Blasting-Induced Vibration Prediction of Jinhae Area, Changwon, Gyeongnam

충원 이

doi:10.9798/KOSHAM.2017.17.4.73

Abstract

Vibration problems due to a number of construction works including blasting for infrastructure development are getting important because of a civil appeal. Vibration is representative factor of environmental damage, hence, this has great meaning to prevent potential disasters. In this study, through the real-scale test blasting performed at Jinhae area, Changwon, Gyeongnam, the diameter of blasted rock was analyzed with blasting method, and square root equation(SRE) with 95% confidence level was proposed for prediction of blasting-induced vibration. From the comparison between tendencies of blasting-induced vibration with distance, it was confirmed that the predicted blasting-induced vibration by USBM(U.S. Department of Interior, Bureau of Mines) equation was more conservative than that by proposed equation based on the real-scale test blasting. Therefore, measuring vibration and determining equation for prediction of blasting-induced vibration through the real-scale test blasting are needed for optimal blast design considering field condition. However, in the case of real blasting including tunnel excavation, measuring vibration is required for damage prevention to surrounding facilities.

Keywords: Test Blasting, Measuring Vibration, Charge Per Delay, Scaled Distance, Equation for Prediction of Blasting-induced Vibration

요지

국가기반시설의 확충을 위한 발파 등 각종 건설공사에 기인한 진동 문제는 민원에 의해 그 중요성이 점증하고 있는 실정이다. 진동은 대표적인 환경피해 요인으로, 건설방재적 관점에서도 대단히 큰 의미를 갖는다. 본 연구에서는 경남 창원시 진해 지역에서 실규모 시험발파를 수행하여 심발발파 종류에 따른 파쇄암의 입경을 분석하고, 이에 대한 진동 계측 결과를 통해 신뢰수준 95%의 자승근식을 발파진동 추정식으로 제안하였다. 실규모 시험발파 결과와 비교시, 거리에 따른 발파진동 추정치는 미 광무국 식이 실규모 시험발파 결과보다 보수적인 것으로 확인되었다. 따라서, 현장 여건을 고려한 최적의 발파설계를 위해서는 실규모 시험발파를 통한 진동의 계측 및 이에 근거한 발파진동 추정식을 도출할 필요가 있다. 그러나, 터널 굴착 등의 실제 발파시에는 진동을 함께 계측함으로써 주변의 보안물건에 피해가 발생하지 않도록 유념하여야 할 것이다.

1. 개요

우리나라에서는 국가 기반시설의 확충과 함께 고속도로, 철도, 지하철, 항만, 택지조성 및 재개발 등이 증가하고 있다. 이와 같은 공사를 수행하기 위해서는 암반 절취 및 파쇄를 포함한 지반굴착, 지중천공과 항타, 지반다짐 등이 포함될 수밖에 없으며, 이 과정에서 필연적으로 수반되는 진동, 소음, 분진 등에 의한 환경피해 역시 지속적으로 증가하고 있는 실정이다. 이 중 진동은 대표적인 환경피해 요인으로 꼽을 수 있으며, 이로 인한 환경분쟁 사건은 사회 갈등을 유발하는 주요한 요소의 하나로 자리 잡고 있다. 따라서, 진동 문제는 건설방재적 관점에서 대단히 큰 의미를 갖는다.

진동의 크기는 화약의 종류 및 특성, 장약량, 기폭방법, 전색 상태나 화약의 장전밀도, 자유면의 수, 폭원과 측점간의 거리, 지질조건 등에 따라 다르며, 지발 뇌관의 사용으로 일정 시간간격으로 기폭하는 지발당 최대 장약량과 폭원으로부터의 거리 등이 진동의 전파특성에 영향을 미치는 요인이 된다. 이러한 진동 계측자료의 실벡터합과 환산거리와의 관계를 전대수지(Full logarithmic scale, log-log 좌표계) 상에 나타내고 이들의 관계를 최소 자승법(Method of least squares)에 의해 선형 회귀분석(Linear regression)하면 진동의 전파특성을 나타내는 직선형의 상관식을 도출할 수 있게 된다.

