 순서와 위험 구간Construction Cycle

NATM 1싸이클(굴착→지보)에서 재해는 특정 단계에 몰려 있다. 발파·버력처리·천단·계측 순서를 따라가며 어디서 무엇이 터지는지를 이해하는 것이 대책의 출발이다.

※ 핵심 인식: 재해는 지보(숏크리트·록볼트)가 완성되기 전의 '무방비 굴착면'에서 발생한다. 따라서 1굴진장 최소화와 지보 즉시 시공(조기 폐합)이 모든 대책의 기본 축이다.

주요 재해유형 (5대)Hazard Types

재해유형	발생 메커니즘	대표 양상
막장 붕락·낙반	지보 미설치 굴착면 이완·부석(浮石) 탈락	천단·막장 토사·암반 붕괴, 매몰
발파 재해	비석(飛石)·조기·잔류폭발, 장약 중 화기	비산암 충돌, 폭발 화상, 후가스 중독
가스·산소결핍·화재	인화성 가스 분출·정체, 환기 부족	메탄 폭발, 질식, 용접 불티 화재
출수·돌발용수	피압수·파쇄대 관통으로 지하수 분출	막장 토사 유출, 침수, 매몰
장비·전기·기타	협소 공간 협착·충돌, 시계 불량, 감전	버력장비 협착, 추락, 분진 진폐

※ 핵심 암기: 「붕·발·가·출·장」(붕락·발파·가스·출수·장비). 갱내라는 밀폐·단방향 공간이 모든 재해의 피해를 키운다 — 대피로가 막장 반대편 하나뿐이기 때문이다.

재해 원인 분석Cause Analysis

재해는 결국 지반 불확실성 + 밀폐공간 + 지보 시점 지연이 결합해 증폭된다. 원인을 인적·지반·시공·환경으로 나누어 본다.

지반·시공 측 원인

지반조사 부족 → 파쇄대·피압수 미예측
1굴진장 과다·지보 폐합 지연(아칭 미형성)
여굴 과다·부석 제거 불충분
숏크리트 두께·록볼트 정착 불량

인적·환경 측 원인

발파 안전기준 미준수(화기 접근·조기점화)
환기 부족·가스 농도 미측정
계측 결과 무시·작업중지 판단 지연
갱내 시계 불량·통신/대피설비 미비

지반 붕괴 원인 — 지반·지질 / 조사·설계 / 기상

구분	원인과 기준 문장	근거
단층·파쇄대	단층대와 같은 파쇄대는 대수층(지하수를 품은 지층)을 형성하므로 굴착 시 고압용출수가 돌출하는 사고가 발생하기도 하며, 집중 용출수는 막장으로부터의 대규모 토사유출, 지표침하 및 함몰의 원인이 된다	KDS 27 10 10 2.2.1(5)
용출수	터널 내의 용출수는 지반의 성질을 악화시켜 막장붕괴와 토압증대의 원인이 된다	KDS 27 10 10 2.2.1(5)
미고결 사질지반	미고결 사질지반이나 단층, 파쇄대에서는 돌발적인 용출수가 발생할 수 있으므로 지반 자립성의 저하와 붕괴 가능성을 검토하여야 한다	KDS 27 10 10 2.2.6(3)
저토피·편압·애추	토피가 얇은 구간, 편압 발생 지형, 애추(Talus, 비탈 아래 쌓인 돌 부스러기) 구간, 산사태 지역은 굴착 시 붕괴와 지반활동을 야기할 우려가 있어 굴착공법·지보공·보조공법을 면밀하게 검토하여야 한다	KDS 27 10 10 2.2.6(3)
팽창성·풍화대	지반강도가 작거나 파쇄 혹은 팽창성이 심하여 굴진면의 자립시간이 짧은 지반에서는 보조공법을 적용하여야 하고, 팽창성 지반·함수미고결지반·단층대·풍화대가 깊은 구간에서 변위가 과다하게 발생할 것으로 예상되거나 안정성에 취약한 구간은 강성이 큰 강지보재·케이블 볼트·앵커 설치를 고려할 수 있다	KDS 27 20 00 4.2.5
조사 한계	설계 시의 조사 결과만으로는 지반조건, 지질조건 및 지하수조건을 정확하게 파악하기 어려우므로 시공 중 조사를 실시하여야 한다	KDS 27 10 10 2.1
사전조사	터널굴착작업은 보링(boring) 등 적절한 방법으로 낙반·출수 및 가스폭발 등으로 인한 위험을 방지하기 위하여 미리 지형·지질 및 지층상태를 조사하고, 그 결과를 기록·보존하여야 한다	안전보건규칙 제38조 제1항 제7호·별표 4
설계·현장 불일치	시공 중 설계내용 및 시공방법이 현장조건에 부적합하다고 판단될 때는 계측자료·막장관찰 결과 분석 등 기술적 검토를 거쳐 공사감독자의 승인을 받아 지체 없이 변경하여야 한다	KCS 27 10 10 3.1
기상·우수	갱구부는 비탈면의 안정성을 우선으로 하며 시공 중 우수유입으로 인한 침수피해 및 산사태 등의 발생가능성을 고려하여 계획하여야 한다	KCS 27 10 10 3.6
악천후	비·눈·바람 또는 그 밖의 기상상태의 불안정으로 인하여 근로자가 위험해질 우려가 있는 경우 작업을 중지하여야 한다(태풍 등으로 긴급 복구작업이 필요한 경우는 제외)	안전보건규칙 제37조 제1항

