[논문]싱가포르 Transmission Cable Tunnel NS1공구의 설계사례

김재영; 문준식; 장석부; 이승복

문제 정의

0m, 세그먼트 두께 300mm의 TBM터널, 작업구 및 NATM 연결터널, 지상부 Building 및 M&E설비(환기, 냉각, 비상전기, 방재시설 등) 이다. 본 과업은 TBM터널 구간이 암반강도가 높고 절리가 적은 Bukit Timah 화강암층을 주로 통과하며, 복합지반 등 암석시험결과와 인근 사례의 검토내용에 대해 소개하고자 한다.
82km에 수직구 3개소, TBM터널 2개소, 지상부 Building 및 M&E설비를 포함하고 있다. 본 과업의 TBM터널구간은 암반강도가 높고 절리가 적은 Bukit Timah 화강암을 주로 통과하며, 복합 지반 등 암석시험결과와 인근 사례의 검토내용에 대해 소개하였다.

가설 설정

∙ 압축강도 1MPa~300MPa로 다양, 신선한 화강암은 마모도가 매우 높음.
∙ 화강암, Jurong, Old Alluvium은 모두 Cutter의 마모가 심한 경향을 나타냄.

제안 방법

그리고 최근 싱가포르 Circle line의 Project사례를 문헌조사하여 Bukit Timah 화강암구간에서 TBM터널의 시공사례를 표 4와 같이 정리, 검토하였다. 기존 사례검토 결과, 계획 및 시공준비 단계 대비 낮은 굴진율로서 공정 지연이 발생한 것으로 판단되었으며, 굴진율도 큰 편차를 보이고 있었다.
2m의 대심도 조건에서 강도가 크고, 마모도가 높은 Bukit Timah 화강암을 굴착해야 한다. 따라서 발주처에서는 EPB TBM 대비 마모에 유리하고, 수압에 대한 대응이 가능한 TBM 형식으로 이수식(Slurry)으로 계획되었다. 그림 5에 TBM터널의 단면과 주요 설계사항을, 그림 6에 시설개요를 나타내었다.
본 과업구간의 TBM 통과구간에 분포하는 Bukit Timah 화강암에 대해 발주처에서는 다양한 암석시험을 수행하였으며, 표 3에 시험결과를 정리하여 나타내었다.
TBM터널구간은 그림 3과 같이 주로 Bukit Timah 화강암층을 통과하며, 일부 Old Alluvium의 토사층이 출현할 것으로 예상되었다. 이러한 지반조건 및 통과심도를 고려하여 발주처에서는 EPB(Earth Pressured Balanced) TBM대비 마모에 유리하고, 수압에 대한 대응이 가능한 Slurry type의 TBM을 사용토록 하였다.

대상 데이터

싱가포르 Transmission Cable Tunnel 공사는 장기적인 전력수요를 충족시키기 위한 전력 공급망 확장 Programme의 일환으로 추진되는 프로젝트이다. 남북 18.5km(Gambas Ave.~May Road), 동서 16.5km(Aver Rajah~Paya Lebar)의 400kV 전력 배송망 설치를 위한 지하 터널공사로서 그림 1에 개요를 나타내었다.
당사가 수행하는 NS1공구는 싱가포르 북부 Gambas Ave와 Mandai에 위치하며, 총 연장 5.86km 구간으로 TBM tunnel을 포함한 shaft 3개소 및 mined adit tunnel(NATM), Ventilation building, Equipment building으로 구성되어 있다. 본 공구의 시점인 Gambas Shaft는 기존 변전소와 연결하는 계획이다.
본 프로젝트는 2000년 Senoko~Gambas 및 Tuas~ Jurong간 전력구터널 이후 10년만에 발주되는 대심도 전력구 터널공사로서, 발주처는 싱가포르 및 호주에서 전력배송 사업을 수행중인 Singapore Power Group 산하 SP Power Assets(SPPA)이며, 발주처 기본설계는 Mott MacDonald(North~South)와 WorleyParsons(East~West)에서 수행하였다.
최종 목적구조물은 내경 6.0m, 세그먼트 두께 300mm의 TBM터널, 작업구 및 NATM 연결터널, 지상부 Building 및 M&E설비(환기, 냉각, 비상전기, 방재시설 등) 이다.

데이터처리

암석의 표면경도를 측정, 암석의 엽리에 대해 수평방향으로 측정된 SJ값으로 DRI(Drill Rate Index)산정, DRI는 TBM의 굴진성능을 산정하는 변수로 암석의 S20과 SJ 값으로부터 경험적인 그래프를 이용하여 산정하는 Siever's J-Value Test를 수행하였다.

