[실기_지반공학]제 8장 암석발파공(발파 및 화약/착암기와 발파공법) #1

 이번 포스팅에서는 암석발파공에 대한 이야기를 해보려고합니다.

 암석발파공은 암기가 주를 이루는 단원입니다. 계산문제가 가끔 출제되기도 하나 어렵지 않으며 속도는 거리/시간 정도의 개념이 나오니 과년도를 풀어봅시다.

 제 8장 터널공에 대한 포스팅은 1개의 파트 올릴 예정인데요. 과년도에서 자주 출제되는 심빼기 발파의 종류와 조절발파의 종류는 반드시 암기해야 합니다.

 제 1장~6장까지는 계산문제가 많이 출제되고 있는데 7장부터는 암기위주의 내용이 나오니 조금만 더 화이팅합시다.

 

①발파 및 화약

 1. 발파공

  (1)발파공의 용어

• 자유면(Free surface): 발파하고 싶은 암석, 암반이 공기나 물에 접하고 있는 표면, 즉 외계(공기 또는 물)에 접하는 면
• 임계심도: 자유면에 균열이 생길 때의 폭약에서 자유면까지의 깊이
• 최소저항선: 폭약의 중심으로부터 자유면까지의 최단거리
• 누두공: 한 자유면의 암반에 폭약을 장진하여 폭파하는 경우에는 암석에 원추상의 파쇄공이 생기는데, 이를 누두공(Crater index)라 한다.
• 누두반경: 폭약에 의해서 만들어진 누두공의 반경을 누두반경이라 한다.
• 최적심도: 최대 누두(분화구) 장약 깊이

  (2)시험발파

   : 발파작업에서 채석방법, 암석의 비산상태, 장약량, 안전성을 고려해서 발파방법, 사용약량 등을 여러 가지로 변화시키면서 암석과 폭약에 대한 계수를 결정하기 위한 발파방법을 시험발파라 한다.

  (3)표준장약(Standard charging)

   : 누두지수 n=1의 경우는 폭약이 이론적으로 가장 유효하게 사용되었음을 나타내므로 이를 표준장약이라 한다.

   여기서, R: 누두반경, W: 최소저항선

 

 2. Hauser의 기본식

  (1)장약량

   여기서, L: 장약량, C: 발파계수, W: 최소저항선

▲장약량은 폭파되는 용적의 폭약량에 이례하며, 폭약량은 최소저항선의 3승에 비례함을 나타낸다.

▲발파계수 C는 비례상수로서 파괴물의 성질, 폭약의 성능 등에 의해서 정해진다.

  (2)발파계수

 

   여기서, C: 발파계수, e: 폭약효력계수(다이너마이트 No.1의 e=1로 했을 때를 기준), d: 전색계수(완전 전색의 경우 d=1), g: 암석항력계수(표준암인 화강암의 g=1로 했을 때를 기준), f(n), f(w): 약량수정계수, 발파규모계수

  (3)표준장약량

   여기서, f(n): 표준발파의 누두공의 수정치, f(n_0): 시험발파에서의 누두공의 수정치, L_0: 시험발파의 장약량

 발파 및 화약 단원에서는 관련문제를 본적이 없습니다. 찾아보니 90년대에 종종 출제된적이 있네요. 그냥 스킵해도 될것 같습니다.

 

②착암기와 발파공법

 1. 착암기(천공방향에 따른 분류)

  (1)드리프터(Drifter)

   : 일반적으로 수평 또는 수평에 가까운 횡방향의 천공을 하는 데 사용되며, 중량이 무겁다.

  (2)스토퍼(Stopper)

    : 주로 상향 천공용으로, 수직갱의 깎아올리기 또는 록볼트용의 천공 등에 사용된다.

  (3)싱커(Sinker)

   : 주로 하향 천공용으로 15~30kg 정도의 중량으로서 작업원이 수동으로 취급할 수 있도록 만들어진 공기작동 충격형 착암기이다. 핸드래머(Hand rammer) 또는 잭해머(Jack hammer)라고도 한다.

 

 2. 천공시간

  (1)천공속도

   여기서, V_T: 천공속도(cm/min), alpha: 천공시간에 대한 순천공시간의 비율(보통 0.65), C_1: 표준암(화강암)에 대한 대상암의 저항력 계수, C_2: 암석의 상태에 대한 작업조건계수, V: 표준암을 천공하는 순천공속도(cm/min)

  (2)천공시간

   여기서, t: 천공시간, L: 천공길이, V_T: 천공속도(cm/min)

 

 3. 심빼기 발파공(Cut out blastin, 심발공)

  : 일반적으로 터널이나 갱도 공사에 사용되는 방법으로 폭파중심부에 다시 하나의 인위적인 새로운 자유면을 만들어서 2자유면으로 발파하는 방법을 심빼기 발파공 또는 심발공(Cut hole)이라 한다.

