[논문]지중진동 측정을 통한 흙막이 근접발파 영향 연구

조래훈; 정병호

초록
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근접발파진동이 흙막이 안정성에 미치는 영향을 알아보기 위해 3개 현장에서 시험발파를 시행하였다. 시험결과 동일거리의 지중에서 측정된 진동은 지표에서 측정된 진동의 10~52% 수준으로 작아 어스앵커 정착장 등 지중에 설치된 구조물은 지표에 있는 구조물에 비해 상대적으로 발파진동에 안전함을 확인하였다. 측정된 3개 현장의 지표 및 지중진동 PPV를 통합 회귀분석하여 진동추정식을 도출하였으며, 이를 활용 지중 및 지표에서 양생중인 콘크리트에 대해 양생시간별 허용진동기준을 만족하는 발파패턴별 최소이격거리를 산정하였다. 근거리 발파진동 측정, 흙막이 계측치 변화 확인, 구조물 변형여부 육안관찰을 통해 확인한 결과 특별히 흙막이 안정성에 불리한 불연속면이 발달하지 않는 한 지발당장약량 2.4kg 이하의 발파작업은 흙막이 안정성에 유의미한 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

We conducted test blasting in 3 sites to identify the effect on safety of the earth retaining wall by near blasting vibration. As a test result, we confirm that underground structures(earth anchor et al.) are relatively safer than surface structures as the underground vibration is 10~52% of surface ...

We conducted test blasting in 3 sites to identify the effect on safety of the earth retaining wall by near blasting vibration. As a test result, we confirm that underground structures(earth anchor et al.) are relatively safer than surface structures as the underground vibration is 10~52% of surface vibration at a same distance. We derived surface and underground vibration prediction equations by regression analysis of measured 3 sites' surface and underground vibration PPV. Also we calculated minimum separation distance by blasting pattern about underground and surface curing concrete. Unless any discontinuity which are unsafe on the earth retaining wall appear, blasting work using under 2.4kg per delay is not meaningful to the earth retaining wall's safety as the result of measuring near blasting vibration, confirming change the earth retaining wall's instrument, and observation of structural deformation.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

반면 보안물건이 굴착 경계부로부터 충분히 이격되어 위치한 경우, 보안물건을 기준으로 발파공법을 계획하다 보면 흙막이 벽체 인접구간에 대해서도 소규모 및 중규모진동제어발파 공법이 적용되는 경우가 있는데, 이는 흙막이 벽체에 대한 허용진동기준 및 발파규모에 대한 특별한 규정이 없으므로 잘못된 것은 아니나 굴착 중 흙막이 이상변위나 붕괴가 발생한 경우 그 원인중 하나로 발파진동이 자주 거론되는 것 또한 현실이다. 하지만 실제 근접발파진동이 흙막이 벽체나 지중의 어스앵커 정착장에 어느 정도 전달이 되는지, 이렇게 전달된 진동이 흙막이 안정성에 어느 정도 영향을 미치는지에 대한 연구가 미흡한 바, 본고에서는 서로 다른 3개 현장에서 흙막이 벽체에 근접하여 시험발파를 시행하고 이때 지중에 설치된 어스앵커 정착장 및 벽체에 직접 전달되는 진동속도 측정과 더불어 흙막이 계측치 변화확인을 병행하여 근거리 발파진동이 흙막이 안정성에 미치는 영향을 확인하고자 하였다

