KR0143712B1 - 이방향 천공 발파방법 및 발파공 천공장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이방향 천공 발파방법 및 발파공 천공장치에 관한 것으로, 상부반단면에 횡방향으로 발파공을 천공하고, 이와 동시에 상기 터널의 최외곽 굴착단면을 종방향으로 발파공을 천공하는 제1 단계; 상기 과정을 수행후 일정 길이를 발파하기 위해서 화약을 상기 최외곽 발파공 및 횡방향 발파공에 장약하되, 최외곽 굴착단면의 발파부분에는 정밀폭약을 장약하는 제2 단계; 장약된 포약을 발파하고 난 후 생성된 버럭을 버력처리용 기계장비를 이용해서 치리하는 제3 단계; 상기 최외곽 발파공만을 일정부분만큼 재차 천공하는 제4 단계를 특징으로 하는 발파방법과, 회전축(24)에 끼워지며, 그 외주연부에 투광홀(23a)이 형성되되, 그 내주연부에는 돌기(23b)가 구비된 슬롯원판(23); 상기 슬롯원판(23)의 양측에 구비되되, 그의 돌기(23b)가 끼워지도록 고정홀(25a)이 형성되며, 그 일측단부는 접철편(26)으로 연결되며, 그 타측단부는 결합부(25b)가 연장되게 형성된 지지수단(25); 고정축(21)에 끼워지며, 그 상단부에 격자부재(28)가 구비된 고정축고정수단(27); 제1 발광부(29)와, 제1 수광부(31)가 장착된 슬롯원판 감지수단; 상기 피드실린더(14)의 일측면에 장착된 브라켓(32); 상기 브라켓(32)의 상면에 장착되며, 그 주연부에 투광홀(33a)이 형성된 롤러(33); 및 제2 발광부(34)와 제2 수광부(35)가 장착된 롤러 감지수단을 구비하여 굴착이 완료된 파일롯 터널내에서의 터널진행방향(종방향)과 수직방향(횡방향)의 발파공 천공이 동시에 이루어지되, 로타리(Rotary)형 엔코더와 롤러형 엔코더를 발파공 천공장치에 부착하므로써 피드붐의 회전각도 및 드릴의 천공길이를 정확히 측정하며, 발파공 천공에 소요되는 공사기간 및 공사비의 직접공사비를 감소시킬 수 있다. 또한, 지표면에서의 진동이 경감되며, 발파진동의 허용 범위내에서는 일회 발파 굴진거리를 증대시켜 굴진속도를 증대시킬 수도 있는 효과가 있다.

Description

이방향 천공 발파방법 및 발파공 천공장치

제1a도 및 제1b도는 장약공 설치에 따른 일반적인 발파진동 전파영상도,

제2a도 내지 제2d도는 종래 기술에 따른 종방향천공 발파방법의 시공순서도,

제3도는 종래의 종방향천공발파 패턴도,

제4a도 내지 제4d도는 본 발명에 의한 이방향 천공 발파방법의 일실시예 구성에 따른 시공순서도,

제5a도 내지 제5c도는 본 발명에 의한 이방향 천공 발파방법의 패턴도,

제6도는 본 발명에 의한 이방향 천공 발파방법을 구현하기 위한 발파공 천공장치의 일부구성을 나타낸 개략도,

제7도는 제6도의 발파공 천공장치에 적용되는 천공각 결정을 위한 엔코더의 일실시예 구성을 나타낸 분해사시도,

제8a도 및 제8b도는 제6도의 발파공 천공장치에 적용되는 천공길이 결정을 위한 엔코더의 일실시예 구성도,

제9a도 및 제9b도는 슬롯원판 및 롤러의 정역회전에 따른 위상차를 나타낸 타이밍도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

7:파일롯터널 8:상부반단면

9:횡방향 발파공 10:최외곽 단면

11:리어붐 실린더 12:붐확장 실린더

13:프론트붐 실린더 14:피드실린더

15:피드붐실린더 21:고정축

23:슬롯원판 23a,23b:투광홀

26b:돌기 24:회전축

25:슬롯원판 지지편 25a:고정홀

25b:결합편 26:접철편

27:고정축지지편 28:격자부재

29:제1발광부 30:상분리판

30a,37a:상분리홀 31:제1 수광부

31a,35a:제1 입력부 31b,35b:제2 입력부

32:브라켓 33:롤러

34:제2 발광부 35:제2 수광부

36:상판 37:하판

38:상·하판지지편

본 발명은 터널을 굴착하기 위한 발파공법에 관한 것으로, 특히 굴착이 완료된 선진도갱(이하, 파일롯(pilot) 이라 칭함)터널 내부에서 터널진행방향인 종방향과 터널수직방향인 횡방으로 동시에 확폭발파가 가능한 이방향 천공 발파방법 및 발파공 천공장치에 관한 것이다.

