[논문]시추공 발파 자료의 터널설계 적응성에 관한 연구

임성식; 양형식

문제 정의

국내에서는 지금까지 지표발파의 진동특성1), 터널 발파의 진동 특성2), 이 둘을 비교한 연구 3)들이 있었지만 시추공발파에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 따라서 본 연구에서는 시추공발파의 진동 특성을 분석하여 이를 일반터널 발파 분석 결과와 의 비교를 통해 이들 진동자료들이 설계와 시공에 충분히 반영될 수 있는 가이드라인을 제시하였다.
하지만 그 차이는 근소하였다. 본 연구에서는 장 약량, 거리 및 지반조건의 변화가 심한 경우 더 적합한 것으로 알려진 자숭근 환산거리를 중심으로 비교분석을 하였다.

제안 방법

23개 지역에서 얻어진 578개의 시추공시험 발파 data와 4개 지역의 일반터널 발파 221개의 data를 이용하여 시추공발파와 일반터널발파의 진동 전달 특성을 비교 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
여기서 누두 공발파는 1자 유면 상태에서의 진동전달 특성을 파악하기 위해선정된 방법이다. 대상지역은 암반충이며 각각 1회씩의 발파를 통해 8개씩의 data를 얻어 분석하였다
시추 공발파의 진동 주파수 특성을 살펴보기 위해 시간이력과 FFT 분석을 통한 주진동수를 산정하였다. Fig.
시추공시험 발파를 통해 예측한 진동식이 실제 설계에 사용될 경우 미치는 영향 정도를 평가하기 위해 제안식들에 대한 LSD(Umit of scaled distances)를 비교하였다(Table 2). 참고로 LSD는 허용진동 수준에서 1 kg의 폭약을 사용했을 때 이격거리를 의미한다.

대상 데이터

또한, 1개 지역에서 실계측한 8개의 시추공발 파 진동 data와 8개의 누두공발파 data를 분석에 포함시켰다. 계측지역은 고흥, 덕소, 무안, 보성, 부산, 서울, 성남, 성산, 여수, 장흥, 제천, 진주, 청주 등 전국에 분포한다.
터널 발파의 자료는 4개 지역에서 221개 data를 계측하여 분석에 이용하였다. 또한, 1개 지역에서 실계측한 8개의 시추공발 파 진동 data와 8개의 누두공발파 data를 분석에 포함시켰다. 계측지역은 고흥, 덕소, 무안, 보성, 부산, 서울, 성남, 성산, 여수, 장흥, 제천, 진주, 청주 등 전국에 분포한다.
본 연구에 사용한 시추공 data는 문헌연구와 실계측을 통하여 획득하였다. 시추 공발파 data는 이미 설계에 사용된 보고서를 통해 18개 site에서 458개의 data, 실계측을 통해 5개 site로부터 120개의 data를 획득하였다.
시 주공발파와 누두 공발파에서 구해진 진동식을 비교하기 위해 한 지역을 선정하여 같은 시추공 내에서 시험을 하였다. 여기서 누두 공발파는 1자 유면 상태에서의 진동전달 특성을 파악하기 위해선정된 방법이다.
본 연구에 사용한 시추공 data는 문헌연구와 실계측을 통하여 획득하였다. 시추 공발파 data는 이미 설계에 사용된 보고서를 통해 18개 site에서 458개의 data, 실계측을 통해 5개 site로부터 120개의 data를 획득하였다. 터널 발파의 자료는 4개 지역에서 221개 data를 계측하여 분석에 이용하였다.
입지상수K는 안전율과 경제성을 고려하여 설계에 적용하고 있는 95%의 신뢰 구간 K1 을 대상으로 분석하였다. 전체 site의 K1은 시추 공 발파의 경우 7130 mm/s로 일반터널발파의 2510 mm /s보다 3배가량 높았다.
시추 공발파 data는 이미 설계에 사용된 보고서를 통해 18개 site에서 458개의 data, 실계측을 통해 5개 site로부터 120개의 data를 획득하였다. 터널 발파의 자료는 4개 지역에서 221개 data를 계측하여 분석에 이용하였다. 또한, 1개 지역에서 실계측한 8개의 시추공발 파 진동 data와 8개의 누두공발파 data를 분석에 포함시켰다.

성능/효과

1) 시추 공 발파 전체 site의 95% 신뢰 구간의 입지상수 K1과 감쇠지수 ne 터널 발파와 Dowding 의 제안식보다 크게 나타났다.
3) 시추 공발파의 진동상수K와 n이 누두 공발파의 진동상수에 비해 높게 나타났다. 1자유면 누두 공발파의 진동상수들은 터널 발파보다 낮았지만 시추공발파에 비해 터널발파의 진동 전달 특성과 더 유사한 결과를 보였다.
2) 환산 거리 증가에 따른 이격거리별 허용장 약량 은 시추공발파가 터널 발파보다 더 적어 비경제적인 설계가 될 수 있음을 보여주었다.
3) 시추 공발파의 진동상수K와 n이 누두 공발파의 진동상수에 비해 높게 나타났다. 1자유면 누두 공발파의 진동상수들은 터널 발파보다 낮았지만 시추공발파에 비해 터널발파의 진동 전달 특성과 더 유사한 결과를 보였다.
4) 시추 공발파의 진동 주파수 특성을 분석하기 위해 시간이력과 FFT분석을 통하여 주진동수를 산정하였는데 그 범위는 60~80Hz 이었다.
5) 시추공시험 발파는 대상 지반의 진동 전달 특성을 어느 정도 예측하는데 유용하다. 그러나 본 연구에서도 나타나듯이 일반적인 시험발파와는 달리 무자유면 상태에서 발파가 이루어지므로 실제 터널을 굴착할 때 발생하는 진동의 전달 특성과는 차이가 있다.
95% 신뢰 구간의 입지상수K1은 borehole > tunnel > crater 순으로 나타났으며 감쇄지수 n도 -1.90, -1.66, -1.35으로 같은 순서를 보였다. 이 결과로부터 시추 공발파는 일반적인 터널발파보다 진동은 크게 발생하고 감쇄가 빨리 일어난다는 것을 제차 확인할 수 있었다.
2배 이상 높게 나타났다. 이 결과는 일반터널 발파로부터 예측한 진동식보다 시추 공 시험발파로부터 예측한 진동식이 허용장 약량을 기준으로 볼 때 다소 보수적인 평가가 됨을 알 수 있다.
35으로 같은 순서를 보였다. 이 결과로부터 시추 공발파는 일반적인 터널발파보다 진동은 크게 발생하고 감쇄가 빨리 일어난다는 것을 제차 확인할 수 있었다. 또한 지표발파의 특성을 지니는 1자 유면 누두 공발파는 시추공발파에 비해 터널발파의 진동 전달 특성에 좀 더 부합하나 역시 K와 n값에 다소간 차이를 나타내었다.
입지상수K는 안전율과 경제성을 고려하여 설계에 적용하고 있는 95%의 신뢰 구간 K1 을 대상으로 분석하였다. 전체 site의 K1은 시추 공 발파의 경우 7130 mm/s로 일반터널발파의 2510 mm /s보다 3배가량 높았다.

후속연구

따라서 이를 설계에 반영하는 데는 조심스러운 통계적 처리가 선행되어야 할 것이다. 또 본 발파를 시행하기 전에 반드시 자유면이 있는 상태의 시험발파를 시행하고 이를 시추 공 시험 발파의 결과와 비교하여 실제 터널 굴착에 적합한 진동식과 보안물건을 고려한 최대 허용 장 약량을 산정하여 효과적으로 발파 작업을 하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

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