[논문]인공절리를 이용한 심발 발파에서의 지반진동 비교

박훈; 석철기; 노유송

인공절리를 이용한 심발 발파에서의 지반진동 비교
A Comparison of Ground Vibration in Center Cut Blasting using Artificial Joints 원문보기

화약·발파 = Explosives & blasting, v.36 no.4, 2018년, pp.16 - 25

박훈 ((주)코리아카코) , 석철기 ((주)코리아카코) , 노유송 ((주)코리아카코)

초록
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터널 굴착시 지반진동을 감소시키기 위해 굴착면에 부분적인 자유면을 형성하고 제어발파를 수행하는 자유면 발파공법이 적용되어 왔다. 본 연구에서는 다이어몬드 와이어 쏘를 이용하여 인공절리를 심발부에 형성하고, 심발부 발파 시 발생되는 지반진동을 비교함으로써 인공절리에 의한 지반진동 감소를 평가하였다. 해석 결과, 일반 심발발파보다 인공절리 심발발파에서 지반진동이 감소하였으며, 수직 인공절리 심발발파보다 수평 인공절리 심발발파에서의 지반진동 감소 효과가 더 크게 평가되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to reduce ground vibration during tunnel excavation, a free surface blasting method has been applied in which a partial free surface is formed on the excavation surface and controlled blasting is performed. In this study, the ground vibration reduction due to artificial joints was evaluated by forming artificial joints on center cut using diamond wire saw and comparing the ground vibration caused by center cut blasting. As a result of comparison, ground vibration was reduced by artificial joints center cut blasting more than normal center cut blasting, and the ground vibration reduction effect of horizontal artificial joints center cut blasting was evaluated more than that of vertical artificial joint center cut blasting.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 다이어몬드 와이어 쏘를 이용한 수직 인공절리와 수평 인공절리를 심발부에 형성하여 심발부 발파 시 발생하는 지반진동의 감소 효과를 평가하였다. 그 결과, 일반 심발발파 대비 인공절리 심발발파에서의 지반진동 감소효과를 확인할 수 있었으며, 또한 수직 인공절리 심발발파보다 수평 인공절리 심발발파에서의 지반진동 감소효과가 크다는 것을 확인하였다.

제안 방법

“도로공사 노천발파 설계시공 지침 및 요령”에 제시된 표준발파공법별 경계 기준 장약량인 0.5kg, 1.6kg, 5.0kg, 15.0kg에 대해 일반 심발발파(NC)에 대한 수직 인공절리 심발발파(VAJ)와 수평 인공절리 심발발파(HAJ)의 거리별 지반진동 속도 감소율을 비교 하였다(Fig. 6).
또한 심발부에 기존 발파공과 동일한 φ50mm의 인공절리 생성공을 천공하고 감쌈방법을 사용하여 수평 인공절리를 생성하였다.
본 연구에서는 절삭 방법에 따른 비용 증가를 감소시키기 위해 심발부에 기존 터널에서 무장약공으로 사용되고 있는 φ150mm, φ102mm의 인공절리 생성공을 천공하고 역타방법을 사용하여 수직 인공절리를 생성하였다.
본 연구에서는 터널 굴착 시 심발부의 진동을 저감시키기 위한 자유면 발파공법으로 다이아몬드 와이어 쏘(Diamond Wire Saw)를 이용한 인공절리를 생성 하여 터널 막장의 심발부 발파에 적용하였다. 인공절리의 생성 위치 및 형태에 따른 심발부 발파 시 발생 되는 지반진동을 비교함으로써 인공절리에 의한 지반 진동 감소를 평가하였다.
수직 인공절리는 인공절리의 수에 따라 각각 1개(VAJ-1), 2개(VAJ-2)를 생성하였으며, 수평 인공절리는 인공절리 각도에 따라 각각 60°(HAJ-1), 90°(HAJ-2)로 생성하였다.
심발부는 천공경 φ50mm, 65°경사의 V-cut 심빼기 4공을 천공하였다. 인공절리에 의한 심발부의 지반진동의 감소 효과를 평가하기 위해 일반 심발발파1(Normal Cut 1, NC-1), 일반 심발발파 2(Normal Cut 2, NC-2), 수직 인공절리 심발발파 1(Vertical Artificial Joint 1, VAJ-1), 수직 인공절리 심발발파 2(Vertical Artificial Joint 2, VAJ-2), 수평 인공절리 심발발파 1(Horizontal Artificial Joint 1, HAJ-1), 수평 인공절리 심발발파 2(Horizontal Artificial Joint 2, HAJ-2)로 총 6회 발파를 수행하였다.
본 연구에서는 터널 굴착 시 심발부의 진동을 저감시키기 위한 자유면 발파공법으로 다이아몬드 와이어 쏘(Diamond Wire Saw)를 이용한 인공절리를 생성 하여 터널 막장의 심발부 발파에 적용하였다. 인공절리의 생성 위치 및 형태에 따른 심발부 발파 시 발생 되는 지반진동을 비교함으로써 인공절리에 의한 지반 진동 감소를 평가하였다.
지반진동 계측은 각각의 심발부 중심에서 갱도 방향(측면)으로 일직선으로 배치하여 계측하였다. 다음 Fig.

