KR20110133969A - 터널 발파에서 저폭속 폭약과 일반 폭약의 혼용 장약을 이용한 진동 저감을 위한 발파공법 - Google Patents

터널 발파에서 저폭속 폭약과 일반 폭약의 혼용 장약을 이용한 진동 저감을 위한 발파공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널 발파에서 저폭속 폭약과 일반폭약의 혼용 장약을 이용한 진동 저감을 위한 발파공법에 관한 것으로, 상세하게는 터널 발파에 있어서 혼용 장약 진동저감 발파공법을 개선하여, 천공한 발파공에 공간부에 충진물을 충진되고 상부 캡으로 밀폐하는 폭약용기에, 질산암모늄, 질산나트륨, 물, 연료재료로 이루어진 에멀젼 매트릭스에 예감제인 미소중공구체를 4.0중량% 포함하고, 비중이 0.02~0.1인 발포 폴리스티렌 0.43~3.53중량%을 브랜드믹서 사용하여, 회전수를 110~130 RPM으로 하여, 폭약 가비중이 0.58~1.02이며, 폭속이 2.042~3.254m/sec로 제조되는 에멀젼계 저속 포약을 장전하고, 상기와 같이 장전한 포약용기의 전, 후로 일반 에멀젼 포약을 장약하여 발파하는 저폭속 폭약과 일반폭약의 혼용 장약을 이용한 진동 저감을 위한 발파공법으로, 상기 혼용 장약 진동저감 발파공법은 터널의 상부 근접한 거리에 보안물건이 위치하고 있어 규제진동 이하로 발파작업이 불가능하여 무진동이나, 미진동으로 설계된 발파패턴을 진동규제치 내에서 발파작업을 실시할 수 있도록 한 것이다.

Description

터널 발파에서 저폭속 폭약과 일반 폭약의 혼용 장약을 이용한 진동 저감을 위한 발파공법{BLASTING METHOD SUING LOW SHOCK EXPLOSIVE AND STANDAD SHOCK EXPLOSIVE}
본 발명은 터널 발파에서 저폭속 폭약과 일반 폭약의 혼용 장약을 이용한 진동 저감을 위한 발파공법에 관한 것으로, 상세하게는 미진동 및 저소음용 폭약용기에 저폭속 폭약을 터널공 내에 일반폭약과 혼용하여 발파효과는 유지하면서 진동 감소를 목적으로 개발된 도심지 터널발파에서의 미진동 발파방법으로, 저폭속 폭약과 일반 폭약을 터널 천공 내에 혼용 사용하여 장약 장은 유지하면서 공당 장약 량은 낮추어 터널발파시 발파효율 면에서는 비슷하면서 발생하는 진동을 감소시켜서 굴착터널 주변 구조물에 진동으로 인한 영향을 최소화하는 저폭속 폭약과 일반 폭약의 혼용 장약을 이용한 진동 감소 발파방법에 관한 것이다.
일반적으로 도심지 지하철, 가옥 및 축사 등에 근접한 터널굴착 등의 미진동 터널발파현장에서 기존 폭약을 사용해서는 진동감소에 한계가 있고 또한 천공장, 발파횟수, 최대 지발당장약량 등의 여러 가지 제약이 따른다.
특히, 도심지 터널 즉 터널의 상부 근접한 거리에 보안물건이 존재하는 경우 일반적인 폭약만을 사용해서는 발파진동을 규제치 내에서 조절이 불가능하여 폭약공법이 아닌 무진동, 미진동 공법을 사용해야한다.
하지만, 무진동 공법들은 터널굴착공사비의 상승뿐만 아니라 공사기간도 길어지게 된다.
종래에 나와 있는 터널 진동 감소 발파방법을 설명하면 다음과 같다.
다단식발파기에 의한 발파법은 기존의 전기뇌관을 사용한 발파패턴 설계의 한계성을 극복하기 위하여 개발된 시스템으로, 현재 지발 전기뇌관의 한정된 단차를 보완하여 그 효과를 극대화시킴으로써 최적의 발파를 수행할 수 있다.
