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문제 정의
- 따라서 본 시공사례는 국내에서 가용할 수 있는 뇌관을 선정하여 제어발파방법이 가능하도록 발파패턴을 설계하여 시험하였으며, 그 결과에 따라 뇌관종류별 응용발파 패턴설계, 패턴별 진동발생 분석, 패턴별 파쇄도 분석, 깊은 터파기(또는 관로) 굴착의 층상장약(deck Charge)을 이용한 제어발파방법의 적용성 평가, 미진동 굴착구간에서의 공기단축 및 공사비 절감에 적합한 제어발파방법 선정, 일반적인 제어발파구간에서의 비전기뇌관 및 전자뇌관의 활용성 검토 등 발파효율성 개선 및 발파공해 제어측면에 중점을 두고 시공사례를 평가하고자 한다.
제안 방법
- 표 2, 표 3과 같이 일반장약 보다 발파에서 비교적 응용기술인 2~3단 분산(층상) 장약방법을 설계하여 보안물건 근접구간 지발당장약량을 분산시켜 발파진동 및 소음 저감 효과를 얻고자 분산 장약에 의한 응용발파방법을 체계적으로 시험· 검토하여 안정적으로 사용가능토록 설계· 시공 기술을 정립하고자 하며, 발파계획은 기폭 뇌관별로 구분하여 일반장약 패턴과 3단의 층상장약 패턴으로 계획하였으며, 이는 일반장약 패턴으로 굴착이 어려운 깊은 기초 및 협소구간에 대하여 공당파쇄량 증가 및 지발당장약량을 감소· 분산시켜 진동 저감 효과를 평가하고자 국토교통부 노천발파 시공지침 (2007. 1)을 토대로 정밀진동제어발파(TYPE-II), 진동 제어소규모발파(TYPE-III) 패턴으로 시험시공을 계획하였으며 발파패턴 및 뇌관배열에 따른 지연초시는 그림 3, 4와 같다.
- 시험발파 입지현황은 그림 5와 같이 각 패턴별 암반 파쇄의 구속력을 동일한 조건으로 유지하기 위해 발파 1열 자유면은 천공장의 2/3 이상 확보하고, 선행된 발파패턴의 자유면을 이용하지 않고, 단독발파 형태로 수행하였으며, 각 패턴별 간격은 공각격보다 넓은 1.5~2.0m 이상 이격하여 실시하였다.
- 일반장약 방법은 천공구 하부에 1개의 전폭약포를 장약(뇌관1개)하고, 상부를 전색하는 방법으로써 작업이 단순하고, 가격이 비교적 저렴하여 일반적으로 사용되고 있으며, 증상장약은 천공구 하부에 여러 개(2개 이상)의 전폭약포를 장약(뇌관 2개 이상)하고, 전폭약 사이사이를 전색하는 방법으로써 깊은 심도 또는 공당파쇄량 증가 및 지발당장약량을 감소· 분산시켜 진동을 줄이고자 할 경우에 사용되는 방법이다. 표 2, 표 3과 같이 일반장약 보다 발파에서 비교적 응용기술인 2~3단 분산(층상) 장약방법을 설계하여 보안물건 근접구간 지발당장약량을 분산시켜 발파진동 및 소음 저감 효과를 얻고자 분산 장약에 의한 응용발파방법을 체계적으로 시험· 검토하여 안정적으로 사용가능토록 설계· 시공 기술을 정립하고자 하며, 발파계획은 기폭 뇌관별로 구분하여 일반장약 패턴과 3단의 층상장약 패턴으로 계획하였으며, 이는 일반장약 패턴으로 굴착이 어려운 깊은 기초 및 협소구간에 대하여 공당파쇄량 증가 및 지발당장약량을 감소· 분산시켜 진동 저감 효과를 평가하고자 국토교통부 노천발파 시공지침 (2007. 1)을 토대로 정밀진동제어발파(TYPE-II), 진동 제어소규모발파(TYPE-III) 패턴으로 시험시공을 계획하였으며 발파패턴 및 뇌관배열에 따른 지연초시는 그림 3, 4와 같다.
