본 시공사례는 "중앙선 원주~제천 복선 전철 제 ${\bigcirc}$공구 노반 건설공사" 중 고속도로 하부통과 구간으로서 터널 노선 상부 13m에 운행 중인 고속도로가 있다. 고속도로에 영향을 최소화하기 위하여 무진동 암파쇄 굴착공법이 적용되었으나, 기계식 굴착작업 특성상 굴착 자체에 많은 시간이 소요되어 신속한 터널 폐합이 이루어지지 못해 굴착 중 주변 암반의 변위 증가에 따른 상부 침하가 우려되어 대안공법의 필요성이 요구되었다. 따라서 고속도로의 진동허용기준인 1.0cm/sec 이하로 제어하면서, 터널의 신속한 굴착과 폐합을 통해 지반의 변위를 최소화하여 상부 고속도로의 침하 현상을 방지할 수 있는 전자발파공법(eDevII)이 검토되었다. 사전 굴착영향검토를 시행한 결과, 전자발파를 통해 상부 고속도로의 안정적인 관리가 가능한 것으로 검토되었으며, 이를 기초로한 시공 결과 안전하고, 신속하게 굴착을 완료하였다.
본 시공사례는 "중앙선 원주~제천 복선 전철 제 ${\bigcirc}$공구 노반 건설공사" 중 고속도로 하부통과 구간으로서 터널 노선 상부 13m에 운행 중인 고속도로가 있다. 고속도로에 영향을 최소화하기 위하여 무진동 암파쇄 굴착공법이 적용되었으나, 기계식 굴착작업 특성상 굴착 자체에 많은 시간이 소요되어 신속한 터널 폐합이 이루어지지 못해 굴착 중 주변 암반의 변위 증가에 따른 상부 침하가 우려되어 대안공법의 필요성이 요구되었다. 따라서 고속도로의 진동허용기준인 1.0cm/sec 이하로 제어하면서, 터널의 신속한 굴착과 폐합을 통해 지반의 변위를 최소화하여 상부 고속도로의 침하 현상을 방지할 수 있는 전자발파공법(eDevII)이 검토되었다. 사전 굴착영향검토를 시행한 결과, 전자발파를 통해 상부 고속도로의 안정적인 관리가 가능한 것으로 검토되었으며, 이를 기초로한 시공 결과 안전하고, 신속하게 굴착을 완료하였다.
In this "Wonju~Jaecheon double-lanes railroad" project, a highway is located at about 13meter above a tunnel. Initially, rock-splitting method was used for the tunnel excavation in order to minimize the possible damage on the highway. The method, however, takes a long time for the tunnel excavation ...
In this "Wonju~Jaecheon double-lanes railroad" project, a highway is located at about 13meter above a tunnel. Initially, rock-splitting method was used for the tunnel excavation in order to minimize the possible damage on the highway. The method, however, takes a long time for the tunnel excavation and that may cause other problems like large displacement of tunnel and subsidence of highway ground before the tunnel can be stabilized by supporters. Therefore, the application of electronic blasting method(eDdevII) was recommended to control the blast vibration below 1.0cm/sec as well as to prevent the subsidence of highway ground. The analysis of the influence of tunnel excavation on the highway showed that electric blasting method is permissible for the safe management of the highway. Based on that, the tunnel construction under a highway could be carried out quickly and safely without any damages on the highway.
In this "Wonju~Jaecheon double-lanes railroad" project, a highway is located at about 13meter above a tunnel. Initially, rock-splitting method was used for the tunnel excavation in order to minimize the possible damage on the highway. The method, however, takes a long time for the tunnel excavation and that may cause other problems like large displacement of tunnel and subsidence of highway ground before the tunnel can be stabilized by supporters. Therefore, the application of electronic blasting method(eDdevII) was recommended to control the blast vibration below 1.0cm/sec as well as to prevent the subsidence of highway ground. The analysis of the influence of tunnel excavation on the highway showed that electric blasting method is permissible for the safe management of the highway. Based on that, the tunnel construction under a highway could be carried out quickly and safely without any damages on the highway.
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제안 방법
무진동 암파쇄공법을 대체하여 전자발파공법을 적용, 시공 완료한 구간은 Fig. 13과 같으며, STA 137km 248~269, 137km 317~342 구간(L=46m)은 전자발파 PD-5-2(굴진장 1.2m), STA 137km 269~317 구간(L=48m)은 전자발파 PD-5-1(굴진장 1.0m)을 적용하였다.
