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발파
발파(發破, blasting)란 암반 등을 폭약을 이용해 작은 덩어리로 부수는 것을 말한다.
건설현장에 있어 대절토 구간의 발파, 터널구간에 터널발파, 그리고 구조물 기초를 축조하기 위한 발파로 노천발파, 터널발파, 특수발파 등이 있다.
개요[편집]
발파는 광산 ·탄광 ·토목공사장 등에서 물체를 파괴하는 것을 일컫는 말이다. 콘크리트 구조물의 폭파도 있으나, 광산 ·채석장 등에서 암석을 파괴하기 위해서 실시하는 발파가 가장 많고 규모도 크다. 암석 폭파에서는 암석에 구멍을 뚫고 그 속에 폭약을 장전해서 폭파하는 것이 보통이다. 오늘날 발파작업에는 큰 덩어리의 암석을 잘게 부수는 것에서부터 일시에 수만 t의 암석을 폭파하는 대규모의 것까지 있으며, 여러 가지 고도의 기술이 사용된다.
콘크리트 구조물의 폭파도 있으나, 광산 ·채석장 등에서 암석을 파괴하기 위해서 실시하는 발파가 가장 많고 규모도 크다. 암석 폭파에서는 암석에 구멍을 뚫고 그 속에 폭약을 장전해서 폭파하는 것이 보통이다. 폭약을 장전하는 발파구멍을 뚫기 위해서 착암기를 사용한다. 보통발파에서는 지름 수 cm, 깊이 수 m의 구멍이 사용되지만, 대규모 발파에서는 지름 30cm, 깊이 20m나 되는 발파구멍이 사용될 때도 있다. 갱도에 따라 개착(開鑿)된 장약실(裝藥室)에 대량의 폭약을 장전하고 폭파하는 방법도 사용되고 있다. 사용하는 폭약의 종류와 양, 기폭되는 발파구멍의 수 및 배치 등은 암석의 성질, 발파의 목적 등에 따라 충분히 고려한 후에 결정한다. 폭파작업에는 다이너마이트 ·질산암모늄 폭약 ·질산암모늄 유제(油劑) 폭약 등이 사용되지만, 뇌관 ·도화선 ·도폭선(導爆線) 등 화공품도 필요하다. 어느 것이나 관리 ·취급에 세심한 주의를 기울이면, 발파작업은 위험한 작업이 아니다. 오늘날 발파작업에는 큰 덩어리의 암석을 잘게 부수는 것에서부터 일시에 수만 t의 암석을 폭파하는 대규모의 것까지 있다. 수백 개의 발파구멍을 수 m/s의 간격을 두고 차례로 기폭하거나, 암석의 파편이 날아가지 않게 하는 방법, 수중에서 폭파하는 기술 등 여러 가지 고도의 기술이 사용된다.
- 분류
발파는 작업의 양식으로 분류하면 다음과 같다.
- 외부 장약의 발파
- 내부 장약의 발파
- 복토법
- 수중 장약법
- 기타 (폭약을 직접 물체 장전하지 않고 거리를 두어 발파시켜 풍압과 풍속을 이용하는 발파법)
상세[편집]
굉장히 위험한 작업이라서, 자세한 정보는 찾아보기 어렵다. 자세한 정보는 찾아보기 어려운 이유가 있다. 전기기사 교재처럼 신판들이 시중에 잘 판매되는 것도 아니고 모두들 자격증 취득을 위해 대부분 인터넷 강의를 신청할 때 같이 책을 받아보게 된다. 시중에 별도로 파는 책은 정리도 난해하게 되어 있고 자격증 취득에 별반 도움이 되지 않는다는 게 중론. 책이 1990년대 이전 개정판이라 내용에서 소련의 인물들이 언급된다. 그만큼 재탕한 내용들이 많아서 관심이 없고서야 그냥 읽기에도 힘들다. 그만큼 아는 사람은 알고, 모르는 사람은 잘 모르는 분야. 고속도로 지나가다 보면 산 중간에 법면(法面, 경사면)이 있고 산을 깎아서 도로를 만들어 둔 구간이 제법 많은데, 그 도로들은 거의 다 발파작업으로 시공한 것이다. 대한민국은 국토의 70%가 산인데 그 중에도 암반형태의 산(돌 산)이 70%이다. 터널은 NATM말고도 TBM장비에 따른 쉴드공법등이 있으니 터널부터 시작해서 도로나 항만, 해체, 트렌치 발파를 이용한 대규모 관 매설(아파트 공급관) 등, 발파공법은 우리 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있다.