일반적으로, 암반터널공사에서 터널 굴착이나 확폭발파시 주로 사용하고 있는 터널 굴진 방향으로의 천공발파(이하, 종방향 천공발파라 칭함)공법을 이용하여 굴착작업을 수행하였는 바, 대부분의 터널 현장에서는 굴진장의 발파공 천공작업시, 현장여건에 따라 레그드릴(leg drill) 혹은 점보드릴(jumb drill)을 사용한다. 특히, 작업자가 레그드릴을 이용하여 발파공 천공을 할 경우 천공길이를 정확히 맞출수 없고, 터널진행방향과 동일한 방향으로의 천공을 작업자의 경험에 의존해야 하고, 이러한 상황은 점보드릴을 사용할 경우에도 마찬가지다.

그러면, 제2도 및 제3도의 도면을 참조하여 종래의 발파공법에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.

제2a도 내지 제2d도는 종래 기술에 따른 종방향천공 발파방법의 시공순서도, 제3도는 종래의 종방향천공발파 패턴도를 각각 나타낸다.

도면에서 1은 파이롯터널, 2는 상부 반단면, 3은 하부 반단면, 4는 발파공, 5는 최외곽 발파공 6은 지발순서를 각각 나타낸 것이다.

종래의 천공발파 공법의 시공순서는 도면에 도시한 바와 같이, 먼저 선파일롯(pilot) 터널(1)에 의한 자유면 효과를 얻기 위해서 상기 자유면에서 가까운 부분부터 순차적으로 발파하는 발파지연순서(이하, 지발순서라 칭함)(6)를 상기 파일롯(pilot) 터널(1)과 가까운 부분부터 최외곽 부분까지로 하고, 설정된 길이의 굴진장을 천공하기 위해서 현장여건에 따라 여러 작업자가 레그드릴(leg drill)을 이용하거나, 록볼트의 천공이나 발파공 천공에 사용되는 점보드릴(Jumbe drill)을 이용해서 상부반단면(2)에 발파공(4)을 천공한다.(제2a도)

그리고, 다음 단계로 상기 파일롯 터널(1)의 최외곽면 라인드릴링(line drilling)부분(5)의 지발순서도 상기 파일롯 터널(1)과 같이 바닥부, 하단부, 천정부 순서로 정하고, 화약을 장약한다. 여기서, 상기 라인드릴링(5)의 발파부분에는 여굴 및 발파에 의한 암반의 이완영역을 고려해서 정밀 폭약을 장약한다.(제2b도)

상기 장약이 완료되면 계획된 지방 순서대로 발파하고, 발파후 생성된 버력을 처리한다(제2c도). 그 다음 단계로 다시 전단면에 대해서 일정 길이만큼을 천공을 하며(제2d도), 상기 과정을 계속적으로 반복하여 굴착작업을 수행하였던 것이다.

여기서, 상기 발파공(4)에 부여된 원호안의 번호는 연속적인 발파순서를 나타낸다.

상기와 같은 시공순서에 의해 터널굴착하는 종래의 종방향 발파공법은 제1a도에 도시한 바와 가이, 터널굴진 방향으로 장약공이 설치되어 있어 그 전체 길이에 걸쳐 발파진동이 지표면으로 전파되는데, 발파원의 발파압 및 에너지를 암반에 전달하는 과정에서 지반진동을 일으키고, 터널직상부 인접지역의 구조물이나 진동에 민감한 시설물들에 큰 피해를 끼치는 경우가 다발하는 문제점을 내포하고 있다. 근래에는 이러한 지반의 진동문제를 감안하고, 굴진속도가 기존의 굴착방법에 비해 월등히 빠른 터널보링머신(Tunnel Boring Machine; 이하 TBM이라 칭함)이라는 굴착기계를 채용하여 선진도갱 터널을 굴착한 상태에서 터널굴진 방향으로 천공발파를 하여 터널굴착을 하였다.

상기 TBM을 이용한 공법은 터널 단면형상이 워형으로 항상 일정하고, 크기에 제약을 받기 때문에 먼저 상기 TBM으로 터널을 굴착하고 나머지 확포부분을 발파방법에 의해 처리하는 형식(이하, NATM(New Austrian Tunnelling Method)의 TBM/NATM 병용공법이 최근들어 국내외 여러 터널현장에 적용되고 있다.

