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7-7 터널내 탄성파반사법 탐사(TSP) 적용방안 검토 설 계 처-5105

(2010. 11. 15)

Ⅰ 검토목적

터널 막장전방 암질 예측을 위해 시행중인 탄성파반사법 탐사(TSP1))의

기술발전을 고려한 탐사방법과 세부 설계 적용방안을 검토함

Ⅱ 관련기준

□ 터널 막장 전방 암질 예측방안 검토(설계처, 2003.11)

ｏ 실시설계시 물리탐사 결과 연약대가 발견된 경우 연약대 위

치별 TSP 각 1회 반영

ｏ 공사시 계측결과 변위가 과대하거나 막장의 암질이 갑자기 연

약화하여 전방의 암질을 예측할 필요가 있는 경우 TSP 시행

ｏ TSP 공사시방서

- 조사위치 : 예상 약대층 약 100~200m 이전 탐사

- 탐사방법 : 발파를 이용한 다점송신방식, 다점수신방식 명기

Ⅲ 현 실태 및 문제점

□ 현 실태

ｏ 기존 탐사방법 이외, 발파가 필요 없는 해머타격식 방식 일부

현장 적용(동홍천-양양 10공구, 담양-성산 13공구, 충주-제천 2․3공구)

ｏ 연약지반․파쇄대 존재가 불명확한 일부구간(암반Ⅰ~Ⅲ등급) TSP 반영

ｏ 탐사예측 범위 중복(종․횡방향) 설계반영 사례 발생

1)

TSP(Tunnel Seismic Profiling)

터널 내부에서 탄성파를 발생시켜 약 100~200m 막장 전방의 불연속면에서 반사된 신

호를 분석하여 불연속면의 위치와 암질을 간접적으로 파악하는 탐사방법

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□ 문제점

ｏ 현재의 기준(공사시방서)상 발파를 이용한 탐사방법만 명시, 기

술발전을 고려한 다양한 탐사방법 현장적용 애로

ｏ 탐사위치․범위 등 세부기준 불명확, 노선․공구별 설계내용 상이

☞ 터널내 탄성파반사법 탐사(TSP) 기준보완 조치(감사실-1362, 2010.7)

Ⅳ TSP 적용방안

□ 기술발전을 고려한 탐사방법 다양화

ｏ 다양한 탐사방법(비발파, 2D, 3D 등) 적용 가능토록 시방서 보완

- 현장 적용 탐사방법 조사하여 공사시방서 추가

- 새로운 탐사방법은 현장에서 적용사례 등을 면밀히 검토하여

적용여부 결정토록 명기

☞ 탐사결과의 신뢰성 향상 및 탐사기술 발전 유도

□ TSP 설계적용 구간․범위 구체화

ｏ TSP 적용구간 명확화

- 실시설계시 암반등급 Ⅳ이하의 연약대 구간에만 적용

ｏ TSP 중복구간 배제

- 기술발전2) 을 감안하여 종방향 400m 이내 중복 배제

- 행선별 동일지점 횡방향 중복 배제

☞ 설계 일관성 확보 및 과다 설계 방지

2) 최근 현장 적용된 비발파 전방타격 다점송수신방법의 경우 종방향으로 약 400m까지 예측 가능

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Ⅴ 검토결론

□ TSP 적용기준

ｏ 지속적 기술발전을 감안한 다양한 탐사방법 검토 적용

ｏ TSP 적용 암반(Ⅳ등급 이하) 규정, 종․횡방향 중복 배제

- 변위과다, 연약지반 등 현장여건상 불가피시 중복 시행 가능

ｏ 설계도서 특정방법 표기 배제, 일반화된 “탄성파반사법 탐사(TSP)” 표기

- 탐사방법별 견적처리 후 최저단가 적용

□ 현장관리

ｏ 암반특성․막장변위 계측결과, 전방 암질 예측 필요시 TSP 시행하며,

암종 또는 절리면 상태 확인이 필요한 경우 선진수평보링 추가 시행

- TSP 예측결과와 실제 굴착결과 간의 비교․분석, 신뢰성 검증

ｏ 터널 막장별 지질 기록부 작성 및 적정 발파패턴 결정 철저

- 지반을 전공한자 또는 동등 이상의 자격이나 경험을 구비한 자가

막장관찰 시행

□ 적용방안

ｏ 설계중 노선 : 본 방침 적용

ｏ 공사중(미발주 포함) 노선 : 공사주관(시행)부서 적용여부 판단

※ 붙 임 : 터널내 탄성파반사법 탐사 공사시방서(보완)

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붙 임

터널내 탄성파반사법 탐사(TSP) 공사시방서(보완)

터널내 탄성파 반사법 탐사

(1) 조사목적

① 단층파쇄대, 탄질층 등과 같이 암질이 급격히 불량한 지층 존재 여부를 파악한다.

② 설계단계에서 추정되거나 공사시 예측되는 약대층을 터널 갱내에서의 위치, 규모, 터널축과

의 교차각도 등의 특성을 파악한다.

(2) 조사위치

터널안에서 예상 약대층의 약 0 ~ 400m 이전에서 탐사한다.