이와 같은 진동의 전파특성을 이론적으로 파악하기 위하여 다수의 연구자들은 많은 노력을 기울여 왔다(Morris, 1950; Habberjam and Whetton, 1952; Devine and Duvall, 1963; Attewell et al., 1965; Dowding, 1971; Gustafsson, 1973; Ghosh and Daemen, 1983; Roy, 1991). 이들은 발파 현상에 관련된 변수의 차원해석을 근거로 하여, 많은 발파진동의 측정경험을 토대로 지상 구조물의 피해 척도가 되는 지반의 진동속도를 지발당 최대장약량과 폭원으로부터의 거리를 매개변수로 하여 경험적 관계식을 나타낼 수 있음을 제시하였다. 이들의 연구를 포함한 경험적 연구결과를 종합하면 최대 지발당 장약량과 발파원으로부터의 거리를 주요변수로 하여 Eq. (1)과 같은 형태로 표시할 수 있다. 한편, 일본에서는 입지특성 환산식이라 하여 Eq. (2)와 같은 형태로 표시한다.

(1)

V=K(DWb)n

(2)

V=KWmDn

여기서, V는 지반의 진동속도(Particle Velocity, cm/sec), D는 발파원으로부터의 거리(m), W는 지발당 장약량 (kg/delay)이다. 이와 함께 K, n, m은 지질의 암반조건, 발파조건 등에 따르는 상수이며, b는 1/2 또는 1/3의 값을 사용한다. Eq. (1)에서 D/W^b를 환산거리(SD, Scaled Distance)라 하며 b가 1/2이면 자승근 환산거리(SRSD, Square Root Scaled Distance; Siskind et al., 1980)라 하고 b가 1/3이면 삼승근 환산거리(CRSD, Cube Root Scaled Distance; Ambraseys and Hendron, 1968; Dowding, 1996)라고 한다. 이들 환산거리를 이용한 식들은 전대수지 상에서 직선으로 나타나게 되며, 일반적으로 가까운 거리에서는 삼승근식이, 먼 거리에서는 자승근식이 적절한 것으로 알려져 있다(Yang et al., 2003). 이에 따라, 본 연구에서는 지속적인 개발이 진행되고 있는 경남 창원시 진해 지역에서 실규모 시험발파를 수행하여 심발발파 종류에 따른 파쇄암의 입경을 분석하고, 이에 대한 진동 계측결과를 바탕으로 제시한 발파진동 추정식을 기존의 발파진동을 추정하기 위한 제안식과 비교하여 그 적용성을 검토하고자 하였다.

2. 시험발파

발파설계는 통상적으로 다음의 3가지에 의한 방법에 근거하여 수행된다.

(1) 기존의 설계자료, 유사암종의 설계인자 등 경험적 자료에 의한 방법
(2) 지반조사용 시추공을 이용한 시추공 시험발파로부터 도출된 진동식을 이용하는 방법
(3) 설계 지역의 현지암반 또는 인접지역에서 실규모 시험발파를 수행, 진동식을 도출하여 이용하는 방법

먼저, 기존의 경험적 자료를 이용하는 경우에는 현지 암반의 특성을 반영하지 못함은 물론 각 자료 간에 특정한 기준이 없어 그 결과는 상당한 차이를 나타내게 되므로 본 방법만으로 설계를 수행할 경우 그 신뢰도는 매우 낮을 수밖에 없다. 따라서, 현지암반 또는 인접지역에서의 수행한 시험발파 결과와 상호 분석 및 검토한 후에 적용여부를 결정하는 것이 바람직하다.

다음으로, 시추공 중 암반이 나타나는 수 개의 지점에 폭약을 장전 후, 시추공에서 일정거리를 두어 계측기를 설치한 뒤 실시하는 시추공 시험발파에서는 암반을 전파해 오는 탄성파를 측정하게 되며 이들 데이터를 분석하여 실제 시공시 발파에 따른 발파영향권의 검토와 최적설계를 위한 기초 자료로서 활용이 가능하다. 그러나 본 작업의 진동 측정결과는 일반발파와 같이 폭약의 힘이 암반을 파쇄시킬 때 발생하는 진동량이 아니라 소량의 폭약으로 발파를 하여 그때 발생하는 일정량의 파의 크기를 측정하는 정도이므로 일반발파 시 측정되는 진동의 특성과는 엄연히 차이가 있다. 따라서 경험적으로 볼 때 시추공 시험발파 결과는 대부분이 보수적으로 설계 적용에 어려운 점이 있다.

