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문제 정의
- 따라서 발파진동에 대해서는 기존의 경험적 방법을 통해 영향검토를 수행하고 이를 새로운 3차원 수치해석방법을 통해 검증하였다. 여기서는, 이 검토과정을 서술하고 양만장과 같이 발파진동 · 소음에 민감한 보안물건 주변 발파설계시의 발파진동 영향검토 방법을 제안하였다. 또한 발파진동 · 소음제어 설계방법을 간략히 소개하고자 한다.
- 여기서는, 이 검토과정을 서술하고 양만장과 같이 발파진동 · 소음에 민감한 보안물건 주변 발파설계시의 발파진동 영향검토 방법을 제안하였다. 또한 발파진동 · 소음제어 설계방법을 간략히 소개하고자 한다.
- 본 논문에서는 OO 현장에서 수행되는 절토부 발파지점으로부터 약 840m 떨어져 위치해 있는 양만장의 발파진동 및 소음에 대한 영향을 검토하기 위해서 지발당 장약량 5.0kg을 사용하여 실규모 시험발파를 수행하였다. 이를 토대로 발파진동 추정식을 산출하여 경험적 방법으로 검토한 결과 지발당 장약량 1.
- 0028cm/sec를 초과하는 것으로 나타나 허용기준치이내의 적합한 발파공법 및 패턴을 결정 하였다. 또한 지반조사 결과를 이용하여 수치해석 방법을 통해 이를 검증하고자 하였다. 수치해석 결과 지발당 장약량이 0.
제안 방법
- 특히, 어패류는 수중에서 생활하기 때문에 지표면에서 사육되는 동물보다 더욱 진동에 대하여 민감하게 작용하는 것으로 알려져 있다. 본 논문의 현장은 발파지점으로부터 약 840m정도 떨어진 지점에 대규모의 장어양식장(이하 양만장)이 존재하고 있어서 현장 발파작업시 진동 · 소음으로 인한 피해가 우려 되어 발파 작업을 수행하기 전 설계단계에서 실 규모 기준의 시험발파를 수행하여 양만장의 발파진동 · 소음을 측정하였다. 그 결과 발파소음은 설정한 허용기준 이내로 나타났으나 발파진동이 허용기준을 초과하였다.
- 그 결과 발파소음은 설정한 허용기준 이내로 나타났으나 발파진동이 허용기준을 초과하였다. 따라서 발파진동에 대해서는 기존의 경험적 방법을 통해 영향검토를 수행하고 이를 새로운 3차원 수치해석방법을 통해 검증하였다. 여기서는, 이 검토과정을 서술하고 양만장과 같이 발파진동 · 소음에 민감한 보안물건 주변 발파설계시의 발파진동 영향검토 방법을 제안하였다.
- 따라서 본 현장 주변에 위치해 있는 양만장의 발파진동 · 소음의 허용치는 표 2의 소음․진동규제법상의 허용기준과 그림 1과 같이 양만장에서 측정된 평상시의 진동 · 소음을 참고하여 표 3과 같이 설정한 후 발파진동 · 소음에 대한 영향검토를 수행하였다.
- 본 현장 시험발파시 사용된 진동 및 소음 측정 장비는 국내에서 가장 많이 사용되고 있는 것으로서 국내의 소음․진동규제법 조건에 맞는 환경 진동 측정기(진동레벨)를 사용하였다. 이 진동레벨측정기는 일본 IMV 社의 제품으로서 다양한 진동에 대하여 인체를 대상으로 하는 진동평가에 적합한 환경 진동 측정기(Vibration Level Meter)이다.
- 발파작업이 이루어지는 절토부에서 양만장까지의 거리는 약 840m이상 떨어져 있지만 양만장에서 서식하고 있는 장어는 미세한 발파 진동 · 소음에도 영향을 받을 것으로 예상되어본 발파작업을 수행하기 전에 시험발파를 수행하고 그 결과를 분석하여 발파 진동 · 소음에 대한 영향을 검토하였으며 적합한 발파공법 및 패턴을 제안하고자 한다.
