본 연구에서는 SB발파에서 평활한 최종파단면과 발파손상영역을 제어하고, 동시에 발파진동을 제어하기 위한 목적으로 무장약 균열 유도공을 이용한 제어발파기법을 제안하였다. 무장약 균열유도공의 파단면 제어 유효성을 검토하기 위하여 일반 SB발파와 무장약 균열 유도공 적용한 SB발파에서 암반 내 발생하는 파괴과정을 수치해석법으로 모사하여 파단면을 분석하였다. 제발효과를 높이기 위하여 도폭선에 의한 기폭을 고려하였으며, 무장약 균열 유도공을 중심으로 양쪽에 장약공이 설치된 일자유면 발파로 가정하여 암반의 파괴과정해석을 수행하여 SB발파에서 무장약 균열 유도공에 의한 파단면 형성 기구를 고찰하였다. 결과적으로, 공간격이 40cm 이하에서 무장약 균열 유도공을 사용한 경우가 낮은 파단면 거칠기를 보여 파단면 제어 효과가 있음을 입증 하였다.
본 연구에서는 SB발파에서 평활한 최종파단면과 발파손상영역을 제어하고, 동시에 발파진동을 제어하기 위한 목적으로 무장약 균열 유도공을 이용한 제어발파기법을 제안하였다. 무장약 균열유도공의 파단면 제어 유효성을 검토하기 위하여 일반 SB발파와 무장약 균열 유도공 적용한 SB발파에서 암반 내 발생하는 파괴과정을 수치해석법으로 모사하여 파단면을 분석하였다. 제발효과를 높이기 위하여 도폭선에 의한 기폭을 고려하였으며, 무장약 균열 유도공을 중심으로 양쪽에 장약공이 설치된 일자유면 발파로 가정하여 암반의 파괴과정해석을 수행하여 SB발파에서 무장약 균열 유도공에 의한 파단면 형성 기구를 고찰하였다. 결과적으로, 공간격이 40cm 이하에서 무장약 균열 유도공을 사용한 경우가 낮은 파단면 거칠기를 보여 파단면 제어 효과가 있음을 입증 하였다.
In this study, a control blast method, which utilizes crack guide holes, is suggested to achieve smooth fracture plane and minimize blast damage zone (BDZ) in smooth blasting. In order to verify the effectiveness of crack guide holes on the fracture plane control in blasting, fracture process analys...
In this study, a control blast method, which utilizes crack guide holes, is suggested to achieve smooth fracture plane and minimize blast damage zone (BDZ) in smooth blasting. In order to verify the effectiveness of crack guide holes on the fracture plane control in blasting, fracture process analyses which consider regular smooth blasting and guide hole smooth blasting had been conducted and the fracture planes resulting from the analyses had been compared. The analyses models considered the ignition of the blast holes using detonation cords and each guide hole placed between blast holes. From the results, the smooth blasting utilizing guide holes showed lower fracture plane roughness than regular smooth blasting method in the hole spacing range between 20 to 40cm.
In this study, a control blast method, which utilizes crack guide holes, is suggested to achieve smooth fracture plane and minimize blast damage zone (BDZ) in smooth blasting. In order to verify the effectiveness of crack guide holes on the fracture plane control in blasting, fracture process analyses which consider regular smooth blasting and guide hole smooth blasting had been conducted and the fracture planes resulting from the analyses had been compared. The analyses models considered the ignition of the blast holes using detonation cords and each guide hole placed between blast holes. From the results, the smooth blasting utilizing guide holes showed lower fracture plane roughness than regular smooth blasting method in the hole spacing range between 20 to 40cm.
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가설 설정
발파하중은 장약 공내에서 등 엔톨피가 팽창하는 것을 가정하여 다음과 같이 JWL상태방정식을 적용하였다(조상호 외 2004).
일반 SB발파는 무장약 균열 유도공 SB발파결과와 비교하기 위함이며, 그림 1과 달리 장약공1과 장약공2 사이의 무장약공을 기폭하는 것으로 가정하여 계산을 수행하였다. 기폭순서는 장약공1, 무장약공, 장약공2가된다.
표 2는 공간격의 변화에 따른 기폭초시를 고려한 일반 SB발파와 무장약 균열 유도공SB발파의 해석모델을 나타내고 있다. 장약공간의 기폭초시는 60 ㎲～200 ㎲ 범위로서 도폭선의 폭발속도를 5000 m/sec으로 가정하고 공간격에 따라서 결정되었다.
