KR102579453B1 - 2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화 유도 발파 공법 - Google Patents

2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화 유도 발파 공법 Download PDF

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Abstract

제어 발파가 용이한 2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화를 유도하는 발파 공법이 제공된다. 2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화 유도 발파 공법은 굴착할 터널 굴착면의 상부 회로 구역의 발파용 뇌관으로 각 회로 구역에서 가장 빠른 기폭 뇌관이 심발 및 수평공과 구석공을 포함한 하부 회로 구역에서 가장 늦은 기폭 뇌관 이후에 기폭되도록 뇌관 고유 번호를 선택하고, MS 뇌관 1 ~ 다수 세트를 0msTLD 및 17msTLD를 이용하여 2 회로 분할 배열인 0msTLD 및 17(42)msTLD로 분할하는 MS 뇌관을 반복적 사용 또는 MS 뇌관과 LP 뇌관의 회로 조합을 하부 회로 구역에 배열하여 기폭하도록 하고, 연속하여 상기 상부 회로 구역의 각 회로발파가 자유면 파괴 유형(2,3,4 자유면) 그룹으로 만들도록 하는 발파를 설계 및 시공한다.

Description

2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화 유도 발파 공법{BLASTING METHOD USING INDUCED GROUPS OF TWO, THREE, AND FOUR FREE-FACE FRAGMENTATION}
본 발명은 발파 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터널 및 수직구 굴착에 관한 발파방법을 위한 연결뇌관의 제조 및 기존 뇌관 배열 방법이다.
터널이나 수직구 굴착에 있어서 현재로서는 발파 공법이 가장 경제적이라 할 수 있다. 산업사회 발달에 따른 도심 및 산악 등에서 각종 철도 및 도로망, 전력구, 용수로, 지하 공동 등의 시공에서 터널 작업은 필연적으로 동반되며, NATM 터널 굴착에서 대부분 일반 발파 및 제어 발파 작업이나 TBM, 로드헤드 등 작업을 하지만, 일부 구간에서는 GNR, BIGGER, 포크레인을 접목하는 재킹(jacking) 방식의 쐐기형과 브레카 등의 방법으로 공정이나 경비 등에서 훨씬 고가인 무진동 파쇄(벌리기)하는 기계 굴착을 시공해 왔으며, 앞으로도 일부 방법은 지속적으로 사용될 것이나 본 발명의 공법이 이들을 대체할 부분이 클 것으로 기대된다.
특허 등록 번호 10-1887146{등록일: 2018년 08월 03일}
본 발명은 일반적인 V-Cut, Burn-Cut 및 Cylinder-Cut, 제어 발파의 PLHBM에서, 현장의 대상 암반 특성, 보안 물건까지 거리와 허용 진동치, 발파 진원에서 보안 물건까지의 지반의 구조적 성질과 주변 환경에 따라 저항선, 공간 거리, 천공장을 조정하면서 굴착 할 때, 저항선 증감원리, 자유면 증감원리, 뇌관 고유 제조 오차, 질량 이동이나 중력 등 발파와 관련된 물리학 기초를 응용하여, 수십 개의 장약 공을 다수의 MS 초시 뇌관으로 연결하거나 MS 단차 초시를 갖는 MS 뇌관과 LP 뇌관의 회로 조합으로 연결하여 터널 또는 수직구 중 상대적으로 진동이 크게 발생하는 1, 2 자유면이 많은 굴착면 터널 하부의 심발 및 심발 확대부 좌우 측 수평공이나 바닥공, 또는 수직구의 심발 및 심발 확대부를 MS 발파 및 MS 단차로 적합하게 선 기폭하고, 연속하여 터널의 하향공과 수직구의 2차 확대부 발파로 남게 되는 나머지 회로 구역을 대부분 수평 배열이나 원호 배열에서 동일 뇌관 고유 번호를 사용하여 발파 효율과 진동 제어 목적에 따라 터널은 수평 좌우 방향으로 수직구는 원호 확대공 방향으로 기폭 순서를 배열함으로써 뇌관 배열 혼선을 줄여 단순하면서 연속자유면 파괴(2FF, 3FF, 4FF) 그룹을 만들어 제어 발파가 용이한 2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화를 유도하는 발파 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화 유도 발파 공법은 굴착할 터널 굴착면의 상부 회로 구역의 발파용 뇌관으로 각 회로 구역에서 가장 빠른 기폭 뇌관이 심발 및 수평공과 구석공을 포함한 하부 회로 구역에서 가장 늦은 기폭 뇌관 이후에 기폭되도록 뇌관 고유 번호를 선택하고, MS 뇌관 1 ~ 다수 세트를 0msTLD 및 17msTLD를 이용하여 2 회로 분할 배열인 0msTLD 및 17(42)msTLD로 분할하는 MS 뇌관을 반복적 사용 또는 MS 뇌관과 LP 뇌관의 회로 조합을 하부 회로 구역에 배열하여 기폭하도록 하고, 연속하여 상기 상부 회로 구역의 각 회로발파가 자유면 파괴 유형(2,3,4 자유면) 그룹으로 만들도록 하는 발파를 설계 및 시공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화 유도 발파 공법은 굴착할 수직구의 굴착면의 2차 확대 구역에서 각 회로 구역에서 가장 빠른 기폭 뇌관이 심발부 및 심발확대부를 포함한 심발 구역에서 가장 늦은 기폭 뇌관 이후에 기폭되도록 뇌관 고유 번호를 선택하고, 상기 심발 구역은 MS 뇌관 1 ~ 다수 세트를 0msTLD 및 17msTLD를 이용하여 2회로 분할 배열인 0msTLD 및 17(42)msTLD로 분할하는 MS 뇌관 초시를 갖도록 MS 뇌관을 반복적 이용 또는 MS 뇌관과 LP 뇌관의 회로 조합을 상기 심발 구역에 배열하고, 연속하여 상기 심발 구역 나머지 2차 확대 구역의 각 회로의 발파가 자유면 파괴 유형(2,3,4 자유면) 그룹으로 만들도록하는 발파를 설계 및 시공하는 것을 특징으로 한다.
상기 터널 또는 상기 수직구 굴착을 제어 발파하는 경우, 상기 하부 회로 구역 또는 상기 심발 구역에는 500msTLD 또는 500msTLD 배수 연결 뇌관들을 추가로 배열하여 MS 뇌관 1세트 이상을 양쪽에 배열하는 발파를 설계 및 시공할 수 있다.상기 회로 회로 구역 또는 상기 심발 구역을 MS 뇌관 8공 ~ 20공과, MS 사용 개수에 따라 LP#2 ~ LP#11(1,200ms)를 100ms를 사용하는 4 ~ 8회로로 조합 배열하여 MS 단차 기폭하는 굴착면 전체를 이중 회로로 배열 작업하는 설계 및 시공할 수 있다.
터널 발파 SB공을 PsB 절단으로 SB 전열공이 2 자유면이 3 자유면으로 변하고, 1, 2 구역 경계선이나 심발부 좌우측 구석공에도 2단(50ms) 이상의 빠른 번호로 진동이 적은 PsB 선 절단 발파로 이후 최외곽 전열공 및 심발 상단이나 구석공들은 1 자유면을 추가하여 2, 3, 및 4 자유면 그룹을 3, 4, 및 5 자유면 그룹으로 변경하는 설계 및 시공할 수 있다. 터널 상단 중앙부를 현장 주변 석재 상품 의 판매 조건에 적합한 크기가 필요한 경우 SB 및 PsB 발파 방법 및 일반 제어 발파를 배합하는 발파 방법의 설계 및 시공할 수 있다.
TLD 연결 뇌관의 지연 시간이 현재 사용되고 있는 초시가 Oms, 17ms, 25ms, 42ms, 67ms, 109ms, 176ms 지연 시차임을 고려하여 정확한 25ms간격인 MS 뇌관 1 세트 20개(Oms ~ 475ms)를 반복적으로 사용하기 위한 50OmsTLD 및 50Oms의 배수인 1,000msTLD 및 1.50OmsTLD를 만들거나 이를 이용하여 발파 작업에 사용하고, 20ms 간격의 MS 뇌관인 경우 그것의 1 세트 20(Oms ~ 380ms) 반복적으로 사용하기 위한 400msTLD 배수 뇌관을 포함하고, 30ms 간격의 MS 뇌관인 경우 그것의 1 세트 20(Oms ~ 570ms) 반복적으로 사용하기 위한 600msTLD 배수 뇌관을 포함할 수 있다. MS 및 LP 뇌관의 초시 오차, 파괴 구속 각도, 디커플링 장약에 의해 저하된 공벽 압력을 고려하여, 거리에 따른 허용 진동 추정식에 의하여 1 지발당 약량을 심발부 및 확대공에는 고유 초시가 1,200ms 이하까지는 추정식에 의한 1공을 1 지발당 약량으로 결정하고, 확대공 1,400 ~ 2,000 ms 이상의 고유 초시에서는 2 ~ 3공을 1 지발당 약량으로, 최외곽공(SB, PsB)에서는 3 ~ 5공을 1 지발당 약량으로 사용하는 설계 및 시공할 수 있다.
진동의 제한을 적게 받는 지역에는 200ms를 일 순환(one cycle)으로 하는 뇌관을 선택적으로 사용하여 연결 뇌관 지연 초시를 이용한 회로 구역별 200ms 내(0, 17, 25, 34, 51, 67, 84, 134, 176ms/회로별 사용 TLD 지연 초시에 따라 다양하게 발생)에 적합한 초시를 적용하고, 진동 및 소음의 제한을 비교적 크게 받는 지역에서는 500ms를 일 순환으로 하는 간격을 가지는 뇌관을 선택적 사용하되 500ms를 연결 뇌관 지연 초시를 이용하여 500ms를 1순환 회로 초시로하는 500ms 내(0, 17, 25, 34, 42, 51, 67, 84, 109, 134, 176, ~ 436 - 회로별 지연 초시 따라 490ms 이하까지 다양하게 회로 구역 발생)에 적합한 초시를 적용하는 설계 및 시공할 수 있다.
본 발명은 전체의 굴착작업에서 고려하면, 기존발파방법에서 장약공수가 많은 곳에 진동제어하기 위하여 1, 2차 분할 발파 시 터널 하부의 심발공 및 수평공과 구석공을 포함한 구역을 1차 발파 후 2차로 나머지 상단을 발파하는 방법으로 진동제어에 한 몫을 했으나, 2차 상부 발파 작업 준비 시 약량을 장전하고 각선을 연결하는 등의 발파를 준비하는 과정에서 1차 발파에 의한 상부구역의 눈에 보이지 않은 실금이나 절리방향 등으로 낙반 시 인명피해를 가끔 유발하는 관계로 지금은 대부분 2차분할에 따른 공사비 증가와 안전을 고려하여 선호하지 않고 있는 것이다. 기존방법에서는 공수가 200공 상회시 1 발파에 진동 저하에 애로점이 있었으므로 그러한 모든 것을 한 번에 상 하부를 하부부터 확실히 발파하고 연속하여 상부를 자유면 파괴 유형별 그룹을 만들므로 진동제어나 발파효율에 대처할 수 있는 공법을 제공하여 공정 등을 개선하면서도 경비절감과 안전성 증가할 수 있다.
즉, 다음과 같은 내용으로 요약할 수 있다. 굴착 단면의 크기가 크고, 장약공 수가 많아 진동 제어에 어려움이 있는 경우, 상반과 하반으로 나누어 분할발파를 실시하지 않고 하반을 먼저 기폭되도록 배열하고 연속하여 상반은 사전 선택한 별도의 LP 뇌관을 n 회로 발파를 하는 것으로서 상부 발파의 각 열의 장약공에서 최초는 2 자유면 파괴이고 그 다음부터는 3 자유면 파괴 이상(4 자유면)의 발파 유형 그룹이 형성되므로 진동 제어 작업에 매우 유리하다. “분할발파”용어는 상반과 하반을 나누어 굴착하는 것으로 정의되며, "분할발파”와 대비되는 개념은 “全단면굴착”이다. 본 발명의 공법은 “전단면굴착”에서 넓은 의미로 관찰하면 이중회로를 사용하여 1(하부)구역을 선굴착하고 연속하여 2(상부)구역을 후굴착하는 개념이다.
본 발명의 공법은 '분할굴착’이 필요한 곳에서도 ‘전단면굴착’으로 대체할 수 있는 공법으로 발파효율 확보와 진동제어 효과를 동시에 만족할 수 있으며, 궁극적으로 굴착 비용과 공사기간 측면에서 유리하다.
브이 컷(V-cut), 번 컷(Burn-cut), 실린더 컷(ylinder-cut)과 같은 일반 발파 및 PLHBM 제어 발파에서는 현장에서 요구되는 조건에 부합하도록 발파의 효율을 증대하거나 진동 제어를 위하여 저항선, 공간 거리, 천공 깊이를 설정한다. 본 발명은 굴착 할 터널 또는 수직구를 1 구역(터널의 경우는 심발부 포함 하부 회로 구역, 수직구의 경우는 중앙 심발 확대부)과 2 구역(터널의 경우 상부 회로 구역, 수직구의 경우 2차 확대부)으로 구분하여 정하고, 1 구역에서 가장 늦은 기폭 뇌관이 2구역에서 가장 빠른 기폭 뇌관 이전에 기폭되도록 2 구역의 LP 뇌관 고유 초시를 선택적으로 사용하고, 다수의 MS 뇌관 또는 MS 단차 초시(8~84 ms 전후)를 갖도록 MS 뇌관과 LP 뇌관의 회로 조합을 상기 2구역 끝 회로 TLD(BUNCH) 묶음에 1 구역 각각의 회로에 0ms TLD, 17ms TLD, 500ms TLD(또는 500ms 배수 TLD)로 연결 배열하여 1구역의 전부가 기폭하고 난 후 연속해서 2 구역의 각 회로에 다수의 LP 뇌관 장약공이 자유면 파괴 유형 그룹으로 유도하는 기폭 발파 방법이 본 공법이 된다.
여기서 상기 “각각의 회로”라고 하는 것은
1회로인 경우 0ms TLD 하나만 사용하며(인입되는 초시 연속임),
2회로인 경우 0ms TLD와 17ms TLD, 혹은 0ms TLD와 42ms TLD 두 개를 사용하며,
3회로인 경우 0ms TLD, 17ms TLD, 500ms TLD 3개를 사용하며,
n회로인 경우 0ms TLD, 17ms TLD, n×500ms TLD n(자연수)개를 사용하는 것을 의미한다.
달리 설명하면, 터널과 수직구 발파에서 사용하는 V-Cut, Burn-Cut, Cylinder-Cut과 같은 일반발파 및 PLHBM을 사용하는 일반발파 및 제어발파에서, 현장의 대상 지반 특성, 보안 물건까지 거리와 허용 진동치, 주변 환경에 따라 W, S, H(저항선, 공간거리, 천공장)를 조정하면서 설계 및 굴착할 때 저항선 증감원리, 자유면 증감원리, 뇌관 고유 제조 오차, 질(체적)량 이동이나 중력법칙 등 발파 관련된 물리학 기초를 응용하여 수십 개(20 ~ 120개 전후)의 장약 공을 다수의 MS 초시 뇌관 또는 MS 단차 초시를 갖는 MS 뇌관과 LP 뇌관의 회로 조합으로 접목하여 터널 또는 수직구 중 상대적으로 진동이 크게 발생하는 1, 2 자유면이 많은 굴착면 심발부 및 심발 좌우 측 수평(수직구에서는 작은 원호) 공과 바닥공(수직구는 심발확대부)을 MS 단차로 적합하게 선 기폭하고, 연속하여 남게 되는 나머지 회로 구역을 발파 효율과 진동 제어 목적에 따라 수평 좌우 확대공 방향으로(수직구는 원호에 배열된 장약공) 동일 뇌관 번호로 배열함으로써, 뇌관 배열의 혼선을 줄여 단순하고 제어 발파가 용이하도록 한다. 터널 2구역인 상부에서는 하향공이면서 2 ~ 4 자유면 파괴 유형별 그룹을 만들고, 제어 발파 시에는 SB공 선 상에 혹은 1, 2구역 경계 선 상 혹은 구석부에 PsB 사용 시 1자유면 증가로 3~5 자유면 파괴 유형별 그룹을 유도화하는 발파로 하며, 수직구에서도 2구역(2차 확대부)을 ⓝ 회로발파 배열을 함에 있어서 ①회로 구역에 2 자유면 파괴(2FF) 그룹을 만들어 무장약공이나 공간 거리(S)를 활용하는 발파를 함으로써 터널이나 수직구 모두에서 발파 효율에서도 우수하고, 진동 제어 측면에서 기존 방법에 비하여 매우 우수하다. 또한 현재 생산되는 전기 및 비전기 뇌관으로 보통 1회 1지발당 190공 전후인 기존 제어 회로 발파의 1지발당 최대 공수를 약 300공까지 늘릴 수 있는 공법으로 터널 및 수직구 굴착에서 진동 제어 요건에 유연하게 대처할 수 있다. 본 공법의 장점과 추후 현장 적용 방향은 다음과 같으며 n×500ms TLD 현장 적용 개발을 포함한다.
A, 터널 굴착면에서 선기폭되는 1 구역인 하부 회로구역은 발파 효율이 좋은 MS 단차 발파를 하며, 상부 외곽 전열공이나 중앙 회로구역 중 선택에 따라 1곳은 2 자유면을 가지며, 나머지는 모두 하향공이면서 3, 4 자유면 파괴 유형이 되도록 그룹화되므로 진동 제어가 용이하다. 또한, 필요 시 상대적 진동이 적은 PsB 발파 선택에 의하여 상부 발파공들이 2 자유면 파괴(2FF)가 3 자유면 파괴(3FF) 이상의 유형이 되면서 진동 저감 효과는 매우 크다. 이는 수직구에서도 2구역(2차확대부)을 2, 3, 4자유면 그룹을 만들므로 진동 제어가 용이하다.
B, 제어 발파 1 회 발파공 수가 증가함에 따라 순차적 뇌관 배열에 있어 많은 주의가 필요하게 되는데, 최외곽공을 제외한 터널 상부인 하향 발파공에서 동일한 번호를 갖는 뇌관을 수평 배열(수직구는 원호배열)하는 원칙을 정함으로써 진동저감이나 시공 등의 작업성이 향상된다.
C, 터널의 하부 회로나 수직구의 심발 및 심발확대 구역에서는 발파 효율이 좋은 다수의 MS 뇌관만 혹은 MS 및 LP 뇌관의 조합 회로를 MS 단차를 갖도록 배열하여 먼저 발파함으로써 기존 제어 발파는 물론이거니와 일반 발파인 V-cut나 Burn-cut에서도 발파 효율을 증대시킬 수 있고, 천공비를 감소 할 수 있다.
D. 현재 MS 및 LP 뇌관의 기폭초시 오차가 4~10%임을 감안하여 100ms, 200ms, 500ms 등의 지연 초시를 가지는 LP 뇌관 회로발파 시 2,000ms 지연 초시까지는 MS 발파를 하고 그 이상은 n(5 ~ 9) 회로 발파에 의한 MS 단차 발파를 만들 수 있으며 터널이나 수직구 모두에서 적용이 가능하다. 500msTLD ~ 1,500msTLD까지 개발되어 현장 실제 적용이 가능하다면 그 효과는 지대하다. 즉 고가의 전자뇌관이 3 자유면을 유도하는 발파를 함으로써 진동을 제어하는 효과가 있다면, 본 공법이 어느 정도는 비슷한 발파 효과를 가지기 때문이다. 전자 발파에서도 전색의 불량이나 이전공의 과장약, 장약공 내의 절리층 등에 의하여 피크 진동이 발생하는 것은 막을 수 없다.
E. 도로터널 혹은 철도 복선 터널에서 약 74 m2 의 단면적을 갖는 터널을 기준으로 전단면 발파에서 발파공 수를 10% 이상 줄일 수 있으며, 전자 뇌관을 사용하는 경우를 제외하면, 각종 제어 발파 시 제조사의 뇌관 단수를 회로 발파에 적용하여 최대한 활용하더라도 1회 1 지발당 발파공 수가 190 ~ 200 공 정도인 것을 감안할 때, 본 발명에서는 발파공 수를 약 300공까지 증가시킬 수 있으므로 공수가 많은 제어 발파에서 1회 발파 시의 초시 회로 배열에 매우 유리하다.
도 1 ~ 도 3은 자유면 및 저항선 증감, 초시오차를 시험할 시멘트 모르타르 시험체 구조 사진들(경남 함양군 도림석산에서 실시한 R&D 과제 연구 시험용)이다.
도 4는 터널 굴착면에서 본 발명의 2, 3, 4자유면 파괴 그룹을 유도화하는 본 공법을 설명하는 개념도로서 발파 방향과 상하부 구역의 범위 등을 연속 자유면(FF) 부위별 및 파괴 유형에 따라 나타낸 것이다.
도 5는 수직구 굴착면에서 본 발명의 2, 3, 4자유면 파괴 그룹을 유도화하는 본 공법을 설명하는 개념도로서 파괴 방향과 심발부 및 확대부 구역의 범위 등을 연속 자유면(FF) 부위별 및 파괴 유형에 따라 나타낸 것이다.
도 6은 자유면(1F~5F)의 종류를 표시한 것으로 동일한 장약량으로 발파할 시 진동크기는 1F>2F>3F>4F>5F가 된다.
도 7은 자유면까지의 거리(저항선 W)의 증감에 따른 체적의 변화(저항선의 크기가 2배가 되면 체적은 4배가 됨)를 도시한 것으로 저항선이 피크진동에 영향을 미침을 보여준다.
도 8은 자유면의 발생 원리를 고찰한 도면으로 가공(인공) 자유면(F)과 연속(발파과정) 자유면(FF)을 구분하여 설명한다
도 9는 현장의 연속 자유면(FF)과 실험 등을 위한 가공한 자유면(F)의 2, 3, 4자유면 단면적 및 진동 크기(V) 개념도로 동일한 깊이를 가정하므로 체적(부피)비와 단면적비는 같다.
※ 가공한 자유면(F)과 연속자유면(FF) 표기는 구분해야 할 필요가 있는 곳에서는 분리하여 기술하고 그러하지 않은 현장의 원활을 위한 본 공법설명에서 연속자유면 표기는 이해 등을 빠르게하기 위하여 “자유면”으로 기술한다. 그것은 현장을 위주로하는 본 공법의 설명이고 또한 현장에서 실제 발생되는 것은 99% 이상인 대부분이 연속 자유면(FF)이기 때문이다.
도 10은 현장의 2, 3, 4 자유면의 절단면 길이(적색)를 비교한 개념도이다. (절단면 길이 비교 2FF>3FF>4FF)
도 11은 도 8 ~ 도 10의 개략적인 2FF, 3FF 체적 등의 상대적 진동의 변화를 예측한 자료 표이다.
도 12는 2 자유면 파괴 각도(약간의 과장약이 필요하므로 102°와 3 자유면 파괴각도(약간의 과장약이 필요하므로 142°에서의 배면 길이(D)의 변화를 나타낸 도면이다.
도 13은 진동저감을 위하여 구속(파괴) 각도를 고려하여야 하며 C≥2Wn의 관계가 성립함을 나타낸 도면이다.
도 14는 진동 피크 부분별 2, 3, 4 자유면 발파 시 진동 파형의 계측 예시를 보여주는 그래프이다(가로축: 시간 0~5,000ms, 세로축: 진폭 ±0~14m)
도 15는 2FF 대비 3FF의 파괴 및 4FF의 진동조사, 자유면 증감, 초시오차, SB, PSB, 집중 장약 등의 효과를 시험한 현장의 일부 사진이다.
도 16은 Di=1.1(밀장약)과 2.5(SB공)일 때, 장약공 내벽 반경 방향 응력과 시간 관계를 나타낸 도면이다(이토오 이찌로, 등: 1961)
도 17은 뇌관의 구조 상세도로서 장약공 하단부 뇌관 내 점화옥에 통전(전기 및 비전기/ shock tube) 점화되면 그 이후에는 각선이 절단되어도 중단됨 없이 각각의 뇌관이 갖는 고유 지연시간(0, 25, 100, 1,000, 6,000ms 등) 이후에 자동 기폭 된다.
도 18은 천공장 배면(공저면)의 정확성(J/D 배면 운전 셋팅)에 따라 진동 및 발파 효율이 변화함을 나타낸 도면이다.
도 19에서 상단의 “A”는 도 88의 좌측 하단 확대도로서, 500ms/19분할 발파에서 심발 등 하부를 MS 뇌관 2세트 사용하여 심발 초기 50ms 시차로 격초시를 갖도록 결선한 방법과 MS 뇌관 3세트르 결선한 방법, PsB 라인 장약공묶음, 기폭 초시, 기폭 순서 등을 표시한 상세도이며, 하단의 “B”는 도 101의 좌측 하단 확대도로서, 500ms/11 분할 이중회로 발파에서 1구역인 심발 등 하부를 MS 뇌관 16개와 LP 뇌관을 조합한 100ms/5 회로 결선한 방법, 구석공 PsB 라인 장약공 묶음, 기폭 초시, 기폭 순서 등을 표시한 상세도이다
도 20은 진동 측정기를 이용한 뇌관기폭 초시 실험(28각형 기둥, 직경 약 10.7m의 실험체)을 실시하는 현장 전경이다.
도 21은 진동 측정기에 기록된 종방향(longitudinal), 수직방향, 수평방향 진동속도를 나타낸 그래프이다.
도 22는 #0ms 순발 뇌관 피크 기폭 시간을 기준으로 시험뇌관 피크에 도달되는 초시를 0.1ms까지 분석 가능한 Blastware 프로그램에서 관찰된 수직방향 최대진동속도 발생지점 예시(진동 크기 조사가 아닌 화살표 표시까지의 시험뇌관의 고유초시 오차를 찾기 위한 기록지)이다.
도 23은 초고속 카메라를 이용한 뇌관 기폭 초시 시험(1만 매/초) 전경을 보여주는 사진이다.
도 24는 #0ms 순발뇌관 peak 기폭시간을 기준으로 초고속 카메라(1만매/초)에서 관찰된 뇌관의 기폭 발생 시점(괄호 안: 기폭 고유 초시)을 표시한 그림으로 0.1ms 정밀도로 기폭 초시 분석이 가능하였다.
도 25는 제조되는 뇌관의 고유(기폭) 초시별 MS 및 LP 뇌관의 단수와 이론상 가능한 1 지발 최대 9회로 사용 공수, 사용 회로 초시(C: 100ms, D: 200ms, E: 500ms)에 따른 대칭 초시와 이웃 초시, 제어 발파 설계 시 참조할 수 있는 이웃 초시와 사용할 수 있는 회로 분할 초시를 나타낸 표이다.
도 26 및 도 27은 석산 현장에서 발파에 의한 파쇄 암반 이동 특성을 초고속카메라로 관찰한 시험 내용을 소개하는 것으로
(1) 기폭 후 가스 압력이 작용할 때까지 암반은 크게 이동하지 않음,
(2) 파쇄 암반 비석은 발파 방향으로만 발생함,
(3) 파쇄 암반 비석은 폭압으로 인하여 발파방향 반대방향으로는 발생하지 않음을 보여준다.③
도 28은 본 공법의 요점인 도 34의 “A”mm 방법의 ②라인 2회로인 (0msTLD, 17msTLD) 분할 시의 예시로 V-Cut를 설명하는 도 55의 심발부 200ms/5회로 분할(끝 초시 176ms 적용), 심발 MS 뇌관 2세트 17ms 분할 및 이웃 초시와 기폭 시간을 표시한 것이다. 2 구역 끝 회로 지연 초시가 176ms이므로 MS#1의 기폭 시간은 25+176ms이므로 m1 이웃 괄호안의 201의 기폭초시를 보여주며 대칭 초시가 17ms, 이웃 초시가 25ms, 50ms, 75ms로 정상적인 MS 발파가 되는 것이다.
도 29는 본 공법의 요점인 도 34의 “A”방법의 ② 라인 2회로 분할(0msTLD, 17msTLD) 시의 예시로 Burn-Cut를 설명하는 도 64의 심발부 상세도로 100ms/5회로 분할(끝 초시 84ms 적용)한 것으로 2구역 끝 회로 지연 초시가 84ms이므로 MS#1의 기폭시간은 25+84ms이므로 괄호안의 109 기폭초시 숫자를 보여주며 대칭 초시가 17ms, 이웃 초시가 25ms, 50ms, 75ms로 정상적인 MS 발파가 되는 것이다. 심발 MS 뇌관 2세트 17ms 이격 분할 및 이웃 초시와 기폭시간을 표시한 것에서처럼 주로 일반발파인 Burn-cut에서 사용한다. 그러나 도 28, 도 29는 일반 발파인 V-Cut나 Burn-Cut 모두에서 사용할 수 있다.
도 30은 본 공법의 요점인 도 34의 “A”ms 방법의 ②라인 2회로 분할 시의 예시로 PLHBM의 하단부 200ms/7회로(끝 초시 377ms 적용) 분할, 심발부 MS 뇌관 2세트 17ms 이격 분할 및 이웃 초시를 검토한 것으로 도 28(200ms/5회로)와 다른 200ms/7회로이지만 끝 초시 176ms가 같음으로 도 28과 같은 m1 상단()에 201이 보이며. 이웃 초시가 17ms, 25ms, 50ms, 58ms로 되어 양호함을 확인할 수 있다.
도 31은 본 공법의 요점인 도 34의 “A”ms 방법의 ②라인 2 회로 분할 시의 심발부 MS 뇌관 2세트 17ms 이격 2 회로 분할인 제어발파 plhbm을 설명하는 도 90의 2구역인 상부 500ms/11 회로 분할(끝 초시 377ms 적용), 끝 회로 지연 초시가 377ms이므로 MS#1의 기폭 시간은 25+377=402ms이므로 m1아래 402의 기폭 초시를 보여주며, 1구역(하부) 초기 50ms 격초시 사용(좌측 MS#1, #3, #5, #7, #9, #10 연속, 우측 MS#2, #4, #6, #8, #9 연속) 및 이웃 초시를 검토한 것이다. 이웃 초시가 33ms, 42ms, 50ms, 100ms 이상으로 되어 양호함을 확인할 수 있다.
도 32는 좌측 정상적 전색 기폭 및 우측 전색 불량 기폭을 보여주는 사진으로 우측의 경우 뇌관이 기폭 중 공중으로 인상되어 불빛이 관찰된 모습을 보여준다.
도 33은 전색의 중요성을 나타낸 그림으로 전색이 불량할 경우 뇌관의 공중 이동 기폭이 발생할 수 있다.
도 34는 PLHBM의 연 경암 및 진동 저감 정도 따른 심발 도면이다.
도 35는 기존 터널 굴착에 적용한 원호식 기폭방향과 심발을 제외한 2FF ~ 4FF의 혼재를 나타낸 도면이다.
도 36은 터널 일반 발파에서 자유면 형상(2, 3, 4자유면)의 고찰. 2FF, 3FF, 4FF 혼재를 나타낸 도면으로 발파 영역을 그룹화하여 동일 자유면을 만들어야 진동 제어가 용이함을 보여주며 기존공법은 그렇지 않음을 확인할 수 있다.
도 37은 터널 전자 발파에서 첫 기폭을 제외한 모두가 3자유면 파괴 형상(1~4자유면)이 됨을 나타낸 도면이다. (전체가 3자유면 파괴이므로 진동이 적고 1회 발파 공수 많은 장점이 있으나 공사경비가 너무 고가이다.)
도 38은 MS 단차를 사용하는 효율적인 2, 3, 4 자유면 구역 유도화인 본 공법의 대표 원리도이다.
도 39는 MS 단차를 많이 이용하는 2, 3, 4 자유면 파괴를 유형별로 그룹 유도화하는 본 공법의 기폭방향 및 자유면 형태를 나타낸 도면이다.
도 40은 터널에서 MS 단차를 사용하여 제어 발파에서 효율적인 2, 3, 4 자유면 파괴 유형 그룹 유도화 발파공법을 적용할 시 가상 발파 번호순서이며, 진동 감소 및 여굴량 감소와 더불어 안전성 증가.)