대상 데이터

NC-2를 제외한 나머지 심발발파는 공당 750g, 지발당 3.0kg이며, NC-2는 공당 500g, 지발당 2.0kg을 사용하였다. 수직 인공절리는 인공절리의 수에 따라 각각 1개(VAJ-1), 2개(VAJ-2)를 생성하였으며, 수평 인공절리는 인공절리 각도에 따라 각각 60°(HAJ-1), 90°(HAJ-2)로 생성하였다.
본 연구의 현장 실험 장소는 장성에 위치한 건동 광산 갱내이며, 실험 막장의 암질 조사 결과는 Table 1과 같다. 평균 기본 RMR은 61, GSI는 73.
2의 천공패턴으로 총 6회에 걸쳐 지반진동을 계측한 결과는 각각 Table 2에서 Table 7과 같다. 센서의 오작동과 트리거가 되지 않은 자료를 제외하고 일반 심발발파(Normal Cut, NC)는 총 14개, 수직 인공절리 심발발파(Vertical Artificial Joint, VAJ)는 총 19개, 수평 인공절리 심발발파(Horizontal Artificial Joint, HAJ)는 총 16개의 지반진동 자료를 획득하였다.

데이터처리

계측된 지반진동 자료에서 최대입자속도(Peak Particle Velocity, PPV)를 이용하여 일반 심발발파(NC), 수직 인공절리 심발발파(VAJ), 수평 인공절리 심발발파(HAJ)에 대해 각각 회귀분석을 실시하였다. 각각의 자승근 환산거리(Square Root Scaled Distance, SRSD)에 대한 50%, 95%의 회귀분석은 Fig.
본 연구에서는 일반 심발발파(NC) 대비 수직 인공절리 심발발파(VAJ)와 수평 인공절리 심발발파(HAJ) 의 진동 감소 효과를 검토하기 위해 Fig. 4와 Table 8 의 각 발파패턴의 95% 신뢰도 회귀분석식을 이용하여 분석하였다.