발파는 화약취급기능사, 화약류관리산업기사, 화약류관리기사/기술사 등의 국가자격을 취득한 사람이 면허(화약류관리보안책임자 면허)를 신청 후 승인이 나야 비로소 합법적으로 할 수 있다. 자격시험의 난이도는 기사 기준으로 중상급이고 최대 5~6과목이 있으며 일반화약학, 발파공학, 암석역학, 화약류 관리법규, 굴착공학(기사)의 과목이 있으며 암석역학은 기본적 역학지식과 어느 정도 수학이 요구된다. 기능사는 암석역학 대신 암석학을 공부하면 된다. 기능사, 산업기사는 한 달 동안 사용할 수 있는 양이 법령[1]으로 지정되어 있으나 기사(1급)는 무제한으로 터널이나 대규모 노천발파에 수요가 많다. 물론 화약고에서 반출 운반 발파 전 후 모든 절차마다 관할경찰서에 신고해야 하고 운반 시에는 GPS로 실시간 위치 추적이 행해진다. 도로에 다니는 차량 중 간혹 화물차에 빨간색 배경에 하얀색 글씨로 '화'라고 써 붙이고 다니는 화물차가 화약류 운반 차량이며 면허소지자가 항상 동승하여야 된다.
굉장히 위험한 건 사실이다. 하지만, 그만큼 안전하게 제조되어 출시된다. 화약류 중 충격에 약한 폭파 뇌관을 제외하고는 던지거나 발로 차고, 밟고 택배 마냥 던지고 밀가루 취급하듯 주물럭거려도 폭발이 일어나지 않으며 장약공에 장전하여 폭굉했을 경우 발생하는 충격파가 아직 폭굉하지 않은 미반응 화약을 압축시켜 전부 다 연소하지 않고 일부 잔류하게 되는 경우도 있으며, 이를 사압현상이라 한다. 대부분 폭약은 사압과 잔류성을 띠고 있는데(아닌 모델도 존재한다) 화약이 뭉쳐있으면 전부 폭굉할 것처럼 보이나 그렇지 않다. 망치로 내려쳐도 안 터지고, 불에 던져 넣어도 연소나 심하면 폭연만 할 뿐 폭굉으로 터지진 않는다. 군용 화약은 애초에 산업용과 다르며 군용은 더욱 민감하게 제조하기 때문. 산업용 화약은 안전하다는 것은 현장에서 시공하는 사람들은 다 아는 사실이다. 단, 터널은 누설전류가 많이 흐르기 때문에 비전기식 뇌관을 사용한다. 화약 자체는 안전하나 전폭약포(뇌관연결)가 되는 순간 위험한 건 누구도 부정할 수 없는 사실. 그래서 장약할 때 장약공에 폭약과 뇌관을 주욱 깔아두고 화약주임이 최종적으로 확인 후 폭약에 뇌관을 삽입하고 장전하고 결선한다.
폭굉시 위력이 강력한 건 당연지사다. 암석을 깨고 자유면이 한 면 밖에 안 되어도 발파효과는 나와야 한다. 위력이 작으면 공발이라고 그냥 전색물을 날려버리는 것에 그친다. 그에 따라 비장약 계산이나 발파패턴, 시험발파 정밀성, 암석물성에 대한 충분한 이해 등이 요구되며, 이 모두가 화약류관리기사의 손에 달려있다. 실제 현장에서 화약류관리기사의 지시에 충실히 이행해야 할 법적 근거가 있다. 안전에 대한 책임도 있고 그렇게 하라고 법률상 규정되어 있기 때문인데 화약기사를 취득하면 기본 발파현장의 중간관리자로 일을 시작하게 된다. 천공은 천공기기사(크롤러드릴)가 시공하게 되므로 천공기기사와 화약기사는 밀착 관계이다 그래서 발파가 잘못되는 경우에는 "천공오차가 크다", "장약량이 잘못되었다"하며 서로간에 다툼이 생기기도 한다. 배운사람들은 부드럽게 잘 넘어가는게 일관된 특징.
뇌관은 보관온도가 60도가 넘으면 자연발화할 위험성이 있고 충격에도 폭발할 수 있기 때문에 운반시에도 차량내부에 운반하는 걸로 규정되어 있다. 뇌관은 위험한 것이 맞다.
골프장이나 고속도로 공사현장에선 주로 산이나 암반을 부수는 노천발파가 많은데 주로 작업자들의 안전을 위해 점심시간을 이용해서 작업한다 발파전에 경고방송과 함께 사이렌을 울리는데 이땐 얌전하게 건물 내부나 되도록이면 발파지점에서 멀리 벗어나도록 하자. 콰아아아아앙!!! 폭발과 동시에 마른하늘에서 돌멩이 파편이 엄청나게 날아오기 때문에 괜히 근처에 있다간 돌 맞고 골로 가거나 다칠 수 있다. 괜히 경고사이렌 울리는게 아니다.
