도심지 지하철 시공시 발파의 영향과 대책

2010. 12. 8.

1. 1. 서 론서 론 목 차목 차 목 차목 차

1. 1. 발파일반발파일반 1. 1. 발파일반발파일반

구 분 다이나마이트류에 멀 젼 류

정밀폭약고성능 일반 벌크

제 품개 요

폭 속(m/sec)

6,100~6,700 6,000 5,700~5,900 5,500 4,200~4,400

특 징 • 극경암 ~ 경암• 후가스 발생

• 극경암 ~ 경암• 다이나마이트 대체

• 경암 ~ 보통암• 안정성 및 경제성

• 장전차량이용• 안정성 및 경제성

• 조절발파 전용• 설계굴착선 적용

제품명

한화

메가마이트 메가맥스 뉴마이트플러스 하이맥스 화이넥스

고려

- 슈퍼에멀젼 뉴에뮬라이트 NE1000 카이넥스

1. 1. 터널굴착용 폭약류터널굴착용 폭약류


2. 2. 터널굴착용 뇌관류터널굴착용 뇌관류

구 분 전기뇌관 비전기뇌관 전자뇌관

제품개요

경 제 성 • 보통 (100%) • 전기식에 비해 고가 (180%) • 전 기 식 에 비 해 고 가(2,000%)

전류 , 낙뢰 민감 안전 안전

결선확인 • 도통시험기 , 저항측정기 • 육안에 의한 결선확인 • 결선 테스터기

제품명

한화 하이데토 하이넬 별도수입

고려 NPED 코넬 NPED 노넬 전자뇌관


3. 3. 뇌관의 구조에 따른 분류뇌관의 구조에 따른 분류

순발뇌관 : 지연요소가 없이 점화옥의 발화나 접촉에 의해 즉시 폭발 (0ms)

지발뇌관 : 지연요소의 길이에 따라 시차가 발생하면서 폭발 MS 뇌관 : 1/100 초 단위로 분할하여 시차를 발생 (20ms 단위 )

LP 뇌관 : 1/10 초 단위로 분할하여 시차를 발생 (100ms 단위 )

지발당장약량 : 순발이나 지발뇌관을 이용하여 장약할 경우 , 같은 번호의 뇌관에 결합되는

장 약량의 합


제품개요


4. 4. 결합방법에 따른 사용단수결합방법에 따른 사용단수


사용단수( 한화기준 )

• MS 시리즈 : 20 단차• LP 시리즈 : 25 단차• MS+LP 최대 조합 39단차• 다단식발파기 사용시 300 단차 이상

• MS 시리즈 : 20 단차• LP 시리즈 : 25 단차• Bunch connecter : 5 단차• MS+LP+Bunch 조합시 300 단차 이상

• 프로그램 Unit 를 사용하여 1ms 이상의 초시를 설정 가능

조합방법


5. 5. 전기뇌관 사용시의 문제점 및 대책전기뇌관 사용시의 문제점 및 대책

전기적인 위험성이 있는 정전기와 누설전류에 취약

낙뢰 발생시 오발 가능

대책 : 누설전류측정 , 낙뢰발생 경보기 , 비전기뇌관 등

누설전류측정기 낙뢰발생 경보장치 비전기 뇌관

• 뇌관 발화 최소전류 : 0.3 ~ 0.4 A• 누설전류검지기에 의한 일상 확인

• 뇌관 폭발 최소 Energy : 3 ~ 4 mJ• 낙뢰발생 경보장치 현장내 비치

• 전기적 영향에 안전


6. 6. 화약류 적용의 문제점 및 대책화약류 적용의 문제점 및 대책

화약류 규격의 상이 : 한화 , 고려화약의 화약류 상이 ( 터널용 기준 )

발파설계상 동일규격으로 설계 불가 – 대부분 한화기준으로 설계

발파패턴도 Note 에 감독관의 확인에 따라 동등 이상의 화약류를 쓸 수 있다고 수록됨

대책

• 설계도상의 화약류를 적용하는 것이 무난

• 변경시는 제조사의 화약류 규격을 고려하여 동등이상의 화약류를 적용

구 분규 격

한 화 고 려

에멀젼계( 카트리지기준 )

Ø25 x 250mm x 125g Ø25 x 200mm x 100g

Ø32 x 295mm x 250g Ø32 x 200mm x 160g

정밀폭약 Ø17 x 500mm x 100g Ø17 x 500mm x 125g

뇌 관 • MS : 20 단차 (0,1,2---19)• LP : 25 단차 (1,2,3---25)

• MS : 20 단차 (0,2,3---20)• LP : 19 단차 (2,3,4---20)

2. 2. 발파환경 영향발파환경 영향 2. 2. 발파환경 영향발파환경 영향

1. 1. 용어정리용어정리

허 용 치 : 발파시 발파지점에서 일정거리에 이격되어 있는 보안물건이나 인체의 영향에

대해

안전율을 부여한 것 .

