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1)
㈜고려노벨화약 서울지사 기술부 총괄팀장
2)
㈜고려노벨화약 서울지사 기술부 대리
3)
㈜고려노벨화약 본사 기술부 대리
* 교신저자 : [email protected] 접수일 : 2013년 12월 7일 심사 완료일 : 2013년 12월 20일 게재 승인일 : 2013년 12월 24일
the Time Reduction of Working Process in Long Hole Blasting About Tunnel Excavation
Hee-Do Kim, Jun-Won Lee and Ha-Young Lee
Abstract Generally, The way of long hole blasting is carried out in coal-face, basic excavation for dam, mine etc.
Recently, this long hole blasting has been implemented in civil engineering for efficiency & economic feasibility.
National express no.600 of Pusan outer high-express ○ construction site with four lanes of the length of 8km was also a site applied by long hole blasting. But After blasting, tunnel advance rate is less than 75%. As a result of that, Follow-up working time is influenced. Thereby, The total of working process is significantly so increased that planned excavation cannot be implemented many times. For not only improve excavation rate but reduce working process time in job site, we introduce blasting case which apply the ∅36mm explosive suited for high desity of charging among long hole blasting in order to overcome mentioned problem
Key words Construction efficiency, Long hole blasting, Tunnel advance rate, Density of charging, Time for working process
초 록 일반적으로 장공발파 방법은 과거 대규모 채탄막장이나 댐 기초굴착, 광산 등에서 행하여져 왔으나, 최근 우리나라에서 신설되는 토목터널에서 시공 효율성 및 경제성을 목적으로 많이 실시되고 있다. 고속국도 제 600호선 부산외곽 고속도로 ○공구 또한 총연장 약 8km의 4차선 대단면 도로 터널로서 Type I, II, 4.4m 장공발파를 실시하는 현장이다. 그러나 당 현장에서는 발파 후 굴진율이 약 75%에 그쳐 발파 후속작업 시간에 영향을 미치게 되고 그로 인하여 전체 작업공정 시간이 증가하여 계획된 굴진을 못하는 현상이 자주 발생되었다 . 본 논문에서는 당 현장에서 위 문제를 극복하기 위하여 실시된 장공발파 공법 중 천공경과 가장 밀장전 할 수 있는 ∅36mm폭약을 적용하여 굴진효율을 향상시키고 작업공정 시간을 단축시킨 사례를 소개하고자 한다.
핵심어 시공 효율성, 장공발파, 굴진효율, 장전밀도, 작업공정 시간
1. 서 론
최근 우리나라에서 신설되는 도로의 경우 고속화 직선화로 인하여 터널의 단면은 대단면화되고, 터널 연장 또한 장대화되고 있다. 이에 따른 굴착효율 극대 화를 위하여 여러 현장에서 다양한 공법으로 장공발
Fig. 1. Location of job area.
Fig. 2. Geologic map of job area.
파를 실시 중에 있으나, 안전성과 경제성, 시공성을 모두 만족시키는 공법을 찾기는 쉽지 않다. 고속국도 제 600호선 부산외곽 고속도로 ○공구는 총연장 약 8km의 4차선 대단면 도로 터널로서, 환경문제로 인 해 늦춰진 공기를 단축시키기 위하여 터널 굴착 시 굴 착효율에 가장 큰 영향요소인 굴진장과 여굴관리, 발 파 효율의 개선을 위한 꾸준한 노력을 하여왔다. 그러 나 본 현장은 장공발파 시 굴진율이 평균 75%에 그쳐 breaker 막장 정리 및 잔버럭 정리 시간이 정해진 시 간을 초과하여 계획된 굴진을 할 수 없었으나, 현재는 수정패턴을 적용하여 위 문제를 개선할 수 있었다. 본 논문에서는 당 현장에서 실시된 공법 중 ∅36mm 폭 약을 적용하여 발파공내 밀장전을 통하여 굴진효율을 향상시킨 사례를 소개하고자 한다.
2. 현장개요
본 현장은 경상남도 김해시 대동면 인근에 위치하 고 있으며, 왕복4차로의 대단면 터널로서 총 연장 약 8km이상의 장대터널이다. 현장의 위치도는 fig. 1과 같다. 당초 터널 진입부 공사시 민원문제로 인하여 공 사가 지연되어 장공발파로 최대한의 굴진장을 확보하 는게 가장 중요하다 할 수 있다.