마지막으로, 실규모 시험발파는 향후 본 발파시 적용하고자 하는 형태의 발파패턴을 현지암반 내지 동일 암종에서 동일한 패턴으로 시험하는 방법으로, 그 결과는 본 발파시의 결과와 거의 동일한 경우로 취급할 수 있는 최적의 설계 전 시험방법이라고 할 수 있다. 실규모 시험발파는 터널 실규모 발파와 노천 실규모 발파의 두 가지 실험방법이 있다. 터널 실규모 시험발파는 설계 구간과 동일한 암질로 조성된 터널현장에서 계획중인 설계에 준한 발파패턴으로 발파하는 것으로 다른 어떠한 시험발파보다도 현장성이 있는 방법이다. 그러나 본 방법에는 다음과 같은 문제점이 있다.

(1) 시험발파를 위한 현장을 수배하기가 매우 어렵고, 수배하였다 하더라도 과업 계획대로 발파패턴을 적용, 시험발파를 하기가 사실상 불가능하다.
(2) 터널발파는 노천발파와 다르게 분할발파가 어려우므로 설계를 위한 데이터를 얻기 위해서는 전단면발파를 수회 이상 실시해야 하나, 이는 거의 불가능에 가깝다. 또한 수행이 가능하다고 하더라도 시험발파를 수행할 현장의 작업공정상 필요한 시간을 감안하면 장시간에 걸쳐 수행되어야 한다.
(3) 발파 시 5∼10대의 계측기가 설치되며, 이때 설치 위치는 진동측정이 제대로 되는 위치여야 함은 물론 많은 계측기의 설치를 위한 작업 공간도 있어야 한다. 그러나 대부분의 터널현장은 산악지대로서 이와 같은 조건을 충족하기가 용이하지 않다. 계측위치가 불량하면 설계 적용을 위한 데이터의 신뢰도가 저하된다.

한편, 노천 실규모 발파는 노천에서 실시할 발파패턴을 자유면 형성을 위한 심발발파 및 이를 포함한 터널 발파패턴을 축소하여 실제와 같은 발파작업을 실시할 수 있을 뿐만 아니라 계측기 설치위치도 발파장소 내에서 자유자재로 선택하여 실시할 수 있으므로 설계에 필요한 제반 요소를 가장 정확히 획득할 수 있으나, 실제의 터널과 같이 굴착경계선의 여굴, 굴진장, 파쇄암의 비산거리, 파쇄암의 입도분석 등은 불가능한 단점이 있다. 그러나 발파설계에 가장 중요한 인자인 발파 시 발생하는 진동량을 현지암반 내지 동일 암종에서 정확히 측정할 수 있으므로 해당 암에 대하여 신뢰도 높은 발파진동 추정식을 도출하여 설계에 적용할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 노천 실규모 발파를 수행하여 발파진동 추정식을 도출하도록 한다.

2.1 발파진동 추정식

1장에서 서술한 바와 같이 발파진동을 추정하기 위한 식은 지금까지 다수의 연구자들에 의해 제안되었다. 이 중 대표적인 것으로 미 광무국(USBM, U.S. Department of Interior, Bureau of Mines) 고시 제656호(Nicholls et al., 1971)에서는 10여 년간 채석장을 중심으로 발파진동에 관해 축적된 연구결과를 분석하여 Eq. (3)을 제시하였으며, 본 식을 미 광무국 식이라고 한다. 본 식은 국내의 발파 설계에 있어 다수의 적용 실적을 갖는다.

