< Previous기술강좌 시리즈 터널환경기술위원회 98 자연,터널 그리고 지하공간 <표 19> 국내외 계측기(계속) White사(미국) Alpha-SeimiteWhite사(미국) Mini-Seis SV사(한국) SV홍림(한국) HLVS 시리즈 3.6.2 발파진동 및 소음 측정방법 ① 가장 중요한 것 중 하나가 현장에서의 설치다. • 센서 고정방법의 기본은 spike를 달아 땅을 파고 그 속에 묻는 매립법(Burying Method)입니다. • 매립이 곤란한 단단한 암반이나 콘크리트, 아스팔트 등에서는 볼트를 모르타르 등으로 미리 고정시킨 후 거기에다 끼우고 너트로 단단히 죈 후 측정하는 볼트고정법(Bolting Method)을 사용해야 합니다. • 매립도, 볼트고정도 곤란한 곳에서는 느슨한 모래주머니로 센서를 완전히 덮어 고정한 후에 측정해야 합니다(sandbagging Method). 모래주머니를 덮는 이 방법은 특히 Instantel사에서는 1kine 미만의 미세진동 측정시 반드시 이 방법으로 하도록 하고 있습니다. • 측정에 있어서 중요한 것은 센서의 현장설치이다. 측정장치는 지질상태가 일정한 선상을 최대한 선택하여 배치해야 하며 진동가 속도를 고려하여 흔들리지 않게 잘 고정시켜야 한다. ② 최대가속도가 0.2gal 이하이면 센서가 흔들릴 가능성은 적고 별도의 부착장치 없이도 수평측정면에 그대로 유지될 수 있다.Vol. 23, No. 2 99 터널발파 환경문제 ③ 최대가속도가 0.2~1.0gal 사이일 경우에는 측정면이 토양이면 변환기를 완전히 묻거나 최소한 부분적으로 묻고 모래주머니를 올 려놓으며 측정면이 암반, 아스팔트, 콘크리트이면 센서를 양면테이프 등으로 측정면에 고정시킨다. ④ 최대가속도가 1.0gal보다 크면 시멘트나 볼트로 센서를 단단한 표면에 고정시켜야 하며 토양에서는 완전히 묻으면 충분한 구속력 을 얻는다. ⑤ 진동의 세 가지 표현 방법중 진동변위, 진동속도, 진동가속도가 있으며 지반의 운동을 기술하는데 사용된다. 구조물의 피해를 기술 하는 데는 진동속도를 측정하여 대비시킨다. 이는 진동수의 영향을 적게 받으며 피해정도와 일정한 관계가 있다. ⑥ 소음측정의 마이크로폰은 최소한 1.2~1.5m 높이에 놓고 측정한다. ⑦ 소음 측정 시는 당일의 환경이 매우 중요하므로 날씨상태, 대기조건 등을 기록한다. ⑧ 마이크로폰에 바람이 스쳐갈 때는 강한 바람이 귓가를 스쳐가는 것과 비슷하므로 마이크로폰에 구멍이 많은 스펀지를 만들어진 공 모양의 특별한 방풍망을 이용한다. ⑨ 측정결과에는 필요에 따라서 다음 사항을 기록한다. • 측정자 • 측정일시 • 기상조건(일기, 풍향, 풍속, 온도, 기압 등) • 측정장소(측정위치, 측정높이 등) • 주위의 상황(주위의 건물이나 수목, 지형, 지표면의 모양 등) • 소음의 종류와 특성 • 측정방법 ⑩ 발파진동에 대한 계측기의 트리거 수준(trigger level)을 설정할 때에는 측정 목적에 따라 예상되는 진동속도를 고려하여 트리거 수준을 설정한다. 트리거 수준은 계측기가 발파진동을 감지했을 때 파동의 기록을 시작하게 되는 하한치(threshold value)를 말하 며, 그 값을 충분히 작게 설정해 주어야 저수준의 발파진동도 감지할 수 있게 된다. 하지만 트리거 수준을 일정 이상으로 지나치게 낮게 설정하면 계측기 주변의 자동차나 사람의 통행에 의해서도 진동의 기록이 촉발 될 수 있는 우려가 있다. 이와 같은 발파 외적 인 요인들에 의해 노이즈가 입력되는 것을 막기 위해서는 주변 환경을 고려하여 트리거 수준을 적절하게 설정하여야 한다. 3.7 발파진동 및 소음 감소 방법 3.7.1 발파진동 감소방법 장약량을 감소시키면 V = K( R/ W b) n 의 식에서 관계와 같이 발파진동은 장약량을 감소할수록 적어진다. 