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문제 정의
- 본 고에서는 당사가 수행하는 싱가포르 EW2 공구의 지질학적 특성 및 프로젝트에 대한 전반적인 개요와 수직 구에 대한 입찰설계와 시공단계에서의 차이를 중심으로 소개하였다. 입찰단계에서 확인이 불가능한 지반조건의 변경에 따라 Dunearn 수직구의 위치를 변경하고, 지하 연속벽 시공방법의 변경을 통해 공기단축 및 시공품질 개선이 가능하였다.
제안 방법
- Dunearn 수직구의 경우 25m 이상의 급격한 암선 변경으로 최적의 위치 결정을 위해 15공(1차 5공, 2차 10공) 이상의 추가 시추조사(입찰시 4공)를 수행하였으며 boulder 및 암선 분포 현황을 고려하여 최종 위치를 결정하였다.(그림 3.
- Fissure grouting 단계 때 연속벽에 미리 심어 놓은 강관을 통해 수직구 굴착 전 연속벽 바닥면 하부에 주입하였다. 그라우팅 전 시험 그라우팅을 통해 지하수 특성을 확인하고 형광염료를 주입하여 수직구 내부에서 누수되는 부분을 체크하였다.
- 참조) 암선 변경에 따라 각각의 Panel에서 확인시추를 통해 정확한 지층확인 후 연속벽 Panel의 길이를 달리하여 굴착 효율성을 증대시켰다. 또한 상부 연약 해상점토의 특성을 고려, trench 안정성 확보를 위해 Jet grouting을 연속벽 내외로 시공하였다.
- 또한, off-line shaft에서 on-line shaft로 TBM터널의 선형을 변경하여, 접속터널을 삭제하였으며 확대터널의 연장을 최적화하여 공기 단축은 물론 불리한 지반조건에서 발파 및 굴착을 최소화하여 시공 중 발생할 수 있는 위험요소를 최소화 하였다.(그림 4참조)
- 입찰단계의 한정된 여건에서 발파 설계를 수행하는 것은 현장의 지반조건, 장비 상황, 공정 현황 등을 반영할 수 없기 때문에 실제 발파를 수행할 때 현장 상황을 반영한 설계 조정이 불가피하다. 설계 당시 주요 지장물 이격거리가 Dunearn 수직구는 약 40m, Holland 수직구는 약 90m로 파악되어 Dunearn의 최근접 지장물(ESSO Petrol Station)을 중심으로 허용진동속도를 만족하는 설계를 수행하였다. 그러나 실제 착공 후 각 지역의 매설 케이블 및 수도 시설을 파악한 결과, Holland에서 약 9m 이격된 지점에 전력 케이블 접속부(Cable Joint)가 매설되어 있었으며 진동기준은 13mm/s로 매우 까다로운 수준이었다.
- 수직구 굴착 중 차수성 확보를 위해 연속벽에 설치된 steel pipe를 활용 연속벽 바닥에서 굴착심도까지 Fissure grouting을 수행하여 설계시 요구된 투수계수를 확보하도록 하였다. 입찰단계에서 시멘트 그라우팅을 적용하였으나, 시공시 지하수 유입량이 매우 많은 구간에서는 차수성이 우수한 에멀젼 그라우팅(라텍스 계열)으로 변경 적용하였다.
- 수직구를 중심으로 입찰당시의 설계와 실제 시공시 변경된 부분을 수직구의 굴착, 발파, 차수 그라우팅으로 나누어 자세히 설명하도록 하고, 먼저 지질조건을 제시하여 전반적인 이해를 돕도록 하겠다.
- 암반 구간의 수직구는 연속벽을 G3 암선(Rock head level)에 약 0.5m 근입하고, 토사구간(Old Alluvium)은 설계 및 시공성을 고려하여 panel 설치 심도를 결정하였다.
- 수직구 굴착 중 차수성 확보를 위해 연속벽에 설치된 steel pipe를 활용 연속벽 바닥에서 굴착심도까지 Fissure grouting을 수행하여 설계시 요구된 투수계수를 확보하도록 하였다. 입찰단계에서 시멘트 그라우팅을 적용하였으나, 시공시 지하수 유입량이 매우 많은 구간에서는 차수성이 우수한 에멀젼 그라우팅(라텍스 계열)으로 변경 적용하였다. Fissure grouting 단계 때 연속벽에 미리 심어 놓은 강관을 통해 수직구 굴착 전 연속벽 바닥면 하부에 주입하였다.
- Ring beam 구조물과 인접한 구간의 경우, 외곽선 굴착선을 예정 굴착선에서 내측으로 30~50cm이격시켜 시공하여 발파작업으로 인한 콘크리트 구조물의 손상을 최소화하였다. 주변 지장물에 대한 진동 수준을 파악하기 위하여 Ring beam 구조물, 전력 케이블 접속부, Dempsey road에 위치하고 있는 식당건물 등 매 발파 시 총 6개 지점을 선정하여 계측작업을 수행하였으며 계측 결과 모든 지장물에 대하여 허용 진동기준을 만족하였다. 주요 지장물에 대한 계측 결과는 표 8과 같다.
