소음 및 진동을 고려한 도심지 내 대단면 수직구 발파설계 사례 -싱가포르 Transmission Cable Tunnel EW2 공구- Blasting Design for Large Shaft in Urban Area Considering Noise and Vibration -Singapore Transmission Cable Tunnel EW2-원문보기
싱가포르 전력구 터널 건설공사는 싱가포르 내의 전력수요 증가에 대응하기 위해 지하에 400kV의 고압 전기 케이블 등 송전설비 설치를 위한 터널을 건설하는 공사이다. 본 전력구는 총연장 35km의 터널로서 18.5km의 North-South Line의 3개 공구 (NS1, NS2, NS3)와 16.5km의 East-West Line의 3개 공구 (EW1, EW2, EW3)로 나누어 건설된다. 총 6개의 공구 중 SK건설은 EW2 공구와 NS2 공구를 수주하여 현재 시공중이다. 본 프로젝트의 과업 중 지상과 고압 송전 케이블 터널을 연결하는 수직구가 공구당 3~4개소가 있으며, 시공 중에는 TBM 발진용으로 활용된다. 지하 전력구는 싱가포르 내 도심 한복판을 가로질러 건설되며, 수직구 또한 대부분 도심지 내에 있어 수직구 굴착 시 발파 효율의 극대화와 동시에 싱가포르 소음 및 진동 기준을 만족하는 최적의 발파 설계가 요구된다. 싱가포르 전력구 터널 EW2 공구의 수직구 발파는 현지 허용 진동속도기준을 준수하고 국내의 우수한 발파 설계기술을 적용하여 설계되었으며 본 설계를 통하여 국내의 우수한 발파 설계 및 시공 기술을 전파할 좋은 기회가 될 것으로 기대된다.
싱가포르 전력구 터널 건설공사는 싱가포르 내의 전력수요 증가에 대응하기 위해 지하에 400kV의 고압 전기 케이블 등 송전설비 설치를 위한 터널을 건설하는 공사이다. 본 전력구는 총연장 35km의 터널로서 18.5km의 North-South Line의 3개 공구 (NS1, NS2, NS3)와 16.5km의 East-West Line의 3개 공구 (EW1, EW2, EW3)로 나누어 건설된다. 총 6개의 공구 중 SK건설은 EW2 공구와 NS2 공구를 수주하여 현재 시공중이다. 본 프로젝트의 과업 중 지상과 고압 송전 케이블 터널을 연결하는 수직구가 공구당 3~4개소가 있으며, 시공 중에는 TBM 발진용으로 활용된다. 지하 전력구는 싱가포르 내 도심 한복판을 가로질러 건설되며, 수직구 또한 대부분 도심지 내에 있어 수직구 굴착 시 발파 효율의 극대화와 동시에 싱가포르 소음 및 진동 기준을 만족하는 최적의 발파 설계가 요구된다. 싱가포르 전력구 터널 EW2 공구의 수직구 발파는 현지 허용 진동속도기준을 준수하고 국내의 우수한 발파 설계기술을 적용하여 설계되었으며 본 설계를 통하여 국내의 우수한 발파 설계 및 시공 기술을 전파할 좋은 기회가 될 것으로 기대된다.
With increasing needs in power, Singapore is requiring stronger power transmission. Singapore Transmission Cable Tunnel is underground tunnel for transmission system installation such as 400 kV cable. This Transmission Cable Tunnel is 35 km long in total. The North-South Transmission Cable Tunnel is...
With increasing needs in power, Singapore is requiring stronger power transmission. Singapore Transmission Cable Tunnel is underground tunnel for transmission system installation such as 400 kV cable. This Transmission Cable Tunnel is 35 km long in total. The North-South Transmission Cable Tunnel is 18.5 km long and there is a total of three (3) contracts; NS1, NS2 and NS3 in respect of the design and construction. The East-West Transmission Cable Tunnel is 16.5 km long, and also there is a total of three (3) contracts; EW1, EW2 and EW3. Among of them, SK E&C has been awarded and operating contract EW2 and NS2. In scope of works, each contract has 3 to 4 shafts which connect aboveground and underground high volt cable and those shafts are used as TBM launching shafts during construction. Transmission Cable Tunnel is undercrossing middle of Singapore and most of shafts are located in urban area. Thus, optimal blasting design satisfying high blasting efficiency as well as blasting vibration limit of Singapore is highly required. Blasting design for large shaft of Singapore Transmission Cable Tunnel follows blasting vibration limits in Singapore and reflects our blasting engineering skills. With Singapore Transmission Cable Tunnel Contract EW2, it is expected that our excellent blasting engineering and performance skills can be delivered to the world.