도41은 터널에서 MS 단차를 사용하여 진동보다는 작업 효율을 중시하는 2, 3, 4자유면 파괴 유형 그룹 유도화 발파공법의 요점으로 도 40과는 상부의 발파순서가 반대 방향이며 주로 일반 발파에 사용하며, 추가로 진동 저감 필요 시 2FF 파괴구역을 S를 좁히며 PsB 발파를 한다.
도 42는 MS 뇌관 혹은 MS 단차를 많이 이용하는 본 공법의 2, 3, 4 자유면 파괴 유형 구역 유도화를 위한 기폭방향 및 자유면 형태로서, 본 발명의 터널 발파 기폭순서는 1) → 2) → 3) → 4) 이며 발파 공수 증가에 따라 발파공 열(수평 뇌관 배열 공 라인) 증가/연속발파, 1회 300공 전후까지 1지발 발파가 가능함을 나타낸 도면이다.
도 43은 본 공법의 주요 설명을 A, B, C 방법으로 구분하여 정리한 표이다.
도 44 및 45는 공법 설명용으로 B방법인 이중 회로 발파 시의 요점을 기록 표시한 도면이다.
도 46은 기존 주 공법인 V-Cut, 반단면 일반발파에서 106공/100ms/6회로 적용 시 2, 3, 4 자유면이 혼재함을 나타내는 기존 도면으로 2자유면 15공(약 15%)과 90°구속도 12개(11%)를 보여준다
도 47 및 도 48은 기존 발파인 도 46의 연결 초시 흐름도 및 이를 고려한 회로 초시 및 뇌관류 집계표이다.
도 49는 기존 전단면 V-Cut 일반발파 1에서, 148공/100ms/7회로 적용 시 2, 3, 4 자유면이 혼재함을 나타낸 도면이다.
(2 자유면 11공(약 10%)과 90°구속도 22개(약 21%))
도 50과 도 51은 기존 전단면 도 49의 연결 초시 흐름도와 이를 고려한 회로 초시 및 뇌관류 집계표이다.
도 52는 본 공법 반단면 일반발파 1, 100공/100ms/3 회로로서 기존 도 46 일반발파1/106공 대비 장약공 수가 약 5.6% 감소함을 보여주며 주로 일반발파 용도이므로 상부는 중앙에서 좌우 측 Wall(SB)방향으로 기폭함을 보여준다.
도 53 및 도 54는 본 공법 도 52의 MS 단차 적용에 따른 2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹 유도화에 따른 기폭 초시표이다. 본 표는 도 52의 상부를 도 54의 초시 흐름도로 진동보다 발파효율을 우선 고려하였다.
도 55는 본 공법의 V-Cut에서 3, 4FF 구역 유도화에 따른 발파 천공도(5회로/133공)이며 148공 대비 발파공 수가 약 10.1% 감소하며 도면상 상부 좌우 측에서 중앙 방향으로 배열했지만, 굴착 효율 증대를 목적으로 할 시는 중앙에서 양방향 기폭 배열(④ 회로와 ② 회로구역, ① 회로와 ⑤ 회로구역을 각각 서로 바꾸면)이 더 유리하다.
도 56 및 도 57은 도 52의 연결 초시 흐름도 및 이를 고려한 회로 초시 및 뇌관류 집계표이다.
도 58은 기존 전단면 Burn-Cut, 148공, 1지발 제어발파1에 사용하며 도 59는 도 58의 지연 초시를 고려한 기폭초시표이며 사용뇌관 집계를 보여준다.
도 60은 기존 전단면 Burn-Cut, 202공, 1지발 제어발파3으로 25% 정도의 2FF공과 500ms 이격 기폭 공(2, 3, 4 자유면 파괴 혼재, 500ms 이격 발파는 DS 발파임/진동 및 효율 고려해야 함) 500ms 이격이 있는 곳에서 1발씩 기폭은 발파효율이 비교적 좋지 않음을 보여준다.
도 61은 도 60의 연결뇌관 초시흐름도이다,
도 62는 본 공법 전단면 Burn-Cut, 135공, 1지발 제어발파 3이며 도 63은 9회로 지연시간을 고려한 기폭초시표와 사용뇌관 집계표이다.
도 64는 본 공법 반단면 Burn-Cut(일반발파2, 2지발기준) 2, 3, 4자유면 구역 유도화/113공/100ms/5회로이며 상기 패턴은 효율보다 진동 제어를 고려한 발파 패턴배열이다.
도 65, 도 66은 본 공법인 도 64의 연결초시를 고려한 기폭초시 흐름도와 뇌관류 집계표이다.
도 67은 기존 PLHBM 전단면, 일반발파 2/154공/100ms/7 회로 발파패턴으로 2FF공 약 19개(심발별도), 파괴(구속)각도 90°이하 공 약 18개, 구석 및 바닥공에서 발파효율이 떨어지는 500 ~ 1,500ms 지연 공 약 28개로 원호파괴 2, 3, 4 자유면이 혼재하므로 발파 설계를 과잉 설계인 2 자유면 기준으로 할 수밖에 없다.
도 68은 도 67의 연결초시 흐름도이다.
도 69는 도 67의 회로별 지연 초시를 고려한 기폭초시 및 뇌관류 집계표이다.
도 70은 기존 제어발파3 정도의 발파패턴으로 200공/100ms/9회로/0, 17, 25, 34, 42, 59, 67, 76, 84msTLD로서 대칭 및 이웃 초시는 8~17ms로 매우 좁게 구성되어 있다. 기존 전단면 제어발파 PLHBM, 2FF공은 약 44개(심발 별도), 파괴(구속)각도 90°이하 공 약 42개, 구석 및 바닥공에서 500ms ~ 1500ms 이격발파는 DS발파로 공수가 약 44개로 많으므로 당연히 발파 효율은 많이 떨어진다.
도 71은 본 공법의 전단면 PLHBM 발파패턴으로 2구역은 2지발 일반발파1/142공/200ms/5회로로 구성되어 있으며, 1구역은 발파초시가 빠른 MS 뇌관 구역인 ⑤1 - ⑤2 전체 기폭 후 LP 뇌관 구역인 2구역의 ① ~ ⑤ 구역을 현장의 여러 조건에 따른 목적 따라 좌우 측에서 혹은 중앙에서 기폭 초시가 빠른 것부터 순차적 기폭된다.
도 72는 도 71의 초시 흐름표이다.
도 73은 지연 초시를 고려한 기폭초시와 뇌관류 집계표이다.
도 74는 본 공법인 2, 3, 4 자유면 파괴 유형 그룹 유도화 따른 PLHBM 발파패턴으로 제어발파 1에 적용하며, 2지발/200ms/5분할/전단면에 142공으로 구성되며, 도 67 대비 발파공 수가 10.8% 감소한다. 2구역인 상부에서 진동 제어보다 효율을 중시하는 곳에는 중앙에서 양 방향으로 뇌관 배열하는 것으로 한다.
도 75는 도 74의 회로별 연결 뇌관 흐름도이다.
도 76은 도 74의 지연 초시를 고려한 기폭초시 및 뇌관류 집계표이다. 좌측 Ps, 우측 SB, ps 무장약공, 등 현장 조건 따라 혼합 혹은 선택 사용할 수 있다.
도 77은 기존 공법으로 상부 반단면에서 PLHBM 일반발파1 방법/107공, 100ms/6회로, 심발부에서 대구경 공법으로 구성되며 그 이외 구역은 진동에 큰 영향 받지 않은 일반발파1 구역이다.
도 78은 도 77의 회로별 지연 초시를 고려한 기폭 초시 및 뇌관류 집계표이다.
도 79는 도 77의 회로별 초시 흐름도이며, 대칭 초시와 이웃 초시는 17ms~25ms 이다.
도 80은 기존 PLHBM 반단면 일반발파 2에서 132공/200ms/5 회로로 구성되며, 발파 순서는 초시가 빠른 MS 뇌관 1set 전체 기폭 후 나머지 구역 ①~⑤ 회로 구역의 지연 시간을 포함하는 좌우 측에서 중앙으로 기폭 초시가 빠른 것부터 순차적 발파하는 것으로 본 공법을 구상하기 이전의 도면이다.
도 81은 도 80의 회로별 도달된 기폭초시의 흐름도이다.
도 82는 도 80의 회로별 지연 초시를 고려한 기폭초시 및 뇌관류 집계표이다.
도 83은 반단면/101공/200ms/5회로로 구성되는 본 공법을 적용한 PLHBM으로 심발구역에만 제어발파이고 나머지는 기존 일반발파로 한 대표도면이다
도 84는 도 83의 회로별 지연 초시를 고려한 기폭초시 및 뇌관류 집계표이다.
도 85는 도 83의 연결초시 흐름도와 기폭초시 및 뇌관 집계표이며, 발파 순서는 1 구역의 초시가 빠른 MS 뇌관 회로인 ⑤-1 ~ ⑤-2 전체 기폭 후 2 구역인 상부 LP 뇌관 ①~⑤회로의 지연시간을 포함하는 좌우 측에서 중앙으로 기폭 초시가 빠른 것부터 순차적 발파된다. 대칭 초시 42ms, 이웃 초시 67ms이지만 현장 여건에 따라 500ms 회로 분할을 사용한다면 67ms~109ms의 대칭 및 이웃 초시가 된다.
도 86은 반단면/293공/500ms/23 회로로 구성되는 본 공법을 적용한 PLHBM 2공으로 진동 제어가 매우 어려운 제어발파 5에 해당된다
도 87은 본 공법인 반단면의 도 86의 회로별 연결되는 기폭 초시의 흐름도이다. 이웃 초시 42ms이다.
도 88은 1지발 19회로 발파에서 다량의 발파공 기폭을 연구한 것으로 보통은 초시오차를 고려하면 도 90에서와 같은 11회로가 된다. 다수의 발파공(300공 전후) 기폭초시는 비슷하다.
도 89는 연결뇌관 초시흐름도와 지연시간을 고려한 기폭초시와 뇌관류 집계표이다. 공수가 많아도 동일 번호 뇌관을 동일 수평 라인에 배열하는 것을 원칙으로 하므로 기존 100ms 8~9 회로 분할보다 혼돈이 적으며, 인접 초시가 3배 가량 크기 때문에 그만큼 피크 진동을 제어하는데 용이하다.
도 88은 본 공법인 전단면 발파를 원칙으로 하고 초시 오차를 무시한 것으로 1지발/307공, 500ms/19분할/대칭 초시 간격 25ms/이웃 초시 간격 42ms/제어발파 5/심발 초기 진동 저감용 50ms 간격 적용/PLHBM 1공을 사용한 발파 패턴으로 중~장 초시 2,000ms 이상에서도 큰 오차를 허용치 않고 무조건 1지발 원칙, ps 적용, 심발 및 좌우측 선 기폭, 연속하여 ①,② 구역에서 중앙 19 회로 방향으로 기폭함에 따라 ①~19 구역이 모두 하향공이면서 3FF, 4FF 화가 되어 진동이 현저히 감소한다.
도 90은 본 공법인 전단면 발파에서 1 구역 하부는 MS 단차로 선 기폭 배열하고, 연속하여 2 구역인 상부는 도 88의 1 지발공수를 중~하 초시인 1,400ms 이상에서 초시의 흩어짐을 고려하여 2지발로 하여 19 회로에서 ⑪회로로 배열한 고난도 제어발파 5에 해당된다.
도 91은 본 공법인 도 90의 회로 연결초시 흐름도에서와 같이 대칭 초시는 25ms와 42ms이고, 이웃 초시는 67ms로 기존의 8~9 회로 배열에서 사용한 9~17ms, 25ms와 비교한다면 회로의 간격이 2~3배 크므로 그만큼 뇌관 초시 오차 등으로 피크 진동 발생 확률은 현저히 감소한다.
도 92는 기존 V-cut나 Burn-cut에서 일반발파 혹은 공수가 비교적 적은 곳(110~130공)에서 본 공법의 회로 분리 및 파괴 방향 방법을 비교한 것이다. 좌측 기존방법은 대칭 초시와 이웃 초시가 9(17)ms~17(25)ms이고, 우측 본 공법은 대칭 초시와 이웃 초시가 42ms~67(109)ms로서 본 공법은 회로 순환 싸이클 초시를 100ms에서 200, 혹은 500ms로 늘릴 수 있으므로 공수가 많을 때에는 선택의 폭이 매우 크다.
도 93은 V-cut나 Burn-cut에서 본 공법인 200ms/7 회로 분할에 따른 연결초시 흐름도를 요약한 것으로 제어발파 1 혹은 공수가 비교적 증가한 곳(130~140공)에서 좌측은 V-cut 대칭 초시와 이웃 초시가 9ms-~25ms이고, 우측은 본 공법으로 보통 대칭 초시와 이웃 초시가 17ms~42ms이며 회로 순환 싸이클 초시를 200ms에서 혹은 500ms로 증가할 수 있으므로 공수가 많을 때에는 선택의 폭이 매우 크다.
도 94는 기존 Burn-cut를 본 공법의 회로 분리 방법과 비교한 것으로 기존 100ms/7회로와 본 공법 100ms/5 회로를 예시하며, 좌측 기존 방법인 Burn-cut에서는 대칭 초시와 이웃 초시가 9(17)ms~17(25) ms이고, 우측 본 공법은 대칭 초시와 이웃 초시가 25ms~42ms이며, 본 공법은 회로 순환 싸이클 초시를 500ms로 증가할 수 있으므로 공수가 많을 때에는 선택 폭이 매우 크다.
이하는 본 공법에서 고려한 500msTLD(Bunch)의 컷오프(cutoff) 방지를 위한 방법의 요점(도 95 ~ 도 98)이다.
도 95는 본 공법인 도 96 및 도 98(비슷한 개념)의 좌측 하단에 새로운 500(혹은 500ms 배수)msTLD 적용에 따른 원리와 통전을 위한 지연 초시를 설명하기 위한 확대도이다.
도 96은 가지런히 붙이기와 TLD 뭉치를 노출시키지 않는 방법도이며,
도 97은 Ta에서 Tc까지의 시간을 요점 중심으로 작성한 그림이며,
도 98은 가지런히 붙이기 등에 문제가 있으면 TLD뭉치를 노출시키지 않은 방법의 교육 요점으로 연계된 도면이다.
도 96 ~ 도 98은 본 공법을 위하여 TLD 뭉치를 가지런히 붙이기(①), 공공(empty hole)에 감추기(②), TLD 뭉치를 막장면과 바닥 교차 선상에 전회 파쇄석으로 보호 덮기(③) 작업을 보여준다. 대부분의 경우 가지런히 붙이는 작업만으로도 컷오프를 방지할 수 있을 것으로 사료된다.
다음의 세 도면(도 99 ~ 도 101)은 500msTLD로 다수 MS set 뇌관을 사용하는 본 공법 정착화 이전의 방법으로 이중회로 발파공법의 적용을 제시하며, 이는 전자의 50msTLD 개발이 완료시점에서 없어지게 된다.
도 99는 TLD 배수 연결뇌관 제조 이전에 본 공법 적용으로 Burn-cut 설계/142공/100ms/5회로/대칭 초시 17ms/이웃 초시 42ms인 이중 회로 발파 패턴이다.
도 100은 기존 PLHBM을 본 공법으로 설계/170공/200ms/7회로/ 이웃 초시 42ms/2지발인 2구역 상부를 0msTLD, 42msTLD, 67msTLD를 사용하여 200ms/7회로(0, 42, 67, 84, 109, 126, 176ms) 이중 회로로 분할 발파한 것이다.,
도 101은 본 공법으로 기존 PLHBM을 설계/307공/500ms/11회로 초시/이웃 초시 67ms/2지발로 구성한 것이며 이는 도 88과 같은 공이면서 단지 상부의 LP 1,400ms 이후부터 사용되는 뇌관의 초시오차를 고려하여 2 지발공으로 했을 뿐인데 19회로에서 11회로로 감소함을 보여주며, 1구역인 하부는 2구역 11회로에 연결되는 100ms 회로 초시를 사용하는 2구역 11 회로와는 별도인 6회로로서 2 구역=11 회로, 1 구역=6 회로인 전체적으로 2중회로 발파이다.
도 102와 103은 본 공법 중에서 1 구역 하부는 MS 뇌관 다수 세트와 2 구역인 상부는 LP 뇌관을 이용한 것으로서 도 95에서 설명한 것과 그림과 연계하여 컷오프 배제를 위한 요점으로 이해를 돕도록 도면화 한 것이다.
도 103은 본 공법 중에서 MS 뇌관을 여러 세트 이용한 전반적인 회로 흐름과 컷오프 방지 요점을 보여준다.
도 104는 기존 수직구 발파 설계(6분할/271공) 기존 패턴도이다.
도 105는 도 104의 회로 분할 방법의 개략도이다.
도 106은 도 104의 MS 및 LP 뇌관의 실제 기폭 초시 및 뇌관류 집계표이다.
도 107은 기존 수직구 발파 설계(3분할/282공) 패턴도이다.
도 108은 도 107의 3회로 분할 방법의 개략도이다.
도 109는 도 107의 MS 및 LP 뇌관의 실제 기폭 초시 및 뇌관류 집계표이다.
도 110은 본 공법으로 대구경 수직구(500ms/9회로 분할/291공)에서의 양 방향 배열 공법이다.
도 111은 도 110의 1 구역인 심발부의 0msTLD, 500msTLD를 사용하는 MS 뇌관 2세트를 사용하는 심발부 확대도이다.
도 112는 도 110의 장약공과 각선을 뺀 TLD 뇌관을 포함하는 9회로 기폭초시 흐름도이다.
도 113은 도 110의 “R”확대도로서 2구역 ① 회로 구역에만 표시된 무장약공은 이웃공인 3FF공의 진동과 비슷한 혹은 그 이하의 진동을 유도하기 위한 무장약공으로 배열하며, 도 114은 도 110의 9회로 시의 지연 시간을 포함하는 291공의 기폭 초시표와 뇌관류 집계표이다.
도 115는 1 방향 배열을 한 본 공법의 대표도인 발파 패턴도도로 316공이다.
도 116은 도 115의 1구역에 심발부 MS 뇌관 2세트를 17ms로 0msTLD, 500msTLD(조건에 따라서 대칭으로하면 17msTLD로도 할수 있다)로 2분할 대칭 배열한 초시 확대도이다.
도 117은 도 115의 지연시간을 포함하는 332공의 기폭 초시표와 뇌관류 집계표이다.
도 118은 도 113에서와 같이 도 115의 “R”확대도로서 2구역의 ① 회로, ② 회로, ③ 회로에 진동 저감용인 표기된 무장약공과 앞열과 장약공 열의 사이의 단면적 A=00.000㎡와 1 공당 차지하는 단면적 0.0000㎡/구멍 값을 고려하여 지발 공수에 따른 원호상의 장약공 갯수인 ch=30(3 지발공×10 회로)만드는 발생과정의 설명을 위한 확대도이다.
도 107, 도 115, 도 119 에서 장약공 원호상의 1 회로에 모여있는 첫 공들은 2자유면 공(같은 원호상의 공들은 동일번호)을 나타내고 있다.
도 119는 도 120의 지연 시간을 포함하는 316공의 기폭 초시표와 뇌관류 집계표이다.
도 120은 500msTLD 및 500ms 배수 TLD 상품화 이전의 이중회로 발파로서 1구역을 MS 뇌관과 LP 뇌관 100ms/5회로 발파로 조합하고, 2구역은 200ms 혹은 500ms를 10회로 발파하는 2중회로 발파이다.
도 121은 도 119의 1구역인 심발부 100ms/5 회로(+0, +17, +25, +42, +67ms) 도면이다.
도 121은 도 119의 “R”확대도(이중 회로 발파 중심 심발부)이다.
도 122는 축소형 동일한 2자유면 표준 저항선(W) 약량으로 저항선 길이 변화에 따른 진동 계측 결과표(W=150mm=1.0W, W1=110mm=0.73W, W2=110mm=0.53W)이다.
도 123은 자유면 증감에 따른 시험에서 표준 2FF 장약량을 찾아서 저항선 축소에 따른 표준 저항선과 장약량을 먼저 구하고 1W, 0,73W, 0,5를 구한다.
도 124는 2, 3, 4 자유면에 따른 진동계측 결과와 2 자유면에 대한 상대적 감소 비율을 정리한 것이다.
도 125와 도 126은 상기 선행연구 시 LP 및 MS 뇌관류의 고유 초시와 실제 발생되는 기폭초시 오차를 찾기 위한 진동 측정 및 초고속촬영에 의한 조사 결과표이다.
도 126은 MS 뇌관류들을 MS#0 뇌관을 기준하여 #1 ~ #19(20ms ~ 380ms)를 상기와 같은 방법으로 조사한 결과표이다.
도 127은 부가적인 자료로 LP 뇌관의 초시의 흩어짐(분산)을 정리한 자료이다.
도 128은 V-cut, Burn-cut, 대구경 Cylinder-cut에서 심발부 MS 뇌관 2세트와 0msTLD와 17msTLD를 사용하여 회로분할 시 1 구역의 심발부 적용 시 2 구역의 끝 초시 변화에 따른 17ms 회로 분할하여도 이웃 초시가 대체로 만족한 17ms ~ 75ms 정도로 만족한 간격으로 보여주는 확인하는 것을 정리한 표이다.
도 129는 도 88 및 도 90에서 동일한 307공 발파의 경우 2지발/500ms/11 회로 혹은 1 지발/500ms/19 회로로 지발공에 따른 특성을 구성하는 방법을 설명한 표이다.
용어 '자유면(free face)'은 암괴(rock block)를 접촉없이 완전히 분리하는 면’혹은 ‘공기와 접하는 암반(rock mass)의 면’으로, 약자로는 ‘F’혹은 'f'로 표기하기로 함(도 8, 도 9 참조).
“전회의 화약 냄새를 맡아도 없든 것보다는 당연히 발파가 더 잘 되지!”라는 말이 발파를 많이 하는 공구장들의 입에서 흔히 들리는 것처럼 대상 암반에서 굴착을 위하여 발파 작업을 실시할 때, 발파로 인하여 굴착면 주변에 손상 영역(damaged zone)이 발생하며 이 손상영역은 발파로 인한 미세균열(blasting-induced micro crack)의 발생으로 기인한다. 이 균열은 경암 ~ 연암에서 크게는 30cm ~ 100cm 전후의 크기를 가지며 육안으로 관찰하기 어려운 경우가 대부분이며 인장강도가 0에 가까운 불연속면이 된다. 이러한 조건에서 작업이 이어지는 발파파괴 형태를 ‘연속 자유면’이라 하며 약자로 ‘FF’또는 'ff'로 표기하기로 함.(도 8, 도9, 및 도 10 참조). 도면 설명에서도 피력하였지만 가공한 자유면(‘F’과 연속자유면(‘FF’표기는 구분해야 할 필요가 있는 곳에서는 분리하여 기술하고 그러하지 않은 본 공법설명에서 연속자유면 표기는 이해 등을 빠르게하기 위하여 “자유면”으로 기술한다. 그것은 현장을 위주로하는 본 공법의 설명이고, 또한 현장에서 실제 발생되는 것은 99% 이상 대부분이 연속자유면(FF)이기 때문이다.
2FF, 3FF, 4FF: 도 8 및 도 9의 자유면 파괴 현장에서 정확하게 구분되는 것이 아니므로 아래와 같이 정하기로 함.
2FF=1.5FF ~ 2.4FF 까지 첫째 소수점 이하에서 반올림한 값으로 가정함.
3FF=2.5FF ~ 3.4FF까지의 반올림 값이며,
4FF=3.5FF ~ 4.4FF까지의 반올림 값으로 정한다.
자유면 유형: 이론적으로 1~6자유면까지 가능함.
연속자유면(실지 현장) 유형: 1 ~ 6 자유면(보통 2ff, 3ff, 4ff, )으로 실제 현장에서 생성 가능한 자유면 형상임.
유형 그룹: 비슷한 2 자유면 ~ 4 자유면 들의 집합
전단면(full face): 굴착면의 전체(터널=1구역+2구역, 수직구=심발 및 심발확대부+2차확대부)를 말함(도 4, 도 5 참조).
1 구역: 터널에서는 심발을 포함한 하부, 수직구에서는 중앙 심발 및 심발확대부로 정함.(도 4 및 도 5 참조)
2 구역: 터널에서는 상기 1구역을 제외한 상부, 수직구에서는 심발 확대부를 제외한 나머지 단면으로, 2차확대부이다. (도 4 및 도 5 참조)
상부: 터널굴착면 중에서 상부(도 4 참조) 전단면이든 반단면이든 그 중에서 상부를 말함.
하부: 터널굴착면 중에서 하부(도 4 참조) 전단면이든 반단면이든 그 중에서 하부를 말함.
W(저항선): 발파공과 공기(자유면)가 접하는 곳까지 가장 가까운 방향의 거리, 즉 발파공(장약공)과 발파공 간의 앞뒤 거리.(도 7 ~ 도 10 참조)
S(공간 거리): 발파 방향과 직교 방향으로 배열되어 있는 발파공과 이웃한 가장 가까운 발파공과의 최단 거리(Spacing의 약어).
장약공: 천공한 공(drilled hole)에 폭약을 삽입 후 기폭하는 발파공
무장약공: 장약공의 발파를 돕도록 혹은 진동 저감을 목적으로 천공된 비어 있는 공공(空孔)이다.
DI (DI, Di, 디커플링 계수, Decoupling Index):
Φ1(발파공경)/Φ2(약경)으로 정의되며 1’보다 큰 값을 가짐. SB 발파에서 보통 Φ1=45mm, Φ2=17mm이므로, DI=2.5이며, 일반 장약공은 밀장약 DI=1.1이며, 그 사이의 DI=1.3~2 정도의 디커플링 장약은 느슨 장약 등으로 준 디커플링 장약이라고 함.
SB(Smooth Blasting): 터널 최외곽 공 등에서 굴착 면의 부드러운 절단을 위한 제어발파 작업에서 사용하는 발파공의 용어.
Ps(Presplitting, 광산용어, 선 균열): 전열공보다 먼저 굴착면을 절단하도록 전열 공보다 2단 이상의 빠른 뇌관 번호를 배열하여 발파하는 작업으로서 선 균열 발파이다.
PsB(Pre-splitting Smooth Blasting): 최근 제어 발파에서는 SB 공 사이에 무장약공을 삽입하여 한 공 건너 SB 장약하여 선 균열 발파하는 것으로서, 진동 전파를 다소 차단하고 발파면 정리 효율을 증가시키는 방법이다. 다만 발파공 수 증가에 따른 비용이 소음은 다소 상승하지만 여굴량이 감소되면 터널 안전성도 증가된다..
피크 진동(피크 파동, 피크 wave, 피크 진폭) 도 13의 진동 파동에서 이웃의 고른 진동보다 50 ~ 100% 진폭이 큰 부위, 혹은 주변공보다 상대적 진동이 크게 상승한 곳을 말함. 주로 심발공이나 전열공의 전색 불량, 절리 등으로 바닥까지 기폭 불량, 약장약 혹은 과장약, 비순차적 뇌관 배열, 구석공 등으로 대부분 부적절한 발파 관리에서 발생한다. 피크 진동 때문에 정상 진동 구역의 발파 공수를 증가하거나 천공장을 감소하는 방법은 손실이 너무 크다. 피크 진동을 주변공과 유사한 수준으로 발파 관리하는 기술이 최우선으로 고려되어야 한다.
회로(다단) 발파: 도 25를 고려한 제조사의 MS 뇌관 및 LP 뇌관의 40단 정도의 단수를 다수(기존 공법은 보통 3 ~ 9회로, 본 공법 3 ~ 23 회로 이상) 발파(firing) 회로를 두어서 순차적 발파를 하는 것으로 MS 및 LP 뇌관을 분할함으로써 1회 발파공 수를 늘리는 방법을 말한다. 도 25의 상단 표 ‘B’에 제조사의 MS 뇌관 및 LP 뇌관에서 MS 뇌관은 17ms TLD(Bunch, Trunk라인 Delay)를 사용하여 보통 2 분할 정도가 가능하나 초입 피크 진동을 고려하면(진동 저감 지역에서 25ms가 아닌 5개 전후는 50ms 이격 사용하면) 최대 35발 전후가 보통이다. LP 뇌관은 보통 100ms를 분할 초시로 정하여 bunch 뇌관 초시인 0msTLD를 비롯하여, 17ms, 25ms, 42ms, 67ms, 109msTLD를 응용하여 도 25의 C‘표’내에서 ① 4(0msTLD를 비롯하여, 25, 42, 67msTLD)회로, ② 8(0msTLD를 비롯하여, 17, 25, 34, 42, 51, 67, 84msTLD)회로, ③ 9(0msTLD를 비롯하여, 17, 25, 34, 42, 51, 59, 67, 84msTLD)회로로 상기 ①, ②, ③ 방법을 주로 사용하지만, 상기 ②, ③은 초시 오차를 고려하면 예상 진동을 벗어나는 피크 진동이 다수 부분에서 발생한다. 도 25의 ‘표’내에서 100ms를 1cycle 순환초시 회로로 분할하는 1 지발 최대 사용뇌관 단수를 참조(표기 예; 100ms/3 ~ 10회로)한다면, 1회 발파 공수 6초(6,000ms)까지 고려하여 약 220개까지 이론상은 가능하다. 그렇지만 뇌관 배열 시 이웃 공 상호 순차적 배열순서의 혼돈 고려하면 최대 상한선은 190~200공이 보통이다. LP 뇌관은 도 25의 ‘D, E’에서 1지발공으로 200개 전후 설계는 할 수 있으나 초시 오차 고려하면 도 25의 C 표에서 처럼 새로운 개념의 500ms 이격을 이용하는 회로 발파가 기존 회로 분할보다는 피크 진동이 적게 발생한다. 그러나 이때에는 사용하는 뇌관을 2,000 ms미만에서는 1400ms(1500ms가 좋지만, 그렇게 되면 1000ms 뇌관까지는 사용) 뇌관만 사용하는 것이 특징이다. 즉 100ms로 회로 분할 시는 이웃 초시가 도 25의 C 표에서처럼 17ms이지만 도 25의 ‘E’에서처럼 동일 7회로의 이웃 초시가 109ms로 그 차이는 크다.‘D’의 회로 수(대표도 도 86/23회로, 도 91/11회로)가 배 이상으로 증가해도 이웃 초시가 42ms와 67ms로 기존 9 - 17ms보다는 2.5배 ~ 5.2배 정도로 피크 진동이 감소한다. 물론 동일 비교 시는 9ms:42(67)ms=1:X이므로, X=4.5~7배가 됨을 참조하면 그 차이가 상당히 크다는 것을 알 수 있다.
100ms(200ms, 500ms)회로 초시: 1cycle 순환 시간을 말함, 즉 보통 100ms/8회로 초시는 0ms를 시작으로 100ms 1순환(one cycle)로 반복하는 것을 말함. 즉 8(0msTLD, 17, 25, 34, 42, 51, 67, 84msTLD) 회로로 보통 4 회로 ~ 9 회로로 일반적으로 만들어지는 것으로 100ms 간격인 LP 뇌관을 전부 사용키 위하며, 200ms/8회로 초시라고 하면, 200ms 1 순환(one cycle)로 하는 것을 말함.
MS 뇌관 1 세트: 25ms 간격으로 순발 0ms 다음의 #1~#19 LP#5를 고려하면 21개이지만 보통 20개를 말함. 도 25의 상단부 A 및 B 표의 뇌관 고유 제조 초시 표 참조. 제조(고유)초시 간격은 25ms이다.
LP 뇌관: 100ms 간격은 LP#1 ~ #10(100ms ~ 1,000ms)이고, 200ms 간격(interval)은 LP#10 ~ LP#15(1,000ms ~ 2,000ms)이며, 그 이후는 500ms 간격으로 LP#15 ~ LP#23(2,000 ~ 6,000ms)로 제조되며(도 25의 ‘B’참조), 6000ms 이상의 뇌관은 주문 제작되었지만, 최근엔 잘 사용하지 않으므로 중지된 상태이다.
000ms/00회로: 앞의 000숫자는 1 순환 초시로서 보통 100ms, 200ms, 300ms, 500ms를 사용하며, /뒤의 00은 1 순환 내에 TLD 지연 뇌관을 사용하여 분할하는 구역 수를 말하는 것으로 보통 4 ~ 10회로이나 본 공법 설명에서는 11 ~ 23회로까지 예시하였다.