즉, 다단식 발파기란 폭약을 기폭 시키는 뇌관에 전류 공급 시간을 적절히 조정하여 지발뇌관의 단차를 최대한 감소시켜 지발발파의 효과를 최대화하는 것이며 이와 더불어 재래식 분할 발파를 함으로써 발생하는 각 선의 절단, 발파작업 시간 지연, 발파 현장을 자주 와야 하는 위험성 등을 제거함으로써 다단식 발파기를 이용한 발파방법은 작업상 안전, 작업 공정 개선 특히 경제) 면에서 우수하다.
특히, 다단식 발파의 터널 적용은 기존 전기뇌관의 초시 단차가 갖는 단점을 보완하여 중대규모의 터널발파에서 지발당 장약 량을 많이 감소시킬 수 있다.
따라서 종래의 발파패턴을 2~10회까지 분할하여 다단발파에 연결시켜 발파하는 것이다. 이에 따라 지발당 장약 량 감소는 진동 및 폭음의 감소와 더불어 발파시 암반의 파쇄 효과를 증가시켜 경제적으로 이익을 가져 왔다.
또한, 진동 및 폭음을 감소시킬 수 있어 종전에 진동 및 폭음 증가시 분할 발파로 인한 작업 공기의 연장을 없앨 수 있게 되었다.
본 발명에서는 터널발파공에 저폭속 폭약을 일반 폭약과 혼용 사용함으로써 공내 장약밀도를 줄이면서 적절한 장약 장은 확보를 함으로서 무진동으로 설계되어 있는 구간에도 발파진동 규제치 내에서 작업을 완료할 수 있고 또한 일반 폭약만 사용하여 발파하는 것보다도 발파진동이 25~30% 감소가 되어 근접거리에서도 진동규제치 내에서 미진동 발파작업이 가능하여 도심지 터널발파에서 진동을 저감할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하는 수단으로, 터널 발파에 있어서 혼용 장약 진동저감 발파공법을 개선한 것으로, 천공한 발파공에 공간부에 충진물을 충진되고 상부 캡으로 밀폐하는 폭약용기에, 질산암모늄, 질산나트륨, 물, 연료재료로 이루어진 에멀젼 매트릭스에 예감제인 미소중공구체를 4.0중량% 포함하고, 비중이 0.02~0.1인 발포 폴리스티렌 0.43~3.53중량%을 브랜드믹서 사용하여, 회전수를 110~130 RPM으로 하여, 폭약 가비중이 0.58~1.02이며, 폭속이 2.042~3.254m/sec로 제조되는 에멀젼계 저폭속 폭약을 장전하고,
상기와 같이 장전한 포약용기의 전, 후로 에멀젼계 일반 폭약을 장약하여 발파하는 저폭속 폭약과 일반 폭약의 혼용 장약을 이용한 진동 저감을 위한 발파공법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 혼용 장약 진동저감 발파공법은 터널의 상부 근접한 거리에 보안물건이 위치하고 있어 규제진동 이하로 발파작업이 불가능하여 무진동이나, 미진동으로 설계된 발파패턴을 진동규제치 내에서 발파작업을 실시할 수 있도록 하는 진동줄이기발파공법으로서 이는 일반적인 진동발생의 대부분이 공당장약량과 지발당장약량, 폭속의 크기 및 폭발에너지에 기인하기 때문에 원천적으로 발생하는 진동을 낮추기 위하여 폭속 및 에너지가 50% 이상 저감된 저폭속 폭약을 천공 내에서 일반 폭약과 혼용 장약을 하여 공당장약량뿐만 아니라 지발당장약량도 감소시켰으며 장약장은 유지를 하여 발파효과는 거의 같은 것으로 나타났다. 이러한 혼용 장약 진동저감 발파공법을 적용하여 경전선 제5공구 용담터널 현장에서 무진동(GNR공법)으로 설계된 패턴을 진동규제치 내에서 시공을 완료하였으며, 이는 전체적인 공사기간단축 및 공사금액의 절감효과를 동시에 가져왔으며, 동시에 주변 보안물건에도 피해를 미치지 않고 작업을 완료할 수 있다.