성능/효과

Fig. 4(d)에서 자승근 환산거리(SRSD) 값이 15.0 이상부터는 일반 심발발파(NC)보다 수직 인공절리 심발발파(VAJ)의 최대입자속도(PPV)가 작아지며, 25.7 이상부터는 일반 심발발파(NC)보다 수평 인공절리 심발발파(HAJ)의 최대입자속도(PPV)가 작아지는 것으로 분석되었으며, 회귀분석식의 K값과 n값은 일반 심발발파(NC), 수직 인공절리 심발발파(VAJ), 수평 인공절리 심발발파(HAJ)의 순으로 증가하는 것으로 분석되었다.
본 연구에서는 다이어몬드 와이어 쏘를 이용한 수직 인공절리와 수평 인공절리를 심발부에 형성하여 심발부 발파 시 발생하는 지반진동의 감소 효과를 평가하였다. 그 결과, 일반 심발발파 대비 인공절리 심발발파에서의 지반진동 감소효과를 확인할 수 있었으며, 또한 수직 인공절리 심발발파보다 수평 인공절리 심발발파에서의 지반진동 감소효과가 크다는 것을 확인하였다.
따라서, 지반진동 속도의 허용기준에 따라 지발당 장약량을 수직 인공절리 심발발파(VAJ)는 일반 심발 발파(NC)보다 최대 0.14∼2.43배, 수평 인공절리 심발 발파(HAJ)는 일반 심발발파(NC)보다 최대 0.41∼4.49 배 증가시킬 수 있을 것으로 평가되었다.
이것은 수직 인공절리 심발발파(VAJ)와 수평 인공절리 심발발파(HAJ) 가 일반 심발발파(NC)보다 지반진동 속도가 낮게 예측되었다는 것을 나타낸다. 또한 수직 인공절리 심발 발파(VAJ)보다 수평 인공절리 심발발파(HAJ)에서 지반진동 속도의 감소 효과가 더 크다는 것을 확인할 수 있다.
49배 증가시킬 수 있다는 것을 나타낸다. 또한 수직 인공절리 심발발파(VAJ)보다 수평 인공절리 심발발파(HAJ)의 감소비는 높게 평가되었으며, 지반진동 속도의 허용기준이 0.1cm/s일 경우에 수평 인공절리 심발발파(HAJ)의 지발당 장약량의 감소비는 수직 인공절리 심발발파(VAJ)의 지발당 장약량의 감소비보다 84.7% 높게 평가되었으며, 1cm/s 일 경우에는 196.7% 높게 평가되었다.
지반진동 속도 허용기준에 따른 지발당 장약량은 일반 심발발파(NC), 수직 인공절리 심발발파(VAJ), 수평 인공절리 심발발파(HAV)의 순으로 증가하였으며, 일반 심발발파(NC)보다 수직 인공절리 심발발파 (VAJ)와 수평 인공절리 심발발파(HAJ)의 지반진동 속도가 상대적으로 낮게 예측되어, 지반진동의 감소 효과가 있다는 것을 확인하였다. 또한 수평 인공절리 심발발파(HAJ)가 수직 인공절리 심발발파(VAJ)보다 폭원과 상대적으로 더 인접한 거리에서 지반진동의 감소가 시작되며, 수직 인공절리 심발발파(VAJ)보다 수평 인공절리 심발발파(HAJ)에서 지반진동 속도의 감소 효과가 더 크다는 것을 확인하였다.
충격파의 진폭과 주주파수는 장약의 중심으로부터 거리가 증가함에 따라 감소하였고, 절리의 주향과 충격파의 전파경로 사이의 입사각의 증가에 따라 감소하였다. 또한 절리 암반에서의 지반 가속도는 절리군과 평행한 방향보다는 절리군에 직각 방향에서 빠르게 감소함으로써 암반 절리가 충격파의 전파 특성에 중요한 영향을 미치는 것을 확인하였다.
허용기준에 따른 지발당 장약량은 일반 심발발파(NC), 수직 인공절리 심발발파(VAJ), 수평 인공절리 심발발파(HAJ)의 순으로 증가하였다. 또한 허용 진동 속도가 0.5cm/s일 때의 일반 심발발파(NC)의 지발당 장약량보다 허용진동 속도가 0.3cm/s에서의 수평 인공절리 심발발파(HAV)의 지발당 장약량이 높게 나타났다. 이것은 일반 심발발파(NC)보다 수평 인공절리 심발발파(HAJ)의 지반진동 속도가 상대적으로 낮게 예측되며, 지반진동 감소 효과가 있다는 것을 확인할 수 있다.
3cm/s에서의 수평 인공절리 심발발파(HAV)의 지발당 장약량이 높게 나타났다. 이것은 일반 심발발파(NC)보다 수평 인공절리 심발발파(HAJ)의 지반진동 속도가 상대적으로 낮게 예측되며, 지반진동 감소 효과가 있다는 것을 확인할 수 있다.
일반 심발발파(NC)에 대한 수직 인공절리 심발발파(VAJ)와 수평 인공절리 심발발파(HVJ)의 지발당 장약량의 감소비와 지반진동 속도의 허용기준에 대해 비교한 결과, 지반진동 속도의 허용기준이 증가할수록 일반 심발발파(NC) 대비 수직 인공절리 심발발파 (VAJ)와 수평 인공절리 심발발파(HAJ)의 지발당 장약량의 감소비는 감소하는 경향을 보였다(Fig. 8). 이것은 지반진동 속도의 허용기준에 따라 수직 인공절리 심발발파(VAJ)는 일반 심발발파(NC)보다 지발당 장약량을 최대 0.