※ 시공 중 징후 대응 — 천공 중 이상 용출수, 가스의 분출, 지질의 변화 등이 있으면 즉시 천공을 중지하고 필요한 조치를 취하여야 한다(KCS 27 20 00 3.3.9).

안전대책 — 굴착·지보 (붕락·낙반)Excavation Control

낙반·붕락 대책의 핵심은 이완을 키우기 전에 지지링을 닫는 것 — 지보공·록볼트 설치, 부석 제거는 법정 의무(안전보건규칙 §351)다.

지보 즉시 시공·조기 폐합 — 숏크리트·록볼트·강지보공으로 지지링 신속 형성, 1굴진장 최소화
부석(浮石) 제거 — 굴착 직후 천단·막장 들뜬 암 제거, 낙반 위험 사전 차단(§351)
막장·천단 보강 — 막장 페이스볼트·포어폴링(Forepoling)·강관다단그라우팅 등 선지보
출입구 부근 보강 — 갱구부 흙막이 지보공·방호망으로 지반 붕괴·낙하 방지(§352)
계측 기반 관리 — 내공변위·천단침하·록볼트 축력 계측으로 거동 확인, 한계초과 시 작업중지(§360)

대상	주요 대책	근거
낙반·부석	지보공·록볼트 설치, 부석 제거	안전보건규칙 §351
갱구부	흙막이 지보공·방호망 설치	안전보건규칙 §352
급박위험	낙반·출수 시 즉시 작업중지·대피	안전보건규칙 §360

안전대책 — 발파·가스·화재Blasting & Fire

발파 안전 (§348·§349)

장약 중 화기 사용·흡연 금지, 얼은 다이너마이트 위험 융해 금지
장전구는 마찰·충격·정전기 폭발 위험 없는 것 사용
벼락 우려 시 장전 중지·대피, 피난 불가 시 전면·상부 견고 방호 피난장소 설치
발파 후 충분한 환기로 후가스 배출 — 불발·확인곤란 시 전기뇌관은 재점화 방지 조치 후 5분 이상·그 외는 점화 후 15분 이상 경과 전에는 장전장소 접근 금지(§348 5호)

가스·화재 (§350·§355~§359)

인화성 가스 농도측정 담당자 지정·작업 전 측정(§350)
가스 분출 우려 시 보링(boring)으로 사전 가스 제거(§355)
용접·용단 시 인화물 제거·불연성 덮개·격벽, 소화설비 위치·사용법 주지, 작업 종료 후 잔불 확인(§356) / 화기·아크 사용장소 방화담당자 지정(§358)
터널 내 점화물질 휴대 금지·게시, 화기·배전반부 소화설비 설치(§357·§359)

※ 갱내 화재·폭발의 3요소(가연물·산소·점화원)는 모두 갱내에 존재한다. 이 중 산소는 근로자의 호흡 때문에 끊을 수 없다. 그래서 법은 끊을 수 있는 점화원(§357)과 가연물(§356)을 각각 차단하고, 남는 위험을 감시(§358)·소화설비(§359)로 뒤를 받치도록 설계되어 있다.