성능/효과

1) Bukit Timah 화강암의 강도와 마모도 등 각 종 암석 시험을 수행한 결과, 전체 연장의 약 70% 이상이 암반의 강도가 높고 절리가 적은 GI~GIII의 Bukit Timah 화강암으로 구성되어 있으며, 일부 토사층 및 복합지층을 통과할 것으로 예상되었다.
2) 싱가포르 내 Timah 화강암을 TBM으로 굴착한 Circle line의 시공사례를 조사한 결과, 계획 및 시공준비 단계의 예측굴진율 대비 낮은 굴진율을 보였다.
암석의 표면경도를 측정, 암석의 엽리에 대해 수평방향으로 측정된 SJ값으로 DRI(Drill Rate Index)산정, DRI는 TBM의 굴진성능을 산정하는 변수로 암석의 S20과 SJ 값으로부터 경험적인 그래프를 이용하여 산정하는 Siever's J-Value Test를 수행하였다. J-Value결과는 GII와 GIII 등급의 화강암이 GI등급보다 단단한 것으로 나타나지만, 실제는 GI~GIII는 거의 비슷할 것으로 예상하였다.
8m, 발주처에서 제공한 보링 조사결과는 총 69공으로 노선을 따라 약 44m 간격으로 실시되었다. TBM 통과구간에는 전반적으로 압축강도가 높은 Bukit Timah 화강암 GI~GIII등급이 70%, Mixed 구간이 20%, 토사구간이 10%를 차지하는 것으로 나타났다. 또한 Bukit Timah 화강암의 경우, 석영함유량(22~63%)이 높아 Cutter의 마모가 클 것으로 예측되었다.
TBM터널구간의 지반은 전체 연장의 약 70% 이상이 암반의 강도가 높고 절리가 적은 GI~GIII의 Bukit Timah 화강암으로 구성되어 있으며, 일부 토사층 및 복합지층을 통과할 것으로 예상되었다. 그림 7에 TBM터널 굴진구간에서 조우가 예상되는 막장개요를 나타내었다.
그리고 최근 싱가포르 Circle line의 Project사례를 문헌조사하여 Bukit Timah 화강암구간에서 TBM터널의 시공사례를 표 4와 같이 정리, 검토하였다. 기존 사례검토 결과, 계획 및 시공준비 단계 대비 낮은 굴진율로서 공정 지연이 발생한 것으로 판단되었으며, 굴진율도 큰 편차를 보이고 있었다.
암석의 마모성을 평가하는 Cerchar abrasivity시험결과, 0.28~6.23으로 평균 3.70으로 나타났으며, 마모도가 높을 것으로 예상되었다.
2m, 보링 조사는 총 31공이 수행되었으며, 노선을 따라 약 86m 간격으로 실시되었다. 이 구간도 전반적으로 압축강도가 높은 Bukit Timah 화강암 GI~GIII등급이 터널연장의 72.3%, Mixed 구간이 11.1%, 토사구간이 16.6%를 차지하는 것으로 나타났다. 또한 이 구간에서도 Bukit Timah 화강암의 경우, 석영함유량(22~63%)이 높아 Cutter의 마모가 클 것으로 예측되었다.
05의 범위에 분포하고 있었다. 일반적인 Bukit Timah 화강암의 특성과 같이 GIV등급이 분쇄가 쉽고, GI등급은 분쇄되기 어려운 것으로 예측되었다.

후속연구

3) 향후 본 과업구간의 TBM굴진 Data를 바탕으로 암반 강도가 높고 절리가 적은 화강암지반의 경우에 대한 굴진율과 Cutter의 마모 및 교체에 대해 별도 보고하여 Data와 경험을 축적하여 유사 프로젝트 수행시 참고자료로서 활용하고자 한다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	싱가포르 Transmission Cable Tunnel 공사는 어떤 프로젝트인가?	싱가포르 Transmission Cable Tunnel 공사는 장기적인 전력수요를 충족시키기 위한 전력 공급망 확장 Programme의 일환으로 추진되는 프로젝트이다. 남북 18.
	NS1공구의 위치는?	당사가 수행하는 NS1공구는 싱가포르 북부 Gambas Ave와 Mandai에 위치하며, 총 연장 5.86km 구간으로 TBM tunnel을 포함한 shaft 3개소 및 mined adit tunnel(NATM), Ventilation building, Equipment building으로 구성되어 있다.
	Transmission Cable Tunnel NS1공구의 최종 목적구조물은?	82km의 NS1구간이다(그림 1). 최종 목적구조물은 내경 6.0m, 세그먼트 두께 300mm의 TBM터널, 작업구 및 NATM 연결터널, 지상부 Building 및 M&E설비(환기, 냉각, 비상전기, 방재시설 등) 이다. 본 과업은 TBM터널 구간이 암반강도가 높고 절리가 적은 Bukit Timah 화강암층을 주로 통과하며, 복합지반 등 암석시험결과와 인근 사례의 검토내용에 대해 소개하고자 한다.

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