회로 발파(다단 발파, 분할 발파): TLD(Bunch) 초시를 이용하여 LP 뇌관의 단차인 100ms를 1 cycle로 하는 회로를 보통 4~9 분할하여 발파시에 모두가 이론(계산)상 8 - 9ms 이상의 이격 초시로 기폭하는 것을 말함. 비전기식에서는 보통 번치(Bunch), 티엘디(TLD), 지연뇌관, 지표뇌관 등 현장이나 설계 시 다양한 용어로 사용한다. 즉 본래의 고유(제조)초시를 지연해주는 개념으로 본 공법 설명에서는 TLD를 주로 사용함.
MS 발파: MS 뇌관 배열에서 인접 이웃 초시 및 대칭 배열이 25, 50, 75ms로 보통 배열되지만 보통 25ms간격으로 발파가 되므로 8ms 이하인 제발효과와 비슷한 파괴가 되어지나 진동은 배가 되지는 않는다.
MS 단차 발파: 상기 25ms 단차인 MS 뇌관으로 발파하는 것을 ‘발파’로 간주하는 것이 일반적이며, 그러나 MS 뇌관뿐만 아니라 LP 뇌관도 연결 뇌관 회로 분할 초시를 사용하여 즉 0msTLD로 시작하여 17ms, 25ms, 42ms, 67ms, 109msTLD로 MS단차를 만들 수 있다. 이때에도 MS 뇌관 발파와 비슷한 MS 발파가 되는 것이다.
그래서 MS 초시와 MS 단차의 의미는 약간은 다르다. MS 뇌관 초시 간격은 25ms이지만 이웃 공 간격은 배열(지그재그 또는 대칭 등) 과정상 25ms ~ 75ms가 발생한다. 이를 MS 발파라고 하는 것이고 발파 효율이 제발발파와 비슷하다고 생각하는 것이 일반적이며, 또한 실제로 발파 효과가 우수하다.
DS 발파: MS 발파보다 인접 초시가 큰 100ms, 200ms, 500ms로 MS 발파보다 상대적 발파 효과가 작으므로 비슷한 파쇄도를 가지려면 MS 발파공보다는 상대적으로 많은 양의 폭약량과 2지발 이상의 증가를 필요로 한다.
TLD(연결 뇌관): 연결 뇌관 혹은 지연 뇌관을 말하는 것으로 회로(다단)발파시 본래의 뇌관 초시를 지연해주는 초시로서 0msTLD를 시작으로, 17msTLD, 25ms, 42ms, 67ms, 109ms, 176msTLD가 있으나 대부분 기존 터널 발파에서 109ms 이상은 사용하지 않지만, 본 공법 중 제어 발파에서는 109msTLD를 많이 활용한다. Trunk라인 Delay Detonators 혹은 Bunch Connector를 말하며 20개 이하의 일반뇌관에 병렬로 연결할 수 있으며 제조 고유초시에 지연 초시를 갖게 한다.
모선: 기폭초시를 지연해주는 TLD 뇌관(4호)의 선(보통 2.5m ~ 5m)(shock tube). 이웃하는 각선들의 단락을 예방차원에서 4호뇌관 사용
지선: 점폭약포에 연결되는 뇌관(8호)의 선(보통 2.5m ~ 5m)(shock tube), 500msTLD 개발에 따른 설명 시 혼선이 없도록 정함
뇌관류: MS 뇌관 및 LP 뇌관, 연결 뇌관(지연, TLD, BUNCH) 및 공저(기저, 기폭, 장약공)뇌관들을 아우르는 용어이다.
대칭 초시와 이웃 초시: 기존 공법 도면 중 하나인 도 61(burn-cut/ 9회로/202공)와 본 공법 도면 중 하나인 도 89(제어 발파, PLHBM, 100ms/19회로/307공)를 비교하여 설명하면, 대칭 초시는 단면 좌측에서 우측으로 수평 혹은 경사방향으로 건너뛴 초시를 말하며, 이웃 초시는 이웃에 인접한 상하 구역까지 초시를 말하는 것으로, 기존 공법인 도 61을 예를 든다면, +42ms에서→반대칭 +51ms의 간격=9ms, +25ms에서→대칭 +34ms의 간격=9ms는 대칭 초시인 9ms를 말하며, 이웃(상하 및 인접)초시는 17~25ms 이상이므로 17ms로 말한다. 초시 구역간 간격은 편리상 9ms-17ms로 표기하기로 하며, 앞의 초시(9ms)는 대칭 초시 중 작은 것을 적고, 뒤의 숫자(17ms)는 이웃(인접)초시 중 안전을 고려하여 작은 것을 정함. 본 공법인 도 89(제어 발파, PLHBM, 500ms/19회로/307공)의 초시 구역간 간격은 17ms(25ms) - 42ms 보통 설계를 고려할 때는 대칭보다 이웃 및 상하초시인 뒤의 숫자를 선호한다.
고유(제조)초시: 제조 시 발파 시작 버턴을 누른 후 점화 옥에 점화→연시약→첨장약→기폭될 때까지의 시간을 ms 단위로 표시하며 별도의 지연 초시는 없다. 즉, 점화옥까지 이르는 시간은 공통 적용이므로 무시하기로 한다.
기폭 초시: 고유 초시(ms) + 지연 초시(비전기 뇌관에서 회로 발파 시의 지연뇌관인 연결 뇌관으로 TLD, BUNCH가 있으며, 전기식 다단 발파 회로에서는 보통 임의로 1~3자리(0~000) 숫자 설정으로서 장약공이 발파 시작 버턴을 누른(on) 후 실제로 뇌관 MS#0ms부터 시작하여 기폭되기 까지의 초시(ms)를 말함.
ms: millisecond의 약어로서 1/1,000초(sec)이며 뇌관의 고유 기폭초시 단위이다.
제한된 단수(약 40단 전후)의 뇌관으로 기존 회로 발파에서의 1회 발파 장약 공 200공 전후의 한계를 가짐. 본 공법은 200공을 훨씬 상회하는 1지발 300공 전후 장약 공 제어 발파를 여유 있게 설계할 수 있으며, 2FF, 3FF, 4FF 파괴 유형별 유도하는 시스템으로 발파효율이나 진동저감 목적에 따라 적용한다. 이 공법은 일반발파인 V-Cut나 Burn-Cut에도 적용하여 MS 단차 발파에 의한 효율 증가로 기존방법보다 현장조건 따라 5~10% 전후 발파 경비를 저감 할 수 있는 새로운 발파공법이다. 필요에 따라 PsB 발파를 추가한다면 대부분 3FF(현장의 전회의 작업에 연속 이어지는 작업에서의 자유면) 이상을 가지는 제어 발파로 진동치를 크게 낮춘다.
본 공법의 특징 중에서 으뜸은 터널이나 수직구의 1구역(심발 및 심발확대공)은 발파 효율 좋은 MS 및 MS 단차 발파이지만, 2구역은 2FF, 3FF, 4FF를 갖는 각기 다른 그룹으로 모이게 하는, 즉 진동 제어 시에는 터널에서는 2FF 자유면 그룹을 SB 전열공에 모이게 함으로써 PsB 시공 시는 2FF가 3FF로 바뀌면서 진동 제어에 크게 기여하게 되는 것이다. 혹은 발파 효율이 우선시 되는 곳에는 중앙 구역을 2 자유면 구역으로 모이게 하고, 그 이외 나머지 구역은 3FF로 만든다는 것이다. 물론 기존 방법에서는 2ff, 3ff, 4ff이 혼재되어 자유면 구역 분리를 만들 수 없었으므로 진동이 큰 2ff 파괴 발파를 기준으로 설계 ~ 시공을 해야 하는 비합리적인 부분이 있다. 수직구에서도 비슷한 방법이다. 즉 1구역(도 5참조)인 중앙 심발부를 제외한 2구역 중에서 1(첫) 회로의 첫 발파공인 2ff를 W.S를 상대적으로 줄이거나 PSB함으로써 도 88 및 도 101의 1회로의 공들이 각각의 이웃공인 3ff공의 진동과 유사하거나 그 이하로 줄일 수 있게 된다.
대칭 초시와 이웃 초시 설정 배경: 발파 진폭은 시작 초입에서 감소 비가 크다. 특히 선 기폭에 따른 심발공의 파쇄 공간이 형성되므로 심발 공을 경계로 동일 초시 지발 공수가 대칭 배열한 곳에서는 더욱 그러하다. 대칭 초시는 중간에 합해질 때의 진동은 인접 공 두 곳(2 지발)의 진폭보다는 작아지기(이격 거리 등 변수가 많지만, 예상보다는 많이 떨어진다.) 때문으로 이웃(인접) 초시를 설계 및 시공하는 것이 더 바람직한 것이다. 그래서 00ms(앞 숫자, 대칭) - 00ms(뒤 숫자, 이웃 초시)로 설명시 도면 등에 표기하여, 전체적 흐름을 빠르게 이해하도록 하였다.
제어 발파 등급: 본 공법 설명을 위해서 다음과 같이 임의로 정한 것으로 *?*공경과 에멀전 폭약 사용에서, W=표준 저항선(1~1.2m이지만 1m로 가정하고)
- 공통: S(공간거리)=1.1 ~ 1.3W, 굴진장=1.2m 공통 적용. 다음은 진동 제어 정도로 일반 발파, 일반 발파1 및 제어 발파 1~5 등급으로 공법 설명을 위한 임의로 설정한 것으로
- 일반 발파: 일반 발파로서 진동 제한을 적게 받는 장소. W=1m, S=1.2W(1.1 ~ 1.3)
- 일반 발파 1: 일반 발파로서 진동 제한을 약간 받는 장소. 굴진장 축소 혹은 천공수 10% 전후 증가, 심발공 부근만 진동 제어 W=1m, S=1.2W(1.1 ~ 1.3)
- 제어 발파 1: 심발부 대구경 제어, 나머지 일반 발파, 나머지 확대 공, W1=0.9m 전후 S=1.2W1
- 제어 발파 2,3: 확대 구역에도 약간의 진동 제어 필요로 하는 장소, W2=0.7~0.8m 전후, S=1.2W2
- 제어 발파 4: 진동 제어 보통 어려운 장소, W3=0.55~0.65M, 0.6m 전후, S=1.2W3
- 제어 발파 5: 진동 제어 매우 어려운 장소, W4=0.45~0.55M, 0.5m 전후, S=1.2W4이하, 본 발명의 실시 예에 따른 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
지금까지 주변환경과 시공성 따라서 발파, 기계굴착, 무진동 파쇄 등을 선택해왔지만, 대부분 발파작업이 주를 이루고 있음은 공정이나 공사비 등을 고려한 시공성과 경제성이 크게 앞서 있기 때문이다. 이에 발파 작업의 새로운 방법 개선이 무엇일까? 연구하던 중 도 6 ~ 도 13에 게재된 자유면 수(1 ~ 6)에 따른 법칙과 저항선 증감법칙이나 파괴(구속) 각도 등을 응용하여, 상대적 진폭이 크고 발파 효율이 작은 터널 및 수직구의 1 구역(도 4 및 도 5 참조)인 심발부와 수평(확대)공을 발파 효율 좋은 다수의 MS 뇌관이나 MS 단차(LP 뇌관 분할하므로 발생하는) 초시로 1구역을 먼저 기폭하게 하고, 터널 2 구역(도 4 참조)인 하향공들이나 수직구의 2구역인 심발부 제외한 확대공 (도 5 참조)들을 LP 뇌관으로 회로 분할 발파하는 방법을 캐드 도면과 회로(다단) 발파 뇌관 배열을 연구하던 중 상기 방법을 고안하게 된 것이다. 발파 설계 시 발파 추정식(국내에서는 대개 국토교통부에서 정한 방법)이나 유사 현장 경험 진동식에서 진동 허용치에 대한 거리별 지발당 장약량이 산정되면, 그것을 기준으로 설계하고 있다. 저항선이 작아지면 진동이 작아지는 원리로 진동을 저감키 위해서는 발파공 공수의 증가는 필연적(저항선 증감 법칙)이다. 130공 전후의 일반 발파공 공수가 제어 발파에서는 180공, 200공, 심지어 300공 전후까지 증가하게 된다. 100ms를 회로 분할하는 1지발 공으로 180공 이상은 무리이다. 발파공 공수를 200공 정도로 증가하여도 진동 저감이 원활하지 않는 특별히 높은 피크 진동 때문이다.
이에 본 공법은 제어 발파에서 1지발 300공 발파가 가능한 방법을 도안하여도 여유 있다. 그런데 본 공법은 제어 발파뿐만 아니라 일반 발파인 굴진 길이 1.5m 이하의 V-Cut 또는 2m 이상의 장공 발파인 Burn-Cut에서도 동일 조건에서 상대적으로 5~10% 정도의 장약 공수를 줄일 수 있는 공법으로 발파업계에 새로운 지평이다. 개발자는 관련된 기초기술과 2019년 R&D 연구사업의 시험내용을 본 공법과 관련된 자료와 최근(2021년 12월 및 22년 2월)에 쌍용C&E 동해공장에서 점화 후의 초기 파쇄암 비산(이동)속도를 연구(10,000매/s, 고속 카메라 촬영연구 2회)에 응용하여 기술하고, 기존 방법과 본 공법의 차이를 간략 기술한 도면이나 사진들을 뒷면 부록에 게시한 이(도 00번호)를 인용하여 가능한 발파 초보자도 이해할 수 있도록 비교적 자세히 설명하기로 한다.
이에 본 공법이 마땅히 그렇게 하거나 되어야 할 성질인 당위성을 위한 다음과 같은 1항 ~~8항의 본 공법 설명을 위한 실험 등의 요점을 먼저 제시하고, “마~사”본 공법인 발파 배경 항목에서 도면에 의한 기존 발파 방법과 비교, 혹은 본 공법의 시공이나 특성 내용을 발파 기술자가 읽음으로 인하여 충분히 공감할 수 있는 특허내용과 관련된 기초 도면들을 인용하여 널리 활용하도록 다음과 같은 항목 번호 순서로 본 공법과 연계하여 좀 더 자세히 부연하기로 한다.
1. 저항선 증감 및 2 ~ 4 자유면(2ff, 3ff, 4ff) 파괴의 특성과 2자유면에 대한 상대적 진동 저감.
2. 사용 뇌관의 고유 초시와 ±오차, 오차와 DI(=디커플링 계수)에 따른 새로운 지발 공의 정립.
3. 본 공법을 대표적인 심발 종류별로 인용하여 설명한다
4. MS 발파와 DS(LP) 발파의 특성을 본 공법에 적용
5. 각종 심발 종류에 MS 2set를 17ms 간격 2회로(0msTLD와 17msTLD) 분할로 본 공법의 요점인 도 43 A 방법 적용
6.『”PsB“를 대구경 Cylinder-cut(PLHBM)에 적용』
7. ⓝ500msTLD 개발에 따른 본 공법 적용 위한 특성들 요점
8.수직구에서의 본 공법(MS 2set 전후 )의 적용
9. 본 공법을 적용하는 설계 및 시공 등의 기타 공법 순으로 설명하기로 한다.
1. 저항선 증감 및 2~4 자유면(2ff, 3ff, 4ff) 파괴의 특성과 2 자유면에 대한 상대적 진동 저감 고찰
1)『대상 암반, 천공장, 약량 등의 동일 조건으로 저항선 작은 쪽 진동이 더 감소한다.』
도 1은 2~4 자유면(F, f) 비교시험 및 표준저항선 2f, 2ff 약량으로 저항선 감소비 및 뇌관의 제조한 고유 초시에 대한 오차 시험 등을 위한 시험체들이며, 도 6 ~ 도 10은 자유면에 대한 실체를 알기 위한 가상 도면상의 구분하는 표시 그림이지만 전회 발파에 의한 눈에 보이지 않은 실금(미세 균열영역)이 별도로 존재한다. 현장 대부분은 흔히 하는 말로 화약 냄새를 맡은 연속 이어지는 작업이므로 연속 자유면(FF)이라하고, 시험실 등에서 제작되는 자유면(F)으로 구분 검토하였다. 시험체도 처음에는 자유면 F(f)로 성립되었지만, 전회 실금이 존재하는 연속시험은 FF이기 때문에 동조건 거리에서 동조건 약량의 진동 크기는 당연히 진동 F>FF로, 진동의 차이가 발생한다. 현장의 실체를 파악해야 하므로 동일한 W도 질량(파쇄량) 많은 쪽이 당연히 소모되는 힘(energy)이 많은 것도 물리학의 불변 법칙이고, 동일 표준약량으로 W 감소 시 동일 거리 비교에서 당연히 W가 작아지면 동일한 폭약이라도 당연히 진동은 작아진다는 원리와 동일 표준약량과 W에서 자유면 수 증가시(2ff→3ff→4ff~) 진동이 감소하는 법칙 들을 응용하는 것이 일반발파나 제어발파에서 본 공법의 큰 기술 중의 하나이다. 예를 든다면, 표준 W보다 1/2 감소하면, 파쇄량인 체적량은 1/2 감소가 아닌 1/4 감소되지만 체적은 1/8 감소 된다는 것을 염두에 두어야 하며, 진동은 더 감소가 될 것은 확실하지만, 많은 변수 때문에 결론도 다양하게 발생 된다는 것이다. 그렇지만 현장 조건 따라 크고 작을 뿐이지 진동 감소는 분명하며 이 또한 물리학의 불변 법칙이다.
도 1 ~ 도 3은 자유면 유형 및 저항선 증감, 초시오차 등의 여러 가지를 시험할 부속 시험할 A, B 포함하여 약 60㎥의 2 등급 모르타르 시험체 구조 사진들(경남 함양군 도림석산에서 R&D 과제 연구 시험용)이며, 서울대학교 암반공학연구실에서 측정된 표준 공시체의 주 특성인 압축강도는 600㎏f/㎠, P파 속도는 약 4,000m/s이었다.
터널의 도 4와 수직구의 도 5는 발파 대상 굴착면에서 본 발명의 2ff, 3ff, 4ff 파괴 그룹별에 따른 본 공법을 원활하게 설명하기 위한 파괴 방향과 심발부 및 확대공들인 수평공, 바닥공, 하향공들의 배치된 1구역 및 2구역의 부호 등의 명칭들을 이용하고 각각의 도면들을 인용하여 초급기술자가 알기 쉽도록 설명 부연하기로 한다.
자유면 수 W 표준 =150mm 0.73W=110mm 0.53W
=80mm
2자유면 통합 대비
진동감소율(2m)		 9 .846mm
100%		 5.483mm
44.31%		 3.650mm
62.93%
2자유면 통합 대비
진동감소율(3.5m)		 6.575mm
100%		 4.080mm
37.95%		 2.223mm
76.19%
2자유면 통합 대비
진동감소율(5m)		 3.655mm
100%		 2.677mm
26.8%		 1.518mm
58.47%
자유면 통합 대비
진동감소율(7m)		 3.850mm
100%		 2.023mm
47.45%		 1.509mm
60.81%
평균 감소율
실지현장적용 m		 0%
W=1m		 30.63% ↓
W=0.73m		 64.6% ↓
W=0.53m
도 123(표 1)은 축소형 동일한 2 자유면 표준 저항선(W) 약량으로 저항선 길이 변화에 따른 진동 계측 결과(W=150mm=1.0W, W1=110mm=0.73W, W2=110mm=0.53W)를 나타낸 표이다.
시험 방법의 배경을 간략 기술하면; ▶ 시험 준비 이전에 시험 공경과 저항선 설정은 20여년 전부터 PLHBM(Pre Large hole Horizontal Blasting Method)의 진동감소의 원리를 위한 선행 연구(외경 Ф15㎜, 내경 Ф13㎜, L=200~220㎜/분상폭약인 finex 1/천공경 Ф17㎜)에 의한 수차례 경험을 고려하여 투명한 PVC 시험 장약 삽입 통(대롱)과 시험 천공장(외경 Ф17㎜, 내경 Ф16㎜, L=160㎜/EM 폭약)과 천공경은 Ф18㎜는 설정하였고, 시험 뇌관의 외부 제원(Ф7.5㎜, L=60~90㎜)을 고려한 천공장 대비 약장이 1/8로 너무 짧음으로 도폭선 추가사용(5g/m로 L=100㎜)은 수차례 시험을 거처서 공동 사용하는 것으로 정하여 시험을 하였었다.
상기 도 123(표 1)은 도 1 ~ 도 3 등의 준비에 의한 반년 가까운 시험한 R&D 선행 연구에 의한 도 122, 도 124에 의한 일부 자료이며, W 축소형 비교 시험에서 저항선(W)을 0.53W로 하였다. W는 장약 공경 Ф16mm 시험 공에서 저항선(W=150㎜를 사전에 정함)에 대한 표준 약량 찾기 이전에 약량을 넣기 위한 투명한 PVC 내경 Ф16㎜에서 W=150mm, 에멀전 폭약 표준 약량(=EM 2g+D 0.5g) 으로 사용하였고, 실제 현장에서 제어 발파 시 폭약 및 시공 관리에 따라 조금 다르지만, Ф45mm 공경 제어 발파에서 W=보통 1~1.2m가 0.45~0.8m까지 작아짐을 사전에 고려하는 시험이었다. 공당 약량이 변화하지 않아도 저항선을 반으로 줄이면 약 60% 전후가 감소 된다는 원리이다. 공당 약량이 많다고 해서 전부가 진동으로 전달되는 것이 아니고, 저항선 W를 가지는 암반을 파괴하는 순간 남은 에너지는 압력이 약한 쪽인 가까운 저항선 끝면의 공기 접촉 방향으로 집중하면서 순간적으로 급격하게 약해져 사라진다는 것이다. 이것은 폭발 시의 공기(자유면)에 접촉 시 얼마나 많은 감쇠가 일어나는지를 다음의 Abel-Nobel 상태 방정식과 Jones & Hine (1974)에 의한 장약공 공벽에 발생하는 폭굉 압력(응력)의 풀이를 개략적 검토하면:
폭굉압과 가스압을 산정하기 위하여 사용되는 변수는 다음과 같이 정의된다.
= 폭굉 압력(kgf/cm2), 일반적으로 폭약 에너지의 1/6(
Figure 112022063850493-pat00002
17%) 차지
= 가스 압력(kgf/cm2), 일반적으로 폭약 에너지의 5/6(
Figure 112022063850493-pat00004
83%) 차지
= 폭약과 공기 경계면의 최고 압력(kgf/cm2)
= 폭약밀도(g/cm3), 일반적으로 1.1~1.4 g/cm3
= 공기밀도(g/cm3), 0°1기압에서 0.00129 g/cm3
= 폭속(m/s), 일반적으로 5,000~6,500 m/s
= 음파 전파속도(m/s), 일반적으로 상온에서 340 m/s
= 디커플링계수(decoupling ratio) ( = 발파공 직경/약경)
Jones & Hino(1974)는 발파공 벽에 작용하는 폭굉압을 다음과 같이 산정하였다.
이 식에서 폭약밀도 , 폭속 이라 가정하면, 폭굉압력은 로 계산된다.
반면, Abel-Nobel의 상태방정식에 의하여 폭약의 에너지를 근거로 폭발가스가 발파공 벽에 작용하는 압력()은 다음 수학식 1에 의하여 산정할 수 있다.
여기서, = 폭약의 비에너지(l·2/kg),
= 폭약의 중량(kg),
= 발파공 체적(ℓ),
(α : Covolume, 폭약의 부피를 제외한 발파공 부피)
이다.
폭약과 공기 경계면에서의 압력()은 다은과 같이 계산된다.
이 식에서 폭약밀도 , 공기밀도 , 폭속 이라 가정하면, 로 계산된다. 즉, 폭굉압의 크기는 공기와 접하는 면에서 약 1/10,000로 크게 감소함을 알 수 있다. 이는 디커플링 효과에 의하여 폭굉압이 크게 1/11 ~ 1/13 감소한 크기로 발파공 벽에 작용하는 것들을 좀 더 떨어져서 객관적 고려하면 공기라는 매개체 층이 진동 감소에 큰 영향을 준다는 것이다. 2019년도 R&D 선행 연구에서 표 1을 만들기 위한 도 122, 123 자료 그대로 적용할 수는 없지만, 다만, 도 8 ~ 도 10을 참조 한다면 감소 법칙은 불변 법칙이다. 물론 표 1 및 도 122, 도 124가 거의 유사한 현장도 있겠지만, 그러지 못할 경우도 많을 것이다. 그것은 장약공 공저 배면의 천공오차가 0에 가깝지 않은 10~20% 들쑥 날쑥 한다거나 (도 18 참조)이나, 대상 암반이나 사용폭약 선택, 작업자의 천공 방향오차, 뇌관 배열 엇갈림, 전색 다짐 상태 불량(도 32, 도 33 참조), 장약공 내 절리면의 충진물 두께, 진동 저감하려는 작업자의 작업 의욕 등이 부수적으로 다양하게 관여하기 때문이다. 현재로서는 가상 설계를 하고, 설계 시 지역 지반층 및 주변 환경 특성에 적합한 발파 패턴을 추정하여 만들어 가는 것이 방법이다. 그렇지만 근사치 설계로 시공 시 과대 설계 변경 등이 적도록 하는 것이 높은 기술이다.
표 1은 도 122의 요약으로 실제 설계 시 응용할 수 있는 축소형 모형시험에서 나온 저항선 증감에 따른 백분율 표이다. 그대로 설계는 할 수 없지만 고려하는 설계는 할 수 있다. 즉
2)『2자유면(FF) 대비 3자유면 및 4자유면의 동조건 거리 진동은 크게 감소한다.』 도 122 및 도 124는 상기 제목 주요점 ‘가’를 설명하기 위한 부수 내용으로 2자유면(FF) 대비 3 자유면의 동조건 거리 진동이 평균 약 1/2(54%, 도 124) 감소하며, 2자유면(FF=F) 대비 4FF의 동조건 거리에서 평균 약 3/4(75.8%, 도 124) 감소하는 원리이다. 현장별 실제 수치는 상기 % 보다 적을 수도 있지만, 동 조건에서 3FF가 2FF 보다 진동이 적어도 30% 전후는 작아질 것으로 추정되며, 동 조건에서 2FF가 4FF나 3FF 보다는 진동이 크다는 것은 축소형 모의 시험에서 측정되는 사실로서 이 또한 물리학의 불변 법칙이라는 점이다.
도 8(도 7 ~ 도 10 참조)의 2FF, 3FF, 4FF 가상 단면적 파괴 질량(부피)이 2FF(상부)>3FF(중간 상)>4FF(중간 하)으로 나타나며, 4F(하단)는 인공 4 자유면으로 면적은 가장 크지만, 분산 면적이 크므로 3F 보다 진동 클수(파괴면적이 2자유면의 약 2배)도 있다. 반면 4FF 보다는 진동이 현저히 크다.
도 7, 도 8, 및 도 9, 도 10 및 표 1, 도 124, 도 126을 종합 판단하면,
”① 제어 발파 등에서 저항선(W) 증감 및 1~4 자유면(FF) 역할이 진동의 상승에 크게 관여한다.“
”② 2FF 대비 3FF에서 진동의 크기가 40% ~ 65% 감소하며 평균 54.4%의 값을 가지지만 적어도 보통의 현장에서는 30% 이상의 진동 감소는 될 것으로 추정한다.“
”③ 2FF 대비 4FF에서 진동의 크기가 72.6~78.8% 감소하며 평균 75.85% 감소로 나왔지만 적어도 50% 감소는 예견하지마는, 실제 중요한 것은 2FF 대비 3FF의 진동 감소가 본 공법을 창안하는 데에 크게 관여한 것이다.“
도 6 ~ 도 10에서 보이는 바와 같이 2FF>3FF>4FF 파괴 형태의 상대적 발파 단면적이나 질량을 개략적으로 살펴보면 이해가 쉽다. 이를 응용하여 2ff, 3ff, 4ff 파괴 유형 그룹으로 유도해야만 최외곽(SB) 전열공인 2FF에서는 W나 S를 상대적으로 줄이고, 3FF(자유면)을 유도하는 뇌관 배열을 하면 진동은 물론이며 여굴량도 상대적 줄이고 벽면이 더 매끄러우므로 안전성도 높아진다. 혹은 중앙을 ①회로 그룹 구역으로 정하여도 무장약공이나 S를 좁히는 PsB 등으로 진동 저감이 쉬운 데도 지금까지 이러한 시도는 국내외적으로 이루어진 바 없다. 그것의 매듭을 풀려고 본 공법 설명을 위한 도 39(도 38, 도 40) 본 공법 원리 대표도에서 터널이나 수직구 굴착면 1구역 wall(SB) 인접 혹은 포함하는 부분까지 MS 초시인 MS 뇌관 다수 세트나 혹은 MS 뇌관 및 LP 뇌관을 5 회로 전후로 조합한 단차 초시를 적용한 것으로 선 기폭 후 연속하여, 2 구역은 발파 효율과 진동 저감 둘 중 우선으로 해야하는 목적에 따라 진동 저감과 더불어 여굴량 감소까지 가져오는 두 가지 방법 중 진동과 여굴량 감소가 더 큰 경우는 도 40의 #8, #9, #10 ~ #23+1의 기폭 순서에서와 같이 좌우 측에서 중앙방향으로 기폭하는 진동 저감 및 여굴량 감소용이며, PsB로 인한 소음을 고려하여 소음저감과 발파 효율 증대의 목적이 더 큰 경우는 도 41의 #8, #9, #10 ~ #24에서와 같이 중앙에서 수평 좌우 방향으로 기폭하여 발파 효율을 중시하는 방법이다. 이러한 선택은 현장의 조건에 적합하도록 시험발파에 의하여 정하면 될 것이다. 여기에서도 중앙의 ① 회로구역의 첫 공인 2FF공을 이웃공인 3FF 진동과 비슷하게 하려면 수직구의 도 113 및 118의 ①회로구역의 무장약공이나 혹은 공 간격(S)을 상대적으로 좁히는 것 처럼 SB공에서 PSB 시공하는 무장약공 개수의 약 1/2정도로 현장조건에 따라서 진동제어 선택 할 수도 있다. 1구역을 제외한 공수가 늘어난 모든 2 구역에 SB공을 제외한 수평선상(수직구는 장약공 원호)의 장약공을 원칙적으로 동일뇌관 번호로 배열하여 좌우 앞뒤를 고려해야 하는 뇌관 배열 혼선을 줄이고 번거로움이 없도록 배열하므로 피크 진동 값을 조정하여 기존보다 진동 값이 작을 뿐만 아니라 수월한 작업성을 꾀할 수 있다. 터널의 2구역 모두는 하향공이면서 2 ~ 4FF 혹은 상대적 진동이 적은 PsB 사용 시 2자유면파괴를 없애는 3자유면 파괴 ~ 5자유면 파괴를 갖도록 유도하는 발파로 발파 효율 및 진동 제어 효과가 기존 발파에 비하여 우수할 뿐만 아니라 보통 1회 1지발 190공 전후인 기존의 1지발 최대 공수를 300공 전후 늘 릴 수 있는 공법이다. 핵심은 2FF 많은 굴착 단면 1구역인 하부의 수평공 및 바닥공을 비교적 정확한 MS 발파 및MS 단차 발파로 선 발파를 함으로써 많은 기술적 진보를 이룰 수 있다. 또한 수직구에서도 2구역 내의 1회로구역이 첫 기폭하므로 2ff로 그룹을 유도함으로써 이웃공은 3ff이므로 1회로 구역에만 제어발파(W.S 단축, 무장약공, 혹은 PSB적용 등)하면 현장조건에 적합한 진동제어에 용이하다.
