[논문]근접시공시 소음.진동 예측에 의한 주변 영향 검토 사례

김승욱; 윤창진

문제 정의

본 고에서는 광역도로 건설사업의 예정된 노선중 일부구간에 위치한 저수지와 부속시설물에 인접하여 이루어지게 되는 일련의 건설공사와 배수시설 시공을 위한 기.시설공사로 인한 근접시공시 주변에 영향을 미칠 수 있는 요인에 대한예측 및 구조물의 안정성 확보 여부를 미리 여】측한사례를 소개하고자한다
기.시설공사로 인한 근접시공시 주변에 영향을 미칠 수 있는 요인에 대한예측 및 구조물의 안정성 확보 여부를 미리 여】측한사례를 소개하고자한다
본 고에서는 영덕-오산간 광역도로 건설사업과 관련하여 교량기초 및 절토부 발파작업에 앞서 2006년 4월 현재기흥제의 안정상태를 확인하고, 실제 공사시 쉬트파일 타설 및 발파작업 등에 의해 발생되는 진동에 의한 기흥저수지 제체와 취수탑의 안정성 확보여부를 평가하였다. 이와관련하여 기흥제 인근에서 지반조사를 시행하여 정확한지층상태를 평가하였으며, 시추조사시 채취한 교란 및 불교란 시료를 대상으로 한 각종 실내시험을 수행하여, 기흥제 지반의 물리, 역학적 및 동적 특성을 평가하였다 또한근접시공시 기흥제의 안정성 확보여부를 평가하였다.
및 민가가 위치하고 있다. 따라서 쉬트파일 설치 및 굴착작업에 의해 발생되는 진동과 소음이 인접한 축사 및 민가에 미치는 영향 여부를 검토하는데 목적이 있으며, 본 고에서는 민가보다는 축사에 미치는 소음진동 영향검토사례가 드문 경우에 해당되므로 축사의 경우만 언급하였다.
본 고에서는 기계장비를 이용한 굴착공법 적용시 발생되는 소음과 진동의 영향이 현장과 인접된 축사에 미치는영향을 검토하고자 유사조건의 계측 및 측정 자료를 토대로 허용기준과 예측결과를 분석하여 근접시공시 주변에미치는 영향정도를 평가하였다.
본 고에서 근접시공으로 인해 발생되는 진동이 기존시설물 또는 주변 민가에 미치는 영향을 검토한 결과를 소개하였다. 그러나 근접시공과관련해 참고할 수 있는 자료와실제 구조물의 거동을 계측한 결과 등은 아직까지는 극히미비한 실정이므로, 상당부분은 추정할 수 밖에 없는 상황이며, 근접시공은 환경문제 또는 민원의 처리가 중요한문제로 발생하고 있는 근래에 간과할 수 없는 중요한 문제라할수있다
것으로 판단된다. 특히 근접시공으로 인한 진동은 구조물의 안정성 뿐만 아니라 인근 지역 주민의 민원에도 크게영향을 줄 수 있어 시설물의 계획에 앞서 반드시 확인해야하는 중요한문제임을 역설하며 본고를 마치고자한다

가설 설정

. 돼지의 경우수태율, 새끼수감소예가 있다.

