현재 대부분의 국내 터널은 천공발파 기법을 이용하여 굴착되고 있다. 심발발파는 터널굴착면의 1 자유면 상태에서 가장 먼저 발파가 이루어지므로 터널발파에서 가장 중요한 단계이며 전체의 굴진효율과 진동 및 소음을 결정하는 역할을 한다. 여기서는 기존의 V-Cut 공법의 시공 편의성을 최대한 활용하면서 굴진효율을 개선시킨 새로운 심발발파 방법인 SAV-Cut (Stage Advance V-Cut) 공법을 소개한다. SAV-Cut 공법은 건설교통부에서 지정하는 건설 신기술(제518호)으로서 중앙공을 천공 및 선기폭하여 암반을 약화시킨 다음 경사공을 단계별로 기폭하는 것을 주요 특징으로 하고 있다. SAV-Cut 발파공법의 메커니즘을 수치해석과 여러 현장에 실제 적용을 통하여 검증하였고, 발파효율의 증대와 진동저감 효과를 확인하였다.
터널 굴착시 지반진동을 감소시키기 위해 굴착면에 부분적인 자유면을 형성하고 제어발파를 수행하는 자유면 발파공법이 적용되어 왔다. 본 연구에서는 다이어몬드 와이어 쏘를 이용하여 인공절리를 심발부에 형성하고, 심발부 발파 시 발생되는 지반진동을 비교함으로써 인공절리에 의한 지반진동 감소를 평가하였다. 해석 결과, 일반 심발발파보다 인공절리 심발발파에서 지반진동이 감소하였으며, 수직 인공절리 심발발파보다 수평 인공절리 심발발파에서의 지반진동 감소 효과가 더 크게 평가되었다.
Ground vibration generated repeatedly in blasting tunnel excavation sites is known to be one of the major hazards induced by blasting operations. Various studies have been conducted to minimize these hazards, both theoretical and empirical methods using electronic detonator, the deck charge method, the center-cut method among others Among these various existing methods for controlling the ground vibration, in this study, we investigated the cut method. In particular, we analyzed and compared the V-cut method, which is commonly used in tunnel blasting, to the double-drilled parallel method, which has recently been introduced in tunnel excavation site. To understand the rock fragmentation efficiency as well as the ground vibration controllability of the two methods, we performed in-situ field blasting tests with both cut methods at a tunnel excavation site. Additionally, numerical analysis by FLAC3D has been executed for a better understanding of fracture propagation pattern and ground vibration generation by each cut method. Ground vibration levels, by PPVs measured in field blasting tests and PPVs estimated in numerical simulations, showed a lower value in the double-drilled parallel compared with the V-cut method, although the exact values are quite different in field measurement and numerical estimation.
The cut is placed high up in the section, the 1st sloping holes below the cut, and divided all the holes located below the 1st sloping holes into a certain area with longitudinal section, to lower pollution made from tunnel blasting. With the sequential blasting machine, after I first blasted holes around the cut holes by a pre-splitting method, blasted the cut area and the 1st sloping holes. The 1st and 2nd sloping holes divided areas are initiated gradually to free face upwards made by the cut. Especially, I pre-splinted contour holes previous blast the before sloping holes from the contours. The ground vibration from the earth surface just over the advance face decreased about 42.0% compare with the down blasting method under the condition of equal charge weight per delay. I controlled the crack and over break of the mother rock by pre-splitting contour holes before blast the first sloping holes from the contours. The peak values of noise and air blast by blasting decreased about 10dB more than the down blasting method. the noise and air blast diminished gradually as a round. The throw distance of the fly rock was decreased about 55%.