3) 『중력의 방향을 고려하여 수평(0°180°전후 부근)공 및 상향(90°전후 부근) 이동보다 하향 쪽(270°방향)으로 발파를 진행하게 되면 터널에서는 상대적으로 적은 양의 폭약이 소요된다.』
도 4에서 2구역은 중력의 법칙으로 발파가 용이하지만 상대적으로 발파가 힘든 2 자유면공이 많은 도 4의 1구역인 하부 심발공 및 수평공, 바닥공에서는 W, S를 상대적 좁히면서도 발파 효율이 좋은 MS 단차 발파를 하고, 2구역 모두는 하향공 및 SB 혹은 PsB등으로 대부분이 2ff, 3ff, 4ff 파괴유형 그룹으로 만들어지므로서 진동 제어 및 발파 효율 개선에 응용한 것이 새로운 본 발파 공법이다. 즉 굴착선 전열공이나 중앙이 2ff 그룹이므로 그곳에 진동 피크 값이 발생 되면 SB 공에서는 진동이 낮은 PsB를하여 1 자유면을 추가하던지 중앙을 2ff로 할 경우에는 장약공 앞이나 이웃에 무장약 공을 추가해 주는 방법이 있으나 현장 허용 진동 조건이나 시공성 따라 편리한 것을 적용하면 될 것이다. 수직구에서도 2 구역의 1 회로 구역에서 원호상의 장약공이 첫 기폭되므로 2FF이고 그 이웃공들은 연차적으로 모두 3FF이고 마지막 공은 4FF 그룹을 만들므로 진동 제어가 용이하다.(무장약공을 이용하는 PSB, 혹은 W.S 단축 등)
2. 사용 뇌관의 고유 초시와 ±오차와 DI(=디커플링 계 수)에 따른 새로운 지발공의 정립
사용 뇌관 4%~10% 초시 오차 실험 내용과 이를 고려한 새로운 지발공 검토를 하면,
도 20은 2019년 R&D 선행연구에서 진동 측정에 의한 뇌관의 초시 오차 시험 전경이다, 가운데 0ms 초시 기준으로 양쪽으로 동일 고유 초시 뇌관을 대칭 배열한 후 순발#0ms 뇌관이 피크 값에 도달하는 도 125 및 도 126에서의 감소(-) 보정 값인 2.9ms ~ 6.8ms를 일일이 수정하여 기록하였다. 진동 계측으로 시험한 2개의 대칭 각선 실제 길이 오차가 보통 2cm 이하이지만, 비록 10배가 큰 20cm의 오차가 발생했다고 가정을 해도 그 오차는 모르타르 재료(2 등급) P파 속도가 약 4,000m/초이므로 400,000cm; 20cm=1,000ms ; X, X=0,05ms, 0.05ms 초시 오차이므로 무시할 수 있는 값이다.
도 23 및 도 24는 2019년 R&D 선행 연구에 의한 초고속 카메라(1만매/sec)에 의한 오차 시험 준비 전경(1회 촬영 갯수는 0ms 순발 포함 11개)이며, 도 23은 뇌관별 0.1ms(100㎲)의 순간 불빛이 지날 때(전후하여 불빛 크기가 3/5 이상 급격히 소멸)의 가장 크게 화면 포착 순간(0.1ms)을 뇌관 기폭 초시별로 배열한 것이다. 15,000매/sec 촬영이 가능한 초고속 카메라를 사용하였으나 분석 편리성을 위하여 1만 매/sec (0.1ms=100 ㎲)로 설정하여 촬영하였다. 0ms 순발 뇌관 기폭시간을 기준하고 100㎲(=0.1ms) 정밀도의 뇌관 초시 오차 조사로서 도 125 및 도 126의 실제 조사에 의한 도 127의 ① 항은 8ms 이내 기폭 할 확률이고 도 127의 ② 항 괄호 안은 1만번 몬테칼로 시뮬레이션한 결과이며, ② 항 하단 수치는 그 값을 백분율로 표시한 것이다.
초시 분석 결과 대부분 고유 초시 부근에서 4% ~ 10%의 오차는 발생하였지만, 뇌관 초시의 품질은 매우 우수한 것으로 조사되었다. 예를 들어 MS #1의 고유 초시가 20ms(시험 당시에는 20ms이고 지금은 25ms임)이면 1 ~ 1.5ms이라도 7%인데 4% ~ 10% 대의 오차는 매우 작은 값이다. 대부분 이 고유 기폭 초시보다 미세하게 작았지만, 99.1%대의 제조 평균 고유 초시율은 제일 작은 것이 96.7%이고 제일 큰 것은 104.4% 수준으로 시험 전 생각보다는 훨씬 만족할 수 있는 정교한 초시 오차를 갖고 있었다.
진동 측정이나 초고속 카메라 촬영에서 공히(빠짐없이 모두) 초시 오차가 생각보다 훨씬 유사하게 측정되었다는 것은 모든 시험에 최선을 다했다는 것으로 사료된다. 다만 진동 측정 방법은 500ms 회로 발파에서 사용할 수 있는 900ms, 1,400 ms 및 2,000 ms ~ 6000ms 뇌관에서 500ms 회로 발파를 위한 뇌관의 선택적 사용 횟수를 동일뇌관 2개를 대칭으로 10회(각각의 뇌관 20개) 시험 결과이다.
그러므로 지발공 설정 시 보편적으로 LP 뇌관에서 1,200ms 미만은 안전을 고려하여 1공을 지발 당 약량으로 제어 발파에 적용하고 2,000ms 이상의 LP 뇌관에서는 2공 이상을 지발 당 약량으로 설정하여 설계하면 더 많은 공을 1회에 발파할 수 있다. 단, 기존 100ms회로로 분할 할 때 각개 회로 구역 이웃 초시 범위가 8 ~ 17ms이 되는 것보다는 200ms 혹은 500ms 회로로 분할하면 이웃 초시가 42ms ~ 109ms로 더 크게 활용하게 되어 피크 진동을 보다 더 저감 할 수 있는 결과를 가져올 것이다. 그리고, 터널 전체 발파공의 20% ~ 30% 전후인 최외곽공 SB(DI=2.5) 장약공을 일반 2 자유면(2FF) 주변 확대공과 동일한 지발당 장약량을 설정하는 것은 매우 잘못된 발상이다. DI=2.5 장약공 주변에 받는 SB 공의 압력과 DI=1.1(일반 밀장약 공)의 압력비는 1/11 이하로 서(ITO SASA 이론인 도 16에서 개략적 계산)에서 장약공 공벽에서 받는 압력을 참조하면 동일 지발당 장약량을 적용하는 것은 비과학적이다. 그렇다면 1:11 공은 아니더라도 지발 공수를 확대 2ff 1공에 비하여 초시 오차까지 고려하면, 1 지발 제어 발파 구역이라도 2ff 대비 3 ~ 5공이 적합한 지발 공수가 될 것이다.
도 16은 1961년(일본광업 협회지, 77, 882, 1047 ~ 1051)에 게재된 'ITO SASA' 이론으로 왼쪽은 일반 다짐 장약으로서 약 40,000㎏f/㎠이고, 오른쪽은 약 3,500㎏f/㎠ 정도이므로 디커플링 장약의 내벽에 받는 압력에 큰 차이가 있다.
터널에서 도 4의 2 구역인 하향공은 중력 방향에 따라 장약량이 수평공 및 상향(바닥)공보다 작은 것은 당연하다. 가능한 하향공을 상대적 증가하려면 수평공을 감소하는 기술이 필요하다. 그러므로 적합한 범위에서 심발공 중심 위치를 낮추어야 한다. 더불어 구석공에서 파괴 각도가 100°이상 되려면, 도 12 및 도 13을 참조하는 구속(파괴) 각도와 D가 2.2W 이상 파괴 방향 배면 길이(넓이)가 될 때까지 구석공들은 상대적으로 진동이 크게 됨을 고려하여 W.S를 줄여야 하므로 설계나 시공 시 W를 줄이는 것에 인색하지 말아야 하며, 보통 진동에 큰 영향 없으면 약간의 과장약이나 감소한 W.S로 지보 설치 구간에서는 공저까지 절단(뿌리 깍기)을 확실히 해야 한다. 상기한 바와 같이 심발공은 가능한 발파 단면 하부에 치우쳐 위치하도록 하고, 비교적 초시가 정확하고 발파 효과가 뛰어난 MS 뇌관 및 MS 단차로 굴착 단면 크기에 따라서 1 ~ 5세트(set) 혹은 MS 뇌관과 LP 뇌관을 조합한 약 30 ~ 80개를 회로 발파에 사용하여 터널 발파 단면 하부를 선 기폭 한다. 이를 위해서 터널 발파 단면 하부의 기폭 배열은 상부 하향공에 비해 저항선을 줄여야 하므로 트랜치(trench)식인 지그재그 배열, Spiral-Cut, WSB 등을 응용하여 기폭 배열한다. 본 공법은 1지발로 하여도 일반 도로터널이나 복선철도 약 74㎡의 단면에서 MS 뇌관 80개 전후를 배열할 수 있는 장점이 있다, 고난도 진동 제어구역에서도 공수가 증가하여 터널 발파 단면 하부의 좌우 측 구석 구역(wall공)이 선 기폭하도록 발파공 수를 100공 정도로 배열할 수도 있다. 반면, 기존 공법으로는 1지발당 기껏해야 20개 미만의 공수이고 추가 장약공은 발파 효율이 상대적으로 떨어지는 LP 뇌관으로 배열하며, 대부분 잘못된 인식으로 cutoff 방지를 위하여 MS 뇌관 #4부터 시작하여 8~12개만을 사용하는 현장이 대부분이다.
3. 본 공법을 대표적인 심발 종류별 인용하여 설명한다.
다음은 본 공법의 설명을 보다 더 체계적인 설명을 위하여 먼저 심발 형태별로 크게 3종류인 ⓐ V-Cut, ⓑ Burn-Cut, ⓒ PLHBM(제어 발파인 cylinder-cut의 대표)로 분류하고, 각 심발 종류별 기존 공법과 본 공법의 도면 번호를 다음과 같이 연계하면서 구분한 후에 재차 비교 설명 시 부록에 실린 도면 번호를 예시로 들어 부연하기로 한다. 먼저 전반적인 설명을 위한 도 1 ~ 도 45까지와 도 92 ~ 도 98은 본 공법 설명을 위한 보조 도면이며,
기존 방법인 ⓐ V-Cut의 대표 도면 번호는 도 46, 도 49로 2종이고, V-Cut에서의 본 공법 적용은 대표적으로 도 52, 도 55, (2종)이다.
기존 방법인 ⓑ Burn-Cut의 도면번호는 도 58, 도 60으로 2종이고, 본 공법을 적용 한 ⓑ Burn-Cut의 도면 번호는 도 62, 도 64으로 2종이고,
기존 방법인 ⓒ PLHBM(제어 발파, 대구경 cylinder-cut)에서 사용하는 기존 도면번호는 도 67, 도 70, 도 77, 도 80으로 4종이고, PLHBM을 적용하는 본 공법의 도면번호는 도 71, 도 74, 도 83, 도 86, 도 88, 도 90의 6종이다. 본 공법인 이중 회로 방법은 도 99 ~ 도 101으로 3종이다.
도 86, 도 88, 도 90은 고난도 제어 발파 도면으로서 도 45의 “C”방법을 연계한 cutoff를 제어하기 위한 방법으로 도 44의 “B”방법(도 101)보다는 단순하며, 연결뇌관도 적게 소모하므로 좋은 방법이지만, 500msTLD 및 n500msTLD 개발은 필요 따라 제조사에서 개발할 것이므로 그 이전에는 도 43(도 45)의 “B”방법(도 101)을 시험한다. 국내의 초시 2019년 R&D 선행연구 조사에 의하여 도 125 및 도 126, 도 127 결과에서와 같이 직접 품질 조사 시험으로 본 공법에 자신감을 더 하였다.(연결뇌관의 제조과정도 큰 어려움이 없을 것으로 판단하였다).
도 92, 도 93, 도 94는 심발 종류인 ⓐ V-cut, ⓑ Burn-cut, ⓒ PLHBM별 선택하는 대표적인 회로 초시별(100ms, 200ms, 500ms)의 회로수와 연결 뇌관 지연 초시 흐름도의 기존 방법과의 차이를 확실히 인지하기 위하여 확연히 다르게 보이도록 만든 특성 비교도이다
도 92의 기존 V-CUT과 본 공법의 회로 분리 및 파괴 방향 방법 비교(회로구역 이웃 초시가 클수록 피크 진동이 적다.)에서 좌측 기존방법은 대칭 초시와 이웃 초시가 9(17)ms ~ 17(25)ms이고, 우측은 본 공법의 도 43의 “A”및 “C”방법을 연계한 것으로 대칭 초시와 이웃 초시가 42ms ~ 67ms로 본 공법은 회로 순환 싸이클 초시를 100ms에서 200ms, 혹은 500ms로 늘릴 수 있으므로 공수가 많을 때에는 선택폭이 매우 크다. 기존 V-cut를 본 공법에 의한 100ms를 5 ~ 6 회로로 사용하는 일반발파1에 사용한다.
도 93은 기존 Burn-cut를 본 공법의 회로 분리 방법과 비교하여, 기존 100ms/7회로와 본 공법 200ms/7 회로를 예시하며, 좌측 기존방법인 Burn-cut은 대칭 초시와 이웃 초시가 9(17)ms ~ 17(25)ms이고, 우측 본 공법은 도 43의 “A”방법을 연계한 것으로 대칭 초시와 이웃 초시가 17ms ~ 42ms이고, 본 공법은 회로 순환 싸이클 초시를 500ms로 늘릴 수 있으므로 공수가 많을 때에는 선택폭이 매우 크다. 좌측은 기존 공법이고 우측은 기존 Burn(V)-cut를 본 공법에 의한 200ms를 7회로로 사용하는 제어 발파1에 사용한다.
도 94는 기존 PLHBM(제어발파)과 본 공법의 회로 분리 배열 방법 비교도로서 좌측 기존 PLHBM은 대칭 초시와 이웃 초시가 9(17)ms ~ 17(25)ms이고, 우측 본 공법은 도 43의 “B”방법을 연계한 것이지만 “A”,“C”로도 대응할 수 있으며, 대칭 초시와 이웃 초시가 42(67)ms ~ 109ms로서 기존방법과 비교시 매우 안전하다. 기존 제어발파(PLHBM, Cylinder-Cut 등)를 1구역 심발부 적용에 따라 현장의 조건에 따른 방법을 사용하면 된다. 도 43의 본 공법에 의한 500ms를 9회로로 사용하는 제어발파에 사용하며, 도 94는 기존 PLHBM 방법과 본 공법으로의 이중 회로 발파 PLHBM 흐름 차이를 그림으로 공법의 차이를 명확히 보여주고 있다. 상기 설명한 도 92 ~ 94에서 모두가 회로 초시 공간을 큰 초시로 할 수 있으므로 진동 제어나 발파 효율에 따라 회로 초시를 선택할 수가 있다.
도 99 ~ 도 101(3종)의 터널 적용과 수직구 도 120(1종)에서도 MS 단차를 사용하는 MS 뇌관 8 ~ 16개(MS1번부터 사용) + LP #2(#3, #4) ~ LP #11(각 회로별 8 ~ 10단)까지를 조합하는 1구역은 2구역과는 별도로 다른 4 ~ 6회로(예시 도면엔 5회로 적용) 발파를 하는 것이다. 먼저 1구역에 0msTLD와 17msTLD로 하부의 배열 뇌관류를 2구역 첫 회로인 0msTLD 회로에 연결한다면 2구역(17msTLD)의 선(라인)상 장약공 점폭약포에 있는 뇌관류 연시약에 점화 되기 전이므로 cutoff가 되며, 당연히 발파는 실패한다. 새로운 본 공법은 반복하지마는 모든 1 구역(심발부 등)의 통전은 반드시 2구역의 끝 회로를 경유하여 연결해야 한다는 것이다. 끝 회로 지연 초시에 연결하면 MS 0번부터 사용해도 본 공법의 모든 2구역인 상부장약공에서 cutoff는 발생하지 않는다. 수직구 이중회로인 도 120을 기준으로 보충 설명을 하면, 하부 혹은 1구역의 +0msTLD 라인에 연결된 첫 공인 순발 #0ms를 사용치 않는다. 뇌관의 오차에 의한 안전을 고려하여 순발 #0ms 다음의 MS #1부터 사용하면 MS 마지막 번호인 #15 ~ #19(475ms) 까지 8 ~~20개 사용하고, 1구역의 회로발파는 100ms회로를 이용하는 LP 뇌관 번호는 #2#3#4#5(500ms/ MS공수 선택에 따라 다름)부터 시작 하여 LP #11(1200ms)전후까지를 사용한다. 즉 MS 뇌관은 1회로(0ms) 혹은 2회로(0msTLD, 17msTLD)로 분할하고, LP 뇌관은 0msTLD, 17msTLD, 25ms, 42ms, 67msTLD, 84msTLD 등으로 4 ~ 6(도 120은 5회로임)회로 전후 분할하면 하단부의 심발부 및 좌우측 구역은 MS 단차 발파가 된다. 1구역 기폭이 종료된 후에 그 다음 연속으로 2 구역 지연 초시까지 고려된 LP 구역의 기폭이 제일 빠른 것부터 순차적 기폭되므로 예시된 모든 기폭 초시에서와 같이 cutoff는 발생치 않는다. 하단부 MS #1 기폭 이전에 2 구역인 상부 모든 장약공 내의 뇌관의 점화옥에 점화가 되었으므로 그 이후 각종 지연 초시 TLD 뇌관에 연결되는 모선격인 shock tube(각선)가 절단되어도 이미 통전완료되어 정해진 기폭 시간(고유 초시+지연 초시)에 발파가 되므로 중간에 cutoff 없이 발파가 이루어진다. 그러나 2 구역은 사전에 뇌관 고유초시가 늦은 뇌괸을 선택 했슴으로 문제가 되는 점은 없으나 1 구역 각각의 500msTLD와 n(500msTLD)까지 가는 모선 shock tube는 cutoff 되어도 되지만 추가된 각각의 더 지연(n500ms배수 TLD)되는 TLD뭉치에서 1구역 나머지 장약공 약포까지 가는 20개 이하의 병렬 연결인 지선 shock tube 선이 절단(shock tube)되면 안 되므로 뇌관 정렬시 가지런하면서도 먼저 기폭되는 장약공을 피하여 가지런 정렬 혹은 TLD 뭉치를 도 96의 ② 및 도 98에서 처럼 감추어야 한다는 것이다. 다행히도 병렬식 연결이기 때문에 만에 하나 단락되어도 발파는 되지마는 그부근에서 피크진동은 예상해야 하므로 관심을 갖고 가지런배열에 최선을 다 해야 한다.
도 102 및 도 103은 도 43의 “A”“B”“C”방법 및 도 44의 “B”방법을 연계한 본 공법의 주 요점을 집약한 것으로, 비교적 정확하고 배열이 용이한 MS 뇌관을 세트로 사용하기 위해서 별도 이론적 개발한 500msTLD, ⓝ500ms TLD 사용으로 Bunch(TLD) cutoff 제어를 위한 방법과 본 공법의 원리 포인트를 설명하기 위한 집약 도면이다.
4. MS 발파와 DS(LP) 발파의 특성을 본 공법에 적용
MS 발파는 제발 발파와 비슷한 효율을 가지면서 진동은 제발 발파보다 낮아진다. 그것은 MS 발파가 25ms 간격의 고유(제조) 초시를 갖기 때문이다. 이와는 느리게 100ms, 200ms, 500ms 간격을 가지는 DS(LP) 발파는 발파 효율이 상대적으로 떨어진다. 상대적 효율을 가지려면 진동이 크게 되므로 중하 초시(1,400ms) 이상이면 일반 화약기사 선호도는 LP사용 시는 2 지발을 사용하며, 초시 오차에 의한 8ms 이내 제발될 확률은 3% 이하(도125, 126, 127 시험 참조)이며, 또한 이내이더라도 1공은 파괴(구속)각도 형태가 2FF는 102°전후이지만 2지발공의 파괴 각도는 3ff인 약 142°전후이므로 진동이 배로 증가하지는 않는다.
1지발 MS 단차 발파 시 장약량과 100ms ~ 500ms 초시 간격으로 기폭 되는 DS 발파 시의 1지발 장약량은 동조건 W. S. H이라도 다르게 해야 한다. 즉 25ms 간격 MS 뇌관 2공이나 초시 오차에 의해 MS 단차와 비슷한 LP 뇌관 1,400ms 중하 초시 이상의 2지발공 발파 장약량은 비슷하다. 200ms 간격 이상의 LP 1지발 공 장약량과 25ms 초시 간격인 2공의 비교 시는 당연히 후자인 MS공의 장약량 쪽이 발파가 수월하고 진동 또한 적게 발생되므로 25 ms 초시 간격인 MS 뇌관 2 지발공 발파 장약량은 약간 작게, 즉 상대적(보통 0,5 ~ 1개/천공장따라 다름)으로 감량, 혹은 W. S를 크게 하는 것이 바람직하다.
그러므로 MS 단차 장약공보다 DS 단차인 장약공은 동 조건의 파쇄석을 원하면 DS 약량은 증가가 필요하다. 즉 이웃 공 기폭 초시 간격이 100ms 이상을 가지는 발파 패턴도에서의 장약공 1공이나 1,400ms 이상의 동일 번호 LP 2공(오차에 의한 MS 단차 발생)을 진동 피크 측면에서는 도 125의 초시 흐트러짐을 고려하면 MS단차와 비슷하게 적용할 수가 있다. 도 127에서처럼 3% 정도는 8ms 이내 기폭 될 확률은 있지만, 이 또한 파괴 구속 각도가 2 자유면보다 크므로 도 6 ~ 도 10을 고려하면 그대로 진동으로 배가 되지는 않는다. 도 125의 LP 뇌관류 및 도 126의 MS 뇌관류에 의한 진동 계측과 고속 촬영(10,000매/S)에 의한 피크 진동 시의 고유 초시 시간 ms, 이들의 오차를 이용하여 심발부에는 1 지발공으로 즉 600ms 전후 이하는 1지발공 1,400ms 이상에서는 2 지발공 이상을 원칙으로 하고, 파괴 각도(구속 각도 차이 발생) 등 종합적인 기술을 여러 도면을 인용하여 반복적으로 설명해 가기로 한다.
MS 발파에서는 도 25의 A, B 표에서와 같이 적당한 뇌관 길이와 사용 연시약 등으로 제조 오차를 고려하여 25ms(25ms ~ 75ms 이웃 초시도 발생) 고유 초시로 만들어지므로 대부분 25ms 간격으로(고유 초시는 같지만 배열 과정에서 25ms ~ 75ms 이웃 초시도 드물게 발생) 발파 효과가 제발 발파 효과를 가지므로 진동 발생을 억제하면서도 발파 효율을 크게 할 수 있다. 다음의 DS(LP) 발파와 동조건 파쇄도 요구한다면, W, S를 더 크게 할 수 있으며, 또한 공수가 많아지는 회로발파에서 LP 뇌관 배열 시 언제나 이웃 공을 배려하여 발파 순번이 어긋나지 않게 해야 하므로 배열 과정상 자칫하면 기폭 순번을 변경해야 하는 애로점이 있다. 그러나 본 공 법에서 MS 뇌관 20개를 배열 시 순차적 저항선 늘리는 spiral-cut 등을 응용하여 배열하므로 큰 어려움이 없으며, 나머지 2구역 LP 뇌관도 원칙적으로 수평 동일선상에 동일 번호를 배열하기 때문에 큰 혼선 없이 보다 빠르면서도 이웃 장약공과 순번이 바뀌는 엇박자 배열이 매우 적은 장점을 갖고 있다. 물론 수직구에서도 2구역의 원호(arc)의 공은 동일한 고유번호를 배열하기 때문에 혼돈이 적다.
DS(LP) 발파 특성이란, LP 뇌관의 단차 구성은 도 25의 A, B 표에서와 같이 적당한 뇌관 길이와 연시약 등으로 제조오차를 고려하여 1,000ms 고유 초시 미만에서는 단차가 100ms부터 시작하여 100ms 간격이고, 2,000ms까지는 200ms 간격이며, 그 이상은 500ms 간격으로 제조되어 있다. 기존 제어 발파에서는 1회 발파공 수가 많으므로 주로 100ms 이상의 모든(200ms, 500ms간격) LP 뇌관을 사용할 수 밖에 없다. 이때 1지발 공으로 설계한다면 MS 공과 비교하여 공당 장약량이 증가하고 발파 효과도 감소한다. 선행 연구에 따르면 본 공법에서는 LP 2공이 8ms 이내 제발 발파될 확률은 도 125 도 126, 도 127에서처럼 3% 전후임을 고려한다면 가능한 LP 1,000ms, 1,200ms 이하는 원칙적으로 1공을 1지발공으로 하고, 1,400ms 이상은 2지발로, 2,000ms 이상에서는 3 지발로 하는 것이 좋다. 이는 현장에서 그대로 적용할 수는 없으며 시험발파 후 조정할 수 있다. 오히려 2 지발 장약공의 진동이 적게 나타날 수도 있다. 고유 기폭 시간이 2,000ms 이상의 뇌관에서 LP 1공이 약장약(2공은 적합한 약량, 1공 약량은 빠듯함)일 경우 진동도 동 조건 장약량에 비하여 크고 발파 효과도 불량하다. 제조 초시 오차에 의하여 도 125 및 도 127에서와같이 2공을 1지발로 기폭하여도 자동 시스템으로 정교한 뇌관류를 제작하여도 제조날짜, 날씨, 운반시간이나 조건, 기압, 온도, 여러 복합조건을 동일하게 한다고해도 약 3%(매우 정교한 오차임) 정도가 8ms 이하 시차에서 기폭하며, 도 12에서 좌측은 1 지발 공이지만 파괴각도가 약 102°인 2 자유면 발파이고, 우측은 2 지발공이지만 초시 오차만큼 MS 발파와 비슷하게 되고, 혹은 약 3%, 4%가 8ms 이하 기폭하여도 2 지발공이면서 구속 파괴 각도가 커진 약 142°이므로 배 이상의 진동 값이 발생하는 것은 아니다. 대부분의 경우 오히려 진동이 작거나 경우 따라서 5% ~ 10% 전후 증가할 수도 있겠지만 대부분은 2 자유면 1 공의 진동 값과 유사할 것이다.
MS 발파와 DS 발파의 차이는 같은 화약 및 공경과 천공장에서 MS 발파가 DS발파보다 파쇄도가 좋다는 것이며, MS 발파가 상호 간섭에 의한 가벼운 발파이므로 진동 또한 적다. 즉 MS 발파는 DS발파와 같은 파쇄 효과를 보게 할 정도의 발파라면 W(저항선) 및 S(공과 공간거리)를 늘릴 수 있다는 결론이 도출된다. 이로부터 기존 발파 도면인 V-Cut에서도 전단면인 도 49, 도 62와 상부 반단면인 도 46을 도 64, 도 67의 굴착면 하부 전체를 MS 발파를 하므로 공수 절감한다. 물론 그 이후의 2구역인 하향 공에서도 W 및 S를 상대적 늘리므로 발파설계 공을 줄일 수 있게 되는 것이 본 공법의 특징이다. 이는 Burn-Cut, 제어 발파 등에서도 동 조건이라면 기존보다 발파 공수를 감소할 수 있게 되는 것이다. 1구역에서 MS 단차를 사용하는 도 43의 “B”방법인 MS #1부터 MS 8 ~ 16개와 LP #2(#3, #4) ~ LP #11 (LP 뇌관 중 1200 ms 전후 이하의 초시 오차가 적은) 조합하여 4 ~ 6회로 발파하는 도 101 및 수직구의 도 119에서도 비록 LP 뇌관을 조합하였지만, MS 발파와 비슷한 파쇄가 된다는 것이다.MS 특성을 이용하고 2FF 및 3FF 파괴 시의 특성을 이용하여 터널 굴착면 1구역인 모두(20 ~ 100개 전후, 대부분)를 MS 단차 먼저 기폭하고 연속으로 2구역을 파괴 유형별 모임으로 만들어 이를 이용하는 발파공법이 기존 도면과 본 공법을 인용하여 다음과 같이 기술하기로 한다.
도 38은 터널에서→본 공법의 발파 방향, 도 39는→1구역인 2 ~ 3FF(심발 및 수평 및 상향공) 고찰, 도 40은→2 구역을 2FF, 3FF, 4FF(자유면 파괴유형 그룹)에서와 같이 1구역은 MS 단차(MS 뇌관 혹은 LP+MS 조합한 100ms 회로 발파)로 선 기폭 배열하므로 통전이 이미 끝난 나머지 2구역 LP 하향 공(Down Holes)들은 좌우 측에서 중앙구역 방향으로 순차적으로 기폭하면 2FF 3FF 및 4FF되어 발파 진동 저감이 쉬운 공법이다. 좀 더 구체적으로 기술하면, 도 38, 도 39, 도 40인 본 공법의 2ff, 3ff, 4ff 파괴 유형 그룹 유도로 이를 이용하는 도면에서 1 구역에는 뇌관 기폭순서가 MS 뇌관 혹은 LP+MS 뇌관이 조합한 회로 발파를 단면 하부 심발부와 그 인접 확대하는 과정에서 위 보다 좌우로 4열(심발 부), 3열, 2열을 뇌관으로 줄파기(trench) 발파에서처럼 지그재그 순번으로 먼저 기폭 하도록 하고, 연속하여 2구역 상부는 미리 배열되어 지연 초시를 고려 한 통전 완료된 기폭 초시가 빠른 LP 뇌관 번호부터 좌우 벽면(진동 저감 목적) 까지 발파하며, 도 39를 기준 설명하면, ①→② 구역에서 중앙 ⓝ 구역으로 빠른 초시부터 기폭하는 방법과 혹은 중앙(발파 효율 목적)ⓝ구역을 ①구역으로 하고→양쪽으로 ⓝwall(벽면 방향인 SB구역)으로 빠른 초시부터 기폭하는 방법이다. 1구역 하부의 MS 단차 구역의 모두가 ①회로를 경유하여 순차적 끝 회로(1회로→1 ~ 9,10 ~ 11,13,19,23회로인 ⓝ회로) 구역을 통과(경유) 후 연결되므로 굴착단면 1 구역인 하부 구역에서 제일 늦게 통전 기폭하는 뇌관(주로 ms19번 혹은 LP 뇌관 2중 회로 발파 시 끝 구역인 ⓝf 구역의 제일 늦은 기폭 초시) 기폭 전에 2구역 상부 공들이 기폭하지 않도록 사전 선택한 LP 뇌관 배열이므로 첫 기폭 이후 2구역 상부장약공 점폭약포 각선 모두가 절단되어도 정해진 초시에 기폭된다. ⓝ회로는 회로별 이웃 초시가 0msTLD, 17msTLD, 25msTLD, 42msTLD, 67msTLD, 109msTLD로 만들 수 있지만, 기존 초시 분할은 대부분 거의 8, 9회로 이내이다. 8, 9 회로 패턴도도 특별한 경우 사용하지만, 기대만큼 효율을 갖지 못하고 있다. 그러나 본 공법으로서는 첨부된 도면에서와 같이 10회로 이상인 11, 23회로까지도 구성하여도 기존보다 이웃 초시가 훨씬 여유롭다. 즉 500ms를 순환cycle회로 사용에서 보통 9 회로 이하이면 이웃 초시(109ms), 11 회로이면 이웃 초시(67ms), 13 회로이면 이웃 초시(67ms), 15회로이면 이웃 초 시(67ms), 19 회로이면 이웃 초시(42ms), 23회로이면 (42ms), 57 회로/이웃 초 시(17ms)이며, 단면과 제어 정도 따라 얼마든지 대응할 수가 있다. 2구역은 동일 수평장약공 선 상에 동번호 뇌관을 배열하는 것으로 1회 발파공 수가 많은 지역에서도 충분히 대응할 수 있는 원가 절감 공법이다. 뿐만 아니라 일반 발파인 V-Cut나 Burn-Cut에도 경제적일 수 있고, 기존 방법의 반단면인 도 88의 107공을 본 공법인 도 94의 101 공에서처럼 V-Cut 반단면에서 5% 정도 장약공을 줄일 수 있으며 기존 도 60의 148 공 전단면 발파에서 본 공법 도 55의 133공에서처럼 V-Cut 전단면에서 10% 이상 장약공을 줄일 수 있다. 이는 MS 발파인 관계로 줄어드는 영향도 있지만, 터널의 2구역인 상부는 하향공이면서 3FF, 4FF 되었기 ‹š문에 W, S 늘릴 수 있게 되어 발파 공수가 줄어들게 된다. 이러한 내용을 일반 발파인 V-Cut, Burn-Cut, Cylinder-Cut 뿐만 아니라 제어 발파인 PLHBM 등 모두에서 적용할 수 있으며 다음과 같이 3 가지 시공 방법을 인용하여 부연하기로 한다. 터널에서 1구역인 하부 중앙 하단 심발 및 부근 배열에 1지발로 MS 3 ~ 4 벌(set)을 17ms 초시 이격 대칭 배열하면서 하향공들을 2FF, 3FF, 4FF(자유면) 파괴 유형별 그룹으로 유도하는 본 공법을 고찰하면, 1구역인 터널 심발 및 부근에 MS 2 세트(set) 이상 혹은 MS초시 회로 단차를 만들어 1, 2 지발로 0msTLD, 17msTLD로 2회로 대칭 배열하면서 연속하여 하향공(DOWN) 되어버린 2구역 상부를 2FF, 3FF, 4FF 파괴 유형별 그룹으로 유도하는 본 공법과의 적용성을 자세히 살펴본다.