- 연속벽 시공에서 수직구 내부로 물이 유입되는 것을 막기 위해 입찰단계에서 방수막 공법(Water stop)이 제안되었다. 현장 지반조건 및 공기단축을 위해 여러 번의 협의를 통해 방수막 공법보다 효과적인 Over-cutting 공법을 변경제안하여 적용하였다. 두 공법을 비교하여 표 4에 정리하였다.
대상 데이터
- 0m TBM 터널)이다.(그림 1참조) 이외 지상 운영건물과 지하 전력구를 연결하는 수직구 4개소, 수직구와 전력구를 연결하는 NATM 터널, 그리고 지상 운영 건물 3개소 등으로 구성되어 있다.
- SK건설㈜는 NS 3구간과 EW 3구간의 총 6 공구 중 NS2 및 EW2 구간을 담당하고 있으며, EW2 공구는 East-West line의 중간인 Holland 수직구에서 May 수직구까지 잇는 총 6.8km 연장의 터널 구간(내경 6.0m TBM 터널)이다.(그림 1참조) 이외 지상 운영건물과 지하 전력구를 연결하는 수직구 4개소, 수직구와 전력구를 연결하는 NATM 터널, 그리고 지상 운영 건물 3개소 등으로 구성되어 있다.
성능/효과
- 설계 당시 주요 지장물 이격거리가 Dunearn 수직구는 약 40m, Holland 수직구는 약 90m로 파악되어 Dunearn의 최근접 지장물(ESSO Petrol Station)을 중심으로 허용진동속도를 만족하는 설계를 수행하였다. 그러나 실제 착공 후 각 지역의 매설 케이블 및 수도 시설을 파악한 결과, Holland에서 약 9m 이격된 지점에 전력 케이블 접속부(Cable Joint)가 매설되어 있었으며 진동기준은 13mm/s로 매우 까다로운 수준이었다. 그러나 다행스럽게도 이 케이블은 지표면 근처에 존재하였고 수직구 발파 지점은 심도 40 m 이상의 지역에서 실시되었기 때문에 심도를 고려한 이격거리는 최종적으로 40m가 되었다.
- 0m로 평균 굴진효율은 약 91%였다. 발파 후 평균 파쇄입도는 20~30cm로 전반적으로 매우 양호한 발파결과를 얻을 수 있었다.
- 변경된 설계로 Holland에서 수행한 발파작업 결과, 평균 천공장 2.2m에 대해 평균 굴진장은 2.0m로 평균 굴진효율은 약 91%였다. 발파 후 평균 파쇄입도는 20~30cm로 전반적으로 매우 양호한 발파결과를 얻을 수 있었다.
- Holland 수직구의 발파굴착 대상암반은 대체로 Bukit timah granite가 주류를 이루고 있으며 노출암을 기준으로 풍화상태가 보통~약간(Moderately~Slightly)수준이었으나 절리 간 Silt와 점토질을 함유하고 있었다. 설계당시 일축압축강도가 최대 250MPa까지 예측되었으나 실제 시공과정에서 암반강도는 45~60MPa정도로 평가되었다. 불연속면은 J1(69/79), J2(72/322)와 J3(76/44) 크게 3개의 복합 절리군이 분포하고 있었으며 막장면의 상태는 습한상태로 지엽적으로 절리틈을 따라 지하수가 유출되는 것이 관찰되었다.
- 본 고에서는 당사가 수행하는 싱가포르 EW2 공구의 지질학적 특성 및 프로젝트에 대한 전반적인 개요와 수직 구에 대한 입찰설계와 시공단계에서의 차이를 중심으로 소개하였다. 입찰단계에서 확인이 불가능한 지반조건의 변경에 따라 Dunearn 수직구의 위치를 변경하고, 지하 연속벽 시공방법의 변경을 통해 공기단축 및 시공품질 개선이 가능하였다. 입찰단계에서 확인이 불가능한 지장물을 반영하여 발파설계 패턴을 변경하였으며, 변경된 설계로 평균 굴진효율은 88%에서 91%로 높은 굴진 효율로서 보다 효율적인 공정관리가 가능하게 되었다.
- 입찰단계에서 확인이 불가능한 지반조건의 변경에 따라 Dunearn 수직구의 위치를 변경하고, 지하 연속벽 시공방법의 변경을 통해 공기단축 및 시공품질 개선이 가능하였다. 입찰단계에서 확인이 불가능한 지장물을 반영하여 발파설계 패턴을 변경하였으며, 변경된 설계로 평균 굴진효율은 88%에서 91%로 높은 굴진 효율로서 보다 효율적인 공정관리가 가능하게 되었다.
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