(3)

V=160(DW)−1.6

한편, 우리나라의 국토교통부(구 건설교통부)에서도 보안 시설물의 진동기준 및 이격거리에 맞는 지발당 장약량을 구하고 이에 적합한 발파공법을 선정할 수 있도록 발파진동 추정식을 제시하였으며, 이는 Eq. (1)의 형태에서 K=160, n=-1.6을 사용한 신뢰도 75%의 식으로 전술한 미 광무국 식을 근간으로 하고 있다(MCT, 2003). 또한 2006년 12월에는 국내의 지반매질 특성 반영에 의한 신뢰도 향상을 위해 국토교통부 소속 각 지방청에서 발주한 국내 도로공사 현장의 실 계측 자료로부터 구한 K=200, n=-1.6을 사용한 신뢰도 84%의 Eq. (4)를 ‘도로공사 노천발파 설계⋅시공 지침’에 수록하여 발표하였다(MCT, 2006).

(4)

V=200(DW)−1.6

2.2 발파진동 계측기의 제원

시험발파시 진동 측정에 사용된 계측장비는 캐나다 Instantel사의 BlastMateII 및 BlastMate III 각 1대, Minimate 077 3대 및 미국 GeoSonics사의 SSU2000DK 1조, NOMIS NS 5400 1대이다. 본 기기들은 기본적으로 아래와 같이 폭원에서부터 진행되어 오는 진동 성분의 폭원 방향과 수직 방향(Vertical), 진행 방향(Longitudinal) 및 접선 방향(Transversal) 등 세 방향의 지반진동(Fig. 1)을 감지하는 삼축 변환기 및 측정을 제어하고 기록하는 모니터로 구성되며, 각 진동 발생에 대하여 세 방향 성분에 대한 최대입자속도, 최대입자변위, 최대입자가속도, 최대속도에서의 주파수, 최대 벡터합 속도 등을 출력한다. 각 계측기의 제원을 Table 1에 나타내었으며, GeoSonics SSU2000DK 및 Blastmate Series를 각각 Figs. 2 및 3에 나타내었다.

Fig. 1

Schematic Diagram on Directions of Blasting-induced Vibration

Table 1

Specification of Instruments for Measuring Vibration

Specification	GeoSonics SSU2000DK	Blastmate series
Specification	GeoSonics SSU2000DK	Minimate 077	Blastmate â…¡	Blastmate â…¢
Max. Range (mm)	102	127	254	254
Min. Resolution (mm/sec)	0.25	0.01	0.0159	0.0159
Frequency (Hz)	2~250	2~250	1.5~250	2~300

Fig. 2

Shape of GeoSonics SSU2000DK

Fig. 3

Shape of Blastmate Series

2.3 실규모 시험발파의 수행

실규모 시험발파는 경상남도 창원시 진해구에 위치한 석산을 대상으로 수행하였다. 석산의 암종은 석영안산암질로 구성되며, 뇌관은 전기뇌관(MS뇌관)을, 폭약은 고려노벨화약의 에멀젼 계열 화약인 New Emulite 150 (160 g/본×직경 32 mm×약장 200 mm)을 사용하였다. 시험발파는 브이컷(V-cut, 경사심발공법) 실규모 발파, 실린더(Cylinder-cut, 평행심발공법) 실규모 발파, 실린더 심발발파, 실린더 심발발파, 브이컷 심발발파의 총 5회를 수행하였다. 여기서, 실린더 발파시의 무장약공 직경은 102 mm로 하였다. 각 시험발파에 대한 조건 및 시험발파 패턴을 Table 2 및 Figs. 4∼7에 나타내었다. 또한 천공작업 상황 및 발파작업 준비상황을 각각 Figs. 8과 9에 나타내었다.

Table 2

Conditions on Each Test Blasting

Test Number		#1	#2	#3	#4	#5
Blasting method		V-cut (Real scale)	Cylinder-cut (Real scale)	Cylinder-cut	Cylinder-cut	V-cut
Blasthole	Diameter	45 mm	45 mm	45 mm	45 mm	45 mm
Blasthole	Length	2200 mm	2200 mm	2200 mm	2200 mm	2200 mm
Explosive		Emulsion	Emulsion	Emulsion	Emulsion	Emulsion
Number of blasthole		32	36	14	14	16
Total charge		30.76 kg	34.56 kg	11.52 kg	15.36 kg	15.36 kg

Fig. 4

Blasting Pattern (V-cut, real scale) (Test #1)