5. 각종 심발 종류에 MS 2set를 17ms 간격 2회로(0msTLD와 17msTLD) 분할로 본 공법의 요점인 도 43 A 방법 적용
『V-Cut 및 Burn-Cut에서 중앙 하단의 심발 부근 17ms(전기식 다단 발파시의 초시 간격 13ms 전후) 초시 간격 배열 확인 검토.』
도 28 ~ 도 31은 심발부의 확대도로서 주로 발파 효율을 중시하는 현장에 사용하는 방법으로 본 공법의 요약표인 도 43의 “A”방법으로 먼저 V-Cut에서 검토하면, 25ms 간격인 MS 뇌관과 17ms 연결 뇌관을 사용하여 무분별한 뇌관 분할 시 시차 간격이 좁은 곳은 8ms로 겨우 지발당 최소 간격인 8ms를 갖게 되지만 초시 오차를 고려하면 진동 상승 요인이 발생한다. 그러나 이것은 도 28(적용; 도 52/100ms 회로, 도 55/200ms 회로 분할 사용) V-Cut 심발부 상세도를 살피면, 100ms와 도 200ms를 이용하는 회로 초시 배열이다.
상기에서 도 28과 V-Cut인 도 55를 기준으로 설명하면, 1 구역의 좌측 ⑤-1구역은 2구역인 ⑤ 회로 지연 초시가 176ms(0ms, 42, 67, 109ms, 176ms)이므로 +0ms로 연결하면 MS #0 은 +176ms(176+0) 기폭 되고, ms#1이 201ms(176+25)로 괄호 내의 (201) 기록이 보이며 다른 순차적 뇌관도 기폭 초시(고유초시+176ms)를 갖는다. 200ms/ 5회로이므로 42ms(대칭)-67ms(이웃 초시)이며, Burn-Cut인 도 64를 기준으로 설명하면 1구역의 좌측 ⑤-1 구역은 2 구역인 ⑤ 회로 지연 초시가 84ms(0ms, 25, 42, 67, 84ms)이므로 +0ms로 연결하면 MS#0 은 +84ms(84+0) 기폭 되고, ms#1이 109ms(84+25)로 도면 중앙 좌측 m1 상단 괄호 내의(109) 기록이 보이며 다른 순차적 뇌관도 기폭 초시(고유 초시+84ms)를 갖는다. 100ms/5회로이므로 42ms(대칭)-67ms(이웃 초시)이며, 도 28 및 29는 주로 일반발파인 V-cut나 Burn-cut에 사용한다. 동일한 방법으로 1 구역인 우측 ⑤-2구역은 +17ms 지연 연결이므로 좌측과 똑같은 MS #1이라도 17ms가 지연된 끝 회로 지연 초시가 84ms와 176ms에 따라서 동일한 5회로이라도 우측은 (176+17+25=(218) 혹은 (84+17+25= 134) 괄호 내의 m1(218) (134) 기록이 보이고, 다른 순차적 뇌관도 고유 초시 +109ms(=기폭 초시) 혹은 고유 초시 +193ms(=기폭 초시)를 갖는다. 17ms 분할이므로 좌우 측 대칭 초시는 모두 17ms(전기 뇌관은 13ms)이며, 이웃 초시는 25 ~ 50ms 간격으로 원활한 심발 기폭 패턴이 된다. MS 두벌(set)을 17ms 분할 배열할 때 cutoff 방지하기 위한 1구역 하부의 ⑤a, ⑤b 두 구역은 0ms 뇌관을 사용치 않으면서 8ms 간격을 만들지 않으려면 V-Cut에서는 1구역 모두에서 MS#0을 사용치 않아야 한다. 다음엔 Burn-Cut와 제어 발파(PLHBM) 구역을 상기 V-Cut와 같은 방법으로 표를 만들면, 도 128과 같으며, 도 128의 ④항의 2줄은 1구역 심발부의 ⑤a, ⑤b 구역 0ms, 17ms 간격 대칭 분할 초시와 이웃 초시 숫자 25ms를 표기하였고, 도 128의 ⑤칸의 2 ~ 3줄은 우측의 2구역 상부 회로 분할에 따른 대칭 초시(앞의 숫자 25ms)와 이웃 초시(뒤의 숫자 42ms)를 표기하였다. 상기 1구역 심발부의 MS 2벌 사용하는 것은 본 공법 설명을 위한 도 43의 “A”mm 방법의 초시 흐름도를 사용하는 것으로서 일부는 제어 발파에도 사용할 수 있고, 진동제어보다는 일반 발파인 V-Cut나 Burn-Cut에 기존보다 효율 좋은 발파에 사용할 수도 있다, 도 28은 이에 해당되며, 도 29는 V-cut 및 Burn-cut에 사용하고, 도 30, 및 도 31은 주로 제어 발파구역에 적용한다. 좀 더 자세히 살펴보면, 각 도면 혹은 동일한 장약공이라도 회로 초시 분할에 따라 2구역의 끝 회로 지연 초시가 다를 수 있다(일일이 전부 기록하지는 못하고 대표도만 기재). 도 29(적용; 도 64, 도 67 등)를 살피면 대칭 모두가 17ms, 25ms, 33ms, 42ms 등의 간격으로 만족한 심발 기폭 배열방법이다. 도 30, 31(적용; 도 71, 도 74, 도 83, 도 88, 도 90, 도 100, 도 101) 모두가 도 128에 기재되어있으며, 혼란을 가져오므로 도 30, 도 31을 확대하면 이웃 초시의 간격이 대부분 17ms, 25 ~ OOms 정도로 적당히 ms 단차로 되어 있다. 필요에 따라 500msTLD를 사용하면 1구역의 양쪽 구역 모두가 각각 20개 정도의 뇌관을 추가 사용하므로 40개 정도의 뇌관을 사용할 수 있다. 그러나 대개 V-Cut 초기 MS 11번까지의 진동저감을 우선 목표로 한다면 그 이후 공은 일반 발파에서는 지발 공수를 MS 2공으로 할 수도 있게 되므로 MS 공을 현장 조건 필요에 따라 60 ~ 80공 전후의 공을 사용할 수도 있고, 또한 V-Cut는 대체로 진동의 영향이 적은 곳에 많이 사용하므로 상황에 따라 대처하여 발파의 설계 및 시공이 훨씬 간편하다. 이는 Burn-Cut에서도 상기와 같이 중간 초반 MS#7, MS#8, MS#9번 이후 대칭으로 이격되므로 2공씩 지발 사용하면 좋겠지만 V-Cut보다 장공 발파이므로 굴진장 2m 이하인 경우와 4m인 경우 자유면을 향한 앞과 뒷열 사이 시간이 전자는 50ms, 후자는 100ms 정도의 시차를 두어서 앞 열의 암반이 적어도 1m 이상 이동하는 시점에 뒷열의 장약공에 기폭되어야 한다. 장약공이 기폭 후 충격파에 의한 소성파괴는 되지마는 암반을 이동시키지 못하고 가스에 의한 암반이 이동하려고 움츠린 이동 시간은 도 26, 도 27를 참조하면, 수개월 전 쌍용 E&C 동해공장 석산에서 시험한 시간조사가 우연히도 일반적으로 많이 사용하는 1/75 sec인 찰라(13.3ms, 1/75초)이다. 상기 시험은 0ms 무장약공 2공을 기준하여 0ms 장약공이 이동하는 시간 시점은 1만 매(frame)/초 초고속촬영 분석 결과 거의 13ms 정도였다. 그러나 앞과 뒷 열이 모두 공통 적용되므로 문제 되지는 않는다. 그러나 지발당 초시 8ms 이하 설정은 더 연구해야 될 것이다. 암반이 V-Cut나 Burn-Cut에서는 심발공 제어 목적이 아닌 보통 일반 발파구간이므로 심발 주변 대략 MS#8, MS#9번 공까지만 도 29, 도 74에서와 같이 1 구역의 ⑤-1, ⑤-2구역에서 MS#0은 사용치 않고 MS#1부터 MS#9 이하는 1지발, MS#10부터는 2지발로서 일반발파구간인 Burn-Cut 심발부에서도 V-Cut와 같이 100(~200)ms를 3(~ 7)회로로 나누는 구역에서 사용하는 것으로 심발부의 주변 좌우 초시 간격이 17s ~ 25s ~ 33s ~ 42s ~ 50s(s=ms) 이상의 배열이며, 도 30에서도 17s ~ 25s ~ 33s ~ 50s ~ 75s로 만족한 배열이다. 본 공법으로 해결이 무난하므로 대체 가능한 현장들이 추후 주류가 될 것으로 사료 된다. 도 28에서 도 31까지의 심발공의 MS 뇌관 2세트 연결 시의 기폭 초시는 2구역의 상부 끝 지연 초시에 따라 변하며 주로 도 43의 “”본 공법 적용을 위하여 심발부를 확인하도록 설명하였다. 다행히도 20ms 간격의 뇌관에서도 시험이 비교적 정확했는데 지금은 25ms 간격이므로 안전율은 어떤 타사보다(외국 포함) 증가할 것이다.
cutoff를 고려하여 1구역인 심발부 MS 1set 구역(좌측)의 #0ms 뇌관과 2set 구역(우측)의 #0ms 뇌관의 사용은 순서가 상반된(엇 박자) 배열이므로 사용치 않았다. 그러나 LP #5을 추가 사용할 수 있으므로 보통 MS 1 세트(set)는 20개 정도이다.
『제어발파인 PLHBM 등에서 1구역 및 심발 부근 초시 간격 배열 검토』에서 먼저 본 공법은 진동의 제어가 필요한 현장에서 적용하므로, 기존 공법 중에서 대표도를 기준으로 간략 설명하고 그에 대한 새로운 공법인 “단차와 2ff, 3ff, 4ff 파괴유형 그룹을 이용하는 발파 공법”을 앞에서 설명한 V-Cut, Burn-Cut와 비교하여 설명하고 다음으로 본 공법을 적용한 제어 발파(PLHBM)를 순서대로 각 도면 위주로 요약 기술하기로 한다.
도 30에는 도 74에 적용한 MS#1부터 MS#10 이하 1지발 적용하고, MS#12 이상은 2지발 적용하는 제어발파 1, 2에 적용할 수 있다.
도 31은 도 99 및 101의 심발부 초입 좌측에는 50ms간격인 MS#1부터,#3, #5, #7 #9 이후는 연속 사용하고, 우측은 MS#(0), #2, #4, #6, #8 격초시(50ms) 배열하고 그 이후는 격 초시(50ms 간격)가 아닌 연속으로 사용하는 것으로서 주로 PLHBM 제어 발파4, 5 심발부에 사용하는 것으로 1구역 좌우 측 심발부에 MS 2세트를 적용한 도면이다. 심발 확대부를 살펴보면 도 31면에 두 공 간의 기폭 초시 간격과 거리, 뇌관 번호를 기재한 것은 도 30보다는 상대적으로 거의 배 이상의 기존 방법인 V-Cut나 Burn-Cut에서와 같이 도 30의 17ms, 25ms, 33ms, 42ms 보다도 배 이상의 여유 있는 이웃 초시 간격을 보여주는 심발공 부근 상세도이다.
도 58 및 60은 기존 방법인 V-Cut나 Burn-Cut에서의 일반적인 원호식 유형의 발파 방향을 제시하고 있고, 이는 도 36에서와 같이 2FF, 3FF, 4FF가 그룹(동일 그룹 모임 구역)별이 아닌 혼재 되어 있는 상태이므로 진동치가 도 14에서 4000ms 부근에서와 같이 피크 진폭이 나타나는 것이 일반적이다. 이는 동일한 장약공이라도 전회의 뇌관 초시오차, 전색 등에 의한 다음 발파공들이 2 ~ 4 자유면(FF)으로 바뀌기 때문에 제어가 불가하다. 그러나 본 공법은 진동 제어 목적인 경우에는 PSB 발파를 하므로써 외곽 전열공만 상대적 진동이 큰 2자유 면(2FF)이고, 다음 공부터 안쪽으로 3FF, 4FF 그룹이 형성되므로 진동 제어에 용이하다. 즉 일반 발파 진동 계측 파형을 표시한 도 14에서 피크 진동을 뺀 다른 파형들과 같이, 발파에서 비교적 고른 진동이 발생하지만, 도 36은 기존 발파 확대공에서 2FF, 3FF, 4FF 혼합 배치되는 가상도이다, 이렇게 혼합된 자유면 상태(2FF, 3FF, 4FF)에서 2FF를 제어하는 것은 매우 난이 하다. 그러나 본 공법은 2FF를 없애기 위하여 한쪽에 그룹으로 모임으로써 해당 그룹에만 W,S 감소 혹은 무장약공 삽입 등으로 진동의 크기를 어느정도 이웃 3FF 공과 유사하게 저감 시킬 수 있다. 앞의 가) ②항’에서의 도 8 ~ 도 10, 표 1 도 122, 도 123, 도 124를 종합적으로 고려하여 판단하였던 동조건 2ff, 3ff, 4FF 시험에서 『제어 발파 등에서 W 증감 및 2ff, 3ff, 4FF 파괴 역할이 진동 저감에 크게 관여함』의 결론을 갖게 되었는데, 즉 2FF 대비 3FF에서 40 ~ 65% 진동 감소 효과가 있으며 평균 54.4%에 해당한다. 2FF 대비 4FF에서는 72.6 ~ 78.8% 진동 감소 효과가 있으며 평균 75% 감소한다. 이를 종합적으로 고려하여 개발한 것이 “단차와 자유면파괴 유형 그룹을 이용하는 것이 본 공법의 새로운 발파 공법”이다. 혹은 현장 조건 따라 진동 감소비가 2FF 대비 3FF 진동 이 54% 아니라도 30% 이상 감소한다는 것은 자명하다. 아울러, 또한 W.S를 줄이므로 공당 차지하는 발파 체적이 감소하므로 진동 감소를 가져오는 것도 당연한 이치이다.
도 46(3매) ~ 도 49(3매)은 진동 문제에 대한 우려가 없는 곳에서의 기존 방법인 V-Cut 발파에서 상부 반단면 발파 시 최소 장약공인 106공과 전단면 발파 시 최소 장약공인 148공을 도시한 도면이며, 도 52(3매), 도 55(3매)는 본 공법 적용 시의 상부 반단면에서 장약공이 적어도 도 46 및 도 49 대비 5.5% 감소한 100공과 전단면 발파 시 최소 장약공이 10% 감소한 134공임을 도시한 도면이다.
본 공법은 많은 공수가 요구되는 제어 발파뿐만아니라, 일반 발파나 일반 발파1 에서 V-Cut나 Burn-Cut에서도 천공비 감소와 발파 효율 증가를 가져오므로 상기와 같이 반단면에서 5% 전후, 전단면에서는 10% 이상의 천공비를 절약할 수 있게 된다. 부가적으로 MS 발파가 DS발파보다 효율이 좋고, 2자유면파괴보다 3자유면파괴가 발파효율이 좋다면, 본 공법은 당연히 기존공법보다 천공 및 장약비가 감소하는 것이다.
진동 제어가 필요한 현장에서는 보통 1 지발로 기폭하도록 배열하지만, 1구역 상부 최외곽 전열공의 하향공을 모두 발파 효율을 중요하게 생각하는 일반 발파 목적에서는 파괴각도가 가장 큰 중앙이 2FF이고, 그 이외 하향공 3FF 발파가 된다. 진동 저감이 더 요구되는 곳에서는 SB공을 PsB 발파를 하여 SB 전열공 모두를 2FF에서 3FF로, 나머지를 4FF ~ 5FF 파괴 유도하므로 진동을 크게 저감 할 수 있게 된다. 도 86, 도 88, 도 90, 도 101은 공수가 많은 쪽에 진동 제어용으로 설계 및 시공할 수 있음을 보여준다. 기존 공법에서는 1지발 1회 발파에서 200공 정도가 진동제어 발파에서 적용할 수 있는 발파공 수의 일반적인 상한이며, 1지발 원칙을 적용하는 것은 바람직하지 못하다. 본 공법에서 뇌관 초시 오차를 고려한 중하 초시(1400ms ~ 2000ms) 이상을 2 지발로 할 경우 1회 발파 공수는 매우 많이 할 수 있다. 이때에는 SB 전열공 구역이 먼저 기폭하여 중앙 쪽으로 이동하도록 배열되어야 한다. 부록에 첨부된 대부분 도면들이 이에 해당되며, 발파 효율이 필요한 V-cut 및 Burn-cut에서는 일부 중앙에서 벽(SB, Wall) 쪽으로 순차적 기폭 하도록 2구역의 중앙을 1 회로로 배치한 도 52, 도 84이다. 다른 진동을 중시하는 도면들도 2구역의 첫 회로를 2 구역 중앙에 위치하고 좌우로 배치하면 첫 공은 2ff이지만 그다음 열들은 3ff가 된다. 여기서도 천공비가 많은 SB공을 PSB하는 것 보다는 중앙 ①회로구역에 무장약공이나 공 간격(S)을 조정하여 이웃 3FF와 비슷한 진동을 만들수도 있게 된다. 2FF 공은 장약량 및 W, S가 이어지는 현장의 동일한 조건에서 3FF 보다 진동이 훨씬 크고, 4FF 보다는 더 크게 된다. 동 조건 진동의 크기는 당연히 2FF>3FF>4FF 이므로 3FF, 4FF는 그대로 두어도, 2FF는 1공을 추가하여도 “W”와 ‘S’를 줄이거나 무장약 공을 삽입하고 혹은 PsB를 적용하여 자유면 1개가 추가된다면 2구역의 최외곽 전열공 모두가 3FF로 변화하여 비교적 고른 진동이 발생된다. 현장 허용 진동 조건에 따라 시험 발파 후 ① 회로구역을 중앙이나 혹은 벽면쪽인 SB공에서 시험발파에 의하여 정하는 등으로 대응할 수 있다. 발파 효율만을 고려한다면 PsB를 적용하지 않는 경우 중앙구역을 2 자유면으로 먼저 사용하면 나머지 확대공은 모두가 3FF 파괴가 된다. 이때에는 2 구역인 상부 어느 부위라도 첫 공은 2FF가 되므로 그 중에서 파괴 각도가 가장 넓게 개방되고 중력으로 인하여 발파 방향 파괴 각도가 제일 크게 되므로 상단 중앙이 이웃 어느 공 보다는 중앙에서 가장 발파 효율이 크게 된다. 따라서 중앙 부근 진동이 좌우 측 어느곳에 정하는 것보다는 적게 되므로 발파 효율 및 진동 모두 고려해서 첫 2 자유면공의 위치 효율을 고려하고 진동에 큰 영향이 없다면, 중앙을 고려하는 것이 제일 바람직하다. 여기서 진동이 약간 크고 소음의 피해가 크다면 중앙 1회로 장약공 좌 우측 혹은 상하에 무장약공(SB공 사이에 무장약공 숫자보다 약 1/2 적음으로)을 만들어 진동제어 및 발파 효율 증대 두가지 목표를 달성할 수도 있다. 2구역 하향공 중 중력과 파괴각도 도 12, 도 13을 참조한다면 중앙의 위치가 가장 적다. 그다음은 본 발명을 보다 간략 설명하기 위해서 만든 도 43을 기준으로 설명하기로 한다. 도 43의 상단부의 ‘ms’0msTLD 및 17msTLD 2회로 각각의 두 벌(set) MS 란은 ① 회로 항의 MS 여러 벌(set, 1지발 혹은 2지발 70 개 전후)을 공법 요점을 표시한 본 공법의 지연 초시 흐름도 표이다. 즉 주로 일반 발파나 일반 발파1에 복합 적용하는 것으로, +0msTLD, +17msTLD로 2분할하면 기폭 계산 상은 17ms와 8ms로 계속 반복되는 반면, 이웃공은 도 28 ~ 도31에서와 같이 17 ~ 75ms가 되어지므로 만족한 파괴 초시이다.
그러나 심발초입에 진동 상승이 계측되면 1단 건너 격초시인 50ms 간격의 MS 뇌관을 선택하여 도 88 및 도 101에서와 같이 고난도 제어 발파5에 적용할 수 있다. 그리고 반대로 MS#10 이하는 1 지발공 MS#9, #10이후는 2 지발공을 1회 굴착 깊이가 2m 이하인 V-Cut, 2m 이상인 Burn-Cut 등 일반 발파에서 활용하는 것으로 할 수가 있다. V- Cut에서 도 52 ~ 도 55에 도시하였으며, Burn-Cut에서는 도 62 ~ 도 66에 도시하였다. 이를 활용한 제어발파 대표 도면들은 도 71 ~ 도 76 및 도 83의 5회로와 일부 진동 제어와 제어 발파 4, 5까지도 적용이 가능한 도 90의 11회로, 도 86의 23회로, 도 88의 19회로 등이다. 본 공법을 활용하여 대부분 V-Cut나 Burn-Cut에서 현장 조건 따라 1 및 2 지발공 MS 뇌관을 증감 사용하므로 1구역은 먼저 발파가 되고, 2구역은 진동 제어가 용이하게 하는 2FF, 3FF, 4FF 파괴 유형별 모임으로 유도되어지는 발파를 할 수가 있는 것이다. 즉 주로 진동제어 기준이 ‘제어 발파 4, 5’현장인 난이도가 큰 현장에 적용하는 것으로 첨부한 도 86, 도 88 및 도 90은 MS 3 ~ 4 벌(set) 이상을 적용하는 대표 도면이다. 특히 도 88 및 도 90에서 하단부 구석 부근의 상하 연결부의 PsB공은 수평공이므로 상대적 진동이 크게 되므로 MS #4, #5을 PsB에 사용했지만, 조건 따라서 MS#0, #1을 사용하고 그 이후 순차적으로 배열해도 된다. 특히 구석에서는 배면 “Cn”(도 12 또는 도 13 의 자유면 방향과 사교 방향인 파괴 배면길이 “S”= 2W 전후 고려하여 참조)가 작으므로 상대적 진동 상승이 추가됨에 따른 진동치 저감을 위함이다. 비슷한 방법으로 진동 저감 위해 도 101에서는 LP 5번, 8번 각 3개를 PsB에 사용할 수 있음을 예시하였다.
도 43의 중간 ‘B’방법은 ‘A’방법(1 ~ 2지발)이 아닌 1지발 배열이므로 500msTLD, 1,000msTLD(Bunch Connector)를 활용 불가할 시 사용하는 방법으로 도 99 ~ 도 101까지 모두 심발부 및 양쪽 구역을 MS #1 ~ #19로 8 ~ 20공을 사용하고 MS 사용 시작 끝나는 초시 따라 LP #2, #3, #4, #5 ~ LP #11까지를 이용하는 6(4-8) 회로 이중 회로 배열방법을 적용함으로써 상당히 많은 발파 공수를 이중회로발파에서도 1지발 MS 단차 발파를 할 수 있다. 연결 뇌관이 대략 5개 전후 추가되는 단점은 있지만, 응용하여 3ff, 4ff 파괴 유형 그룹으로 패턴을 적절하게 사용할 수 있으므로 1회 발파 250공 이하에서는 충분하다. 지금으로서는 적용되지 않고 있지만, 방법이 보급된다면 2, 3년 이내에 적용성이 정립되고 추가적인 개발이 이루어질 것으로 기대된다.
도 43의 하단부 ‘C’방법은 500ms TLD, 점차로 개발되어 00msTLD 배수 1,00msTLD(Bunch Connector)를 사용하는 방법으로 대표적 도면은 도 88 및 도 90으로 심발부 및 양쪽 구역을 500msTLD, 1,000msTLD를 전제로 사용하는 하나의 방법이다. 도 43의 하단 ‘C’ms 4벌(set) 난은 ‘② 라인항’여러 벌/세트 1 지발로 80개 전후 이상)의 공법 설명하기 위한 지연 초시 흐름 요약표로서 상기 ‘A’ms 방법 및 ‘B’ms 단차 방법인 상기 도 99 ~ 도 101과는 다르게 비교적 정확하고 배열이 쉬운 MS 뇌관을 1 지발로 사용하고, 그 다음 500msTLD를 끝 회로 초시를 경유한 +0msTLD 및 +17msTLD 회로에 사용하여 재차 MS 뇌관 1 벌(set)을 사용하는 방법이다. 1,000msTLD 뇌관이 개발(현재 제조사는 개발 역향을 충분이 확보하고 있으며, 수요가 큰 경우 생산할 수 있을 것으로 사료된다.) 500msTLD, 1,000msTLD(bunch) 내에는 500ms 연결뇌관 통전 완료 시점(1구역 첫 기폭 16ms 이전 완료)에 1,000ms, 1,500ms TLD도 같은 시간에 shock tube를 통한 연결 되었으므로, 이때에도 bunch(TLD) 뭉치(Tc)에 연결되는 shock tube 각선(도 95의 Ta에서 Tc까지)이 절단되어도 이미 통전은 완료되었고, TLD 고유 기폭 시간(1,000ms, 1,500ms)에 각선(shock tube)을 통하여 각각의 장약공 점화옥으로 보~게 된다. 도 43의 통전회로에서 각각 “A”“B”“C”에서 2 구역을 지나 1 구역으로 진입하는 ②라인 기폭 초입 +0msTLD 및 +17msTLD 회로에서 +0msTLD 구역에는 cutoff 예방 안전 차원에서 순발 #0ms(+0msTLD 회로는 빼고, 다른 회로에는 사용가능)는 사용치 않고 MS #1 부터 사용한다. ‘C’의 방법이 ‘B’의 방법보다는 배열방법이 단순하다. 즉 LP 회로 배열 시 앞뒤 좌우 기폭 순서를 고려하는 배열보다 MS 뇌관 20개의 번호순 배열이 용이하고 추가되는 5개 전후의 번거로운 연결뇌관 작업을 줄일 수 있다. 그러나 아직은 단계적으로 도 99 ~ 도 101의 방법들 활용하여서 정립된 후에는 굳이 상기 B 방법을 사용하지 않을 수 있게 된다. 다만, 500ms 연결뇌관 제조나 실험 등의 단계를 거치는 것이 필요하다. 그러나 시험을 완료하기 전에는 병행하여 ‘A’및 ‘B’방법을 계속 사용할 수 있다. C 방법을 활용한 대표도 도 88 및 90은 초시 흩어짐을 고려치 않은 1구역 LP 뇌관 모두를 1 지발, 19회로, 307공으로 배치한 것이다. 반면에 도 90은 초시 오차를 고려한 1,400ms 이후에는 2지발인 11 회로의 도면이다. 굴착 단면도 전체적 흐름으로 정리한다면, 터널 1구역 MS구역 및 MS 단차로 하기 위하여 LP 뇌관 1200ms 이하는 1 지발로 하고, 2구역 상부 1,400ms 이상은 초시 오차를 고려하여 2지발로 만든 도 90이 이상적이며, 도 88 ~ 도 90은 전형적인 500msTLD 연결 뇌관을 이용하는 도 43 의 C 방법의 대표 도면이다.
전기 및 비전기 뇌관 상관없이 도 17에서와 같이 점화옥에 통전이 완료되면 이때에는 통전 각선이 절단되어도 모든 TLD 뇌관 공저에서 각각의 고유 ms(+지연 초시) 시간에 기폭되어 20개 이하의 지선으로 장약공 점폭약포애 순간적으로 연결 된다. 통전 완료 이전까지 첫 기폭 뇌관이 없어야 하므로 공수가 많은 도 88 기준으로 예를 든다면 19회로 하향공 LP 뇌관 누계 통전 시간이 +420ms이고, MS set 추가 +0msTLD, +17msTLD 회로라고 한다면, 발파기 작동 후 437ms(420+17ms) 이전에 발 파공 기폭이 없도록 LP 500ms 이후이면 가능하나, MS 뇌관 기폭과 중복되 므로 MS 뇌관 끝 기폭 시간(437ms+500ms/LP 5번 포함=939ms)이후 사용해야 하므로 보통 LP 10번부터(도면상에서는 11번 이후 사용) 사용하면 된다. 이는 분할 초시를 500ms로 할 때이고, 분할 초시 100ms(도 49, 도 57 참조)이면 LP 6, 7번부터, 200ms(도 55, 도 64, 도 67 참조)이면 LP 7, 8번부터, 500ms이면 LP 10번(도 86, 도 88 등 참조)부터 사용된다. 그러나 인접(이웃) 초시 간격이 작을수록 피크 진동 상승확률은 높아진다. 국내 뇌관의 초시 정밀도가 매우 높은 수준이라는 것은 도 125 및 도 126에서 상세히 기록되어 있다. 그래도 초시 흩어짐 오차 때문에 이웃 초시가 적은 곳에서는 순번이 바뀔 확률이 있으므로 진동이 예민 지역인 제어 발파구역에서는 본 공법을 사용하여 이웃 초시를 늘리게 한다. 다행히 본 공법에서 도 88(19회로, 이웃 초시 42ms, 307공 1회 발파), 도 90(11회로, 이웃 초시 67ms, 1회발파 307공)과 기존 공법인 도 70(9회로, 최대 1회 발파공 200공, 이웃 초시 17ms) 비교에서도 1회 발파공수도 본 공법이 기존공법보다 50% 정도 증가할 수 있고 또한 이웃 분할초시간격이 2.5 ~ 4배 증가로 큰 차이를 보이는 것은 본 공법이 피크 진동 발생 확률이 현저히 떨어진다는 의미이다.
하부의 심발 및 하단 중앙 좌우 측에 사용되는 뇌관은 반드시 ①→ⓝ(끝) 회로를 경유 해서 보통 0ms(같은 구역 ) 및 17ms(연결 뇌관을 사용하여 같은 구역에서 17ms 연결 뇌관 이용 추가) 분리 배치 연결하여야 함을 유의하여야 한다. 또한 500msTLD, 1000msTLD, 1500msTLD 사용하는 뇌관도 반드시 ①→ⓝ(끝) 회로를 경유해서 연결되어야 한다.
6. 『PsB를 대구경 Cylinder-cut(PLHBM)에 적용』
”본 공법 적용할 시 터널의 천반(SB공)부와 양쪽 벽(Wall)에서 PsB 발파를 하거나 MS 단차 발파구역 상하 경계부에서 PsB 발파를 한 후, 좌우 측 구역에서 중앙구역 방향으로 기폭 하여 2구역이 모두 2FF 파괴 없이 3FF, 4FF(자유면 파괴, 마지막 천반공은 5FF) 유도하는 방법 고찰“
- PsB(Presplitting+SB/선 균열발파)의 접목 목적
상기 도 60은 기존 발파 패턴이며, 상기 도 도 86, 도 88, 도 90 등에서의 설명은 본 공법에 의한 많은 1회 발파공인 300공 전후로서 제시된 여러 도면에서와 같이 터널에서 허용범위 이상 진동 발생 시에는 다른 보조 공법(천공장 줄이거나 지발당 장약량 감소 등)과 같이 해도 힘들 경우에 SB공(S는 약 500 ~ 650mm 전후) 사이에 무장약 공을 천공한다. 공간거리는 기존 SB공 간격을 유지하고, 그사이에 무장약공을 천공하여, 최외곽 전열공 보다(혹은 심발공 이전 혹은 이후 500ms 회로 분할 초시 사용에 따른 사용치 않은 뇌관 사용) 기폭 시간이 빠른 뇌관을 사용하여 선 기폭하는 구역과 심발공 상단에서 최외곽으로 가는 라인(호의 선상)에 300mm 간격으로 천공하여 SB공과 같은 1단 건너 장약 배열 및 기폭하는 방법으로 전열공보다 2 ~ 3단 이상의 빠른 뇌관으로 선 기폭 방법이다. 이전 뇌관을 사용하는 선 균열 발파로 본 공법에서는 도 86, 도 88 ①, ② 회로구역 좌우 측에서 첫 기폭 장약 공은 2자유면 공이므로 1 자유면을 더하는 3 자유면을 만들어 주는 효과로 2구역 상부 전체적으로 3자유면 이상을 만들기 위한 주목적이 진동 저감도 가져오며, 매끄러운 PsB로 여굴량도 줄이며 상대적으로 안전성도 확보된다. 2구역 상부 중앙부는 물론 4FF(5 자유면=PS 사용시 마지막 중앙 천반 전열공에서 발생)로 동일 폭약에서는 진동이 가장 적다. 2FF 파괴공이 3FF 파괴와 비슷한 진폭을 가지려면 3FF보다 W를 작게 해야 하는데 PS를 하므로 그럴 필요가 전혀 없어졌다. 물론 DI=2.5장약으로 천공장(1.1 ~ 2.2m) 따라서 보통 기저 장약[SB공의 기폭(전폭)약포, 밑다이]은 100g ~ 250g, 주상 장약은 약경이 작은 Φ17㎜(Φ25㎜, 간혹Φ22㎜)를 사용할 수 있으며, 도폭선 사용도 가능하다.
