403 제2장 진동측정 및 분석기법 제 2 장 진동측정 및 분석기법 2.1 진동속도에 영향을 미치는 요소 2.1.1 발파효과에 의한 영향 저항선과 장약량과 관계되는 것으로 두 가지 요소가 적절했을 때 즉 표준장약일 때, 장약 량에 비해 저항선이 큰 경우의 발파, 즉, 약장약일 때에는 진동이 표준장약보다 크지만 반대 로 장약량에 비해 저항이 작은 경우의 발파, 즉, 과장약일 때에는 진동이 표준장약일 때보다 크지 않다고 해석한다. 전자는 극단적인 경우로 탄성파탐사의 발파원으로서의 발파가 있다. 또 후자는 극단적인 경우로 발파가 있다. 그러나 적절한 발파 즉, 표준발파란 개념상으로는 알고 있지만 실제로는 해석상의 문제가 대단히 어렵다. 약장약의 발파의 진동은 처음부터 표 준장약보다 크다고 알지만. 어떤 목적하에서는 충분히 적절하다고 할 수 있는 경우가 있다. 따라서 통상적인 의미에서 파쇄를 위한 발파라는 관점에서 보면, 과⋅약장약 모두 의미는 있지만, 지반진동에 의한 피해가 우려되는 지역에서는 역설적이긴 하지만 약장약보다 오히 려 약간 과장약하는 것도 의미가 있고, 소음이나 비산으로 인해 피해가 우려되는 지역에서 약간의 약장약도 의미가 있다. 2.1.2 지반조건과의 관계 구조물이나 사람은 지표에 있으므로 지표에 전파되는 진동파에 주로 영향을 받게 되며 따 라서 지표중의 암반이나 표토는 진동값에 큰 영향을 주게 된다. 표토는 암반보다 진동값을 증폭하는 성질이 있으며 또한 표면파는 실체파에 비해서 진동
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403제2장 진동측정 및 분석기법
제2장
진동측정 및 분석기법
2.1 진동속도에 영향을 미치는 요소
2.1.1 발파효과에 의한 영향
저항선과 장약량과 관계되는 것으로 두 가지 요소가 적절했을 때 즉 표준장약일 때, 장약
량에 비해 저항선이 큰 경우의 발파, 즉, 약장약일 때에는 진동이 표준장약보다 크지만 반
로 장약량에 비해 저항이 작은 경우의 발파, 즉, 과장약일 때에는 진동이 표준장약일 때보다
크지 않다고 해석한다. 전자는 극단적인 경우로 탄성파탐사의 발파원으로서의 발파가 있다.
또 후자는 극단적인 경우로 발파가 있다. 그러나 적절한 발파 즉, 표준발파란 개념상으로는
알고 있지만 실제로는 해석상의 문제가 단히 어렵다. 약장약의 발파의 진동은 처음부터 표
준장약보다 크다고 알지만. 어떤 목적하에서는 충분히 적절하다고 할 수 있는 경우가 있다.
따라서 통상적인 의미에서 파쇄를 위한 발파라는 관점에서 보면, 과⋅약장약 모두 의미는
있지만, 지반진동에 의한 피해가 우려되는 지역에서는 역설적이긴 하지만 약장약보다 오히
려 약간 과장약하는 것도 의미가 있고, 소음이나 비산으로 인해 피해가 우려되는 지역에서
약간의 약장약도 의미가 있다.
2.1.2 지반조건과의 관계
구조물이나 사람은 지표에 있으므로 지표에 전파되는 진동파에 주로 영향을 받게 되며 따
라서 지표중의 암반이나 표토는 진동값에 큰 영향을 주게 된다.
표토는 암반보다 진동값을 증폭하는 성질이 있으며 또한 표면파는 실체파에 비해서 진동
404 제2편 발파공해
의 감쇠작용이 늦다.
이러한 경우 표면파는 자연지진 등과 같은 성질의 저주파 진동을 발생시켜 표토상에 있는
일반 가옥에 큰 손상을 줄 수도 있다.
표 2.1 매질 임피던스와 변위 진폭과의 관계(Aptikaev)
측정개소
번호
매질임피던스 (g/cm3, km/s)
변위진폭
1
2
3
4
14.5
4.4
1.25
1.75
1
3.3
11.6
19.5
120
400
1500
2200
1
3.3
12.5
18.3
즉, 매질 임피던스가 적어지면 변위 진폭은 반 로 커진다. 똑같은 폭약량과 거리에도 불
구하고 암반 중에서의 진동속도와 지표에서의 진동속도가 서로 다른 것은 지반조건이 서로
다르기 때문이며 심한 경우 10배 이상의 차이가 나는 경우도 있다.