그러나, 확폭부분 굴착에 적용되는 상기 NATM(New Austrian Tunnelling Method)식 종방향 천공발파공법은 굴착후 막장전면에 요철이 심하여 다음 발파공 천공작업이 불편하고, 터널 굴진방향의 발파공 천공드릴의 길이가 제한되어 있을 뿐만아니라, 터널 굴진작업시 TBM에 의해 파일롯(pilot) 터널이 굴착된 상태에서 드릴의 길이만큼 종방향으로 천공을 계속적으로 하여 발파하는 반복적인 천공-장약-발파-버력처리 과정을 되풀이 하여야 하기 때문에 파일롯(pilot) 터널을 제대로 활용하기 못하고, 공사기간 및 공사비용이 많이 드는 문제점을 내포하고 있었다.

또한, 발파된 버력이 굴착면 바로 밑에 쌓이므로 굴착면 하부의 발파시 저항요인으로 작용하며, 기존의 굴착장비를 이용할 경우 정밀한 굴착면을 형성할 수 없는 문제점을 내포하고 있었다.

따라서, 본 발명은 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 횡방향으로 발파공 천공을 일정거리 이상 미리 천공한 상태에서 시공순서중 최외곽 계획단면의 종방향 정밀발파를 위한 라인 드릴링(Line drilling)만을 추가시켜 확폭발파하므로서 터널보링머신으로 굴착이 완료된 선파일롯(pilot) 터널내에서 터널 반경 방향 천공(이하, 횡방향)과 터널 굴착단면의 외곽부(최종 설계단며의 외곽부)의 종방향 천공으로 발파공을 천공할 수 있도록 하는 이방향 천공 발파공법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 발파공 천공에 사용되는 기존의 점보드릴장치에 전자제어장치를 구비시켜 횡방향 장약공의 굴착각도 및 굴착길이를 정확히 제어할 수 있도록 하는 발파공 천공장치를 제공함에 다른 목적을 두고 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 터널보링머신에 의해 선굴착된 파일롯(pilot) 터널내의 상부반단면의 일정 구간을 발파하기 위한 발파공 천공방법에 있어서, 상기 상부반단면에 횡방향으로 발파공을 천공하고, 이와 동시에 상기 터널의 최외곽 굴착단면을 종방향으로 발파공을 천공하는 제1 단계: 상기 과정을 수행후 일정 길이만큼 발파하기 위해서 화약을 상기 최외곽 발파공 및 횡방향 발파공에 장약하되, 최외곽 굴착단면의 발파부분에는 정밀폭약을 장약하는 제2 단계; 장약된 폭약을 발파하고 난 후 생성된 버력을 버력처리용 기계장비를 이용해서 처리하는 제3 단계; 및 상기 최외곽 발파공만을 일정 부분만큼 재차 천공하는 제4 단계를 제공한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 일정 길이의 고정축과 그의 외주연에 끼워지되 외부로 부터 동력을 전달받아 구동하는 회전축으로 이루어진 피드붐회전부가 구비되되 유압에 의해 상하이동하는 붐실린더부(boom cylinder)와, 드릴의 길이를 이송하는 피드실린더(14)가 구비되되 상하좌우로 회전구동 및 좌우이동이 가능한 피드붐(feed boom)을 구비하여 터널굴착단면의 발파공을 천공하는 하이드로릭 부머를 포함하는 발파공 천공장치에 있어서, 상기 피드붐 회전부의 회전축에 끼워지며, 상기 회전축의 회전각을 카운트할 수 있도록 그 외주연부에 다수의 투광홀이 형성되되, 그 내주연부에는 다수의 돌기가 일체로 구비된 슬롯원판; 상기 슬롯원판의 양측에 구비되되, 그의 돌기가 끼워져 지지되도록 대응위치에 고정홀이 형성되며, 그 일측단부는 접철편으로 연결되며, 그 타측단부는 상기 회전축에 탈착이 용이하도록 결합부가 연장되게 형성된 지지수단; 상기 피드붐 회전부의 고정축에 끼워지며, 그 상단부에 격자부재가 구비된 고정축고정수단; 상기 슬롯원판의 양측에 위치되도록 상기 격자 부재의 하단면에 광원을 투사하는 제1 발광부와, 투사된 빛을 입력받아 외부로 출력하는 하나 이상의 제1 수광부가 장착되어 상기 슬롯원판의 회전수를 감지하는 슬롯원판 감지수단; 상기 피드실린더의 일측면에 장착된 브라켓; 상기 브라켓의 상면과 일정 간격을 두고 장착되되, 상기 피드실린더의 측면에 접하도록 위치되며, 그 주연부에 다수의 투광홀이 형성된 롤러; 및 상기 롤러의 하단와 상단부에 각각 광원을 투사하는 제2 발광부와, 툿된 빛을 입력받아 외부로 출력하는 하나 이사의 제2 수광부가 장착되어 상기 롤러의 회전수를 감지하는 롤러 감지수단을 제공한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 제4도 내지 제9도의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

