발파
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발파 해체,발파 해체 공법이라고도 하는데 그냥 '''발파(blasting)'''라고 하겠다.
1. 개요
發破
폭파(blasting)라 함은 폭약을 사용하여 물질을 파괴하는 작업으로 우리나라에서 보통 발파('폭파'에 '안전'이라는 요소를 첨가하면 산업현장에 이용하는 발파가 됨)라고 부르며, 발파는 작업의 양식으로 분류하면 다음과 같다.
1. 외부 장약의 발파
2. 내부 장약의 발파
3. 복토법
4. 수중 장약법
5. 기타 (폭약을 직접 물체 장전하지 않고 거리를 두어 발파시켜 풍압과 풍속을 이용하는 발파법)
우리나라에서는 터널, 노천이나 건물해체공법에 발파가 사용된다.
2. 상세
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[2]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.[3]
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 전색물[4]을 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. 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 화약산업기사, 규모에 따라 기술사가 참여한다)이 만전을 기한다.
화약의 종류는 다양한데 크게 혼합화약류와 화합화약류로 나뉜다.
1. 혼합화약류
흑색화약, ANFO, 칼릿/카리트(Carlit, 과염소산염 폭약), 염소산칼리 폭약, 액체 산소 폭약 등이 있다.
2. 화합화약류
질산에스터르류인 니트로글리세린과 니트로셀룰로오스와 니트로화합물인 TNT, 피크린산, RDX(헥소겐), 테트릴(tetryl) 등이 있다.
발파시 고려해야 될 사항은 다음과 같다.
1. 암석의 물성
연암인지, 경암인지, 얼마만큼 단단한 암석들인지 파악한다.
2. 절리군의 파악
틈이 많은지, 적은지, 풍화는 얼마나 되어 있는지 파악한다.
3. 지하수 상태
용수상태를 관찰한다.
용수에 따라 사용되는 화약이 달라지고 유무에 따라 전색물질도 다르게 해야된다 (물이 있는데 고운입자를 넣으면 물에 부유하기 때문임)
4. 천공경, 천공간격
실질적인 발파의 설계
5. 주변 물건상태
학교라던지 아파트가 있으면 진동이나 비석(발파시 날라다니는 돌)을 조심해야 되고 주변에 보안물건이 아무것도 없으면 효율을 위해 가능한 필요한 발파 규모에 따라 대규모로 실시
6. 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.
7. 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.[5] 또 터널발파인지 노천발파인지에 따라 발파양상은 완전히 달라지며, 페이도 다르다.
여담으로, 영화에서 화공효과 비용이 아까워서 폭파신을 못찍을때, 이런 발파를 기록한 영상들을 찍어서 삽입한다. 한국에는 스파크맨이 그렇다. 영화감독이 직접 찍은 사례도 있는데, 남기남 감독의 괴작 천년환생에서는 귀신이 건물을 폭파시키는데, 감독이 건물 발파장면을 '''직접''' 찍었다. 그리고 건물 발파를 예술적으로 하는 경우도 있다. 할리우드 영화에서도 화끈하게 폭발시킨다. 하지만 물론 폭발물을 쓰는 것이니만큼 사람이 다치기 쉬우니 실제로 발파하는 사람들은 늘 긴장하고, 조심스럽다.
일본의 경우 지진 관련 문제로 화약 조절에 어려움이 있어 외진 곳을 제외하면 이 방식을 거의 사용하지 않는다. 화공품으로 분류되는 미진동파쇄기라고 있는데 이는 특정한 장비를 뜻하는 게 아니라 조그만한 화공품으로 암석에 균열만 가게끔 하는 정밀폭약이다. 진동이나 비산으로 보안물건(아파트나 산업시설)에 손상이 우려 되는 경우에는 이 화공품을 사용한다.
3. 역사 속 발파 사례[6]
- 미국 미주리 주 세인트루이스 프루이트 아이고(1972년 7월 15일)
- 경북 포항시 포스코 내 옛 주물선고로(1992년 1월 23일)
- 부산 중구 애린유스호스텔(1992년 6월 1일): 국내 최초 콘크리트 건물 발파해체
- 서울 영등포구 영남초등학교(1992년 7월 19일)
- 경북 포항시 포스코 승리아파트(1992년 10월 12일)
- 강원 속초시 킹덤호텔(1993년 6월 21일): 제5공화국 시절 명성사건으로 10년동안 공사가 중단된 상태에 있다가 결국 폭파해체되었다.
- 서울 용산구 남산 외인아파트(1994년 11월 20일): 남산 제모습찾기 사업의 일환으로 코오롱건설[7]에서 실시하였으며, 현장에 엄청난 인파들이 몰렸고 당시 지상파 TV에서 중계방송까지 했다.
- 서울 영등포구 라이프빌딩(1994년 11월 27일): 국내 최초로 고층빌딩이 밀집된 도심지에서 실시한 폭파해체로 외인아파트 폭파때처럼 지상파 TV에서 중계방송했다. 하지만 당시 발파를 시행했던 대림엔지니어링의 무능으로 인해 폭파후 부작용도 많았는데, 주변 빌딩의 유리창이 깨지고 그 이후 들어온 먼지 때문에 사무기기들이 고장나기도 하고, 근처에 주차된 자동차들도 파손되거나 먼지가 하얗게 앉는 사태를 겪었다. #
- 경북 포항시 북구 학잠동 주공아파트(1996년 7월 2일): 국내 역대 발파철거 중 최대규모. 남산 외인아파트처럼 코오롱건설에서 실시했으며, 5층 아파트 13개동을 한꺼번에 날렸다.
