최근 도심지 굴착공법 선정시 주변환경에 대한 관심이 높아지면서 민원발생을 감안하여, 발파공법이 아닌 기계굴착공법(TBM, SHIELD 등) 등이 부분적으로 적용되고 있다. 그러나 이들 굴착공법들은 굴착조건의 변화에 따라 적용 한계성이 있고, 한계구간이 직면할시 시공성이 극히 떨어지거나 적용 자체가 불가능하게 된다. 이에 따라, 공사기간의 연장, 공사비의 증가 및 적용자체가 불가 할 경우는 공사중단에 이르게 되어 시공과정에서 다른 굴착공법으로 전환되는 사례가 빈번히 발생되고 있다. 따라서 본 사례는 도심지 터널구간으로 당초 할암공법으로 설계되었으나 암반의 강도가 높고 굴착단면적이 협소하여 할암공법이 적용될 수 없었다. 이에 대한 대안공법으로 TBM이나 기타 장비에 의한 기계굴착공법을 검토하였으나, 터널연장이 짧고 터널노선의 곡선부 반경이 작아 대형장비의 투입이 어려운 굴착조건 때문에 최종적으로 폭약을 이용한 발파굴착 공법을 선정하였다. 그러나 발파공법은 진동 및 소음이 필연적으로 수반되기 때문에, 주변 환경공해가 허용하는 범위 내에서 최대한의 시공성과 안전성 여부를 판단하기 위하여 발파진동 및 소음의 허용수준을 설정한 후 시험발파를 실시하였으며, 그 결과에 따라 진동제어발파공법을 적용하였다.
대한민국의 화약생산 기원은 고려시대에 중국으로부터 흑색화약이 처음으로 전수되었으며, 1890년 경남마산에서 흑색화약이 채광발파에 처음 사용되었고, 최근에는 지하철굴착 도로굴착 건물폭파해체 등 거의 대부분의 건설시장에 에멀젼폭약을 사용하는 진동제어발파공법 기술이 자리를 잡게 되었다. 2006년 12월에는 세계에서 처음으로 진동제어발파공법을 위주로 한 발파설계 시공지침을 국가와 전문학회의 주도로 완성하였다.
일반적으로 도심지에서 터널 시공을 위한 암반굴착 작업은 주변 보안물건에 대해 직접적인 피해를 유발시킬 수 있는 공해요소인 진동을 허용기준값 이하로 제어할 수 있으면서 상대적으로 시공성과 경제성이 뛰어난 공법으로 수행되어야 한다. 본 사례에서는 각내의 대표적인 문화시설인 예술의 전당 하부를 통과하는 우면산 터널 공사현장에서 암반굴착공법으로 고려한 TTM 장비를 이용한 기계굴착, 플라즈마 공법, 유압장비를 이용한 할암공법, 겔파쇄 공법, 미진동파쇄기를 이용한 공법, 진동제어발파공법에 대한 현장 적용성을 시험시공 등을 통해 평가한 내용과 결과를 제시하였다. 비록 각 도심지 터널의 현장 상황이나 주변 여건에 따라 이 현장에서의 시험시공 내용이나 적용 결과를 그대로 적용할 수는 없겠지만, 진동제어 암반굴착 공법에 대한 시험시공이나 선정 과정에 이 사례연구가 개략적인 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.
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.
토목공사장에서 암파쇄 작업은 경제성과 안정성에 지대한 영향을 미치는 작업이다. 본 논문은 대전지역에서 수행된 암파쇄 공법 설계 및 시공사례로서, 현장암반의 특성을 고려한 적정발파공법을 선정하기 위하여 대상 지역의 지질현황을 조사·분석하고, 또한 민원이 첨예한 도로개설 공사장에서 시험발파를 실시하여 이를 토대로 암절취 공법을 선정하여 시공한 사례보고이다. 대전지역의 지질은 선캠브리아기의 변성암류와 변성퇴적암류 및 이를 관입한 심성암류와 중생대 화강암으로 이루어져 있는 복잡한 분포를 이루고 있다. 사례연구 대상 현장은 편상구조가 현저한 관입 편상화강암 및 화강암질 편마암으로 구성되어 있었으며, 시험발파 및 분석결과를 기초로하여 25.5m이내 지역은 HRS 등 무진동 파쇄공법의 적용을 제안하였고, 25.5∼36m 범위의 대부분 지역은 진동제어를 할 수 있는 제어발파공법을 권장하였고, 기타 진동 영향권에서 비교적 안전한 것으로 나타난 지역은 소발파공법을 적용하도록 제안하였다. 제안된 안에 따라 설계를 보완하고 시공한 결과 문제의 발생없이 성공적으로 시공이 완료되었다.
