본 논문에서는 전기뇌관이 설치된 탄약에 유도되는 전자파 수신특성을 분석하기 위한 방법을 제안한다. 이 방법에서는 전기뇌관이 설치된 탄약을 수신 안테나로 모델링하고 안테나 이득을 시뮬레이션 또는 실험에 의해 구한다. 구해진 전기뇌관의 이득을 안테나 결합공식에 넣어 전기뇌관에 유도되는 전파전력을 구한다. 매우 근접한 거리에서의 전파수신 특성은 반파장 다이폴과 전기뇌관 모형 사이의 전력계수를 측정함으로써 구해진다. 제안된 방법을 사용하여 105 mm 전차탄약 뇌관의 전파수신 특성을 구하고 이로부터 900 MHz 대역 RFID 리더기에 대한 뇌관의 안전성을 분석하였다.
전기적 충격에 안전한 비전기뇌관은 지하 굴착에 널리 이용되고 있다. 그러나 국내 많은 현장에서 경제적인 이유로 전용 격발기 대신 전기뇌관으로 대신하고 있는 경우가 많다. 스파크 트리거는 이러한 비전기뇌관의 특성을 활용하지 못하는 기폭 시스템에 의한 발파사고를 막기 위해 개발 되었다. 이 시스템은 비싼 튜브가 필요 없어서 경제적이며 기폭 후에 플라스틱 폐기물이 남지 않아 환경 친화적인 것으로 판단된다.
비전기 뇌관은 전기뇌관의 단점을 보완하기 위하여 개발한 뇌관이다. 외부전기로 인한 기폭위험으로부터 전기뇌관보다 더욱 안전한 뇌관으로 각광을 받고 있으며. 또한 정밀한 시차, 발파진동, 소음의 감소효과와 노천 및 터널 발파에서 다량발파에 이용되고 있는 비전기 뇌관의 기폭시스템 및 기본적인 사용방법과 설계 및 시공사례를 소개함으로써 국내발파 기술향상에 도움이 되고자 한다.
철도터널 발파 시 근접한 보안물건에 대하여 발파진동 및 소음을 제어하고, 여굴방지를 목적으로 전자뇌관과 비전기뇌관을 조합한 발파시스템(Supex Blasting Method)을 적용하여 보성~임성리 ${\bigcirc}{\bigcirc}$ 철도건설공사에서 시험발파를 실시하였다. 그 결과 발파진동과 소음은 허용기준치 이내로 측정된 것으로 나타났다. 결과적으로 전자뇌관과 비전기뇌관을 조합한 터널발파 시스템은 공사비 절감, 발파진동 및 소음제어를 통한 민원방지 효과 및 여굴제어로 굴착예정선 주변의 암반손상권을 최소화하는 것으로 나타났다.
근래에 전자뇌관은 진동제어, 파쇄도개선 등 다양한 목적으로 사용이 점차 증대되고 있다. 본 연구는 2017년 06월~2018년 12월까지 지질 및 지반조건, 그리고 발파설계 조건이 다른 국내 여러 지역의 도심지, 토취장, 채석장, 광산 등의 노천발파 현장에서 실시된 전기 및 전자발파 시 수집된 진동 데이터를 종합 분석하여 전기 및 전자뇌관 발파의 진동추정식을 비교 분석하였다. 전자발파는 전기뇌관에 비해 동일 지발당 장약량 적용 시 진동은 약 30%정도 감소되고 동일거리에서 최대허용지발당 장약량이 1.5배 증가되더라도 진동허용기준을 충족시킬 수 있는 것으로 확인되었다.
국내 터널공사에 사용되고 있는 뇌관의 안전성 및 경제성에 대한 의견을 알아보기 위하여 분야별 총 345명을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 그 결과, 비전기뇌관의 안전성이 86.7%로 매우 높게 평가되었으며, 터널 굴착비 대비 뇌관이 차지하는 재료비가 8.1%임을 고려할 때 경제성보다 안전성을 우위를 둔 비전기뇌관 사용을 적극 활용한다면 터널현장의 발파사고 예방에 크게 기여할 것으로 보인다. 더불어 터널공사 국가발주처 경찰청 화약류 제조사들에게 의견수렴, 기초자료를 제공하는데 도움을 주고자 한다.
