< Previous18 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 국내최대직경 쉴드TBM의 현장 반입전 고려사항 4.5 전방탐사 및 막장관찰을 위한 장치 : 실시간 전방탐사 시스템 및 막장카메라 굴진 중, 설계 시 지반조사와 다른 예기치 못한 불량한 지반이 출현하면 실시간 막장전방탐사시스템이 이를 감지하여 효율적인 굴진을 유도한다. 탄성파 탐사시스템의 막장전방탐사 시스템은 Middle shield에 발신기 1개와 Front Shield에 수신기 3개를 장착하였다. 전방상태를 육안으로 확인이 필요 할 경우 막장까지 확장 가능한 카메라를 설치하여 개구부 를 통해 일부 막장을 관찰할 수 있게 하였다. 그 외 쉴드 천단부에 붕락감지시스템을 장착하여 쉴드상부지반의 공극을 감지 할 수 있도록 하였다. <그림 8> 실시간 막장전방탐사시스템 <그림 9> 카메라 시스템 4.6 작업자의 안전을 고려한 비상챔버 운영 : 20인용, 5인용 쉴드TBM 장비내 설치된 피난챔버는 공사중 유고시 터널 외부로 대피하지 못했을 경우를 대비하여 임시 대피가 가능 한 시설로, 유사 터널인 중국 양장터널 직경 11.7m, 터널연장 1,680m을 분석하여 수용인원 20명이 가능한 피난챔버를 설치하였다. ITA Guideline Report No.14(2018.03)-시공중인 터널 내 피난챔버 규정에 관한 지침을 적용하여 표 3과 같이 적용하였다. <표 3> 피난챔버 소요규격 산정 구분기준적용 인당 소요 폭×높이최소 0.5m ×1.5m0.5m ×1.84m 인당 소요 체적최소 0.75m30.87m3 피난 가능 시간최소 24시간72시간 또한, 당초 1개소인 피난챔버의 위치가 다소 후방으로 치우쳐 주요 작업위치(운전실 등)에서 피난거리가 다소 이격되 어 운전실 및 세그먼트 조립인원을 위한 피난챔버를 추가로 설치하였다.Vol. 23, No. 2 19 <그림 10> 피난챔버 #1, #2설치 위치 및 규모 <표 4> 피난챔버 현황 구분수용 인원설치 위치규격 피난챔버 #15인운전실 직후방폭2.00m ×높이2.00m ×길이3.85m 피난챔버 #220인갠트리 #3폭2.00m ×높이2.00m ×길이9.85m 5. TBM 공장인수검사(FAT:Factory Acceptance Test)의 시행 5.1 인수검사 배경 TBM(Tunnel Boring Machine)은 고가의 주문제작 굴착 장비로 현장조건에 맞는 TBM 장비선정 및 투입이 공사의 성 패를 좌우한다. TBM장비 현장투입 후 장비구조 및 성능에 따른 문제발생시 일부 구성장비는 대처가 매우 곤란하다. FAT(Factory Acceptance Test)는 주기적인 공장 방문검수로 장비가 발주자의 제작의도에 맞게 제작되고 있는지를 확 인하는 것이며, 최종 공장인수검사시에는 장비제작사가 인수증(Acceptance Certificate)을 배포한다. 발주자는 인수증 에 기록된 검수항목을 검토 한 후, 조립된 상태의 TBM장비외관을 바탕으로 성능(작동)검사 등을 시행하고 최종 서명을 하면, TBM은 국내현장 반입을 위한 해체· 포장(Packing)후 운송을 준비한다.20 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 국내최대직경 쉴드TBM의 현장 반입전 고려사항 5.2 인수검사 목적 발주품목이 사양서에 근거하여 목적/기준에 부합하게 생산되었음을 확인하고 기능상 문제의 유무를 검증하는 것으로, 장비설계당시 선정한 제작사양에 부합한 장비가 제작되어지고 있는지 현황파악이 필요하다. TBM장비 제작 중 현장조건 에 