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.
한국소음진동공학회 1997년도 춘계학술대회논문집; 경주코오롱호텔; 22-23 May 1997
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pp.235-240
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1997
터널발파는 벤치발파와 달리 일반적으로 심발발파, 주변공발파, 조절발파를 적용하는 최외곽공 발파로 나눌 수 있는데, 본 연구에서는 심발공법별 터널발파의 진동특성을 자유면의 수를 고려하여 해석하였다. 또한 터널발파의 발파효율에 가장 큰 영향을 미치는 심발발파 발파공들간의 지연지차를 서로 달리하면서 시험발파를 수행하였다. 국내 고속전철 건설현장의 터널발파시 측정한 진동속도의 파형분석결과 1자유면 발파인 심발발파시 발생하는 발파진동이 2자유면 발파인 주변공 발파시 발생하는 발파진동보다 30% 이상 더 크게 나타났고, 조절발파용 화약을 사용한 최외곽공 발파의 경우는 주변공발파보다 20% 정도 작은 진동속도를 나타내었다. 심발공법별 비교에서는 SUPEX-Cut의 경우가 국내에서 가장 널리 사용되는 V-Cut에 비해 20-30% 정도 더 작은 진동속도를 나타내었다. 또한 심발공들을 동시에 발파한 경우와 각 발파공의 시차를 서로 다르게 한 경우의 심발 시험발파 결과를 분석한 결과, 발파공간의 발파시차를 60msec 이상으로 하였을 때, 각 발파공의 발파시 발생한 진동이 서로 중첩되는 것을 방지할 수 있는 것으로 나타났다.
메사쉴드공법은 주로 풍화토 또는 풍화암 구간의 소규모 굴착단면에 적용되며 대부분 인력굴착으로 이루어지나 막장면에 암반이 노출되면 유압력을 이용한 할암공법이나 발파공법의 적용이 불가피하다. 본 연구에서는 메사쉴드공법이 적용된 소규모 굴착단면 터널에서 터널상부에 상수도관 및 가스관 등이 근접되고, 강도가 높은 암반 노출로 인해 할암공법 대신에 125g의 최소장약량으로 심발공에서 초기진동을 제어하는 발파공법을 소규모 굴착단면 터널에 적용한 사례이다.
터널굴착발파공법의 하나인 V-cut발파공법은 터널굴착기술이 발전되는 과정에서 초기에 개발되어진 기술이나 작업의 간편성과 효율성으로 인하여 많은 터널굴착공사에서 이용되고 있는 발파공법이다. V-cut발파공법은 일자유면 상태에서 V형으로 심발공을 발파하고 심발공에 의해 형성된 자유면을 이용하여 확대공으로 굴착공간을 넓히는 발파 방법이며 심발발파의 굴진장에 의해 단일발파당 굴진장이 결정된다. V-cut발파법이 개발된 이래 V-cut발파의 굴진장을 증대시키기 위한 방법으로 심발발파공의 구속저항을 감소시키기 위해 보조심발공을 발파하여 형성된 자유면에 의해 심발공의 최소저항선거리를 줄여 발파하였으나 심발공의 구속저항이 감소되지 않아 발파효율이 증대되지 않았으며 발파진동 또한 가장 크게 발생하였다. 이와 같은 현상은 최소저항선거리의 감소효과에 대한 발파기술상의 이론에 문제가 있기 때문이다. 본 연구에서는 V-cut발파법의 심발공에 대한 구속저항감소효과가 발현될 수 있는 조건들을 검토하여 최소저항선거리의 감소효과가 발현될 수 있는 조건을 제시 하여 심발공의 발파효율을 증대시키고 발파진동이 적어지는 발파방법을 제안하려 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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