보안물건 : 총포도검화약류단속법상 화약류 폭발과 관련하여 1 ～ 4 종까지 구분하여 지정해

놓

은 물건들을 말한다 . 토목분야에서는 구조물이나 인체에 관련된 사항으로 한정됨 .

진동속도 : cm/sec(kine), mm/sec , 구조물 피해 표시 기준

진동레벨 : dB(V) , 인체에 대한 가속도레벨에 수직감각을 주파수에 의한 감각보정회로를

통해

보정한 진동치

소음레벨 : dB(A) , 음압레벨을 주파수 1,000Hz 기준으로 청감보정회로를 통해 보정한

소음치

음압레벨 : dB(L) , 음압의 크기 level 을 표시한 것


2. 2. 발파진동 규제기준발파진동 규제기준

터널표준시방서 2009.

구 분문화재등진동예민구조물

조적식 ( 벽돌 ,석재등 ) 벽체와 목재로된 천장을

가진 구조물

지하기초와 콘크리트 슬래브를 갖는

조적식건물

철근콘크리트 골조 및 슬래브를 갖는

중소형 건축물

철근 콘크리트 , 철근 골조 및 슬래브를 갖는 고층아파트 이상의 대형건물

진동치 0.3 cm/sec 1.0 cm/sec 2.0 cm/sec 3.0 cm/sec 5.0 cm/sec

서울시 지하철

구 분 문화재 등결함 또는 균열이

있는 건물균열이 있고 결함이

없는 건물회벽이 없는 공업용

콘크리트 구조물

진동치 0.2 cm/sec 0.5 cm/sec 1.0 cm/sec 1.0~4.0 cm/sec

구조물 관련



지중 매설물 관련

구 분 적 용 사 항허용진동치 (cm/sec) 비 고

철재관로 ,

주철관로

상하수도 4.0

• 한국가스공사 적용규제기준

가스관 1.0

콘크리트구조물오우수관로 ,

지중구조물 2.54 • 피해발생기준 200g 의 안전성 적용

PVC 통신 및 전력선 4.0 • 휨인성으로 인해 진동영향 약함


인체 및 가축 관련

시간별 대상지역

주간 (06:00∼22:00) 야간 (22:00∼06:00)

주거지역 , 녹지지역 , 준도시지역 중 취락지구 및 운동 휴양지구･ , 자연환경보전지역 , 기타 지역안에 소재한 학교‧병원‧공공도서관

65 이하 60 이하

기타지역 70 이하 65 이하

∙ 주 . 발파진동의 경우 주간에만 규제기준치에 +10dB(V) 을 보정한다 .

생활진동 기준 ( 소음진동규제법 [ 단위 :Leq.dB(V)]



대 상 지 역 시간별

소음원

조 석(05:00-08:00, 18:00-22:00)

주 간(08:00-18:00)

심 야(22:00-05:00)

주거지역 , 녹지지역 , 관리지역 중 취 락 지 구 및 관 광 ㆍ 휴 양 개 발 진 흥 지 구 , 자연환경보전지역 , 그 밖의 지역 안 에 소 재 한 학교ㆍ병원ㆍ공공도서관

공장ㆍ사업장 50 이하 55 이하 45 이하

공사장 60 이하 65 이하 50 이하

그 밖 의 지 역

공장ㆍ사업장 60 이하 65 이하 55 이하

공사장 65 이하 70 이하 50 이하

∙ 주 . 발파소음의 경우 주간에만 규제기준치에 +10dB(A) 을 보정한다 .

