전자뇌관과 미진동폭약을 활용한 보안물건 초근접 구간에서의 터널발파공법 적용에 관한 연구 A Study on the Tunnel Blasting Technique with a Combined Application of Electronic Detonators and Low Vibration Explosives in a Close Proximity to a Safety things원문보기
터널굴착에 있어 일반적인 발파공법으로는 발파시 발생되는 지반진동 및 소음 등의 발파공해로 인해 보안물건과 10~20m이내의 근접구간에 대한 시공이 불가하여 해당구간은 현재 주로 기계식 굴착공법을 시공중에 있으나 이 공법은 민원에 대한 환경성은 유리하나 시공성이 현저히 떨어져 공기 증가로 인한 시공비용 상승의 문제점을 발생시킨다. 본 연구는 현장 시험발파를 통해 초정밀 시차제어가 가능한 전자뇌관과 진동저감에 효과적인 미진동폭약(LoVEX)을 활용하여 일반적인 발파공법의 적용이 곤란한 터널 굴착구간에서도 주변 보안물건에 대한 안전성을 확보하고 시공성, 경제성 등을 확보할 수 있는 초저진동 전자제어발파공법을 연구, 개발하고자 하였다.
터널굴착에 있어 일반적인 발파공법으로는 발파시 발생되는 지반진동 및 소음 등의 발파공해로 인해 보안물건과 10~20m이내의 근접구간에 대한 시공이 불가하여 해당구간은 현재 주로 기계식 굴착공법을 시공중에 있으나 이 공법은 민원에 대한 환경성은 유리하나 시공성이 현저히 떨어져 공기 증가로 인한 시공비용 상승의 문제점을 발생시킨다. 본 연구는 현장 시험발파를 통해 초정밀 시차제어가 가능한 전자뇌관과 진동저감에 효과적인 미진동폭약(LoVEX)을 활용하여 일반적인 발파공법의 적용이 곤란한 터널 굴착구간에서도 주변 보안물건에 대한 안전성을 확보하고 시공성, 경제성 등을 확보할 수 있는 초저진동 전자제어발파공법을 연구, 개발하고자 하였다.
Due to civil complaints on vibrations and noises arising from blasting, mechanical excavation has been widely used for tunneling rather than the method of blasting, especially in the case of being in a close-proximity of 10M-20M range to a safety-thing. However, mechanical excavation, though less, i...
Due to civil complaints on vibrations and noises arising from blasting, mechanical excavation has been widely used for tunneling rather than the method of blasting, especially in the case of being in a close-proximity of 10M-20M range to a safety-thing. However, mechanical excavation, though less, it does increase the cost of whole construction project as the period of excavation is much prolonged from lack of constructability. This study aims to research and develop an effective blasting method that can ensure the constructability of shortened excavation period whilst not compromising the safety of the safety-things in a proximity to the blasting site by using a combination of an electronic detonator that can accurately control its delay period and a Low Vibration Explosives(LoVEX) that is effective on vibration control.
Due to civil complaints on vibrations and noises arising from blasting, mechanical excavation has been widely used for tunneling rather than the method of blasting, especially in the case of being in a close-proximity of 10M-20M range to a safety-thing. However, mechanical excavation, though less, it does increase the cost of whole construction project as the period of excavation is much prolonged from lack of constructability. This study aims to research and develop an effective blasting method that can ensure the constructability of shortened excavation period whilst not compromising the safety of the safety-things in a proximity to the blasting site by using a combination of an electronic detonator that can accurately control its delay period and a Low Vibration Explosives(LoVEX) that is effective on vibration control.
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문제 정의
따라서, 본 연구는 최근 터널발파 현장에서 활발하게 사용되고 있는 전자뇌관과 미진동폭약을 사용하여 보안물건과 20m이내 초근접구간에서도 발파공해 제어를 통해 안전성을 확보하면서도 시공성 및 고효율의 초저진동 전자제어 터널발파공법을 개발하는데 그 목적이 있으며, 이를 통해 기계식 굴착공법 적용구간을 최소화하여 시공효율 향상, 공사비 절감 및 공기단축을 실현하고자 한다.