그리고 건조한 암반에 비하여 물로 포화된 암반은 2~2.5배, 물속에서는 5배, 점토층은
3~4배로 진동값이 커진다.
수진점(受振点)의 지반 상하의 차이에 의해 변하는 요소를 라고 하고, 견고한 암반의
표면에서 수진경우를 1이라고 한다면, 암반 위에 표층이 실렸을 경우에는 1이 되고, 표
층의 두께가 커지고 연약질이 됨에 따라 값은 커진다. 또한 지하에 굴착된 갱도 벽면인 경
우에는 갱도의 지름이 어느 정도 이상으로 커지면 자유표면상의 것과 큰 차이가 없게 되고,
견고한 암반 상에서의 것과 거의 같게 생각된다. Boring hole 중에 한 수진점인 경우에는
표면이 없는 지중 진동치라고 생각되어 1이 된다.
지표가 암반이 아니라 풍화층․표토층이 그 위에 얹혀있을 경우에는 일반적으로 진동은
증폭되고, 진동 주파수는 낮은 성분의 것이 탁월하며, 수평방향의 진동 성분이 커지는 경향
이 있다. 진동이 어느 정도나 크게 될 것인가는 표층의 두께와 와 그의 연질도에 따라 달
라진다. 암반상이나 암반 내에 설치된 기존 구조물(댐, 터널)에 한 근접 발파의 진동 영향
을 검토할 경우에는 거의 발파종류만을 기초로 해도 좋지만, 가옥 등에 한 공해적인 측면
에서는 그 지반 상황의 요소가 큰 비중을 차지하므로 우선 그 지역의 지반 상황조사를 할
필요가 있으며, 그 결과에 의해 증폭도를 검토하고 시험 발파를 통해 확인하는 순서를 취하
는 것이 바람직하다.
실측치를 기초로 한 략적인 경향은 두께가 2m 이내라면 ≤2, 2~10m라면 =2~5와
같다.
단, 표층이 특별히 연질일 경우에는 =10 정도가 될 때가 있다. 또한 암반 표면과 암반
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내부에서의 진동치를 비교하면 후자는 전자의 1/2 정도일 때가 많다. 단, 여기서 말하는 암
반내부란 자유표면이 없는 암반 중이란 것이며, 암반 내에 있는 공동일 경우에는 그 지름이
크게 됨에 따라 표면의 어떤 암반상의 경우와 큰 차이 없이 되므로 단순한 비교는 할 수 없
게 된다.
2.1.3 폭약의 종류에 따른 경우
폭약이 폭발할 때에 기폭시부터 최고 압력시까지 도달되는 시간은 화약의 종류마다 다르
며 이 값이 짧을수록 진동값과 주파수가 커진다고 한다. 따라서 폭속이 큰 폭약은 그 압력
의 최고치에 도달하는 시간도 짧으므로 진동 값과 주파수도 커진다. 반 로 폭속이 늦은 폭
약은 진동값과 주파수도 적어지게 된다.
따라서 저폭속 폭약을 이용하는 쪽이 진동 감소 효과를 기 할 수 있지만 이 경우 파쇄효
과가 같을 정도로 양호한 것은 아니다. 즉, 발파효과가 같으려면 약량을 증가시켜야 하기
때문에 비교의 상으로 할 수는 없다.
2.2 시험발파
시험발파는 2자유면을 갖는 암석의 저항선을 달리하여 발파한 결과 파쇄암석의 크기, 채
석량, 비산정도, 안전율을 고려하여 가장 적당한 것을 표준발파로 하여 암석의 암석계수
와 장약계수 산정하기 위한 자료를 얻기 위한 목적이다.
시험발파는 폭풍압과 발파현장의 지반운동에 한 설계용 감쇠관계 특성을 제시하기 위
해 수행한다. 이러한 관계는 지질이나 발파실무상의 변화 때문에 프로젝트마다 다양하다.
시험발파는 사업초기에 민원발생소지가 있을 것으로 예상되거나 사업도중에 민원발생으로
인해 실시하는 경우가 부분이다.
또 발파기술자가 암반의 특수성(절리, 인장강도 등)에 전반적으로 익숙해지기 전에 실행
될 수도 있다. 그러므로 시험발파 보고서에는 계측된 감쇠관계와 함께 차후에 계속할 측정
결과로 수정할 수 있는 방법도 포함해야 한다.