본 현장 시공에 적용된 전자발파 표준패턴은 다음 Fig. 11~12, Table 5와 같으며, 매 발파 시 진동 계측을 통해 얻은 실제 발파 파형을 검토한 후, 다음 발파 시에 이를 수정 보완함으로써 지속적인 관리가 이루어졌다.
수치 해석적 기법을 통해 고속도로 하부 통과 구간의 전자발파 적용에 따른 발파진동 전달 특성과 암반 손상범위, 안정성을 검증하였다.
전자발파 적용 시 터널 천단부의 암반손상 범위가 고속도로의 침하 내지는 변형에 미치는 영향을 추정하기 위해 Fig. 6과 같이 PFC2D(Particle Flow Code)를 이용하여 발파과정을 모사하였으며, 해석 결과는 Fig. 7과 같이 전자발파 시 터널 천단부 굴착선의 암반손상 범위는 0.230m로 연암층까지 두께(8.5m)의 2.7% 수준을 나타내어, 터널 굴착 시 발생한 암반층 손상으로 인하여 고속도로 침하 등의 피해는 발생하지 않을 것으로 검토되었다(한국철도시설공단, 2013).
터널 굴착에 따른 고속도로 침하 여부를 측량하기 위하여 Fig. 19~20과 같이 지표면 침하계 40조와 균열계 6조를 고정 설치하였으며, 이를 한국도로공사 제천도로관리소에서 매 발파 시 모니터링 하였다.
대상 데이터
고속도로 통행의 안전 확보를 위해 한국도로공사 내부지침을 적용하여 허용 침하량은 Table 4와 같이 13mm로 선정하였다(한국철도시설공단, 2013).
본 시공사례는 “중앙선 원주~제천 복선 전철 제O 공구 노반 건설공사” 중 고속도로 하부통과 구간으로서 터널 노선 상부 13m에 운행 중인 고속도로가 있다.
이론/모형
본 현장에 사용된 전자발파시스템은 ORICA사의 터널 전용 발파시스템인 eDevII가 사용되었다.
성능/효과
1) 사전 굴착영향검토를 거쳐 전자발파공법은 고유의 시차 정밀성에 기인한 발파진동의 효과적인 제어는 물론 신속한 터널의 굴착과 폐합을 통해 굴착 진행 중 터널의 변위를 최소화하여 상부 고속도로의 지반침하를 최소화할 수 있는 공법으로 선정되었으며, 굴착 시공 결과 전자발파 작업에 따른 운행 중 차량에 대한 피해 및 고속도로 자체의 지반 침하현상은 없었다.
2) 고속도로에서의 진동 측정 결과는 수직 방향 성분(Vertical)이 가장 우세하게 나타났으며, 발파 진동은 전자발파의 정밀 시차 제어에 따라 일정한 등간격의 진동 파형을 보여 사전 프로그래밍이 된 시차 간격에 의해 정밀한 1지발 발파가 유지된 것을 알 수 있다.
3) 주파수 분석 결과, 주주파수가 160~200Hz로 나타나 저주파에 의한 피해는 없었으며, 40Hz 간격으로 우세 주파수가 나타났는데 이는 25ms의 정밀한 시차 간격으로 발파진동을 발생시킴에 따라 나타나는 주파수의 하모닉(harmonic) 현상으로 전자발파만의 특성이며 이러한 전자발파의 시차 특성을 이용하여 주파수를 예측하거나 목적하는 주파수로의 이동도 가능하다.
4) 굴착 작업 중 고속도로의 발파진동에 의한 피해 영향을 최소화하기 위해 매 발파 시 진동계측을 실시하였으며, 계측결과는 0.127~0.914cm/sec의 진동 수준을 보여 고속도로의 발파진동 허용기준 (1.0cm/sec) 이하로 안전하게 관리되었다.
5) 기존 설계공법인 무진동 암파쇄 공법의 상부반단면 굴진 시 94m 구간을 굴착하는데 3개월이 소요될 것으로 예측되나, 실제 전자발파 적용결과 2개월 이내로 완료되어 효과적으로 공사기간을 단축했다.
계측결과는 침하 허용기준(13.0mm)의 5% 이하 수준을 나타내어, 터널 굴착에 따른 고속도로의 침하 영향은 미미하였을 것으로 판단된다.
고속도로에서 전자발파에 따른 진동 측정 결과, 굴착 터널이 하부에 위치함에 따라 진동의 3성분 중 수직 방향 성분(Vertical)이 가장 우세하게 나타났으며, Fig. 15와 같이 실제 진동파의 형상은 전자뇌관의 초정밀 시차 특성이 반영되어 사전 지정된 시차에 따라, 발파공 사이의 파형 중첩에 의한 진동 증폭 현상 없이, 발파공 당 최대값이 정확히 나타나, 설계 시 목적했던 1지발 발파가 정확히 유지됨을 알 수 있었다.