제4a도 내지 제4d도는 본 발명에 의한 이방향 천공 발파방법의 일실시예 구성에 따른 시공순서도, 제5a도 내지 제5c도는 본 발명에 의한 이방향 천공 발파방법의 패턴도로서, (a)와 (b)는 발파공 천공도, (c)는 상기 (a), (b)의 단면도, 제6도는 본 발명에 의한 이방향 천공 발파방법을 구현하기 위한 발파공 천공장치의 일부구성을 나타낸 개략도, 제7a도 및 제7b도는 제6도의 천공 발파방법에 적용되는 천공각 및 천공길이 결정을 위한 전자제어장치의 구성도로서, 제7도는 제6도의 발파공 천공장치에 적용되는 천공각 결정을 위한 로타리형 엔코더의 일실시예 구성을 나타낸 분해사시도, 제8a도 및 제8b도는 제6도의 발파공 천공장치에 적용되는 천공길이 결정을 위한 롤러형 엔코더의 일실시예 구성도로서 (a)는 사시도, (b)는 센서의 요부구성도이고, 제9a도 및 제9b도는 슬롯원판 및 롤러의 정역회전에 따른 위상차를 나타낸 타이밍도로서 제9a도는 정회전시의 위상차를 나타내고, 제9b도는 역회전시의 위상차를 각각 나타낸 것이다.

도면에서 7은 파일롯터널, 8은 상부단면도, 9는 횡방향 발파공, 10은 최외곽 단면, 11은 리어붐 실린더, 12는 붐확장 실린더, 13은 프론트붐 실린더, 14는 피드실린더, 15는 피드붐실린더, 21은 고정축, 23은 슬롯원판, 23a는 투광홀, 23b는 돌기, 24는 회전축, 25는 슬롯원판 지지편, 25a는 고정홀, 25b는 결합편, 26은 접철편, 27은 고정축지지편, 28은 격자부재, 29은 발광부, 30은 상분리판, 30a는 상분리홀, 31은 수광부, 31a는 제1 입력부, 31b는 제2 입력부, 32는 브라켓, 33은 롤러, 33a는 투광홀, 34는 발광부, 35는 수광부, 35a는 제1 입력부, 35b는 제2 입력부, 36은 상판, 37은 하판, 37a는 상분리홀, 38은 상·하판지지편을 각각 나타낸 것이다.

본 발명에 의한 이방향 천공 발파방법 및 발파공 천공장치는 터널보링머신으로 굴착된 선파이롯 터널에 장약공을 횡방향(지면을 향하는 방향)으로 설치하여 상기 장약공의 길이방향을 통해 터널굴진방향으로 더 큰 크기의 진동이 전파되는 양상을 근거로 터널굴착 단면에서 터널 반경 방향 천공(이하 횡방향)과 터널 굴착단면의 외곽부(최종 설계단면의 외곽부)의 천공각 및 천공길이를 정밀하게 결정하여 효과적으로 공사기간 및 공사비용을 절감시키기 위하여 구현한 것이다.

도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에서 제안하고 있는 이방향 천공 방법은 먼저, 터널보링머신으로 굴착된 파일롯(pilot) 터널(7)내에서 일정 구간의 상부반단면(8)을 진행방향에 수직으로 천공하되, 미리 계산하여 설정해 높은 각도로 횡방향 발파공(9)을 미리 천공하고, 이와 동시에 최외곽면의 여굴을 줄일 수 있도록 하기 위하여 종방향으로 최외곽 발파공(line drilling hole)(10)을 동시에 천공한다.(제4a도) 상기 과정이 끝나면 일정 길이를 발파하기 위해서 화약을 종방향 및 횡방향으로 동시에 장약한다.(제4b도)

이때, 최외곽 발파공(10)부분에는 종래의 종방향 발파공법과 마찬가지로 정밀폭약을 장약한다. 상기과정을 수행하고 나면, 발파하고, 생성된 버력을 버력처리용 기계장비를 이용해서 처리한다.(제4c도)

그리고, 다음단계로 최외곽 발파공(10')만을 일정부분만큼 다시 천공하고 발파한다.(제4d도)

상기와 같이 밀 뚫어높은 선진도갱(파일롯)터널을 효과적으로 이용하여 일정구간단면을 횡방향천공 및 최외곽 천공을 동시에 하고 발파하고 난 후에 상기 최외곽 발파공만을 천공하므로써 종래에서의 천공-장약-발파-버력처리과정을 되풀이하지 않고, 터널굴진 방향으로 발파작업을 계속할 수 있는 것이다.

