우리나라에서는 제어발파와 관련된 대부분의 시방서 등에서 허용기준을 '입자속도'로만 규정하고 PPV나 PVS의 세부적인 잣대로는 구분하지 않고 있다. 그 결과, 이 '입자속도'는 PPV나 PVS 등의 어느 쪽으로든 해석이 가능하게 됨으로써 이들을 모두 고려하는 우리나라 특유의 관습적인 방법이 생겨나게 되었다. 원래 PPV나 PVS 등은 지반진동과 구조물 손상과의 인과관계에 대한 연구결과로부터 제안된 것으로, 일반적으로는 이들 가운데 어느 하나를 허용수준(허용치)의 잣대로 선택하여 사용하므로 우리나라의 관습적인 방법과 대비된다. 이런 맥락에서 본 논문에서는 제어발파의 설계 및 관리에 관한 기본개념을 허용기준을 중심으로 고찰함으로써 PPV나 PVS 가운데 어느 하나를 잣대로 사용하는 '일반적인 방법'과 양자를 모두 사용하는 '관습적인 방법'을 서로 비교해 보았다. 그 결과, 관습적인 방법은 허용수준을 설정하기에 따라 일반적인 방법과 다를 바가 없음에도 방법의 적용이 복잡하고, 잣대가 수시로 바뀌어 혼란의 소지가 높은 것으로 나타났다. 사실 관습적인 방법은 여러 가지 영향요소를 고려해야 하는 연구단계에서는 필요한 방법이지만 현장적용 단계에 들어가서는 '일반적인 방법'에 비해 단점은 있어도 장점은 발견하기 어렵다. 따라서 앞으로는 간편하고 합리적인 제어발파 방법으로서 '일반적인 방법'을 사용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
지하구조물의 굴착을 위한 발파 충격과 굴착후 응력의 재분포에 의해 발생하는 암반 손상대(Excavation Damaged Zone, EDZ)의 발생은 구조물의 장기적 안정성 경제성 안전성에 영향을 미친다. 본 연구에서는 조절발파기법으로 굴착된 한국원자력연구원 내 지하처분연구시설에서 굴착 후 발생하는 손상대 규모 및 특성을 측정, 분석하였으며 이를 모델링에 적용하여 손상대가 터널의 역학적, 수리적 거동에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. KURT에서의 손상대 현장시험을 통해 1.5m의 손상구간을 확인할 수 있었으며 Goodman jack 시험과 실험실 암석실험을 통해 암반의 물성은 발파전 물성에 비해 대체적으로 50% 정도 변화함을 알 수 있었다. 이러한 암반 손상대 크기와 물성변화를 모델링에 적용하여 수리-역학적 연동해석을 실시하였다. 손상받지 않은 구간에 비해 손상대의 변형계수는 50%감소하며 수리전도도는 1 order증가하는 것으로 가정하였다. 해석 결과 손싱대를 고려하는 경우 변위는 증가하고 응력은 감소하며 지하수 유입량은 약 20% 정도 증가하는 것으로 나타났다.
터널설계 시 내공변위 예측은 흔히 탄소성 해석을 통하여 수행되므로, 탄소성 해석법은 많은 연구자들의 관심을 끌고 있는 연구 주제이다. 그러나 일반화된 Hoek-Broun 암반에 굴착된 원형터널의 탄소성 거동은 그 중요성에도 불구하고 아직까지 연구가 미진한 실정이다. 이 연구에서는 Lee & Pietruszczak (2008)의 연구를 응용하여 주변이 환형으로 보강된 원형터널의 탄소성 해석을 위한 간단한 수치 해석법을 제안하였다. 터널은 일반화된 Hoek-Brown 파괴조건을 따르는 변형률연화 암반에 굴착되는 것으로 가정하였다. 제안된 방법의 검증을 위해 상업코드인 FLAC이 이용되었다. 예제 해석을 통해 Hoek-Brown 강도정수 a와 보강대의 두께가 터널 주변의 탄소성 거동에 미치는 영향을 검토하였다. 해석결과 이 두 변수가 터널주변의 응력 및 변위 분포에 미치는 영향은 상당히 큰 것으로 나타났다.
