양만장의 발파 진동소음 현장측정과 수치해석을 통한 영향검토 및 합리적인 발파설계 연구 Study of Blast Ground Vibration & Noise Measurements In-situ and Effect Analysis for Numerical Analysis, Rational Blasting Design at an Eel Farm원문보기
발파작업시 발생하는 진동 소음은 주변에 존재하는 보안물건에 손상을 입힐 수 있다. 또한, 사람 및 가축에게 정신적으로 피해를 줄 수 있다. 그래서 피해가 예상되는 보안물건의 특성을 고려하여 허용 진동 소음 기준을 설정하여 관리하고 있다. 특히, 어패류는 수중에서 생활하기 때문에 지표면에서 사육되는 동물보다 더욱 진동에 대하여 민감하게 작용하는 것으로 알려져 있다. 본 논문의 현장에서는 발파지점으로부터 약 840m정도 떨어진 지점에 대규모 장어 양식장(이하 양만장)이 존재하고 있다. 그래서, 현장 발파작업시 진동 소음으로 인한 피해가 우려된다. 본 논문에서는 발파 작업을 수행하기 전 설계단계에서 실규모 시험발파를 수행하여 양만장의 발파진동 소음을 측정하였다. 그 결과 발파소음은 설정한 허용기준 이내로 나타났다. 그러나 발파진동이 허용기준을 초과하였다. 따라서, 발파진동에 대해서는 기존의 경험적 방법을 통해 영향검토를 수행하였다. 그리고 새로운 3차원 수치해석방법을 통해검증하였다. 이 검토과정을 간략히 서술하였다. 그리고 양만장과 같이 발파진동 소음에 민감한 보안물건 주변 발파설계시의 발파진동 영향검토 방법을 제안하였다. 또한 발파진동 소음제어 설계방법을 소개하고자 한다.
발파작업시 발생하는 진동 소음은 주변에 존재하는 보안물건에 손상을 입힐 수 있다. 또한, 사람 및 가축에게 정신적으로 피해를 줄 수 있다. 그래서 피해가 예상되는 보안물건의 특성을 고려하여 허용 진동 소음 기준을 설정하여 관리하고 있다. 특히, 어패류는 수중에서 생활하기 때문에 지표면에서 사육되는 동물보다 더욱 진동에 대하여 민감하게 작용하는 것으로 알려져 있다. 본 논문의 현장에서는 발파지점으로부터 약 840m정도 떨어진 지점에 대규모 장어 양식장(이하 양만장)이 존재하고 있다. 그래서, 현장 발파작업시 진동 소음으로 인한 피해가 우려된다. 본 논문에서는 발파 작업을 수행하기 전 설계단계에서 실규모 시험발파를 수행하여 양만장의 발파진동 소음을 측정하였다. 그 결과 발파소음은 설정한 허용기준 이내로 나타났다. 그러나 발파진동이 허용기준을 초과하였다. 따라서, 발파진동에 대해서는 기존의 경험적 방법을 통해 영향검토를 수행하였다. 그리고 새로운 3차원 수치해석방법을 통해검증하였다. 이 검토과정을 간략히 서술하였다. 그리고 양만장과 같이 발파진동 소음에 민감한 보안물건 주변 발파설계시의 발파진동 영향검토 방법을 제안하였다. 또한 발파진동 소음제어 설계방법을 소개하고자 한다.
The vibration or/and noise generated by blast operations might cause not only structural damage to properties but mentally also to humans and animals. For that reason, maximum permitted vibration and noise levels are set by sensitivities of structures and they are used for the management of blast vi...
The vibration or/and noise generated by blast operations might cause not only structural damage to properties but mentally also to humans and animals. For that reason, maximum permitted vibration and noise levels are set by sensitivities of structures and they are used for the management of blast vibration. It is known that the fish lived in water are more sensitive to vibration than land animals, and thus the adverse impact of the blasting on fish farms should be very concerned. This study investigated the vibration and noise levels at a large eel farm located some 840 meters of the blasting site through the large real-scale experiments of blastings, prior to conducting the actual blasting. As a result, it was found that the noise met the requirement to be within maximum permitted level, while the ground vibration exceeded the permitted vibration. Accordingly, the impact of the excess vibration was investigated by an existing empirical method and verified by a new three dimensional numerical analysis. In this study, such an inspection process was briefly described, and a method was suggested for the examination of possible adverse effects from blasting on vibration-sensitive structures like the eel farm. The study also introduced a design method that controls the blast effects - ground vibration and noise.
