JP2010522289A - 送電鉄塔の基礎を施工するための岩盤発破方法 - Google Patents

送電鉄塔の基礎を施工するための岩盤発破方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は主に山岳の岩盤に多く設ける送電鉄塔の施工において、鉄塔の基礎になるコンクリート構造物を埋設するための掘削壕形成のための岩盤発破方法に関するものである。
【解決手段】本発明は掘削壕の形態による穿孔数算出公式の適用方法を提示し、これを適用する。したがって、遅延多段発破を通じて多様な地質の状況に合わせて効果的に適用し、既存には人力による穿孔によって数回穿孔と発破を繰り返したが、掘削壕の形態が正方形及び円形になった深型基礎の場合は、機械穿孔(最大20m)を通した1回穿孔及び1回発破が可能である。送電鉄塔の基礎を施工するための遅延多段岩盤発破方法によれば、多様な現場の与件によって効果的に岩盤発破が可能で、施工能力を極大化して工事期間を短縮させ、施工品質を向上させることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は主に山岳の岩盤に多く設ける送電鉄塔の施工において、鉄塔の基礎になるコンクリート構造物を埋設するために掘削壕を形成する岩盤発破方法に関するものである。より詳細には、本発明は穿孔数算出公式の適用方法を提示して掘削壕の形態に合う穿孔数を算出し、その穿孔部には全体穿孔数対比38%(許容誤差±5%)の装薬孔を間歇的に形成し、深型基礎または地表中の地層構造によって発破効果の低下が予想される場合には、発破時の爆発圧力が内側から外側に向けて、且つ上段から下段に向けて順次に遅延多段発破することによって、発破効果を一層高めると共に施工能率の向上及び容易な施工性を提供し、安全性の確保と共に工事時間の短縮により施工費を節減できる山岳用送電鉄塔の基礎を施工するための遅延多段式岩盤発破方法に関するものである。
一般的に、生産経済に必須な電力供給のためには送電鉄塔などの電力施設物が必要であり、この施設物の建設時には、環境破壊、電磁波、美観阻害などの民願によって、設置の目的上、送電線路は開発が制限される場所を選んで主に山岳地域に設けている。
山岳地域における送電鉄塔の施工においては、その構造物が他の土木工事とは異なり小型構造物であるが、山岳の特性上主に岩盤であるため、その基礎工事のために発破方法による施行が必須的である。しかし、山岳に対する環境被害を最小化し、小型構造物が互いに対して及ぼす影響を最小化するために、掘削深さと発破力を勘案して装填孔を表示した後、いちいち人力により一つずつ穿孔した後、1次に爆薬を装填して発破する。その後、表面整理と穿孔位置の表示のような1次と同様の作業を通じて装填孔を再び穿孔して爆薬を再装填した後、発破する作業を数回繰り返すことによって、比較的狭い空間に対する小型構造物設置用の掘削壕を形成できる。
しかし、このような既存の発破方法では、通常送電鉄塔の1脚に対して縦・横・深さ、それぞれ4mずつの掘削壕を形成するために、穿孔径を35mm(許容誤差±10%)に、穿孔数を81孔にし、その掘削深さを1ないし1.5mにして、3ないし4回繰り返して作業する。穿孔位置の表示と穿孔、発破、及び底整理を繰り返して行わなければならないため、20日程度の掘削日数が必要である。また、毎工程の繰り返し時に人力と建設装備の投入及び撤収を繰り返して行わなければならないため、装備と技術人力の活用効率性、施工能率及び安全性が低下し、工期の遅延により経済性が低くなる。さらに、騷音や振動などの環境被害に関連した民願が提起される問題点がある。