도로 및 철도 건설에서 적용되는 터널의 단면크기는 $50m^2$에서부터 $200m^2$의 중 대단면 터널이 주를 이루고 있으나, 전력구, 통신구, 광산용 터널, 용수를 위한 도수로터널 등 특수한 용도로 설계, 시공되고 있는 터널에서는 $20m^2$이하의 단면크기를 갖는 경우가 많다. 소단면 터널의 경우에는 협소한 작업공간으로 인하여 적용공법 뿐만 아니라 장비의 사용 또한 제약을 받게 되어 작업효율이 저하되고 공사기간이 늘어나게 되는 등 여러 가지 문제점을 안고 있다. 특히, 에멀젼 폭약을 사용하는 발파에서 먼저 기폭된 발파공의 충격압력에 의해 인접공의 폭약이 예비압축되어 사압현상을 일으키고 잔류약을 발생시키는 사례가 종종 발생하고 있다. 사압현상은 발파의 실패와 함께 2차적인 사고의 위험요인이 될 수 있으므로 이를 방지하기 위한 대책을 수립하여야 한다. 기존 문헌을 통하여 사압현상의 원인과 발생 가능성을 검토하였고, 사압현상이 발생한 소단면 터널현장을 대상으로 그 대책을 수립하여 적용하였다. 심발방법을 변경하여 전단의 충격압력을 견딜 수 있는 공간격을 확보하고 뇌관의 초시간격을 적절하게 배치한 발파패턴을 적용한 결과, 사암현상을 억제하고 잔류약의 발생을 감소시켜 계획 굴진장을 확보하였으며 파쇄석의 크기를 감소시키는 등 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
최근에 국내의 도로건설계획은 기존도로의 선형을 개량하거나 변경하는 데에 중점을 두므로, 건설하고자 하는 도로는 보다 현재 직선화되고 있는 추세이다. 국내의 지형은 대부분 산악지로 구성되어 있어 도로선형의 직선화에 따라 많은 교량과 터널의 계획이 불가피하며, 일부 산악터널의 갱구부는 터널굴착시 작업공간이 협소한 가파른 지형을 갖는 산안 계곡에 위치하는 경우가 있다. 이와 같이 가파른 지형에 터널 갱구부 굴착시 대안으로 역방향 굴착을 들 수 있는데, 3가지의 중요한 고려사항이 있다. 첫째, 적정한 폭, 높이, 그리고 길이로 Pilot 터널을 계획하는 것이며, 둘째, 터널 갱구부의 편토압에 대한 영향을 평가하는 것이고, 셋째, 갱구부의 얕은 심도의 지반조건에 대한 터널 안전성을 확보하는 것이라고 할 수 있다. 따라서 본 연구는 3차원 수치해석에 의해 얻어진 결과를 토대로 역방향 굴착의 적정성 및 Pilot 터널의 적용 범위를 제안코자 한다. 해석결과 Pilot 터널은 터널 안쪽 $20{\sim}25m$ 지점 전부터 갱구부 쪽으로 굴착하는 것이 적정함을 보이고 있다.
불꽃놀이는 한국명 연화(煙火), 중국명 폭죽(爆竹), 일본명 하나비(화화(花火)), 영어명 파이어웍스 디스플레이(Fireworks display)로 표기되며 화약류를 연소 폭발시켜서 빛, 소리, 열, 형태, 연기, 연막, 시간지연, 운동에너지 등을 조합하여 예술적인 감각을 연출시키는 공학으로써 공예술학으로 불리는 일종의 예술행위이다. 우리나라의 연화기술은 세계적으로 인정 받고 있다. 1980년대에 개발이 완료되었고, 1990년대에 완숙단계를 거쳐 향후 2010년 이후에는 환경안전을 고려한 최첨단 나노 생명공학으로 발전하여야 할 것이다. 본 논문은 2008년 부산불꽃축제를 중심으로 현황 및 발전방향과 개선안을 제시하였으며 즐거운 불꽃축제 후의 환경 오염정도 조사와 대책마련, 저장소관리, 불발탄 및 폐기물처리, 시민의식의 향상 등 개선이 요망된다.
최근 노후화와 기능적 요건을 만족하지 못하여 불용되는 원통형 사일로의 해체 수요가 증가되면서 원통형 사일로의 해체에 대한 관심이 부각되고 있다. 본 연구에서는 전도공법에 의한 원통형 사일로의 발파해체를 수행하였다. 발파해체 결과, A 원통형 사일로는 예측된 방향으로 정확히 전도되었으며, B 원통형 사일로의 실제 전도방향은 예측방향과 약간의 차이를 보였다. 이것은 하단부 기둥과 링거더 지지부가 힌지 라인으로 설계되었으나, 실제 거동에서는 링거더 지지부만이 힌지 라인의 역할을 하였기 때문이다. 충격진동의 경우에는 예측 범위 이하로 측정되었다.