- 표 4~8은 시험시공시 적용된 5가지 발파패턴으로각 패턴당 5회씩 시험발파를 수행하였으며, 매 회 발파 시 6대의 발파진동측정기를 이용하여 발파진동을 수집하고 분석하였다. 이때 폭원에서 측정지점까지의 이격거리는 5~50m이다.
대상 데이터
- 각 패턴별 시험발파 세부 공정은 그림 6과 같으며 발파안전매트는 최대공수 128공을 전체 포설 할 수 있도록 12장을 사용(규격: 가로 3m × 세로 4m의 세로 Type 매트 사용, 1개 중량 1.5ton)하였으며, 비전기뇌관을 이용한 패턴의 경우 연결용 뇌관을 부직포로 익폐하여 손상 및 파편의 비산을 방지하였다. 또한, 3Deck Charge 패턴의 경우는 1m 이상 복토 후 상재하중에 의한 전색효과 추가 확보하여 발파소음, 비산 방지 대책을 강구 하고, 복토는 각선의 손상이 없도록 비교적 고운 흙을 사용하였다.
- 발파 대상구역과 인접하여 주민 센터, 상가, 아파트, 식당, 산장 등이 위치하고 있으며, 시험발파 위치는 그림 2와 같이 보안물건에서 진동 및 소음, 비산석의 위해 영향으로부터 안전한 입지 여건이 비교적 양호한 곳에 선정하였다.
- 본 지역의 지질은 대부분이 선캠브리아기에 속한 경기 편마암 복합체와 제4기에 속하는 충적층에 홍적층으로 구성되어 있다. 기반암은 고생대 이전에 생성된 화강편마암과 중생대 말에 관입한 담홍색 화강암으로 이루어져 있으며, 화강암은 서울의 동북부와 관악산 일대에 분포되어 있고, 화강편마암은 주로 조사지역을 포함한 남서부 일대에 분포되어 있다.
데이터처리
- 시험발파방법에 따른 회귀분석(regression analysis)을 위한 측정자료는 각 패턴별로 영역을 구분하여 발파공 시차에 따라 발생된 최대진동속도를 추출하였으며, 그 중 패턴별로 6~48개의 측정된 발파진동속도와 환산거리로부터 회귀분석결과 결정계수(r2)는 전기뇌관, 비전기뇌관 및 전자뇌관의 경우는 대부분 결정계수 0.7이상 값의 적합도를 만족시켜 비교적 균일한 지반에서 정상적인 발파가 이루어짐을 알 수 있었으며(기경철 외, 2002, 산· 학인을 위한 발파공학), 표 10에서 표 14는 5가지의 발파패턴별 회귀분석 결과와 허용기준치에 따른 발파공법별 임계거리를 산출하였다.
성능/효과
- 1) 일반장약 발파방법과 3단 층상장약에 대하여 시험 시공 결과 1단 장약으로 굴착이 어려운 깊은 기초 및 협소구간에 대하여 3단 층상장약에 의한 응용발파공법 적용시 깊은 심도 또는 공당파쇄량 증가 및 지발당장약량을 감소· 분산시켜 진동을 줄이고자 할 경우에 유용하게 활용될 것으로 사료되며, 일반장약 대비 3단 층상장약 파쇄량 (+)60% 증가 되고 30m 거리에서 3단 층상장약 적용시 (-)41% 진동저감 효과 확인하였다.
- 2) 사용뇌관별 소음도를 측정한 결과, 공수가 가장 적은 전기뇌관이 비교적 낮게 측정되었다. 또한, 비전기뇌관을 사용한 경우 표면뇌관(연결용뇌관)의 폭음노출 영향으로 소음값이 높을 것으로 예상되었으나, 복토(1.
- 3) 기존제어발파와 대비하여 많은 공수를 1회 발파로 시행하여 협소구간 응용발파시 발파 횟수(10회) 및 시간(1.5시간)을 3~5회 0.5~1.0시간으로 단축하고, 주변 보안물건으로 인한 사용 장약량 제한 때문에 낮은 천공발파에 의존하던 작업을 여러 단으로 분산(층상) 장약하여 깊은 천공발파가 가능토록 하여 관로 및 Pit 터파기 등 Critical 구간의 발파작업 적용 가능성을 확인하였다.
