우리나라는 지질특성상 각종 토공사를 시행할 때 암반 절취가 필수적이다. 그러나 소음진동 규제법의 강화, 각종 건설민원 발생 및 안전관리를 강화하기 위하여 종래에 해오던 일반발파(대발파)공법을 적용할 현장은 거의 없는 실정이므로, 미진동 발파공법과 진동제어 발파공법에 대한 기준품셈 및 시공기술에 대한 연구가 더욱 필요하다. 또한 종래의 미진동 발파공법의 품셈기준으로 되어있는 미진동 파쇄기(CCR, 상품명 Fine Cracker)를 사용한 발파공법은 기존의 암절취에 기술적 문제가 일부 대두되므로 이를 보완하기 위해 퇴적암 절취현장에서 미진동 파쇄기.정밀.에멀젼 화약을 사용하여 비교실험을 하였으며, 최근에 새로운 미진동 파쇄기(상품명 : Fine Cracker Plus)를 개발 시판하게 되어 이를 비교 검토하였다. 그 결과 일축 압축강도 $1623~2060kg/\textrm{cm}^2$의 경암 내지 극경암에서도 양호한 발파효과를 볼 수 있었다.
최근 국내 건설현장들은 도심지 근접구간에서 발파진동피해를 최소화하기 위하여 전자뇌관을 이용한 미진동 전자발파공법 적용사례가 증가하고 있는 추세이다. 그러나 미진동 전자발파는 무진동 암파쇄 대체공법으로 경제성은 우수하나 시공현장에서 진동을 제어하는 공법으로 1회 굴진장을 1m 이하로 적용하고 있어 시공속도가 저하되는 문제점이 발생하고 있다. 따라서, 미진동 전자발파 수준의 진동제어와 굴착비 절감 및 시공속도를 높일 수 있는 더블데크 발파공법을 연구 및 시험을 수행하였다. 미진동 전자발파와 더블데크 전자발파 비교 시험결과 진동레벨, 발파효율, 파쇄입도, 여굴량 등이 비슷한 수준으로 평가되어 현장 적용시 굴진장 증대로 인한 공사기간 단축 및 시공비 절감이 가능할 것으로 판단되었다.
당 현장 주변에 보안물건이 위치하고 있어, 기존 설계상에 176m 구간이 무진동 기계식 굴착공법으로 설계되었으나, 시공성 및 경제성 향상을 위하여 전자뇌관 미진동 발파공법을 제안하였다. 검토 결과, 발파소음, 진동 모두 허용기준 이내의 안전성을 확보하여 해당 구간에 대하여 전자뇌관 미진동 발파공법 적용 가능성을 확인하였다. 아울러 검토 구간에서 무진동 굴착공법과 전자뇌관 미진동 발파공법을 비교한 결과, 공사 기간을 88일 단축하여 경제적으로 큰 이점이 있는 것으로 평가되었다.
본 고에서는 기존 미진동파쇄기류(미진동파쇄기, 플라즈마 등)의 단점인 시공성 및 경제성을 개선하고, 발파진동을 최소화한 미진동화약(NewFINECKER)의 개발 및 현장적용 사례를 소개하였다. 이 미진동화약은 국토해양부 표준발파패턴중(中) Type-1(미진동굴착공법, 125g 미만의 폭약 사용)에 부합하며, 지발발파가 가능하고, 시공성 및 작업효율을 대폭 개선하는 반면 진동수준은 일반 에멀젼폭약(NewMITE)의 약 60~70% 수준으로 나타났다. 추가적으로 현장 적용시 표준발파패턴, 발파진동추정식, 시공방법 등을 본 연구에 제시하였다.
화약류를 사용하여 암반을 절취하는 작업현장에서의 발파공해는 항상 발생하고 있다. 특히 폭약의 폭발로 인해 발생하는 지반진동은 크고 작은 문제를 야기하고 있다. 일반적으로 발파현장에서 사용하고 있는 일반발파와 진동제어(미진동)발파에 대한 의미와 구분 및 시공에 대해 인식시키고자 그동안의 경험과 이론을 토대로 하여 연구하게 되었다. 본 연구에서는 일반발파와 진동제어발파를 구분하는 요소로 암분류 및 진동속도를 지발당장약량과 관계, 암분류에 따른 비장약량 및 발파공당 암절취량 그리고 천공경을 선정하여 고찰하였다. 이들 요소를 기준으로 일반발파와 진동제어발파의 경계가 되는 보안물건으로부터 거리 산출방법에 대해서 연구하였다. 일반발파나 진동제어발파 모두 보안물건에는 한계 진동속도 이내의 진동이 전달되어야 하며, 그 경계가 되는 발파공당 절취암량은 연암의 경우 약$16.67m^3$, 보통암의 경우 약$12.5m^3$, 경암의 경우 약 $10m^3$을 기준으로 하는 것이 바람직하고, 그 경계가 되는 보안물건으로부터 거리는 일정하게 정해진 것이 아니므로 현장에서 대상암반에 대해 시험발파를 실시하여 암분류, 비장약량, 지발당장약량, 한계 진동속도를 기준으로 결정하는 것이 바람직하다. 진동제어(미진동)발파구간내에서 발파설계단가는 일률적이 아닌 약2~3구간으로 분할하여 산출해야한다.