또한, 본 혼용 장약 진동저감 발파공법은 기존 터널의 무진동, 미진동 공법의 단점으로 지적돼온 공사기간 및 공사금액 등의 문제점을 해결하면서 낮은 진동수준을 요하는 터널작업에서 효율성, 경제성 및 작업의 능률 향상에 큰 도움이 될 것으로 판단되는 유용한 발명인 것이다.
도 1은 미진동 및 저소음용 폭약용기 개요도
도 2는 저폭속 폭약과 미진동 및 저소음용 폭약용기의 결합도
도 3은 저폭속 폭약의 천공구멍 내 장전모습
도 4는 저폭속 폭약과 일반폭약과의 혼용장전모습
도 5는 일반 발파공법의 발파패턴도
도 6은 일반 발파공법의 발파모습으로
a는 발파하기 전 모습
b는 발파한 후 모습
도 7은 혼용 장약 진동저감 발파공법의 발파 패턴도
도 8은 혼용 장약 진동저감 발파공법의 모습으로
a는 발파하기 전 모습
b는 발파한 후 모습
본 발명은 내부관(11-1)과 외부관(11-2)으로 구성한 이중관(11)의 공간부(12)에 충진물(13)이 내입하고, 상기의 이중관(11) 상측으로 날개부(14-1)를 형성한 상부 캡(14)로 구성한 폭약용기(10)와,
상기의 폭약용기(10)에 사용하는 것으로, 질산암모늄, 질산나트륨, 물, 연료재료로 이루어진 에멀젼 매트릭스에 예감제인 미소중공구체를 4.0중량% 포함하고,
비중이 0.02~0.1인 발포 폴리스티렌 0.43~3.53중량%을 브랜드믹서 사용하여, 회전수를 110~130 RPM으로 하여, 폭약 가비중이 0.58~1.02이며, 폭속이 2,000m/sec로 제조되는 에멀젼계 저폭속 폭약(1)을 장전하는 것과,
상기와 같이 저폭속 폭약(1)을 장전한 폭약용기(10)의 전, 후로 에멀젼계 인반 폭약(2)을 장약하여 발파하는 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같은 본 발명을 첨부된 도면에 의해 상세하게 설명하면,
본 발명은 터널의 상부 근접한 거리에 보안물건이 위치하고 있어 규제진동 이하로 발파작업이 불가능하여 무진동이나, 미진동으로 설계된 발파패턴을 폭약용기(10)에, 질산암모늄, 질산나트륨, 물, 연료재료로 이루어진 에머젼 매트릭스에 예감제인 미소중공구체를 4.0중량% 포함하고, 비중이 0.02~0.1인 발포 폴리스티렌 0.43~3.53중량%을 브랜드믹서 사용하여, 회전수를 110~130 RPM으로 하여, 폭약 가비중이 0.58~1.02이며, 폭속이 약 2,000m/s인 저폭속 폭약(1)과 일반 폭약(2)을 천공(3) 내에 혼용 장약을 하여 진동규제치 내에서 발파작업을 실시할 수 있는 혼용 장약 진동줄이기발파공법에 관한 것이다.
이는 일반적인 진동발생의 대부분이 공당장약량과 지발당장약량, 폭속의 크기 및 폭발에너지에 기인하기 때문에 원천적으로 발생하는 진동을 낮추기 위하여 폭속 및 에너지가 50% 이상 저감된 저폭속 폭약(1)을 천공(3) 내에 일반 폭약(2)과 혼용 장약을 실시하여 공당장약량 뿐만 아니라 지발당장약량도 감소시켰으며 이러한 혼용 장약 진동저감발파공법을 사용하여 무진동으로 설계된 터널현장에서 진동규제치 내에서 시공을 완료하였으며, 일반적인 발파방법과 비교하여 진동이 25~30% 감소가 나타났으며 발파효과는 거의 같은 수준으로 나타났다.