- 각 층별 장약량 0.125~0.625kg을 적용할 경우에 대하여 시험 시공한 결과 Trench의 폭, 깊이 등 굴착계획에 따라 층상장약량 및 전색장이 달라질 수 있으므로 적용현장별로 세부패턴설계 후 적용되어야 할 것으로 사료되고, 표 16에서 전기뇌관의 층상장약은 뇌관의 단차 의 한계성으로 인해 3단 층상장약에 부적합하며, 비전기뇌관의 경우 많은 횟수의 발파 작업 시, 결선의 혼잡 및 작업원의 실수가 예상되므로 일일 발파횟수가 적은 특수구간의 적용에 바람직하며, 전자뇌관의 경우 사용의 편리성 및 시차의 다양성으로 시공성은 매우 뛰어나나 고가의 제품으로 경제성은 다소 미흡하다.
- 도심지 응용발파방법 적용시 일일발파 횟수를 줄이거나, 기대효과로 특수구간의 암굴착 효율을 향상 및 발파작업시간 제한지역의 암반 굴착량을 늘이는데 효과적인 방법으로 판단된다.
- 다만, 전자뇌관의 경우 시차가 타 뇌관에 비해 뇌관의 시차가 매우 정밀해 시차의 중첩 현상이 없음에 따라 진동의 발생량이 다소 적었으며, 현장이 협소하거나 발파횟수를 줄일 필요성이 있는 경우에는 불가피하게 1회 발파시 많은 공수를 1회에 발파가 이루어져야 하기 때문에 전기뇌관은 지발뇌관 단차의 한계성 있으며, 전자뇌관의 경우 초시 정밀도가 우수하여 많은 공수를 1회에 발파작업이 가능하나 뇌관이 고가이므로 경제적으로 다소 미흡하다. 따라서 이러한 조건들을 고려할 경우 비전기뇌관을 이용한 응용발파 방법이 매우 경제적이고 효과적인 것으로 나타났다.
- 2) 사용뇌관별 소음도를 측정한 결과, 공수가 가장 적은 전기뇌관이 비교적 낮게 측정되었다. 또한, 비전기뇌관을 사용한 경우 표면뇌관(연결용뇌관)의 폭음노출 영향으로 소음값이 높을 것으로 예상되었으나, 복토(1.0m)를 실시하여 전기, 전자발파 소음과 유사하거나 더 낮음을 확인할 수 있어 도심지의 발파작업에서도 안전조치를 철저히 실시할 경우, 비전기뇌관을 이용하여 다양하게 응용발파 방법의 적용이 가능할 것으로 검증되었다.
- 표 15에서 보는 봐와 같이 정밀진동제어발파 및 소규모진동제어발파공법 적용시 발파진동 및 소음의 증가요인은 지발당장약량의 증가에도 기인하지만 1회당 발파공수가 증가하여 파쇄 할 암반의 면적 및 부피가 증가하게 되면, 진동 및 소음의 발생요인 또한 증가하는 효과가 나타나고, 뇌관의 시차 또한 오차범위가 확대되어 파형중첩에 의한 진동증가 현상도 발생됨을 알 수 있었다. 다만, 전자뇌관의 경우 시차가 타 뇌관에 비해 뇌관의 시차가 매우 정밀해 시차의 중첩 현상이 없음에 따라 진동의 발생량이 다소 적었으며, 현장이 협소하거나 발파횟수를 줄일 필요성이 있는 경우에는 불가피하게 1회 발파시 많은 공수를 1회에 발파가 이루어져야 하기 때문에 전기뇌관은 지발뇌관 단차의 한계성 있으며, 전자뇌관의 경우 초시 정밀도가 우수하여 많은 공수를 1회에 발파작업이 가능하나 뇌관이 고가이므로 경제적으로 다소 미흡하다.
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