본 고에서는 기존 기계식 굴착공법 및 암파쇄공법(플라즈마, 겔파쇄 등)의 단점인 시공성 및 경제성을 개선하고, 발파진동을 최소화한 미진동화약(LoVEX)의 개발 및 현장적용 사례를 소개하였다. 이 미진동화약은 국토해양부 표준발파패턴중(中) Type-1(미진동굴착공법, 125g 미만의 폭약 사용)에 부합하며, 지발발파가 가능하고, 시공성 및 작업효율을 대폭 개선하는 반면 진동수준은 일반 에멀젼폭약의 약 60~70% 수준으로 나타났다. 추가적으로 현장 적용시 표준발파패턴, 발파진동추정식, 시공방법 등을 본 연구에 제시하였다.
본 고에서는 기존 기계식 굴착공법 및 암파쇄공법(플라즈마, 겔파쇄 등)의 단점인 시공성 및 경제성을 개선하고, 발파진동을 최소화한 미진동화약(LoVEX)의 개발 및 현장적용 사례를 소개하였다. 이 미진동화약은 국토해양부 표준발파패턴중(中) Type-1(미진동굴착공법, 125g 미만의 폭약 사용)에 부합하며, 지발발파가 가능하고, 시공성 및 작업효율을 대폭 개선하는 반면 진동수준은 일반 에멀젼폭약의 약 60~70% 수준으로 나타났다. 추가적으로 현장 적용시 표준발파패턴, 발파진동추정식, 시공방법 등을 본 연구에 제시하였다.
This study improved constructability and cost efficiency that are disadvantages of existing a mechanical excavation & similar blasting methods(plasma, gel, etc) and introduced cases of development and practical applications of Low vibration explosives(LoVEX) that minimizes blast vibration. The low v...
This study improved constructability and cost efficiency that are disadvantages of existing a mechanical excavation & similar blasting methods(plasma, gel, etc) and introduced cases of development and practical applications of Low vibration explosives(LoVEX) that minimizes blast vibration. The low vibration explosives(LoVEX) is suitable to Type-1 in standard blasting patterns of Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs(MLTM) and delay blasting is possible. Moreover, the low vibration explosives improve construction and work efficiency while the level of vibration is reduced to about 60~70% of normal emulsion explosives. Additionally, this study suggested standard blasting patterns, the prediction equation of blasting vibration, and construction methods.
This study improved constructability and cost efficiency that are disadvantages of existing a mechanical excavation & similar blasting methods(plasma, gel, etc) and introduced cases of development and practical applications of Low vibration explosives(LoVEX) that minimizes blast vibration. The low vibration explosives(LoVEX) is suitable to Type-1 in standard blasting patterns of Ministry of Land, Transport and Maritime Affairs(MLTM) and delay blasting is possible. Moreover, the low vibration explosives improve construction and work efficiency while the level of vibration is reduced to about 60~70% of normal emulsion explosives. Additionally, this study suggested standard blasting patterns, the prediction equation of blasting vibration, and construction methods.
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문제 정의
따라서 본 고에서는 기존 기계식공법 및 암파쇄공법의 단점인 시공성 및 경제성을 개선하고, 발파진동을 최소화한 미진동화약(LoVEX)의 현장적용 사례를 소개하였다. 이 미진동화약은 국토해양부 표준발파패턴中 Type-1(미진동굴착공법, 125g 미만의 폭약 사용)에 부합하며(국토부, 2006), 지발발파가 가능하고, 시공성 및 작업효율을 대폭 개선하는 반면 진동수준은 일반 에멀젼폭약의 약 60∼70% 수준으로 나타났다.
제안 방법
2) 시험 현장 모두에서 현장관리 진동수준(0.2∼0.3cm /sec)을 초과하지 않고 시공이 가능하였으며, 미진동화약(LoVEX) 터널발파 진동추정식을 아래와 같이 산출하였다.
현장시험은 심발부 패턴을 일반 105mm 무장약공을 심발중심에 일렬로 배치하고 V-Cut을 실시한 경우, 362mm 선대구경을 시공했을 경우, 그리고 105mm Burn-hole을 이용하여 Burn-Cut을 실시한 경우에 나타나는 발파효율을 비교 분석하였으며, 천공장과 장약량 변화에 따라 시험발파후 그 결과를 비교해 보았다. 발파시 발생하는 진동측정은 계획노선상에서의 발파지점에서 가장 근접해 있는 지상부 보안건물 주변에 진동기를 설치하여 측정하였다. 다음 표 4는 현장 시험방법을 나타낸 것이다.
