터널 및 지하공동 설계에 이용된 16개 지역 23개 구간의 578개의 시추공 진동 data와 일반터널 4개 지역으로부터 221개 data를 이용하여 시추공발파의 진동전달 특성을 분석하였다. 시추공발파와 일반발파의 진동속도 감쇠 경향을 비교분석한 결과 시추공발파의 입지상수들이 크게 나타났다. 환산거리 증가에 따른 두 진동식의 최대 허용장약량은 시추공발파가 적었다. 이러한 결과로부터 시추공발파 자료를 터널발파 설계에 사용할 수는 있으나 조심스러운 통계적 처리가 불가피할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 미진동파쇄기를 이용한 알반파쇄굴착공법의 기준 진동식과 암 분류에 따른 비장약량 산출식을 도출하였고 기존의 파쇄임도비율 산출식을 미진동파쇄기에 적합하도록 변환하였다. 그리고 표준암반파쇄패턴과 실시설계에 적용할 수 있는 공당장약량을 결정하였다 그 결과 자승근 환산식은 $V=345.39(D/\sqrt{W})^{-1.4484$, 비장약량 산출식은 $W_f=(2.3\~2.5)\;f_agdV$, 실시설계에 적용할 수 있는 공당장약량은 0.54kg, 직경 30cm의 파쇄입도비율은 약$48.7\%$로 산출되었다. 본 암반파쇄굴착공번은 타 공법에 비해 현장적 용성이 탁월한 것으로 사료된다.
국내에서는 주로 환산거리방식에 의한 발파진동 예측 방법이 주로 사용되고 있다. 환산거리 방식에서 중요한 변수인 지발당 장약량은 인접 단차간에 진동의 영향이 없는 단차로서 통상적으로 8ms을 기준으로 한다. 본 연구에서는 8ms 기준의 기원과 문제점을 문헌고찰을 통해 제시하고 인접단차 간에 진동의 영향이 없는 단차로 각 학자 별로 제시된 8ms, 17ms, 25ms 단차를 Langefors의 2.5T 기준으로 고찰하였다.
암반발파작업에서 발생되는 발파진동은 주변의 생활환경과 인접한 구조물에 영향을 미쳐 공해를 발생시킨다. 계단발파와 터널발파에서 발생되는 발파진동은 진동에 영향을 미치는 요소들의 일부는 동일하게 작용하고 일부는 서로 다르게 작용하여 진동의 크기가 결정된다. 일반적으로 발파진동의 크기에 영향을 미치는 요소 중에서 암반의 조건과 폭약종류, 장약량 등 제 요소가 동일한 경우에는 최소저항선 거리와 자유면의 수에 의해 발파진동이 결정되는 것으로 알려져 있다. 그러나 터널 발파에서는 최소저항선거리와 자유면의 수 외에 자유면의 크기가 발파진동의 크기를 결정하는 주된 요소로 작용하게 된다. 본고에서는 자유면의 크기가 발파진동에 미치는 영향을 고찰하여 터널발파의 진동제어방법을 제시하였다.
스웨덴 식 벤치발파 설계방식에 대하여 실험계획법을 이용하여 설계인자를 분석하였다. 분석에 사용된 직교배열은 $L_9(3^4)$이었고 변수는 각각 3수준의 값을 갖는 천공직경, 화약의 종류, 공의 경사와 암석의 종류로 하였다. 분석결과 저항선 결정 영향요소는 천공직경, 화약의 종류, 암석의 종류 그리고 공의 경사 순이었으며 비장약량 영향요소는 암석의 종류, 화약의 종류 그리고 비천공장에 영향을 미치는 요소는 천공직경과 화약의 종류순이었다. 또 강건설계를 이용한 경제성 검토에서 최적인자 선택이 가능함을 확인하였다.
본 연구는 신설 터널 발파 시 기존 터널 거동 및 시설물 안전에 관한 연구로서 설계 당시에는 신설 터널의 안전성에 초점을 맞추다 보니 기존 터널 내부에 설치되어 있는 제연 팬 등과 같이 시설물의 안전성을 확보하기 위한 세부적인 설계에 있어서 다소 미흡한 면이 있었다. 기존 터널의 최근 10년간 교통사고 유형을 분석한 결과 주행 중인 차량 간 긴급 상황 및 상호 장애요소 발생 시 미처 대처하지 못해 발생하는 사고가 대부분인 것을 알 수 있었다. 이런 점을 감안하여 신설 터널 시점 부 및 본선 구간 발파 시 장약량을 최소화하였고 피난연결통로 굴착은 대구경 심빼기 발파공법으로 변경 시공하여 진동을 최소화함으로써 기존 터널 내부의 시설물 안전성을 확보하였다. 정량적 분석 방법으로서는 각종 계측기를 설치하여 신설 터널 주변 민가, 기존 터널 내부 및 제연 팬 주위에 설치하여 실시간 변위를 파악하여 교통류 차단 없이 정상 흐름을 확보하였다. 향후 대도심지에 위치하면서 기존 터널과 인접한 터널 설계 시 터널 내부 시설물 안전성 확보를 위해 발파 장약량, 발파공법 및 계측방법의 개선 방안을 제시하였다.