또한, 이런 혼용 장약 진동저감발파공법을 효율적으로 사용하기 위하여 도 1 내지 2로 구성된 저폭속 폭약(1)을 천공(3) 내에 도 4와 같이 위치하여 발파를 하여야 한다. 또한 도 4와 같이 위치하게 할 때 반드시 저폭속 폭약(1)을 내장한 폭약 용기(10)의 상부 캡(14)이 천공(3)의 공구(바깥쪽)를 향하도록 설치하여, 폭발 시 폭약용기(10)의 상부 캡(14)에 의해서 천공(3)의 안쪽에서 상부 캡(14)까지 공간에 공기층이 형성되도록 하여, 발파 에너지를 효율을 높이는 것이다.
상기와 같이 에멀젼계 저폭속 폭약(1)과 에멀젼계 일반 폭약(2)을 혼용장약하는 경우, 에멀젼계 저폭속 폭약(1) 전, 후로 에멀젼계 일반 폭약(2)이 위치하여야 하며, 받듯이 천공(3)의 안쪽에는 에멀젼계 일반 폭약(2)을 우선 배치하여야 한다.
예1. 천공 안쪽(일반 폭약-저폭속 폭약-일반 폭약)천공 바깥쪽
예2. 천공 안쪽(일반 폭약-일반 폭약-저폭속 폭약-일반 폭약)천공 바깥쪽
본 발명에 사용되는 화약의 특성을 살펴보면
1. 저폭속 폭약
본 발명의 저폭속 폭약(1)은 에멀젼 폭발반응 원리인 열점(hot spots)현상을 지연시키면 폭발반응속도(폭속)가 낮아진다는 점에 착안하여 열점(hot spots)현상이 중단되지 않는 범위에서 최대한 기폭성과 최소한의 저장안정성을 갖고 에멀젼구조를 깨뜨리지 않으면서 반응을 방해하는 첨가제인 발포폴리스티렌(EPS)을 1.5~3.53중량 비율로 첨가하여 적정량 혼합함으로 폭속을 2,000m/s, 폭발압력을 기존 에멀젼 폭약보다 47%까지 낮춘 저폭속, 저폭발압력의 폭약이다.
화약류의 폭발압력을 구하기 위해서 화약 조성물에 따른 반응결과를 알아야 하며 이는 화약류의 반응결과 분석 프로그램인 Dyno nobel의 Nitro dyne이라는 프로그램을 이용하여 구한다.
에멀젼 폭약과 저폭속 폭약의 비교
화약력
()
코볼륨값
()
폭약밀도
()
이론적 폭발압력 수정한 폭발압력 니트로다인프로그램을 이용하여 구한 폭발압력
에멀젼폭약 7,207.15 0.544 1.135 8,180 21,380 25,224
저폭속폭약 7,347.14 0.633 0.825 6,061 12,686 13,301
에멀젼 폭약과 저폭속 포약의 비교
이론적
폭발압력
감소비율
(%)
수정 폭발압력 감소비율
(%)
니트로다인프로그램을 이용하여 구한 폭발압력 감소비율
(%)
에멀젼폭약 8,180 0 21,380 0 25,224 0
저폭속폭약 6,061 25.90 12,686 40.66 13,301 47.27
저폭속 폭약의 발포 폴리스티렌(EPS) 함유량별 폭속 자료는 다음과 같다.
발포 폴리스티렌(EPS) 함유량별 폭속 3
NO. 발포폴리스티렌 함유량(중량%) 1 2 3 평균
폭속
(m/s)
1.93 2,240 2,275 2,313 2,276
2.38 2,134 2,113 2,134 2,127
3.53 2,067 2,023 2,036 2,042
이하 본 발명에 따른 비교 예 및 실시 예이다.
혼용장약 진동저감 발파공법의 진동 저감효과를 알아보기 위하여 현장실험을 실시하였고 아래와 같이 경전선 00 공구 현장에서 실험을 실시하고 그 결과를 고찰하였다.
(1) 시험발파 : 일반적인 발파방법(비교예)
(2) 시험발파 : 혼용장약 진동저감발파공법(실시예)
상기 시험발파는 정확한 비교실험을 위하여 동일한 현장의 동일 암반에서 실시하였다.