これによって、本発明の出願人は、縦・横・深さ、それぞれ4mずつの掘削壕を形成するために、穿孔数算出計算公式で算出した穿孔数を65孔(許容誤差±5%)に減らすと共に、油圧式クローラードリルにより穿孔径(65mm)(許容誤差±10%)の掘削壕を必要な掘削深さまで一度に穿孔した後、必要な穿孔数の38%(許容誤差±5%)に装薬(薬包径50mm)(許容誤差±5%)を装填し、遅延雷管の発破により内側から外側に順次に発破させて掘削壕を形成する発破方法を特許文献1に開示した。この工法によれば、芯引き発破効果と同時に、無装薬孔による2次自由面を得る効果によって、崩れや発破により他の空間に影響を及ぼすことがないと共に、一度の穿孔と発破だけで安全、且つ精密な施工が可能である。この時、穿孔数の算出のために次の計算公式を利用する。
(条件:岩石の抗力係数>0.7)
上の穿孔数算出公式は掘削壕の形態が正方形の場合に適用する。油圧式クローラードリルを利用して公式により算出した所定深さの穿孔数だけ穿孔する機械穿孔作業を行うと共に、穿孔数の38%(許容誤差±5%)に装薬及び填塞を行い、遅延発破雷管を利用して内側から外側に順次に発破させる。前述したように、芯引き発破効果と同時に、無装薬孔による2次自由面を得る効果によって、崩れや発破により他の空間に影響を及ぼすことがないと共に、一度の穿孔と発破だけで安全、且つ精密な施工が可能である。したがって、穿孔数算出公式による機械穿孔及び遅延発破雷管を利用した発破方法は既存の人力穿孔による繰り返し穿孔及び発破作業に比べて、安全性及び施工性に優れ、工事期間の短縮を通した工事コストの節減及び施工品質の向上が可能である。さらに、騷音と粉塵の飛散及び振動を減少させることができる親環境的な工法である。この工法は多数の現場実験と実際工事現場への適用を通じてその妥当性が立証された。
しかし、前述したように、上の穿孔数算出公式は掘削壕の形態が正方形の場合に適用するものであり、その適用範囲においては多くの制約がある。特に、深型基礎のために掘削壕を形成する場合は次のような問題がある。
掘削壕の形態において、直径約3〜5mと最大深さ20m程度になった円形掘削壕の場合は、その深さが油圧式クローラードリルの作業範囲から外れないため穿孔作業には支障がないが、穿孔数を算出するために計算式を代入する過程では問題が発生する。すなわち、上の穿孔数算出公式は掘削壕が正方形の場合、掘削壕一辺の長さ(m)は穿孔数を算出するにおいて重要な要素として作用している。しかし、深型基礎の掘削壕の形態は正方形の場合も存在するが、大部分円形になっているため数学的図形要素である辺が存在しない。したがって、掘削壕の形態によって穿孔数を算出する公式及び、これを適用する方法や掘削壕の形態に合う穿孔パターンが必要である。
ただし、鉄塔基礎用掘削壕は正方形と円形の2種類だけあるため、新しい公式でない既存に開示した穿孔数算出公式を多様な形態に適用する場合には、掘削壕の面積比率により穿孔数を算出することが妥当であることを研究結果から発現した。
ここで、面積比率とは、円とその円に外接した正方形の面積関係を数値的に表現したもので、円の直径が変わってもその面積は円に外接した正方形面積の78.5%(以後、計算の便宜上79%)に一定の比率関係を有する。そのために、掘削壕が円形である場合には、穿孔数を算出するための定数として使用する。
次に装薬及び発破側面で調べてみる。
本発明の出願人により特許文献1に開示した方法は、図1に示すように、クローラードリルを利用して必要な深さ(残り層を含めて4.5m)まで穿孔した後、残り層(0.5m)を含んだ装薬層(3.4m)と填塞層(1.1m)を構成する。
次に、図2に示すように、遅延発破雷管を使用して芯引き効果を得るために内側から外側に順次に発破する。この方法は現場実験及び適用の結果、掘削壕全体が純粋岩盤地帯の場合に、その効果が非常に優れて工法の開発目的と符合することが分かる。