- 시험발파 방법은 발파 굴착이 이루어지는 절토부 지점에 존재하는 시추공을 활용하였는데, 장약량은 실제 일반 발파 규모에 해당하는 화약량을 사용하였다. 표 5는 금번 시행된 시험발파 현황을 나타낸 것이다.
- 양만장 근접 지반에서 진동레벨, 진동속도 및 발파소음을 측정하였는데, 진동은 진동레벨 (dBV)측정기 및 진동속도(cm/sec)측정기를 이용하여 측정하고, 발파소음은 보통 소음계를 이용하여 측정하므로서 『소음 · 진동 공정시험방법』을 준수하고『소음 · 진동 규제법』의 허용기준에 대한 적합성을 정확히 파악하였다. 양만장에서 발파진동 · 소음을 측정한 결과표 6과 같이 나타났다.
- 시험발파를 수행하고 분석한 결과, 절토부의 발파공법 및 패턴에 따라 양만장에 발파진동의 영향이 미칠 것으로 예상되었다. 따라서 절토부 구역별로 적용 가능한 발파공법 및 패턴의 결정이 필요하므로 본 현장 절토부 인접지역에서 산출된 발파 진동 추정식을 활용하여 발파 패턴별 발파 진동 영향권을 설정하고 경험적인 방법과 수치해석 방법으로 영향 검토를 수행하였다. 표 7은 본 현장 절토부 인접지역에서 산출된 발파 진동 추정식이다.
- 위의 이론적 환산식은 진동속도(Peak값)와 수직방향 진동레벨 간에 8Hz 이상일 경우에 상관성이 높은 것으로 확인되고 있는데, 일반적으로 사람이 8Hz 이상에서 수평진동보다 수직진동의 진동값을 더 크게 느끼는 것으로 파악되고 있기 때문이다. 일반적으로 국내 발파 현장에서 적용하고 있는 발파 진동 추정식 단위는 진동속도(cm/sec)를 적용하기 때문에 본 논문에서는 진동레벨 허용값을 진동속도로 환산하여 발파 진동 영향 검토를 수행하였다.
- 본 현장 절토부에서 표 8의 발파공법으로 작업을 수행할 경우에 대해 양만장에서의 발파 진동 영향 검토를 수행하였다. 양만장에서의 발파 진동속도의 허용치를 0.
- 일반적인 발파진동 영향권 분석은 현장 시험발파를 통해 확인된 진동 추정식을 이용하여 영향권을 설정하는 경험적인 검토로서 비교적 넓은 지역이나 단순한 지역에서 많이 이용되고 있는 실정으로 다양한 지층으로 구성된 곳이나 발파진원과 인접한 곳에서의 진동을 예측할 경우에는 경험적 접근은 문제의 소지가 있어 왔다. 따라서 본 현장에서 시행될 발파공사가 반경 800～1,000m 내에 위치한 양만장에 영향을 줄 것인지에 대한 3차원 수치해석 (Pentagon-3D)을 통해 예상 진동치를 추정하고 다양한 발파공법에 대한 모사(simulation)를 통해 안전성을 검토하였다. 그림 4는 발파 진동 수치해석을 위한 해석모델이며 그림 5는 해석대상 영역을 나타낸 것이다.
- 여기서, B=16338인 하중상수이며 P D (t)는 단위장약량당 동압력이다. 장약량을 0.18kg, 0.32kg, 1.0kg의 3가지 Case로 하여 발파하중을 산정하였다. 지발당 장약량별 발파하중에 대한 변위양상(5.
대상 데이터
- 본 논문에서 기술하고 있는 OO 현장은 지방도로 확포장공사 현장으로서 전남 장흥군에 위치하고 있다. 공사가 진행되는 노선 주변에는 발파진동 · 소음의 영향을 받을 것으로 예상 되는 많은 보안물건이 존재하고 있다.