자승근 환산거리(SRSD)에서 수직 인공절리 심발발파(VAJ)는 16.0m/kg1/2 이상부터 일반 심발발파(NC)보다 지반진동 속도의 감소율이 높게 평가되었으며, 수평 인공절리 심발발파(HAJ)의 경우에는 11.7m/kg 1/2 이상부터 지반진동 속도의 감소율이 높게 평가되었다(Fig.
지반진동 속도 허용기준에 따른 지발당 장약량은 일반 심발발파(NC), 수직 인공절리 심발발파(VAJ), 수평 인공절리 심발발파(HAV)의 순으로 증가하였으며, 일반 심발발파(NC)보다 수직 인공절리 심발발파 (VAJ)와 수평 인공절리 심발발파(HAJ)의 지반진동 속도가 상대적으로 낮게 예측되어, 지반진동의 감소 효과가 있다는 것을 확인하였다. 또한 수평 인공절리 심발발파(HAJ)가 수직 인공절리 심발발파(VAJ)보다 폭원과 상대적으로 더 인접한 거리에서 지반진동의 감소가 시작되며, 수직 인공절리 심발발파(VAJ)보다 수평 인공절리 심발발파(HAJ)에서 지반진동 속도의 감소 효과가 더 크다는 것을 확인하였다.
6). 지발당 장약량이 증가할수록 지반진동 감소율이 증가하기 시작하는 거리는 증가하였으며, 동일한 지발당 장약량에서 수직 인공절리 심발발파 (VAJ)보다 수평 인공절리 심발발파(HAJ)에서 지반진동 감소율이 증가하기 시작하는 거리가 작다는 것을 확인할 수 있다. 이것은 수평 인공절리 심발발파(HAJ)가 수직 인공절리 심발발파(VAJ)보다 폭원과 상대적으로 더 인접한 거리에서 지반진동의 감소가 시작되는 것을 나타낸다.
(2001)는 절리 암반에서 발파에 의해 발생되는 충격파의 전파 특성에 대해 연구하였다. 충격파의 진폭과 주주파수는 장약의 중심으로부터 거리가 증가함에 따라 감소하였고, 절리의 주향과 충격파의 전파경로 사이의 입사각의 증가에 따라 감소하였다. 또한 절리 암반에서의 지반 가속도는 절리군과 평행한 방향보다는 절리군에 직각 방향에서 빠르게 감소함으로써 암반 절리가 충격파의 전파 특성에 중요한 영향을 미치는 것을 확인하였다.
평균 기본 RMR은 61, GSI는 73.3∼80.7, Q-system은 8.01로 측정되어 현장 암반 등급은 보통(Fair) 암반으로 평가되었다.
5는 거리에 따른 지발 당 장약량을 각각의 발파패턴과 지반진동 속도의 허용기준에 따라 나타낸 것이다. 허용기준에 따른 지발당 장약량은 일반 심발발파(NC), 수직 인공절리 심발발파(VAJ), 수평 인공절리 심발발파(HAJ)의 순으로 증가하였다. 또한 허용 진동 속도가 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 인공절리에 의한 지반진동 감소는 어떠한 방식으로 평가되었는가?	터널 굴착시 지반진동을 감소시키기 위해 굴착면에 부분적인 자유면을 형성하고 제어발파를 수행하는 자유면 발파공법이 적용되어 왔다. 본 연구에서는 다이어몬드 와이어 쏘를 이용하여 인공절리를 심발부에 형성하고, 심발부 발파 시 발생되는 지반진동을 비교함으로써 인공절리에 의한 지반진동 감소를 평가하였다. 해석 결과, 일반 심발발파보다 인공절리 심발발파에서 지반진동이 감소하였으며, 수직 인공절리 심발발파보다 수평 인공절리 심발발파에서의 지반진동 감소 효과가 더 크게 평가되었다.
	자유면 발파공법은 무엇인가?	터널 굴착시 지반진동을 감소시키기 위해 굴착면에 부분적인 자유면을 형성하고 제어발파를 수행하는 자유면 발파공법이 적용되어 왔다. 본 연구에서는 다이어몬드 와이어 쏘를 이용하여 인공절리를 심발부에 형성하고, 심발부 발파 시 발생되는 지반진동을 비교함으로써 인공절리에 의한 지반진동 감소를 평가하였다.
	본 논문에서 인공절리에 의한 지반진동 감소를 평가한 결과는 어떠한가?	본 연구에서는 다이어몬드 와이어 쏘를 이용하여 인공절리를 심발부에 형성하고, 심발부 발파 시 발생되는 지반진동을 비교함으로써 인공절리에 의한 지반진동 감소를 평가하였다. 해석 결과, 일반 심발발파보다 인공절리 심발발파에서 지반진동이 감소하였으며, 수직 인공절리 심발발파보다 수평 인공절리 심발발파에서의 지반진동 감소 효과가 더 크게 평가되었다.

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若月和人, 2016, 自由面？破における自由面形成パタ？ンの合理的？討手法に？する？究, 新潟大？大？院.

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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