Fig. 5

Blasting Pattern (Cylinder-cut, real scale) (Test #2)

Fig. 6

Blasting Pattern (Cylinder-cut) (Test #3, #4)

Fig. 7

Blasting Pattern (V-cut) (Test #5)

Fig. 8

Performing Blasthole-drilling

Fig. 9

Preparation of Blasting

3. 시험발파 결과 분석

3.1 심발발파 종류에 따른 파쇄암 입경분석

실린더 심발발파(Cylinder-cut, Test #4)와 브이컷 심발발파(V-cut, Test #5)를 수행하여 파쇄암 상태를 확인하였다. 그 결과, 파쇄암의 입경은 실린더 심발발파의 경우 40∼50 cm, 브이컷 심발발파의 경우 30∼60 cm로 나타났다(Fig. 10). 파쇄암의 입경을 분석하기 위한 프로그램으로 WipFrag을 사용하였다. WipFrag은 영상 또는 사진을 입력하여 발파나 파쇄된 암석의 입경을 분석하는 프로그램이며, 본 프로그램에 의한 영상처리 결과 및 이로부터 도출된 평균 입경은 실린더 심발발파(d_mean=8.8 cm)와 브이컷 심발발파(d_mean=10.5 cm)가 유의한 차이를 보이지 않았다. WipFrag에 의한 Test #4 및 Test #5에 대한 파쇄암의 영상처리 결과를 각각 Figs. 11 및 12에 나타내었다.

Fig. 10

Shape of Blasted Rock with Blasting Method

Fig. 11

Image-processed Result by WipFrag Program (Cylinder-cut, Test #4; dmean=8.8cm)

Fig. 12

Image-processed Result by WipFrag Program (V-cut, Test #5; dmean=10.5cm)

3.2 진동 측정결과 분석

실규모 시험발파 시 발생하는 진동 측정결과를 Table 3에 나타내었다. 발파진동의 전파특성을 나타내는 추정식은 계측자료로부터 회귀분석을 통해 각각의 상수를 구한 후 적합도가 높은 식을 선택하는 것이 일반적이다. 따라서, 발파진동 계측자료를 통해 발파진동의 세 성분인 수직 방향(V, Vertical), 진행 방향(L, Longitudinal) 및 접선 방향(T, Transversal) 성분에 대한 벡터합에 대하여 자승근 환산거리 및 삼승근 환산거리 기법으로 진동의 중위수준인 50%을 나타내는 식(신뢰수준 50%) 및 자료의 95%를 포함하는 식(신뢰수준 95%)을 각각 도출하여 이 중 가장 적합도가 높은 식을 발파진동 추정식으로 채택한다. 발파진동 추정식의 결정을 위하여 자승근 환산거리(SRSD, Square Root Scaled Distance) 및 삼승근 환산거리(CRSD, Cube Root Scaled Distance)에 대해 선형 회귀분석(Linear regression) 결과 및 도출된 계수들을 각각 Fig. 13 및 Table 4에 나타내었다.