본 연구에서는 일반적인 발파공법의 적용이 곤란한 보안물건 근접구간에서 주변 보안물건에 대한 안전성을 확보하고 시공성, 경제성 등을 확보할 수 있는 발파공법을 개발하고자 초정밀 시차 구현에 따른 진동제어에 효과적인 전자뇌관과 일반 에멀젼 폭약대비 진동저감에 효과적인 미진동폭약(LoVEX)을 적용하여 1, 2, 3차에 걸친 시험발파를 시행하였으며 이를 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
제안 방법
상기 검토결과와 같이 미진동폭약(LoVEX)과 전자뇌관 적용시 가장 안전성이 확보되는 것으로 확인되어 해당공법 진동추정식 [V=29.75(D/#)-1.30]을 통한 각 보안물건별 진동허용기준에 따른 이격 거리별 지발당 장약량을 검토하여 미진동 폭약의 제원 및 시공성, 발파효율을 고려하여 굴진장을 1.0m, 공당 0.24kg 장약을 가정하여 해당 공법 적용구간을 검토하였다.
시험발파는 3회에 걸쳐 시행되었으며 1차발파는 모든 발파공에 전자뇌관과 미진동폭약(LoVEX)을 장약하는 것으로 최대지발당 장약량은 0.24kg, 발파공수는 333공, 총장약량은 79.120kg, 비장약량 1.437kg/m3이며, 2차발파는 심발에는 일반 에멀젼폭약(N-MITE), 확대부는 미진동폭약(LoVEX)을 적용하여 최대지발당 장약량은 0.25kg, 발파공수는 297공, 총장약량은 70.720kg, 비장약량 1.285kg/m3이며, 3차발파는 모든발파공에 미진동폭약(LoVEX)과 에멀젼폭약(N-MITE)을 혼합장약하여 최대지발당 장약량은 0.245kg, 발파공수는 297공, 총장약량은 71.765kg, 비장약량 1.304 kg/m3으로 시험을 실시하였으며, 심발부 진동저감을 위해 ∅362mm대구경을 3공 평행 천공하여 자유면을 확보하였다. 1,2,3차 시험발파에 대한 패턴 및 기본 설계 상세제원은 다음의 Table 5에서 비교하였다.
해당 발파공법별 진동전파특성을 정량적으로 분석하기 위해 시험발파에 의해 계측된 진동 계측 결과값(PPV=Peak Particle Velocity)에 대하여 시차분석을 통해 계측자료별 6개의 영역별 진동치를 분석하여 발파공법별 42개의 분석값을 적용하여 Fig. 8 및 9와 같이 각각 자승근 및 삼승근 환산거리에 따른 발파진동추정식을 산출하였다.
데이터처리
발파시 발파진동 전용계측기인 SV-1으로 최근접 기존운행터널 및 인근 민가 포함 총 7개소에서 계측을 실시하였으며, 수직성분(Vertical), 진행성분(Long-itudinal), 접선성분(Transverse)의 세 성분 중 가장 큰 값인 최대입자속도(PPV : Peak Particle Velocity)를 분석 하였으며 1, 2, 3차 시험발파 시 진동 계측결과는 Table 7에서 나타내었다.
성능/효과
1. 시험발파 분석결과 전자뇌관과 LoVEX만 사용한 경우만이 발파지점에서 14.5m 이격된 기존 운행선 터널에서 진동관리기준 0.3cm/s을 충족하였다.
2. 전자뇌관과 LoVEX만 사용한 경우가 심발에만 N-MITE를 사용한 경우에 비해 약 19%, LoVEX+N-MITE 혼합장약에 비해 약 25%의 진동감소 효과를 나타내는 것으로 확인되었다.
3. 전자뇌관과 미진동폭약(LoVEX)을 조합한 초저진동 전자제어발파공법 적용에 따른 진동전파특성분석결과 진동허용기준 0.3cm/s 적용시 15m까지 해당 공법의 적용이 가능할 것으로 판단되며, 보조적인 방진공법을 추가적으로 적용하면 이보다 더 근접거리에서도 적용 가능할 것으로 판단된다.
