1. 구조물/지반조건 조사 - 발파영향권 분석 (허용기준치, 진동추정), 무진동 적용여부 결정 - 발파설계 (발파패턴, 발파공법, 예상공사비)
2. 시험발파 : 결과분석 (진동추정식 확인, 지발당 장약량 산출)
발파진동공식 (V = K D/W, 발파의 전파경로를 예측할 수 있는)
시험발파계획 : 중요도 및 위험요인 고려, 화약기술사/발파전문가 참여
시험발파방법 : 지발당 장약량 고정, 계측점 변경 – 거리에 따른 감쇄지수 파악 거리별 계측, 30개소 이상 계측치를 통해 심발공/확대공 구분하여 분석
분석방법 : 측정된 진동값의 회귀분석을 통해 진동 추정식 확인 및 계수 조정 (발파진동, 폭풍압, 장약량, 진동, 비산 변수)
유의사항 1) 인근 구조물 거리에 따라 영향을 주지 않기 위해 지발당 허용 장약량 고려 (kg/Delay) 2) 천공장, 천공오차, 실제저항선, 천공간격, 장약량, 장약장, 전색장 설계값 결정
3) 기존 구조물의 형태, 노후정도, 균열상태 미리 확인하여 사후 계측을 통해 영향 파악.
진동에 대한 계측 - 직교하는 세 방향의 진동 감지
- 주요 진동수 대역의 진동에 대해 선형적 계측 - 진동속도, 가속도 또는 변위의 방식으로 접근(진동 속도가 가장 합리적) - 변위 : 속도의 적분 - 진동의 최대값(최대 진폭)과 탁월 주파수의 기록
* 탁월 주파수(탁월 주기) : 특정 주파수(주기)를 갖는 진동은 증폭되어 지표면에 크게 전달됨. (지반의 종류에 따라 증폭계수를 곱하여 하중 고려) 지반과 관련되며, 상시미동을 관측/해석하면 탁월주파수와 지반의 고유 진동 특성을 알 수 있다. - 상시계측을 통한 발파 진동 추정식 확인 및 수정 – 발파 영향범위에 영향.
3. 무진동여부 결정 or 발파공해 저감대책 적용 - 장약량조절 (비전기식 뇌관, 다단식 발파로 시간차 조절, 방진공 천공, 방호시설 설치)
4. 발파 설계 및 확정 - 폭약의 종류 및 장약량 - 뇌관의 종류 및 배열방법 결정 - 이격거리별 발파패턴 확정
5. 시공 및 계측관리
최근 진동, 소음 관린 기준치가 분쟁조정위원회 결과 등에 따르면 강화되고 있음. - 축사에 대한 발파허용기준 엄격 - 진동제어발파공법 적용하더라도 준수하기 어려움 (0.09~0.1 cm/s) - 적절한 경험식 등을 통하여 환경영향평가에서 협의할 필요.
1. 진동추정식, 소음예측식 (D/W 의 공식으로)
2. 폭약선정 A. 민원, 암반손상 방지, 지하수 여부, 제조 및 사용에 안전한 폭약 선정 B. Dynamite(위력 좋음), Emulsion(내수성 좋음, 진동/소음제어), ANFO(Ammonium Nitrate Fuel Oil Explosives, 초유폭약) C. MS(Milli Second, 20ms~380ms 19단계)/LP(Long Period, 100~500ms) 지발.
3. 뇌관선정 A. 제어발파 가능, 시공 유리, 누설전기 유무에 따른 선정 B. 전기식(전기에너지, 진동/소음 제어), 비전기식(충격에너지, 고가), 전자(전자회로, 고가)
4. 천공장비 A. 작업장 규모, 발파여건, 시공성 고려 B. 필요 시 소형 천공장비 C. 인력, 공압, 유압(소규모~대규모, 천공심도 큼)
5. 발파공법 A. 기계식, 플라즈마(저공해, 공사기간 증가/피암보호공 필요), 화약(시공속도 빠름/파쇄율 우수, 진동/소음 문제, 이격거리 고려 필요.)