Table 3

Measured Results of Blasting-induced Vibration

Blasting pattern	Test No.	Measuring location	Max. Charge weight (kg)	Trans. (cm/sec)	Vert. (cm/sec)	Long. (cm/sec)	PVS (cm/sec)	Distance (m)
V-cut (Real scale)	1	No.1	2.56	1.03	0.978	0.876	1.22	17
		No.2		0.762	0.356	0.381	0.787	23
		No.3		0.622	0.711	0.495	0.887	30
		No.4		0.292	0.267	0.140	0.346	44
		No.5		0.445	0.222	0.235	0.498	38
		No.6		0.45	0.20	0.40	0.53	50
		No.7		0.20	0.14	0.20	0.27	58
Cylinder-cut (Real scale)	2	No.1	2.56	0.584	0.432	0.660	0.775	23
		No.2		0.203	0.190	0.165	0.236	29
		No.3		0.324	0.254	0.330	0.410	36
		No.4		0.184	0.152	0.146	0.205	44
		No.5		0.184	0.114	0.0953	0.216	50
		No.6		0.25	0.05	0.30	0.33	56
		No.7		0.08	0.07	0.08	0.13	64
Cylinder-cut	3	No.1	1.92	0.127	0.762	0.241	0.257	38
		No.2		0.152	0.0508	0.0762	0.161	42
		No.3		0.146	0.0826	0.0826	0.151	47
		No.4		0.159	0.0572	0.0762	0.173	53
		No.5		-	-	-	N/A	-
		No.6		0.05	0.05	0.05	0.10	63
		No.7		0.06	0.07	0.06	0.10	71
Cylinder-cut	4	No.1	2.56	0.445	0.165	0.597	0.598	45
		No.2		0.229	0.114	0.127	0.235	50
		No.3		0.165	0.108	0.159	0.194	56
		No.4		0.222	0.127	0.184	0.284	63
		No.5		0.152	0.0762	0.133	0.176	68
		No.6		-	-	-	N/A	-
		No.7		0.02	0.02	0.03	0.04	81
V-cut	5	No.1	2.56	0.203	0.0889	0.279	0.335	37
		No.2		0.140	0.0762	0.140	0.193	40
		No.3		0.197	0.0699	0.114	0.214	45
		No.4		0.140	0.0635	0.114	0.176	52
		No.5		0.0889	0.0381	0.0635	0.105	57
		No.6		-	-	-	N/A	-
		No.7		0.14	0.08	0.13	0.20	69

Fig. 13

Determination of Equation for Prediction of Blasting-induced Vibration

Table 4

Determinated Parameters for Square Root and Cube Root Equations with Confidence Level (50%, 95%)

Parameter	Linear regression using SRSD		Linear regression using CRSD
Parameter	50%	95%	50%	95%
K	56	118	74	167
n	-1.565	-1.565	-1.576	-1.576
R²	0.776	0.776	0.762	0.762

3.3 발파설계를 위한 진동추정식의 결정

실규모 시험발파에 의해 구해진 신뢰수준 50% 및 95%에 대한 자승근식(SRE, Square Root Equation)과 삼승근식(CRE, Cube Root Equation)의 거리에 따른 지발당 장약량을 진동관리 기준이 0.2 cm/sec, 0.3 cm/sec 및 0.5 cm/sec인 경우에 대해 계산하여 Table 5에 나타내었으며, 이를 Fig. 14에 그래프로 도시하였다. 본 그래프로부터, 신뢰수준(Confience level) 50%의 경우에는 진동관리 기준이 0.2 cm/sec, 0.3 cm/sec 및 0.5 cm/sec인 경우에 대해 자승근식이 각각 약 55 m, 45 m, 30 m에서 삼승근식에 비해 안전약량을 산출함을 알 수 있으며, 신뢰수준 95%의 경우에는 각각 105 m, 80 m, 60 m에서 삼승근식에 비해 안전약량을 산출함을 알 수 있다. 즉, 신뢰수준 50%의 자승근식 및 95% 모두 상대적으로 원거리에서 안전약량이 산출되었으며, 이를 토대로 본 연구에서는 신뢰수준 95%의 자승근식을 발파진동 추정식으로 결정한다.

Table 5

Maximum Charge Per Delay with Vibration Value and Distance

(a) V=0.2 cm/sec
Equation	Confidence level	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110
SRE	50%	0.07	0.30	0.67	1.19	1.86	2.68	3.65	4.77	6.04	7.46	9.02
SRE	95%	0.03	0.12	0.26	0.46	0.72	1.04	1.41	1.84	2.33	2.88	3.48
CRE	50%	0.01	0.10	0.35	0.83	1.62	2.79	4.43	6.62	9.42	12.92	17.20
CRE	95%	0.00	0.02	0.07	0.18	0.34	0.59	0.94	1.41	2.00	2.74	3.65
(b) V=0.3 cm/sec
Equation	Confidence level	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110
SRE	50%	0.13	0.50	1.13	2.00	3.13	4.51	6.14	8.01	10.14	12.52	15.15
SRE	95%	0.05	0.19	0.43	0.77	1.21	1.74	2.37	3.09	3.91	4.83	5.85
CRE	50%	0.03	0.22	0.75	1.79	3.49	6.04	9.59	14.31	20.38	27.96	37.21
CRE	95%	0.01	0.05	0.16	0.38	0.74	1.28	2.04	3.04	4.33	5.94	7.90
(c) V=0.5 cm/sec
Equation	Confidence level	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100	110
SRE	50%	0.24	0.96	2.16	3.85	6.01	8.66	11.79	15.39	19.48	24.05	29.11
SRE	95%	0.09	0.37	0.84	1.48	2.32	3.34	4.55	5.94	7.52	9.28	11.23
CRE	50%	0.07	0.59	2.00	4.73	9.24	15.97	25.36	37.85	53.89	73.92	98.39
CRE	95%	0.02	0.13	0.42	1.00	1.96	3.39	5.39	8.04	11.45	15.70	20.90