しかし、掘削壕全体が岩盤でなく水脈などにより地層が形成されている場合、または掘削壕全体が岩盤であっても深型基礎(最大深さ20m)の場合には、掘削深さによって派生する問題点があり、発破効果が一部の期待に達していない状況が生じる。それによって、本発明者は新しい発破方法を提示し、発破方法を現場の与件によって変化させることによって、高費用と高危険の発破作業を安全に、且つ効果的に行うことができるようにすることが必要であると考えた。
装薬及び発破側面で発生する問題としては次のようなことがある。
まず、掘削壕全体が岩盤でない場合を例に挙げると、地帯を形成する過程において、その形態は非常に多様であるため、表層部は岩盤で構成され、その以下は一般土壌や水脈層が形成される場合がある。または図3に示すように、そのような構成が混在する場合を多様な現場経験を通じて分かる。
この時、既存に開示した方法で装薬及び填塞をした場合、装薬層の全体または一部が一般土壌や水脈層で構成され、填塞層の部分(表層部)が岩盤で構成された場合には発破後表層部を構成していた岩盤が効果的に破砕せず、地表上に持ち上がり、または破砕粒子が大きすぎるため除石作業に困難を招くようになる。
このような現象は一般鉄塔基礎の岩盤発破(普通深さ4m)だけでなく、穿孔深さが深くなる深型基礎であるほど頻繁に発生する問題点であり、発破効果を低下させる大きな要素として作用する。
これと同様に、掘削壕全体が岩盤であっても深型基礎の場合には、発破時前述した問題が発生する。すなわち、添付した図4のように穿孔深さが深い(最大20m)ため、一段で装薬層と填塞層を構成する場合、同時に多くの火薬が一斉に爆発することによって問題が発生する。それだけでなく、填塞層が長くなって(3.5〜4.5m)、地表上に形成された自由面より広い面積に亘って爆発圧力が広がって精密発破が不可能である。このような点と共に、掘削壕地帯に発破効果を鈍化させる一般土壌や水脈層が形成されていない場合も、発破後上層部の破砕粒子は大きくならざるを得ず、除石作業が困難になることは言うまでもない。
韓国特許登録第559936号公報
このような問題点を改善するためになされた本発明は、多様な現場与件によって優れた発破効果を得ることができる円形掘削壕に対する穿孔数算出公式の適用方法と遅延発破雷管を利用した多段発破方法を提供することにその目的がある。
本発明の目的を達成するための技術的手段として下記の公式を利用して穿孔数を算出する。
(条件:岩石の抗力係数>0.7)
この算出公式を適用する時、掘削壕の形態が円形である場合は、円形の掘削壕に外接する仮想の正方形掘削壕から得られた穿孔数に面積比率79%を適用して円形の穿孔数を算出し、掘削壕の周りには装薬孔と無装薬孔を交互に装填すると共に、内側穿孔部には全体穿孔数対比装薬孔が38%になるように装填する。したがって、円形の掘削壕を発破するための最適の条件を得ることができる。
また、地層構造によって発破効果を低下させる要素がある場合には、填塞と装薬を多段に繰り返して行い、遅延発破雷管を利用して上段から下段に向かって、且つこれと同時に内側から外側に順次発破することによって、無装薬孔による2次自由面の効果と共に多段発破により直上段に形成される第3の自由面を得ることができる。これと同時に、下部填塞の効果により発破効果の向上はもちろん、施工能率の向上と容易な施工性及び安全性の確保、工事期間の短縮、及び工事コストの節減効果を得ることができる。
本発明に係る送電鉄塔の基礎施工のための鉄塔基礎遅延多段岩盤発破方法は、一般基礎及び円形掘削壕を含んだ深型基礎と多様な形態の地質に適用することによって、1回発破が可能であり、発破効果を高めて施工能率を向上させることができる。