터널에서 주로 사용되는 PsB의 위치
상기 도 86, 도 88, 도90, 도 99 ~ 도 101등에서 최외곽 공의 호(arc) 선상(線上)은 SB와 PsB 공이며, SB 발파 전용일 경우 무장약공은 천공하지 않는다. SB 발파 시는 현장 조건 따라 다르지만 천공경 Φ45㎜ 공에서는 S=450㎜ ~ 650㎜이며 진동 제어가 필요한 PsB할 경우에는, SB공의 S를 너무 좁히면 그 사이에 PsB(무장악)공의 천공 오차 등 고려하면 600㎜ 전후 간격이 적합할 것이다. 장약공 호(arc)나 직선상에서 S=250㎜ ~ 300㎜ 간격 천공 후, 한 칸 건너 뛰어서(건뜀) SB 장약하면 선 절단은 충분하다. 몰타르 시험에서 PsB 시험 시, S를 조정하는 시험에서 S가 약간 큰 곳에서 SB 발파는 절단면이 미약했지만, 그 사이에 무장약공을 넣고 시험한 것(건뜀 PsB 장약)은 절단면이 매우 양호하게 나온 것(도 15의 사진 하단 우측)을 실제 경험하였다. 이것을 비추어 볼 때 현장 실제 발파 작업에서 PsB 할 경우 600mm의 SB의 공 간격 S는 적합하다.
도 88에서 심발 상단에서 좌우 측 1, 2구역의 경계 경사 직선상의 MS #4, #5과 도 101에서 LP #6, #8번 각각 3공의 지발공을 사용하는 구석부 부분 PsB 발파 도면이다. 구석으로 갈수록 상대적 진동이 큰 구속 각도가 작으며, 하향공이 아닌 이중 제약을 가지는 수평 공이므로 상대적 진동이 클 수밖에 없다. 이를 보완하기 위하여 발파 기폭순서는 선 절단하는 면을 선 기폭하는 구석 코너부의 부분적 혹은 1, 2구역 상하 단의 경계선에 PsB 배열로 발파하는 것이다.
『PsB 혹은 PS + SB, 일반발파 등 모든 발파공에서의 전색의 중요성은 반복적으로 실지 일하는 사람에게 그 이유를 알려주어야 한다.』
도 86 ~ 도 90은 PsB 대표도면으로서 1구역 및 2구역 경계부근인 도 19의 상단 구석 확대도에서 PsB 설명하면, 좌측 하단의 구석부 상하반 경계선의 3 지발공 기폭 초시가 지연 회로 초시를 고려한 PsB공은 960ms와 935ms로 인접 상부의 기폭초시인 1,267ms, 1,334ms보다 먼저 기폭하는 구조이며, 인접 하부도 1035ms, 985ms로 뒤에 기폭되며, 경계선 상부가 하부보다 뒤에 기폭됨을 확인할 수 있다. 2 구역은 ~ 회로가 모두 최외곽 공에서 먼저 기폭 되므로 최외곽 전열 공에 첫 기폭 되는 2FF공이 3FF로 변하므로 진동의 저감을 초래하고, 그 이외 2구역 상부 구역은 3 ~ 5 자유면 발파가 되는 원리이다.작업을 할 수도 있다. 부가적으로 여굴량이 감소되며 안전성은 더 증가된다.
심발부를 좀 더 보완 설명하면, 도 43의 ”A“및 ”C“방법을 위한 도 28 ~ 도 31의 4개 도면은 도 43의 ”“방법의 1 구역 심발부에서 MS 뇌관 17ms 분할 시의 확대 상세도로 1 구역의 1 회로, 2 회로의 간격이 0msTLD와 17msTLD에서 17ms간격이므로 0msTLD에서 MS#0 뇌관을 사용치 않고 배열하면 이웃 초시가 8ms 이내인 곳이 전혀 없으며, 도면에서와 같이 모두 17ms, 25ms, 33ms, 42ms, 50ms 이상으로 만족한 이웃(인접)초시 배열이 가능하다는 것을 보여주고 있다.
도 31로 도 88, 도 90에 적용한 심발 초입에서 25ms 간격의 시차가 초시 오차 등으로 피크 진동 발생 예방을 위하여 25ms 간격 뇌관을 50ms 격초시 간격으로 초입 1회로(0ms지연회로) MS 1, 3, 5, 7, 9번, 2회로(17ms 지연회로) MS2, MS4, MS6, MS8번으로 배열하고, 그 이후는 본래 MS 초시인 25ms를 연속 배열한 것으로, 공수가 많고 진동이 엄격한 곳에서 사용하는 심발공 기폭 배열이다.
1지발 및 2지발 MS 70공 이하 MS 2 set(도 43첫 째 ”A“방법으로도 진동이나 소음 등으로 가능한 제어 발파 1구역에서는 발파 효율도 추가적 중요시 할 경우에도 사용할 수가 있다. TLD(or Bunch Connectors) Cutoff 예방 방법 3종류, MS TLD의 500ms지연 기폭 방법 개발 요점. 1지발 MS 4 ~ 6 세트이다. 사용을 위하여 개발 연구해야하는 것은 500msTLD, 1,000msTLD, 1,500msTLD(Bunch)이다. 도 86은 공수가 많은 도 88 좌측 하단에 위치하는 것으로 세부적으로 도 95, 도 96, 도 102, 도 103 및 도 17의 도면의 기준으로 뇌관의 점화옥에 전달되어지는 것을 설명하기로 한다.
7. ⓝ500msTLD개발에 따른 본 공법 적용 위한 특성들 요점
- 본 공법의 500msTLD(Burnch) cutoff 방지를 위한 방법 요점(도 95 ~ 도 98)으로서, 도 95를 기준으로 도 102 및 도 103과 더불어 도 95, ~ 도 98을 연계하여 장초시 潔및 ⓝ500msTLD를 개발이전에 cutoff 배제를 위한 다음과 같은 방법 등을 피력하기로 한다.
도 95는 본 공법인 도 96 및 도 98(비슷한 개념)의 좌측 하단에 새로운 500(혹은 500ms 배수)msTLD 적용에 따른 원리와 통전을 위한 지연 초시를 설명하기 위한 가상 확대도이다. 좀 더 자세히 살피면, 우측의 심발공 중앙 PLHBM공(V-cut나 Burn-cut 에도 공통 적용)으로 인입하는 통전 경로 시작은 ① 구역(0ms)으로 인입되어 ⑦회로→ ⑨회로→ 17 구역 → 19 구역(끝 회로 구역)을 지나 발파 단면 1구역인 하부에 19-1, 19-2, 19-3, 19-4를 순차적으로 배열한 하부 MS 뇌관에 420ms(2구역 상단 ⓝ회로, 1구역 19-1 19-4 지연 초시, 연결초시에 따라 변함) 지연된 초시로 연결되므로 ms#0 순발은 0+420= 420ms에 기폭된다. 이하 +0ms 연결된 좌측의 모든 뇌관은 고유(제조)초시+420ms(우측은 437ms)에 기폭된다. 좌우가 대칭이므로 좌측 도면을 기준으로 설명하면 19-1 구역의 “Ta”에 도달한 시간이 420ms이다. 우측 부분은 보이지 않지만 19-2 구역의 “Ta”에 도달한 시간은 437ms(420+17ms)이다. “Ta”에 도달한 시간은 920ms(420+500ms)이다. 우측 부분은 보이지 않지만 “Td”에 도달한 시간은 937ms(437+500ms)이다. 25msTLD는 MS 뇌관의 단차별 이격 시차와 동일하므로 사용할 수 없으며, 17ms가 아닌 42msTLD를 사용할 수도 있다.
먼저 기폭(발파)되는 1구역 하부는 도 95(도 88 하단 좌우 측 )에서와 같이 19-1, 19-3(맞은편 대칭이므로 19-2, 19-4)을 확인하고, 좌측을 기준으로 하면, 19(11)-3의 TLD 연결(각선 20개 이하) 묶음(뭉치)를 “Tc”라고 할 때, “Ta”→“Tc”사이를 500ms TLD로 연결하면 “Tc”에 도착된 지연 초시는 +920ms 지연되므로 19(11)-3 구역의 모든 뇌관은 고유(제조) 초시+920ms에 기폭된다. 즉, 19-3 구역의 0ms 뇌관의 기폭 시간은 통전 스위치 작동(on) 후 920ms이고, MS#1(25ms)은 920+25로 945ms에 기폭된다. 그러면 회로 발파의 이웃 공을 고려해야 하는 복잡한 배열이 아닌 spiral cut 등을 응용하는 순차적 배열이 쉬운 MS 뇌관을 2 세트를 배열할 수 있으므로 17ms, 혹은 42ms로 4세트를 대칭 배열하면 1-2 차선 도로 터널 및 단선 복선 철도터널 현장의 1구역 하부를 1 지발로 선 기폭(발파)할 수가 있다. 500ms의 배수인 1,000ms, 1,500ms TLD까지 개발된다면 대형 공동에서도 적용이 가능하다.
“Ta”의 첫 기폭 이전에 “Tc”의 500msTLD ~ 1,500msTLD 뭉치에 연결 뇌관 점화 옥에 불을 붙임으로 그 이후에는 “Ta”에서 Tc,“Td”까지의 모선 각선(shock tube)이 전회의 폭발에 의하여 절단(cutoff) 되어도 이미 기폭전에 통전 완료상태이므로 영향 없이 계획대로 발파가 이루어진다. 500ms TLD(BUNCH) 기폭 후 공저 뇌관 연시약 점화옥에 2m/ms 속도로 빠르게 점화된다는 것은 1ms이면 도착되며, 모든 뇌관이 거의 공통으로 갖기 때문에 잘못되지는 않는다. 즉, 통전 완료 후에 통전시간 1ms를 공제해도 16ms ~ 41ms(통전 시간 1ms 가정함) 후에 첫 기폭이 일어난다. 첫 기폭 이후 483ms 동안만 TLD 뭉치에서 지선으로 가는 각각의 20개 이하의 지선인 shock tube의 단락을 위한 가지런 배열 등의 작업을 철저히 하면 무난히 발파기 이루어진다. 또 다른 각도에서 도 95를 검토하면, 도 88심발부 상세 확대도와 연계한 상세도에서 첫 기폭 시 Tc(좌측 중앙부 뭉치) 및 Ta까지 전달 혹은 통전, 자동적으로 500ms 이후 곧 2,000m/sec 속도 shock tube 전달⇒ 각 뇌관은 병렬이므로 420+17ms(500ms) 이전에 TLD 모선인 shock tube(각선) 절단되어도 무관하지만, TLD 묶음에 연결된 20개 이하의 지선인 shock tube(각선) 절단되면 절단된 지선공만 불 기폭 할 뿐이다. 최근(2021년 12월 및 22년 2월)에 쌍용 C&E 동해공장에서 0ms 기준초시를 사용하여 점화 후 초기 파쇄암의 거동(0ms기준 gas 압력에 의한 파괴석 이동 시점) 시간과 이동속도와 그 시점까지의 초시 연구(10,000매/s, 초고 속카메라 촬영연구 2회)를 수행하였다. 결과는 -파쇄석이 자유면 방향으로 움직이면서 자유면 반대 방향으로는 비석이 전혀 없었으며, 암반을 파쇄 방향으로 이동하기 전까지 소요된 시간은 13.3 ms(1/75초)로 우리가 흔히 말하는 우연하게도 순간의 대명사인 시간으로 ‘찰라’에 해당하였다.
본 공법 요약 설명용인 도 43의 ”C“방법에서 500ms 지연 연시약 통과 후 공저 MS 뇌관 내의 연시약에 자동 동시 점화됨. 터널에서 첫 기폭 후 500ms~ 1500+200ms까지는 1구역이 선 기폭 되므로 제어 발파 시 보통 4,000 ~ 6,000ms까지 사용에 있어서 본 공법에 적용할 때 1,000ms 이전의 장약공은 대칭으로 선 기폭에 따라 발파 파쇄석이 중앙 하단 혹은 가까이 적치 함에 따라서 막장면에 장약 된 shock tube(각선)들에 충격을 줄 시간도 없이 초기엔 자유면 쪽으로 급속히 이동된다. 경우 따라 2,000ms ~ 4,000ms(중반) 이상의 기폭 장약공에서는 발파 비석이 직접 부딪치는 경우는 발생할 수도 없고 대칭의 파쇄석이 서로 부딪쳐 막장면에 2차로 충돌할 수도 있지만, 확률은 매우 희박하다. 더구나 초기 발파에 인한 폭풍압까지 발생하므로 더더욱 shock tube(각선)의 절단은 힘들다. 점화 이후 상단 LP 뇌관들은 이미 통전 완료한 상태이므로 바깥에 있는 2구역인 상부의 각선(shock tube)들 일체가 절단되어도(이때의 주의점은 느슨 장약 불량으로 뇌관이 밖으로 나오면 공중 기폭되므로 전색에 주의, 도 32, 33참조) 장약공 내의 점폭약포의 뇌관은 자동으로 정해진 기폭시간 (=지연시간+고유 초시, 장약공 하단 장약 공에 연결된 뇌관 점화옥까지 통전 완료)에 기폭 된다. 다음은 500ms 연결뇌관 제작은 제조사의 기술 수준으로는 조금만 응용하면 초시 정밀도 오차 시험에서 얻은 뇌관들의 오차를 확인한 믿음의 기술 수준이라면 기존 LP 500msTLD, 1,000msTLD, 1,500msTLD는 쉽게 만들 것으로 사료되며, 500ms 연결(점화옥)초시에 도달하는 시간이나 1,000ms, 1,500ms에 도달(점화 옥)되는 시간은 거의 같으므로. 단지 500ms 연결뇌관보다 500ms, 1,000ms 늦게 각각의 기폭뇌관 각선(지선)에 통전되므로 기폭과 동시 장약공 점화옥에 연결되며, 지연 초시+뇌관고유 초시에 순차적 기폭이 된다. 별도 생산되는 500ms와 1,000msTLD 연결 뇌관을 만들어 사용하는 것은 대형 터널이나 대형 지하 공동 굴착작업 적용 시는 ms 뇌관공수를 60 ~ 120개 전후 늘리면 충분하다. 그러나 대형 공동이 아니드라도 가능한 2000ms 이하에는 MS 발파로 하고 그 이상인 2구역은 회로발파로서 MS 단차 발파를 하는 것이 이상적이다. 그것을 위해서는 500ms배수인 1,000msTLD 1,500msTLD는 개발이 되어야 할 것이다. 반복하지만 2,000ms 미만에서는 효율이 좋은 비교적 정확한 MS 뇌관 사용하는 MS 발파를 하고 2000ms 이상에서는 LP 뇌관으로 ⓝ 회로발파를 하여서 전체를 MS 단차 발파를 하면서도 1회 발파공수를 50%이상을 증가 한다는 것이다.
첫 기폭 시(420, 437ms) 이미 개발하려는 500ms(500, ms배수)TLD뭉치 내의 연시약 점화(도 17, 점화옥 그림과 설명 참조) 이후 도 95의 좌측 중앙 하단의 확대도인 도 95 및 96의 Ta ~ Tc 모선 shock tube는 이미 전달 완료한 상태이므 로 1구역의 첫 기폭 이전 이미 통전 완료 상태이므로 단락되어도 무관. 이미 연결 뭉치 내의 점화 옥에 점화(+연시약 시간) 연결되어서 500ms(1,000ms) 이후 자동 기폭 하게되고 순간적으로 도폭선을 감은 점폭 약포 뇌관 20개이하의 지선인 shock tube를 기폭과 동시에 장약공 내의 폭약에 삽입된 장약공 점폭약 뇌관의 점화옥에 병열로 연결 전달하므로 1구역 첫 기폭 이후에는 각각의 기폭초시(=고유 초시+지연 초시)에 기폭 된다. 개발의 요점 연구는 짧게는 500ms와 500ms배수인 1,000ms, 1,500ms(모두 1.5ms이내) 동안에 장약공에 연결되는 지선들의 cutoff 예방이므로 발파 초기의 파편으로 인한 거동만 살피고 또 현장시험으로 정립해야 되는 것이다.
도 96은 자유면 파괴 유형 그룹화 본 공법으로 선 기폭되는 파괴방향을 고려하여 벽면 각선 배열을 가지런히 해야 함을 보여준다. 도 95의 19-1기폭시 19-3의 각각의 장약공의 점폭뇌관 점화옥까지는 미통전 상태이므로 파쇄석이 각선에 직접 부딪치는 일이 없도록 하는 것이 좋다. 도 96에서와 같이 10 ~ 15cm 이하 이격거리에서 6°~ 8°이내의 각도로 각선을 정렬한다면 파괴각도가 25°~ 45°이므로 Cutoff 되지는 않을 것이다. 도 102 및 도 103의 공법의 주 요점인 TLD들도 같은 내용이며, 본 공법을 큰 틀에서의 목적은 100ms, 200ms LP 뇌관을 배제하고, 2,000ms 미만에서는 비교적 정확한 MS 뇌관을 사용하고 그 이상의 LP 뇌관은 500ms interval이므로 500ms를 사용하는 회로발파(보통 4~10 회로)를 하기 위한 방법으로 발파 효율 및 진동 저감을 위한 방법으로 발파 전체를 MS 단차 발파를 한다는 것이고 목표이다.
도 96 ~ 도 98은 본 공법을 위하여 TLD 뭉치를 가지런히 붙이기(①), 공공(empty hole)에 감추기(②), TLD 뭉치 막장면과 바닥 교차 선상 전회 파쇄석으로 보호 덮기(③) 작업을 보여준다. 대부분의 경우 가지런히 붙이는 작업만으로도 cutoff 를 방지할 수 있을 것으로 사료된다. 비록 이론적이지만 문제는 실지 현장에서 적용하고 문제점을 개선하면 되는 것이다. 충분히 개선할 수가 있을것으로 사료된다.(공공; Φ45mm ~ Φ109mm, L=50cm이상 전후)
도 102와 103은 본 공법 중에서 1구역 하부는 MS 뇌관 여러 세트와 2구역인 상부는 LP 뇌관을 이용한 것으로서 도 95에서 설명한 것과 그림과 연계하여 cutoff 배제를 위한 요점으로 이해를 한눈에 들어오도록 도면화 한 것이다. 좀 더 살피면, 도면 103에서 1구역인 19-1 ~ 19-4중에서 19-1 구역에만 #0ms 뇌관을 out↗하고 그 이후 구역(19-2 이상) #0ms 뇌관 사용해도 된다.
TLD(Trunk라인 Delay Detonators) 혹은 Bunch Connector를 사용한 단락(cutoff)예방 방안으로 500msTLD, 1,000msTLD, 1,500msTLD가 개발되어도 2구역의 LP 뇌관 사용구역은 있어야만 사용이 편리하다.
지연 기폭 방법 개발 요점 ; 도면 그림 설명 참조 하면. 최근 동해 암반 돌출 방향 속도 고려하면 화살표가 가리키는 BC(TLD) 뭉치를 도면상의 그림 ②항 방법으로 cutoff 배제는 충분하지만, 이해하지 못하는 작업자(초기)는 도면상의 ①항 및 ③항을 실시하여 숙달되고 초시의 흐름 이해가 된 다음에 ②항으로만 작업할 수도 있다. 또한 이중 회로 설명 요약하면 상부는 상부대로 하고 그 이전에 통전은 상부의 끝 회로를 경유하는 하부에 연결 되어서, 하부는 하부대로 순환 cycle 100ms/3 ~ 8회로 발파 배열하는 시스템으로 모두가 멈춤이 없이 하나 되어 연속하면서도 cutoff 없이 발파가 이루어진다.
도 103은 본 공법 중에서 MS 뇌관을 여러 세트(set) 이용한 전반적인 회로 흐름과 Cutoff예방 요점을 보여준다.
TLD(or 연결 뇌관) Cut-OFF 예방 방법 3종류,
500msTLD, 1,000ms TLD, 1,500ms TLD 사용 검토
지연 기폭 방법개발 요점; 공수 증가에 따른 동 번호 같은 열 배열 및 역방향(좌우측→중앙) 대칭 배열 좌우 측 구석 부 각각 20개의 병렬식 연결 각선(shock tube)이 500ms 동안 Cutoff 없으면 된다. 그러나 작업자가 본 공법 초시 배열 흐름도를 이해하고 익숙할 때까지는 상기 그림 설명 1, 2, 3항을 그대로 작업하기 귀찮으면 원리를 충분히 이해하고 가지런히 붙이기에 원리를 충분히 이해하고 익숙해야한다. 최근 동해 암반 돌출 방향 속도 고려하면 화살표가 가리키는 BC(TLD)뭉치를 도 103의 그림 2항 방법으로 cutoff 배제는 충분하지만, 이해하지 못하는 작업자(초기)는 1항 및 3항을 실시하여 숙달되고 초시의 흐름 이해가 된 다음에 2항으로만 작업할 수도 있다.
※ 본 공법에서의 500msTLD ~ 500msTLD 배수 연결뇌관 제조 이전에, 기존 MS 뇌관과및 LP 뇌관과 기존 TLD인 0msTLD, 17msTLD, 25msTLD 42msTLD를 유용하여 이중회로 발파공법 적용 시의 3 도면류는 도 99 ~ 도 101이다
※ 터널의 본 공법을 적용을 위한 500msTLD ~ 500msTLD 배수 연결뇌관 제조 이전에, 즉 곧바로 현장시험이 가능한 이중회로이다. MS 뇌관과 LP 뇌관 #2 ~ #11을 조합에 의한 이중회로 발파공법 적용 시의 대표적인 3도면류는 다음 도 99 ~ 도 101로서 기술하기로 하면,
도 99는 500msTLD ~ 500msTLD 배수 연결뇌관 제조 이전에 본 공법 적용으로 Burn-cut 설계/142공/100ms/5회로/대칭 초시17ms/이웃 초시 42ms인 발파패턴이다. 2구역 상부 100ms/5회로, 1구역 하부/MS 뇌관과 LP 뇌관 조합 2회로(0msTLD, 17msmsTLD), 주로 일반발파 1의 적용으로 상부 5회로와 하부 2회로로 이중회로 공법이며,
도 100은 기존 PLHBM을 본 공법으로 설계/170공/200ms/7회로 초시 이웃 초시 42ms/2지발인 2구역 상부를 0msTLD, 42msTLD, 67msTLD를 사용하여 200ms/7회로(0, 42, 67, 84, 109, 126, 176ms)분할발파로서 1구역 하부를 MS 뇌관과 LP 뇌관 조합하여 0msTLD, 17, 42, 67msTLD를 이용하여 100ms/4회로 (0, 17, 42, 67ms)로 주로 제어발파2 적용으로 상부 7회로와 하부4회로로 이중회로를 적용한 발파패턴이다.
도 101은 본 공법으로 기존 PLHBM을 설계/307공/500ms/11회로 초시/이웃 초시 67ms/2지발로 구성한 것이며 이는 도 88과 같은 공이면서 단지 상부의 LP 1,400ms 이후부터 사용되는 뇌관의 초시오차를 고려하여 2 지발공으로 했을 뿐인데 19회로에서 11회로로 감소하였다. 이웃 초시 피크도 42ms에서 67ms로 넓어지고 초시표도 한 눈에 보이므로 훨씬 단순하였다. 전단면을 반단면으로 한다면 9회로로 나누어 작업이 용이하다. 도 101은 1구역 하부 5 회로와 2구역 상부는 11 회로를 가지는 이중회로 발파구역이다.
▶ 터널 제어 발파에서 본 공법을 위한 기타
▶ 현장 조건 따라 SB공의 장약공 사이에 무장약 공을 삽입하여 심발부 상단 좌우 측, Wall(벽면) 에서도 PsB 배열발파를 선택적으로 사용하면, 진동의 피크 진동을 이전보다 더 줄일 수 있게 되지만 부가적으로 여굴량도 줄어들면서 벽면이 더 절단이 잘 됨으로 안전율도 증가된다.
▶ 선대구경 공을 천공하는 것으로만 진동이 감소 되는 것은 아니다. 보통 직경 Φ362mm~ Φ380mm의 천공을 하지만, 롯드(ROD) 및 함마(HAMMER)의 대 중 소의 성능을 종합하면 Φ330mm 이상이면 무난하다. 심발공 진동이 주변 확대공 2자유면 공 진동치 이하가 되어야 한다. 그렇게 하려면 보안거리에 따라서 심발공 뿐만 아니라 진동 저감을 위해 주변 확대 공에서도 공 간격을 좁혀야 하는 곳에서는 그것에 맞는 도 34에서와 같이 PLHBM 심발공 형태인 S,M,H,L를 선택해야 하는 데 일반 설계에서 그러지 않는 것은 잘못된 일이다. 이에 PLHBM 개발자로서 수십 년간의 경험을 바탕으로 제시했으며, 앞으로도 실 시공자 측에서 계속 보완연구 해야 할 것이다.
도 86은 반단면/293공/500ms/23회로로 구성되는 본 공법을 적용한 PLHBM 대구경 2공으로 제어발파에서 매우 어려운 제어발파 5에 해당된다
도 87은 본 공법인 반단면의 도 86의 회로별 연결되는 기폭초시의 흐름도이다. 이웃 초시 42ms로 비록 회로수가 3배가까이 늘어나도 이웃 초시는 기존 17ms보다 훨씬 큼으로 초시오차에 따른 피크 진동치는 훨씬 저하된다.
도 88은 1지발 19회로 발파에서 다량의 발파공 기폭을 연구한 것으로 보통은 초시오차를 고려하면 도 90에서와 같은 11회로가 된다. 다량의 발파공(300공 전후) 기폭초시표는 비슷하므로 전단면 발파를 원칙으로 하고 초시오차를 무시한 것으로 1지발/307공, 500ms/19분할 /대칭 초시 간격25ms/이웃 초시 간격 42ms/제어발파5/심발 초기 진동 저감용 50ms 간격적용/PLHBM 1공을 사용한 발파패턴로 중-장 초시 2,000ms 이상에서도 3% 오차 허용치 않고 무조건 1지발 원칙, ps적용, 심발 및 좌우측 선 기폭, 연속하여 ①,②구역에서→중앙 19 회로 방향 기폭함에 ① ~ 19 회로 구역이 모두가 하향공이면서 3FF, 4FF 화가 되어 진동이 상대적으로 현저히 감소가 되며, 천공 및 뇌관배열의 혼돈을 줄이기 위하여 지그재그 평행 선상 장약공에 동일뇌관 배열을 원칙으로 하였어며, 발파순서는 1구역 하부의 초시가 빠른 MS 뇌관 구역인 19-1 ~ 19-4 전체 기폭 후 2구역인 LP 뇌관 구역 ①~19 회로의 지연시간을 포함하는 좌우 측에서 중앙으로 기폭초시가 빠른 것부터 순차적 발파 된다. 도 89에서 회로 간의 연결뇌관(TLD Bunch Connector) 흐름도와 대칭 초시 및 이웃 초시가 17ms~42ms 임을 알 수 있다. 이는 기존 7~9회로에서 작은 공에서도 9ms-25ms와 비교하여 본 공법의 간격이 2배 이상 크므로 피크 진동 발생 확률이 적음을 추정할 수 있다. 도 89는 지발공 숫자를 포함한(1지발공이면 1, 2지발공이면 2) 각각의 장약공 기폭(=지연+고유)초시를 고려한 배열이며, LP 뇌관을 배열한 상단의 가로로 ①~19 회로 구역 단수 구분이고, 그 밑에 17ms, 25m가 반복해감으로 대칭 초시는 작은 숫자인 17ms~25ms이며, 이웃 초시는 상하 초시로서 42ms가 된다. 장약공은 1 지발공이라서 1을 사용하고 SB공, PsB공은 표시가 나도록 적색 숫자로 3이 기입되었다. 하단의 MS 뇌관은 양쪽 2회로이므로 초기에 진동 상승을 억제하기 위하여 한쪽은 홀수로서 MS #1, 3, 5, 7을 사용하고, 다른 쪽은 짝수 MS #2, #4, #6, #8을 사용하여 초시 간격을 본래 25ms 보다 2배가 되는 50ms로 하였다. MS #8, #9 이후는 25ms 간격으로 나머지 MS 뇌관을 모두 사용한다.
도 90은 본 공법인 전단면 발파에서 1구역 하부는 MS 단차로 선 기폭 배열하고, 연속하여 2구역인 상부는 하부의 끝 기폭(1,377ms) 초시 이후의 중하(中下) 초시(LP #12/1,400ms) 이후를 사용하며, 그 이하의 공인 LP #11은 1지발 공으로 ① ~ ⑥회로 첫 공으로 채우며, 그 이상은 2 지발공으로 사용하여도 고유(제조) 초시가 1,400ms 이상으로 8ms 이하 기폭 될 확률은 3% 이하이며(선행연구로서의 뇌관류 초시오차 시험에 의함), 그리고 8ms 이하에서 제발한다고 하더라도 그것은 진동이 큰 2FF가 아니고 도 11(도 7 ~ 도 9 참조)에서와 같이 3FF 파괴이므로 진동 상승은 미미하다. 2지발/307공, 500ms/11분할, MS 뇌관 84개(4set), 대칭 초시 42ms, 이웃 초시 67ms/제어발파 5/심발 초기진동 저감용 50ms 간격으로 대응하고 발파순서는 선 기폭하는 하부에는 2, 3FF 파괴 유형이 혼재하므로 1지발공으로하는 초시가 빠른 MS 뇌관 구역인 ⑪-1 ~ ⑪-4 전체 기폭 후 LP 뇌관 구역 ①~⑪구역의 지연시간을 포함하는 좌우 측에서 중앙으로 기폭초시가 빠른 것부터 순차적 기폭(발파)된다.(회로별 기폭초시표 및 뇌관류 집계 방식표는 도 89와 비슷하므로 생략함)
도 91은 본 공법인 도 90의 회로 연결초시 흐름도에서와 같이 대칭 초시는 25ms와 42ms이고, 이웃 초시는 67ms로 기존의 8~9회로 배열에서 사용한 9~17ms, 25ms와 비교한다면 회로가 간격이 2~3배 크므로 그 만큼 뇌관초시 오차 등으로 피크 진동 발생 확률은 현저히 감소한다.
8.수직구에서의 본 공법(MS 2set 전후)의 적용
저항선(W)을 줄이는 대신 공 간격(S)을 늘리는 WSB 접목 방법으로 일반 발파에서 단면적(W×값이나 WSB(Wide Space Blasting)의 단면적 값을 비슷하게 하는 공법은 이미 널리 알려진 바 있다. 그것을 비교적 큰 수직구(≒140㎡)에서 도 104, 도 109에서와는 다르게 본 공법인 수직구에서의 대표 도면 3종류인 도 110, 도 115, 도 121에서와 같이 MS 1, 혹은 2 세트(20 ~ 40개 전후)를 1지발 (현장 조건 따라 2 지발도 같은 방법)로 적용하는 예시 도면을 인용하여 다음과 같이 기술하기로 한다.