3. 3. 발파소음 규제기준발파소음 규제기준생활소음 기준 ( 소음진동규제법 [ 단위 :Leq.dB(A)]

발파진동 단위 이원화 : 진동레벨 dB(V) 와 진동속도 cm/sec(kine)

• 국토해양부 ( 시공사 ), 경찰청 : cm/sec ( 구조물 기준 )

• 환경부 : dB(V) ( 구조물 , 인체나 가축 )

• 중앙환경분쟁조정위원회 : cm/sec ( 구조물 ), dB(V) ( 인체나 가축 )

진동레벨과 속도 변환식

• dB(V)=20logV+71 (V 가 mm/sec 일때 ) : 에지마식 , 환경부권고식

논쟁

• 각 기관별 적용상이로 판정의 어려움

• 발파진동에서 에지마식의 상관성이 낮아 적용 곤란 ( 허용치 65dB(V)=0.05 cm/sec)

대책

• 인체나 가축에 대해서는 진동레벨 (dB(V)) 적용 및 진동레벨측정기로 계측

• 구조물에 대해서는 진동속도 (cm/sec) 적용 및 진동속도측정기로 계측

• 진동속도와 진동레벨에 대한 상관관계 현실화 연구를 위한 실험 지속

4. 4. 발파진동 관련 논쟁발파진동 관련 논쟁

2. 2. 발파환경발파환경 영향영향 2. 2. 발파환경발파환경 영향영향

5. 5. 발파소음 관련 논쟁발파소음 관련 논쟁


발파소음치 산정식

• dB(A)= 측정소음치 ( 최대값 )+10logN : 소음진동환경오염공정시험기준 (2008,

환경부 )

논쟁

• 발파횟수 보정 추가 (+10logN) - 환경부의 과도하고 엄격한 기준적용으로 도심지 토공

발파 곤란

• 측정치 적용시 발파소음만 최대치 적용 - 다른소음 ( 생활 , 철도 , 항공 등 ) 은

등가소음도

또는 측정치 상위 10 개의 산술평균으로 측정치 적용

• 발파소음만 완화보정값이 없음 - 철도 (-32.6) 나 항공기 (-27) 는 완화보정값이 있음

대책

• 측정치 상위 10 개의 산술평균 방식으로 완화 요구

• 철도나 항공기의 경우처럼 완화보정값을 적용 요구

• 최근정보 : 65dB(A) 이상값만 N 횟수에 포함하기로 협의중

진동으로 인한 건축물 피해평가에 관한 연구 (2002.4)

• 건축물의 진동피해 및 인과관계 규정

• 진동기여도 산정방식으로 진동허용치 산정 및 배상액 산정

공사장 환경분쟁사건 소음 .진동도 산출방법 개선연구 (2007.11)

• 진동속도와 진동레벨의 환산관계식 제안 : VL(dB(V))=13.54logV+72.33

환경분쟁 피해배상액 산정기준 조정보완시행 (2008.1)

• 인체 및 가축의 정신적 피해기준 규정

- - 인체 인체 : : 발파소음 발파소음 ; 75dB(A), ; 75dB(A), 발파진동 발파진동 ; 75dB(V), ; 75dB(V),

- - 가축 가축 : : 발파소음 발파소음 ; 60dB(A), ; 60dB(A), 발파진동 발파진동 ; 57dB(V)≒0.02kine; 57dB(V)≒0.02kine


진동기여도 = (cm/sec)

작용진동수준

(15- 건축물상태평가 )+작용진동수준

6. 6. 시공중 발파관련 민원 시공중 발파관련 민원

시공중 발파민원 처리 : 중앙환경분쟁조정 위원회 (3 가지 근거 )

6. 6. 시공중 발파관련 민원 시공중 발파관련 민원


용인전철공사장 소음진동으로 인한 건물 피해 (2010.8)

• 진동피해 개연성 판단기준 1.5cm/sec 이내로 기각 ( 진동기여도산정방식 적용 )

종로구건물공사장 소음진동먼지로 인한 정신적 피해 (2009.7)

• 진동피해 인정수준 0.56cm/sec 이상으로 배상 ( 진동기여도산정방식 적용 )

• 소음허용기준 75dB(A) 이상으로 배상

용인도로공사장 건물 및 정신적 피해 (2009.6)

• 정신적피해 : 소음 인정기준 80dB(A) 이내 , 진동인정기준 75dB(V) 이내로 기각

• 건물피해 : 진동 인과관계 인정수준 0.21cm/sec 초과 배상 ( 진동기여도산정방식

적용 )

순천도로공사장 소음진동먼지 피해 (2009.6)

• 정신적피해 : 소음 인정기준 80dB(A) 이상 , 진동인정기준 75dB(V) 이내로 배상

• 건물피해 : 진동 건물피해 인정기준 0.3cm/sec 이내로 기각 ( 진동기여도산정방식

적용 )