一般的な発破方法において、装薬層と填塞層の構成断面図である。 一般的な発破方法において、遅延発破雷管を利用した発破順序を示す図面である。 発破地形において、岩盤と土壌及び水脈層が混在された状態の地層断面図である。 一般的な発破方法において、深型基礎状態の装薬層と填塞層の構成を示す断面図である。 本発明に係る発破方法において、直径3mの円形掘削壕に対する装薬及び無装薬孔の例示図である。 本発明に係る発破方法において、直径4mの円形掘削壕に対する装薬及び無装薬孔の例示図である。 本発明に係る発破方法において、直径5mの円形掘削壕に対する装薬及び無装薬孔の例示図である。 本発明に係る発破方法における装薬及び填塞層順序図である。 本発明に係る発破方法における発破順序図である。
本発明は、送電鉄塔用基礎工事のために発破作業を行う過程において、穿孔数の算出時、2005年に登録された特許文献1(韓国特許登録第10-0559936号)の穿孔数算出公式を利用する。
(条件:岩石の抗力係数>0.7)
掘削壕の形態が円形の場合には上式を次のように適用する。
建設しようとする送電鉄塔の規模によって鉄塔の基礎工事のための掘削壕の直径が決定されると、穿孔数を算出するために掘削壕の直径を一辺の長さにして掘削壕に外接する仮想の正方形を作る。作った正方形に上の穿孔数算出公式を適用して穿孔数を算出した後、面積比率(79%)を適用すると、円形掘削壕に合う効率的な発破効果を得ることができる。この穿孔数算出方法を利用して次のように施工する。
すなわち、円形掘削壕の中央に芯引き発破効果を有する中心部の装填孔から穿孔間隔(岩石の抗力係数によって柔軟に調整)0.5m(許容誤差範囲±10%)を維持しながら、1間ずつ交互に装薬を装填し、最後の掘削壕の周りは掘削壕の直径に合わせて穿孔間隔を維持しながら穿孔する。この時、装薬孔と無装薬孔を交互に維持しながら穿孔した後、装薬孔に爆薬を装填する。
この時装薬孔の比率は、効率的な発破のための装薬孔の比率である全体穿孔数の38%(許容誤差範囲±5%)が好ましい。
円形掘削壕に対して効果的に穿孔数を算出して機械穿孔作業を行い、それによる装薬及び填塞を行った後、遅延発破雷管を利用した遅延発破または現場与件によって遅延多段発破を行う。それによって、発破効果を高め、施工能率が向上し、施工性が容易である。その上、安全性が高くなり、工事期間の短縮により工事コストを節減する効果がある。
また、送電鉄塔用基礎工事のために発破作業を行う過程において、掘削壕の形態が正方形または円形の深型基礎の場合、穿孔深さによって発破効果を低下させる要素があったり、一般深さの発破であっても地表中の地層構造によって、やはり発破効果を低下させる要素が存在する場合は、装薬孔と無装薬孔を穿孔数算出公式により算出して穿孔した後、装薬孔に装填を行う方法を利用する。
このような方法においては、填塞と装薬を現場与件によって必要な段数ぐらい多段に繰り返し的に装填し、遅延発破雷管を使用して上段の填塞を行い、装薬層内側から外側に発破する。その後、下段の填塞を行い、装薬層内側から外側の順に遅延多段発破を進行させる。それによって、発破効果が高くなり、施工能率が向上し、施工性が容易である。その上、安全性が高くなり、工事期間の短縮により工事コストを節減する効果がある。
以下、以上のような岩盤発破方法による本発明の作用及び施工段階についてより詳細に説明する。
まず、本発明の出願人により2005年に登録された特許文献1(韓国特許登録第0559936号)に開示した穿孔数算出公式は次の通りである。
(条件:岩石の抗力係数>0.7)
上の公式において、掘削壕1辺の長さ(m)は穿孔数を算出するための重要な要素として作用する。
しかし、掘削壕の形態が円形である場合は、辺の長さとの数学的要素がないため、上の公式を適用する方法を別にしなければならない。すなわち、円の場合は直径が変わっても円の直径を一辺の長さにする円に外接する正方形と比較した時の面積を調べてみると、円の面積は外接した正方形の面積の78.5%(以後計算の便宜上79%にする)として一定の比例関係を有する。