맞는 개선사항 필요시 제작사에 요구((예)철판두께, 관의 위치, 작업자 보행통 로 폭 및 높이, 조립과 해체를 고려한 부품별 위치 등)하여 TBM장비의 효율성을 높인다. 5.3 인수검사 분류 인수검사는 공장인수검사(FAT: Factory Acceptance Test) 와 현장인수검사(SAT: Site Acceptance Test)로 분류할 수 있다. FAT는 제품출하전 제조사 공장에서 실시하는 사전 검사 이며, SAT는 제품의 조립완료 후 현장에서 실시하는 사후 검 사이다. 5.4 제작사 COVID-19 이후 공장검수 현황 당 현장 장비는 헤렌크네흐트(Herrenknecht, 이하 HK)사의 중국 광저우공장에서 제작중이다. HK사는 독일 본사에 서 유럽 및 기타국 발주물량을 제작, 아시아 제작물량은 중국 광저우 공장이 담당한다. COVID-19 발생 이후 중국내 상 황 악화로 광저우공장 공장인수검사는 단 1건도 없으며, 모두 화상공장검수로 대체되었고, 중국내 자국 제작TBM 장비 에 대한 공장인수검사만 시행 중이다. 아래 표 6은 COVID-19 이후 중국내 공장인수검사 현황이다. <표 6> COVID-19 이후 중국광저우 화상 공장인수검사 현황 국가공사명용도장비타입굴착직경검수시기 싱가포르DTSS Phase2수로이수가압식(Mixshield)5.35m2020.04.14 싱가포르DTSS Phase2수로이수가압식(Mixshield)7.41m2020.04.10 대한민국도봉산~옥정 2공구 광역철도도시철도그리퍼(Gripper)7.53m2020.06.09 인도Banglore Metro Phase2지하철이수가압식(Mixshield)6.60m2020.06.11 뉴질랜드Auckland City Rail Link철도토압식(EPB)7.11m2020.08.07 인도Banglore Metro Phase2지하철이수가압식(Mixshield)6.60m2020.09.17 홍콩Hong Kong-Central Kowloon Route도로토압식(EPB)7.11m2020.10.19 <그림 11> 인수검사의 목적 <표 5> FAT와 SAT 비교 FAT항목SAT 공장/온라인장소현장 공장출하 前시기설치완료 後 가조립(볼팅)조립완전조립(볼팅+용접) 무부하/경부하부하정격부하Vol. 23, No. 2 21 5.5 본 과업 화상인수검사계획 및 검사세부항목 본 과업은 당초 방문 공장인수검사를 실시하려 하였으나, COVID-19 발생 이후 중국 방문행정 불투명으로, 여러 가지 시간적, 공간적 손실을 고려하여 화상인수검사로 변경하였다. 일반적으로 방문공장검사는 무부하(외관) 검사, 성능(작 동)검사, 성적서검사, 전기 검사로 이루어지며, 당 현장은 방분공장검사시 수행하는 검사 항목을 화상으로 동일하게 적 용하였다. 검사의 방법은 아래와 같이 크게 3가지로 나누며, 세부항목은 표 7과 같다. 표 8은 방문공장검사와 화상검사 의 특징을 비교한 표이다. - 무부하 검사 : 부품별 위치, 외관치수, 최대치수, 최소치수, 두께, 폭, 개수 등 - 성능검사 : 회전, 이동, 반복, 열림, 닫힘, 소요시간 등 - 성적서 검사 : 부품별 장비 성적서 제출 <표 7> 공장인수검사시 진행되는 세부항목 항목(7)세부 항목(34)검수 내용(301) 쉴드(1) (Shield) ∙ 추력잭(2) ∙ 공극측정시스템(1) ∙ 이동플랫폼(1) ∙ 자재용 크레인(1) ∙ 전방탐사(1) ∙ 카메라시스템(1) ∙ 검사시스템(2) ∙ 오버컷테스트(1) ∙ 실린더 작동관련(14) ∙ 설치여부(4) ∙ 신장/수축/잠금(2) ∙ 설치여부 및 중량(17) ∙ 관련부설치, 신호 처리(24) ∙ 설치 