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문제 정의
- 본 건물의 발파해체 시 발생되는 발파진동과 충격 진동 그리고 폭풍압이 영향을 미치는 범위와 인접구조물에 대한 피해여부를 판단하기 위해 계측을 실시하였다.
- 이에 따라 본 사례연구는 국내 발파해체기술의 지속적인 연구와 발전을 위하여 경기도 성남시 분당구 정자동에 위치한 한국가스공사(KOGAS) 분당사옥의 발파해체공사 과정을 정리하여 기술한 것이다.
가설 설정
- 5) 안전거리내의 통행인들은 최소한 발파 전 일정 시간까지 대피되도록 조치한다.
- 8) 발파 후에는 안전관리자의 안전 확인 전에는 작업장 내 일체의 출입을 금한다.
제안 방법
- 1) 당 현장의 발파해체공법은 주변 보안물건을 보호하고 건물의 구조적 특성을 고려하여 점진붕괴 공법을 적용하였다.
- 2) 발파해체를 위한 준비작업으로 주 발파층과 보조 발파층을 선정하였으며, 선정된 층은 비내력벽 철거 및 내력벽의 사전 취약화를 실시하였다. 그리고 건물을 지지하고 있는 기둥과 내력벽에 발파를 위한 천공작업을 실시하였으며 발파로 인한 비산, 먼지, 소음 등을 줄이기 위하여 능형철망과 부직포를 이용하여 1차 및 2차 방호를 실시하였다.
- 3) 발파해체 작업을 위해 시험발파를 수행하였고, 그 결과를 분석하여 본 발파작업에 적용하였으며, 모든 안전대책과 사전준비 작업을 마치고 발파당일 발파해체 작업을 성공적으로 수행하였다.
- 4) 건물의 붕괴과정 중에 주변 보안물건의 피해를 최소화시키고 중력가속도에 의한 운동에너지를 극대화시키기 위하여 건물의 좌측 전방을 향해 대각선 앞 방향으로 건물이 붕괴되도록 유도하였다. 그 결과 비산에 의한 주변의 피해가 전혀 없었고 건물의 발파 후 거동이 의도한 대로 이루어졌으며 파쇄된 잔재물의 파쇄입도가 양호한 것으로 볼 때 전자뇌관(Unitronic 600)을 사용하여 균일하고 자유로운 초시를 설정할 수 있었던 것이 좋은 결과를 가져온 주된 요인이라고 판단된다.
- 각층별 결선은 장비간 통신의 신속, 정확성을 높이고 혹시 모를 컷오프의 위험을 차단하기 위해 양측계단실을 이용하여 병렬연결 하였다. 각 과정별 모습은 그림 13과 같다.
- 개구부 전열에 부직포를 이용한 커튼을 시공하여 기둥발파 시 발생하는 비석을 제어하도록 하였다.
- 결선은 시공에 앞서 설계도서와 장약작업 현황을 충분히 검토하여 결선 계획도를 작성하여 작업을 실시하였다. 특히 이번 발파해체에는 국내 최초로 전자뇌관(Unitronic 600)을 사용하였다.
- 1초 간격으로 발파가 진행되도록 전자뇌관의 초시를 설정하였다. 그리고 건물 오른쪽 마지막 구역 기둥들은 발파하지 않고 꺾이도록 설계하여 차량 통행량이 많은 돌마로의 피해가 없도록 하였다.
- 2) 발파해체를 위한 준비작업으로 주 발파층과 보조 발파층을 선정하였으며, 선정된 층은 비내력벽 철거 및 내력벽의 사전 취약화를 실시하였다. 그리고 건물을 지지하고 있는 기둥과 내력벽에 발파를 위한 천공작업을 실시하였으며 발파로 인한 비산, 먼지, 소음 등을 줄이기 위하여 능형철망과 부직포를 이용하여 1차 및 2차 방호를 실시하였다. 또 발파대상 기둥과 발파층 바닥에 비산먼지 저감을 위한 물주머니를 설치하고 가설펜스를 이용한 3차 방호막을 설치하여 발파해체 시 발생되는 비산먼지를 최대한 억제하도록 조치하였다.
- 기폭순서는 건물 동쪽에 인접하여 돌마로 및 GS칼텍스 주유소와 성시교회가 위치하므로 보안물건의 피해를 최소화하고 중력가속도에 의한 운동에너지를 극대화시키기 위하여 건물의 좌에서 우로 0.3초 간격을 주고, 또 건물 북쪽의 인접한 등산로를 보호하기 위해 A열 → B열 → C열 순으로 0.1초 간격으로 발파가 진행되도록 전자뇌관의 초시를 설정하였다.
- 시공은 구조부재의 충분한 파쇄효과를 얻을 수 있도록 충분한 깊이로 정확한 위치에 실시하였다. 단, 매설물질(철근 등)로 인하여 천공작업이 곤란할 경우에는 충분한 파쇄효과를 얻을 수 있는 범위에서 인접위치에 천공을 실시하였다.
