KR100447286B1

KR100447286B1 - 터널 장공발파시 여굴 최소화를 위한 외곽공 2열장약발파방법

Info

Publication number: KR100447286B1
Application number: KR10-2002-0000457A
Authority: KR
Inventors: 황학; 김유정; 정태옥
Original assignee: 주식회사 성보이엔씨
Priority date: 2002-01-04
Filing date: 2002-01-04
Publication date: 2004-09-07
Also published as: KR20020008228A

Abstract

본 발명은 터널 장공발파시 여굴 최소화를 위한 외곽공 2열장약 발파방법에 관한 것이다.

본 발명은 이를 위해 터널굴착 예정 단면선의 소정위치 하부에 천공각도를 일정각도로 하여 외곽공(10)을 등간격으로 배열천공하는 단계와, 상기 외곽공(10)이 설치되는 천공선으로부터 일정간격 상부에 외곽공(10)의 천공각도와 같은 각도로 외곽보조공(20)을 등간격으로 배열천공하는 단계와, 상기 외곽공(10)의 공저로부터 외곽공(10) 상부에 설치되는 외곽보조공(20)의 공저 지점까지 정밀폭약(40)을 장전하고 그 상부에 기폭약포를 포함한 일반폭약(30)을 공입구까지 장전한 뒤 전색하는 단계와, 상기 외곽보조공(20)의 공저에 일반폭약(30)에 뇌관을 삽입한 기폭약포를 장전하고 그 위에 정밀폭약(40)을 장전한 뒤 전색시키는 단계와, 상기 외곽공(10)을 먼저 순차적으로 기폭시킨 뒤 외곽보조공(20)을 전부 순차적으로 기폭시키는 단계로 이루어진다.

상기와 같은 본 발명은 장공발파시 천공장비의 특성상 생기는 외향각(Look-out)의 천공오차로 인하여 발생하는 여굴깊이를 절반으로 줄일 수 있도록 한 것이고, 조절발파공의 공간격이 넓기 때문에 천공작업이 용이하고 천공오차 발생으로 인한 발파실패 확률을 줄일 수 있도록 한 것이며, 기존 발파공법의 역기폭에 의한 기폭 시스템을 중기폭으로 기폭시키므로서 정밀폭약의 불발을 줄일 수 있기 때문에 안전사고를 방지할 수 있도록 한 것이고, 외곽공의 장전은 일반폭약과 정밀폭약을혼합하여 장전하되 정밀폭약을 먼저 장전하고 나중에 일반폭약을 장전하므로써 폭력을 증대시켜 파쇄효과를 양호하게 할 수 있도록 한 것이다.

Description

터널 장공발파시 여굴 최소화를 위한 외곽공 2열장약 발파방법{TUNNEL LONG HOLE BLASTING 2 ROW EXPLOSIVE BLASTING METHOD}

본 발명은 터널 장공발파시 여굴 최소화를 위한 외곽공 2열장약 발파방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 장공발파시 천공장비의 특성상 생기는 외향각(Look-out)의 천공오차로 인하여 발생하는 여굴깊이를 절반으로 줄일 수 있도록 한 것이고, 조절발파공의 공간격이 넓기 때문에 천공작업이 용이하고 천공오차 발생으로 인한 발파실패 확률을 줄일 수 있도록 한 것이며, 기존 발파공법의 역기폭에 의한 기폭 시스템을 중기폭으로 기폭시키므로서 정밀폭약의 불발을 줄일 수 있기 때문에 안전사고를 방지할 수 있도록 한 것이고, 외곽공의 장전은 일반폭약과 정밀폭약을 혼합하여 장전하되 정밀폭약을 먼저 장전하고 나중에 일반폭약을 장전하므로써 폭력을 증대시켜 파쇄효과를 양호하게 할 수 있도록 한 것이다.

주지하다시피 조절발파방법의 주목적은 터널단면을 매끄럽게 형성시킬 뿐만 아니라 발파진동의 영향을 최소화 시켜 터널의 굴착 예정선 암반의 손상을 최소화 시키는 것으로, 이와 같이 터널현장에 사용되는 조절발파방법의 종래의 기술로는 라인드릴링(Line Drilling), 쿠션블라스팅(Cushion Blasting), 스므스블라스팅(Smooth Blasting), 프리스프리팅(Presplitting) 등이 사용되고 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 기술은 외곽공의 공간격 및 폭약량을 조절하여 여굴량을 최소화시키는 방법인 것이나, 장공천공에 따른 허용오차로 인하여 발생하는 여굴량을 감소시키는 데는 한계가 있었다.