설계순서 허용기준치 설정 -> 보안시설물과의 이격거리기준 확인 -> 진동식에 따라 진동수준에 맞는 장약량 결정 -> 표준발파패턴선정 -> 발파공법선정 -> 시험발파 ->최종설계 및 계측
뇌관 - 비전기식/전기식/전자/공업
발파의 문제점 - 소음/진동 : 사질토 침하발생, 액상화, 주변암반 손상
발파의 일반 - 3.5m 천공장 기준 굴진률 85~95%. 굴진장에서 천공장 가산길이를 10~15% 적용하는 것이 좋음. - 심발공 면적 2m2 정도, 5~7kg/m3 장약 - 제어발파
- 진동특성 : 발파로 인해 발생하는 에너지 중 0.5~20%가 탄성파로 변화되어 발파진동으로 소비됨. 탄성파는 지반 속으로 전파되면서 지면에서는 진폭과 주기를 갖는 진동이 됨. - 진동의 영향인자 : 암반의 조건에 따름. (압축강도와 탄성파 속도 비례), 심발공>바닥공>확대공>외곽공 (장약량의 차이 외곽공=심발공의 30~40%) - 계측지점에 따른 진동치의 크기 : 5~10도 범위 상부가 가장 크게 발생 - 대책 : 심발공, 지발당 장약량, 선진도갱+방진공 (D105mm, 10m)
기본 사례 - 토피고에 의한 지반 침하와 터널의 안정성 문제 - 발파에 따른 진동 및 소음 발생 - 비산에 따른 손상 및 민원 발생, 지하수 유출에 의한 건물 피해. - 시험 시공에 따른 발파진동 확인. 진동 허용기준치 설정 0.5~1.2cm/s. 반복에 의한 피로여부 결정. - 인접구조물 영향여부 : 구조물의 발파진동에 대한 응답 검토 필요. 터널 to 터널의 경우 46cm/s 등의 큰 허용기준치. (지하구조물 7.5cm/s) - Type-I ~ Type-VI 의 표준발파패턴에 따른 진동허용기준 및 지발당 장약량 고려.
소음과 진동이 중요해지는 시대적 흐름에 따라 그리고 TBM 을 사용하기에는 돈도 많이 들고 기계적 경험이 적거나 Vendor 에 너무 끌려다니는 경향이 있기 때문에, 발파 공법의 단점을 최소화 하기 위한 제어 발파는 계속해서 발전하고 있다고 볼 수 있다.
제어발파
Smooth Blasting (Cushion Blasing), Line Drilling, Pre-Splitting , Complex Blasting
SB : 약장약, 좁은 간격 (누두지수 R/W <1), 여굴이 적고, 굴착면 확보가 가능해짐. LD : 우선 천공, 여굴 최소화, 천공비 발생, 효과는 의문. 천공에 공기가 많이 소요됨. PS : 막장면(암반면) 우선 공략. 여굴 최소화. 막장면 확보 용이.
Decoupling Index (디커플링지수) - 부분장약계수로 보며, 충격을 완화시키기 위함. - 직경에 의한 지수, 체적에 의한 지수 - 클수록 공벽 응력이 감소 - 전체적인 압력 유지 가능 - SB : DI 1.5~2, 경암일수록 크게, 나머지는 작게 - 공경 = 발파공 직경 / 폭약 직경 체적 = 발파공 체적 / 폭약 체적
- 폭발력이 직접 주변 암반에 전달되지 않도록 관리하고, 부분장약을 적용하기 위하여, 제어발파를 위하여 (충격 완화 효과, 화약 에너지 흡수)
- 2.5인 경우 일정 압력이 유지된다. (1:1 로 충격파 전달)
시험발파 : 시험발파를 통해 비산상태, 장약의 적정성 판단, 누두지수. 그에 따라 장약량을 조절할 수 있음.
