10. 발파 공해
(1) 개요 : 발파 작업은 안전하고 효과적으로 수행되어야 한다. 특히 도심지 발파에서는 발파에 의한 지반 진동, 폭굉 압에 의한 소음, 암석 조각의 비산 등에 의하여 인접 구조물과 주민들에게 피해를 주는 발파 공해가 발생하지 않도록 적절한 대책을 수립하는 것이 매우 중요하다.
(2) 발파 진동 : 폭약이 장약공 내에서 폭발하면 초기 충격 폭굉 압(또는 충격압), 화약의 연소에 의한 지연 폭발 가스압, 그리고 3,000 ºC 이상의 고온이 발생하고 폭원으로부터 3차원으로 전파되어 온 충격압에 의한 충격파는 거리에 따라 현저히 감쇠되어 발파 에너지의 0.5 ~ 20%가 탄성파의 형태로 암반 중으로 전파되어 가면서 지반에 진동을 발생시키는 것을 발파 진동이라고 한다. 발파 진동의 전파 특성 입지 조건과 발파 조건에 따라 달라지는데 입지 조건은 발파 부지와 인근 구조물의 기하적인 형태, 대상 암반의 지질학적 특징과 역학적 성질 등이 있고, 발파 조건은 폭약의 종류, 장약량, 기폭 방법, 전색 상태, 자유면의 수, 발파 유형, 발파원과 측정 지점 간의 거리 등이 있다. 그중에서도 지발당 최대 장약량과 폭원으로부터의 거리가 가장 직접적인 요인으로 작용하고 있다.
(3) 소음(발파 풍압) : 발파 작업에서 발생되는 소음은 크게 천공 작업이나 파쇄된 암석을 적재 운반하는 중장비에서 발생되는 소음, 폭약의 폭발에 의해 발생되는 발파 풍압으로 나눌 수 있다.
1) 발파 풍압의 발생과 특성 : 폭약이 자유면 근처에서 폭발할 때 발파 에너지의 일부가 암반 중에서는 탄성파로 공기 중에서는 발파 풍압으로 주위에 전파되면서 소멸된다. 일반적으로 발파 풍압은 넓은 범위의 주파수를 가지며 0.1 ~ 200Hz 범위의 주파수가 중심이 되고 20Hz 이상의 발파 풍압은 사람이 들을 수 있는 가청 영역의 소음이 된다. 20Hz 이하의 저주파는 사람의 가청 영역을 벗어나 사람이 들을 수는 없지만 비교적 먼 곳까지 에너지가 손실되지 않고 전파되어 가옥 등의 구조물을 진동시켜서 2차 소음을 발생시킨다.
2) 발파 풍압의 산출 : 일반적으로 발파에서 발생되는 저주파음의 대부분은 공기 압력파에 의한 것이며 발파 풍압의 세기는 압력의 단위나 사람의 창각 보정을 가하여 음압 수준 단위(dB)로 표현할 수 있다.
(4) 비산 : 발파시에 암석이 불규칙하게 튀어 나가는 것을 비산이라 하고 작은 돌의 비산은 분산이라고 한다. 주변 구조물에 영향을 주거나 위험을 초래하는 비산은 단층, 균열, 연약면 등에 의한 암석의 강도 저하, 천공 오차에 의한 국부적인 장약 공의 집중 현상, 점화 순서의 착오에 의한 지나친 지발 시간, 과다한 장약량 등에 의하여 발생한다.
(5) 진동 및 소음의 측정 : 발파에 의한 지반 진동의 측정은 방향에 따라 수직 방향, 진동원으로부터 측점을 향하는 평면상 파의 진행 방향, 그리고 이 두 방향과 직각을 이루는 접선 방향의 3 성분으로 이루어진다. 이러한 3가지 요소의 상대적 크기는 대상 암반, 지형과 발파에 의하여 생성된 탄성파(P파, S파, 표면파)의 상호 간섭에 따라 변하며 진행 방향의 값이 크고 접선 방향은 3서분 중에서 가장 작은 값을 나타내고 있다. 발파로 인한 소음, 진동을 측정하여 안전성을 판단하고 인체 및 구조물에 미치는 한계치 이내의 값을 확인하여 안전 발파가 이루어져야 한다. 진동 측정기기는 기계식과 전기식이 있으며 전기식은 기계식 진동을 지오 폰에서 감지하여 전기 신호로 변환하고 변환기에서는 진동 속도에 비례되는 전기 신호를 발생하고 그 값을 기록한다.