후속연구
5. 향후 현장 적용시 암반종류(연암, 보통암, 경암)에따라 적정 천공수, 비장약량을 적용하여 설계토록 하고 시험발파에 의해 적정 패턴을 확정하여 시공토록 하여야 할것으로 판단된다.
Table 11에서 나타낸 바와 같이 진동허용기준 0.3cm/s 적용시 15m까지 해당공법의 적용이 가능할 것으로 판단되며, 심발 또는 터널외곽부에 천공경의 2~4배정도의 일정간격으로 무장약공을 천공하는 라인드릴링과 같은 방진공법을 추가 적용하면 이보다 더 근접거리에서도 적용이 가능할 것으로 판단된다.
따라서, 해당구간에 대하여 폭원과 보안물건과의 이격거리, 진동 허용기준, 적용 가능한 최대허용지발당 장약량 등을 면밀히 검토하면 전자뇌관과 미진동폭약(LoVEX)을 조합한 초저진동 전자제어발파공법을 충분히 적용할 수 있을 것으로 판단되며,이를 통해 공기절감, 시공성, 경제성 등의 확보가가능할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
발파에 의한 굴착공법의 문제점은 무엇인가?
발파에 의한 굴착공법은 기계식 굴착공법에 비해 시공성, 공사기간, 경제성이 우수하기 때문에 광범위하게 사용되고 있으나, 필연적으로 발생되는 지반진동, 소음 및 폭풍압 등의 발파공해로 인해 보안물건 초근접구간의 적용에 있어 제약이 따르며, 이러한 초근접구간은 기계식 굴착공법이 선별적으로 적용되고 있으나 고비용, 저효율로 발파공법에 비해 굴착애로에 따른 공사 지연 문제가 현장에서 빈번하게 발생하고 있다.
발파에 의한 암반의 파괴 메커니즘은 어떠한가?
발파에 의한 암반의 파괴 메커니즘은 천공내에서 폭약이 폭발하면 폭굉 충격압이 발생되고 이 충격파에 의해 1차적으로 폭원에서 자유면까지의 암반내 균열이 생성되며, 2차적인 생성가스의 침투 및 팽창에 의해 균열대가 확대됨에 따라 모암에서 분리, 이동되어 파괴된다.1),8)
전자뇌관의 장점은 무엇인가?
자체 IC회로(Electronic Chip)를 내장하여 초정밀도(오차범위 0.01%)로 기폭이 가능하며, 기존 일반 뇌관에 비해 비용은 고가이나 더욱 우수한 진동억제 및 제어발파 효과의 극대화, 파쇄입도의 균일화 및 파쇄도 향상, 미려한 파단면의 생성에 따른 콘크리트 타설량 감소와 주변암반의 손상영역 제어효과가 탁월하여 전체 시공 측면에서는 비용을 절감할 수 있으며 자체 Capacitor에 충전된 에너지를 사용함으로 Cut-off를 방지할 수 있고 암호화된 발파 명령 신호에 의해서만 기폭되므로 발파작업에 있어 일반 뇌관 대비 시공안전성을 확보할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 최근 발파공해에 따른 환경피해 민원증가로 인해 점차 사용실적이 증가하고 있다.
참고문헌 (9)
기경철, 김일중, 2002, 산학인을 위한 발파공학, 동화기술, pp.46-56, 225-226.
주식회사 한화, 2013, 미진동 에멀젼 폭약 조성물, 대한민국 특허청.
Bartley, D., J. Floyd and R. McKinstry, 2002, Electronic Detonator Performance Evaluation: Barrick Goldstrike Mines Inc", The Journal of Explosives Engineering, May/June, pp. 12-21, Cleveland, Ohio, USA.
Glenn K., 2011, Electronic detonators VS non Electronic detonators and new blast-holeloading techniques, Inline Drilling Ltd Katikati, New Zealand, pp. 6-10.
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