터널발파 현장 적용성 평가

1차 실험

1차 대심도 터널발파

목적
  • 전색재 적용에 따른 터널 굴진율 평가
  • 설계 화약량 대비 화약량 축소적용
내용
  • 3D 레이저 스캐너로 터널 굴진율 측정 
  • 터널발파 표준 설계대비 10 ~ 20 % 총 장약량 축소적용 
  • 발파영역 직상부 지표면에서 진동측정(70m 이격) 
결과
  • 발파 당 터널굴진율 : 일반 모래전색 85% / 스마트스템 91 %  
  • 발파진동: 최대 49% 감소 (화약량 20% 축소적용)

암 파쇄도 분석결과


Passing rateSand
stemming
STF-based
stemming
D10 size (mm)95.9920.11
D50 size (mm)257.4766.97
D80 size (mm)400.25105.17
D100 size (mm)694.00267.00
Xc(mm)311.9596.60
n(Unifromity Index)1.911.82

터널 굴진율 평가 결과

발파 파쇄도(만덕-센텀 본선 수직구

# 2번 구간 GS건설 1차 실험)

스마트스템 발파 파쇄 결과
본 실험이 실시된 터널 막장의 암반상태는 암반등급 3 Type 수준의 상태를 보이고 있으며 모든 막장이 유사함.
막장면와 30°도로 교차하는 절리가 있어 부석 정리 시 절리면 방향으로 암괴가 제거되어 굴진율이 동일함.
일반전색와 스마트스템, 스마트스템+Plug를  적용한 암반 모두 2.0m의 굴진장을 보임.
파쇄도는 모래전색 , 스마트스템, 스마트스템+PLUG 순으로 향상됨.

2차 실험

2차 대심도 터널발파

목적
  • 동일한 화약량 으로 굴진장을 증대시켜 스마트스템의  굴진율, 파쇄도, 지반진동 평가
내용
  • 광파기로 터널 굴진율 측정
  • 굴진장 2 . 5 m (일반발파:비장약량1.04 kg/㎥)  화약량으로 굴진장 3.0m (스마트스템:비장약량0.80 kg/㎥ ) 에 적용
  • 발파영역  직상부  지표면에서 진동측정 (70 m 이격)
결과
  • 발파 당 터널굴진율 :  스마트스템 96%  (화약량 23% 절감)
  • 파쇄입도: 일반발파  1m 이상 파쇄암 다수  /  스마트스템  1m 이상 파쇄암 無

  • 발파진동: 일반발파  0.237 cm/sec  /  스 마트스템 0.211 cm/sec ( 진동 11% 저감)

일반전색
2.5m
일반전색
3.0m
스마트스템
(38mm) 3.0m

굴진장(좌/우) :
2.9/3.1m
굴진장(좌/우) :
2.9/3.0m

평균굴진율 :
97%
평균굴진율 :
96%

파쇄입도 : 보통
파쇄입도 : 양호

직경 1m 이상
다수
직경 1m 이상 無
일반발파
2.5m
일반발파
3.0m
스마트스템
(38mm) 3.0m
총장약량 :
225kg
총장약량 :
225kg
총장약량 :
225kg
진동속도 :
0.271cm/sec
진동속도 :
0.237cm/sec 
진동속도 :
0.211cm/sec 

터널발파 현장 적용성 평가

종합검토의견

전색재료모래스마트스템스마트스템+PLUG모래스마트스템
천공장(m)2.02.02.02.53.0
굴진비율(ratio)
1.01.01.01.01.2
장약비율(ratio)
1.00.90.81.01.0
진동저감율(%)
-29 ▼
49 ▼
--
파쇄도
보통양호매우 양호보통양호
비고
1차 시험 (2022.08)/

진동저감, 파쇄도 시험

2차 시험 (2022.09)/

굴진장, 파쇄도 시험

스마트스템 적용 의견서 요약
시공성
  • 스마트스템(D: 38mm) 발파공 삽입 시 작업 저하 없음
  • 터널용 스마트스템은 직경 38mm를 적용 시 우수한 결과가 도출됨
  • 전반적인 시공 절차와 난이도는 모래전색과 유사 
진동억제
  • 일반발파 굴진율 적용 시 전체화약량 20%까지 축소 가능
  • 발파진동 최대 49% 억제(일반발파 대비)
굴진율 증가
  • 암 파쇄도 : 1m 이상 대괴발생 無( 일반발파 1m 이상 대괴 다수)
  • 1회 발파당 굴진 3m 기준, 굴진율 96% 이상 확보 확인
종합의견
  • 파쇄입도, 굴진율, 진동속도 및 시공성 모두 스마트스템 적용시 우수함 
  • 당 현장에서 굴진장 2.5m에 적용하는 장약량(모래전색)을 굴진장 3.0m(스마트스템 적용)로 증가시켜도 양호한 발파 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단됨