그림 2는 해석모델의 유한요소망을 보여주고 있으며, 사용된 총 요소수는 61,860개이고 총 절점수는 122,472개이다. 장약공의 공경은 일반 SB발파에서 사용하는 공경인 45 mm을 가정하였으며, 각 장약공의 기폭시차는 도폭선의 폭굉속도와 장약공간의 거리를 고려하여 결정하였다. 최소저항선은 55 cm로 일정하게 유지하고 장약공의 간격(S)을 15 cm에서 60 cm까지 5 cm 간격으로 변화시켰다.
본 연구에서는 Newmark-β법 동적유한요소해석법과 비선형 파괴역학을 기초로 하여 개발된 동적파괴과정해석(DFPA)코드를 적용하였다(조상호 외, 2004). 터널발파의 최외곽공을 대상으로 장약공 사이에 무장약공을 배열하는 일자유면 발파을 가정하여 해석모델을 작성하였다(그림 1). 그림 2는 해석모델의 유한요소망을 보여주고 있으며, 사용된 총 요소수는 61,860개이고 총 절점수는 122,472개이다.
제안 방법
본 연구에서는 터널발파에서 최외곽 공열의 장약공 사이에 동일한 직경의 무장약공을 설치하고 도폭선 기폭방식을 채택한 SB발파를 가정한 암반파괴과정해석을 수행하였다. 공간격의 변화에 따른 파단면 제어효과를 비교하기 위하여 공간격을 15 cm에서 60 cm까지 5 cm 씩 증가시키며 파괴과정해석을 수행하여 파단면의 거칠기를 비교분석하였다.
본 연구에서는 터널발파에서 최외곽 공열의 장약공 사이에 동일한 직경의 무장약공을 설치하고 도폭선 기폭방식을 채택한 SB발파를 가정한 암반파괴과정해석을 수행하였다. 공간격의 변화에 따른 파단면 제어효과를 비교하기 위하여 공간격을 15 cm에서 60 cm까지 5 cm 씩 증가시키며 파괴과정해석을 수행하여 파단면의 거칠기를 비교분석하였다.
본 연구에서는 터널발파에서 최외곽 공열의 장약공 사이에 동일한 직경의 무장약공을 설치하고 도폭선 기폭방식을 채택한 SB발파를 가정한 암반파괴과정해석을 수행하였다. 공간격의 변화에 따른 파단면 제어효과를 비교하기 위하여 공간격을 15 cm에서 60 cm까지 5 cm 씩 증가시키며 파괴과정해석을 수행하여 파단면의 거칠기를 비교분석하였다.
공간격의 변화에 따른 파단면 제어효과를 비교하기 위하여 공간격을 15 cm에서 60 cm까지 5 cm 씩 증가시키며 파괴과정해석을 수행하여 파단면의거칠기를 비교분석하였다. 비교를 위하여 무장약공을장약공으로 하는 일반 SB발파에서의 암반의 파괴과정해석을 수행하였다.
이론/모형
특히 최종 파단면의 형성은 인장균열의 진행방향에 의한 영향을 받으므로, 암반의 불균질성을 고려한 파괴과정해석이 적용되어야 한다. 본 연구에서 적용된 일반 SB발파 및 무장약 균열 유도공 SB발파 해석모델은 Weibull 분포를 가정하여 압축강도 및 인장강도를 각 요소에 무작위로 할당하고 있다(Waloddi Weibull, 1951). 그림 7은 Weibull분포를 만족하는 강도분포에 5회씩 난수를 발생시켜 얻은 각 해석모델을 추가적으로 파괴과정해석을 수행하여 획득한 최종파괴패턴을 이용하여 파단면 거칠기 #를 구하여 평균한 값을 공간격 별로 나타내었다.
본 연구에서는 Newmark-β법 동적유한요소해석법과 비선형 파괴역학을 기초로 하여 개발된 동적파괴과정해석(DFPA)코드를 적용하였다(조상호 외, 2004).