(6) 발파 소음 및 진동의 계측 관리
1) 발파원 주변에서 지장물을 고려한 계측 관리를 할 때는 동일한 지발당 허용 장약량이라도 작업 조건에 의해 진동이 달라지는데 자유면의 수, 천공 및 장약의 정확성, 발파 패턴 등에 따라 진동치가 큰 폭으로 증가하므로 정밀한 발파 작업이 시행되도록 관리해야 한다.
2) 진동, 소음의 계측은 발파 패턴마다 실시하고 발파음은 음압 레벨(dBL)과 소음 레벨(dBA)을 교대로 측정하도록 한다.
3) 매 발파마다 계측 자료를 정리하고 회귀 분석 등의 방법으로 발파 진동을 예측하여 발파 패턴에 반영하도록 한다.
4) 계측기 센서를 견고하게 고정시키고 여러 장소에서 번갈아가면서 측정한다.
5) 발파음은 지형, 풍향, 기온 등에 따라 민감하게 변화하므로 이를 충분히 고려하여 계측을 실시하고 측정된 계측자료는 체계적으로 정리하여 보관한다.
(7) 시험 발파
1) 개요 : 발파 진동은 지질 및 암반의 강도, 발파 방법, 화약의 종류, 기폭 방법 등에 의해서 변화되므로 현지 암반에서 장약량과 천공 규모를 달리하여 시험 발파를 시행하고 파쇄 효과와 발파 공해(지반 진동, 폭음, 비석 등)를 분석하여 발파 패턴을 결정한다. 설계된 발파 패턴을 적용하여 현장의 지반 조건과 지형적 특성에 적합한 발파 진동 추정식을 산출한다. 이격 거리별로 지발당 허용장약량을 산출하여 발파 적용 구간의 설정과 발파 패턴을 설계하는 자료로 활용한다. 시험 발파에서는 일반 발파, 대발파를 제외한 암파쇄, 정밀 진동, 진동 제어(소규모, 중규모) 발파를 적용하며 일반 발파, 대발 파인 경우에도 보안 물건에 발파 영향을 미치는 경우에는 시험 발파를 실시할 수 있다.
2) 시험 발파 시행 방법
- 시험 발파 수행 꼐획에 포함될 사항 : 사용 화약류의 종류와 특성, 지발당 장약량, 기폭 방법·뇌관의 종류, 주변 보안 물건에 대한 조사 내용 및 폭원과 측점과의 이격거리, 천공 제원(천공 구경, 천공 깊이, 최소 저항선, 공간 거리, 천공 각도 등), 장약 제원(사용 폭약, 폭약 직경, 공당 장약량, 지발당 장약량, 전색 길이 등), 계측 계획(계측기 종류, 형식 및 소요 대수, 설치 위치 등), 예상 공해 수준(진동 및 폭음, 폭풍압, 비석 도달거리 등), 해당 지역의 발파 공해 규제 기준, 안전 대책(발파 보호공, 경계원 배치, 차량 통제 계획 등)
- 시험 발파의 위치 선정 : 인접 시설물과 50m 이상의 이격 거리를 확보하고 이격 거리가 짧은 경우에는 발파 규모를 축소하여 진동의 거리 감쇠 경향을 파악한다. 보안 물건과의 이격거리가 충분하면 실제 시공에 적용할 발파 패턴으로 시험 발파를 실시한다.
- 시험 발파에 사용하는 진동 측정기의 성능 : 발파 진동 측정기는 진동 속도(cm/sec) 및 주파수를 3방향(수직, 진행, 접선 방향)으로 측정하는 성능이 구비되어야 한다. 계측 결과를 자체 및 외부 컴퓨터에서 출력할 수 있어야 하고 계측 자료는 영구 보존이 가능하게 보관한다.
- 시험 발파 패턴 : 천공 간격과 장약량을 각각 변화시키면서 다양하게 시험 발파를 실시한다. 단일 발파 패턴에서는 측정거리를 변화시켜서 다양한 환산 거리를 획득해야 한다.
- 계측 자료의 분석 : 자료는 자승근과 삼승근의 환산 거리에 의한 회귀 분석 기법으로 통계 처리를 한다. 입력 자료는 각 성분의 최대 진동 속도를 기준으로 하여 처리한다.
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