시험현장 모두 터널굴착시 상･하반 분할하여 굴착을 진행하고 있는데 발파패턴 설계에서 인천도시철도 현장은 하부반단면에 천공장 1.2m, 지발당 0.25kg로 설계하였으며, 상부반단면 적용시에는 심발부에 105mm 무장약공을 일렬로 배열하고 심발부에 V-Cut를 배치하였으며, 부산지하철 현장은 현재 시험구간 설계가 미진동 발파패턴 구간으로 막장면에서 약 50m 전방까지 직경 362mm 선진보링이 된 상태로서 미진동 화약에 적합한 패턴으로 천공간격을 조절하고 천공장을 고려하여 장약량을 계산하였다. 우이경전철 현장은 105mm 무장약공을 Burn-hole로 활용하여 심발부에 Burn-Cut를 배치하였다.
이 미진동화약은 국토해양부 표준발파패턴中 Type-1(미진동굴착공법, 125g 미만의 폭약 사용)에 부합하며(국토부, 2006), 지발발파가 가능하고, 시공성 및 작업효율을 대폭 개선하는 반면 진동수준은 일반 에멀젼폭약의 약 60∼70% 수준으로 나타났다. 추가적으로 현장 적용시 발파패턴, 발파진동추정식, 시공방법 등을 본 연구에 제시하였다.
현장시험은 심발부 패턴을 일반 105mm 무장약공을 심발중심에 일렬로 배치하고 V-Cut을 실시한 경우, 362mm 선대구경을 시공했을 경우, 그리고 105mm Burn-hole을 이용하여 Burn-Cut을 실시한 경우에 나타나는 발파효율을 비교 분석하였으며, 천공장과 장약량 변화에 따라 시험발파후 그 결과를 비교해 보았다. 발파시 발생하는 진동측정은 계획노선상에서의 발파지점에서 가장 근접해 있는 지상부 보안건물 주변에 진동기를 설치하여 측정하였다.
대상 데이터
현장 시험발파는 인천도시철도 2호선 ○○공구, 부산지하철 1호선 연장 ○○공구 및 우이∼신설 경전철 ○○공구 건설공사에서 실시하였다. 우선 시험대상 현장인 인천도시철도 2호선 ○○공구 건설공사는 주변환경과 인천시 도시철도망 연계성 증대를 위해 건설되는 공사로 총연장 1.36km이며 이중 터널이 0.998km로 설계되었다. 과업구간 지질특성을 살펴보면 시점부는 엽리상화강암, 종점부는 호상편마암이 나타나며, 본 시험구간 터널은 암종이 호상편마암으로 상층부에 일부 토사층이 분포하고 있지만 터널구간은 전반적으로 보통암 이상 경암으로 나타난다.
현장 시험발파는 인천도시철도 2호선 ○○공구, 부산지하철 1호선 연장 ○○공구 및 우이∼신설 경전철 ○○공구 건설공사에서 실시하였다.
데이터처리
미진동화약(LoVEX) 적용시 진동추정식을 도출하기 위해 현장 시험발파시 측정된 총 82개의 진동data를 자승근 및 삼승근의 환산거리를 적용하여 회귀분석하였으며(표 9), 그중 신뢰도가 높은 자승근 환산거리 적용시 결과를 그림 1 및 식 (1)에 나타내었다.
이론/모형
본 연구에서는 보안물건들이 인접한 도심지 터널발파시 발생되는 발파진동의 저감방안으로 미진동화약 (LoVEX)을 적용였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다.
성능/효과
1) 굴진효율(굴진율, 파쇄입도, 요철 등)을 분석한 결과, 미진동화약과 선대구경 적용시가 굴진율, 파쇄 입도 등의 발파효율 측면에서 가장 유리하게 나타났으며, 대구경 무장약공을 이용한 Burn-Cut은 양호한 수준으로 나타났고, V-Cut을 실시할 경우, 굴진율은 가장 저조한 것으로 나타났다.
우이경전철 현장의 경우, 굴진율은 약 70∼90%로 나타났으며, 파쇄도는 양호하였다(표 7c). 따라서 상기 3개 현장에서 실시된 시험발파 발파효율을 비교해 보면, 미진동화약과 선대구경 적용시가 굴진율, 파쇄입도 등의 발파효율 측면에서 가장 유리하게 나타났으며, 대구경 무장약공을 이용한 Burn-Cut은 양호한 수준으로 나타났고, V-Cut을 실시할 경우, 굴진율은 가장 저조한 것으로 나타났다.
또한 발파 후 요철은 발생되지 않았으며, 잔류공은 막장면 일부에 나타나며 실측결과 5∼10cm로 굴진율은 약 89∼95% 이상으로 나타났다(표 7b).
이는 천공장에 따른 지발당 장약량 차이에 기인한 것으로 판단된다. 또한 우이경 전철 현장의 진동수준은 지발당 장약량 0.24kg일 경우, 터널 직상부 12m 지점에서 최대 0.203cm/sec으로 나타났다. 표 8은 시험발파시 자유장에서 측정된 진동수준중 각각의 최대치 만을 표시한 결과이다(박윤석 외, 2012).
