최근 신설되는 도로의 경우 고속화/직선화로 인하여 터널의 연장 및 평균터널 길이, 3차선이상의 대 단면 터널이 날로 증가하고 있어 이에 따른 굴착 효율 극대화가 필요한 시점에 있다. 사패산 터널은 약 4km의 4차선 대단면 도로터널로, 환경문제로 인해 늦춰진 공기를 단축시키기 위하여 터널 굴착 시 굴진효율에 가장 큰 영향요소인 굴진장과 여굴관리, 발파효율의 개선을 위한 다양한 신 공법이 적용되고 있다. 본 논문은 당 현장에서 시도되고 있는 신 공법 중, 새로운 형태의 폭약인 Bulk 폭약에 대하여 소개하고, Bulk 폭약의 대 단면 터널 적용에 대한 효율을 검증하고자 하였다.
최근 신설되는 도로의 경우 고속화/직선화로 인하여 터널의 연장 및 평균터널 길이, 3차선이상의 대 단면 터널이 날로 증가하고 있어 이에 따른 굴착 효율 극대화가 필요한 시점에 있다. 사패산 터널은 약 4km의 4차선 대단면 도로터널로, 환경문제로 인해 늦춰진 공기를 단축시키기 위하여 터널 굴착 시 굴진효율에 가장 큰 영향요소인 굴진장과 여굴관리, 발파효율의 개선을 위한 다양한 신 공법이 적용되고 있다. 본 논문은 당 현장에서 시도되고 있는 신 공법 중, 새로운 형태의 폭약인 Bulk 폭약에 대하여 소개하고, Bulk 폭약의 대 단면 터널 적용에 대한 효율을 검증하고자 하였다.
Lately, the length of tunnel, the number of long-large tunnel over 3 lanes are steeply increased because of the request for high-speed and straight road. Therefore, the maximization of excavation efficiency is needed in tunnel construction. The sapaesan tunnel (4 lanes with the length of 4km) constr...
Lately, the length of tunnel, the number of long-large tunnel over 3 lanes are steeply increased because of the request for high-speed and straight road. Therefore, the maximization of excavation efficiency is needed in tunnel construction. The sapaesan tunnel (4 lanes with the length of 4km) construction was delayed with environmental conflict far 2 years. For making-up delayed construction period, various new methods were adopted to improve excavation length, look-out and blasting efficiency. This study introduced bulk explosive which is new method in tunnel blasting and verified the efficiency of bulk explosive far long-large tunnel.
Lately, the length of tunnel, the number of long-large tunnel over 3 lanes are steeply increased because of the request for high-speed and straight road. Therefore, the maximization of excavation efficiency is needed in tunnel construction. The sapaesan tunnel (4 lanes with the length of 4km) construction was delayed with environmental conflict far 2 years. For making-up delayed construction period, various new methods were adopted to improve excavation length, look-out and blasting efficiency. This study introduced bulk explosive which is new method in tunnel blasting and verified the efficiency of bulk explosive far long-large tunnel.
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제안 방법
Bulk 폭약과 카트리지 폭약의 성능을 비교 평가하기 위하여 시험발파를 실시하였다. 시험 발파의 비교항목으로는 굴진율, 천공수, H.
Bulk 폭약의 경우 총 7회 시험발파를 실시하였으며, 카트리지 폭약의 경우에는 총 4회의 시험 발파를 실시하였다. 각 시험에 앞서 막장관찰과 RMR 과 Q system등의 암반분류를 실시하였으며, 암반 상태에 따른 시험 결과치의 영향을 최소화하기 위하여 RMR값 50-70과 Q system의 값 4-26까지의 범위에 드는 데이터 들을 상호 비교하였다.
실시하였다. 각 시험에 앞서 막장관찰과 RMR 과 Q system등의 암반분류를 실시하였으며, 암반 상태에 따른 시험 결과치의 영향을 최소화하기 위하여 RMR값 50-70과 Q system의 값 4-26까지의 범위에 드는 데이터 들을 상호 비교하였다.
본 시공사례는 4차선의 대단면 터널 중 국내 최장의 길이를 가지고 있는 사패산 터널에서의 굴착에 관한 시공사례에 대한 내용을 포함하고 있으며, 아울러 사패산 터널공사시 가장 큰 화두로 대두되고 있는 공기단축을 위한 굴착방법에 대한 개선사항으로 굴착효율을 증가시키기 위해서 기존의 카트리지 형태의 폭약에서 밀장전이 가능한 Bulk 폭약으로 설계변경을 하였다.
본 시공사례는 사패산 터널에서 굴진효율 증대를 위하여 적용 중에 있는 Bulk 폭약의 성능 평가을 실시하여 현장에 적용하였으며 이를 요약하면 다음과 같다.
상기의 식을 이용하여 Bulk폭약과 카트리지 폭약을 각각 사용했을 때 굴진율, 천공수, H.C.F(Half Cast Factor), 비산거리/ 장약시간, 비장약량에 통계적으로 유의한 차이가 있는지를 검증하였다.
시험 발파의 비교항목으로는 굴진율, 천공수, H.C.F(Half cast factor), 비산거리, 장약시간, 비장약량 등의 항목을 비교평가 하였으며, 평가에 영향을 줄 수 있는 요인인 암반의 상태 등을 미리 파악하여 분석에 활용하였다.