The vibration or/and noise generated by blast operations might cause not only structural damage to properties but mentally also to humans and animals. For that reason, maximum permitted vibration and noise levels are set by sensitivities of structures and they are used for the management of blast vibration. It is known that the fish lived in water are more sensitive to vibration than land animals, and thus the adverse impact of the blasting on fish farms should be very concerned. This study investigated the vibration and noise levels at a large eel farm located some 840 meters of the blasting site through the large real-scale experiments of blastings, prior to conducting the actual blasting. As a result, it was found that the noise met the requirement to be within maximum permitted level, while the ground vibration exceeded the permitted vibration. Accordingly, the impact of the excess vibration was investigated by an existing empirical method and verified by a new three dimensional numerical analysis. In this study, such an inspection process was briefly described, and a method was suggested for the examination of possible adverse effects from blasting on vibration-sensitive structures like the eel farm. The study also introduced a design method that controls the blast effects - ground vibration and noise.
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문제 정의
여기서는, 이 검토과정을 서술하고 양만장과 같이 발파진동·소음에 민감한 보안물건 주변 발파설계시의 발파진동 영향검토 방법을 제안하였다. 또한 발파진동·소음제어 설계방법을 간략히 소개하고자 한다.
0028cm /sec를 초과하는 것으로 나타나 허용기준치이내의 적합한 발파공법 및 패턴을 결정하였다. 또한 지반조사 결과를 이용하여 수치해석 방법을 통해 이를 검증하고자 하였다. 수치해석 결과 지발당 장약량이 0.
발파작업이 이루어지는 절토부에서 양만장까지의 거리는 약 840m이상 떨어져 있지만 양만장에서 서식하고 있는 장어는 미세한 발파 진동·소음에도 영향을 받을것으로 예상되어 본 발파작업을 수행하기 전에 시험 발파를 수행하고 그 결과를 분석하여 발파 진동·소음에 대한 영향을 검토하였으며 적합한 발파공법 및 패턴을 제안하고자 한다.
본 논문에서는 OO 현장에서 수행되는 절토부 발파지점으로부터 약 840m 떨어져 위치해 있는 양만장의 발파진동 및 소음에 대한 영향을 검토하기 위해서 지발당장약량 5.Okg을 사용하여 실규모 시험발파를 수행하였다.
그리고 발파진동에 대해서는 기존의 경험적 방법을 통해 영향검토를 수행하고 이를 새로운 3차원 수치해석 방법을 통해 검증하였다. 여기서는, 이 검토과정을 서술하고 양만장과 같이 발파진동·소음에 민감한 보안물건 주변 발파설계시의 발파진동 영향검토 방법을 제안하였다. 또한 발파진동·소음제어 설계방법을 간략히 소개하고자 한다.
제안 방법
따라서 본 논문에서도 발파작업을 수행하기 전 설계단계에서 실 규모 기준의 시험 발파를 수행하여 양만장의 발파진동·소음을 측정하였다. 그리고 발파진동에 대해서는 기존의 경험적 방법을 통해 영향검토를 수행하고 이를 새로운 3차원 수치해석 방법을 통해 검증하였다. 여기서는, 이 검토과정을 서술하고 양만장과 같이 발파진동·소음에 민감한 보안물건 주변 발파설계시의 발파진동 영향검토 방법을 제안하였다.
이와 더불어 최근 국내적으로는 발파진동·소음을 기존의 경험식 및 추정식을 이용한 경험적 검토 방법에 추가적으로 컴퓨터 프로그램을 이용한 수치 해석적 접근을 시도하고 있다. 따라서 본 논문에서도 발파작업을 수행하기 전 설계단계에서 실 규모 기준의 시험 발파를 수행하여 양만장의 발파진동·소음을 측정하였다. 그리고 발파진동에 대해서는 기존의 경험적 방법을 통해 영향검토를 수행하고 이를 새로운 3차원 수치해석 방법을 통해 검증하였다.
따라서 본 현장 주변에 위치해 있는 양만장의 발파진동·소음의 허용치는 표 2의 소음·진동규제법상의 허용기준과 그림 1과 같이 양간장에서 측정된 평상시의 진동·소음을 참고하여 표 3과 같이 설정한 후 발파진동·소음에 대한 영향검토를 수행하였다.