여기서, 본 발명의 바람직한 실시예로 제5a도 내지 제5c도에서 보는 바와 같이 선파일롯 터널의 상측 양부분에 격자형태의 발파공을 천공하되(제5a도), 그중간부에 나무가지형식으로 미리 설정된 각도의 발파공을 교대로 천공하므로써(제5b도) 발파효율을 증가시킨다. 또한, 상기와 같이 발파공을 천공하면 발파후 굴착단면이 평탄하고, 버력이 굴착면으로부터 멀리 비산하므로 굴착면 하부의 발파를 효율적으로 할 수 있는 것이다.

본 도에서 상기 발파공(9)에 부여된 원호안의 번호는 연속적인 발파순서를 나타낸다.

상기 횡방향 발파공 천공에 따른 공간거리(D)와 최소저항선(W)은 암반상태 및 터널형상에 따라 달라질 수 있지만, 일반적으로 벤치컷 발파에 적용하는 L=C×D×W×1(L:장약량 kg, C:폭파계수, D:공간거리 m, W:저항거리 m, 1:천공장 m)식을 적용하여 공간거리와 저항거리를 구한다.

또한, 상기의 수순에 의한 본 발명의 이방향 천공 발파방법은 발파시 지표면에서 측정되는 지반진동치의 경감효과가 있는데, 이를 실험치를 통해 설명하면 다음과 같다.

지표에서 측정되는 지반진동치는 암반의 지질학적 특성, 역학적 성질 및 폭약의 성질 및 폭약의 종류, 지발당 최대 장약량, 자유면의 수동에 따라 달라질 수가 있으나, 동일조건의 동일한 위치에서 발파를 한다하더라도 지표에서 측정되는 지반진동치는 장약되는 발파공의 천공방향에 따라 지표면에 미치는 발파진동의 전파특성은 달라질 수가 있다.

즉, 재래식 방법인 종방향으로 천공, 발파한 경우의 발파진동의 전파는 제1a도와 같이 장약면으로부터 타원형태로 전파되어 지표에 도달하게 되는 반면, 횡방향으로 천공, 발파한 경우는 제1b도와 같이 지표면으로부터 전파되는 지반진동이 터널굴진 방향으로 전파되는 것보다 적게 도달한다는 것을 알수 있어 본 공법을 도심지의 지하굴착시에 적용할 경우 지반 진동의 영향이 현저히 감소되는 것이다.

이러한 지표면에서의 진동경감 효과를 정량적으로 파악해 보기 위해 현재 건설중인 도로건설 현장에서 시험시공을 실시하였다.

본 공법이 적용된 현장은 암반의 일축압축 강도 1,200kg/cm²정도의 강한 경암지역이었으며, 직경 6.5m의 TBM으로 선 도갱 터널을 굴착한 후 확폭을 실시하는 현장이다. 이러한 도로건설 현장에 대해 본 발명에서 제시한 확폭발파공법으로 시험발파를 했을 때 인접한 위치에 있는 터널내(15m, 43m)와 지표면(152m) 3곳에서 지반진동을 측정하였다. 인접한 터널내에서는 지표면에서와 같은 조건의 발파공 방향이 놓여여지는 위치에서 진동측정을 실시하여 표 2와 같은 현장실험을 하였다.

표 1) 종방향 및 이방향(병용) 천공발파시의 지반진동 측정결과(단위 mm/sec)

주 1) L:Logitudinal, V:Vertical, T:Transverse, S:Vector Sum

주 2) 1회:종방향 및 이방향 천공발파

→지발당 최대 장약령은 동일=5.00kg/delay

2회:종방향 및 이방향 천공발파

→지발당 최대 장약량은 동일=3.75kg/delay

상기 표1로부터 알 수 있는 바와 같이 이방향 천공 발파공법 적용시의 지반진동치는 기존의 재래식 종방향 천공발파공법에 비해 터널내에서는 20%정도, 지표면에서는 40%-70%정도의 진동경감 효과가 있는 것으로 나타났다.

지표면의 40%-70%는 터널내에서의 20%와 비교할 때 차이가 있는데, 이는 발파지점으로부터 152m위치에서 측정하였고 측정오차 등에 의해 차이가 날 수도 있겠지만 이러한 점을 감안한다 하더라도 최소한 20% 이상의 진동경감 효과는 있을 것이라는 것을 예측할 수 있다.

다음으로 발파후 깨어진 암석조각인 버력이 이방향인 경우 비교적 멀리까지 비산하여 흩어지므로 특히 하부의 발파효율에 유리한 점으로 작용한다.

또한, 두 확공 발파공법을 굴진장 증대에 적용하여 보면 이방향 천공방법이 보다 효과적이라는 것을 알 수 있다. 즉, 현대 국내의 지하철 건설, 도로터널, 고속전철 건설 등 지하굴착시 일회 발파 굴진장을 결정하는 요인은 암반조건에 따른 터널막장의 안정문제 뿐 아니라 지반진동의 크기도 중요한 요인중의 하나이다.