1). 기존 공법에 의한 수직구의 장약공 천공 및 배열 방법과 문제점을 먼저 기술하기로하면, 기존 공법은 도 104( ~ 106) 및 도 107( ~ 106)에서(2종), 도 104 및 도 107은 기존 기준을 하는 본 도면으로서 도 104 ~ 도 107는 D=13.4m인 비교적 큰 대형 수직 작업구이며 최근 발주된 00현장의 설계도 중에서 작업 방법에 대한 주요점 설명을 위한 기존도면 (2종)이다. 도 104(~ 106)를 A라 하고, 도 107(~ 109)를 B로 하면, A는 1지발공이면서 12회 발파이나 17ms 연결뇌관을 이용하면 2회를 1회로 줄이는 1/2을 가정을 고려해도 6회 발파해야 한다는 설계 개념이고, B는 심발부에서 1지발공이고 확대공은 3 지발로서 17ms 연결뇌관을 이용하면 2회를 1회로 줄인 넉넉하게 고려해도 3회 발파로 시공한다고 해도, 문제점은 바로 분할에 따른 많은 시간의 버림으로 공정이나 경비 상승 폭이 너무 크다는 것이다.
즉 상기 기존패턴은 전회 발파로 인한 다음 발파가 각선 등의 절단 등으로 많은 불편을 갖는 것이다. 좀 더 객관적 더 분석하면, 심발공의 제1 square 공의 사분점에서 315mm 간격이고 두 번째 square 공에서 수선 거리 W가 500mm이다. 이러한 도면상의 장약공은 완전한 2FF이 아니다. 즉 파괴 방향 각도가 정상적인 100°~ 180°가 아니고 90°이하이므로 저항을 많이 받게 되는 이중의 진동 상승 문제점을 초래한다. 확장해가는 공들인 장약 원호 라인(라인) 중앙으로부터 2 장약공 호(줄) 이상에 있는 장약공의 1지발 공보다 진동이 크다는 것이다. 그렇다면 기존 심발 공의 인접구역이 1 지발공이더라도 장약 원호 라인(라인) 3줄 이상 바깥쪽 원호 장약공의 2지발 공과 비슷한 진동이 발생 될 것으로 추정된다. 문제는 이를 1회 발파로 하는 것이 모든 면에서 공사비 절약 가져온다는 것은 명약관화 한 것이다. 이에 다음과 같이 10m 이하의 소형 작업갱은 더 쉬우므로 큰 것을 선택하기로 하여 지름 약 13m의 대형 작업 갱을 모델로 새로운 기초지식을 응용하여 좀 더 과학적인 방법을 모색하여 50여 년의 토목 발파공사의 경험을 비추어 1회 발파하는 본 공법을 설계나 시공 방법으로 기술하기로 하면, 자동적으로 공법의 내용이 무엇인지 설명이 될 수가 있다.
2). 본 공법에 의한 수직구의 장약공 천공 및 배열 방법
- 본 공법은 도 110( ~ 113) 및 도 115( ~ 118), 도 119( ~ 121)이며(3종), 본 공법 중에서 터널 1구역에 사용한 도 43의 “A”“B”“C”방법을 수직구에서도 같이 적용할 수가 있다.
도 104 및 도 107은 기존 방법은 도 43의 “A”“C”방법 적용할 수 없으며, 도 120은 터널에서 도 99 ~ 도 101에 적용한 도 43의 “B”방법이다. 수직구에서는 부가적으로 설계 시 1/2 WSB와 접목과 단면적까지 계산하여 발파공 위치를 정하는 것을 추가 적용하였고,
양방향인 도 110은 8 ~ 10 회로 발파에서 대칭 초시(42~67ms)와 이웃 초시(109ms 이상)를 살피면, 이웃 초시가 109ms 이상이므로 뇌관류 초시오차에 따른 엇기폭(순차적 기폭이 아닌) 발파가 1방향(도 115 및 도 120예시 한)보다 적어지는 장점은 있다. 본 공법의 특성 중 하나인 같은 원호(터널은 수평 라인) 배열공은 원칙적으로 동일 고유번호 뇌관을 사용해야만 작업효율과 진동의 첫 발파공인 2FF 파괴공을 1회로 구역에 전부 모이게 함으로써 이웃하는 3FF 파괴 진동과 비슷하도록 진동 저감을 가져온다. 가능한 양방향 배열이 좋은 것은 이웃 초시가 상대적 크므로 피크진동을 더 줄일 수가 있다.
도 115는 1방향이고, 도 120도 1방향(양방향 및 1방향 모두 적용은 가능하지만 예시한 것임)이면서 도 43의 “B”방법인 이중 회로 발파 대표도를 참조하여 요약 설명하기로 한다.
본 공법으로 수직구 발파패턴 설계 시 먼저 3 ~ 10회로 등으로 회로수를 마음속에 담고, 유사 현장의 심발공과 SB공의 간격들은 일반적인 제어 발파나 일반 발파에서와 같이 설계 도면 작성 등을 사전 검토하고, 전열공 포함한 6 ~ 8개 전후 원호 공(단면 따라 다름)을 적용하기 전에 심발 및 심발 부근의 진동은 도 12 및 도 13의 파괴방향 배면 길이 D(혹은 S)가 2.2W 이하로 상대적 구속도가 작음으로1지발 공으로 하고, 구속도가 상대적으로 작고(개방 혹은 2.2W이상) 초시 오차가 더 많은 뇌관의 고유초시 2,000ms 이상에서는 2 ~ 3 지발공, SB공은 3-5지발공을 먼저 마음에 둔다. 도 110으로 예를 든다면 먼저 SB공은 공수도 많아서 9 회로 정도는 마음에 두고, 지발공수 4공과 2단 뇌관 사용한다면 (2×4=8)×9회로=72공(S=560mm)이 되며. 너무 많으면 LP 22번 3공, LP 23번 4공이 면 7×9회로=63공(S=640mm)이 되므로 공간격 S가 크므로 72공을 선택한다. 그다음은 수직구 중앙에 사전에 대구경 무장약 공(보통 Φ445mm 전후)을 굴착 깊이까지 천공하고 그 무장약 공을 이용하여 Cylinder-Cut와 비슷한 8 ~ 12개의 1차 심발공 장약공을 만들고 그 주위에 8 ~ 12개의 장약공을 더한 1차 심발 및 확대공을 도합 20개 전후 만든다. 그 다음 호의 라인 공에도 MS 1 세트를 추가 사용하려면 도 110는 9회로이므로 2공씩 이면 18개+2자유면 해제공(도 112 참조) 1공=19공이 되므로 MS 1공은 여유 공으로 사용처(낱개/부분 발파 등)가 많다. 여기서 중앙에 대구경 무장약공의 위치가 20 ~ 60m 이상 선 보링해야하므로 수직도 오차가 발생할 수밖에 없다. 이때에도 MS 공을 사용하는 심발부인 내측의 9각형의 위치는 처음과 같은 위치에 표시한다. MS 뇌관이므로 1m 전후까지 중심에서 벗어나도 제1 ~ 제2 square 공은 첫 설계대로 뇌관배열 및 장약을 하고 나머지는 점차 저항선을 늘려가는 spiral-cut를 응용하여 배열함으로써 그 이후의 공은 원설계대로 시공작업을 할 수 있어야 하고, 2구역인 2차확대 공이 본래 방법인 설계대로의 위치에서 발파가 되는 것이다.
도 110, 113 ② ③(2,3)회로구역에 표기된 SB공의 A=20.524㎡ =0.285㎡, =0.26㎡/Hole의 도 113의 표시는 SB공 1공이 분담하는 단면적이다.(단면적 계산과 공당 차지하는 면적 계산은 CAD와 엑셀을 이용하면 변수를 빠르게 찾아 표시할 수 있다.) 그 밑의 최외곽 전열공 이하로 계속 살펴본다면 심발공에서 Wall(벽면)쪽으로 갈수록 SB공 제외하면 약간의 면적 증가가 정상이다. 같은 호 선 상에는 뇌관 배열 오차를 줄이기 위하여 동일 번호를 배열하고, 호와 앞뒤 천공은 1/2 WSB 적용하는 지그재그식 천공 계획해야 하며, 도면상 ③,②회로 선상에 표기된 ch30(circle holes, 원호상의 발파 공수)은 지발 공수가 3 ~ 2공이므로 3×9 회로=27 공으로 먼저 S가 정해진다. 단면적과 저항선으로 비슷하게 조정하여 최종 정리한다. 그런데 발파공 호(arc) 크기가 가장 큰 SB 전열공에도 3공을 1지발공으로 하려면 S가 얼마(dim)까지 가능한가 검토하면, 직경이 Φ45mm인 일반 발파공에서도 저항선 1.0 ~ 1.1m일 때 1.2 ~ 1.3m까지도 가능하므로 적어도 2m까지는 충분조건으로 생각한다. 그런데 복잡 한 1/3 ~ 1/4 WSB 지그재그는 피하고 시공하기 좋은 도면과 같이 1/2 WSB 지그재그인 단면 크기 따라 6 ~ 9줄 정도만 맞추어서 9구역이므로 1구역(회로)만 완성하면 그것을 Auto 캐드 상에서 회로 구역 수만큼 Array(회전하면) 하면 간단히 도면을 제도 할 수 있다. 도면상 중앙 좌측 선상의 dim(저항선 간격) 표시는 숫자를 일정하게 맞추면 1공당 차지하는 단면적들이 다르므로 그대로 mm를 사용한다. 결국엔 점보드릴(jumbo drill, J/D) 기사와 관련 작업원 모두는 거리 감각을 가지고 천공 시 스프레이 표시 시에 어느 정도 오차는 발생하지만, 가능한 거리 표시는 mm로 하여 자주 보아서 머리에 감각을 넣어라고 해야 하는 것이다. 도 120은 도 43의 “B”방법으로 이중 회로이며, 또한 터널에서와 같이 2 자유면과 3 자유면을 구분화하여 (도 120)에서와 같이 도안하였다. 도 119는 도 120의 지연 초시 고려한 각각의 뇌관 기폭초시 및 뇌관 집계표이다.
3) 도면을 인용한 기폭순서 및 연결 초시 요약 설명
도 110 및 도 115의 차이는 제어 정도따라 발파 공수의 차이가 있지만, 양 방향 및 1방향으로 회로 배열 시 이웃 초시 간격이 다르다는 것이다. 가능한 이격 초시가 큰 양방향인 109ms 사용 권장)이 좋으나 잘 사용치 않은 109msTLD 없는 경우 혹은 단순화를 선호할 경우는 67ms나 42ms를 사용할 수도 있다. 그러나 순환cycle 100ms회로 초시로 나누어 사용하는 경우에는 8ms, 17ms, 25ms 보다는 양방 향인 109ms 방법이 peak진동 저감효과가 월등히 좋다고 할 수 있다. 즉 본 공법의 순환cycle 200 ~ 500ms회로 초시로 나누어 사용하는 1 방향이라고 해도 42/17 약 2.5배의 피크(특별하게 진동이 큰) 진동이 저감될 수 있다.
※ 본 공법의 cutoff 예방을 위하여 발파 매트를 사용할 시의 주의 사항은 각 도면들의 심발공을 1차로 고무판 매트를 덮을 때 가장 먼저 심발공 양편으로 분할된 2차 MS 한 세트(set) 공과 17msTLD(혹은 500msTLD) 뭉치를 덮되 전열공 분출방향을 피하여 통전해야하는 공경계선을 10㎝정도까지 먼저 덮고 나서, 그 후에 가장 빨리 기폭하는 1차 중심 심발 ms 1 벌(set=20 공) 위에 마지막으로 2차 덮는다. 즉, 1 구역 중앙 심발부 1회로 MS 20공 심발공이 발파로 인하여 2차 MS공 1 벌(set) 공저까지 통전되기 전에, 뇌관 TLD 뭉치와 2차 병열로 연결되는 20개 이하의 각각의 shock tube 지선(각선, 장 약공 점폭뇌관 모선) 절단되면 그 공은 점화가 안 되기 때문이다. (다행히 병렬이므로 전체가 불발되지는 않고, 큰 충격으로 정통 부딪치기 전에는 절단되지 않을 정도이다. 그런데 이때에도 1회로를 시작으로 끝 회로를 경유하여 TLD 뭉치까지의 shock tube 각선은 전체 공 중에서 첫 기폭 시간 후 도 95의 Ta ~ Tc까지(도 43의 C 에서 ⓢ ~ ⓐ)가 cutoff 되어도 이미 장약공 공저에 있는 기폭뇌관의 점화옥에 불을 지핀 관계로 정상적 발파가 된다.)
도 95 ~ 98에서처럼 각선(shock tube)를 가지런하게 하여 TLD 연결 뭉치를 감추어야 한다.
도 110은 500ms를 1회로 싸이클로 사용하는 9회로 291공이며, 심발부 MS 2벌(set)은 도면상에는 0msTLD, 500msTLD로 2회로 분할 패턴이지만 0msTLD, 17msTLD로 2회로로도 할 수 있다. 심발공 초입은 1 지발공, LP#12(1,400ms)까지는 2 지발공, LP#15(2,000ms) 이상은 3 지발공, SB공은 4 지발공으로 되었다.
도 111의 상단부에 2자유면 진동제어공 MS #0 순발은 구속(파괴) 각도와 저항선, 진동 peak(특별히 높은)를 고려하면 힘든 2FF 파괴 공이므로 2FF 체적(짐)을 줄이는(진동감소) MS#1, MS#2가 되고, 그 이외 이웃으로 전달 파괴되는 공은 초시 오차 고려하여도 3FF(자유면) 파괴가 확실히 된다. 동 조건 약량에서 3FF은 2FF파괴 보다 진동도 적고 파쇄도 좋기 때문임. 이러한 사소한 것까지 관심을 가져야 유별나게 높은 peak 진동을 줄인다.
도 110, 111, 113과 같이 MS 뇌관을 중앙에 20개 묶고 나머지 20개를 양편으로 나누는 것이 원활치 않으면 도 115와 같이 대칭으로 배열하여도 된다.
도 112는 이웃 초시 간격 109ms를 만드는 도 110을 양방향으로 보다 더 이해를 빠르게 인식 할 수 있도록 뇌관번호, DIM, 각종 표시를 표기하지 않은 1, 2구역인 전체적인 회로별 9회로 초시 흐름도 도면이다.
도 115, 도 120 같은 10회로이지만, 도 115는 1 구역을 도 43의 “A”방법이고, 도 120은 도 43(도 44 및 도 45)의 “B”방법이다.
도 115, 도 120은 1방향 초시 흐름도로서 연결뇌관 109ms(잘 사용치 않음으로 주문생산) 재고가 없을 때 초반 임시 사용하는 것으로 이웃 초시가 109ms 양방향보다 적은 42ms 및 67ms로 초시 오차 등으로 진동이 높을 확률이 양방향보다는 크다. 그러나 기존 재래 배열방식보다는 월등히 우수하다.
도 113의 1구역인 심발부 각 공의 뇌관 공저 연시 약에는 1차 MS 뇌관 20개 정도가 순차적 첫 기폭 후 500ms 지연 연결뇌관을 이용한 2차 MS 20 개 전후는 500ms 경과 해야만 순간적 2차 ms 묶음에 연결된다. 그다음에 기폭(고유 제조 초시+지연 초시)하는 시스템이므로 이때 천공 및 장약 후 1차 MS 뇌관 set를 고무판으로 덮을 때에 먼저 기폭되는 장약공을 나중에 덮는, 즉 역으로 0msTLD 뭉치에 속하는 제1 set를 맨 나중에 덮을 것. 그것은 제2 MS set인 500msTLD뭉치 근처가 500ms 동안 2차 20개 이하의 MS 뇌관 모선(각선, shock tube) 묶음 중 1개의 각선이 절단되면 병열 묶음이므로 그 공에서만 불발된다. 그 시간은 500ms(O.5sec)이다. 그러나 그 이전의 TLD(500, 1000, 1500ms)의 모선인 shock tube가 절단되어도 이미 통전 완료된 상태이므로 발파는 순조롭 게 진행된다. 전체적인 발파 시간은 LP#23까지 고려 된다면 5sec 전후의 시간이 더 소요되지만, 통전시간 1, 2차 모두 합하여도 1,000ms ~ 1900ms 미만이므로 이후에는 모든 뇌관들 shock tube(각선, 각각의 모선은 물론 지선인 각선)가 절단되어도 무관하다, 2차 ms 묶음인 500msTLD뭉치(500ms 이후 기폭)에서 병렬로 연결하는 뇌관 공저 연시약으로 가는 연결 통로(4m 가정해도 0.5ms 거의 동시로 생각) 모든뇌관에 전달 shock tube(각선)가 500ms 이내 절단된 공에 한해서(병열 연결 때문)는 불발됨을 인지할 것.(관리만 잘하면 문제 시 되지 않음)
도 115는 1 구역 1지발, 2 구역 첫 원호공 2지발, 확대공 3지발 SB공 4지발 이며, MS 2set 적용했으나 MS 3set 적용시 발파 시간을 5,000ms에서 4,500ms로 줄 일 수 있다. 500ms회로 초시에 집착치 말고 현장에 따라 200 ~ 400ms 회로 초시로 사용할 수도 있다. 도면 작도시 초시 점검에서 2구역의 첫 공 기폭시간이 1구역의 기폭뇌관과 일부 겹칠 때 적당히 응용할 것.
도 110, 115, 120은 기존 공법과는 달리 기존 1회로 순환 cycle을 100ms 사용치 않고, 200 ~ 500ms를 1회로 순환 cycle을 회로에 사용한다. 결국 500ms 간격을 가진 2,000ms( ~ 6,000ms)이상 뇌관을 사용해야 하므로 500ms 사이에 균등하게 배분을 목적으로 하고, 초시의 흩어짐을 고려하여 2 ~ 5 지발공을 사용하여도 기폭 초시 오차 에 의하여 8 ~ 10ms 이내에 동시 기폭은 어렵기 때문이고, 그 이전에는 주로 ms 단차를 사용하였다. 결국 시험발파에 의하여 판단 되지만, 소리의 느끼는 정도 및 진동 값, 특히 LP 뇌관 1공 기폭과 2공(도 12 참조) 기폭시 진동은 오히려 2공 기폭과 진동이 비슷하거나 진동이 약간 작음을 종종 볼 수 있는데 이는 초시의 흩어짐(8ms이상)도 있고, 적당한 초시(10ms ~ 85ms 전후) 간격에 의한 발파효과도 크게 되는데, 앞으로 현장 접목 등으로 계속 연구해야 할 사항들이다.
도 112(도 110의 심발 확대부)의 상부에 배열한 MS#1과 MS#2 하단에 2자유면(혹은 피크 진동) 해제공인 MS#0을 추가하였다. 도면을 살피면, 첫 공은 W=85㎝이면서 2ff(자유면)이고 그 이웃들은 W=85㎝ 3ff가 됨으로 W를 단축한 추가 장약공이 있어서 그 호의 장약공 전체가 순차적으로 기폭하므로 3자유면 파괴 진동(피크 진동을 없앰)으로 유도한다. 다음부터는 도 12 및 도 13을 참조하는 구속도(파괴각도)가 상대적으로 크므로 진폭이 2ff보다 적은 3ff 파괴 작업이 된다. 그다음 호 장약공에 서도 피크 진동 값이 크게 발생 될 때에 양방향 배열인 도 110 ~ 도 114에서와 같이 ①회로의 장약공 이웃(0.5×간격)에 보조공인 무장약 공을 시공하여 터널에서와 같이 2, 3 자유면 파괴 구역화를 만드는 식으로 시공 함으로 peak(주변보다 높은) 진동을 줄임으로써 진동 저감에 한 발짝 더 다가가는 것이다.
도 115는 1방향 배열을 한 대표도인 발파 천공도로서 전구역①~⑩ 이웃 초시 42ms/6ea, 67ms/2ea, 72ms/1ea 회로간격이며, 1 구역은 MS 뇌관 2세트를 사용하고 2구역은 500ms/9회로/분할 도면이며, 1 구역 및 2 구역 전체공 수는 332공이다.
도 116은 도 115의 1구역에 심발부 MS 뇌관 2세트를 17ms로 0msTLD, 500msTLD(조건에 따라 대칭으로 하면 17msTLD로도 가능함)로 2분할 대칭 배열한 초시 확대도이다.
도 117은 도 115의 지연시간을 포함하는 332공의 기폭초시표와 뇌관류 집계표이며
도 118은 도 115의 “R”확대도로서 도며의 설계시 참조 자료인 ① 회로의 무장약공은 진동 저감용이며 ② ③회로에 있는 ch00과 단면적 A를 참조하여 공당 찾이하는 단면적 00㎡/h 을 보여주고 있다.
도 119는 도 120의 지연시간을 포함하는 316공의 기폭초시표와 뇌관류 집계표이며,
- 도 120은 터널과 같이 2ff, 3ff을 그룹화한 것으로 진동의 peak 값이 각각의 발파공 라인 원호의 첫 번째가 2ff가 발생하므로 이를 한곳으로 집합할 수 있는 공법이다. 1방향 기폭 시는 인접 초시가 109ms에서 42ms 및 67ms로 되므로 오차에 의한 진동 값이 상승할 확률이 양방향보다는 크다. 진동을 낮추기 위하여 2자유면 공을 한곳으로 모이도록 ① 회로 구역을 도 113 및 도 118의 확대도에 표시한 것처럼 무장약 공을 시공하여 각 발파공 호의 첫 번째 기폭 장약공 구역은 2ff 파괴유형이며, 그다음부터는 3ff이므로 도면에서와 같이 PsB(무장약공 삽입) 발파가 되므로 각호의 첫 2ff 발파공의 1 및 2(양)방향 모두에서 ① 회로에만 발생되며, 도 113 및 도 118의 확대도에 표시한 무장약공 천공하여 PsB 발파를 한다.
1 구역 장약공은 터널과 같이 파괴각도가 작음으로 1 지발공으로 8 ~ 20공 전후를 심발 확대부 적용하고, 2 지발공은 그 이후 40공 정도인 뇌관 기폭이 1200ms 이하에 적용하며, 1,400ms 이상의 초시 이후에는 파괴각도와 초시 오차를 고려하여 3지발공으로 선택하고, SB공은 초시 오차도 관여한다. 앞에서도 기술하였지만, 도 17의 '이토 사사'의 이론인 DI=2.5 계수에 따른 장약공 공벽에 받는 응력을 고려하여 3-5 지발공을 먼저 구상해야 한다. 천공은 장약 공이 많아짐에 따라 뇌관 배열의 혼돈방지를 위하여 같은 장약공 호에는 같은 번호를 구상한다.
저항선은 단면적을 개략적 계산하여 저항선을 정하고 앞뒤 장약공 열이 지그재그식이 되게 1/2 WSB 적용을 위한 도 110 및 도 115, 도 119에서와 같이 가로 세로 가늠선 표기를 해야만 설계나 실작업을 위한 이해도 편리하다. 이중회로방법을 좀 더 구체적으로 기술하면, 1구역은 MS 뇌관과 LP 뇌관을 100ms/5회로 발파로 조합하고, 2구역은 200ms 혹은 500ms를 10회로 발파하는 2중회로 발파이다. 도 43의 “B”도 44 및 도 45의 “B”참조) 방법이 활성화되지 않는 동안에 대체할 수 있는 공법이다. 1구역에는 MS 뇌관 2세트를 0msTLD로 1회로 연결하고 나머지 구역은 LP 뇌관 #4, #5를 1지발, LP#7, #8을 2지발로하는 100ms를 5회로로 기폭 후 연속하여 2구역의 1회로 ~ 10회로에서 지연 초시를 고려한 도 120의 초시표(설계 및 시공자는 여러 배열이 있으므로 조정)대로 빠른 초시부터 순차적 발파가 된다.
도 121은 도 120의 수직구 1구역인 심발부 100ms/5회로(+0, +17, +25, +42, +67ms) “R”확대도이며, 1구역인 중앙 심발부에 MS 뇌관과 LP 뇌관 회로 조합으로, 즉 심발부는 100ms/5회로(분할, 0, 17, 25, 42, 67ms)로서 도 119는 도 120의 기폭초시 및 뇌관류 집계표이며, 심발부를 제외한 2구역인 2차 확대부는 1 순환(one cycle)초시 500ms를 10회로 분할하였으며, 구역간 이웃 초시가 67ms와 42ms인 1방향 배열(양방향 배열로도 가능함)이다. 심발 중심부 MS 뇌관 1 지발, 16 공 순차적 배열 #0ms 첫 기폭(428ms) ~ MS#15(803ms) 연속 LP#4(828ms) ~ LP#8(1228ms) 위(1228ms)와 아래(1400ms)의 공간 시간이 172ms 정도이므로 (MS#4공+LP9, 10, 11 추가 사용 가능) 적당히 활용할(발파시간 당기기, ps, 혹은 PsB 활용 등) 수가 있다. 연속하여 2구역의 LP#12 ~ LP#21(1,400ms~5,428ms) 10회로 발파가 이루어지는 이중회로 발파이다.
9. 본 공법을 연계되는 설계 및 시공 등의 기타
▶ 현장 조건 따라 SB공의 장약공 사이에 무장약 공을 삽입하여 심발부 상단 좌우 측, Wall(벽면) 에서도 PsB 배열발파를 선택적으로 사용하면, 진동의 피크 진동을 이전보다 더 줄일 수 있게 되지만 부가적으로 여굴량도 줄어들면서 벽면이 더 절단이 잘 됨으로 안전율도 증가된다.
▶ 선대구경 공을 천공하는 것으로만 진동이 감소 되는 것은 아니다. 보통 직경 Φ362mm ~ Φ380mm의 천공을 하지만, 롯드(ROD) 및 함마(HAMMER)의 대 중 소의 성능을 종합하면 Φ330mm 이상이면 무난하다. 심발공 진동이 주변 확대공 2자유면 공 진동치 이하가 되어야 한다. 그렇게 하려면 보안거리에 따라서 심발공 뿐만 아니라 진동 저감을 위해 주변 확대 공에서도 공 간격을 좁혀야 하는 곳에서는 그것에 맞는 도 34에서와 같이 PLHBM 심발공 형태인 S, M, H, L을 선택해야 하는 데 일반 설계에서 그러지 않는 것은 잘못된 일이다. 이에 PLHBM 개발자로서 수십 년간의 경험을 바탕으로 제시했으며, 앞으로도 실 시공자 측에서 계속 보완연구 해야 할 것이다.
▶. 본 공법의 설계 및 시공, 뇌관 배열의 주 요점 등
1). W, S가 정확할수록 진동이 균질하고 발파 효율이 상승하므로 천공 및 뇌관 배열의 정확성이 반드시 요구되지만 그래도 오차는 발생한다. 그러므로 관리의 집중도인 의욕을 높이기 위한 관리의 기술은 매우 중요하다.
2). 1회 발파 공수가 많으면 천공 방법과 순차적 기폭을 위한 뇌관 배열에 있어 혼돈이 매우 많다. 그런데 문제점은 기존 방법에서는 공사비가 초고가인 전자 발파를 제외한다면 200 ~ 210공 이상에서 설계나 시공 모두가 혼란하여 시공이 어렵다는 것이다. 보통 이를 면하기 위하여 공사 지연과 공사비 증가를 야기할 수 있는 기계 굴착 등으로 설계를 하는 것이 일반적이다. 그 해결 방법을 본 공법에서 다음과 같이 순서대로 하면 기계굴착 등의 물량을 많이 줄일 수 있는 본 공법으로서 어려움 없이 대체할 수가 있다.
3). 설계 단계에서는 W, S를 정하고, 실 시공 시에는 도면상의 W, S를 확인하고, 1회 발파공 수가 비교적 많은 구역은 같은 열이나 원호상에는 같은(동일) 뇌관 고유번호를 배열하는 것을 설계 및 시공 시 확인한다.
4). SB, PsB, 무장약공(혹은 PS 사이 보조 무장약공 등) 및 굴착 전열 공은 먼저 확인하여 유사 도면을 참조하여 정하거나 확인하여, 선 설계나 시공 시에 확인하고 작업에 임한다.(보통은 유 경험자이므로 잘하고 있다)
5). 끝(③~ ⑦~ ⑨~ ⓝ)회로 구역은 중앙선을 상하 기준으로 심발공 위로 먼저 정하여 적당히 W(저항선)을 배분(반틈)하고, S는 1.1W 혹은 1.2W로 적당히 배분한다.
6). 진동 저감을 유도하는 현장에서는 끝(③~ ⑨~ ⓝ) 회로 구역은 4자유면(4FF)이므로 2공의 지발공이라도 이웃 회로 3자유면 1공과 비슷한 진동이 예상되며, 진동치가 크더라도 W, S 간격을 줄인다든지 무장약공을 이용하면 된다. 모든 일에 시공자가 관심을 가지면 특별한 피크 진동 상승은 기존보다 훨씬 줄어들것이다.
7). 진동 저감을 우선하는 현장에서 발파 기폭순서는 부록에 첨부된 발파형태 도면들은 도 55, 도 64, 도 94, 도 109, 도 116 등의 여러 도면에서처럼 동일뇌관 번호에서 좌우 측 ①, ②구역(굴착선 전열공)에서 중앙 끝(ⓝ) 회로 방향으로 빠른 번호가 순차적 기폭하므로 ①, ②회로 구역을 제외한 3자유면 발파가 되면서 중앙구역 끝 회 로는 진동치가 훨씬 감소하는 4 자유면 파괴유형이 된다는 점을 인지한다. 좌우 측 ①, ②회로 구역의 첫 기폭은 2FF이므로 W나 S를 단축하든지 PsB 발파하여 1자유면 추가하든 지 현장 조건에 맞는 방법을 선택하면 대부분 진동치가 유사할 것이며, 전회 진폭 자료를 활용하여 현장에 적합한 작업을 선택하면 된다. 발파 효율을 중시하는 일반 발파의 V-Cut나 Burn-cut에서는 2구역 중 1회로를 중앙에서 외곽방향으로 초시 흐름도 참조, 뇌관 배열(도 54, 도 56, 도 89 배열방법 참조)을 하는 것으로 일반 발파에서 사용할 수 있다. 이 때에도 진동의 약간 상승은 굳이 SB공에서 PsB하는 것보다 무장약공을 적게할 수 있는 중앙회로에서도 유용 할 수가 있다. 그것은 1구역인 하부가 전부 선 기폭 후 상단 중앙이 첫 공이므로 2FF가 되고, 또 중앙이 중력의 법칙을 많이 받는 하향 270°이므로 2구역 첫 발파 라인 중에서는 진동이 제일 적은 곳임을 인지한다.
8). 진동 크기는 확실히 2FF>3FF>4FF 파괴이지만, 2자유면 대비 3자유면의 진동은 30 ~ 40% 감소, 2자유면 대비 4자유면 진동감소도 50% 전후 감소하는 것으로 예상하고 설계하는 것이 바람직하다. 이는 2019년 8월경 R&D 선행 연구사업의 모르타르 2등 급(모래;시멘트=2;1) 압축강도 평균≒584kg/㎠, 인장강도≒55kg/㎠, P파≒4170m/s 및 S파 약 2119m/s의 모르타르 물성에서 시험 결과보다 약간 낮은 값이다. 피크 진폭(진동)은 1 ~ 2발이 좌우한다. 천공 불량, 전회의 발파공 불량, 전색 불량은 발파 불량으로 다음 공은 필연적으로 진동 상승하는 것은 초고가의 전자 발파에서도 나타난다. 그래서 뇌관의 배열 교육이나 상호협조 등의 작업원 관리 기술이 으뜸이다.
상기 자유면에 따른 진동 감소 추정은 많은 현장에서 유사하게 나올 수도 있으며, 또한 여러 현장에서는 벗어나는 경우도 발생할 수 있겠지만, 시험자, 시험 재료, 천공 각도나 간격 오차, 천공 배면 불균질성, 계측기 및 계측설치 방법 부적절 및 오차, 장약 배열 방법과 MS 단차, 인접 구역 분할 간격, 실 작업자의 작업 의욕 등 수많은 조건에 따라 다를 수밖에 없다. 저항선 증감법칙 시험(별도 시험자료)과 병용하여 설계 후 실제 시공 시 시험 발파로 보정하는 것이 일반적이다.