그러나 암반을 충분히 파쇄하기 위해서 필요한 폭약량을 감소시키면 발파효과가 줄어드는 것이 일반적이다. 그러므로 발파진동을 감소하면서 발파효과를 충분히 얻기 위해서는 진동의 조절 및 발파기법의 개선이 필요하다. 발파로 인한 진동의 크기를 감소하는 방안으로는 크게 두 가지를 들 수 있다. 첫째 발파원에서 진동 발생을 억제하는 방법 둘째는 전파하는 진동을 차단하는 방법이 있는데 이들을 구체적으로 나열하면 다음과 같다. 기술강좌 시리즈 터널환경기술위원회 100 자연,터널 그리고 지하공간 ① 발파원으로부터 진동발생 억제하는 방법 • 폭약의 선택 - 저폭속 폭약 선택 • 장약량조절에 의한 방법 - 지발당 장약량 감소 • 분할발파 - MS뇌관을 사용하여 전단면을 1회 발파하지 않고 분할하여 실시 • 초정밀 시차 제어 - 전자뇌관의 적용 Hinzen(1988)논문 30m 간격의 두 공에서 71kg의 장약량을 사용하여 동시발파에서부터 ms씩 지발간격을 달리하여 발파진동의 중첩과 상호 간섭효과 를 모델링하였는데 발파진동의 크기가 최저가 되는 것은 지발간격이 15ms일 때이며, 두 공에서 동시 발파하는 경우에 비해 37% 정도 의 수준으로 나타났다. 한편 27ms의 지발시간에서는 동시발파에 의한 최고진동속도의 수준으로 다시커지는 것으로 나타났는데 이는 두 공에서 발생 전파되는 발파진동이 중첩되어 증폭이 되는 것이다. 이렇게 몇 ms정도의 지발시간의 차이에도 상호 간섭효과가 매우 달라지므로 발파조건과 구조물의 상태에 따라 매우 정확하고 정밀하게 지발간격을 조정해야한다. 지반의 진동을 보다 정확하게 모델 링할 수 있는 기술이 개발되고, 보다 정밀하게 지발간격을 조절할 수 있는 기폭 장치가 생산된다면 진동의 상호간섭을 이용하는 방법 은 발파효과를 감소시키지 않고 발파진동을 경감시킬 수 있는 매우 유용한 방법이 될 것이다. <그림 17> 지발시간에 따른 진동의 상호간섭과 지연 시간에 따른 진동의 최대진폭 (왼쪽 그림의 최하단은 지발시간이 0, 최상단은 51msec 일 때이다.) ② 전파하는 진동의 차단 • 파쇄대 또는 방진구와 같은 스롯을 개설하여 전파를 억제하는 방법Vol. 23, No. 2 101 터널발파 환경문제 <그림 18> 방진구에 의한 표면파 전파의 차단 방진구에 의한 진동전파의 차단효과는 방진구가 깊을수록 커지지만 전파되는 파의 파장에도 영향을 받는다.방진구에 의한 차단효과는 파의 파장 λ와 방진구의 깊이 h의 비로 나타내어진다. 그림 19는 일본국철의 연구결과로 파의 파장과 방진구의 깊이의 비 R 과 감쇠율 r(방진구 있는 경우 진폭/방진구 없는 경우 진폭)과의 관계를 표시하고 있다. 방진구에 의해 진동의 진폭을 절반으로 감소시키려면 방진구의 깊이를 파장의 ¼정 도로 해야 한다는 것을 알 수 있다. 3.7.2 발파소음의 감소방법 발파풍압의 경감대책은 발파진동의 경감대책과 유사한 점이 많다. 둘 다 전파의 매질만 다를 뿐 파동의 형태라는 것에는 차이가 없기 때문이 다. 다만, 발파풍압의 경우 바람이나 온도의 영향을 많이 받기 때문에 이 러한 점을 고려하여야 한다. 발파풍압의 저감 대책으로 이용할 수 있는 방법들을 제안하면 다음과 같다. ① 발파원으로부터 소음발생 억제하는 방법 • 지발당 장약량을 제한 • 정기폭보다는 역기폭, 전자기폭시스템 검토 • 완전 전색이 이루어지도록 하고, 전색제는 함수율이 10% 이하인 모래, 마사(토분이 적은)로 전색 • 천공지름을 작게하는 등의 방법 ② 전파하는 소음의 차단 • 방호매트나 방음벽, 방음둑 설치하여 소음을 최대한 차단하는 것이 중요하고, 보안물건 방향으로 전파되는 경로를 차단하여 소음 을 효과적으로 저감하여야 한다. <그림 19> R(표면파의 파장과 방진구의 깊이비)과 V(진동의 감쇠율)의 관계기술강좌 시리즈 터널환경기술위원회 102 