현장 응력 및 절리 작용에 따른 구멍 간격 계산 및 주변 암석 손상 분석

Dec 19, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 22331(2022) 이 기사 인용

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현장 응력과 접합부는 폭발 응력파의 전파 및 감쇠 패턴에 중요한 영향을 미치며, 이는 터널 발파공 네트워크 배치에서 고려해야 하는 두 가지 중요한 요소입니다. 본 논문에서는 현장 응력과 접합의 결합 작용에 따른 폭발 응력파 감쇠 방정식과 주변 구멍 거리 계산 방법을 제안합니다. 먼저, 현장에서 코어 샘플을 드릴링하고 실내 테스트를 수행하여 접합 슬레이트의 정적 및 동적 매개변수를 얻습니다. 다음으로 폭발응력파의 기하학적, 물리적 감쇠를 고려하여 현장응력과 접합부의 복합작용에 따른 폭발응력파의 감쇠식을 유도한다. 응력파와 폭발성 가스의 결합 작용 이론을 바탕으로 암석체의 현장 응력, 절리 및 인장 강도의 영향을 통합한 주변 구멍 거리를 계산하는 공식을 제안합니다. 마지막으로 LS-PREPOST 소프트웨어를 사용하여 현장 발파 시험을 통해 검증된 주변 암석의 손상을 분석합니다. 결과는 본 논문에서 제안된 폭발 응력파 감쇠 공식이 현장 응력과 접합의 결합된 작용 하에서 응력파 피크 값을 정확하게 예측할 수 있음을 보여줍니다. Bayueshan 터널 연구 구간의 지질 조건과 발파 매개 변수를 결합하여 최적의 주변 구멍 간격은 45cm로 계산되었습니다. 본 논문에서 제안하는 주변 구멍 레이아웃 방법과 구멍 네트워크 레이아웃 매개변수를 사용하여 Grade IV 주변 암석의 평균 과굴착 값을 22cm 이내로 제어하고 선형 미터당 콘크리트 과소모량을 100% 이내로 제어합니다. 이번 연구 결과는 대구간 터널 발파공사에서 과굴착 및 과굴착 제어에 참고자료를 제공한다.

드릴링 및 발파 공법은 경제적 효율성의 장점을 갖고 있으며 현재 고속도로 및 철도 터널의 지반공학적 굴착을 위한 주요 공법입니다. 그러나 터널 굴착 및 발파공법 시공과정에서 과굴착과 과소굴착의 문제는 언제나 해결되어야 할 최우선적인 과학적 문제이다. 과도한 굴착 및 과소 굴착은 터널 발파 품질에 영향을 미칠 뿐만 아니라 터널 지지 구조물 요구 사항1,2을 증가시킬 뿐만 아니라 운영 비용을 높이고 건설 진행률을 감소시킵니다. 따라서 안전하고 효율적인 터널 발파를 위해서는 과굴착 및 과소굴착을 제어하기 위한 효과적인 대책을 제안하는 것이 매우 중요합니다.

주변 구멍의 합리적인 배치는 터널 발파 시 과도한 굴착과 과소 굴착을 제어하는 ​​효과적인 수단입니다. Wang et al.3은 LS-DYNA 소프트웨어를 이용하여 터널 평활발파의 수치해석 모델을 확립하였다. 수치 시뮬레이션과 현장 모니터링 결과를 비교함으로써, 거대 구조물과 파괴 구조물에서는 주변 구멍의 간격이 주로 고려되어야 함을 보여주었다. Paul과 Peter4는 드릴링 및 발파 공법으로 인해 발생하는 터널의 과굴착 및 과소 굴착의 원인, 위험 및 제어 대책을 모델 테스트 시스템을 통해 분석하고 합리적인 주변 구멍 설계 방안을 제안했습니다. Adel et al.5은 터널 단면적, 주변 홀 매개변수 등의 요소를 고려하여 터널 과 굴착 예측 모델을 구축했습니다. Yin 등6은 주변 구멍에 긴 구멍과 짧은 구멍을 결합한 드릴링 방법을 제안하여 과다 굴착 및 과소 굴착 문제를 효과적으로 해결했습니다. Liu et al.7은 주변 구멍 매개변수가 주변 암석 조건의 변화에 ​​따라 시간에 맞춰 조정되어야 한다고 지적했습니다. Huang et al.8은 연약하고 부서진 주변 암석의 발파 공학에서 이중층 주변 구멍 옹벽 발파 설계의 적용을 연구하고 주변 구멍 레이아웃과 장약 구조를 최적화했습니다. Man과 Liu9는 원활한 발파 원리를 바탕으로 빈 구멍 간격의 경우 주변 구멍의 발파공 배열 방식을 연구했습니다. Man et al.10은 부드러운 발파 효과에 대한 주변 구멍 간격의 영향에 중점을 두었습니다.