기계화 장전시스템을 이용한 Bulk Emulsion은 외국에서는 보편화된 장약시스템으로 최근에는 국내에 보급되어 점차 사용이 증가하고 있다. 이런 Bulk Emulsion은 안전하고, 장전밀도를 증가시켜 파쇄도를 향상시킬 수 있으며, 터널발파에서 굴진효율을 향상시킬 수 있고, 발파 유해가스의 농도를 최소한 저감하여 환경친화적인 제품이라 할 수 있다. 또한, 그 종류에는 노천용과 터널용이 있으며, 사용현장 및 목적에 따라 폭약의 구성이 차이가 있으나 장전원리는 동일하다. 본 연구에서는 터널용 벌크에멀젼을 이용하여 국내 10여개 터널현장에서 본발파 및 시험발파를 실시하였고, 주요 현장의 발파 결과는 다음과 같다. 먼저, 카트리지와 비교하여 장전밀도를 $35{\sim}60%$ 증가시킬 수 있으며, 천공수는 약 $10{\sim}30%$의 절감효과가 있고, 굴진능률은 약 $8{\sim}20%$, 파쇄도는 30cm이하의 적정상차 입도 사이즈를 기준으로 약 30%정도의 증대 효과가 있었다. 또한, 발파 후가스는 약포형 에멀젼폭약의 경우 CO가 평균 34.44ppm이었으나 Bulk Emulsion의 경우 20.13ppm으로 기존 폭약 대비 58.45%수준이었고, NOx은 2ppm이하로 검측되지 않았다. 이러한 벌크 에멀젼 폭약을 이용한 기계화 장전시스템은 향후 대형 대단면 터널 현장과 $4m{\sim}5m$이상의 굴진장을 확보할 수 있는 장대터널의 장공발파현장 및 급속 시공을 요하는 현장에서 다양하게 적용될 것으로 판단된다.
최근 노후 건물에 대한 수요가 증가함에 따라 구조물의 해체 방법에 대해 많은 연구가 진행되고 있다. 본 시공사례는 한남동 단국대학교 캠퍼스 내에 위치한 중앙도서관 건물을 대상으로 하였다. 발파해체공법은 Professive Collapse(점진적 붕괴) 공법을 적용하였다. 발파해체 주 발파 층은 2층, 4층, 보조 발파 층은 1층으로 선정하였다. 진동측정결과 가장 근거리(약 150m)에서 측정된 진동은 0.0302cm/sec (PPV기준)이었고 사전에 설치한 크랙게이지 측정값에서는 변화가 없었다.
발파진동 계측방법은 일반적으로 수동식 방법과 자동화 방법으로 나눌 수 있다. 이중에서 자동화 계측방법은 계측원의 수동적 작동에 의한 방법에 의존하지 않고 별도의 공간(사무실 등)에서 원격장치를 이용하여 진동측정기를 작동시켜 데이터를 전송받게 된다. 본 연구에서는 태양전지를 이용한 발파진동 자동화 계측시스템 운영 연구사례를 소개하고자 한다. 향후, 계측원 접근이 어렵고 발파작업중에 진동값 변화추이를 수시로 관찰이 필요한 현장에서는 이와 같은 쏠라셀을 이용한 자동화 계측시스템이 매우 유용하게 활용될 수 있으며 발파진동 제어와 안전발파 관리가 효과적으로 이루어질 수 있을 것으로 사료된다.
본 발파시공사례는 터널노선 상단부에 위치한 주택구조물 근접지역에서 구조물 진동피해 저감을 위해 당초 설계의 발파공법과 결부시켜 시공성과 경제성이 양호한 진동제어발파방법(다단식발파, 선대구경 심빼기, Line Drilling공법 등)들을 조합하여 단계적으로 추가시키는 굴착공법들을 검토 적용한 터널발파의 진동 저감사례이다. 따라서 시공에 대한 적용성은 발파방법이나 지반조건 등에 따가 진동 저감에는 다소의 차이는 있을 것으로 사료되나 유사조건의 현장 적용은 매우 유용할 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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