따라서, 본 발명에서 제안한 공법은 재래식 확폭방법보다 시험시공에서도 밝혀진 바와 같이 지표면에서 측정되는 지반진동의 경감효과가 최소한 20% 정도 있으므로 이에 상응하는 수치만큼 진동치를 고려하여 일회 굴진장을 증대시킬 뿐만 아니라 경제적이고 효율적으로 터널확폭 작업을 수행할 수 있는 것이다.

상기의 방법으로 시공되는 본 발명은 종래의 종방향 천공공법과는 달리 선파일롯(polot) 터널내(7)에서 횡방향으로 천공을 해야하기 때문에 횡방향 장약공의 굴착 각도와 굴착깊이가 정확해야 한다. 이를 위해서 본 발명에서는 록볼트(Rockbolt) 천공이나 발파공 천공에 이용되는 기존의 점보드릴장치에 전자제어장치를 부착하여 정밀한 천공이 가능한 발파공 천공장치를 안출하였으며, 이의 구성을 제6도 내지 제9도를 참조하여 상세히 설명한다.

제6도는 상기 점보드릴(Jumbo drill)장치의 아암부인 하이드로릭 부머(Hydraulic boomer)의 구성을 개략적으로 나타낸 것으로, 상기 하이드로릭 부머는 리어붐 실린더(11), 붐확장실린더(12) 및 프론트붐 실린더(13)로 이루어지되 유압에 의해 상하이동하는 붐실린더부(boom cylinder)와, 드릴의 길이를 이송하는 피드 실린더(14)가 구비되어 상하좌우로 회전구동 및 좌우이동이 가능한 피드부머(feed boomer)로 나뉘어진다.

본 발명의 실시예에서는 상기 붐실린더부의 전측에 구비된 피드붐(Feed boom) 회전부(15)와 상기 피드부머의 일측에 엔코더(Encoder)라는 센서 감응장치를 부착하여, 드릴(drill)의 회전각 및 이동거리를 오퍼레이터(operator)에게 디지탈 형식으로 전달하고, 상기 오퍼레이터(operator)는 이러한 회전장치(13) 및 피드부머의 움직임을 확인하고 목적하는 상태로 이들을 위치시키므로써, 터널굴착단면에 원하는 길이 만큼을 천공할 수 있도록 한 것이다.

여기서, 상기 드릴의 천공각 및 천공길이의 결정을 위한 엔코더의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 제7도는 상기 드릴의 천공각 결정을 위한 로터리형 센싱장치로, 상기 프론트붐실린더에 연결되며, 피드붐(Feed boom) 회전부(15)에 구비된 고정축(21)은 그의 일측 외주연에 외부로 부터 구동력을 전달받아 상기 피드부머를 구동시키는 회전축(24)이 끼워져 장착된다.

상기 회전축(24)에는 그 주연부에 다수의 투광홀(23a)이 형성된 슬롯원판(23)이 끼워지는데, 상기 슬롯원판(23)의 일측면에는 돌기(23b)가 일체로 구비된다.

본 실시예에서는 상기 투광홀(23a)을 360개로 하여 1°씩의 회전을 제어하는 구성을 제시하고 있다.

그리고, 상기 슬롯원판(23)의 양측에는 그의 돌기(23b)가 끼워져 지지되도록 고정홀(25a)이 형성된 고무재질의 지지편(25)이 구비되되, 상기 지지편(25)의 일측단부는 접철편(26)으로 연결되며, 타측단부는 상기 회전축(24)에 탈착이 용이하도록 결합부(25b)가 연장되게 형성되어 나사에 의해 체결된다.

상기 고정축(21)에는 그 상단부에 센서를 지지하기 위한 격자부재(28)가 구비된 고정축고정편(27)이 끼워지며, 상기 격자부재(28)의 일측 하단면에는 빛을 투사하는 발광부(29)와, 상기 슬롯원판(23)의 회전방향을 감지하는 그 면에 다수의 상분리홀(30a)이 형성된 상분리판(30) 및 투사된 빛을 입력받아 외부의 중앙제어부(CPU)로 출력하는 수광부(31)가 각각 차례로 장착되되, 상기 발광부(29)와 상분리판(30)의 사이에 슬롯원판(23)이 위치되도록 한다.

여기서, 상기 상분리판(30)에는 90°위상차를 가지는 신호를 발생시킬 수 있도록 2개의 상분리홀(30a)이 형성되며, 상기 수광부(31)는 정회전 및 역회전에 따른 투사빛을 각각 입력받을 수 있도록 제1 및 제2 입력부(31a,31b)가 상분리판(30)의 상분리홀(30a) 대응위치에 각각 형성되어 슬롯원판(23)의 회전수를 가감할수 있도록 하므로써 회전방향 판별회로를 거쳐 회전수를 카운트하여 출력한다.