부산지하철 현장에서 실시한 두 번의 상부단면 발파에서는 발파 파쇄암은 막장면을 중심으로 약 10m 이내 지역에 집적되었고 평균 파쇄입도가 약 30cm로 확인되었다. 또한 발파 후 요철은 발생되지 않았으며, 잔류공은 막장면 일부에 나타나며 실측결과 5∼10cm로 굴진율은 약 89∼95% 이상으로 나타났다(표 7b).
상기 3.4항에서 제시된 진동추정식 적용시 허용 지발당 장약량 및 발파공법을 국토부 표준발파패턴과 간접적으로 비교한 결과, 미진동화약(LoVEX) 적용 시 Type-1구간을 감소시켜, 보안물건으로부터 15m내 외까지 적용이 가능(일반폭약 : 25m)한 것으로 판단된다. 표 10은 국토해양부 표준발파패턴 구분을 나타낸 것이며(국토부, 2006), 표 11은 미진동화약(LoVEX) 적용시 최대 거리별 지발당 장약량 및 발파패턴 구분을 나타낸 것이다.
시험발파 결과, 굴진효율(굴진율, 파쇄입도, 요철 등)을 분석해 보면 인천도시철도 현장에서 실시한 하부반단면 발파에서는 굴진효율이 양호한 수준으로 나타났지만, 상부반단면 발파에서는 발파 후, 막장면 일부에 걸쳐 미굴착으로 인한 요철이 발생하였고, 잔류공을 실측한 결과 굴진율은 60-70% 이상이며 파쇄입도는 전반적으로 양호한 수준으로 나타난다(표 7a).
현장 시험발파에 따른 발파진동 수준에서는 인천도시철도 현장에서 실시한 진동측정결과, 기준치 0.3cm /sec 이내로 측정되었으며 하부단면보다 상부단면에서 발파진동이 약 2배 정도 크게 발생하였다. 이는 지발당 장약량 차이와 하부단면 2자유면 형성에 인한 요인으로 추측된다.
후속연구
3) 향후 터널발파에서 진동저감 목적으로 미진동화약을 적용할 경우, 발파공해 측면에서 매우 유리할 것으로 판단되며, 선대구경 심발공법과 병행시 굴진효율 등에서 효과적일 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
터널굴착에 적용되는 발파공법은 일반적으로 다른 공법에 비해 진동, 소음 등의 공해가 유발되는데 이를 최소화하기 위해 제안된 것은?
일반적으로 터널굴착에 적용되는 발파공법은 다른 공법에 비해 시공성과 경제성이 우수한 반면 발파시 발생하는 폭굉압력에 의해 진동, 소음 등의 공해를 유발시키는 단점이 있다. 이에따라 도심지 터널 발파에서 진동을 최소화하기 위한 여러가지 미진동굴착공법들이 제안되어 왔으나, 이러한 공법들은 대부분 기계를 사용하거나, 암파쇄공법(플라즈마, 겔파쇄 등)을 응용하는 경우가 대부분이다. 그러나 현장 시공시 공기 증가, 시공성 저하 등의 문제점이 있다(박과 정, 2010; 유정훈 외, 2012).
터널굴착에 적용되는 발파공법의 단점은?
일반적으로 터널굴착에 적용되는 발파공법은 다른 공법에 비해 시공성과 경제성이 우수한 반면 발파시 발생하는 폭굉압력에 의해 진동, 소음 등의 공해를 유발시키는 단점이 있다. 이에따라 도심지 터널 발파에서 진동을 최소화하기 위한 여러가지 미진동굴착공법들이 제안되어 왔으나, 이러한 공법들은 대부분 기계를 사용하거나, 암파쇄공법(플라즈마, 겔파쇄 등)을 응용하는 경우가 대부분이다.
현장 시험발파를 시행한 곳은?
현장 시험발파는 인천도시철도 2호선 ○○공구, 부산지하철 1호선 연장 ○○공구 및 우이∼신설 경전철 ○○공구 건설공사에서 실시하였다. 우선 시험대상 현장인 인천도시철도 2호선 ○○공구 건설공사는 주변환경과 인천시 도시철도망 연계성 증대를 위해 건설되는 공사로 총연장 1.
참고문헌 (5)
국토해양부, 2006, 도로공사 노천발파 설계.시공 지침, pp. 9-10.
박윤석, 정민수, 2010, 미진동 화약(NewFINECKER) 개발 및 현장 적용에 관한 연구, 화약？발파(대한화약발파공학회지) Vol. 28, No. 1, pp. 11-18.
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