제안 방법

이와관련하여 기흥제 인근에서 지반조사를 시행하여 정확한지층상태를 평가하였으며, 시추조사시 채취한 교란 및 불교란 시료를 대상으로 한 각종 실내시험을 수행하여, 기흥제 지반의 물리, 역학적 및 동적 특성을 평가하였다 또한근접시공시 기흥제의 안정성 확보여부를 평가하였다.
시공에대한 진동평가는 많은 자료가 없는 실정이어서 건설기술자를 위한 지반진동 영향과 대책(건설연구사, 1993)' 을 참고하여 12m의 쉬트파일 시공에 대한 진동규모를 평가하였다. 본 문헌자료에서 동경시 공해연구소의 보고서를 참조한 결과 바이브로햄머에 의한 쉬트파일의 관입 인발시의 진동은 인발시가 관입시보다 싱당히 큰 진동이 발생되는 것으로 나타내고 있으며, 표 2와 같이 정리하여 나타내었다
표 2에서 제시한 쉬트파일 인발시의 가속도레벨을 이용하여 이격거리에 따른 가속도 단위로 변환산정하여 이를제방의 활동에 대한 안정해석을 시행하였다.
위 변환식을이용하여 기흥 제에 예상되는수평가속도를산정하면 이격거리 50m인 조건일 때, 문헌자료 0.000跄, 시공사례 0.008g의 회귀분석 결과 값을 적용하여 제방의활동에 대한 유사정적해석을 수행하였다. 또한, 필댐의 내진설계 기준안전율을 1.
절토부 발파계획에 따른 기흥제 인근 발파에 의한 진동으로 인하여 기흥제에는 동적3隋이 작용할 것으로 판단되며, 기흥제 인근 절토부인 NC& 3과 NCB-4 시추공에서 총 2회의 시추공시험발파를 시행하였다 이에 현장내에측점 A ~ 측점 F까지 총 6개의 계측기를 설치하였으며, 취수탑을 중심으로 전, 후방 2Qm 지점에 각각 계측기를 설치하여 계측을 시행하였고, 시추공 시험발파시 계측된 NCB-4의 진동 계측자료 활용을 통해 발파에 의한 진동으로 인한 취수탑 인근에서 측정된 수평가속도를 적용하여이를 지진계수로 활용하는 안정성 검토를 수행하였으며, 시추공시험발파 시험 위치도는 그림 2와같다
진동하중은 기흥제에서 약 50m 정도 떨어진 거리에서원지반에 시공되는 것으로 모델링하였으며, 진동하중에대한 기흥제의 안정성확보 여부를 다양하게 분석하기 위하여 쉬트파일이 지표면에서 시공되는 시공초기 시점, 쉬트파일이 원지반 모래층에서 시공되는 시공중 시점 및 쉬트파일이 기반암반까지 시공된 시공완료 시점의 총 3가지의 경우에 대하여 수치해석을 시행하였다.
쉬트파일의 관입 인발 및 절토부의 발파에 의해 발생되는 진동을 수치해석시 입력자료로 활용하기 위하여 시공에 의해 발생되는 진동을 반복하중으로 결정하였다. 햄머에 의해 가해지는 최대 충격력 및 해석에 필요한타격 위치에서의 진동수는 Menard(1975, “Theoretical and Practical Aspects of Dynamic Consolidation", Gotechnique) 의 제안식을 이용하였다
58 ton, 진동수는 13田로 평가되었다. 따라서 유한차분 수치해석에서는 쉬트파일 시공에 의한 진동은 충격력 158.58 ton이며, 진동수 13田의 sine파 형태로 시공지점에 직접작용하도록 모델링 하였다.
기흥제의 유한차분 수치해석은 제방횔동 안정해석에 이용된 대표단면을 동일하게 적용하였으나, 동적지반강도정수는 지반조사결과를 종합적으로 분석하여 적용하였다또한 취수탑을 추가로 모델링하여 취수탑 안정성평가를동시에 수행하였다.
실제 발파작업이 이루어지는 방식과 동일하게 절토사면을 발파히는 것으로 모델링 하였으며, 3차원 유한요소 수치해석에 사용된 하중은 발파하중으로서 지반에 작용하는등가의 발파히중을 구하기 위해서 화약의 폭발압력, 천공공벽면에 작용하는 폭굉압력, 그리고 해석에 적용되는 등가환산 발파하중등의 순서로 산정하였다.
3차워 수치해석에서는 기흥제와 원지반이 접속하여 만나는 접속부를 대상으로 하였으며, 실제 시공과 동일하게절토부에서 발파하는 것을 모델링하기 위하여 실제 절토부발파지점까지 모델링하였으며, 발파하중작용이후2초동안 해석을 진행하였다.
본 배수장 인접지역에 돈사 약 250m, 민가 약 220m가위치한구간에 흙막이 가시설 시공시 진동, 소음이 불가피하게 발생하기 때문에 유한차분 수치해석을 통하여 굴착원과의 최근접거리에 위치한 돈사 및 민가를 기준으로 결정하여 쉬트파일 및 말뚝시공시 진동으로 인한 인접지역에 대한영향평가를 수행하였다