제8a도 및 제8b도는 드릴의 천공길이를 결정하기 위한 롤러형 센싱장치로, 상기 드릴의 전진부에 위치되도록 피드실린더(14) 측면에는 ㄴ자 형상의 브라켓(32)이 장착되며, 상기 브라켓(32)의 상면에는 그 주연부에 다수의 투광홀(33a)이 형성된 롤러(33)가 일정 간격을 두고 브라켓(32)에 장착되되, 상기 피드실린더(14) 측면에 접하도록 위치되어 측면과의 마찰력에 의해 이동되도록 한다.

여기서, 상기 롤러(33)의 투광홀(33a)은 20°의 각을 가지는 19개의 홀로 이루어져 회전각을 검색하여 직선거리로 환산할 수 있도록 한다. 이때, 상기 롤러(33)가 한바퀴 회전을 할 때 6π(cm)를 이동하므로 홀(33a)과 홀(33a')사이의 20°는 길이로 환산하면 약 1cm가 된다.

또한, 상기 롤러(33)의 투광홀(33a) 하측에는 발광부(34)가 장착되고, 상측에는 2개의 수광부(35)가 구비된 상판(36)과 2개의 상분리홀(37a)이 형성된 하판(37)이 각각 장착되어 상기 롤러(33)의 회전카운트를 가감할수 있도록 하므로써 회전방향 판별회로를 거쳐 회전수를 카운트하여 입력한다.

상기 상·하판(36,37)을 지지고정할 수 있도록 그의 좌우측에는 상하판지지편(38)이 구비된다.

상기와 같이 구성된 센서감응장치가 채용되는 발파공 천공장치의 작용상태를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 정확한 천공각을 결정하기 위한 작용상태를 설명하면, 터널굴진단면의 수직 천공을 위해 상기 하이드로릭 부머의 피더를 수직으로 세운후, 오퍼레이터가 원하는 각만큼 상기 회전축(24)을 정회전시킨다.

상기 회전축(24)의 회전각을 검색하고, 원하는 각에 도달될 때까지 움직이면서 발광부(29)에서 보내어지는 빛을 상기 롤러(33)의 투광홀(33a)과 상분리판(30)의 홀(30a)을 통하여 수광부(31)의 제1 입력부(31a)에 입력한 후 광원이 통과되는 홀을 수를 카운트하여 누적계산하면 회전각을 결정할수 있게 되는 것이다.

이때, 제9a도 및 제9b도에서 보는 바와 같이 원하고자 하는 회전각이 넘었을 경우 상기 회전축(24)을 역회전시켜 상분리판(30)의 위상차에 따라 증가된 홀의 수만큼 되돌려 수광부(31)의 제2 입력부(31b)에 입력하므로서 회전각을 감소시켜 정확히 맞춘다.

또한, 상기 드릴의 천공길이도 상기와 마찬가지로 피드실린더(14)가 이동함에 따라 그의 측면에 접한 롤러(33)가 마찰력으로 이동하여 회전각을 검색하고, 검색된 회전각을 직선거리로 환산시켜 오퍼레이터에게 전달하므로서 정확한 천공길이를 결정하게 된다.

상기와 같이 구성되어 작용하는 본 발명은 굴착이 완료된 파일롯 터널내에서의 터널진행방향(종방향)과 수직방향(횡방향)의 발파공 천공이 동시에 이루어지되, 로타리(Rotary)형 엔코더와 롤러형 엔코더를 발파공 천공장치에 부착하므로써 피드붐(Feed boom)의 횡방향 천공시의 회전각도 및 드릴의 천공길이를 정확히 측정하여 피더의 수직 천공상태에서 각도를 일정하게 주면서 천공하므로써, 기존의 확폭굴착 작업 공정에서 발파공 천공에 소요되는 작업시간을 단축할 수 있고, 천공장 및 천공수를 감소시킬 수 있기 때문에 공사기간 및 공사비를 직접공사비를 감소시킬 수 있다.