왔다. 따라서 본 현장에서 시행될 발파공사가 반경 800-1, 000m 내에 위치한 양만장에 영향을 줄 것인지에 대한 3차원 수치해석(PENTAGON-3D)을 통해 예상 진동치를 추정하고 다양한 발파공법에 대한 simulation을 통해 안전성을 검토하였다.
것으로 예상되었다. 따라서, 절토부 구역별로 적용 가능한 발파공법 및 패턴의 결정이 필요하므로 본 현장 절토 부 인접지역에서 산출된 발파 진동 추정식을 활용하여 발파 패턴별 발파 진동 영향권을 설정하고 경험적인 방법과 수치해석 방법으로 영향 검토를 수행하였다. 표 7은 본 현장 절토부 인접지역에서 산출된 발파 진동 추정 식 이다.
소음의 기준치를 보면 주간의 경우 진동은 65dBV, 소음이 70dBA를 초과할 수 없는 것으로 규정하고 있다. 또한, 본 논문에서는 김희강 등(1988)에 의하면 사람이 진동을 느끼는 기준이 50~60dBV 사이인 것으로 보고하고 있기 때문에 장어, 메기와 같이 진동·소음에 예민한 어류의 진동 허용치를 60dBV로 설정하였다.
본 현장 시험발파시 사용된 진동 및 소음 측정 장비는 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 것으로서 국내의 소음·진동규제법 조건에 맞는 환경 진동 측정기(진동 레벨)를 사용하였다. 이 진동레벨측정기는 일본 IMV社의 제품으로서 다양한 진동에 대하여 인체를 대상으로 하는 진동평가에 적합한 환경 진동 측정기(Vibration Level Meter) 이다.
본 현장 절토부에서 표 8의 발파공법으로 작업을 수행할 경우에 대해 양만장에서의 발파진동 영향 검토를 수행하였다. 양만장에서의 발파 진동속도의 허용치를 0.
시험발파 방법은 발파 굴착이 이루어지는 절토부 지점에 존재하는 시추공을 활용하였는데, 장약량은 실제 일반 발파 규모에 해당하는 화약량을 사용하였다. 표 5는 금번 시행된 시험발파 현황을 나타낸 것이다.
표 5는 금번 시행된 시험발파 현황을 나타낸 것이다. 양만장 근접 지반에서 진동레베 진동속도 및 발파소음을 측정하였는데, 진동은 진동레벨(dBV)측정기 및 진동속도(cm/sec)측정기를 이용하여 측정하고, 발파소음은 보통 소음계를 이용하여 측정하므로서 吋소음·진동 공정시험방법』을 준수하고『소음·진동 규제법』의 허용기준에 대한 적합성을 정확히 파악하였다. 양만장에서 발파진동·소음을 측정한 결과 표 6과 같이 나타났다.
파악되고 있기 때문이다. 일반적으로 국내 발파 현장에서 적용하고 있는 발파 진동 추정시 단위는 진동속도(cm/sec)를 적용하기 때문에 본 논문에서는 진동 레벨허용 값을 진동속도로 환산하여 발파 진동 영향 검토를 수행하였다.
여기서, B=16338인 하중상수이며 Pd。)는 단위장약 량당 동압력, t는 시간(sec)이다. 장약량을 0.18kg, 0.32kg, 1.0kg의 3가지 Case로 하여 발파하중을 산정하였다. 지발당 장약량별 발파하중에 대한 변위양상 (5.
본 현장의 발파 진동 수치해석을 위해 적용된 지반동적 물성치와 지층 모델링을 보면 표 10과 같다. 지반 물성치는 현장 시추조사와 탄성파 탐사, 실내시험 등을 수행한 결과에서 구하였다. 발파하중의 산정을 위해 일반적인 발파공에 대한 탄성 해석에서 발파압력을 공벽에 수직한 방향으로 가해지도록 하고 이때, 작용하중을 미국 National Highway Institute에서 제시한 공식을 적용하였다.
대상 데이터
본 논문에서 기술하고 있는 00 현장은 지방도로 확포장공사 현장으로서 전남 장흥군에 위치하고 있다. 공사가 진행되는 노선 주변에는 발파진동·소음의 영향을 받을 것으로 예상되는 많은 보안물건이 존재하고 있다.