- 서울 중구 옛 국가안전기획부 제1별관(1996년 8월 5일)
- 강원 군인아파트(1998년): 정확한 일자와 위치는 알려진게 없지만 기록은 있다.
- 경기 성남시 중원구 통보6차아파트(1998년 1월 16일)
- 대구 수성구 옛 대구문화방송 사옥(2000년): 해당 문서에 따르면 당시 사옥 철거때 가림막에 발파업체 상호가 있었다는 제보가 있다.
- 김해국제공항 구 국제선 청사 (2003년 4월10일)
- 광주 동구 조선대학교 공과대학 1호관(2005년 11월 18일)
- 광주 동구 연합고시학원(2006년 9월 16일): 아시아문화전당 예정부지 공사로 폭파해체되었다. 이후 인근의 남양건설 사옥도 폭파로 해체할 계획이었으나 바로옆 전남도청이 문화재로 지정되어 있어 폭파하지 않고 굴삭기를 이용해 철거하였다.[8]
- 강원 영월군 영월화력발전소(2007년 4월 15일)
- 전북 군산시 한국서부발전 군산화력발전처 발전소(2007년 4월 24일)
- 대구 수성구 삼두아파트(2008년): 현재 이 자리에는 시지 반도유보라가 들어서있다.
- 서울 중구 동대문운동장(2008년 3월 14일)
- 인천 미추홀구 숭의종합경기장(2008년 6월 13일)
- 대전 중구 중앙데파트(2008년 10월 8일)
- 인천 서구 상아아파트(2011년 7월 10일): 세계 최초의 순수 벽식구조 고층 아파트 발파해체. 이 공법이 해외 선진국 기술자를 영입해서 진행한게 아니라 순수 국내 기술로 진행했다는데 의의가 있다. 당시 공사를 진행했던 한국토지주택공사는 이 발파해체의 성공으로 순수 벽식구조 발파기술을 확보하였으며 이에 이 기술을 1980년대 이후 지어진 고층 아파트를 철거하는데도 활용할수 있게 되었을뿐만 아니라 향후 고층빌딩이나 아파트가 밀집된 홍콩, 싱가포르 등에 기술수출도 가능하게 되었다.
- 경기 성남시 수정구 옛 성남시청(2011년 10월 31일)
- 인천 미추홀구 선인체육관 강의동(2013년 8월 3일)
- 서울 동작구 노량진수산시장 냉동창고(2014년 8월 10일)
- 전북 정읍시 내장산관광호텔(2015년 9월 18일)
- 강원 태백시 메르디앙호텔(2016년 12월 5일)
- 경기 성남시 분당구 옛 한국가스공사 사옥(2018년 6월 15일)
- 남북공동연락사무소 폭파 사건(2020년 6월 16일): 발파는 했는데 건물은 일부만 손상되고 나머지는 흉하게 남아 완벽하게 실패한 사례이다.
4. 여담
인터넷 방송에서도 쓰이는데 방송인이 하스스톤 같은 전략 게임을 할때 딜계산이나 카드 순서등을 실수했을 경우 속터지는 시청자들에 비유해서 사용한다. 대표적으로 하스스톤에 돌크리트의 어원도 돌겜(하스스톤) + '콘크리트'라서 어찌보면 적절한 셈.
[1] 괄호 안은 발파 해체 일자.[2] 총포·도검·화약류 등의 안전관리에 관한 법률 시행령 제55조제1항 및 별표 16[3] 총포·도검·화약류 등의 안전관리에 관한 법률 제26조제4항 및 시행령 제52조제1항[4] stemming. 폭약이 제 성능을 발휘할 수 있게 하며, 장약이 발파공에 갇혀있도록 하기 위하여 사용하는 물질. 주로 자갈이나 모래 또는 (찰)흙을 사용한다. 전색물의 조건은 4가지 정도로 요약이 가능한데, 첫째, 적당한 압축률이 있어서 단단하게 다져질 수 있고, 둘째, 발파 공벽과의 마찰이 커서 발파시 발생하는 가스의 압력을 이겨낼 수 있으며, 셋째, 재료 구입과 운반이 쉬우며, 넷째, 연소되지 않는 것이어야 한다.[5] 반도체 웨이퍼 생산공장도 마찬가지 랩핑(표면연마)기 주변에 망치질만 해도 극미세한 진동으로 인해 불량이 발생하거나 장비의 센서가 오류를 일으키기 때문 반도체 공장은 아시다시피 나노단위의 초미세공정이다. 장비설치시에도 무진동 시공을 필히 해야한다.[6] 괄호 안은 발파 해체 일자.[7] 당시 코오롱건설은 미국 CDI사와 업무협약을 맺었다.[8] 비슷한 예로 조선총독부 청사 건물을 발파가 아닌 압쇄기+다이아몬드 와이어 공법으로 철거한 것도 바로 옆에 문화재인 경복궁이 있기 때문이다.