발파폭풍압과 지반진동의 감쇠는 측정 장소 단독의 성질은 아니다. 지질상태에 많이 좌우
되기도 하지만 발파공의 배열에도 크게 좌우된다.
동일발파에 해 광범위하게 다른 환산거리에서 최 입자속도를 측정하기 위해 여러 개
의 발파진동 계측기를 사용해야 한다. 그렇게 하여 모든 발파변수들을 다양하게 유지할 수
있고 계측결과는 거리와 지발당 장약량의 영향으로 나타내게 된다. 물론 진동 계측기는 지
406 제2편 발파공해
질상태가 일정한 한 선상에 배열해야 한다. 즉, 그 선은 토양의 두께가 일정하고 단층과 같
은 거 한 지질학적 불연속면을 가로지르지 않아야 할 것이다.
2.2.1 발파설계 개요
발파설계는 굴착되는 암반 및 주변지질 특성, 지장물(보안물건)의 위치 및 종류, 발파에
의한 환경에 한 영향 등 현장조건에 따라 제한 조건이 발생하며 이러한 각각의 조건들에
한 충분한 검토와 그에 적절한 시공방법을 고려하여 발파효율이 극 화 되도록 이루어져
야 한다. 이를 위해 발파설계 담장자가 공사 노선을 수시 답사하여 시공조건과 환경조건이
발파설계에 충분히 반영되도록 해야 할 것이다.
진동추정식 산정
↓
↓
↓발파영향권 검토
↓
주변환경 및 지장물 조사
진동 및 폭풍압 측정 ↔ 결과해석 및 비교↔시험발파(문헌조사)
최대지발당장약량 산정 ↔
공사기간에 따른 경제성 및 안정성 검토
발파공법 선정
발파설계 및발파공해 저감대책 수립
↓
↓
↓
진동치 허용유무
계측수행 및 관리
시공 및 감독
↔↓
아니오
본 발파수행
↓지질조건 변화에
따라 발파설계 조정↔예
발파공해 허용기준치 산정
↓
그림 2.1 발파설계 단계별 절차 및 내용
407제2장 진동측정 및 분석기법
2.2.2 발파진동식의 예측
(2.1)
여기서, : 지반진동속도(cm/sec)
: 입지상수
: 폭원과 수진점간의 거리(m)
: 지발당 장약량(kg)
: 감쇠상수
: 장약지수
거리와 지발당 장약량의 관계로부터 를 환산거리(Scaled Distance, SD)라고 하
며, 의 값이 1/2이면 자승근 환산거리(Square Root Scaled Distance), 1/3이면 삼승근 환
산거리(Cube Root Scaled Distance)라고 한다. 일반적으로 근거리에서는 삼승근 환산거리
가, 그리고 원거리에서는 자승근 환산거리가 잘 맞는 것으로 알려지고 있다.
자승근 환산거리 즉, 거리 를 장약량의 자승근으로 나눈 값 의 함수로서 최
입자속도를 나타내는 방식이며 삼승근 환산거리보다 더 전통적인 것이다. 자승근 환산거리
는 장약이 긴 봉상으로 분포된 것에 기초한 것이다. 그러므로 공의 단위 길이당 밀도가 일
정하다면 공의 직경은 장약량의 자승근에 비례한다. 따라서 의 비는 략 두 길이
즉, 발파지점과 수진기 중심과의 거리 와 에 비례하는 발파공 반경의 비이다.
, 은 정량적으로 평가할 수 없는 인자에 의한 영향을 표하는 값이다.
(입지상수)는 발파부지와 인근구조물의 기하학적 형태, 상암반의 지질학적 특징 및
역학적 특성을 나타내는 정수를 나타내고, (감쇠지수)은 발파조건에 따르는 상수로 폭약의
종류, 장약량, 기폭방법, 전색상태, 자유면수, 발파유형, 폭원과 측점간의 거리를 나타내는
지수를 말한다.
시험발파의 목적은 값과 값을 통계적으로 구하기 위함이며 얻어진 결과를 통해서 발
파설계를 할 수 있다.
지발당 장약량을 고정시키고 계측점을 달리하여 측정함으로써 거리에 따른 감쇠지수를
파악한다. 값은 거리가 길어질수록, 폭원의 위력이 커질수록 증가하는 경향이 보이며 감
쇠지수 은 체적으로 -1.6을 중심으로 변하나 어떤 경향은 찾기 어렵다. 따라서 스웨덴
의 Langefors는 값을 -1.6으로 고정하고 값만을 변수로 하고 있는데 이식은 다음과