- 본 현장의 지질은 선캠브리아기의 변성암류, 쥬라기의 화강암류 및 백악기의 화산암 등이부정합으로 넓게 피복되어 있으며, 기반암은 호상 흑운모편마암 및 흑운모화강암으로 분포 되어 있다. 이와 같은 기반암은 불연속면에 점토질 및 철성분이 협재되어 있다.
이론/모형
- 이 진동레벨측정기는 일본 IMV 社의 제품으로서 다양한 진동에 대하여 인체를 대상으로 하는 진동평가에 적합한 환경 진동 측정기(Vibration Level Meter)이다. 또한 발파 진동 속도 측정기는 캐나다의 INSTANTEL 社 제품인 MINIMATE PLUS를 사용하였다. 이 장비는 국내 발파 기술자 및 현장에서 가장 많이 사용하고 있는 장비로서 최근에 개발된 측정치의 정밀도가 상당히 높은 장비이다.
- 본 현장의 발파공법 및 패턴은 건설교통부의 【암발파 설계요령】에 준하여 결정하고, 표 7의 발파 진동 추정식을 활용하여 발파공법별 적용 가능한 적용범위를 표 8과 같이 설정하였다.
- 지반과 같은 무한한 매질을 모델링할 때에는 정해석에서는 충분히 멀게 경계를 잡으면 되지만, 동해석에는 일반적인 경계를 잡을 경우 파가 반사되는 효과가 생기기 때문에 큰 오차가 유발될 수 있다. 이를 처리하는 방법에는 근사적인 방법인 인공경계(artificial boundar -y), 전달경계/초유한요소(transmitting boundary, hyperelement), 무한요소(infinite element), 경계요소(boundary element) 등의 방법이 있으며 본 해석에서는 Lysmer와 Wass가 제안한 점성경계(viscous boundary 또는 quiet boundary)를 적용하였다. 본 현장의 발파 진동 수치 해석을 위해 적용된 지반동적 물성치와 지층 모델링을 보면 표 10과 같다.
- 발파하중의 산정을 위해 일반적인 발파공에 대한 탄성해석에서 발파압력을 공벽에 수직한 방향으로 가해지도록 하고 이때, 작용하중을 미국 National Highway Institute에서 제시한 공식을 적용하였다. 아래의 식은 하중 1kg당 폭발하중을 기준으로 하였다.
- 위의 식은 발파시 발생하는 공기 동압력의 크기를 정의하는 식이며 실제 공벽에 작용하는 동압력은 시간에 따라 변하는 형태를 취하였다. 따라서 Statfield가 제시한 시간이력에 대한 동압력을 적용하였다.
성능/효과
- 그러나 본 현장 주변에 존재하는 양만장에서 평상시의 암진동과 암소음을 측정한 결과 그림 1과 같이 허용치보다 훨씬 작은 진동값으로 측정되었으며, 암소음은 허용치를 초과하는 것으로 나타났다.
- 양만장에서 발파 진동레벨을 측정한 결과, 48.5dBV로 감지되어 암진동 값보다 약 2배정도인 28.3dBV를 초과하는 것으로 확인 되었을 뿐만 아니라 양만장의 진동레벨 허용치를 초과한 것으로 나타났다. 반면에 발파 진동속도는 감지되지 않았다.
- 013cm/sec이기 때문에 장비가 작동되지 않은 것으로 보인다. 그리고 발파소음은 62.3dBA로 감지되었는데, 이와 같은 수치는 암소음과 동일한 수치로서 양만장의 소음원(모터소리, 물 흐름소리, 장어움직임 소리)과 머스킹(Musking)효과가 반응하면서 감지된 소음으로 판단하였다.
- 따라서 본 현장 발파지점에서 지발당 장약량 5.0kg을 사용하여 발파할 경우 양만장에서식하고 있는 장어에 발파 소음의 영향은 없을 것으로 예상되나 발파 진동은 영향을 줄 것으로 판단하였다.