본 연구에서는 발파가 이루어지는 공사현장에서의 거리별 진동레벨을 리온계측기로 측정하였고 같은 거리상에서 진동속도를 측정을 위해 BlastmateIII를 사용하였다. 현장실험에서 발파는 총 5,180kg의 장약량으로 총 130회의 발파가 진행되었으며 회당 발파공수는 5, 10, 20공으로 공당 4kg의 약량이 사용되었다. 발파로 인한 진동은 진동속도와 진동레벨로 같은 거리에서 동시 측정하였다. 계측은 발생원으로부터 15~102m 구간에서 측정하였고 8차례 구간을 나누어 진동속도, 진동레벨 데이터를 각각 273개 획득하였다. 측정된 진동속도 데이터를 이용하여 기존의 상관식에 의하여 분석하였으며 이를 실제 측정한 진동레벨과 비교 분석하고 상관성에 대하여 연구해 보았다.
서울 지하철 3,4호선은 고층빌딩, 각종 상점및 문화재등이 위치하고 있는 도심지를 통과하기 때문에 발파로 인한 지반의 진동이 이들 시설물 및 인체에 큰 영향을 미치고 있다. 따라서 지반 진동으로 인한 피해를 방지하기 위하여 발파진동치의 크기를 여측하고, 또 주어진 한계치내에서 지반당 최대 장약량을 산정함으로써 시설물의 피해 방지와 아울러 효과적인 시공을 도모토록 하는데 본 연구의 목적이 있다. 이를 위하여 3,4호선 건설 예정지를 자유면의 수에 따라 1) 오푼컷트 공법에서 바닥파기, 2) 오푼컷트 공법에서 계단발파, 3) 턴널의 심발 발파, 4)심발 발파후의 틴널발파등으로 나누고, 한국에서 생산되는 폭약중 제란틴, 초안폭약, 함수폭약을 위 4가지 조건과 암질이 서로 다른곳 10개 지역을 선정하여 시험발파를 하면서 Sprengneter, VME, Rion 등 진동 측정기로 측정하여, 다음과 같은 결과식을 구하였다. V=K(D / Wb)$^{-n}$ 에서 n 및 k는 각각 1.60-l.78, 48-138이다. 따라서 위 결과식을 이용하여 현장에서 쉽게 장약량등 발파방법을 결정할 수 있도록 nomogram 등을 제시하였다. 이상의 연구 결과를 토대로 효과적인 건설을 할 수 있었기에 금반 그 내역을 발표코저 한다.
지진 발생시 진앙 추적에 필요한 지각구조 특성 규명과정에서는 인공지진을 발생시킬 필요가 있다. 이런 정도의 큰 지반진동은 대규모 시추공 발파를 통해 발생시킬 수 있으나 이와 같은 대규모 발파는 대부분 주변에 대한 환경적인 악영향을 미치게 된다. 이런 맥락에서 시추공 시험발파를 통해 발파장소 주변의 다양한 구조물에 영향이 없는 최대 장약량을 결정하였다. 시험발파에서는 젤라틴 다이너마이트 400kg을 사용하였다. 시험 결과 측정된 자료로부터 지반진동 수준에 대한 예측식을 유도하였다. 주거용 구조물에 대한 지반진동 허용수준을 3.0mm/s로 설정하였을 때 발파장소 부근의 군용 구조물을 고려한 경우에는 사용 가능한 최대 장약량이 677kg으로 나타났다. 하지만 군용건물들을 고려하지 않고 인근부락의 오래된 건물들을 기준으로 할 때는 최대 2100kg의 폭약을 사용할 수 있는 것으로 나타났다.
대한화약발파공학회 제정 노천 발파 표준공법에 따른 진동식을 산정하기 의하여 국내자료를 주로 이용하여 표준공법에 적합한 진동식을 제시하고 공법별, 거리별 표준 장약량을 제시하였다. 건교부 기준식으로 사용되는 미광무국(USBM) 식의 경우 같은 환산거리에 대한 최대 진동속도가 낮게 평가되어 건교부 안에 의한 설계는 환경문제 발생 개연성이 상존함을 알 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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