したがって、掘削壕の形態が円形である場合、掘削壕の直径が決定されると、穿孔数を算出するために掘削壕の直径を一辺の長さにして掘削壕に外接する仮想の正方形を作る。次に、この正方形に上の穿孔数算出公式を適用して穿孔数を算出した後、面積比率(79%)を適用すればよい。
以上の内容に基づいて、表1には面積比較及び表2には穿孔数算出比較に対する内容を整理して示す。

以上のように、円形掘削壕に関して穿孔数を算出し(許容誤差範囲±5%)、穿孔パターンは次の説明によって穿孔する。
まず、直径3mの円形掘削壕の場合は、図5に示すように、掘削壕の中央において、芯引き発破効果を有する中心部の装填孔から穿孔間隔(岩石の抗力係数によって柔軟に調整する)の0.5m(許容誤差範囲±10%)を維持しながら、一間ずつ交互に装薬を装填する。最後の掘削壕の周りには、それに合う穿孔間隔を提供するために、16孔を穿孔し、装薬孔と無装薬孔を交互に維持しながら装填すると、掘削壕周りに16孔、掘削壕内部に17孔の総33孔が穿孔される。この時の装薬孔は13孔であり、装薬孔の比率は39%であるので、効率的な発破のための装薬孔の比率の全体穿孔数の38%(許容誤差範囲±5%)を満足させる。
次に、直径4m及び5mの円刑掘削壕の場合は図6及び図7に示した通りである。
これらの場合は、全て無装薬孔による2次自由面を得る効果を有するようになって、崩れや発破による影響を他の空間に与えないと共に、安全に1回の穿孔と発破だけで精密施工が可能な掘削壕が形成されるようになる。
ただし、このような円形掘削壕の場合は大部分、深型基礎のための掘削壕として、発破時の穿孔深さによって、図4のような形態で装薬及び填塞作業を行う場合には、前述した問題が引き起こされる。これを解消するために、遅延発破雷管を使用し、装薬及び填塞過程を別にする遅延多段岩盤発破方法を利用して発破効果を向上させることが必要である。
深型基礎の掘削壕の形態が正方形である場合は、穿孔数算出において既存の穿孔数算出公式を適用するのに何らの問題がない。しかし、これもやはり穿孔深さによる問題が引き起こされるため、次の遅延多段岩盤発破方法を適用する必要がある。
遅延多段岩盤発破とは、一定妙の時間間隔を有した遅延発破雷管を使用し、地表を基準に横方向には内側から外側に、且つ縦方向には上から下に同時に発破が行われるようにすることであり、詳細な内容は次の通りである。
遅延多段岩盤発破のためには装薬及び填塞を別にするようになる。深さ9mの深型基礎を基準にすると、既存の方法は装薬層が6m(残り層0.5m含む)、填塞層が3.5mになるように装填する反面、多段発破のためには上部から填塞層(1m)、装薬層(2m)、填塞層(2m)、装薬層(4.5m、残り層含む)の順に填塞及び装薬を繰り返して装填する(便宜上填塞層(1m)と装薬層(2m)を1段、填塞層(2m)と装薬層(4.5m、残り層含む)を2段と言う)。この時、遅延発破雷管を使用して1段が爆発した後に、2段が爆発するように雷管を設ける(但し、上下端部の装薬及び填塞の長さは現場与件によって柔軟に調節できる。この時、必ずしも下段部の装薬及び填塞の長さを上段部に比べて長くなるようにする必要はない)。
すなわち、遅延多段岩盤発破は装薬及び填塞層を基準に、1段の内側から外側の順に発破した後、2段の内側から外側の順に遅延発破雷管を使用して発破することと発破順序を再び整理すると、図8及び図9に示した通りである。
すなわち、1段○1→1段○2→1段○3→1段○4→2段○1→2段○2→2段○3→2段○4…n段○1→n段○2→n段○3→n段○4の順に発破が行われる。現場の与件によって装薬填塞層を2段や3段、またはその以上の多段に構成し、必要時には1段の長さも現場与件によって適切に柔軟に調節して発破効果を高めることができる。