이론/모형

햄머에 의해 가해지는 최대 충격력 및 해석에 필요한타격 위치에서의 진동수는 Menard(1975, “Theoretical and Practical Aspects of Dynamic Consolidation", Gotechnique) 의 제안식을 이용하였다

성능/효과

008g의 회귀분석 결과 값을 적용하여 제방의활동에 대한 유사정적해석을 수행하였다. 또한, 필댐의 내진설계 기준안전율을 1.2로 적용하였으며, 안정성평가 결과 쉬트파일 관입 및 인발시 저网의 안정성에는 큰 영향을주지 않는 것으로 평가되었다.
시추공 시험발파결과 취수탑 인근인 계측점 G, H 및 I 중의 계측결과 중에서 기흥제에 포함되지 않은 계측점 G의 결과는 고려하지 않고 계측점 H 및 I 중에서 가장큰 수평성분가속도는 계측점 H로써, 수평성분 가속도는 1회 발파시 0.0464g로 기흥제 인근에서는 가장큰 것으로 평가되었다. 이와 같이 발파진동에 대한 수평지진계수를 적용한결과, 안정성을 확보하는 것으로 평가되었다.
0464g로 기흥제 인근에서는 가장큰 것으로 평가되었다. 이와 같이 발파진동에 대한 수평지진계수를 적용한결과, 안정성을 확보하는 것으로 평가되었다.
전술한 방법에 근거하여 쉬트파일 시공시 예상되는 최대 충격력 산출 결과 진동에 의한 최대 충격력은 158.58 ton, 진동수는 13田로 평가되었다. 따라서 유한차분 수치해석에서는 쉬트파일 시공에 의한 진동은 충격력 158.
시공 완료단계의 수치해석 결과, 쉬트파일 시공으로 인한 진동이 진행되는 동안 전체적으로 최대 3(血m정도의수평변위가 발생하였으며, 쉬트파일이 설치되는 지점 인근에서만 비교적 크게 변위가 나타나는 것으로 평가되었다 취수탑과 기흥제의 경우에는 최대정도의 변위가 발생하는것으로 나타났다
쉬트나일 시공으.로 인한 진동하중 작용시 속도분쏘를살펴보면, 쉬트파일이 시공되는 지점 지밴에서는 약 10.0 Kme 정도의 속도가 발생하는 것으로 나타났으나, 제체와취수탑 부근의 지반에서는 최대속도가 0.15险e 이내로허용진동수준 LCKne 이내로 평가되었다
3차원 수치해석 결과, 수평변위 및 연직변위 모두 발파하중 작용 후 1.0초가 경과된 시점부터 변위가 수렴하기 시작하는 것으로 나타났으며, 취수탑과 기흥제 모두 수평변위 및 연직변위가 0.35mm 이내의 변위가 발생하는 결과를 보였다. 지진시 호안 안벽구조물의 허용 변위량이 300mm 인 점을 감안할 때, 매우 작은 변위가 발생하는 것으로 평가되었다.
35mm 이내의 변위가 발생하는 결과를 보였다. 지진시 호안 안벽구조물의 허용 변위량이 300mm 인 점을 감안할 때, 매우 작은 변위가 발생하는 것으로 평가되었다. 또한, 발파후 시간경과에 따른 속도분포는 제체와 취수탑에서 모두 0.
지진시 호안 안벽구조물의 허용 변위량이 300mm 인 점을 감안할 때, 매우 작은 변위가 발생하는 것으로 평가되었다. 또한, 발파후 시간경과에 따른 속도분포는 제체와 취수탑에서 모두 0.15Kine 이내로 평가되었으며, 이는 최저 기준치인 0.8Kine (스위스 진동규제 기준 ; 4 종에 미치지 못하며, 본 고에서 제시한 제체와 취수탑의진동허용수준인 LOKine 이내로 평가되었다 이는 발파하중이 적용된 절쥐부가 모두 경암으로 구성되어 있으며, 수치해석에 적용된 damper의 크기가 크기 때문인 것으로 판단되었다. 따라서, 기흥제와 취수탑은 수치해석이 적용된발파규모에 대해 안정한 것으로 평가되었다.
8Kine (스위스 진동규제 기준 ; 4 종에 미치지 못하며, 본 고에서 제시한 제체와 취수탑의진동허용수준인 LOKine 이내로 평가되었다 이는 발파하중이 적용된 절쥐부가 모두 경암으로 구성되어 있으며, 수치해석에 적용된 damper의 크기가 크기 때문인 것으로 판단되었다. 따라서, 기흥제와 취수탑은 수치해석이 적용된발파규모에 대해 안정한 것으로 평가되었다.
&IB面을나타내어 축사에 설정된 허용수준(7CW(A))을 상회하였다. 따라서, 대상구역의 굴착조건(현자]상태 : 굴착원과의최근접거리 돈사약 25Cm, 민가 약 22g을 기준하면 쉬트파일 근입작업에 따른 소음도는 권고기준인 7(畑仏)보다 낮은 수준으로 허용수준 이내일 것이며, 쉬트파일 근입에 따른 진동의 영향은 없을 것으로 판단된다. (축사권고 기준: 0.
토사의 집토 및 상차작업(장비)에 따른 발생소음수준의예측결과 공사현장에서 굴삭기가 중량물旧-pM 이동시측정된 소음과 진동 계측자료와 국립환경 연구원의 자료를인용하면 약 15m에서 소음수준은 평균 74曲(AX국립환경연구원 자료)이며, 계측결과를 인용하면 버켓에 중량물 (H-beam)을 매달고서 이동시의 소음은 76.2~78.4B(A), 공차로 이동시에는 74.0~8L2dB(A)의 소음수준을 나타내었다.
따라서 대상구역의 굴착조건(현재상태 : 굴착원과의 최근접거리 돈사 약 250m, 민가 약 220m을 기준으로하면덤프 등 레미콘 작업에 따른 소음과 진동은 허용수준 이내일 것으로 예측된다.
또한, 말뚝 시공시 수치해석 결과, 축사 권고기준인 0.09 险吟을 크게 상회하는 것으로 안정성을 확보하지 못한 것으로 평가되었다. 만수동 배수징-의 경우에는 말뚝의 시공은 항타보다는 매입으로 시공하는 것이 인접지반에 작용하는 진동을 최소화하는데 도움이 될 것으로 판단된다.

