발파공사 특징 및 소음, 진동 발생 원리, 저감 방법, 암반 굴착 공법

해체 공사 전경

발파공사의 특징(소음, 진동 대책 포함)

발파공사는 기존 건축물을 철거할 때 사용되는 방법 중의 하나로 발파공사는 기술 및 장비의 발전과 화학공학의 발전으로 눈부신 발전을 이루었습니다. 주요 특징으로는 소음과 주변 진동을 통하여 민언 및 인접 피해가 예상되며 이를 대비해 무소음, 저진동, 저소음 공법의 선택, 공사 진도 관련하여 추가적인 보완적인 계획, 공법 수립이 필요합니다. 이에 발파공사의 특징 및 소음, 진동 발생 원리, 소음저감 대책, 유의사항, 공법 설명을 하고자 합니다.

소음, 진동 발생 원리

● 발파소음의 발생 및 전파

발파소음의 발생은 천공된 암반 내 내부 장약 상태에서 폭발하면 발파에 의해 파괴된 암반이 원위치에서 튀어나올 때 공기에 가해지는 충격과 이어서 분출하는 폭발 생성 가스가 공기를 충격하게 하여 발생하게 되므로, 발파 폭풍 압력의 강도는 최소저항선 근방의 암반면 이동속도 및 가스의 분출 속도에 관계가 있습니다.

일반적으로 발파에 의한 폭풍 압력의 구성 요인으로는 다음의 세 가지로 구분됩니다.

- 발파 지점 암반의 이동에 의해 가해지는 공기압

- 발파공에서 방출되는 가스압

- 발파에 의한 지반진동에 기인한 고체음

암반의 이동속도는 발파 조건에 따라 크게 달라지지만 통상적인 발파의 경우 암반면의 이동속도는 5~50m/s로 이로 인한 공기 중의 충격파를 이론적으로 계산하면 약 0.02~0.2kg/㎠가 됩니다. 폭약 발파로 발생한 폭풍 압은 폭원 가까운 곳에서 강한 충격파의 특성을 갖지만 일정 거리 이상에서는 음파의 형태가 되어 공기 중으로 전파되어 갑니다.

● 발파진동의 발생 및 전파

발파를 통한 암반 굴착 작업에는 폭약의 폭발 시 발생하는 충격 압력과 가스압을 이용하여 암석을 제거하게 됩니다. 폭약이 장약 공 내에서 폭발하면 화약의 성질에 따라 수만에서 수십만 기압에 달하는 강력한 충격 압력(폭파압력)과 연소한 폭약에 의한 가스압에 의해 주변 암반은 강력한 폭굉 충격을 받게 되고, 아래 충격 압력과 고온에 의해 발파공에서 수 mm~수십 mm 이내에 인접한 암반은 녹아내리거나 잘게 파쇄되어 파쇄대를 형성하고 연속되는 가스압과 충격파의 전달로 인해 파쇄대 외부의 암반에는 균열이 발생 전파되어 균열대를 형성합니다. 이 충격파는 비탄성영역(소성영역)을 지나면서 속도가 줄어들고 탄성 영역에서 진동 파 운동을 하는데, 이것이 발파에 의한 탄성파이며 곧 발파진동입니다. 이 탄성파는 대체로 입체파(Body wave)와 표면파(Surface)로 나누어집니다.

발파소음 진동의 특성 및 저감 방법

건설공사장에서 절토 구간 암 파쇄 또는 터널 굴진 시 화약의 폭발에너지를 이용하는 발파는 다른 공법에 비해 매우 효율적인 암 절취 공법입니다. 다만 강력한 폭발에너지는 지반과 대기 또는 수중 등 주변 매질을 통해 멀리까지 전달되어 소음이나 진동 피해를 주기도 합니다. 발파 현장 주변의 민원 특성을 보면, 충격성 소음과 진동이 함께 전달되어 놀람에 따른 불쾌감과 건물의 흔들림으로 구조적 피해를 주장하는 경우가 많습니다. 주변에 소, 돼지 등 가축 사육시설이 있는 경우 인체보다 민감한 동물의 반응 특성 때문에 폐사, 성장지연, 유․사산, 번식률 저하 등 피해를 주장하기도 합니다. 특히 최근에는 일반적인 계측기를 적용하는 검토 영역 밖의 어류양식장에서 피해를 주장하는 사례가 종종 있습니다. 발파 소음 진동의 주요 영향 인자는 장약량, 이격거리, 기폭방법 및 지반 조건 등을 들 수 있습니다. 이중 장약량과 기폭 방법의 조절이 인위적으로 변경이 가능하고 추가로 방음 방진 시설을 설치하면 소음, 진동을 저감 할 수 있습니다.