- 그리고 건물을 지지하고 있는 기둥과 내력벽에 발파를 위한 천공작업을 실시하였으며 발파로 인한 비산, 먼지, 소음 등을 줄이기 위하여 능형철망과 부직포를 이용하여 1차 및 2차 방호를 실시하였다. 또 발파대상 기둥과 발파층 바닥에 비산먼지 저감을 위한 물주머니를 설치하고 가설펜스를 이용한 3차 방호막을 설치하여 발파해체 시 발생되는 비산먼지를 최대한 억제하도록 조치하였다.
- 또 발파해체 후 현장 내 작업통로를 확보하기 위하여 건물 전면에서 약 15 m 이격된 선상의 지상주차장 바닥을 다이아몬드 와이어쏘우 장비로 약 80 m 가량 사전절단 하여 주차장 바닥이 건물의 붕괴거동에 영향을 받지 않도록 조치하였다.
- 또한, 그림 7과 같이 건물의 구조가 개구부의 단면이 큰 형상이었기 때문에 내부 발출압력을 충분히 견딜 수 있도록 부직포의 겹이음을 시행하여 폭풍압의 외부누출을 충분히 차단할 수 있도록 했고, 철재 혹은 이에 준하는 강성의 재료로 커튼식으로 견고하게 고정하여 2차 방호를 실시하였다.
- 장약이 완료된 개소는 전자뇌관의 커넥터(connector)를 전용보조모선(Duplex Harness Wire)에 결선하고 스캐너(scanner)를 이용하여 각 뇌관의 초시를 설정하였다. 모든 뇌관을 스캐닝 한 후 발파기에 뇌관정보를 다운로드 받고 전자뇌관과 발파기 간의 양방향 통신을 통해 각 뇌관의 오류를 감시하였다.
- 시공 중의 시공오차를 감안하여 천공부위를 정하였으며 시공에 있어서는 관련 제반 법규를 준수하고 안전에 유의하였다. 천공은 1층, 2층, 5층에 소형 착암기(Leg drill)와 코어드릴(Core drill)을 이용하여 천공작업을 실시하였다.
- 시공에 앞서 설계도서 및 현장의 각종 상황(부재단면의 형상, 천공 조건, 사용 장비 등)을 고려하여 적합한 시공계획을 수립하였다. 시공은 구조부재의 충분한 파쇄효과를 얻을 수 있도록 충분한 깊이로 정확한 위치에 실시하였다.
- 시공에 앞서 설계도서 및 현장의 각종 상황(층별 장비작업 검토, 작업 공간, 부재 특성)을 고려하여 사전 취약화 시공구역, 작업순서 및 작업방법, 건물의 검토 사항 등을 작성하였다. 작업장 내에 위험구역(엘리베이터 출입구, 계단부, 개구부 등)에 대해서는 필요한 안전조치를 취하여 안전사고를 미연에 방지하였으며 사전 취약화 부위는 작업자 통행에 방해가 되지 않도록 돌출부위를 다듬어 작업을 시행하였다.
- 90 m 내력벽은 과장약으로 콘크리트는 완전히 파쇄되고 철근만 남아있었다. 이 결과에 따라 본 발파에서는 표준장약량을 수정하여 장약작업을 진행하였다.
- 장약이 완료된 개소는 전자뇌관의 커넥터(connector)를 전용보조모선(Duplex Harness Wire)에 결선하고 스캐너(scanner)를 이용하여 각 뇌관의 초시를 설정하였다. 모든 뇌관을 스캐닝 한 후 발파기에 뇌관정보를 다운로드 받고 전자뇌관과 발파기 간의 양방향 통신을 통해 각 뇌관의 오류를 감시하였다.
- 장약작업 전에 작업자들에게 안전교육과 시험발파에서 산출된 표준장약량 등 작업방법에 대해서 설명하고, 각 층별로 조를 구성하여 화약과 뇌관을 층별로 분리하여 운반하였다.
- 3 kg)을 사용하였다. 전색은 점토로 1차 다짐 후 비닐봉지에 넣은 석분으로 2차 다짐을 실시하였고, 우레탄폼을 사용하여 공입구까지 빈틈없이 메우는 방법으로 실시하였다. 본 발파에 사용된 화약은 표 9 및 10과 같고, 시험발파 결과를 토대로 사용된 표준장약량은 표 11과 같다.
- 시공 중의 시공오차를 감안하여 천공부위를 정하였으며 시공에 있어서는 관련 제반 법규를 준수하고 안전에 유의하였다. 천공은 1층, 2층, 5층에 소형 착암기(Leg drill)와 코어드릴(Core drill)을 이용하여 천공작업을 실시하였다.
대상 데이터
- 내부 ASIC(집적회로)를 사용하여 특정 신호명령체계에 의해서만 작동되므로 외부 전기적 요인에 대해 안정성을 확보하고, 우수한 초시 정밀도와 무한단차효과를 낼 수 있는 전자뇌관(Unitronic 600)을 사용하였다. 층별 사용된 전자뇌관의 기폭 시스템은 그림 14와 같다.