- 시험발파를 수행하고 분석한 결과, 절토부의 발파공법 및 패턴에 따라 양만장에 발파진동의 영향이 미칠 것으로 예상되었다. 따라서 절토부 구역별로 적용 가능한 발파공법 및 패턴의 결정이 필요하므로 본 현장 절토부 인접지역에서 산출된 발파 진동 추정식을 활용하여 발파 패턴별 발파 진동 영향권을 설정하고 경험적인 방법과 수치해석 방법으로 영향 검토를 수행하였다.
- 0kg을 사용하여 실규모 시험발파를 수행하였다. 이를 토대로 발파진동 추정식을 산출하여 경험적 방법으로 검토한 결과 지발당 장약량 1.0kg일 때 최대진동속도가 0.00449cm/sec로 허용기준치 0.0028cm/sec를 초과하는 것으로 나타나 허용기준치이내의 적합한 발파공법 및 패턴을 결정 하였다. 또한 지반조사 결과를 이용하여 수치해석 방법을 통해 이를 검증하고자 하였다.
- 또한 지반조사 결과를 이용하여 수치해석 방법을 통해 이를 검증하고자 하였다. 수치해석 결과 지발당 장약량이 0.18kg, 0.32kg인 암파쇄굴착공법, 정밀진동제어발파공법의 경우 최대 진동속도가 각각 0.00059cm/sec, 0.00104cm/sec으로 허용치(0.0028cm/sec) 이내로 나타났으나 지발당 장약량이 1.0kg인 진동제어소규모발파공법을 적용할 경우는 최대 진동속도가 0.00327cm/sec으로 허용치를 초과하는 것으로 예상되었다. 따라서 경험적 방법 및 수치해석 결과를 종합적으로 고려해 볼 때 진동제어소규모 발파공법보다 최대 진동속도가 작게 발생되는 암파쇄굴착공법이나 정밀진동제어발파공법의 적용이 필요하게 되었다.
- 00327cm/sec으로 허용치를 초과하는 것으로 예상되었다. 따라서 경험적 방법 및 수치해석 결과를 종합적으로 고려해 볼 때 진동제어소규모 발파공법보다 최대 진동속도가 작게 발생되는 암파쇄굴착공법이나 정밀진동제어발파공법의 적용이 필요하게 되었다.
- 경험적 방법과 수치해석 방법을 비교한 결과는 지발당 장약량 1.0kg일 경우 최대진동속도가 각각 0.00449cm/sec, 0.00327cm/sec로 약 27%의 차이가 발생하였다. 이 차이는 지층구성이 다양한 지반에서 경험적 방법과 수치해석 방법의 차이를 나타낸 것으로 판단되며 추후더 많은 연구를 통해 그 차이를 줄여 나가야 될 것으로 생각된다.
후속연구
- 이 차이는 지층구성이 다양한 지반에서 경험적 방법과 수치해석 방법의 차이를 나타낸 것으로 판단되며 추후더 많은 연구를 통해 그 차이를 줄여 나가야 될 것으로 생각된다. 결론적으로 양만장과 같은 발파진동 · 소음에 민감한 보안물건 주변 발파시 발파 피해를 최소화하고 민원발생을 예방하기 위해 본 논문과 같은 방법을 이용할 것을 제안한다.
- 00327cm/sec로 약 27%의 차이가 발생하였다. 이 차이는 지층구성이 다양한 지반에서 경험적 방법과 수치해석 방법의 차이를 나타낸 것으로 판단되며 추후더 많은 연구를 통해 그 차이를 줄여 나가야 될 것으로 생각된다. 결론적으로 양만장과 같은 발파진동 · 소음에 민감한 보안물건 주변 발파시 발파 피해를 최소화하고 민원발생을 예방하기 위해 본 논문과 같은 방법을 이용할 것을 제안한다.
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