  (1)V컷(Wedge cut)

   : 가장 오래되었으며 현재까지도 사용되고 있는 방법으로 천공저가 일직선이 되도록 하며, 그 단면이 V자형으로 천공하는 방법이다.

  (2)스윙컷(Swing cut)

   : 버력을 너무 비산시키지 않은 심빼기와 수직갱도 밑에 물이 많이 고였을때 유효하며, 우선 밑면의 반만큼 먼저 발파시켜 놓고 물을 거기에 집중시켜 놓은 다음에 물이 없는 부분을 발파하는 방법이다.

  (3)피라미드컷(Pyramind cut)

   : 굴착면의 중앙을 중심으로 향하여 3방향에서 피라미드형으로 천공하여 굴착면을 각추형으로 뽑아내는 방법이다. 이는 강인한 암석의 심발파에 적당하며 우리나라에서는 남산 3호 터널 굴착에 사용된다.

  (4)번컷(Burn cut)

   : 공공과 장약공을 번갈아 만들어 굴착면과 수직하게 천공하여 공공을 자유면으로 하고 평행폭파를 시켜 약량을 절약하는 방법으로, 버력의 비산거리가 짧고 좁은 도갱에서의 긴 구멍 발파에 편리하다.

  (5)노컷(No cut)

   : 심빼기 부분에 수직한 평행공을 다수 천공하여 장약량을 집중시키고, 순발뇌관으로 폭파시켜서 그 발파쇼크에 의해서 심빼기하는 방법이다.

 심빼기 발파공법의 종류를 쓰라는 문제가 종종 출제됩니다.

 

 4. 조각발파(2차 발파, Secondary blasting)

  : 1차 폭파에서 생긴 바윗덩어리가 삽이나 곡괭이로 처리할 수 없게 크면 이를 다시 조각내어야 한다. 이와 같이 조각을 내기 위한 폭파를 2차 폭파, 조각발파 또는 소할발파라 한다.

 

 5. 조절폭파공법(Controlled blasting)

  : 보통 발파공에서 여굴이나 혹이 생기는 결점을 보완하기 위한 공법을 조절폭파공법 또는 제어발파공법이라 한다.

  (1)라인 드릴링 공법(Line drilling method)

   : 목적하는 파단선을 따라 조밀한 간격으로 천공하고 이 공은 장전하지 않은 채 무장약공으로 발파하여, 인접공에 대한 밢에너지의 영향으로 공열에 의해 형성된 마감면가지 파괴시키는 제어발파(Control blasting) 공법

   : 조밀한 간격(공경의 2~4배)으로 천공(공경 50~75mm)한다.

  (2)프리 스플리팅 공법(Pre-spliting method)

   : 목적하는 파단선에 따라 폭파로 예비파괴 단면을 만들어 놓고 주 폭파에 의한 진동, 파괴 등의 영향을 적게 하고 여굴을 방지하려는 공법이다.

   : 공경은 5~10cm, 천공간격은 30~60cm 정도로 한다.

  (3)쿠션 블라스팅 공법(Cushion blasting method)

   : 캐나다에서 처음 소개된 것으로 굴착예정선을 따라 1개열 발파공들을 천공한다. 쿠션 발파공들은 소량 장약하고 완전하게 진쇄하면서 잘 분해하여 장약하며 주발파가 이루어진 다음에 점화한다.

   : 폭약과 폭약의 사이 또는 공벽과 폭약과의 사이에 공극을 설치하여 공기에 의해 폭력을 완충하면서 발파를 행한다. 발파공의 공경은 50~164mm로 다양하다.

  (4)스무스 블라스팅 공법(Smooth blasting method)

   : 터널의 여굴(Over break)과 복공(Lining)의 콘크리트량을 줄이기 위한 발파공법으로 주발파와 동시에 점화하고 그 최종단에서 발파시키는 것이 특징인 발파공법이다.

   : 공경은 40~50mm, 천공간격은 60~75cm로 한다.

   : 스무스 블라스팅 공법의 특징

• 여굴을 감소한다.
• 복공 콘크리트량이 절약된다.
• 낙석의 위험성이 적다.

 조절발파 공법의 종류를 쓰라는 문제가 종종 출제된다.

 

 6. 발파진동

  (1)비산

   : 암석발파 시 암석이 불규칙하게 튀어 나가는 것을 비산이라고 하며, 주변 구조물 및 인명살상을 초래할 수 있는 위험한 발파공해이다. 이와 같은 비산이 발생되는 원인은 다음과 같다.

• 과대한 장약량
• 지발시간의 지연
• 전색의 부족

  (2)진동속도(Particle velocity)

   : 발파진동에 의한 주변건물에 미치는 피해 정도를 분석하는 데 지반입자의 진동속도가 많이 이용된다. 이때 진동속도의 크기에 영향을 미치는 인자는 장약량(L), 진원에서부터의 거리(r), 파쇄할 암질계수(C) 등이 있다.

   여기서, V: 진동속도(cm/sec), L: 장약량(kg), r: 진원에서부터의 거리(m), C: 파쇄할 암질계수