후속연구

기초지반 등의 차이에 따라 기존구조물의 피해나 영향정도도 달라질 수 있다. 이에 근접시공을 계획하거나 시행하고자 할때에는 근접된 기설구조물의 관리자와의 협의가 중요하며, 신설공사가 기설구조물에 영향을 얼마나 미치게 되는가의 여부, 즉 근접공사인가 또는 근접시공의 영향이 어느정도인가, 대책을 강구해야할 것인가 등을 협의해야할 것이며, 상호간의 양해 하에 공사를 시행할 필요가 있으며, 시공중 또는 준공이후에도 일정기간에 걸쳐 공사로 인한피해영향의 정도를 관리하는 근접시공의 조사 - 설계 - 시공의 대책을 수립하여 그 진행방향을 확립해야 한다
설계 . 시공 등의 기본계획을 검토함에 있어서기술적 기준이 될 수 있는 여러 요인을 대상으로 기설구조물의 변위, 변형 등의 추정 및 예측 계측관리와 정보화 시공계획 등방안을검토해야할것으로판단된다
근접시공으로 인한 영향평가, 특히 소음과 진동에 대한연구 등은 비교적 미진하게 진행되고 있으므로 이와 관련한보다활발한 연구성과등의 도출이 향후에도 계속 필요할 것으로 판단된다. 특히 근접시공으로 인한 진동은 구조물의 안정성 뿐만 아니라 인근 지역 주민의 민원에도 크게영향을 줄 수 있어 시설물의 계획에 앞서 반드시 확인해야하는 중요한문제임을 역설하며 본고를 마치고자한다

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