With increasing needs in power, Singapore is requiring stronger power transmission. Singapore Transmission Cable Tunnel is underground tunnel for transmission system installation such as 400 kV cable. This Transmission Cable Tunnel is 35 km long in total. The North-South Transmission Cable Tunnel is 18.5 km long and there is a total of three (3) contracts; NS1, NS2 and NS3 in respect of the design and construction. The East-West Transmission Cable Tunnel is 16.5 km long, and also there is a total of three (3) contracts; EW1, EW2 and EW3. Among of them, SK E&C has been awarded and operating contract EW2 and NS2. In scope of works, each contract has 3 to 4 shafts which connect aboveground and underground high volt cable and those shafts are used as TBM launching shafts during construction. Transmission Cable Tunnel is undercrossing middle of Singapore and most of shafts are located in urban area. Thus, optimal blasting design satisfying high blasting efficiency as well as blasting vibration limit of Singapore is highly required. Blasting design for large shaft of Singapore Transmission Cable Tunnel follows blasting vibration limits in Singapore and reflects our blasting engineering skills. With Singapore Transmission Cable Tunnel Contract EW2, it is expected that our excellent blasting engineering and performance skills can be delivered to the world.
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문제 정의
본 논문은 발파 효율의 극대화와 동시에 싱가포르 환경규제를 만족하도록 소음/진동을 저감할 수 있는 수직구 발파 설계 사례로 내경 12∼18m의 대단면을 반원의 2회 분할 발파로 설계하여 수직구 안정성 확보뿐만 아니라 굴착 사이클 타임을 최적화하였다.
가설 설정
분할 발파를 통해 수직구 안정성 확보는 물론 굴착 사이클 타임을 최적화하여 공기를 단축할 수 있을 것으로 판단되었다. 예를 들어 한 단면에서 발파로 인한 버럭처리 작업을 수행할 때 다른 단면에서 숏크리트나 록볼트 작업이 가능한 것으로 가정하였다.
제안 방법
그리하여 본 사례에서는 수직구 발파 설계에 전자 뇌관을 적용하여 기존 전기 또는 비전기 뇌관보다 안정적이고 정확한 초시를 제공하고, 전자뇌관의 무한 시차 장점을 이용해 지발당 장약량을 줄여 진동을 저감시켰으며, 공당 1개의 뇌관을 적용하여 뇌관 불발 때문에 전체 불발의 위험을 사전에 제거하였다.
본 공사의 수직구의 경우 내경이 12∼18m의 대단 면을 가지기 때문에 반원의 2회 분할 발파로 설계하였다.
수직구의 심발부는 진동 저감에 매우 효과적이고 장공 천공으로 연속 작업이 용이한 대구경 무장약공(Large Burn Hole, D = 400mm)을 적용하였다. 이는 터널에서의 평행공 커트(Paralled Hole Cut)와 유사한공법으로 최초의 폭발을 위한 자유면을 형성하기 위해 대구경 무장약공을 배치하는 것이다.
싱가포르 Transmission Cable Tunnel EW2 공구의 수직구 발파는 현지 허용 진동속도기준을 준수하고 국내의 우수한 발파 설계기술을 적용하여 설계되었다. 발파공사 시행 전에는 반드시 설계에 적용된 표준 발파패턴 및 공법을 기준으로 시험발파를 시행할 것이며 그 결과에 따라 현지 암반별 발파진동 추정식(K, α)를 구하여 발파설계를 수정 및 보완하여 변경할 예정이다.
이에 주요 보안물건의 수직구로부터의 최소이격거리, 최대 지발당 장약량에 따른 발파 진동 영향을 고려하여 수직구 발파 설계를 수행하였다.
주변 확대공 간격은 800∼900mm 로 설계하고 외곽공 공간격은 450∼550mm으로 설계하였다.
대상 데이터
본 전력구 터널의 총연장은 35km이며, Gambas Avenue에서부터 May Road까지 싱가포르의 남북을 가로지르는 총 18.5km의 NS Line 3개 공구 (NS1, NS2, NS3)와 Ayer Rajah에서 Paya Lebar까지 싱가포르의 동서 방향을 가로지르는 총 16.5km의 EW Line 3개 공구 (EW1, EW2, EW3)로 나누어 건설된다.