최근 터널 발파현장을 중심으로 정밀한 시차를 갖는 전자뇌관을 활용하여 시공성을 향상하는 사례가 증가하고 있다. 본 사례는 『수도권 광역급행철도 A노선 민간투자사업 제00공구』 현장에서 비전기뇌관과 전자뇌관을 혼용하여 시험발파를 수행한 사례로, 현장 주변 상업시설과 지하철 등 보안물건이 있어 발파작업 시 진동과 소음의 세심한 관리가 필요한 곳이다. 당 현장은 비전기뇌관으로 설계되었으나, 굴진율의 저하로 비전기뇌관과 전자뇌관을 혼용함으로써 굴진율을 향상하고 진동과 소음을 관리하고자 하였다. 시험발파 결과 굴진율이 약 85%로 목표치를 달성하였고 진동과 소음의 최대 측정값은 0.215cm/sec와 73.22dB(A)로 규제기준 이하로 계측되었다. 당 현장은 도심지에서 발파작업이 진행되는 만큼 계측관리 대상물을 지정하여 지속해서 진동과 소음을 관리할 필요가 있다.
도심지 특성상 주변구조물에 근접한 발파로 발생되는 지반진동은 인체에 간접피해와 구조물에 물적피해를 줄 수 있다. 설계단계 또는 시공 전 민원발생 시 구조물의 피해정도를 평가하는 방법으로는 단순 진동파형을 정량적으로 표현하는데 가장 접근성이 좋은 시추공 발파시험이 주로 이용되고 있다. 본 연구는 소량의 폭약으로 인위적인 진동에너지를 발생시키는 발파시험에 전자뇌관 기폭시스템을 처음 적용하였다. 전기뇌관 시추공 발파와 전자뇌관 시추공발파의 뇌관 지연시차 상관관계, 시험장소의 터널본선과 유사 암층에 시설된 구조물에서 측정한 PPV와 서로 다른 매개 층을 포함한 터널상부 지상도로에서 측정한 PPV의 상관관계, 기존 연구결과 얻어진 시추공발파 및 터널발파 PPV와의 상관관계를 비교 분석하여 시추공 발파의 유용성과 뇌관 지연시차의 중요성을 언급하고자 한다.
두개의 장약공에 시차를 주고 발파할 경우 파의 특징인 상호 간섭현상이 발생한다. 이러한 파의 간섭현상은 중첩을 통하여 파가 서로 증폭이 되거나 상쇄가 된다. 따라서 이러한 파의 특성을 이용하여 시험발파 시 단공발파를 통한 발파진동 데이터를 측정하여 각각의 파형을 합성한 뒤 최적지연초시를 찾고 이 합성초시를 전단면에 적용하여 그 효율성을 입증하는데 이번 실험의 목적이 있다. 기존뇌관(비전기, 전기뇌관)의 정형화된 초시(20, 25ms)가 아닌 현장암질에 적합한 전자뇌관의 최적초시를 도출하여 발파 진동을 최소화 하고 굴착효율을 높이는 발파 굴착공법의 개발을 모색하고 시험시공을 통한 현장 적용성을 평가하였다.
터널발파시 기존 연구와 시공사례를 통해 전자발파 공법이 기존 발파공법보다 효과적으로 발파진동 저감효과가 탁월한 것으로 보고되고 있다. 그러나 전자뇌관의 가격이 높아 보안물건이 근접한 발파 현장에서만 일부 활용되는 실정이다. 이에 본 연구는 전자뇌관 적용 비율에 따른 진동저감 효과를 연구하기 위하여 전자뇌관과 비전기뇌관의 비율을 조절하여 터널발파 시험을 수행하였다. 연구결과 전자뇌관 100% 적용한 경우 발파진동의 저감효과가 가장 크고, 전자뇌관 비율을 일정 수준 감소시켜도 발파진동 제어 효과가 있는 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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