Fig. 14

Graph of Maximum Charge Per Delay with Vibration Value and Distance

본 연구에서 발파진동 추정식으로 결정한 신뢰수준 95%의 자승근식을 발파진동 추정을 위한 기존의 제안식과 비교하여 그 적용성을 검토하고자 한다. 비교를 위한 식으로서, 국내 발파설계에 다수의 적용 실적을 갖는 미 광무국(USBM, U.S. Department of Interior, Bureau of Mines)식 (Nicholls et al., 1971)을 사용하였다. 각 식들을 동일한 조건에서 비교하기 위하여, 최대 지발당 장약량을 1.0 kg으로 설정하여 각 발파진동 추정식의 환산거리(SD, Scaled Distance)에 따른 지반의 진동속도(Particle velocity, cm/sec)를 Fig. 15에 도시하여 비교하였다. 이때, 환산거리는 실제의 거리와 같아진다. 실규모 시험발파 결과와 비교할 때, 거리에 따른 발파진동 추정치는 미 광무국 식이 실규모 시험발파 결과보다 보수적인 결과를 보이고 있다. 따라서, 현장 여건에 부합하는 최적의 발파설계를 위해서는 실규모 시험발파를 통한 진동의 계측 및 이에 근거한 발파진동 추정식을 도출할 필요가 있다고 생각된다.

Fig. 15

Comparison Between Tendencies of Blasting-induced Vibration with Distance

4. 결론

본 연구에서는 경남 창원시 진해 지역에서 실규모 시험발파를 수행하여 심발발파 종류에 따른 파쇄암의 입경을 분석하고, 이에 대한 진동 계측결과를 바탕으로 제시한 발파진동 추정식을 국내의 발파 설계에서 다수의 적용 실적을 갖는 미 광무국 식과 비교하여 그 적용성을 검토하였다. 본 연구로부터 도출된 결론은 다음과 같다.

(1) 실린더 및 브이컷 심발발파시 파쇄암의 입경은 각각 40∼50 cm 및 30∼60 cm로 나타났다. 또한 파쇄암의 입경을 분석하는 프로그램인 WipFrag에 의한 영상처리 결과로부터 도출된 평균 입경은 실린더 심발발파(d_mean=8.8 cm)와 브이컷 심발발파(d_mean=10.5 cm)가 유의한 차이를 보이지 않았다.
(2) 실규모 시험발파시 발생한 진동측정 결과에 근거하여 신뢰수준 50% 및 95%에 대한 자승근식 및 삼승근식을 도출하였으며, 두 신뢰수준에서 모두 자승근식이 삼승근식에 비해 원거리에서 상대적으로 안전약량을 산출하는 것으로 나타났다. 이에 따라, 본 연구에서는 신뢰수준 95%의 자승근식을 발파진동 추정식으로 결정하였다.
(3) 실규모 시험발파 결과와 비교시, 거리에 따른 발파진동 추정치는 미 광무국 식이 실규모 시험발파 결과보다 보수적인 결과를 보였다. 따라서, 현장 여건에 부합하는 최적의 발파설계를 위해서는 실규모 시험발파를 통한 진동의 계측 및 이에 근거한 발파진동 추정식을 도출할 필요가 있다.

본 시험으로부터 도출된 발파진동 추정식은 지속적인 시험발파를 통해 검증이 필요하며, 실제 터널 시공 등에서는 진동을 함께 계측함으로써 주변 보안물건에 피해가 발생하지 않도록 유념할 필요가 있다.