소음ㆍ진동에 대한 대책으로 착공 전 유의 사항

발파로 인한 소음ㆍ진동의 영향권을 사용 폭약량의 규모에 따라 사전에 검토하고 (현장 검토: 진동 영향권 약 300M, 소음 영향권 약 2,000M) 인근 가옥, 공장, 문화재, 축사 등의 민원 발생 예상 위치도를 작성합니다(지번, 소유주, 주소 등 인적 사항 조사). 민원 예상 건물에 대한 세부조사 실시합니다.

균열 조사: 건물의 기존 균열의 길이, 폭, 위치 등을 조사하고 그 결과를 조사일 증명(신문, 잡지 등)을 할 수 있게 하여 건물주 입회하에 사진대지 작성합니다.

생활 소음, 진동에 대한 측정기록: 비행기, 자동차 소음 등 일상생활 중의 소음ㆍ진동을 측정하여 홍보 관리합니다.

민원 예상 지역 내 가축 동향 조사 : 암수, 새끼 등을 세분하여 조사하고 조사 당시의 수태 여부도 조사를 필요로 합니다.

민원 예상 지역 내 상가의 영업 현황 조사 : 일일 매상(매출) 및 손님 수, 영업시간 및 영업 활황 시간 등 조사합니다.

시험 발파 계획서 작성 시 소음ㆍ진동에 대한 고려 : 최대 장약량 산정 시 소음ㆍ진동 예상치 산정 합니다.

암반 굴착공법의 종류

● 무진동 굴착공법

무진동 굴착공법이란 사전에 암반 기계 굴착을 편리하게 하기 위해서 암반을 천공하여 유압, 팽창제 등으로 암반에 균을 발생시키고 대형 Breaker로 파쇄하는 방법으로 엄밀하게 말하면 기계 굴착 보조공법을 의미한다. 이들 무진동 굴착공법은 진동, 비산 석의 발생은 적지만, 2차 파쇄를 위하여 대형 Breaker를 사용해야 하므로 연속적인 기계소음 발생이 크고, 공사 효율성, 공사비 문제를 가지고 있습니다.

● 미진동 발파공법

미진동 발파공법은 진동 및 소음으로 인한 발파 공해가 우려되는 지역에서 사용되는 공법으로 발파 규모 및 방법을 조정하여 미 진동, 미 소음 효과가 있습니다. 그러나 도로공사 현장의 미진동 발파 일위대가는 대부분 미 진동 파쇄기(C.C.R)를 이용한 발파로 설계되어 있습니다. 미 진동 파쇄기 발파는 암반에 균열을 발생시키고 대형브레이커를 이용하여 굴착하는 공법으로 미진동파쇄기의 폭력이 약해서 암반에 균열을 발생시키기가 어렵습니다. 또한 절리가 많거나 용수 개소에서는 적용이 곤란하여 대규모 암 절취 현장에서는 부적합하다.

● 편절형 발파공법

절취 폭이 4m 이하의 장소에 적용하는 발파공법으로 인력 착암기에 의해 천공하고 소량의 장약량으로 발파하는 방법입니다.

● 리퍼병행 굴착

인력 착암기를 이용하여 천공하고, 소량의 장약량으로 발파함으로써 암반에 균열을 발생시켜 Dozer로 Ripping 하는 굴착공법으로 Dozer 투입이 가능하도록 절취 폭 4m 이상, 길이 20m 이상의 넓은 지역에 적용하는 공법이다. 리퍼 병행 굴착은 시공 효율이 저하되나, 민원이 우려되는 장소에서 발파작업을 최소화하면서 Dozer로 Ripping 하므로 민원 예방에 효과가 있습니다.

● 일반 발파공법(크로울러 드릴)

발파설계를 위해서는 주변 상황을 파악하고 사전에 발파 영향권을 분석․예측하여 발파설계 시 반영하여 설계에 의한 계획적인 작업이 이루어져야 합니다. 그러나 일반 발파공법은 발파설계 없이 현장의 몇몇 경험만을 위주로 한 숙련공의 기량에 좌우되어 시행되고 있어 소위 이론적이거나 학술적으로 우수한 기술자가 발파작업에 깊이 관여하는 것이 드물어서 발파 공해에 대한 사전 예측과 분석이 불가능하기 때문에 민원 발생 시 근거자료 부족 및 대처 능력이 거의 없습니다.

● 진동제어 발파공법

인근 주변에 피해를 주지 않고 굴착할 수 있는 발파공법으로서 첨단 계측 장비와 발파공법을 접합시켜 발파지역에 인접되어 있는 구조물의 상태 및 현황을 파악하여 허용 진동치 이내로 발파하는 공법입니다. 진동제어 발파공법은 발파마다 진동 계측을 수행하여 분석과 수렴단계를 거치면서 현장 발파 기술과 조합시켜야 하므로, 이론과 경험이 풍부한 기술자가 현장관리를 해야 한다는 특성을 지니고 있으며, 주민들과의 분쟁 시 발파 공해에 대한 계측 결과치가 보존되어 있어 책임소재를 분명히 할 수 있는 특성을 지니고 있습니다.