성능/효과
무장약 균열 유도공 SB발파의 경우에는 공간격이 40 cm까지 비교적 평활한 파단면이 형성되었다. 파단면의 거칠기 분석결과, 무장약 균열 유도공을적용한 경우 파단면 형성은 공간격 40 cm까지 형성 되었고 일반 SB발파와 비교하여 현저히 낮은 파단면 거칠기를 보이고 있다. 이것은 공간격이 40 cm 이내에서는장약공 사이에 무장약공을 배치한 제어발파를 수행한다면 보다 평활한 파단면을 얻을 수 있음을 암시하고 있다.
후속연구
이것은 공간격이 40 cm 이내에서는 장약공과 무장약공을 배치하여 발파를 수행한다면 보다 평활한 파단면을 얻을 수 있음을 보여주고 있다. 그러나, 현장의 암반은 절리와 같은 불연속이 존재하기 때문에 해석결과와 같은 무장약 균열 유도공의 효과를 얻는 것은 어려울 것으로 판단되므로, 불연속면의 존재 및 방향특성을 고려한 무장약 균열 유도공 SB발파에 대한 연구가 진행되어야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
암반 터널 발파 시 발생하는 미굴 또는 여굴이 감소되면 어떤 효과가 있는가?
SB공법은 주로 암반 터널 발파 시 최외곽부 굴착설계예정선을 따라 원활한 파단면을 형성시키고 주변 암반의 손상을 최대한 억제하는 것을 목적으로 하고 있다. 발파시에 발생하는 미굴 또는 여굴이 감소되면 쇼크리트 및 록볼트 등의 지보재 경감으로 굴착경비를 줄일 수 있는 효과가 있게 된다. 최근에는 교통망의 고속화와 직선화로 인한 기존 도로터널의 성형개량 및 확장공사가 증가함에 따라 근접터널 굴착 사례가 빈번히 발생하고 있으며, 해저 및 하저터널을 건설하기 위한 계획이 세워지면서 굴착 예정면을 따라 발생하는 여굴이나 미굴을 최소화하면서 발파진동의 제어가 가능한 SB발파공법의 기술개발이 요구되고 있다.
SB공법의 목적은 무엇인가?
SB공법은 주로 암반 터널 발파 시 최외곽부 굴착설계예정선을 따라 원활한 파단면을 형성시키고 주변 암반의 손상을 최대한 억제하는 것을 목적으로 하고 있다. 발파시에 발생하는 미굴 또는 여굴이 감소되면 쇼크리트 및 록볼트 등의 지보재 경감으로 굴착경비를 줄일 수 있는 효과가 있게 된다.
대구경 무장약공을 적용한 현장 발파 사례의 한계점은 무엇인가?
(2009)은 터널의 최외곽공열의 장약공 사이에 대구경 무장약공을 배치한 SB발파를 가정한 암반과정해석을 통하여 대구경 무장약공의 파단면 제어 효과를 보여주었으며, 대구경 무장약공을 적용한 현장 발파 사례를 소개하였다. 그러나 대구경무장약공을 설치하기 위해서는 점보드릴의 비트를 교체해야 하는 번거로움이 있어 현장에서 실무에 적용된 사례는 거의 없다. 이희광 외(2010a, 2010b)는 다양한 형상의 무장약 가이드공의 균열효과를 분석하기 위하여 다이아몬드형, 마름모형, 노치형 및 원형 가이드공을 설치한 콘크리트 블록에 대한 발파실험 및 수치실험을 수행하여 가이드 공의 균열제어 유효성을 보여주었다.
참고문헌 (5)
이희광, 김승곤, 조상호, 2010, 발파에서 가이드공의 균열 제어 유효성에 관한 실험적 연구, 터널과 지하공간(한국암반공학회), 20.2, 125-130.
이희광, 김학만, 김승곤, 조상호, 2010, 발파에서 가이드공의 균열제어 유효성에 관한 수치해석적 연구, 터널과 지하공간(한국암반공학회), 20.4, 299-307.
조상호, 양형식, 가네꼬 카츠히꼬, 2004, SB발파에서 지발 뇌관의 기폭초시오차가 암반파괴 과정에 미치는 영향, 터널과 지하공간(한국암반공학회), 14.2, 121-132.
Weibull, W. 1951, A statistical distribution function of wide applicability, J. Apple. Mech 18:253.
Fukuda, D., K. Kaneko, K. Ishiyama, M. Naitoh and S.H. Cho, 2009, Numerical method for achieving smoothness of fracture plane and minimizing overbreak in Tunnel- Blasting, 2009 Korea-Japan Joint symposium on Rock Engineering, 125-134.
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