자연,터널 그리고 지하공간 <표 20> 방음문 종류 구분알루미늄 판넬방음판 및 방음 판넬압축 스폰지(흡음) 및 숏크리트(차음) 적용예 3.8 환경분쟁 원인 및 피해종류 3.8.1 원인 환경분쟁 사건을 피해 원인으로 분류하면 소음과 진동, 대기오염, 수질오염, 일조, 기타 등으로 나눌 수 있는데, 2018년까지 처리된 사 건 4,057건 중 소음과 진동으로 인한 피해가 3,448건(85%)에 달하고, 대기오염이 218건(5.4%), 수질오염 98건(2.4%), 일조 214건(5.3%), 기타 79건(1.9%)이다. 2018년의 경우 총 238건을 처리하였으며, 이 가운데 소음과 진동으로 인한 피해가 207건(87.0%)이고 대기오염이 2건(0.8%), 수질오염이 5건(2.1%), 일조 16건(6.7%), 기타 8건(3.4%) 이다. 3.8.2 피해종류 2017년까지 처리한 3,819건 가운데 정신적 피해가 1,340건(35.1%) 으로 가장 많고, 건축물 피해와 정신적 피해를 함께 신청한 사건이 976건(25.6%), 축산물 피해가 414건(10.8%), 농작물 피해가 253건 (6.6%), 건축물 피해가 145건(3.8%), 수산물 피해가 91건(2.4%), 기 타(영업 손실이나 지하수 오염, 방음시설, 이주비 요구 등) 600건 (15.7%)이다. 2018년 처리한 238건 가운데 정신적 피해가 119건, 건 축물피해와 정신적 피해를 함께 신청한 사건이 49건, 농･축산물 피 해가 27건, 건축물 피해가 10건, 수산물 피해가 4건, 기타피해가 33 건이다. <그림 20> 환경분쟁원인 <그림 21> 환경분쟁 피해종류Vol. 23, No. 2 103 터널발파 환경문제 4. 터널발파 진동소음 저감사례(전자뇌관 현장적용) 4.1 전자뇌관 4.1.1 특징 1990년대 초반에 개발되어 초정밀 시차구현이 가능한 전자뇌관(Electronic Detonator System)은 전 세계적으로 전체 뇌관 소비량 의 2.5%를 차지하고 있으며, 자체 내장된 IC회로에 의해 0.1%의 오차범위의 초정밀 시차구현이 가능하고 각 현장의 암반전파 특성에 따라 사용자 임의로 시차부여가 가능하여 보다 효과적인 발파공해의 제어가 가능하다. <표 21> 전자뇌관의 특성 정밀성 ∙ 각 발파공의 PPV 진동분리 능력 보유 ∙ 발파공수 증가에 따른 진동증폭 현상 없음 시공성 ∙ MS 제발효과로 파쇄도 및 굴진율 향상 ∙ 굴착선공 모암 손상방지 및 여굴저감 안전성 ∙ Cut-Off 방지 : 발파 신뢰성 확보 ∙ 뇌관잔류방지 : 양방향 통신 100% 확인, 최종 발파명령까지 뇌관상태 확인 ∙ 전기적 안정성 : 전자뇌관의 ASIC회로 작동은 특정 이진(0와1) 신호에 의해서만 통제됨 환경친화성 ∙ 파형분석을 통한 최적초시 설정으로 발파진동 및 소음 최소화 민원저감∙ 기존 분할발파의 발파횟수 감소를 통한 발파민원 저감 <그림 22> 뇌관의 종류와 내부구조 <그림 23> 전자뇌관 시스템 기술강좌 시리즈 터널환경기술위원회 104 자연,터널 그리고 지하공간 <그림 24> 전자뇌관 터널시공순서 4.2 현장적용사례 <그림 25> 근접구조물에 대한 진동소음제어Vol. 23, No. 2 105 터널발파 환경문제 <그림 26> 인접한 축사에 대한 진동소음제어 <그림 27> 터널직상부 주택에 대한 진동제어기술강좌 시리즈 터널환경기술위원회 106 자연,터널 그리고 지하공간 4.3 전자뇌관+터널 Deck charge(분산장약) Deck charge란 폭약과 폭약사이에 전색물을 넣어서 분리 장약하는 방법으로 지발당장약량을 증가하지 않으면서 천공장을 길게 할 수 있으며, 전자뇌관의 초정밀 시차와 결합하면 발파진동 및 소음제어에 더욱 효과적이다.Vol. 23, No. 2 107 터널발파 환경문제 4.3.1 해외적용사례 Next >