안전대책 — 환기·출수·갱내환경Ventilation & Water

환기설비 운영 — 배기가스·분진으로 시계가 현저히 제한되면 환기·살수로 시계 유지(§353), 산소·가스 상시 측정
분진 저감 — 살수·습식천공·집진으로 진폐 예방, 디젤장비 후처리·전동장비 도입
출수·돌발용수 대비 — 막장 선진보링으로 용수·파쇄대 예측, 배수·차수그라우팅, 출수 시 즉시 대피(§360)
비상대응 설비 — 낙반·출수 위험을 알리는 비상벨·통신설비 설치 및 위치 주지(§360②), 대피로·구명장비 확보
굴착기계 사용기준 준수 — 운전위치 이탈 시 안전조치 등 제342·344조 준용(§354)

건설현장 안전관리 포인트On-site Management

막장 점검·TBM : 매 굴진 막장관찰(Face Mapping)로 지질 변화·용수 확인, 작업 전 위험성평가(TBM) 실시
계측 관리 : 천단침하·내공변위·지보재 응력 계측값을 관리기준치와 비교, 이상 시 즉시 작업중지·보강(§360)
환기·가스 일상관리 : 가스측정 담당자 지정·기록, 환기량·산소농도 점검을 작업 개시 전 루틴화(§350·§353)
출입·비상관리 : 갱내 인원 입·출 관리(태그), 대피동선·집결지 주지, 비상벨·통신설비 작동 확인(§360②)

통찰 포인트Insight

!건설안전기술사 관점의 본질

NATM 안전의 본질은 굴착면을 '막는 것'이 아니라 지지링이 형성되기 전의 시간·공간을 최소화하는 것이다.

NATM은 지반 스스로가 아칭으로 하중을 분담하게 하는 공법이다. 그러나 그 지지링은 숏크리트·록볼트가 폐합되는 순간에야 닫힌다. 굴착 직후부터 폐합 전까지의 '무방비 막장·천단'이 곧 낙반·붕락이 집중되는 위험창(window)이다.

그래서 대책의 무게중심도 강한 라이닝을 '나중에' 두는 것이 아니라, 1굴진장을 줄이고 지보를 '즉시' 닫는 것, 그리고 계측으로 지지링의 거동을 실시간 확인하는 것에 있다. 발파·가스·출수 대책은 이 위험창에서 피해가 증폭되지 않도록 밀폐공간의 점화원·유독가스·돌발수를 끊는 일이다.

"NATM의 안전은 지반을 의심하되 믿게 만드는 것 — 계측으로 의심하고, 즉시 지보로 믿게 한다."

채점 포인트Scoring

✓채점자가 주목하는 핵심 논리

공법 원리 연결 — NATM이 지반 자체 지보(아칭·지지링)임을 밝히고, 재해를 '지지링 형성 전 막장·천단'으로 연결했는가
재해유형 5대 망라 — 붕락·낙반 / 발파 / 가스·화재 / 출수 / 장비·환경을 모두 언급(하나라도 빠지면 감점)
대책의 법적 근거 — 부석제거·지보(§351), 가스측정(§350), 점화물질 금지(§357), 작업중지·비상설비(§360)를 조항과 함께 제시

반드시 포함할 핵심용어

숏크리트·록볼트아칭·지지링조기폐합·1굴진장부석 제거(§351)가스측정(§350)점화물질 금지(§357)작업중지·비상벨(§360)계측·막장관찰

답안작성 TipWriting Tip

✎고득점형 구성 전략

원리 한 줄로 시작 — 도입에 'NATM=지반 자체 지보(아칭)'을 적고 '재해=지지링 형성 전 막장·천단'으로 프레임을 잡으면 이해도를 즉시 증명.
재해유형↔대책 대칭표 — '5대 재해(붕·발·가·출·장)'와 '대책+법조항(§351·§350·§357·§360)'을 좌우 대칭으로 배치하면 논리 완결성 어필.
밀폐공간 프레임으로 마무리 — 결론은 "갱내는 단방향 밀폐공간 → 예방(지보·환기)과 비상대응(통신·대피)을 동시에"로 정리하면 안전관리 시야 확보.