9). 뇌관 배열순서는 공수 많은 곳에서 500ms순환1cycle 회로 초시를 사용한다. 2,000ms(LP#15)을 심발중앙 상단 횡으로(가로)의 평행선이나 수직구의 2구역인 원호상에는 동일 번호를 배열, 뇌관의 생산이 보통 #23까지이므로 굴착 전열공을 22, 23번, SB 공은 PsB 공으로 전환, (1,600ms, 1,800ms, 동일뇌관으로 맞추다 보면 사용치 않는 번호의 2지발 및 1지발공 참조) 2,000ms(LP #15)을 심발 상단선 하단으로는 500ms 간격을 무시하고 좌우 상하 심발공 기폭초시 확인 고려하여 도면 숙지하고 배열하면 큰 어려움 없이 1지발로 기존보다는 넉넉한 진동 저감 패턴이 만들어지고 차근차근 순서를 지키면 설계 담당자 및 시공자 모두는 처음에만 방법을 파악하면 큰 어려움이 없다.
기존 설계에서 1지발공으로 200공 전후 이상에서는 매우 난이 했으나, 본 공법에 의한 2,3,4자유면 파괴 그룹 유도 발파 공법에서는 1지발 공으로 300공에서도 여유로우므로, V-Cut나 Burn-Cut에서와 같이 대표도면을 비교하고 공수가 많은 300공 전후의 도면들을 1, 2지발에 의한 도 88 및 도 90에 제시하였다.
1회 발파 공수가 많은 도 88, 도 90의 (307공), 도 100, 도 101의 (307공) 것을 참고로 도 129에서 2지발공 및 1지발공을 비교 설명하였으므로 공수 적은 경우는 설명하지 않아도 이해가 쉽게 되므로 공수가 많고 회로 수도 많은 것을 기준으로 기술되었다. 실지 적용시는 주로 회로가 많으면 번거러우므로 공수가 많아도 1400ms 이상에서 초시 오차를 고려한 보통의 어려운 현장에서는 10회로 전후가 될 것으로 사료된다.
부위별 장약 방법 요약 검토를 하면 심발 공은 크게 3종류로서:
V-Cut ; 1.5 ~ 2m 이하 굴진에 사용하는 굴진효율 중시
Burn-Cut ; 2m 이상 굴진에 사용하는 약간의 진동 고려한 굴진효율 중시한다.
PLHBM(Cylinder-Cut) ; 제어 발파에 사용하며 주로 W, S를 조정하여 제어 정도 따라 다양하게 적용할 수 있으나, PLHBM을 진동 제어 대표도로 하여 다음과 같이 요약 검토함,(심발제어발파 종류 많으나 본 공법 설명으로 대표도로 임의로 정함)
(1) V-Cut ; 설계 및 시공 시 천공장에 대한 화약 종류에 따라 장약량이나 천공 수가 보편화 되어 있으며, 주로 단공(1.5m 이하)에 적용하며 굴진 효율이 나쁜 경우 심발공부위에 굴진장을 설계보다 길게 하거나 2단 장약(Deck Charge), 보조공 등을 활용한다. 공당 장약 장도 천공장의 70 ~ 80% 전후로 하여 진동의 크고 작음보다 굴진율을 중 시한다.
(2) Burn-Cut ; 2m 이상 굴진에 사용하는 굴진효율 중시하는 것으로 V-Cut와 같이 보편화 되어 있으며 주로 2m 이상 장공발파에 적용하는 것으로 V-Cut보다는 발파 효율성은 좋지만, PLHBM보다는 못하다. 이 또한 굴진 효율이 나쁜 경우 굴진장을 더 길게 하거나 2단 장약(Deck Charge)으로 설계굴진장을 맞추고 있으며, 심발공의 진동저감 위하여 2단 장약이나 보조공 등을 활용하는 데 있어서 본 공법에서 비교적 정확한 MS 뇌관을 많이 사용할 수 있게 된다. 장약장은 심발공의 경우 90% 전후이며 진동보다는 발파 효율을 중시하는 공법이다.
(3) PLHBM(대구경 Cylinder-Cut, Pre- Large hole Horizontal Blasting Method) ; 제어 발파에 사용하며 풍화암 및 연경암 따라 주로 W. S를 조정하는 공법이다. 단순히 발파 공수 감소나 발파 효율 증대 목적이라면 비교적 간단하지만 발파 효율은 심발부 부근은 100% 전후이다. 반면, 진동제어(기존확대 2 자유면공 대비 같거나 그 이하)와 발파 효율 증대를 동시에 목적으로 하는 경우엔 세부화한 종류(square/제1 ~ 제3 사각 공 방식이 아닌 circle/제1 ~ 제3 원형 공)가 필요하며, 여기서는 도 34와 같이 square(사각형) 방식인 4종류 제시하고 그에 따른 요약 설명하기로 한다.
도 34에서와 같이 4종류로 분류한 것으로 공통적인 주의 요점은 제1 quadrangle 공의 약장이 중요하다. 약장이 천공장에 비해 1/2 ~ 1/6 이하로 너무 짧으면 제 2, 제 3 square공의 공당 파쇄 체적부피 증가로 예상 진동을 상회하는 점을 설계 및 시공자는 확실히 인지해야 한다. 천공장의 80% 장약을 하게 되면 지발당 장약량이 커지므로 진동이 크게 된다. 그러나 저항선이 일반 저항선의 1/4 ~ 1/6이 되므로 진동은 생각한 만큼 크게 발생치는 않는다. 그래도 조금 크다면 제 1 square(사각) 공 및 제 2 square(사각) 공에서 일반장약공 Φ45에서 약경이 작은 Φ17mm를 사용하여 디카프링(DI=2.5) 장약, 혹은 Φ25약경인 폭약을 사용하여 준 디카프링 (DI=1.8) 장약하는 것이다. 참고로, 일본의 도 16의 ‘SASA’이론에서 DI=2 .5일(SB공=45/17) 경우 장약공 공벽에 받는 응력(Stress)과 D I=1.1일(일반 장약공=45/41=다짐 전색 장약) 경우 장약공 공 벽에 받는 응력(Stress)의 차이는 대략 3,500㎏f/㎠ ; 40,00 0㎏f/㎠ 전후이므로 거의 11배 이상 DI=2.5가 철저히 전색한 일 반장약공의 1/11 이하이다. 여기에서 진동이 비례하여 1/11 정도 감소하지는 않지 만 1/3~4 정도가 되는 것은 인정하며, SB공의 지발당 장약량은 일반 2 자유면 장약공의 지발당 장약량의 2, 3배 많게 설계 및 시공하는 것을 권장한다.
도 34의 “S”는 심발공 이외의 확대 공에서도 진동을 많이 저감 하는 어려운 현장 혹은 절리가 거의 없는 극경암(fresh hard rock)에 적용하며, “M”방법도 심발공 이외의 확대 공에서도 진동 보통 저감 하는 어려운 현장 혹은 절리가 드물 게 있는 보통 암반에 적용하며, “H”방법은 심발공 이외 확대 공에서도 진동을 조금 저감 하는 현장 혹은 절리가 좁게 존재하는 연암 암반에 적용하며, “L”방법은 주변 확대공은 일반 발파하고 심발공만 진동 제어하는 방법이다.
전색의 중요성을 도 32, 도 33을 통하여 설명하기로 하면,
도 32의 좌측 사진은 전색이 정상적인 1개 공 기폭 시의 사진이며, 도 32의 오른쪽 사진은 연속되는 다수 공에서 이웃 공의 전색 불량 등으로 뇌관이 인상되어 기폭 시 사진이다. 도 33은 이웃 공들이 뇌관 각선이 절단되지 않고(느슨한 장약 시 발생) 인상(引上)하는 모습의 가상도이다. 이 자료는 2019년 R&D사업 시(서울대 에너지자원공학과 & 신발파기술사사무소)에 경남 함양군 “도림석산”에서 반년 가까운 시험 시 9월 일부 자료이다. 시험 장약공 공경이 Φ18mm이고 PVC 원통형 장약공은 Φ 16mm(내부 Φ14mm)로서 그 안에 1 ~ 5g의 폭약 및 뇌관을 포함한 각선을 사용하는 등의 축소형 시험이었다. 그런데 폭약이 소량이면, 그만큼 뇌관이나 각선의 인성도 줄여야 하는데, 줄일 수가 없으므로 그대로 사용하는 시험 발파로 단공(1공) 시험은 좋으나, 연속되는 시험은 이웃 공인 전회의 발파로 인하여, 도 32 및 도 33에서처럼 각선이 절단되지 않고 전회의 발파로 인하여 뇌관이 한템포 빠르게 인상(引上)되므로 공중(허공)에 기폭하여 발파의 효과나 그에 따른 자료를 활용하기가 일부는 어려웠다. 이는 보통 실제 현장에서는 적절히 전색 하여도 뇌관 각선이 절단될지언정 뇌관까지 인상하는 것은 드물다. 그러나 실제 터널 발파 현장에서도 전색 불량이나 과장약으로 큰 불빛을 볼 때 기폭뇌관 인상은 어렵지 않게 관찰된다. 그러면 다음 공은 저항선이 크게 되어 진동이 증가하게 되는 것은 당연하다. 그리고 또 1가지 고려할 사항은 절리 층이 있는 경우에는 전색을 아무리 잘하여도 절리 층을 따라 급격히 압력이 흩어져 약해짐(소산)으로 발파가 잘되지 않고, 그다음 공의 진동은 크게 올라가게 되어 있다. 이때에는 경험 많은 공구장이나 점보드릴 기사는 1공을 더 천공하더라도 적당히 밀고 당기는 장약 공 천공을 해야 하는데 설계자가 이것까지 고려한 설계는 할 수가 없슴으로 현장 실무자는 사소한 것까지 관심을 가지면 진동 저감이나 발파 효율이 상승하는 것은 당연하다. 도 33(도 32 참조)은 ①, ②, ③공 의 기폭 시 중앙의 ①번 공만 정상적 발파(P1)이고 ②, ③번 공은 비 정상적 발파(P2 & P3)인 뇌관을 동반하여 허공에서 기폭 됨을 보여주는 가상도가 잘 보여주고 있다. 그러므로 일반 발파에서는 영향이 적으나 정밀 진동제어 발파에서는 그러한 곳이 있다면, 진동은 2배로 상향할 수도 있으므로 전색 중요성이 생각보다 매우 크다는 것을 인지해야 할 것이다. 제어 발파에서 중요한 문제점은 전색을 철저히 해야 한다. 1회 발파공이 적은 것보다 2 ~ 3 배 많은 제어 발파구간에서는 확률이 더욱 그러하다. 예를 든다면 130공일 때의 전 색 불량공과 300공일 때의 불량공은 많은 공에서 훨씬 많다. 단 1공이라도 불량이면 그 뒷 열은 진동의 피크 값이 나오기 때문이다. 이는 전부가 3FF를 유도하는 도 37에서와 같은 초고가인 전자 발파에서도 마찬가지이다. 그래서 발파 기술도 중요하지만, 그에 뒤지지 않은 서로 상호 협력하는 인력 관리 기술이 더 크게 작용하고 있는 것이다.
도 122는 축소형 동일한 2자유면 표준저항선(W) 약량으로 저항선길이 변화에 따른 진동계측 결과표(W=150mm=1.0W, W1=110mm=0.73W, W2=110mm=0.53W)이다.
도 123은 도 122를 저항선 감소에 따른 진동 감소율을 표시하였고,
자유면 증감에 따른 시험에서 표준 2FF 장약량을 찾아서 저항선 축소에 따른 표준 저항선과 장약량을 먼저 구하고 1W, 0,73W, 0,53W에서 진동의 증감을 자료로 정리한 것이다. 저항선이 작아지면 당연히 체적량이 감소되며 진동은 상대적으로 작아진다.
도 124는 2, 3, 4 자유면에 따른 진동계측 결과와 2 자유면에 대한 상대적 감소 비율을 정리한 것이다. 도 9를 참조하면 2F와 비교하여 2FF는 부피가 상대적으로 작지만, 잔류길이의 저항으로 2F(자유면)와 2FF(연속자유면) 진동 값은 변화가 비슷하고 3FF, 4F는 확실한 차이가 있으므로 실제 현장에서 연속 자유면이 중요함을 알 수 있다. 도 125와 도 126은 상기 선행연구 시 LP 및 MS 뇌관류의 고유초시와 실제 발생되는 기폭초시 오차를 찾기 위한 진동 측정 및 초고속촬영에 의한 조사 결과표이다.
도 125, 도 126은 LP 및 MS 뇌관의 각종 초시 오차들로 인한 오차류 집계표이이며 조사방법은 LP 뇌관은 각각의 뇌관 고유번호 8개 고유초시인 LP#5, #6, #7, #8, #10, #11, #13, LP#14는 각각 7개, 나머지 12개 고유초시인 LP#4, #9, #12, #15, #16, #17, #18, #19, #20, #21, LP#23까지를 진동 측정기에 의한 한화 LP 뇌관류를 도 1, 2, 3, 15, 20, 21, 22, 23, 24, 32에서 초 고속 카메라(1만 매, frame/sec)와 PCC 3.1 분석프로그램(0.1ms 시간까지 분석) 등에 의하여 0.1ms까지 분석 가능한 장비와 0.1ms까지 분석 가능한 “WARE”프로그램에 의하여 고유(제조)초시를 기준으로 초시 흩어짐 범위, 최대 및 최소 초시, 오차율, 평균 기폭초시, 고유초시에 대한 백분율로 표시하였다.
도 126은 MS 뇌관류들을 MS#0 뇌관을 기준하여 #1 ~ #19(20ms ~ 380ms)를 상기와 같은 방법으로 조사한 결과표이다.
시험 당시는 20ms 간격으로 제조되었고, 현재는 25ms 간격으로 변경되었다. 시험 관련 객관적 일반 자료 내용은 아래와 같다.
도 125 및 도 126의 값을 얻기 위하여 앞에서도 언급 되었지만, 반복한다면 도 1은 1변의 길이가 1.2m인 28각형, 높이 0.6m, 지름 10.7m인 ≒58㎥와 도 2, 3의 ≒2.2㎥인 콘크리트 모르타르 부속 시험체 “A 및 B”를 포함하여 약 60㎥(모르타르를 타설 시 공시체를 만들어 33일 후 서울대 암반공학연구실에서 실측(도 15 참조)을 하였고, 평균 압축 강도 584㎏f/㎠, 인장강도 55㎏f/㎠, P파 속도=4,170m/sec 정도의 특성을 얻었다. 초시 오차 시험은 소량의 기폭에 의한 전달 시간을 도 20의 대칭으로 진동측정기에 의한 방법과 초당 10,000매 셋팅 하여 고속촬영에 의한 도 23 및 24에서와 같은 초시 검정하는 2가지 방법으로 0.1ms(100㎲) 단위로 조사분석 검토하였다.
2가지 방법 모두 0ms 뇌관 기폭시점을 기준으로 한 값이며, 진동 계측을 통하여 조사하는 방법은 0ms 뇌관 기폭시 trigger level(0.2mm/sec) 측점에서 peak value까지 도달되는 시간(2.9 ~ 6.8ms)을 진동 peak 시간 조사 후 실 기폭시간으로 +보정(-2.9 ~ -6.8ms)하였다. 진동의 정확성을 위하여 계측 준비작업으로 도 15의 우측 상단의 사진에서와 같이 시험 구조물인 시멘트 모르타르 표면을 중형 연마기로 연마하였고, 계측 시에도 별도로 센서의 위치 하단면을 재차 부드러운 페이퍼를 사용하는 소형 헨드 연마기로 갈아내고 압축공기로 청소 후 계측기를 사용 설치한 후 모래주머니 위에 재차로 6㎏ 전후의 모르타르 버럭을 센서 위에 올려서 소형 진동이지만 진동으로 인한 센서의 움직임 일체 없도록 확인 후 측정하였다. 은근히 진동 계측과 초고속 촬영시의 오차를 걱정했는데 진동계측 및 고속촬영(1만매/sec) 분석 값은 서로가 유사하였다는 것은 시험 하나하나에 최선을 다한 결과로 사료된다. 아쉬운 것은 MS#0을 5개 정도 고속 촬영하여 흩으짐 오차와 평균오차 범위를 조사하지 못한 것이다. 최근 동해 쌍용 C&E 동해공장에서 도 27의 상단 우측에서 실시된 순발 0MS 뇌관 2개의 간격이 0.4ms 정도인 것에 만족하였고, 추후 기회가 되면 5개 정도의 오차를 측정할 예정이다. 그러나 0ms 순발 뇌관의 오차가 0.4ms이면 거의 무시할 정도의 시간이라고 해도 큰 문제는 없다.
시험장소: 경남 함양군 도림석산, 2019년 5월~제작 및 양생 준비~, 본 시험(자유면 증감, 초시 오차, 집중 장약 등)을 6월~10월 사이에 실시함.
상기 및 다음 기록한 본 자료들은 산학연(주관기관: 신발파기술사사무소, 참여기관: 서울대학교 암반공학연구실) 중소기업청 R&D Collabo 사업 1차 예비연구(s274~~호)에 의한 자료임.
도 127은 부가적인 자료로 초시의 흩어짐(분산)을 이용한 이웃 초시가 작은 9~17ms일 때의 1지발공 선택과 본 공법의 500ms를 회로 cycle로 한 이웃 초시가 67ms이고 중 초시(1,400ms)이상에서 2 지발공일 때의 기존 패턴과 본 공법에 의한 심발부의 주변 고유번호들을 도 127의 ①항은 8ms 이내 2공이 기폭할 확률이고, ②항의 괄호 안은 1만번 시뮬레이션 한 기존 공법일 때의 발생 갯수이면서 괄호 하단은 이웃 초시가 크지만 초시 오차를 고려하여 2지발공 했을 때의 값이 발생된다는 참조 표로서 이웃 초시의 큰 폭이나 고유초시가 클수록 오차의 초시가 큼을 이용한 발파 패턴의 향상에 도움을 줄 것이다.
도 128은 도 43의 본 공법 요점 “A”및 “C”방법을 심발공에 0msTLD와 17msTLD 및 0msTLD와 500msTLD 및 그배수를 이용한 2 회로 초시 배열에서 지연기폭초시와 이웃 초시의 배열을 확인해주는 도 28 ~ 도 31의 심발부의 확대도 연계한 비교 부분별 특성을 표로 만든 것이다. 활용키 위하여 도 28은 V-cut와 도 29는 Burn-cut에서, 도 30은 제어발파 대구경 Cylinder-cut에서, 도 31은 심발초기 MS 뇌관 25ms간격이 50ms 격초시로 심발부에 17ms 2분할 시 적용하는 대표적인 심발 뇌관번호 배열들이다. 통전을 위한 SW (on)을 누르면 2구역인 상부 각각의 0msTLD의 모선(각선)인 shock tube를 통하여 2구역 1(=①)회로를 시작하여 끝(ⓝ)회로를 경유하여 연속하여 1구역인 0msTLD 한 세트를 사용할 수 있겠지만 두 세트를 사용 시는 연속하여 0msTLD와 17msTLD(25msTLD는 뇌관 초시간격 배수이므로 불가, 혹은 42msTLD와 500msTLD 가능)로 분할하므로서 더 많은 MS 뇌관을 사용할 수 있게 된다. 이때의 이웃 초시가 17, 25, 33, 42, 67, 75ms로 변하는 것을 확인하기 위한 심발부 MS 뇌관 2세트(set)를 17ms 분할과 1구역 하부 회로 초시 선택에 따른 확인으로 도 28 ~ 도 31로 구분하여 첫 기폭되는 MS#0, 혹은 MS#1의 1구역 회로 분할에 따른 지연시간 포함하는 실제 기폭 시차와 이웃 초시들을 기록한 것이 도 28 ~ 도 31이다. 보통 기존 방법에서는 MS 뇌관을 8 ~ 16개 혹은 1세트(20개 정도)를 사용하지만 본 공법에서는 제어 발파시 심발공 기준으로 17msTLD로 2회로 분할하면 더 많은 MS 뇌관을 현장 조건 따라 대응 사용할 수 있다. 앞에서도 기술되었지만, 결국에는 2,000ms 미만을 비교적 정교한 MS 단차로 기폭하고 그이상은 500ms 간격이므로 500ms를 사용하는 5 ~ 10회로를 사용하는 즉 모든 발파공을 MS 단차 회로발파를 한다는 것이다.
도 129는 도 88 및 도 90을 동일 공수로 1 지발 및 2 지발 비교 방법으로서, 동 조건(단면, PLHBM 1 공/500ms/회로 사용, 307공), W, S, 장약량, 천공 깊이도 동일한 조건 등에서 지발 공수만 다르게 하면, 본 공법 적용한 특성 등을 기존공법은 정상적으로 1 지발 307공 배열할 수 없고, 본 공법 1 지발공일 때의 이웃 초시 17~25ms와 2 지발 공일 때의 이웃 초시가 42~67ms일 때의 특성을 비교한 표이다. 즉 뇌관의 초시 오차를 고려한 LP 1,200ms 이전의 기폭은 1지발로 진동제어에 적용하지만, 1,400ms 이후의 공에서는 공당 장약량은 약간 적은 양이라도 파쇄가 잘 되므로 굳이 1지발로 하는 것보다 2지발로 하여 1,200ms 이하의 진동과 유사하다. 따라서 다음에 307공의 도면을 비교키로 하였다. 상기 동일한 공 수에 대하여 2 구역 확대 하향공을 1지발 및 2지발(1,400ms이상의 뇌관)을 사용하는 본 공법의 패턴에서 파쇄도는 2지발공에서 우세하며, 진동치 발생 측면에서도 2지발공이 더 높게 발생 될 것처럼 생각하지만 지연 초시 간격이 100ms, 200ms 이상에서 LP 뇌관 1지발공은 MS 단차 2공(15ms ~ 25ms 전후)보다 극경암으로 갈 수록 오히려 진동이 더 클 수도 있다. 그래서 중 초시 LP 뇌관에서는 화약 기 술자들이 일반적으로 2공 이상을 선호한다. 예를 든다면 1 지발공인 LP 1공과(12번 이상/1400ms 이상) 동일 LP2공 뇌관을 기폭 할 때 진동의 변화가 어떨까? 후자의 기폭은 오차만큼 MS 단차로 기폭되는 것이다. 그리고 3%대의 8ms이전 동시에 기폭 한다고 해도 그것은 파괴각도가 142°도 12 참조) 로서 3FF 파괴이고, 1공씩 기폭하는 이전(전자)의 파괴형태는 2FF 파괴라는 점이다. 2019년 R&D 선행 연구에 의하면 진동의 차이는 비슷하거나 오히려 일부자료는 낮게 발생되기도 했지만 높아도 10% 전후의 약간의 상승은 있을 수 있지마는 0ms 1지발공과 20ms간격 2지발공 진동 시험을 하고 기록만 해놓고 여러 다른 많은 시험 때문에 잊고 있다가 서울 본사에서 천천히 분석하던 중 우연히 발견되었다. 시간 조정은 다단발파기로 동일번호 사용하였다. 이것이 정답일 수 있다. FF 유형별 공당 차지하는 도면상 체적과, 구속(파괴)각도에 따른 2FF, 3FF 파괴 유형 별 진폭 크기를 고려하면 더욱 이해가 간다. R&D 선행연구시험에서 2F, 3F를 거처서 4F는 진동이 더 작겠지 생각한 시험에서 예상을 뒤집는 진동의 진폭이 2F와 비슷하거나 큰 진폭에 놀랐다. 뒤에 그 이유를 알게 되었는데 실지 체적을 계산해보니 2F 체적보다 약 50%가 크다는 것을 알고 이해가 되었다. 4F 체적에 비하여 4FF 체적이 약 1/4정도 뚝 떨어지고 2FF보다 체적이 약 1/2 감소하고 이론상의 파괴 각도는 105°에서 180°로 변하였지만 4FF 진폭이 2FF 대비 70% 이상 감소한 것을 이해하였다. 실지 현장에서 필요한 것은 2FF와 3FF의 차이를 규명해야 된다. 다른 자유면파괴는 응용할 수 없지만 2FF 및 3FF파괴 시 진동의 저감을 확실히 알아간다는 것은 매우 중요하게 사용할 수가 있다. 선행 연구에서 도 7 ~ 도 12와 도 124에서와 같이 가상 2FF와 3FF의 체적은 도 10의 우측 하단을 고려하면 체적 변화가 2FF가 3FF보다 약 30% 크며 파괴각도까지 작은 쪽이 구속을 더 받음으로 불리한 102°전후이고, 3FF가 2FF보다 체적이 약 30% 작으며 파괴각도가 클수록 구속력이 적은 파괴각도는 142°전후로 큰 것으로 동 조건에서 2FF>3FF인 것은 불변 법칙이다. 그러나 그 감소율이 약 50%인 것에 놀랐다. 그러나 적어도 30% 이상은 될 것이라고 사료되며 본 공법을 만들어가고 있는 것이다.
1회 발파 공수의 증가에 따른 천공 공수의 증감에 따라서 천공 수가 적을 때에는 원호식 천공 및 배열 방법이 좋은 방법이지만, 1회 발파 공수가 늘어남에 따라 천공 및 단 차 배열 시 이웃 공의 순차적 번호까지 고려하면서 배열해야 하므로 혼선이 있게 된다. 특히 본 공법은 2FF, 3FF, 4FF가 기본이며, 난이도가 큰 제어 발파에서 공수가 많아짐에 따라서 거부감 발생 되는 것을 고려하여 천공과 뇌관 배열 방법 등을 기술하기로 하였다.
▶ 300공 전후 1 지발 23 회로 500ms 분할초시로 설계 가능하며, 즉 이웃 초시 42ms 간격이면 23 회로, 25ms 간격이면 37 회로, 17ms를 활용하면 최대 57 회로까지도 분할 할 수 있다. 100ms 회로 초시로 1 지발 설계에서 현재 9 회로를 초과하는 장약 공수는 설계가 난이하지만, 본 공법의 500ms 초시 분할에서는 용이하다. 그러나 발파 효율 및 진동, 초시 오차를 종합 고려하면, 심발공 및 주변에서는 저항선과 발파공 간격을 조정하면서 1지발로 하고 LP 1,200ms까지는 1~2 지발, 그 이상은 3지발로 설계하는 것이 바람직하다. 심발공 오차를 고려하지 않은 1 지발 설계는 오히려 피크 진동 상승을 초래한다.

Claims (9)

  1. 굴착할 터널 굴착면의 상부 회로 구역의 발파용 뇌관으로 각 회로 구역에서 가장 빠른 기폭 뇌관이 심발 및 수평공과 구석공을 포함한 하부 회로 구역에서 가장 늦은 기폭 뇌관 이후에 기폭되도록 뇌관 고유 번호를 선택하고,
    MS 뇌관 1 ~ 다수 세트를 0msTLD 및 17msTLD를 이용하여 2 회로 분할 배열인 0msTLD 및 17(42)msTLD로 분할하는 MS 뇌관을 반복적 사용 또는 MS 뇌관과 LP 뇌관의 회로 조합을 하부 회로 구역에 배열하여 기폭하도록 하고, 연속하여 상기 상부 회로 구역의 각 회로발파가 자유면 파괴 유형(2,3,4 자유면) 그룹으로 만들도록 하는 발파를 설계 및 시공하며,
    터널 발파 SB공을 PsB 절단으로 SB 전열공이 2 자유면이 3 자유면으로 변하고, 1, 2 구역 경계선이나 심발부 좌우측 구석공에도 2단(50ms) 이상의 빠른 번호로 진동이 적은 PsB 선 절단 발파로 이후 최외곽 전열공 및 심발 상단이나 구석공들은 1 자유면을 추가하여 2, 3, 및 4 자유면 그룹을 3, 4, 및 5 자유면 그룹으로 변경하는 설계 및 시공하는 2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화 유도 발파 공법.
  2. 굴착할 수직구의 굴착면의 2차 확대 구역에서 각 회로 구역에서 가장 빠른 기폭 뇌관이 심발부 및 심발확대부를 포함한 심발 구역에서 가장 늦은 기폭 뇌관 이후에 기폭되도록 뇌관 고유 번호를 선택하고,
    상기 심발 구역은 MS 뇌관 1 ~ 다수 세트를 0msTLD 및 17msTLD를 이용하여 2회로 분할 배열인 0msTLD 및 17(42)msTLD로 분할하는 MS 뇌관 초시를 갖도록 MS 뇌관을 반복적 이용 또는 MS 뇌관과 LP 뇌관의 회로 조합을 상기 심발 구역에 배열하고, 연속하여 상기 심발 구역 나머지 2차 확대 구역의 각 회로의 발파가 자유면 파괴 유형(2,3,4 자유면) 그룹으로 만들도록 하는 발파를 설계 및 시공하며,
    상기 수직구 굴착을 제어 발파하는 경우, 상기 심발 구역에는 500msTLD 또는 500msTLD 배수 연결 뇌관들을 추가로 배열하여 MS 뇌관 1세트 이상을 양쪽에 배열하는 발파를 설계 및 시공하는 2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화 유도 발파 공법.
  3. 삭제
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 심발 구역을 MS 뇌관 8공 ~ 20공과, MS 사용 개수에 따라 LP#2 ~ LP#11(1,200ms)를 100ms를 사용하는 4 ~ 8회로로 조합 배열하여 MS 단차 기폭하는 굴착면 전체를 이중 회로로 배열 작업하는 설계 및 시공하는 2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화 유도 발파 공법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 터널 상단 중앙부를 현장 주변 석재 상품 의 판매 조건에 적합한 크기가 필요한 경우 SB 및 PsB 발파 방법 및 일반 제어 발파를 배합하는 발파 방법의 설계 및 시공하는 2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화 유도 발파 공법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, TLD 연결 뇌관의 지연 시간이 현재 사용되고 있는 초시가 Oms, 17ms, 25ms, 42ms, 67ms, 109ms, 176ms 지연 시차임을 고려하여 정확한 25ms간격인 MS 뇌관 1 세트 20개(Oms ~ 475ms)를 반복적으로 사용하기 위한 50OmsTLD 및 50Oms의 배수인 1,000msTLD 및 1.50OmsTLD를 만들거나 이를 이용하여 발파 작업에 사용하고,
    20ms 간격의 MS 뇌관인 경우 그것의 1 세트 20(Oms ~ 380ms) 반복적으로 사용하기 위한 400msTLD 배수 뇌관을 포함하고, 30ms 간격의 MS 뇌관인 경우 그것의 1 세트 20(Oms ~ 570ms) 반복적으로 사용하기 위한 600msTLD 배수 뇌관을 포함하는 2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화 유도 발파 공법.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, MS 및 LP 뇌관의 초시 오차, 파괴 구속 각도, 디커플링 장약에 의해 저하된 공벽 압력을 고려하여,
    거리에 따른 허용 진동 추정식에 의하여 1 지발당 약량을 심발부 및 확대공에는 고유 초시가 1,200ms 이하까지는 추정식에 의한 1공을 1 지발당 약량으로 결정하고, 확대공 1,400 ~ 2,000 ms 이상의 고유 초시에서는 2 ~ 3공을 1 지발당 약량으로, 최외곽공(SB, PsB)에서는 3 ~ 5공을 1 지발당 약량으로 사용하는 설계 및 시공하는 2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화 유도 발파 공법.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 진동의 제한을 적게 받는 지역에는 200ms를 일 순환(one cycle)으로 하는 뇌관을 선택적으로 사용하여 연결 뇌관 지연 초시를 이용한 회로 구역별 200ms 내(0, 17, 25, 34, 51, 67, 84, 134, 176ms/회로별 사용 TLD 지연 초시에 따라 다양하게 발생)에 적합한 초시를 적용하고, 진동 및 소음의 제한을 비교적 크게 받는 지역에서는 500ms를 일 순환으로 하는 간격을 가지는 뇌관을 선택적 사용하되 500ms를 연결 뇌관 지연 초시를 이용하여 500ms를 1순환 회로 초시로하는 500ms 내(0, 17, 25, 34, 42, 51, 67, 84, 109, 134, 176, ~ 436 - 회로별 지연 초시 따라 490ms 이하까지 다양하게 회로 구역 발생)에 적합한 초시를 적용하는 설계 및 시공하는 2, 3, 4 자유면 파괴 유형별 그룹화 유도 발파 공법.
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