본 현장의 지질은 선캠브리아기의 변성암류, 쥬라기의 화강암류 및 백악기의 회산암 등이 부정힙으로 넓게 피복되어 있으며, 기반암은 호상 흑운모편마암 및 흑운모 화강암으로 분포되어 있다. 이와 같은 기반암은 불연속면에 점토질 및 철성분이 협재되어 있다.
이론/모형
경계요■소!(boundary element) 등의 방법이 있으며 본 해석에서는 Lysmer와 Wass가 제안한 점성경계(viscous boundary 또는quiet boundaiy)< 적용하였다. 본 현장의 발파 진동 수치해석을 위해 적용된 지반동적 물성치와 지층 모델링을 보면 표 10과 같다.
변하는 형태를 취하였다. 따라서, Statfield(1968) 가 제시한 시간이력에 대한 동압력을 적용하였다.
이 진동레벨측정기는 일본 IMV社의 제품으로서 다양한 진동에 대하여 인체를 대상으로 하는 진동평가에 적합한 환경 진동 측정기(Vibration Level Meter) 이다. 또한 발파 진동속도 측정기는 캐나다의 INSTANTEL 社 제품인 MINJMATE PLUS를 사용하였다. 이 장비는 국내 발파 기술자 및 현장에서 가장 많이 사용하고 있는 장비로서 최근에 개발된 측정치의 정밀도가 상당히 높은 장비이다.
지반 물성치는 현장 시추조사와 탄성파 탐사, 실내시험 등을 수행한 결과에서 구하였다. 발파하중의 산정을 위해 일반적인 발파공에 대한 탄성 해석에서 발파압력을 공벽에 수직한 방향으로 가해지도록 하고 이때, 작용하중을 미국 National Highway Institute에서 제시한 공식을 적용하였다. 아래의 식은 하중 1kg당 폭발하중을 기준으로 하였다.
본 현장의 발파공법 및 패턴은 건설교통부의 【암발파 설계요령】 에 준하여 결정하고 표 7의 발파 진동 추정 식을 활용하여 발파공법별 적용 가능한 적용 범위를 표 8과 같이 설정하였다.(4)
성능/효과
경험적 방법과 수치해석 방법을 비교한 결과는 지발당 장약량 LOkg일 경우 최대진동속도가 각각 0.00449 cm/sec, 0.00327cm/sec로 약 27%의 차이가 발생하였다. 이 차이는 지층구성이 다양한 지반에서 경험적 방법과 수치해석 방법의 차이를 나타낸 것으로 판단되며 추후 더 많은 연구를 통해 그 차이를 줄여 나가야 될 것으로 생각된다.
그러나 본 현장 주변에 존재하는 양만장에서 평상시의 암진동과 암소음을 측정한 결과 그림 1과 같이 허용치보다 훨씬 작은 진동값으로 측정되었으며, 암소음은모타 작동소리, 물소리 등으로 인하여 허용치를 초과하는 것으로 나타났다.
013cm/sec이기 때문에 장비가 작동되지 않은 것으로 보인다. 그리고 발파소음은 62.3dBA로 감지되었는데, 이와 같은 수치는 암소음과 동일한 수치로서 양만장의 소음원(모터소리, 물 흐름소리, 장어움직임 소리)과 마스킹(Masking)효과가 반응하면서 감지된 소음으로 판단하였다.
00327cm/sec으로 허용치를 초과하는 것으로 예상되었다. 따라서 경험적 방법 및 수치해석 결과를 종합적으로 고려해 볼 때 진동제어 소규모발파공법보다 최대 진동속도가 작게 발생되는 암 파쇄 굴착공법이나 정밀진동제어발파공법의 적용이 필요하게 되었다.
따라서 본 현장 발파지점에서 지발당 장약량 5.0kg을 사용하여 발파할 경우 양만장에 서식하고 있는 장어에 발파 소음의 영향은 없을 것으로 예상되나 발파 진동은 영향을 줄 것으로 판단하였다.
또한 지반조사 결과를 이용하여 수치해석 방법을 통해 이를 검증하고자 하였다. 수치해석 결과 지발당 장약량이 0.18kg, 0.32kg 인 암파쇄굴착공법, 정밀진동제어발파공법의 경우 최대진동속도가 각각 0.00059cm/sec, 0.00104cm /sec으로 허용치(0.0028cm/sec) 이내로 나타났으나 지발당 장약량이 1.0kg인 진동제어소규모발파공법을 적용할 경우는 최대 진동속도가 0.00327cm/sec으로 허용치를 초과하는 것으로 예상되었다. 따라서 경험적 방법 및 수치해석 결과를 종합적으로 고려해 볼 때 진동제어 소규모발파공법보다 최대 진동속도가 작게 발생되는 암 파쇄 굴착공법이나 정밀진동제어발파공법의 적용이 필요하게 되었다.