최근 도심지의 가속화에 따라 시가지 인근에서의 암반굴착이 활성화되고 있으며, 특히 보안을 요하는 구조물에 근접한 발과 또는 가동중의 설비 가까이 에서 발파굴착을 실시해야하는 등 주변환경을 충분히 고려하여 진동, 소음 및 비산을 효과적으로 제어할 수 있는 발파기술이 요구되고 있다. 이와 같은 배경에서 미진동 발파굴착을 위하여 콘크리트 파쇄기, 팽창성 파쇄제 등이 개발되어 실용화되고 있다. 국내에서는 (주)한화가 콘크리트 파쇄기(Finecker)를 개발하여 공급해 왔으며, (주)고려 노벨 화약에서는 저폭속(2,000 m/s) 화약을 2중의 Air Gap을 이용하여 진동 및 소음 제어하는 미진동 발파용 화약(Kinecker)을 출시하여 공급하고 있다. 이에 Kinecker의 원리와 특징 그리고 현장적용 사례 및 발파패턴을 소개하고자 한다.
본 현장은 265 m 구간이 무진동 굴착공법으로 설계되어 있지만 시공성과 경제성의 저하가 우려된다. 이러한 이유로 미진동 전자발파공법이 제안되었다. 미진동 전자발파의 적용성 평가를 위해서 본 현장 직전 적용하였던 미진동 전자발파(제안 I)와 본 현장과 같이 지하철 근거리에서 시공된 미진동 전자발파(제안 II)의 발파진동 영향범위를 분석하였다. 두 제안의 발파진동 영향범위 비교결과, 제안 II의 영향범위가 더 보수적으로 산출되었다. 본 현장의 근거리라는 특수성을 고려할 때, 보다 안전한 시공을 위해 설계변경에 제안 II를 선정하였다. 결과적으로 무진동 굴착구간 265 m 구간 중 72 m 구간에 대하여 미진동 전자발파공법으로 변경하여도 구조물에 미치는 영향이 없을 것으로 예측된다. 그리고 총 예상 굴진 소요 기간 662.5일에서 144일 단축할 수 있기 때문에 높은 경제적 이익을 얻을 수 있다고 평가된다.
일반 에멀젼폭약과 정밀폭약 및 미진동 Kinecker를 시험 발파하여 각각의 진동 특성을 분석하였다. 시험발파 대상 지역은 안산암이 주종을 이루며, 안산암의 일축압축강도는 $1,260kg/cm^2$로 나타났다. 각 발파패턴별로 시험 발파하여 측정한 진동 자료를 회귀 분석하여 환산거리별 진동속도를 비교한 결과 미진동 Kinecker 발파공법이 정밀진동제어발파보다 평균 30.71%, 진동제어중규모발파보다는 평균 50.94%정도의 진동이 낮게 전파됨을 볼 수 있었다.
본 고에서는 기존 기계식 굴착공법 및 암파쇄공법(플라즈마, 겔파쇄 등)의 단점인 시공성 및 경제성을 개선하고, 발파진동을 최소화한 미진동화약(LoVEX)의 개발 및 현장적용 사례를 소개하였다. 이 미진동화약은 국토해양부 표준발파패턴중(中) Type-1(미진동굴착공법, 125g 미만의 폭약 사용)에 부합하며, 지발발파가 가능하고, 시공성 및 작업효율을 대폭 개선하는 반면 진동수준은 일반 에멀젼폭약의 약 60~70% 수준으로 나타났다. 추가적으로 현장 적용시 표준발파패턴, 발파진동추정식, 시공방법 등을 본 연구에 제시하였다.
시가지 또는 중요한 구조물, 시설물 가까이에서 암반 또는 콘크리트를 파쇄해야 한 경우 제어발파공법 및 기계식 파쇄공법이 사용되고 있으나 기계식 파쇄공법은 발파보다 경제적인 효율이 다소 떨어진다. 따라서 도심지역에서는 제어발파의 발달과 미진동 및 저진동 발파방 법이 활용되고 있다. 그 방법 중에 주변 환경에 악영향을 미치지 않고 정적으로 파쇄를 실시 할 수 있는 방법으로서 (주)한화에서 개발한 뉴 화이넥카를 이용한 건설 토목현장에서의 실용성을 위하여 뉴 화이넥카의 개선 성능과 적합한 발파패턴을 제시하는데 목적이 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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