현장에서 가장 애용되는 폭약은 ANFO("안포"라고 읽는다)와 뉴마이트(한화에서 생산되는 에멀션 형태의 폭약)이다. 뉴마이트는 필름형 포장과 왁스 형태의 포장으로 공급되는데 대부분 왁스 포장형태를 많이 사용한다. 뉴마이트는 폭굉 속도가 빠르고 내수성이 있어 지중에 물이 있는 경우나 절리(節理, 틈)가 거의 없는 경암암반에 주로 사용되며 밀가루 반죽 같은 것이다. 반으로 쪼개 냄새를 맡아보면 무취다. 단점으로 ANFO보다 비교적 고가이고 사압현상이 있으며 동적효과의 폭약이기 때문에 충분한 가스압이 없다. ANFO는 반대로 정적효과(가스발생량이 많음)가 높고 폭굉 속도가 낮아 절리가 많은 암반에 애용된다. 암석은 취성거동(고무처럼 원래 형태로 돌아오는것을 탄성체라고 하는데, 변형이 전혀 없고 완전탄성체 역학적모델은 스프링. 돌맹이가 고무처럼 변형되는거 본사람? 그래서 암석은 취성재료라고도 한다)을 하며 인장력에 약하다 물론 돌맹이도 파괴될 때까지 응력을 가해서 그래프로 그려보면 탄성구간이 있고 그 다음 소성구간도 있고 돌인데 소성변형도 있다. 근데 금속처럼 그 구간이 긴게 아니라 매우 짧다. (쉽게 다시 말하면 절리 등 틈이 많아서 가스압으로 휙 불어 날리는 경우나, 암석이 단단하면 잘 깨지려고 하는 성질을 이용하여 충격파로 깨버리는것이 동적효과이다. ANFO는 가스압이 많고, 뉴마이트는 가스압은 적고 충격파가 잘 나온다)
사압현상은 둘 다 가지고 있는데 ANFO가 폭굉 속도가 낮기 때문에 더 많은 사압현상이 관찰된다. ANFO의 폭굉은 부스터(전폭약, 주로 에멀션폭약)가 필수이므로 잔류하여도 비교적 안전하고 잔류한 화약은 그냥 무시하고 공사 진행해도 별 무리 없다. 단, 에멀션류 폭약은 최대한 잔류하거나 불발되지 않도록 현장 화약주임(주로 화약류관리기사)이 만전을 기한다.
화약의 종류는 다양한데 크게 혼합화약류와 화합화약류로 나뉜다.
- 혼합화약류 : 흑색화약, ANFO, 칼릿/카리트(Carlit, 과염소산염 폭약), 염소산칼리 폭약, 액체 산소 폭약 등이 있다.
- 화합화약류 : 질산에스터르류인 니트로글리세린과 니트로셀룰로오스와 니트로화합물인 TNT, 피크린산, RDX(헥소겐), 테트릴(tetryl) 등이 있다.
발파시 고려해야 될 사항
- 암석의 물성 : 연암인지, 경암인지, 얼마만큼 단단한 암석들인지 파악한다.
- 절리군의 파악 : 틈이 많은지, 적은지, 풍화는 얼마나 되어 있는지 파악한다.
- 지하수 상태 : 용수상태를 관찰한다. 용수에 따라 사용되는 화약이 달라지고 유무에 따라 전색물질도 다르게 해야된다 (물이 있는데 고운입자를 넣으면 물에 부유하기 때문임)
- 천공경, 천공간격 : 실질적인 발파의 설계
- 주변 물건상태 : 공사 혹은 철거 현장 주변에 학교라던지 아파트가 있으면 진동이나 비석(발파시 날라다니는 돌)을 조심해야 되고 주변에 보안물건이 아무것도 없으면 효율을 위해 가능한 필요한 발파 규모에 따라 대규모로 실시
- 지연시차 : 발파할때 한꺼번에 뻥- 하고 터트리면 제발발파라고 하며, 밀리초(ms) 단위로 지연차를 두고 특정한 패턴(보안물건도 어느정도 보호하게끔 발파패턴을 조절 할 수 있다)으로 발파하게 되면 지발발파라고 명칭한다. 지발발파는 소음억제 외에 파쇄입도(암석이 깨지는 크기)에 영향을 끼치며 이 파쇄입도는 천공깊이, 간격, 천공패턴에 영향이 있다. 제발발파시에는 입도가 작아진다. 또한 파쇄입도가 중요한 것이 거기에 나오는 암석을 이용하려고 하기 때문이다. 주로 간척사업, 메우기 이 모든것은 어떤 패턴을 어떤 타이밍에 기폭시키느냐에 따라 다르게 된다.