및 회전(26) ∙ 잠금장치 확인(11) ∙ 치수검사(16) 작업자용 차압실(1) (Personal Lock) ∙ 작업자용 차압실(2)∙ 개수, 접근여부, 문열림 반경, 압력장치설치여부(20) 자재용 차압실(1) (Material Lock) ∙ 자재용 차압실(2)∙ 개수, 접근여부, 문열림 반경, 압력장치설치여부(12) 쇄석기(1) (Stone Crusher) ∙ 쇄석기(2) ∙ 내마모성호스사용여부 자동모드/수동모드 비상정지기능(27) 드릴 장비(1) (Drill Equipment) ∙ 프루브드릴장치(1) ∙ 회전, 이동(2) ∙ 클랭핑 활성화 여부(4) 커터헤드(1) (Cutter Head) ∙ 디스크커터(4) ∙ 스크레이퍼(1) ∙ DCRM 시스템(1) ∙ 마모감지 시스템(1) ∙ 센터포트(1) ∙ 개수/위치, 교체장비(22) ∙ 개수/위치, 교체장비(5) ∙ 구성상태확인/신호처리(13) ∙ 통신상태 LED(4) ∙ 설치여부/도어의 상태(6) 메인드라이브(1) (Main Drive) ∙ 메인드라이브(3) ∙ 브레이크(2) ∙ 디스플레이스먼트(4) ∙ 모터개수/회전속도 등(46) ∙ 전기적 지연시간 등(4) ∙ 육안검사/연장, 수축(22)22 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 국내최대직경 쉴드TBM의 현장 반입전 고려사항 <표 7> 공장인수검사시 진행되는 세부항목(계속) 항목(8)세부 항목(38)검수 내용(369) 이렉터(1) (Erector) ∙ 이렉터(1) ∙ 진공 시스템(1) ∙ 회전, 실린더 연장/수축(18) ∙ 진공시 테스트/알람(9) 유압(1) (Hydraulic) ∙ 유압(2) ∙ 유압요소 육안검사, 작동 오일레벨제어, 유압관련 모니터링(20) 윤활(1) (Lubrication) ∙ 윤활(4)∙ 작동온도, 오일레벨제어, 오일펌프 모니터링, 테일스킨 모니터링(91) 순환수(1) (Water circuit) ∙ 물/냉각 순환(1) ∙ 이수순환(1) ∙ 냉각펌프 설치 여부, 레벨모니터링(9) ∙ 밀도측정 모니터링, 벤토나이트 모니터링(40) 에어(1) (Air) ∙ 환기시스템(2) ∙ 컴프레셔(2) ∙ 압축공기 압력센서(9) ∙ 소음기/환기/디퓨져(5) 안전장비(1) (Safety Equipment) ∙ 가스경고시스템(1)∙ 가스센서 작동여부, 제어실 가스센서 표시(8) 전기(1) (Electric) ∙ 잠금장치 및 차단(3)∙ 최소신호이하 장비차단, 오일온도 및 레벨 이상시 차단(14) 후방설비(1) (Back-up system) ∙ 세그먼트피더(2) ∙ 세그먼트크레인(1) ∙ 진공테스트(1) ∙ B액 그라우팅(3) ∙ 파이프 운송장치(1) ∙ 자재용크레인 외(12) ∙ 이동/거리/상승/하강(17) ∙ 이동/거리/상승/하강(17) ∙ %별 진공테스트(8) ∙ B액 모니터링(42) ∙ 설치여부/전후방이동(4) ∙ 설치여부/중량시험(67) <표 8> 방문검사와 화상검사 특징 비교 구분방문검사(예정)화상검사(실시) 방법∙ 대면회의 및 육안검수∙ 실시간 화상회의+사전촬영 일정 ∙ 2021.04.15.~04.21 (7일간) ∙ 공장검수 및 유사터널현장방문 ∙ 2021.04.20.~22 (3일간) ∙ 화상공장검수 참석∙ 항공편 이동으로 일부인원 참석∙ 인원 제한없이 관계자 다수 참석 가능 특징 ∙ 대면회의 및 육안검사로 장비전체/부분적 파악 및 검수용이 ∙ 검수 중·후 피드백 가능 ∙ 유사현장 방문 가능 ∙ 검수기간을 제외한 격리로 과도한 시간적 손실 발생(5주) ∙ 식숙 및 안전의식 부족으로 건강상 문제 발생 가능 ∙ 다수의 의견 수렴 가능 ∙ 시공시기에 맞춰 장비반입가능 ∙ 전체/부분적 장비파악 미흡 ∙ 검수후 명일 피드백 가능 ∙ 시간적 손실 최소화(격리기간 없음으로 업무공백 최소화) ∙ COVID-19 감염우려 최소화Vol. 