대상 데이터
동일하다. 당 현장에서 사용된 Bulk 폭약의 특성치는 표 1과 같고 제품 규격은 Brrel 당 300kg 이다.
본 조사지역은 행정 구역상 경기도 양주군 장흥면 일대에서 경기도 의정부시에 위치하며 계획노선의 대부분이 북한산 국립 공원내에 걸쳐 있다. 노선 구간의 대부분이 산악지힝으로 전체적인 지형은 지질분포의 영향을 받아 북한산에서 사패산의 남-북 산계에 대하여 북동 방향으로 위치해 있으며 흑운모 화강암을 기저로 하고 있다.
본 현장은 경기도 양주군 장흥면 교현리-경기도 의정부시 호원동에 위치하고 있고(그림 1 참조), 연장은일산[/C 기 점 18km332.677-25km814.084 (L=7.481km)이다. 터널현황은 그림 2에 도시하였고, 현장의 구조물 개요는 다음과 같다.
데이터처리
1) Bulk 폭약과 카트리지 폭약의 성능을 비교 평가하기 위하여 시험발파를 하여 그 결과를 비모수적인 통계기법을 이용하여 분석하였다.
F, 비장약량, 진동은 7%, 3%, 30%, 37%가 증가하였다. 이러한 결과들이 통계적으로 얼마나 유의한 값을 가지고 있는지 확인하기 위하여 3.2절에서 제시한 비모수적인 통계기법을 이용하여 분석한 결과를 표 3에 제시하였다.
표본의 크기가 매우 작은 경우에 모수통계분석에 비해 적용이 용이한 비모수통계분석 이용하였으며 Bulk 폭약을 사용한 집단과 카트리지폭약을 사용한 집단의 효용성을 비교하기 위하여 Mann-Whitney Test를 적용하여 차이에 대한 유의성을 확인하였다. Mann-Whitney U-통계량은 식(2)와 같이 정의할 수 있다.
성능/효과
2) 천공수와 장약시간은 각각 16%정도 감소하였고 굴진율, 비산거리, 비산거리, H.C.F, 비장약량, 진동은 각각 6%, 7%, 3%, 30%, 37%가 증가하였다.
3) Bulk 폭약과 카트리지 폭약에 대한 Mann-Whitney Test를 통한 동질성 검정을 한 결과 유의한 차이를 보이는 요소들은 굴진율, 천공수, 장약량, 장약시간 이었고, 그 외의 H.C.F, 비산 거리, 진동 등의 경우에는 유의한 차이를 보이지 않았다.
4) 터널 굴착시 Bulk폭약을 사용함으로 얻을 수 있는 효과 중 긍정적인 효과로는 굴진율 의 증가, 천공수의 감소, 장약시간의 감소 등의 효과가 있어, 기존의 카트리지 폭약으로 설계되었던 원설계를 Bulk 폭약으로 설계변경하여 시공에 적용하고 있다.
Bulk 폭약 집단과 카트리지 폭약 집단에 대한 Mann-Whitney Test를 통한 동질성 검정을 한 결과 유의확률을 0.05로 하였을 때, 유의한 차이를 보이는 요소들은 굴진율, 천공수, 장약량, 장약 시간이었고, 그 외의 H.C.F, 비산거리, 진동 등의 경우에는 유의한 차이를 보이지 않았다.
굴진율의 경우 Bulk 폭약이 카트리지 폭약에 비해 약 6% 증가율을 보였으나, 굴진율과 암반 상태와는 상관성이 존재하여 절리가 많고 강도가 떨어지는 암반이 무결한 암반보다 발파효율이 상대적으로 좋게 나타나는 현상을 보였으며, 상대적으로 강한 암반상태에서는 그 증가율이 10% 이상 차이가 나는 것으로 분석되었다.
다시 말해 Bulk 폭약을 사용함으로 해서 기존의 카트리지 폭약보다 굴진율과 장약량은 증가하고 천 공수와 장약시간이 감소한다는 것이 통계적으로 유의하며 H.C.F, 비산거리, 진동 등의 경우에는 사용폭약 종류에 따른 결과 값이 상호간에 유의할 만한 차이가 없는 것으로 판단된다. 유의한 차이를 보이는 요소를 중심으로 하여 터널 굴착시 良의 효과와 否의 효과로 나누어 그림 5에 도시하였다.
지형을 종합해추면 하천들은 각기 발원한 소규모 지천들로 동서방향의 방향성을 보이며 가지상으로 뻗어있고, 사폐산 일 대의 돌출부 형태의 특징적인 형태로 볼때 전반적인I 지형은 장년기 지형양상을 보이며, 북한산 국립공원 북동부의 광범위한 충적층 지역은 노년기 지형이라 할 수 있다.
한편, 천공수와 장약시간은 각각 16%정도 감소하였고 비산거리, H.C.F, 비장약량, 진동은 7%, 3%, 30%, 37%가 증가하였다. 이러한 결과들이 통계적으로 얼마나 유의한 값을 가지고 있는지 확인하기 위하여 3.
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