건설 탑다운 공법(Top-down, 역타공법) 개념과 종류, 장단점 비교

도심지공사에서 주로 많이 채택되는 탑다운 공법(역타공법)의 개념에 대하여 알기쉽게 정리하였습니다. 그리고 ‘Down-up’, ‘Up-up’, ‘Semi Top-Down’, ‘Full Top-Down’ 등 각 공법의 종류와 특징, 장단점 및 공사기간까지 아래의 글에서 확인하실 수 있습니다.

1. 탑다운(역타) 공법 개요

1.1. 탑다운 공법 이란?

간단히 말하면,

지하구조물을 위에서 아래로 구축하는 공법

1.3. 도심지 공사의 지하공사 방안

오픈컷 공법을 적용할 수 없으면, 지하구조물 공사를 어떻게 진행할 것인가?
흙막이를 한 상태로 굴착/터파기를 하고 3~4m 내려갈때 마다 띠장이나 스트럿을 설치하여 흙막이가 무너지지 않도록 하는 방법이 있지만, 지하에서 순타로 올라올 때 띠장을 매번 해체해 가면서 골조공사가 올라와야 하기 때문에 비효율적입니다.
그래서 띠장(또는 스트럿)을 대는 대신, 어차피 만들어야하는 B1F바닥(Slab), B2F바닥을 시공하면서 그 수평구조물(Slab)이 자연스럽게 흙막이가 무너지지 않도록 횡으로 받치면서 지하 굴착을 이어가는 방법으로 진행하는 것. 그게 탑다운 공법 입니다.

1.4. 탑다운 공법의 개발배경

우리가 흔히 ‘탑다운(top-down)’이라고 하는 지하층과 지상층의 공사를 같이 진행하는 방식을 영문으로는 ‘업다운(up-down) 공법’이라고 합니다.
탑다운공법은 제2차 세계대전 당시 영국이 독일군의 눈을 피해 지하 방공호를 건설하고자, 먼저 땅을 덮고 지하에서 숨어 굴착을 하는 공법으로 개발되었습니다.
다른말로 ‘Cover and cut(덮은 뒤 굴착)’ 이라는 표현도 사용합니다.
탑다운의 반대말은 일반적인 지하구조물 시공방법으로 ‘cut and cover’ 또는 ‘bottom-up’ 과 같은 표현을 사용할 수 있습니다.

2. Top-Down 공법 장단점

2.1. 장점

1. 1층바닥 슬라브와 외벽 흙막이 연결되므로, 벽체 변형이 최소화 되어 인접부지 및 건물 침하/변형에 대한 안정성 확보가 가능
2. 지하층, 지상층 동시 시공으로 공기단축 효과를 기대할 수 있음
3. 1층바닥 슬라브 선 시공으로 이를 작업장 또는 물류이동동선 등으로 활용할 수 있어 좁은부지 공간활용도가 높음
4. 지하공사시 발생하는 소음,분진을 차폐
5. 지하공사 진행시 날씨(우천 등)에 비교적 영향을 덜 받으면서 굴토 및 지하골조공사를 진행할 수 있음

2.2. 단점

1. 순타공법(Cut and cover)에 비해 공사가 복잡하여 시공소요 비용이 높음
2. 1층 바닥 슬라브가 덮여 있어 환기 및 통풍시설 필요
3. 순타에 비에 작업공간 협소로 작업효율이 떨어짐
   (부지협소/인접부지 등에 의한 이유로 역타를 선택하기 때문에 작업효율이 떨어지는 건 자연스러운 현상임)

3. Top-Down 공법 시공 순서

Top-Down공법은 아래 그림과 같은 순서로 시공합니다.

1. 시공부지위에 작업할 수 있도록 부지정지를 하고
2. 흙막이벽을 시공합니다.
3. PRD(Percussing Rotary Drill) 시공
4. 굴착 및 1층바닥 골조 시공
5. 추가 굴착 및 역타(B1F->B2F-기초) 시공
6. 설계에 따라 전이구조층 바닥 타설 후 지상골조 시공

4. 역타공법의 종류

탑다운 공법은 지상층 골조공사 착수 시점에 따라 다음의 네가지 종류로 구분할 수 있습니다.