제안 방법

마지막으로 근접발파로 인한 구조물 변형여부를 확인하기 위해 발파 전･후 시점에 엄지말뚝, 띠장, CIP 구조물에 대한 육안관찰을 시행하고 벽체 상･중･하단띠장에 타겟 측량을 실시하였다. 시험현장별 암종, 암질, 지발당장약량 및 진동계측점의 이격거리는 표 4와 같다.
발파진동이 흙막이 벽체에 미치는 영향을 확인하기 위해 흙막이 벽체에 1m까지 근접하여 다양한 패턴으로 시험발파를 실시하였다. 이때 근접발파 진동이 지중 어스앵커 정착장에 전달되는 정도를 확인하기 위해 그림 1과 같이 지중진동 측정을 실시하였으며, 이를 위해 그림 2와 같이 지중진동센서를 제작, 매입하였다.
발파진동이 흙막이 벽체에 미치는 영향을 확인하기 위해 흙막이 벽체에 1m까지 근접하여 다양한 패턴으로 시험발파를 실시하였다. 이때 근접발파 진동이 지중 어스앵커 정착장에 전달되는 정도를 확인하기 위해 그림 1과 같이 지중진동 측정을 실시하였으며, 이를 위해 그림 2와 같이 지중진동센서를 제작, 매입하였다. 제작 순서는 우선 13mm 철근을 최대 20m까지 연결한 가이드를 제작하고, 진동센서가 지중에서 수평이 유지될 수 있도록 20°각도의 거치 플레이트를 부착하였다.
이상의 진동측정은 단순히 지중･지표･엄지말뚝에 전달되는 근접발파 진동의 크기만을 측정하는 것으로써 이 값이 흙막이 벽체의 안정성에 미치는 영향 유무를 의미하지는 못하므로 그림 5와 같이 흙막이 계측(지중경사계, 앵커하중계)이 설치된 위치에서 시험발파를 실시하고 발파 전･중･후 시점에 흙막이 계측치 변화를 확인하여 근접발파 진동이 흙막이 안정성에 미치는 영향을 확인하였다.
시험현장별 암종, 암질, 지발당장약량 및 진동계측점의 이격거리는 표 4와 같다. 현장 1의 경우 부지내를 가로지르는 단층을 경계로 연회색의 절리발달이 미약한 안산암과 적갈색의 절리발달이 심한 응회암이 뚜렷이 구분되어 있어 각각의 암종에 대해 별도의 시험발파를 시행, 총 4차의 시험발파가 수행되었다. 표 5는 각각의 시험발파패턴 및 규모를 나타내며 발파영역이 과도하게 넓어지는 것을 막고, 다수공의 기폭시 생길수 있는 기폭초시 오차의 영향을 최소화하고자 MS전기뇌관 #1∼#2를 사용하여 1발파당 2공씩만 기폭하였다(그림 6).

데이터처리

지중진동 측정 시 그림 3과 같이 발파공으로부터 6.3~30.0m 이격된 지점의 지표에 진동센서를 설치하여 동일 발파원에 의한 진동이 지중과 지표에 전달되는 정도를 비교하였다. 이때 지중진동과의 정량적 비교를 위해 발파원과 지표진동 센서간 거리는 가능한 지중진동센서 이격거리와 동일거리가 될 수 있도록 하였다.

성능/효과

1) 동일 발파원에 의한 지표 및 지중진동 측정결과,동일 이격거리에서 지중진동속도는 지표진동속도의 10∼52% 수준으로 지중에 설치된 E/A 정착장은 지표물건에 비해 발파진동에 상대적으로 안전함을 확인할 수 있었다.
2) 3개 현장의 시험발파 시 측정된 지표 및 지중진동 PPV를 회귀분석하여 지중 및 지표 통합 진동추정 식을 도출하였으며 이 식을 활용하여 지중 및 지표 콘크리트 양생체에 대해 양생시간별 허용진동기준을 만족하는 발파패턴별 최소 이격거리를 산정하였다. 단 도출된 통합 진동추정식은 근거리 진동계측 결과를 회귀분석한 결과임을 고려하여 30m 이내의 근거리 발파진동 예측에 적용함이 바람직하며, 시험발파 시 발파영역 최소화를 위해 1회 발파 당 2공씩만 기폭 하였으므로 다수의 공을기폭할 경우는 뇌관 초시오차로 인한 진동중첩을 고려하여 보다 보수적 적용이 필요할 것으로 판단된다.
3) 0.25∼2.4kg 지발당장약량 발파 시 수평이격거리1.0∼6.3m 지점의 엄지말뚝에서 측정된 진동속도는 0.59∼13.6cm/sec 범위로, 일반적인 강재의 강성을 고려할 때 발파진동 그 자체만으로 강재에 변형을 발생시키기는 어려운 수준이었다.
4) 근접발파진동 측정 및 흙막이 계측치 변화 확인결과, 특별히 흙막이 안정성에 불리한 불연속면이 발달하지 않는 한 지발당장약량 2.4kg 이하의 발파작업은 흙막이 안정성에 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다.