또한, 발파공 천공방향에 따른 발파시 발파진동의 전파특성을 고려할 때, 지표면에서의 진동이 경감되며, 선진도갱 터널로부터 암질 상태를 미리 파악할 수가 있으므로 발파진동의 허용 범위내에서는 일회 발파 굴진거리를 증대시켜 굴진속도를 증대시킬 수도 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 터널보링머신에 의해 선굴착된 파일롯(pilot) 터널내의 상부반단면의 일정 구간을 발파하기 위한 발파공 천공방법에 있어서, 상기 상부반단면에 횡방향으로 발파공을 천공하고, 이와 동시에 상기 터널의 최외곽 굴착단면을 종방향으로 발파공을 천공하는 제1 단계: 상기 과정을 수행후 일정 길이만큼 발파하기 위해서 화약을 상기 최외곽 발파공 및 횡방향 발파공에 장약하되, 최외곽 굴착단면의 발파부분에는 정밀폭약을 장약하는 제2 단계; 장약된 폭약을 발파하고 난 후 생성된 버력을 버력처리용 기계장비를 이용해서 처리하는 제3 단계; 및 상기 최외곽 발파공만을 일정 부분만큼 재차 천공하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이방향 천공 발파방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1단계는 발파효율을 높이기 위하여 상기 선파일롯 터널의 상측 양부분에 격자형상의 발파공을 천공하되, 상기 격자 발파공의 중간부에는 미리 계산하여 설정한 놓은 각도의 발파공을 교대로 천공하는 단계인 것을 특징으로 하는 이방향 천공 발파방법.
3. 고정축(21)과 그의 외주연에 끼워지되 외부로 부터 동력을 전달받아 구동하는 회전축(24)으로 이루어진 피드붐회전부(15)가 구비되되 유압에 의해 상하이동하는 붐실린더부(boom cylinder)와, 드릴의 길이를 이송하는 피드실린더(14)가 구비되되 상하좌우로 회전구동 및 좌우이동이 가능한 피드붐(feed boom)을 구비하여 터널굴착단면의 발파공을 천공하는 하이드로릭 부머를 포함하는 발파공 천공장치에 있어서, 상기 피드붐 회전부(15)의 회전축(24)에 끼워지며, 상기 회전축(24)의 회전각을 카운트할 수 있도록 그 외주연부에 다수의 투광홀(23a)이 형성되되, 그 내주연부에는 다수의 돌기(23b)가 일체로 구비된 슬롯원판(23); 상기 슬롯원판(23)의 양측에 구비되되, 그의 돌기(23b)가 끼워져 지지되도록 대응위치에 고정홀(25a)이 형성되며, 그 단부는 상기 회전축(24)에 탈착이 용이하도록 결합부(25b)가 연장되게 형성된 지지수단(25); 상기 피드붐 회전부(15)의 고정축(21)에 끼워지며, 그 상단부에 격자부재(28)가 구비된 고정축 고정수단(27); 상기 슬롯원판(23)의 양측에 위치되도록 상기 격자부재(28)의 하단면에 광원을 투사하는 제1 발광부(29)와, 투사된 빛을 입력받아 외부로 출력하는 하나 이상의 제1 수광부(31)가 장착되어 상기 슬롯원판(23)의 회전수를 감지하는 슬롯원판 감지수단; 상기 피드실린더(14)의 일측면에 장착된 브라켓(32); 상기 브라켓(32)의 상면과 일정 간격을 두고 장착되되, 상기 피드실린더(14)의 측면에 접하도록 위치되며, 그 주연부에 다수의 투광홀(33a)이 형성된 롤러(33); 및 상기 롤러(33)의 하단와 상단부에 각각 광원을 투사하는 제2 발광부(34)와, 툿된 빛을 입력받아 외부로 출력하는 하나 이상의 제2 수광부(35)가 장착되어 상기 롤러(33)의 회전수를 감지하는 롤러 감지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 발파공 천공장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 슬롯원판(23)의 투광홀(23a)은 1°씩의 회전을 제어할 수 있도록 360개가 형성된 것을 특징으로 하는 발파공 천공장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 제1 수광부(31)와 슬롯원판(23) 사이 및 제2 수광부(35)와 롤러(33)사이에 각각 장착되되, 그 면에 미리 설정된 각도의 위상차를 가지고 신호를 발생시킬 수 있도록 다수의 상분리홀이 형성되어 상기 슬롯원판(23) 및 롤러(33)의 회전방향을 감지하는 상분리수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발파공 천공장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 상분리수단은 90°의 위상차를 가지도록 두개의 상분리홀이 형성되며, 상기 제1 및 제2 수광부(31,35)는 슬롯원판(23) 및 롤러(33)의 정회전 및 역회전시의 투사광원을 각각 입력받을 수 있도록 두개의 입력부가 상기 상분리수단의 상분리홀 대응위치에 각각 형성되어 회전숯를 가감할수 있도록 한 것을 특징으로 하는 발파공 천공장치.
7. 제3항에 있어서, 상기 롤러(33)의 투광홀(33a)은 회전각을 검색하여 직선거리로 환산할 수 있도록 20°의 각을 가지는 19개의 홀로 형성된 것을 특징으로 하는 발파공 천공장치.