발파굴착을 수행하는 터널시공 현장에서, 발파진동이 반복적으로 작용할 경우 인근 보안물건에 손상을 입힐 수 있으며, 이러한 발파진동을 저감시킬 수 있는 방법으로는 전자뇌관의 사용, 분산장약, 심발공법의 변경 등이 고려될 수 있다. 본 연구에서는 수치해석 기법을 이용하여 심발공법에 따른 발파진동 저감효과를 분석하고자, 3차원 유한차분법 프로그램인 FLAC3D를 이용하여 발파공, 지연시차, 장약량 등을 수치모델에 반영하고, 발파공별로 동하중을 적용하여 수치해석을 수행하였다. 심발공법은 터널 시공현장에서 많이 사용되고 있는 V-cut 공법 및 다단평행의 심발공법을 적용하였으며, 실제 터널 시공현장에서 시험발파를 수행하여 현장의 발파진동 계측자료와 수치해석의 진동속도를 비교하였다. 수치해석과 시험발파의 발파진동은 매우 유사한 경향을 나타낸 것으로 분석되었다.
A new type of cut method, called SK-cut, was developed in order to overcome the shortcomings of the conventional V-cut and Burn-cut blasting methods. Total 190 times of test blasts were performed for the evaluation of the efficiency of new blasting method. V-cut, Burn cut and SK-cut were compared by applying them to the excavation of main gallery and construction tunnel of underground oil storage cavern. Test results showed that excavation efficiency of the new method was increased by 5.9~9.8% and that specific charge was reduced to 71~92%.
터널굴착 발파기술로 새로 개발된 Composition Presplitting Angle Cut (COPA)은 기존 공법과는 달리 심발부에 먼저 인장파괴를 통하여 선균열 (사전절단)을 형성시킨다. 본 연구에서는 선균열 효과를 검증하기 위하여 굴진효율과 소음 진동의 발생크기를 측정하는 현장시험을 실시하였다. 그리고 이 공법의 경제성 및 작업성 (시공성)을 비교하기 위하여 동일한 조건에서 기존의 발파공법을 동시에 시험하여 그 결과를 비교하였다. 시험 결과 COPA - Cut 발파공법이 기존 발파공법보다 굴진효율이 증가하고 소음 진동이 감소되었다. 또한 경제성, 시공성 및 품질관리 측면에서 우수하다는 것을 확인 되었다.
우리나라 석회석 광산 대부분은 광상의 부존조건, 채광실수율, 안전조업, 경제성 등을 고려하여 노천채굴 방식을 채택하고 있으나, 광산개발 과정에 따른 진입로 확보, 발파 및 장비굴착, 암석의 파쇄 및 분쇄, 운반, 선광 등으로 인한 먼지의 날림, 소음, 진동, 폐석사면 붕괴에 의한 농경지 훼손 등의 광해를 발생시켜 환경적인 문제를 유발시키고 있다. 본 연구에서는 석회석 노천채굴 작업에 따른 주변의 환경피해 최소화와 광해에 따른 경제적 손실을 감소시키기 위해 현장 시공과정에서 체험하였던 광해저감 방법들을 제시하였다.
전자뇌관을 사용하여 근접 보안물건에 대한 터널발파 진동제어를 위해서는 근거리 발파진동 특성에 대한 이해가 필요하다. 본 논문에서는 터널발파 진동의 결정에 있어서, 심발부와 확대부의 영향을 분석하였다. 분석을 위한 계측자료는 "원주~강릉 복선전철 제${\bigcirc}{\bigcirc}$공구 노반건설공사" ${\bigcirc}{\bigcirc}{\bigcirc}$ 터널 현장의 기존 도로 하부통과 구간에서 획득하였다. 이에, 0.01%의 높은 시차 정밀도를 가진 터널용 전자발파시스템을 활용하여, 최대 지발당 장약량을 정밀하게 유지함으로써 뇌관 오차에 의한 진동 증폭현상을 제거하고, 진동제어에 유리한 심빼기 발파방법으로 번 컷(Burn-Cut)을 채택하였다. 그 결과, 심발부의 진동수준이 가장 높다는 일반적인 발파 상식과 달리 확대부의 진동수준이 상대적으로 더욱 높은 것으로 나타났다. 결과적으로, 근접 거리의 터널 발파진동은 전자뇌관을 심발부에 적용함으로서 저감시킬 수 있으며, 전체 영역에 전자뇌관을 사용할 경우 더욱 효과적으로 발파진동을 감소시킬 수 있을 것으로 판단된다.
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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