1. Down-up (다운업)
2. Up-up (업업)
3. Semi Top-down (세미탑다운)
4. Full Top-down (풀탑다운)

4.1. Down-up 공법

지하 골조공사 전체가 완료 된 후 지상골조를 착수하는 공법입니다.
구조적 전이층을 두지 않는, 가장 기본적인 탑다운 공사 형태로 비교적 공사비 소요가 적고, 공기단축의 효과도 작습니다.

공사비 小
공기단축 小

1. 1층 바닥을 타설하고
2. 지하1층 바닥, 지하2층 바닥, 지하3층 바닥 역타순서로 수평부재를 시공해 내려가고
3. 기초를 시공하고
4. 최하층 수직부재 → 지하 3층 수직부재(벽체, 기둥 등) 시공
5. 지하 2층 수직부재 → 지하 1층 수직부재 순서로 수직부재를 시공
6. 지하수직부재 시공이 완료되면 1층부터 지상층 골조공사를 순차적으로 진행

전이층을 두어, 지하 수평부재 및 기초공사 완료 후 지하수직재 공사와 동시에 지상골조공사를 착수하는 방법입니다.

공사비 中
공기단축 中

1. 1층 바닥 타설
2. 지하 1층바닥 전이층 수평부재 시공
3. 역타순서로 수평부재 시공
4. 기초 시공
5. 지하 최하층 수직부재 착수와 동시에
6. 지상 1층 골조공사 착수

지하 전이구조(B1F바닥+B1F수직부재) 완료 후 지하역타공사와 함께 지상골조공사를 바로 착수하는 방법입니다.
공사비 소요 만큼 공기단축 효과도 있습니다. 근래 도심지 공사는 거의 Semi Top-down 공법을 많이 쓰고 있는 것으로 보입니다.

공사비 大
공기단축大

1. 1층 바닥 타설
2. 지하 1층바닥 전이층 수평부재 시공
3. 역타순서로 수평부재는 진행함과 동시에
4. 지하 1층 수직부재 시공
   (1층바닥~지하1층 으로 연결된 전이구조 완성)
5. 지하 역타공사와 동시에 지상 골조공사 착수

1층 바닥 완료 후 지하역타와 동시에 직상 골조공사를 같이 진행하는 방법입니다.
역타 기둥(PRD)에 가장 많은 하중이 실리게 되며, 지하/지상 모두 SRC구조로 시공하는 경우에 적용합니다.
사실상 코어(Core : 계단실 및 E/V 등)는 RC공사이기 때문에 이 공법을 적용할 경우, 코어는 코어대로 코어선행을 시켜놓고 이 공법을 적용할 수 있을 것으로 생각됩니다.

공사비 大
공기단축 大
지상/지하 SRC설계에 가능

1. 1층 바닥 타설
2. 지하 수평부재 역타공사와
3. 지상 골조공사 동시 착수

5. 역타공법 종류별 공사기간 비교

Top-down공법 종류별로 공사기간을 비교하면 아래와 같이 표현할 수 있습니다.
Full Top-down 공법이 가장 빠르겠지만, 코어 구간에 대한 해결방안에 따라 다양할 수 있어 가장 일반적인 3가지 공법에 대한 공사기간 비교를 보여드립니다.

6. 용어 설명

• 카운터월(Counter Wall)
  슬러리월 시공시 하부 암반으로 인해 슬러리월이 하부로 진행되지 않을경우 하부 암반과 합벽으로 시공하는 벽체
• 슬라브(Slab)
  철근콘크리트구조의 바닥
  콘크리트 슬래브(concrete slab)는 건축에서 구조물의 바닥이나 천장을 구성하고 있는 판 형상의 구조 부재(cast concrete)를 말함
• 수직부재
  이 글에서는 RC공사의 기둥과 벽체 구조물
• RC공사
  (Reinforced Concrete) 철근콘크리트공사
  철근콘크리트구조로서 기둥, 보, 바닥판, 벽 등 각 부분을 일체화시켜 구성하는 공법

7. 맺음말