중앙환경분쟁조정 위원회 분쟁조정 사례 ( 최근 )

1. 1. 현장 시험발파 현장 시험발파

3. 3. 발파 설계 과정발파 설계 과정 3. 3. 발파 설계 과정발파 설계 과정

현지 시험발파를 통한 진동 특성치 산정

시 추 공시험발파

터널실규모시험발파

누 두 공시험발파

진 동 계 측

• 시험발파를 통한 진동계측

데이터 확보

• 현지지반 발파특성치

K, n 값 산정

2. 2. 결과분석 결과분석

회귀분석을 통한 발파진동추정식 산정

자승근 환산거리에 의한 결과 삼승근 환산거리에 의한 결과

구 분 신뢰도 발파진동 추정식 K n

자승근 환산거리 95% V = K (D

)n

131.01 1.53

W1/2

삼승근 환산거리 95% V = K (D

)n

250.33 1.71

W1/3


3. 3. 발파진동 영향권 분석 발파진동 영향권 분석

보안물건에 대한 영향여부 분석

이격거리별 지발당장약량 산정

적용 발파패턴의 지발당장약량에 대한 허용치별 안전거리 검토

평 면 단 면


대구경심발공법 (PLHBM) 적용 라인드릴링 공법 적용 심발공 4 Cylinder-cut 적용

4. 4. 구간별 발파패턴 선정 구간별 발파패턴 선정

진동제어 공법 적용

보안물건별 허용진동치 초과 구간에 대해 진동제어 공법 검토 적용

전구간 발파패턴 결정 및 도면작성


5. 5. 시공중 시공중 - - 발파설계 적정성 검토 발파설계 적정성 검토 분석 분석 시공시 현장내 시험발파

∙ 시험발파를 통한 진동계측 데이터

확보

∙ 현지지반 발파특성치 K, n 값 산정

∙ 발파진동 추정식 산정 비교

토 공시험발파

터 널시험발파 설계 적정성 확인

민원대비


4. 4. 터널발파터널발파 4. 4. 터널발파터널발파

1. 1. 터널 각 부분 명칭터널 각 부분 명칭


2. 2. 동심원 기폭 동심원 기폭 systemsystem

1 차로 심발부를 기폭하고 점차 외곽으로 확대하면서 발파

심발부 : 1 자유면 발파 , 기 타 : 2 자유면 발파


3. 3. 심발공법의 종류심발공법의 종류

구 분경사공 심발공법 평행공 심발공법

V-cut Cylinder-cut

공 법개요도

공 법특 징

•막장면의 자유면 형성 위해 먼저 V-hole 을 집중장약 발파하여 자유면을 형성

•무장약공을 자유면으로 이용하는 공법으로 인접 수평장약공을 발파하여 자유면을 형성

대표 심발공법


변형 및 복합 심발공법 ( 특허공법 )

구 분경 사 공 평 행 공 복 합

HTB-cut대구경심발(PLHBM)

Supex-cut COPA-cut SAV-cut

공 법개요도

공 법특 징

•Baby V-Hole 을 먼 저 발 파 하 고 다음열 V 의 중간을 발파면적확대

•진 동 저 감 을 목적으로 2 자유면 효과를 위해 대구경(Ø362mm) 의 무 장 약 공 을 선행 천 공 하 여 자유면 형성

•막장 면 의 자유면 형성 위해 V-cut 을 먼 저 발 파 하 고 잔 류 부 분 을 수평공 으 로 추가 발 파 하 여 자유면 형성

•중앙수평공을 먼저 기 폭 인 장 파괴후 경 사 공 발 파 하 여 압축 및 전단파괴

•중 앙 수 평 공 의 장 약 부 를 먼 저 기 폭 하 여 암 반 을 약화시킨후 양쪽의 경 사 장 약 공 을 기 폭 하 여 자유면 형성

목 적 굴진효율 증대 진동제어 굴진효율 증대 - 굴진효율 증대

3. 3. 심발공법의 종류심발공법의 종류


1 자유면 발파형태인 심발부에서 최대로 발생

이후 , 2자유면이 형성되면서 확대공 , 측벽부 , 천단부 , 바닥공 순으로 폭발이

일어나지만

진동은 급격히 줄어듬

터널 발파관리

• 심발공법을 이해하고 , 천공간격 , 장약량 등을 관리

4. 4. 심발부의 진동속도 영향심발부의 진동속도 영향


터널이나 사면에서 벽면의 암반 손상을 최소화 하는 발파공법

암반내로의 균열발생을 최소화 하여 미려한 벽면을 형성하는 것이 목적

터널 : Smooth Blasting, Line Drilling, S.B+L.D

사면 : Pre-splitting, Cusion Blasting

구 분Smooth

BlastingLine Drilling S.B+L.D

공 법개요도

공 법

특 징

∙ 공간격 :