암 파쇄도 분석결과


Passing rateSand stemmingSTF-based stemming
D10 size (mm)95.9920.11
D50 size (mm)257.4766.97
D80 size (mm)400.25105.17
D100 size (mm)694.00267.00
Xc(mm)311.9596.60
n(Unifromity Index)1.911.82

터널 굴진율 평가 결과


비장약량(Specific charge) 변화에 따른 발파 진동측정 결과
* 진동속도는 직상부 70m 이격 지표면에서 측정



  • 폭약삽입è스마트스탬(1개) è모래전색(2개)삽입
  • 기존의 장약방법과 동일, 시공성 또한 기존 방법과 동일

발파 파쇄도(만덕-센텀 본선 수직구 # 2번 구간 GS건설 1차 실험 )

스마트스템
발파 파쇄 결과
본 실험이 실시된 터널 막장의 암반상태는 암반등급 3 Type 수준의 상태를 보이고 있으며 모든 막장이 유사함.
막장면와 30°도로 교차하는 절리가 있어 부석 정리 시 절리면 방향으로 암괴가 제거되어 굴진율이 동일함.
일반전색와 스마트스템, 스마트스템+Plug를  적용한 암반 모두 2.0m의 굴진장을 보임.
파쇄도는 모래전색 , 스마트스템, 스마트스템+PLUG 순으로 향상됨.

2차 실험

2차 대심도 터널발파


목적
  • 동일한 화약량 으로 굴진장을 증대시켜 스마트스템의  굴진율, 파쇄도, 지반진동 평가
내용
  • 광파기로 터널 굴진율 측정
  • 굴진장 2 . 5 m (일반발파:비장약량1.04 kg/㎥)  화약량으로 굴진장 3.0m (스마트스템:비장약량0.80 kg/㎥ ) 에 적용
  • 발파영역  직상부  지표면에서 진동측정 (70 m 이격)
결과
  • 발파 당 터널굴진율 :  스마트스템 96%  (화약량 23% 절감)
  • 파쇄입도: 일반발파  1m 이상 파쇄암 다수  /  스마트스템  1m 이상 파쇄암 無

  • 발파진동: 일반발파  0.237 cm/sec  /  스 마트스템 0.211 cm/sec ( 진동 11% 저감)

일반전색 2.5m일반전색 3.0m스마트스템 (38mm) 3.0m

굴진장(좌/우) : 2.9/3.1m
굴진장(좌/우) : 2.9/3.0m

평균굴진율 : 97%
평균굴진율 : 96%

파쇄입도 : 보통
파쇄입도 : 양호

직경 1m 이상 다수
직경 1m 이상 無
일반발파 2.5m일반발파 3.0m스마트스템 (38mm) 3.0m
총장약량 : 225kg총장약량 : 225kg총장약량 : 225kg
진동속도 : 0.271cm/sec진동속도 : 0.237cm/sec 진동속도 : 0.211cm/sec 

종합검토의견

전색재료천공장(m)굴진비율(ratio)장약비율(ratio)진동저감율(%)파쇄도비고
모래2.01.01.0-보통1차 시험 (2022.08)/

진동저감, 파쇄도 시험

스마트스템
2.01.00.929 ▼양호
스마트스템+PLUG2.01.00.849 ▼매우 양호
모래2.51.01.0-보통

2차 시험 (2022.09)/

굴진장, 파쇄도 시험

스마트스템3.01.21.0-양호
스마트스템 적용 의견서 요약
시공성
  • 스마트스템(D: 38mm) 발파공 삽입 시 작업 저하 없음
  • 터널용 스마트스템은 직경 38mm를 적용 시 우수한 결과가 도출됨
  • 전반적인 시공 절차와 난이도는 모래전색과 유사
진동억제
  • 일반발파 굴진율 적용 시 전체화약량 20%까지 축소 가능
  • 발파진동 최대 49% 억제(일반발파 대비)
굴진율 증가
  • 암 파쇄도 : 1m 이상 대괴발생 無( 일반발파 1m 이상 대괴 다수)
  • 1회 발파당 굴진 3m 기준, 굴진율 96% 이상 확보 확인
종합의견
  •  파쇄입도, 굴진율, 진동속도 및 시공성 모두 스마트스템 적용시 우수함
  •  당 현장에서 굴진장 2.5m에 적용하는 장약량(모래전색)을 굴진장 3.0m(스마트스템 적용)로 증가시켜도 양호한 발파 결과를 얻을 수 있을 것으로 판단됨


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