- 대상 건물은 약 17년간 사용된 사무시설로 철근콘크리트 라멘조 건물이다. 코어(core)는 건물 중앙부에 계단 2개 및 엘리베이터 5대, EPS 샤프트(shaft) 2개로 이루어져 있다.
- 발파층 선정은 건물붕괴 중에 주변 보안물건의 피해를 최소화 하고, 건물붕괴 후 2차 파쇄를 고려하여 1층, 2층을 주 발파층으로 5층을 보조 발파층으로 선정하였다. 발파층의 단면도와 천공작업 할 기둥과 내력벽 개소는 표 2와 그림 3과 같다.
- 시험발파는 기둥 2개소와 내력벽 1개소에 실시하였으며 제원과 패턴은 표 7 및 8과 같다.
- 장약작업은 566개의 전자뇌관(Unitronic 600)을 사용하였고 기둥에 에멀젼 폭약(37.3 kg)과 내력벽에 정밀폭약(16.3 kg)을 사용하였다. 전색은 점토로 1차 다짐 후 비닐봉지에 넣은 석분으로 2차 다짐을 실시하였고, 우레탄폼을 사용하여 공입구까지 빈틈없이 메우는 방법으로 실시하였다.
- 결선은 시공에 앞서 설계도서와 장약작업 현황을 충분히 검토하여 결선 계획도를 작성하여 작업을 실시하였다. 특히 이번 발파해체에는 국내 최초로 전자뇌관(Unitronic 600)을 사용하였다. 특징을 살펴보면 전자뇌관은 장약을 완료한 후 각 뇌관의 초시를 설정하므로 장약공의 실수에 의한 시차배열오류를 미연에 방지 할 수 있었고, 최종 발파 명령 시 까지 모든 뇌관의 오류를 감시하여 사용자에게 보고하므로 그 이상유무를 즉시 알 수 있었다.
성능/효과
- 5) 발파해체 시 가장 근거리(85m)에 위치한 GS 칼텍스 주유소에서 측정된 진동속도는 0.0826 cm/s(PPV)이었고, 진동레벨은 59.7 dB(V)였다. 주유소에서 측정된 소음은 109.
- 6) 발파 최종 1분전부터 발파작업을 알리는 경보음을 발생하여야 하며, 최소 거리 30 m지점에서는 충분히 들을 수 있어야 한다.
- 4) 건물의 붕괴과정 중에 주변 보안물건의 피해를 최소화시키고 중력가속도에 의한 운동에너지를 극대화시키기 위하여 건물의 좌측 전방을 향해 대각선 앞 방향으로 건물이 붕괴되도록 유도하였다. 그 결과 비산에 의한 주변의 피해가 전혀 없었고 건물의 발파 후 거동이 의도한 대로 이루어졌으며 파쇄된 잔재물의 파쇄입도가 양호한 것으로 볼 때 전자뇌관(Unitronic 600)을 사용하여 균일하고 자유로운 초시를 설정할 수 있었던 것이 좋은 결과를 가져온 주된 요인이라고 판단된다.
- 시험발파 결과 그림 10에서와 같이 5층의 0.60m × 0.60 m 기둥은 약장약으로 철근과 콘크리트를 완전히 분리시키기 못하였고, 그림 11에서와 같이 2층의 0.60 m × 0.95 m 기둥은 표준장약으로 양호한 파쇄결과를 나타냈다.
- 이러한 결과를 종합해 볼 때, 국내최초로 전자뇌관(Unitronic 600)을 사용하여 수행한 한국가스공사 분당사옥 발파해체 작업은 순수한 국내기술에 의하여 성공적으로 이루어 졌다고 볼 수 있다. 따라서 향후 고층건물 철거작업에 효과적이고 경제적인 철거공법으로 현장적용이 가능할 것으로 판단된다.
- 특히 이번 발파해체에는 국내 최초로 전자뇌관(Unitronic 600)을 사용하였다. 특징을 살펴보면 전자뇌관은 장약을 완료한 후 각 뇌관의 초시를 설정하므로 장약공의 실수에 의한 시차배열오류를 미연에 방지 할 수 있었고, 최종 발파 명령 시 까지 모든 뇌관의 오류를 감시하여 사용자에게 보고하므로 그 이상유무를 즉시 알 수 있었다.
후속연구
- 이러한 결과를 종합해 볼 때, 국내최초로 전자뇌관(Unitronic 600)을 사용하여 수행한 한국가스공사 분당사옥 발파해체 작업은 순수한 국내기술에 의하여 성공적으로 이루어 졌다고 볼 수 있다. 따라서 향후 고층건물 철거작업에 효과적이고 경제적인 철거공법으로 현장적용이 가능할 것으로 판단된다. 또 당 현장의 성공적인 발파해체는 허가신청과정에서 드러났던 발파해체에 대한 부정적인 인식들을 해소시키는 효과도 일정부분 거두었다고 볼 수 있다.
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