(1)시험발파 1 : 일반적인 발파방법(비교예)
본 일반적인 발파방법에서는 32mm 에멀젼폭약을 천공경 45mm, 천공장 1.5~2.2m에 사용한다. 공당 장약량을 0.16~0.445Kg으로 하여 35회 발파하여 구한 진동 자료는 표3과 같으며 진동추정식은 아래와 같이 나타났다.
진동추정식
Figure pat00001

일반적인 발파공법을 이용하여 측정한 진동자료
일반 에멀젼폭약을 사용한 발파방법
측정거리(m) 지발당장약량
(Kg/delay)
진동치
(mm/sec)
측정거리(m) 지발당장약량
(Kg/delay)
진동치
(mm/sec)
51.00 0.445 4.900 43.00 0.445 4.490
50.00 0.445 5.840 45.00 0.320 2.810
59.00 0.445 2.380 43.00 0.640 4.620
56.00 0.445 3.630 43.00 0.160 2.050
58.00 0.445 2.980 41.00 0.320 6.110
50.00 0.445 4.210 40.00 0.320 4.090
51.00 0.445 3.800 42.00 0.445 5.230
52.00 0.445 3.800 41.00 0.320 2.510
47.00 0.445 4.560 41.00 0.445 5.830
49.00 0.445 1.240 34.00 0.320 6.610
49.00 0.445 3.410 37.00 0.320 2.630
54.50 0.445 1.210 36.00 0.445 4.730
48.50 0.445 3.210 34.00 0.150 1.900
48.00 0.445 3.660 53.00 0.285 1.230
43.00 0.445 6.090 54.00 0.210 1.060
45.00 0.445 5.640 52.00 0.285 1.160
47.00 0.445 4.700 53.00 0.285 1.840
46.00 0.640 5.550
그림1. 일반발파공법을 이용한 진동추정식
Figure pat00002

(2)실험발파 2 : 저폭속 폭약 사용 혼용 장약 진동저감발파공법(실시 예)
기존 에멀젼 폭약에 비해 폭속과 에너지를 대폭 낮춘 저폭속폭약을 미진동 및 저소음용 폭약용기와 결합하여 사용한다. 본 혼용장약 진동저감발파에서는 천공경 45mm, 천공장 1.5m에 저폭속 폭약과 일반 폭약을 혼용장약하여 사용하였으며, 공당 장약량을 0.21~0.26Kg으로 하여 35회 발파하여 구한 진동 자료는 표4와 같으며 진동추정식은 아래와 같다.
진동추정식
Figure pat00003

혼용 장약 진동저감 발파공법을 이용하여 측정한 진동자료
혼용장약 진동저감 발파공법
측정거리(m) 지발당장약량
(Kg/delay)
진동치
(mm/sec)
측정거리(m) 지발당장약량
(Kg/delay)
진동치
(mm/sec)
31 0.26 2.880 50 0.26 1.160
32 0.26 1.840 48 0.26 1.690
32 0.26 2.350 47 0.26 1.490
31 0.26 2.290 47 0.26 1.440
31 0.26 2.980 45 0.26 1.410
29 0.21 3.180 44 0.26 2.090
30 0.21 2.680 43 0.26 1.310
29 0.26 3.140 42 0.26 1.610
29 0.21 1.990 41 0.26 2.110
28.5 0.26 2.660 41 0.26 1.610
28 0.21 2.000 40 0.26 2.120
27 0.26 4.000 38 0.26 2.820
27.5 0.21 2.150 38 0.26 1.470
27 0.26 3.310 37 0.26 1.950
27 0.21 3.010 27 0.26 3.830
26.5 0.26 2.810 28 0.26 4.030
26 0.21 1.650 27 0.26 4.440
26 0.26 2.660
그림2. 혼용 장약 진동저감 발파공법을 이용한 진동추정식
Figure pat00004

(3) 발파결과
일반발파공법과 혼용 장약 진동저감 발파공법을 동일한 현장에서 35회가량 시험 발파를 하여 얻은 진동자료를 바탕으로 진동추정 식을 구하였으며 이를 근거로 동일약량 사용시 일반발파공법과 혼용 장약 진동저감 발파공법과의 거리별 진동의 크기를 비교하였다. 지발당 1kg 약량을 사용하여 발파하였을 경우 진동추정 식으로는 혼용 장약 진동저감 발파공법이 일반발파공법보다 30m에서 약 59%, 50m거리에서 약 38% 정도 진동이 감소되는 것으로 나타났다. 그러나 실제 발파에서는 41m거리에서 16%, 43m거리에서 36% 정도로 진동이 감소하는 것으로 나타났으며, 일반발파공법의 경우 약 34m거리에서 지발당장약량이 0.15kg일 때 측정한 진동자료는 1.90mm/sec, 혼용 장약 진동저감 발파공법의 경우 약 32m거리에서 지발당장약량이 0.26kg일 때 측정된 진동자료는 1.84mm/sec, 2.35mm/sec로 측정되었다.