600-650mm

∙ 장약 :

Ø17mm

정밀폭약

∙ 공간격 :

200-300mm

∙ 장약 :

무장약

∙ 격간설치

5. 5. 조절발파 공법조절발파 공법


6. 6. 여굴관리여굴관리

여굴발생 원인

구 분 발 생 원 인

굴 진 장• 굴진장이 증가하면 장비의 천공각도에 의해

여굴이 증대 (Look-out)

천공기능• Jumbo Drill 조종원과 막장과의 이격거리 존재

• 천공 위치에 따른 과도한 상향천공 발생

외 곽 공

• 외곽공 공간거리 선형편차 발생

• 외곽공 천공각도 관리 부적정

• 외곽공 및 전열공 과장약

불연속면 • 암반자체의 절리 특성에 의한 암편 탈락

기 타 • 숙련도 부족

천공장비 조작하는

천공기사 숙련도

관건


6. 6. 여굴관리여굴관리

Look-out 발생의 이해

천공기사의 지속적인 교육관리를 통해 외곽공 Look-out 발생 최소화

외곽공 천공간격의 균질화

여굴 대책

천공편향 (Look out) 개요도여굴량

천공장 20cm 25cm

1.0m 7 ﾟ 8 ﾟ

2.0m 6 ﾟ 7 ﾟ

3.0m 4 ﾟ 5 ﾟ

4.0m 3 ﾟ 4 ﾟ

5.0m 2 ﾟ 3 ﾟ


7. 7. 수직구 발파수직구 발파

지하철 건설시 가장 많이 작업구로 이용

소음 및 진동에 따른 민원 발생 최대 개소로 소음 및 진동을 최소화 할 수 있는 공법 필요

심발 발파패턴

구 분 대구경 천공 V-cut Fan-cut

공 법개요도

공 법

특 징

∙T-4 장비이용 대구경

선천공 자유면 확보

∙ 경사공 천공 심빼기로

자유면 확보

∙ 대칭공 자유면 이용

심빼기 자유면 확보

도심지 발파진동 최소화를 위해 T-4 장비를 이용하는 대구경 천공 선호



진동제어 심발 대구경 천공시 주의사항

천공은 작업상황에 따라 가시설 설치를 위한

천공작업 (T-4) 시 동시에 선시공

천공완료후 공내는 스티로폼 과 같은 경량의

재료로 채워놓음 .

– 발파시 버력 공채움 방지

암반층이 깊은 경우는 토사부분의 토공작업후

암반층 노출시 천공도 가능



소음 및 비산방지를 위한 조치

상단부 덮개시공

부직포 늘어뜨림 - 특허

작업구 최소화 및 덮개설치

발파면 매트설치

뇌관은 전기뇌관 이용

- Bunch connecter 사용시

공중발파 소음 발생


8. 8. 계측관리계측관리

토공발파중 인접건물 민원발생시

터널발파중 기존구조물 근접통과시

• 자동화 진동계측에 의한 실시간

데이터 확보 및 대책수립

• 민원대비 가능

자동화 계측계측기 설치


9. 9. 발파 대체 공법발파 대체 공법

GNR 공법 H.R.S 공법 Super wedge 공법 팽창성파쇄제 공법

할암(2 차파쇄 )



팽창(2 차파쇄 )

무진동 공법


9. 9. 발파 대체 공법발파 대체 공법

미진동파쇄기플라즈마 파암공법

전 력 충 격 금속화합물 팽창

발파팽창(2 차파쇄 )

파암 ( 비발파 )

파암 ( 비발파 )

미진동 공법

감사합니다감사합니다 ..

경기도 안양시 동안구 관양동 창덕에버빌

410 호T : 031-425-7368 M : 017-221-7368

과학기술부 등록 제 10 - 20 - 060 호

대 표지질및지반기술사화약류관리기술사 김 신

Documents

도심지 지하철 시공시 발파의 영향과 대책