2.1 지질개요
본 현장의 지질은 시대미상의 안산암질 화산암류 복합체인 안산암류(andesite), 안산암질 화산 각력암 (andesitic volcanic breccia)등과 이들을 관입한 백악 기 지층인 화강암류 등이 다양하게 분포하고 있으며, 해당현장의 지질도는 fig. 2와 같다.
3. 터널 장공 발파
3.1 천공장비
본 현장에 사용된 천공장비의 제원은 table 1과 같다.
3.2 사용 화약류
본 현장에 사용된 화약류 및 뇌관류의 성능 및 제원 은 fig. 3. table 2, 3과 같다(㈜고려노벨화약, 2012).
3.3 장공발파 이론 3.3.1 기초이론
Table 4는 Decoupling 지수와 공내 생성 폭발압력 과의 상관관계이며 Decoupling 지수가 1에 가까울수 록 공내 작용폭압은 급격하게 증가한다. 이것은 단위 천공당 암석 파괴에 이용되는 유효 에너지의 총 양이 커진다는 것을 의미하며 이는 굴진효율 증대의 결과 를 나타낸다. 국내 상용되는 카트리지 폭약 중 ∅ 36mm 폭약은 천공경 ∅45mm에 대하여 Decoupling
장 비 제 원
붐 수 : 3
제어시스템 : 컴퓨터 컨트롤 시스템 용량, 최대 : 26l/s @ 9bar /300l/min@15 bar
속도 조절 : 가능 붐 : BUT 45L 붐 연장, 최대 : 2,500mm 피드 수평 / 수직 이동 : ±135°, ±190°
고성능 폭약 일반 폭약 정밀 폭약 비전기 뇌관
New Super
Emulsion 100, 200 New Emulite 150 Kinex - Ⅰ NPED Nonel 뇌관 Fig. 3. Explosives.
Table 2. Specification of explosives
제 품 명 폭 속
(m/sec)
폭 발 열 (kcal/kg)
가 스 량 (l/kg)
제 원 (직경, 길이, 중량) 고성능
폭약
New Super Emulsion 200 6,000 1,398 675 ∅36x400x500 New Super Emulsion 100 6,000 1,310 770 ∅32x400x375 일반
폭약 New Emulite 150 5,900 1,100 830 ∅32x400x375
정밀
폭약 Kinex - I 4,200 870 900 ∅17x500x125
Table 3. Specification of detonators
사용뇌관 뇌관번호 튜브 길이 Type
Nonel MS #5 ～ #20 7.8m 공저뇌관
Nonel LP #6 ～ #14 7.8m 공저뇌관
Nonel Bunch Connector SL0, SL17 4.8m 표면뇌관
Table 4. Relationship between Decoupling Index and pressure of explosion
사용 약폭의 직경에 따른 폭력 저감 De지수와 공내 작용폭압과의 관계
∙관련식 : Decoupling I ndex ( De) = 발파공의직경 폭약의직경
∙천공경 ∅45mm에 대하여 ∅32mm와 ∅36mm의 직경을 갖는 약포를 장전는 경우 De지수는 각각 1.4와 1.25 정도임
폭약직경 Decoupling지수 공내폭압
(kgf/cm
2) (B),(C)/(A)
φ45mm(A) 1.00 2.75×104 100 %
φ32mm(B) 1.40 0.90×104 32.7 %
φ36mm(C) 1.25 1.50×104 54.5 %
Table 5. Charging rate between drilling diameter and explosives diameter
폭약직경 ∅25mm ∅32mm ∅34mm ∅36mm
폭 약 충 전 개요도
장전밀도 0.5kg/m 0.8kg/m 1.05kg/m 1.25kg/m
지수 1에 가장 근접한 폭약으로 암반의 구속이 매우 강한 장공발파에서 최적의 효율을 낼 수 있는 폭약이 라 할 수 있다(기와 김, 2002).
3.3.2 Decoupling 효과
Decoupling이란 장약 공벽과 폭약사이에 공간을 취 하는 것을 총칭하는 것으로서 발파공 지름에 비하여 훨씬 적은 지름의 폭약을 장전하여 발파공 내벽사이에 공간을 유지하도록, 폭약을 위치시킨 상태를 Decoupling 장약이라고 하며, 이 공간이 폭발 충격력을 약하게 한 다. 터널의 경우 최외곽공에 공경이 작은 정밀폭약을 장약함으로 Decoupling 효과를 이용한 Smooth blasting 공법을 적용하게 된다.