본 발명에서 저폭속 폭약(1)을 내입하는 폭약용기(10)는 크게 원통의 형상으로 되며, 내부관(11-1)과 외부관(11-2)로 구성된 폭약용기(10)는 충질물을 투입하는 공간부(12)를 구비하고 있으며, 폭약용기(10)를 밀폐하는 상부 캡(14)으로 구성된 것이다.
상기의 공간부(12)에는 플라스틱, 고무류, 수지류, 종이류등의 유기질이나, 모래, 연마제등의 무기질의 재질을 사용한 충진물(13)을 충진하여 폭발시 발생하는 진동과 소음을 감소시킬 수 있도록 한 것이다.
상기의 상부 캡(14)에 형성된 날개부(14-1)는 암반의 형성된 천공(3)에 폭약용기(10)를 삽입할 때, 천공(3)과 접촉되는 날개부(14-1)가 상기 홈(14-2)에 의해 쉽게 접히도록 하여 폭약용기(10)를 천공(3)에 용이하게 삽입할 수 있게 되는 것이다.
1. 저폭속 폭약
2. 일반 폭약
3. 천공
10. 폭약용기
11. 이중관
11-1. 내부관
11-2. 외부관
12. 공간부
13. 충진물
14. 상부 캡
14-1. 날개부
14-2. 홈

Claims (1)

  1. 터널 발파의 혼용 장약 진동저감 발파공법에 있어서
    발파공을 천공한 후 내부관(11-1)과 외부관(11-2)로 구성한 이중관(11)의 공간부(12)에 충진물(13)이 내입하고, 상기의 이중관(11) 상측으로 날개부(14-1)를 형성한 상부 캡(14)로 구성한 폭약용기(10)와,
    상기의 폭약용기(10)에 사용하는 것으로, 질산암모늄, 질산나트륨, 물, 연료재료로 이루어진 에멀젼 매트릭스에 예감제인 미소중공구체를 4.0 중량% 포함하고,
    비중이 0.02~0.1인 발포 폴리스티렌 0.43~3.53 중량%을 브랜드믹서 사용하여, 회전수를 110~130 RPM으로 하여, 폭약 가비중이 0.58~1.02이며, 폭속이 2,000 m/sec로 제조되는 에멀젼계 저폭속 폭약(1)을 장전하는 것과,
    상기와 같이 저폭속 폭약(1)을 장전한 폭약용기(10)의 전, 후로 에멀젼계 일반 폭약(2)을 장전하되, 받듯이 천공(3)의 안쪽으로 우선하여 에멀젼계 일반 폭약(2)을 장전한 후 에멀젼계 저폭속 폭약(1)를 배치하며,
    상기와 같이 배치되는 에멀젼계 저폭속 폭약(1)이 장전된 폭약용기(10)는, 상부 캡(14)이 천공(3) 바깥쪽으로 위치하도록 설치하여 발파하는 것을 특징으로 하는, 터널 발파에서 저폭속 폭약과 일반 폭약의 혼용 장약을 이용한 진동 저감을 위한 발파공법.
KR1020100053685A 2010-06-08 2010-06-08 터널 발파에서 저폭속 폭약과 일반 폭약의 혼용 장약을 이용한 진동 저감을 위한 발파공법 KR20110133969A (ko)

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