본 프로젝트의 과업 중 지상과 고압 송전 케이블 터널을 연결하는 수직구가 공구당 3∼4개소가 있으며, 공사 중에는 TBM 발진 및 회수용으로 활용된다.
성능/효과
Bukit Timah 화강암 (GI∼GIII)의 일축압축 시험 결과, GI에서 일축압축강도의 값이 최대 250MPa까지 나타나, 수직구 굴착 시 일부 구간에서는 매우 강한 압축강도를 가지는 암반을 조우할 것으로 예상되었다.
최대 지발당 장약량은 주변 보안건물을 고려하여 1.2kg/delay로 설계하였으며, 이는 허용 진동속도를 충분히 만족하는 것으로 나타났다(표 5).
후속연구
발파공사 시행 전에는 반드시 설계에 적용된 표준 발파패턴 및 공법을 기준으로 시험발파를 시행할 것이며 그 결과에 따라 현지 암반별 발파진동 추정식(K, α)를 구하여 발파설계를 수정 및 보완하여 변경할 예정이다. 또한, 공사 수행 중 설계 당시 파악되지 않은 민원인을 파악하여 허용 진동속도를 만족하는 발파를 수행할 것이다.
발파공사 시행 전에는 반드시 설계에 적용된 표준 발파패턴 및 공법을 기준으로 시험발파를 시행할 것이며 그 결과에 따라 현지 암반별 발파진동 추정식(K, α)를 구하여 발파설계를 수정 및 보완하여 변경할 예정이다.
본 프로젝트를 통하여 국내의 우수한 발파 설계 및 시공 기술을 전파할 좋은 기회가 될 것으로 기대된다.
본 공사의 수직구의 경우 내경이 12∼18m의 대단 면을 가지기 때문에 반원의 2회 분할 발파로 설계하였다. 분할 발파를 통해 수직구 안정성 확보는 물론 굴착 사이클 타임을 최적화하여 공기를 단축할 수 있을 것으로 판단되었다. 예를 들어 한 단면에서 발파로 인한 버럭처리 작업을 수행할 때 다른 단면에서 숏크리트나 록볼트 작업이 가능한 것으로 가정하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
싱가포르 전력구 터널 건설공사는?
싱가포르 전력구 터널 건설공사는 싱가포르 내 전력수요 증가 및 발전용량 확대에 따른 송전기반을 강화하기 위해 지하 전력구 터널을 건설하여 400kV의 고압 전기 케이블 등 송전설비를 설치하는 공사이다.
EW2 공구의 위치는?
특히 EW2 공구는 싱가포르 내 도심 한복판을 가로질러 건설되며, 수직구 또한 대부분 도심지 내에 있다. 수직구 주변으로는 주거지역 및 상업지역 등이 있어 발파에 의한 진동 및 소음으로 인한 민원 유발 요인이 상시 존재하고 있다.
무한시차가 가능하도록 시공하는 뇌관 연결방법의 단점은?
반면, 상기의 뇌관 연결방법은 많은 단점을 가지고 있다. 주요 단점은 첫째, 연결용 뇌관이 공마다 배치되어 불필요한 뇌관비용이 발생하여 공사비가 증가하며 둘째, 뇌관의 연결이 느슨해지거나 전 단계 공의 불발 때문에 전체 불발의 가능성이 존재하고 셋째, 설계에서 고려하지 않은 순발로 인해 발파진동이 예상보다 커질 위험이 있으며, 마지막으로 지발의 발파공 배치가 좌우 대칭으로 순발에 의한 비석 때문에 Cutoff 현상이 발생할 수 있다.
참고문헌 (7)
건설교통부, 2006, 도로공사 노천발파 설계.시공 지침.
국토해양부, 2012, 도로설계기준.
Langefors, U and Kiglstrom, B, 1973, The Modern Technique of Rock Blasting, John Wiley and Sons, New York.
Siskin, D.E., Stagg, M.S., Kopp,J.W., and Dowding, C.H., 1980, Structure response and damage produced by ground vibrations from surface mine blasting, USBM Report RI 8507, USA.
SPPA, 2011a, Geotechnical Interpretative Baseline Report, Design and Construction of East-West Transmission Cable Tunnel Contract EW2.
SPPA, 2011b, Material and Workmanship Specification, Design and Construction of East-West Transmission Cable Tunnel Contract EW2.
Wong, H. N. and Pang,P. L. R., 1992, Assessment of Stability of Slopes Subjected to Blasting Vibration, Geotechnical Engineering Office, Civil Engineering Department, Hong Kong, pp. 119.
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