또한, 천공직경(∅45mm)에서 약경에 따른 장전비 율을 비교하면 아래 table 5와 같다(이상헌 외, 2006).
4. 발파결과 분석 및 고찰
본 현장에서는 굴진율 향상을 위한 시험발파를 총 7회(공수보정 : 5회 / ∅36mm 폭약 적용 2회)에 걸쳐 실시하였으며 그 시험시공 패턴은 fig. 4, 5, 6, table 6, 7, 8과 같다.
본 현장 실시한 시험시공의 결과는 table 9과 같으 며, 발파 및 발파 후 작업 소요시간은 fig. 7과 같다.
발파결과 기존 시공패턴에서 장공발파시 굴진율이 평균 75%에 그쳐 발파 후 작업(breaker 막장 정리 및 잔버럭 정리)시간이 계획된 시간보다 약 1시간이 증 가하였다. 이에 반하여 수정패턴I, II(공수보정, ∅ 36mm적용) 적용시 굴진율은 평균 91%, 93%로 각각 16%, 18%씩 개선되었다. 그러나, 수정패턴Ⅰ의 경우 천공수가 평균 13공이 늘어남에 따라 기존 시공패턴 적용 시 보다 천공 및 장약 시간이 증가하였으나 발파
Fig. 4. The existing blasting pattern.
Table 6. The data of existing blastng pattern
평균 총 장약량 평균 천공수 평균 천공깊이 평균 굴진장 비 장약량
452.125kg 158공 4.0m 3.01m 1.15kg/m
3Fig. 5. The trial blasting pattern I.
Table 7. The data of trial blasting pattern I
평균 총 장약량 평균 천공수 평균 천공깊이 평균 굴진장 비 장약량
493.0kg 170공 4.0m 3.62m 1.26kg/m
3Fig. 6. The trial blasting pattern II (∅36mm적용).
Table 8. The data of trial blasting pattern II (∅36mm적용)
평균 총 장약량 평균 천공수 평균 천공깊이 평균 굴진장 비 장약량
486.625kg 161공 4.3m 4.0m 1.22kg/m
3Table 9. Comparison of existing blasting pattern with trial blasting pattern I, II
평균 천공수 평균 총 장약량
평균 굴진율 비 장약량
후 작업시간이 감소하여 총 발파작업 Cycle Time은 기존 시공패턴과 비슷했다. 이에 반하여 수정패턴Ⅱ (∅36mm적용)의 경우 발파 후 잔류공이 거의 생성되
지 않고 파쇄효율이 우수하여 발파 후 작업시간을 약 45분 단축시킬 수 있었다.
터널 작업공정은 fig. 8과 같고 이 공정들 사이에 한
Fig. 7. The elapsed time per each blasting pattern.
Fig. 8. A Flow Chart for tunnel works.
공정이라도 Over Time이 생기면 계획된 굴진을 할 수 없다. 이것은 곧 공기와 연결이 되고 공기가 연장 됨은 경제적으로 막대한 피해를 입히게 된다. 이에 모 든 현장에서는 공정간 정해진 시간들을 지키려고 노 력하나 그리 쉽지 않은 것이 사실이다. 본 현장은 장 공 발파시 굴진율이 평균 75%에 그쳐 breaker 막장 정리 및 잔버럭 정리 시간이 정해진 시간을 초과하여 계획된 굴진을 할 수 없었으나, 현재는 수정패턴을 적 용하여 위 문제를 개선할 수 있었다.
경암 등의 암질변화에 따른 적용성이 용이하였으 며, 특히 암반 구속이 심한 장공발파에서 효율이 뛰어났다.
2) ∅36mm 폭약을 적용하여 시험발파를 수행한 결 과 수정패턴Ⅰ(∅32mm 폭약 적용) 대비 천공 수 는 약 5%의 절감효과가 있고, 굴진능률은 기존패 턴에 비하여 약 16%, 수정패턴I(∅32mm 폭약 적 용)에 비하여 약 18%의 개선효과가 있었다.
3) 공저부 밀 장전에 따른 발파 후 잔류공이 거의 생 성되지 않고 파쇄효율이 우수하여 breaker 막장 정리 시간 및 버럭 운반시간이 약 45분 단축되었다.
4) ∅36mm 폭약을 적용한 공법은 향후 대형 대단면 터널 현장과 4m~4.5m 이상의 굴진장을 확보할 수 있는 장대터널의 장공 발파현장 및 급속 시공을 요하는 현장에 다양하게 적용될 수 있을 것이라 판단된다.
References