후속연구

2) 3개 현장의 시험발파 시 측정된 지표 및 지중진동 PPV를 회귀분석하여 지중 및 지표 통합 진동추정 식을 도출하였으며 이 식을 활용하여 지중 및 지표 콘크리트 양생체에 대해 양생시간별 허용진동기준을 만족하는 발파패턴별 최소 이격거리를 산정하였다. 단 도출된 통합 진동추정식은 근거리 진동계측 결과를 회귀분석한 결과임을 고려하여 30m 이내의 근거리 발파진동 예측에 적용함이 바람직하며, 시험발파 시 발파영역 최소화를 위해 1회 발파 당 2공씩만 기폭 하였으므로 다수의 공을기폭할 경우는 뇌관 초시오차로 인한 진동중첩을 고려하여 보다 보수적 적용이 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내 대부분의 굴착공사에서 발파작업이 수반되는 이유는?	기반암의 분포심도가 얕은 국내 지반 특성으로 인해 대부분의 굴착공사에는 발파작업이 수반되며, 이때 굴착경계부에 보안물건이 존재하는 경우 보안물건에 대한 허용진동기준을 고려하다보면 자연히 흙막이 벽체로부터 일정 구간은 미진동굴착 또는 정밀진동제어발파가 적용되게 된다. 반면 보안물건이 굴착 경계부로부터 충분히 이격되어 위치한 경우, 보안물건을 기준으로 발파공법을 계획하다 보면 흙막이 벽체 인접구간에 대해서도 소규모 및 중규모진동제어발파 공법이 적용되는 경우가 있는데, 이는 흙막이 벽체에 대한 허용진동기준 및 발파규모에 대한 특별한 규정이 없으므로 잘못된 것은 아니나 굴착 중 흙막이 이상변위나 붕괴가 발생한 경우 그 원인중 하나로 발파진동이 자주 거론되는 것 또한 현실이다.
	서울지하철 건설본부의 흙막이 인접발파에 대한 기준을 적용하게 되면 어떤 문제점이 생기는가?	65m 이상 구간에 대해 기계굴착을 하도록 규정한 내용이 있다. 이 기준을 활용하면 측면 말뚝에 해당하는 흙막이 엄지말뚝으로부터 1.0m이상 이격된 구간에 발파공법을 적용할 수 있으나 이 경우 사용가능 약량에 대한 언급이 없고, 도심지 흙막이 벽체로 많이 사용되는 주열식벽체(CIP) 및 지하연속벽(Daiphram wall) 등에 대해서는 적용할 수 없는 문제점이 있다.
	흙막이 벽체 인접구간에 대해서 진동제어발파 공법 적용의 문제점은?	기반암의 분포심도가 얕은 국내 지반 특성으로 인해 대부분의 굴착공사에는 발파작업이 수반되며, 이때 굴착경계부에 보안물건이 존재하는 경우 보안물건에 대한 허용진동기준을 고려하다보면 자연히 흙막이 벽체로부터 일정 구간은 미진동굴착 또는 정밀진동제어발파가 적용되게 된다. 반면 보안물건이 굴착 경계부로부터 충분히 이격되어 위치한 경우, 보안물건을 기준으로 발파공법을 계획하다 보면 흙막이 벽체 인접구간에 대해서도 소규모 및 중규모진동제어발파 공법이 적용되는 경우가 있는데, 이는 흙막이 벽체에 대한 허용진동기준 및 발파규모에 대한 특별한 규정이 없으므로 잘못된 것은 아니나 굴착 중 흙막이 이상변위나 붕괴가 발생한 경우 그 원인중 하나로 발파진동이 자주 거론되는 것 또한 현실이다. 하지만 실제 근접발파진동이 흙막이 벽체나 지중의 어스앵커 정착장에 어느 정도 전달이 되는지, 이렇게 전달된 진동이 흙막이 안정성에 어느 정도 영향을 미치는지에 대한 연구가 미흡한 바, 본고에서는 서로 다른 3개 현장에서 흙막이 벽체에 근접하여 시험발파를 시행하고 이때 지중에 설치된 어스앵커 정착장 및 벽체에 직접 전달되는 진동속도 측정과 더불어 흙막이 계측치 변화확인을 병행하여 근거리 발파진동이 흙막이 안정성에 미치는 영향을 확인하고자 하였다

참고문헌 (5)

류창하 외, 2003, 터널발파-구조물 병행시공을 위한 영향평가연구, 화약.발파(대한화약발파공학회지), 제21권 제4호, pp. 11-21.
서울특별시지하철건설본부, 1996, 지하철건설공사안전관리편람(I), 99.
황현주 외, 2008, 근거리 발파진동이 흙막이 구조물에 미치는 영향, 한국암반공학회지, 제18권 제2호, pp. 118-124.

원문보기 상세보기
Chen, M, W. Lu and C. Yi, 2007, Blasting vibration criterion for a rock-anchored beam in an underground powerhouse, Tunnelling and Underground Space Technology 22, 69-79.

상세보기
Crawford, R. and H.S. Ward, 1965, Dynamic strains in concrete and masonry walls, Building Research Note 54, National Research Council of Canada, Ottawa.

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