(다점송신․다점수신방식 : 약 100~200m, 비발파 전방타격 다점송수신방식 : 0~400m)

(3) 탐사방법

막장전방을 예측하기 위한 터널내 탄성파반사법탐사는 다음과 같은 방식이 있으며, 터널굴착

상황 지질여건 등을 감안하여 적절한 탐사방법을 선택하도록 한다.

1) 다점송신방식(2개 이상 수신점 x 24개 이상 송신점 방식)

터널 1개벽면에 24개 이상의 송신공(발파공)을 천공하고 탄성파를 발생시키며 양 벽면에

각 1개 이상의 수신부에서 반사신호를 측정한다.

【다점송신방식 탄성파 반사법 개념도】

2) 다점수신방식(8개 이상 수신점 x 6개 이상 송신점 방식)

터널 양벽면에 3개 이상, 도합 6개 이상의 송신공(발파공)을 천공하고 탄성파를 발생시키

며, 터널 1개 벽면에 8개 이상의 수신부에서 반사신호를 측정하여 해석한다. 이 방법은 총

6회 정도의 발파가 필요하다.

287

【다점수신방식 탄성파 반사법 개념도】

3) 비발파 전방타격 다점송수신방식(96개 이상 수신점 × 96개 이상 송신점 방식)

터널 막장면 및 갱구부 전면에 최대한의 조밀간격으로 96개 이상의 수신기를 배치한 다음, 수

신기 개수만큼 막장전면에 충격식 진원을 발생시킨 뒤, 터널 전방에서 되돌아오는 반사신호를 각

수신기에서 동시에 취득, 해석하는 방법이다. 특히 진원발생시 한 지점에서의 타격은 양질의 신호

대 잡음비 기록이 취득될 수 있도록 충분한 수직중합을 실시하도록 하여야 한다.

【비발파 전방타격 다점송수신방식 탄성파 반사법 개념도】

(4) 측정 및 해석장비

1) 기록계 : 탐사기록계는 충분한 dynamic range를 보이는 탄성파기록계(seismograph)를 이용하

여야 한다. 자료 취득간격은 약 0.1msec 이내인 장비를 사용하여 광대역의 신호를 취득할

수 있어야 한다.

2) 수신기 : 반사신호를 취득하는 수신기는 지오폰 혹은 가속도계를 사용하도록 한다. 암반내

에서는 비교적 고주파의 반사신호가 형성되므로 센서의 주파수 특성은 최저 주파수가

100Hz 이하에서 최대 주파수가 1000Hz 이상까지 고른 반응을 나타내어야 한다.

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3) 송신원 : 송신에 사용되는 화약은 일반화약을 사용할 수 있으며 장약량은 공당 터널의 암질에 따라 20～100 g을 사용한다. 발파기도 일반 발파기를 사용할 수 있다. 발파 뇌관은 반드시 고품질의 무지연(0 ms) 전기뇌관 방식을 사용하여 송신원 발생과 수신 기록사이에 지연(delay)이 없도록 하며, 비발파 방식의 경우 터널 막장면의 풍화정도를 고려하여 고주파 성분을 발생시킬 수 있는 타격기(source)를 사용하도록 한다.

4) 수신케이싱 : 다점송신방식에서 삽입식 수신기를 사용하는 경우 보호 케이싱의 내경은 삽입되는 센서 외경과 0.2mm 이하의 차이를 나타내어 양호한 접합상태를 유지할 수 있어야 하며, 전방 타격식 비발파 탐사방식의 경우 수신케이싱은 필요치 않는다.

5) 수신부 접합제 : 삽입식 수신케이싱과 수신공 사이는 rock-bolt 고정시 사용되는 재질로 접합시키며, 벽체 부착식 센서를 사용할 경우 부착면은 볼트와 여타 급결재를 이용하여 접합 상태가 양호하게 유지시켜야 한다. 전방 타격식 비발파 탐사방식의 경우 수신케이블 고정용 앵커 및 찰흙 등으로 접합상태가 양호하도록 유지시켜야 한다.

6) 자료해석소프트웨어는 다음의 기능을 포함하고 있어야 한다.

․자료 제시 : 측정된 자료를 그래픽으로 나타낼 수 있는 기능

․자료편집, 대역 필터링, 이득회수, 속도분석, f-k filtering 등

․파쇄대, 불연속면 등 취약대의 위치 및 상태 관련 정보제공 기능

(5) 탐사결과 활용

지질도, 막장관찰기록, 갱내 지질전개도 등 기존 지질자료와 종합 분석하여 적정한 굴착 및 지보계획 수립시 참고한다.

(6) 기타

1) 현재까지 탐사기는 발생된 탄성파를 2차원 또는 3차원의 탄성파 수신기를 이용하여 전방을 연약대를 파악하는 2차원 또는 3차원 탐사기의 2종류가 있으며, 3차원 탐사기는 2차원 탐사기에 비하여 보다 많은 정보를 제공한다.

2) 상기의 탐사방법 이외에 기술발전을 고려한 다양한 탐사방법(상기방법의 변경 포함)을 적용할 수 있으며, 이의 적용시 적용사례 등을 면밀히 검토하여 적용여부를 결정하여야 한다.