このような遅延多段発破は掘削壕の形態が円形または正方形の深型基礎をはじめとして、普通深さ4mの一般基礎でも掘削壕の地帯全体が岩盤で形成されていない一般土壌にも適用できる。また、水脈などにより地層が不均一に形成されていて、地層自体が爆発圧力の発散を妨害する地帯で遅延多段発破を行うと、優れた発破効果を得ることができる。遅延多段発破の具体的な長所は次の通りである。
第一、掘削壕地帯が不均一な地層に形成された場合、発破時の爆発圧力が円滑に発散しなくて表層部だけに形成された岩盤が正しく破砕できずに、浮き立つようになる。遅延多段発破によれば、このような現象を防止することができ、破砕粒子が大きいため除石作業が困難な状況を招かないので、施工能率を向上させる効果がある。
第二、上段から下段に遅延発破が行われるので、瞬間的に上段を第3の自由面に作って爆発圧力が自然に自由面側に発散するように誘導する。特に、深型基礎の場合は既存の方法で填塞層が長く形成されるように装填すると、長く装填した填塞層によって瞬間的に発生する巨大な爆発圧力が地表の自由面側に発散できずに、掘削壕の地表中の軟弱地帯方向に発散する。それによって、予想できない発破結果が得られ、または発破失敗につながるが、遅延多段発破によれば、このような現象を防止して、精密な発破施工が可能である。
以上のような本発明に係る送電鉄塔の基礎施工のための鉄塔基礎遅延多段岩盤発破方法は、一般基礎及び円形掘削壕を含んだ深型基礎と多様な形態の地質に適用することによって、1回発破が可能であり、発破効果を高めて施工能率を向上させることができる。また、遅延多段発破は容易な施工性を提供し、安全性の確保と共に、工事時間の短縮により工事コストの節減が可能である。
一方、本明細書内で本発明をいくつかの好ましい実施形態によって記述したが、当業者ならば、添付の特許請求範囲に開示した本発明の範疇及び思想から外れずに、多くの変形及び修正がなされ得ることがわかるはずである。

Claims (2)

  1. 送電塔の4脚の位置に掘削壕を形成する敷地掘り工程と;
    次の掘削壕穿孔数算出公式によって必要な穿孔数を算出してマーキングするマーキング工程と;
    (条件:岩石の抗力係数>0.7)
    表示地点に必要な直径と深さの孔を穿孔する穿孔工程と;
    中心部の装填孔から一間ずつ交互に穿孔数の38%(許容誤差範囲±5%)に装薬を装填する装薬装填工程と;
    装薬が装填された装填孔を填塞する填塞工程と;
    中央から外側に順次に遅延発破する発破工程と;を含む送電鉄塔の基礎を施工するための岩盤発破方法において、
    穿孔深さにより発破効果を阻害する要素や、地表中の地層構造により発破を阻害する要素が存在する場合、前記装填工程と填塞工程時に、必要位置の装薬孔に対して、現場与件に応じた必要な段数に分割して、装薬と填塞を多段に繰り返し、
    発破工程時に遅延発破雷管を用いて上部装薬層を中央から外側に順次に発破し、
    再び下部装薬層を中央から外側に順次に発破する方式を用いて、上下層間においても順次に発破することによって、前記穿孔数算出公式に従って施工した数の装填段を上段から下段に順次に遅延発破することによって、第3の自由面にそれぞれの直上段を作ることにより爆発圧力が自然に地表面の上の自由面側に拡散するように誘導することを特徴とする方法。
  2. 装填と填塞工程時に、円形掘削壕の場合、必要装薬孔を前記穿孔数算出公式により算出し、穿孔数の79%面積比率を適用することを特徴とする請求項1に記載の方法。
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