- 주변환경 : 매우 중요한 요소이며, 실질적으로 시험발파의 중요한 목적중에 한가지가 되겠다. 환경영향평가(주민민원)와 실제로 발파를 할 지 다른공법으로 시공할지 결정인자 중에 주변환경이 반드시 포함되며 단적인 예로 바로 옆에 반도체 공장이 있으면 발파 못한다. 또 터널발파인지 노천발파인지에 따라 발파양상은 완전히 달라지며, 페이도 다르다.
건축물해체 발파공법[편집]
거대한 구조물을 허물고 새로운 구조물을 세울 때 필수적으로 진행해야 하는 것이 바로 해체 작업이다. 그래서 이 해체 작업을 보다 수월하고, 보다 안전하게 할 수 방법이 끊임없이 개발되고 있다. 현존하는 가장 친환경적이면서 안전한 방법으로 발파 해체 공법을 들 수 있다. 또한 5층 이상의 건물은 기계식 해체 공법 보다 발파 해체 공법이 더 경제적이라는 연구 결과도 있다.
발파 공법은 구조물의 기둥이나 내력벽과 같은 주요 지점에 소량의 화약을 설치해 구조물이 균형을 잃고 하중으로 붕괴되도록 하는 방법이. 발파에 의한 해체 시간이 5~15초 이내로, 순식간이라 할 만큼 매우 짧기 때문에 주민의 불편을 최소화하는 것이 특징이다.
간편하고 빠르기만 한 건 아니다. 흔히 화약을 이용해 구조물을 부순다고 생각하면 작은 파편이 사방으로 날리고 어마어마한 먼지가 발생해 주변이 초토화될 것이라 여겨지는데 오히려 구조물이 안정성을 잃으면서 힘 없이 내려 앉는 방법이기 때문에 공해 발생 요소도 적다.
발파해체의 핵심은 기둥, 보, 벽 같이 건물을 지탱하는 구조물을 폭약으로 파괴시켜 중력에 의해 건물을 주저앉히는 것이다. 발파해체에는 그 자리에 폭삭 주저앉히는 '단층붕괴공법'과 일정한 방향으로 구조물 전체를 한꺼번에 쓰러뜨리는 '전도공법', 원형경기장처럼 바깥쪽에서 안쪽으로 붕괴시키는 '내파공법' 등이 있다. 또 전도공법과 단층붕괴공법을 혼합한 '상부붕락공법', 점진적(선형적)으로 파괴가 진행되는 '점진붕괴공법' 등으로 폭파하기도 한다.
먼저 주변환경을 감안해 어떤 방식으로 무너뜨릴지 결정한다. 방식이 결정되면 주변 건물이 폭파 때 생기는 땅의 진동을 견딜 수 있는지, 적절한 소음의 기준(140㏈ 이하)을 넘지 않는지, 폭파 때 분진과 함께 튀어나오는 조각난 파편의 안전성 등을 검토해 컴퓨터 시뮬레이션을 실시해 안전하다는 진단을 받아야 한다.
이후 건물의 내장재와 폐자재 등을 모두 제거하고 골격 등만 남은 상태에서 기둥이나 보 등에 구멍을 뚫고 폭약을 설치한다.
국내에서 발파해체를 통해 해체된 가장 성공적인 건물로 지난 1994년 11월 남산 외인아파트를 꼽는 전문가들이 많다. 이 아파트는 그 자리에 폭삭 주저앉히는 단층붕괴공법이 사용됐는데 367㎏의 폭약을 몇개 층에 설치한 뒤 시간차로 터뜨려 16층과 17층 짜리 2동이 순식간에 사라진다. 발파 준비부터 발파까지 40일이나 걸렸지만 무너지는데는 20초면 충분했다.
실패한 사례도 적지 않습니다. 2007년 4월 영월 화력발전소를 발파해체할 때 화력발전소 1,2호기와 60m 굴뚝 등이 파괴됐지만 8층 짜리 건물 1동의 폭약이 터지지 않아 2차 시도를 거쳐 해체됐다. 2018년 4월에는 덴마크에서 53m 높이의 건물을 폭파철거하려 했으나 계획했던 공터 방향과 반대방향인 도서관이 있는 곳으로 건물이 쓰러져 도서관 일부가 파손되기도 했다.
동영상[편집]
참고자료[편집]
- 〈발파〉, 《나무위키》
- 〈발파〉, 《두산백과》
- 김종화 기자, 〈과학을 읽다②초고층건물 철거, 중력 이용한 발파해체〉, 《아시아경제》, 2023-03-08
- 주식회사 한화, 〈구조물을 친환경적이고 안전하게, 파괴시키는 발파 공법 알아보기〉, 《네이버 블로그》, 2020-06-19
같이 보기[편집]