23, No. 2 23 5.6 화상검사 시행 내용 ￭ 검사 진행 현황 ▪ 1일차 : 2021.04.20.(화) ▪ 참석 : 한국도로공사, 시공사, 협력사, HK사(독일, 중국, 싱가폴) 1) 검수 내용 - 전체적인 제작현황 설명 및 동영상 시청 - 검사전 질의항목에 대한 답변 - 쉴드 : 추력잭 2) 명일 검사 내용 Review ▪ 2일차 : 2021.04.21.(수) ▪ 참석 : 한국도로공사, 시공사, 협력사, HK사(독일, 중국, 싱가폴) 1) 검수내용 - 쉴드- 작업자용 차압실 - 자재용 차압실- 쇄석기 - 드릴장비- 커터헤드 - 메인드라이브- 이렉터 - 유압- 윤활 - 순환수 2) 금일 검사 내용 feedback 및 명일 검사 내용 Review ▪ 3일차 : 2021.04.22.(목) ▪ 참석 : 한국도로공사, 시공사, 협력사, HK사(독일, 중국, 싱가폴) 1) 검수항목 - 에어 - 안전장비 - 전기 - 후방설비 2) 1,2일차에 대한 추가설명회 실시 및 추가질의에 대한 답변, 자료제출24 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 1 국내최대직경 쉴드TBM의 현장 반입전 고려사항 ￭ 검사 내용(예시) 검수내용검수동영상 상영 및 실시간 동영상촬영 검수내용검수동영상 상영 및 실시간 동영상 촬영 6. 결 론 본 과업은 한강하저를 통과하는 국내최초의 도로터널로서, 직경이 14.010m인 국내 최대단면의 쉴드TBM 적용현장이 다. 한강의 고수압조건, 낮은 토피고, 복합지반을 감안하여 장비 형식은 이수가압식 쉴드TBM을 선정하였다. 이수가압 식 쉴드TBM 장비에 장착된 첨단장치는 하저구간에서 작업자의 안전을 위한 첨단장치와 굴진 효율을 높일 수 있는 첨단 장치들이다. TBM장비는 고가의 주문제작 굴착 장비로 현장조건에 맞게 제작되어져야 하며, 제작 현황 파악을 위한 주기적인 확인 이 필요하고, 발주자는 발주품목이 사양서에 근거하여 목적과 기준에 부합하게 생산되었음을 확인하여 기능상 문제의 유무를 최종 공장인수검사(FAT)를 통하여 검증한다. 당 현장은 COVID-19로 인한 여러가지 문제로 화상인수검사를 수행Vol. 23, No. 2 25 하였으며, 현장에서 실시하는 무부하검사, 성능검사, 성적서 검사 등을 사전 동영상 녹화 및 실시간 화상검사를 병행하 여 실시하였다. 장비성능 미확인 항목은 반복적인 Feedback을 통하여 장비 성능이 발주시 제작사양을 만족할 수 있도록 화상인수검사를 수행하였다. 본 고는 향후 대단면 쉴드TBM장비의 설계 및 인수검사 계획 시 참고자료로 활용되고, 기계화 시공분야 발전을 위한 도움이 되길 기대해 본다. [본 기사는 저자 개인의 의견이며 한국터널지하공간학회의 공식입장과는 무관합니다.]26 자연,터널 그리고 지하공간 기술기사 2 1. 서 론 발파는 건설현장에서 암반의 굴착공사를 진행하는 주요 공법이며 발파로부터 발생한 에너지는 지반진동 및 소음을 발 생시킨다. 발파작업 중 발생한 탄성파는 각 방향으로 전파되면서 인근 구조물에 영향을 미친다(Ak et al., 2009; Elevli and Arpaz, 2010; Nateghi, 2011). 그러므로 발파를 이용한 굴착 작업 시 구조물의 안정성 검토는 필수적인 고려 사항이 며 지질조건, 발파 패턴 설계, 발파지점과 구조물간 거리 및 장약량 등의 요소들이 진동에 영향을 미치게 된다(Elevli and Arpaz., 2010; Liang et al., 2011).