시추공 시험발파를 수행하고 분석한 결과, 절토 부의 발파공법 및 패턴에 따라 양만장에 발파진동의 영향이 미칠 것으로 예상되었다. 따라서, 절토부 구역별로 적용 가능한 발파공법 및 패턴의 결정이 필요하므로 본 현장 절토 부 인접지역에서 산출된 발파 진동 추정식을 활용하여 발파 패턴별 발파 진동 영향권을 설정하고 경험적인 방법과 수치해석 방법으로 영향 검토를 수행하였다.
양만장에서 발파 진동레벨을 측정한 결과, 48.5dBV 로 감지되어 암진동 값보다 약 2배정도인 28.3dBV를초과흐}는 것으로 확인 되었을 뿐만 아니라 양만장의 진동 레벨 허용치를 초과한 것으로 나타났다. 반면에 발파진동속도는 감지되지 않았다.
Okg을 사용하여 실규모 시험발파를 수행하였다. 이를 토대로 발파진동 추정식을 산출하여 경험적 방법으로 검토한 결과 지발당 장약량 1.0kg일 때 최대진동속도가 0.00449cm/sec로 허용기준치 0.0028cm /sec를 초과하는 것으로 나타나 허용기준치이내의 적합한 발파공법 및 패턴을 결정하였다. 또한 지반조사 결과를 이용하여 수치해석 방법을 통해 이를 검증하고자 하였다.
후속연구
이 차이는 지층구성이 다양한 지반에서 경험적 방법과 수치해석 방법의 차이를 나타낸 것으로 판단되며 추후 더 많은 연구를 통해 그 차이를 줄여 나가야 될 것으로 생각된다. 결론적으로 양간장과 같은 발파진동·소음에 민감한 보안물건 주변 발파시 발파 피해를 최소화하고 민원발생을 예방하기 위해 본 논문과 같은 방법을 이용할 것을 제안한다. 그리고 향후에는 수중 충격압에 의한 어패류의 피해가 큰 것으로 보고 되고 있어 이에 대한 연구가 이루어져야 할 것이다.
결론적으로 양간장과 같은 발파진동·소음에 민감한 보안물건 주변 발파시 발파 피해를 최소화하고 민원발생을 예방하기 위해 본 논문과 같은 방법을 이용할 것을 제안한다. 그리고 향후에는 수중 충격압에 의한 어패류의 피해가 큰 것으로 보고 되고 있어 이에 대한 연구가 이루어져야 할 것이다.
00327cm/sec로 약 27%의 차이가 발생하였다. 이 차이는 지층구성이 다양한 지반에서 경험적 방법과 수치해석 방법의 차이를 나타낸 것으로 판단되며 추후 더 많은 연구를 통해 그 차이를 줄여 나가야 될 것으로 생각된다. 결론적으로 양간장과 같은 발파진동·소음에 민감한 보안물건 주변 발파시 발파 피해를 최소화하고 민원발생을 예방하기 위해 본 논문과 같은 방법을 이용할 것을 제안한다.
참고문헌 (8)
전남대학교 공업기술 연구소, 1996, 여천항 LG부두 전용부두 수중발파 영향평가 및 발파설계, p. 19-22
군산대학교 수산과학연구소, 1999, 유진양만장 어업피해조사보고서, p. 21-47
환경부, 1996, 진동으로 인한 피해와 인관관계 검토기준 및 피해액 산정방법에 관한 연구, p. 266-268
건설교통부, 2003, 암발파 설계기준 및 시공지침
이태노, 김동현, 서영화, 2003, The development of methods for minimizing overbreak in tunnel blasting, ISEE 33th Annual Conference
Per-Anders Persson, 1993, Rock blasting & Explosives engineering, p. 252-253
윤지선, 1998, 최신발파기술, 구미서관, p. 165
노상림 등, 2005, N.D.C 및 Wide Space혼합공법을 통한 발파효율 개선사례, 한국암반공학회
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