고속도로의 노면에 도달하는 발파진동의 크기를 관측하고 이를 관리하기 위하여, 매 발파 작업 시 진동 계측이 이루어졌으며, Fig. 18의 그래프는 Fig. 17의 계측지점에서 계측된 결과로서 터널의 굴착진행에 따라 0.127~0.914cm/sec로서 허용기준인 1.0cm/ sec 이하로 안전하게 관리되었고, 발파지점에서 계측 지점까지의 이격 거리에 따라 비교적 일정한 진동수준의 변화를 나타냈다.
본 시공사례를 통해, 차량이 운행 중인 기존 고속도로의 하부를 안전하고 신속하게 굴착해야 하는 유사 사례에 전자발파공법이 효과적으로 대처할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
사전 굴착영향검토를 시행한 결과, 전자발파를 통해 상부 고속도로의 안정적인 관리가 가능한 것으로 검토되었으며, 이를 기초로 한 시공 결과 안전하고, 신속하게 굴착을 완료하였다.
전자발파 시 고속도로에 전달되는 발파하중 동해석은 MIDAS GTS Program을 사용하였으며, 해석 결과는 Fig. 4~5와 같이 터널 굴착에 따른 고속도로 노상에서의 발파진동은 0.506cm/sec로 예측되어, 고속도로 진동 허용기준(1.0cm/sec)의 약 51% 수준으로 터널 굴착에 따른 고속도로의 피해 영향은 없을 것으로 검토되었다(한국철도시설공단, 2013).
전자발파에 따른 고속도로의 안정성 검토를 위해 FLAC 5.0을 이용하여 시공단계별 3차원 해석을 하여 지반 거동을 검토하였으며, 해석 결과는 Fig. 8~10과 같이 터널 굴착 시 고속도로 지표의 연직 변위는 측 압계수(Ko)가 0.5~1.5로 가정 시 0.06~0.26mm로 예측되었으며, 최대 침하량은 허용기준(13.0mm)의 0.5~2% 수준을 나타내어, 터널 굴착에 따른 고속도로 침하 등의 안정성에는 영향이 없을 것으로 검토 되었다(한국철도시설공단, 2013).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
무진동 암파쇄 굴착공법의 단점은?
본 시공사례는 "중앙선 원주~제천 복선 전철 제 ${\bigcirc}$공구 노반 건설공사" 중 고속도로 하부통과 구간으로서 터널 노선 상부 13m에 운행 중인 고속도로가 있다. 고속도로에 영향을 최소화하기 위하여 무진동 암파쇄 굴착공법이 적용되었으나, 기계식 굴착작업 특성상 굴착 자체에 많은 시간이 소요되어 신속한 터널 폐합이 이루어지지 못해 굴착 중 주변 암반의 변위 증가에 따른 상부 침하가 우려되어 대안공법의 필요성이 요구되었다. 따라서 고속도로의 진동허용기준인 1.
전자발파공법이 검토된 이유는?
본 시공사례는 "중앙선 원주~제천 복선 전철 제 ${\bigcirc}$공구 노반 건설공사" 중 고속도로 하부통과 구간으로서 터널 노선 상부 13m에 운행 중인 고속도로가 있다. 고속도로에 영향을 최소화하기 위하여 무진동 암파쇄 굴착공법이 적용되었으나, 기계식 굴착작업 특성상 굴착 자체에 많은 시간이 소요되어 신속한 터널 폐합이 이루어지지 못해 굴착 중 주변 암반의 변위 증가에 따른 상부 침하가 우려되어 대안공법의 필요성이 요구되었다. 따라서 고속도로의 진동허용기준인 1.
고속도로에 영향을 최소화 하기 위하여 어떠한 공법을 적용시켰는가?
본 시공사례는 "중앙선 원주~제천 복선 전철 제 ${\bigcirc}$공구 노반 건설공사" 중 고속도로 하부통과 구간으로서 터널 노선 상부 13m에 운행 중인 고속도로가 있다. 고속도로에 영향을 최소화하기 위하여 무진동 암파쇄 굴착공법이 적용되었으나, 기계식 굴착작업 특성상 굴착 자체에 많은 시간이 소요되어 신속한 터널 폐합이 이루어지지 못해 굴착 중 주변 암반의 변위 증가에 따른 상부 침하가 우려되어 대안공법의 필요성이 요구되었다. 따라서 고속도로의 진동허용기준인 1.
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