대구경 전단면 RBM 적용을 위한 리스크 평가 및 고려사항
Risk assessment and considerations for the application of large-diameter full face raiseboring machine
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초록
레이즈보어링 장비(raiseboring machine, RBM)는 심부 암반 층의 수직구 굴착에 널리 사용되어 왔으며, 국내에서는 주로 2.5~3.5 m의 소구경 리밍 이후 하향 발파에 의한 확대 굴착식으로 장대 터널 환기구, 양수발전소나 유류비축기지 등에 적용되어 왔다. 대구경 전단면 RBM은 직경 6 m 이상의 수직구를 전체 리밍을 통해 한 번에 굴착하는 방법으로 국내에서는 적용 사례가 아직 없다. 본 논문은 해외 철도 터널 공사에서 효율적인 환기구 굴착을 위해 최초로 적용된 전단면 RBM의 지반 리스크 분석 방법 및 결과에 대해 논의한다. 전단면 굴착시 암반은 쐐기 활동, 벽면 붕락, 낙석, 응력에 의한 spalling 등 다양한 리스크에 노출되어 있다. 현장 상세 지반 분석 결과를 이용하여 McCracken & Stacey에 의한 레이즈 보어 암질 지수를 정량적으로 평가하여 전단면 수직구 굴착시 발생 가능한 리스크를 분석하였다. 전단면 굴착 시 동시 지보가 불가능하므로, 무지보 유지기간 분석을 통해 공벽 안정성을 평가하였다. 또한 기존 대구경 RBM 적용 사례 데이터베이스와 설계 지침, 쐐기해석 등을 활용하여 대상 지반의 다양한 리스크 요인들을 분석하였다. 분석된 리스크의 저감을 위해 지표면 그라우팅, 지하수위 유도공, TSL (thin spray liner) 벽면 코팅 등의 적용을 계획하였다. 기타 전단면 RBM 굴착 시 고려해야 할 사항으로서 수직구 계측 방법, 토사 지반의 보강 및 리밍을 위한 준비사항 등에 대해 논의한다. 전단면 RBM은 공기단축, 안전 시공 등 많은 이점이 있다. 따라서 적정한 지반에 적용된다면 복잡한 지하공간 굴착 시 적절한 리스크 분석 및 계획을 통해 다양하게 적용될 수 있다.
Abstract
Raiseboring machine (RBM) has been widely used in deep shaft excavation in rock mass. In Korea, this method has been applied to ventilation shaft, hydropower, and oil storage cavern by downward blasting enlargement after reaming of 2.5~3.5 m diameter holes. Full face RBM is a method that excavates the whole diameter over 6 m at a time through large reamer, but there is no application case in Korea yet. This paper discusses the ground risk assessment methods and outcomes which have been applied to ventilation shafts excavation in an international railway tunnel project for the first time. When full face RBM is excavated, rock mass can be exposed to various risks such as wedge sliding, wall breakdown, rock fall, stress induced spalling and so on. Quantitative evaluation of raisebore quality index by McCracken & Stacey was conducted using detailed geotechnical interpretation results on the site, and risks were assessed with this index. As sequential rock support cannot be applied during the RBM excavation, stand-up time of rock mass were evaluated whether shaft wall could be stable. Using the existing RBM case database and design guidelines, and wedge analysis, various risks were assessed. To reduce possible assessed risks, several important risk mitigation measures were planned such as surface grouting, groundwater relief holes and TSL (thin spray liner) wall coating. In addition, several other factors to be considered for full face RBM excavation were discussed such as shaft monitoring method, ground reinforcement for soil layer and reamer installation. Full face RBM method has many advantages with noticeably short construction time and safe construction environment. This method can be applied for various shafts in complicated underground excavation through proper risk assessment and planning in appropriate ground.