발파로 인한 손상은 최대진동속도(Peak Particle Velocity)와 진동주파수(Frequency) 를 이용하여 정량화될 수 있다(Siskind et al., 1980; Dowding, 1985; BS 7385, 1993; Khandelwal and Singh, 2006; Ozer, 2008). 파키스탄 굴푸르 수력발전 사업은 파키스탄 카슈미르 지역에 연간 465 Gwh의 전력을 생산할 수 있는 수 력발전소를 건설하는 프로젝트이다. 공사 초기 발생한 큰 수해와 용지보상의 문제로 공사 지연에 따른 공기를 단축시킬 수 있는 방안이 검토되었다. 본 기술기사는 저자가 공동저자로 참여한 IFCEE 2018 논문(Sheikh et al., 2018)의 내용을 재구성한 내용으로 굴푸르 수력발전 프로젝트에서의 댐 및 부대시설 건설을 위한 암반 굴착 시 발파와 구조물 본체의 병행시공에 따른 발파진동이 타설된 콘크리트 구조물에 미치는 영향을 검토하여 안전이격거리를 확보하고 공기를 단축한 사례를 소개하고자 한다. 발파에 의한 암반 굴착 시 콘크리트 구조물에 미치는 영향 분석 채희문 DL 이앤씨 토목사업본부 부장 구성제 DL 이앤씨 토목사업본부 부장 어 준 DL 이앤씨 토목사업본부 상무Vol. 23, No. 2 27 2. 이론적 배경 발파진동은 화약의 폭발압력이 암반의 진동을 유발한다. 진동의 전파속도는 지반 매질을 통해 이동하며, 진동은 점차 감소하는데 이를 진동 감쇠(Seismic attenuation)라고 한다. 지표면의 입자들은 입자속도로 측정되는 진동파로 인해 진 동하게 되며, 이때 입자 움직임의 최대치를 입자의 최대진동속도는(PPV)라고 한다. 발파진동은 크게 압축파, 전단파, 표면파로 나눌 수 있다. 세 개의 파형은 암석이나 토사 속을 통과하는 물체파(Body waves)와 표면파(Surface waves)로 구분할 수 있다. 파동의 움직임을 측정하기 위해서는 (1)접선성분(Transverse), (2)수직성분(Vertical),(3)종방향성분 (Longitudinal)의 3가지 요소로 측정해야 한다. 물체파 또는 P파는 운동 방향의 압력으로 매질을 통과한다. S파는 파동이 움직이는 방향과 직각으로 움직이는 횡방향 파동으로 지반매질을 통과한다. 물체파는 구형으로 외부를 향해서 이동하며 경계에 도달했을 때 표면파 및 S파를 생성 한다. 표면파는 암석의 외부 표면을 따라 이동하며, 물체파보다 파동이 크지만, 이동속도가 느리다. 표면파는 러브파 (Love waves)와 레일리파(Rayleigh waves)로 구성된다. 러브파는 다른 매체의 상부표면을 이동하는 횡방향파이다. 진 동예측 및 발파진동 제어를 위해서는 환산거리(Scaled distances)가 사용된다. 환산거리는 발파지점과 수신기 사이의 거리를 지발당장약량(MIC)의 제곱근으로 나눈 값으로 나타낸다. 지발당 최대장약량(MIC)은 한 번의 지연 간격동안 폭 발하는 최대 폭약의 양(kg)이다. 3. 현장의 지질구조 및 현황 프로젝트 대상 지역의 기반암은 시와릭(Siwaliks) 지층으로 마이오세에서 플라이오세의 사암, 실트암 및 이암으로 구 성되어 있다. 5,000m 두께의 시와릭 지층은 무리에(Murree)에서 시와릭 지층을 분리하는 주 경계 단층을 따라 분포하 고 있다. 파키스탄 지질조사국에서 작성한 현장 주변의 1:50,000의 지질도는 그림 1에 나타내었다. <그림 1> 대상 지역의 지질도<그림 2> 굴푸르 수력발전 프로젝트 현황도Next >