이를 보다 상세히 설명하면, 상기 라인드릴링(Line Drilling)은 굴착예정선을 따라 조밀한 간격으로 천공하여 굴착예정선에 인위적인 파단선을 형성시켜 주어발파작업으로 발생되는 폭력을 차단할 뿐만 아니라 굴착예정선 밖으로 균열이 생성되지 않도록 하는 발파방법이다.

그러나 상기한 방법은 라인드릴공의 간격을 공경의 2-4배로 천공하기 때문에 천공수가 많아 천공비가 비싸다는 문제점과 아울러 천공시간이 많아져 비경제적인 문제점이 발생되었다. 따라서 터널에서는 특수한 경우를 제외하고는 적용하지 않게 되는 문제점이 발생되었다.

또한 상기 쿠션블라스팅(Cushion Blasting)은 터널굴착 예정선을 따라 천공한 후 폭약을 연속적으로 장전하지 않고 도폭선에 적절한 간격을 두고 폭약을 배치시킨 후 테이프로 고정하여 공내에 삽입하므로써 장약밀도를 유지하는 발파방법이다.

그러나 상기와 같은 종래의 기술은 폭약을 일정간격으로 띠우고 도폭선으로 연결하여 기폭시키기 때문에 수평으로 천공하는 터널발파에서는 장약이 거의 불가능하므로 사용되지 않고 하향으로 천공하는 계단발파에서 주로 사용되는 문제점이 있고, 일반적으로 폭약간의 장약 간격은 30∼50㎝ 정도로 유지하여야 발파되는 문제점이 발생되었다.

또한 상기 스므스블라스팅(Smooth Blasting)은 도 1 에 도시된 바와 같이 터널의 굴착예정선 보호를 위한 조절발파공법으로 가장 많이 사용되는 것으로, 터널굴착예정선을 따라 조밀하게 외곽공(100)을 천공하는데, 이 공법은 인접한 2개의 장약공을 동시에 기폭시키면 각각의 폭약으로부터 응력파가 나와서 방사상으로 전파되어 그 응력파가 공 중앙에서 충돌하므로 서로 간섭해 인장파를 파생하여 천공의 선과 직각방향으로 파단선이 생기는 원리를 이용한 것이다. 천공간격은 굴착예정선에 배치된 공과 전열공과의 최소저항선 보다 0.8배가 되게 한다. 그리고 외곽공에 정밀폭약을 장전하여 폭력을 완화시켜 암석이 파쇄되는 현상을 방지하고 암석이 인장파괴 되어 굴착예정선이 절개되도록 하는 발파방법이다.

그러나 이 방법은 일반 발파방법보다 공간격을 좁게 하기 때문에 천공수가 많아지며, 천공의 정확도를 요구하기 때문에 천공 기술자의 숙련도에 따라 발파의 성패가 좌우되는 문제점이 발생되었다. 또한 장공발파의 경우 외곽공의 천공오차 때문에 천공 및 발파기술이 완벽할 지라도 천공에 의한 여굴량이 커지는 문제점이 발생되었다.

또한 상기 프리스프리팅(Presplitting)은 터널 굴착예정선을 따라 매우 조밀하게 천공하여 약장약 한 후 일반 발파공보다 먼저 기폭시켜 인공적으로 터널굴착 예정선에 틈을 만들어 줌으로서 일반 발파공 발파로 발생되는 폭력을 차단하여 굴착 예정선을 보호할 뿐만 아니라 진동전달 현상을 방지하는 방법이다.

그러나 이와 같은 방법은 공간격이 매우 조밀하기 때문에 천공수가 많아질 뿐만 아니라 일반 발파공보다 먼저 기폭되기 때문에 장전밀도의 정확도의 여부에 따라 프리스프르팅 효과가 결정되는 문제점이 발생되었다. 일반적으로 터널현장에서는 이 방법을 적용할 경우 실패하는 경우가 대부분인데, 이는 지층변화가 심한 터널의 암질에 맞게 장전밀도를 맞추기가 매우 어려울 뿐만 아니라 천공작업 여건이 매우 불리하여 천공의 정밀도가 떨어져 공발이 되는 경우가 많고, 또한 프리스프리팅 효과가 나타났다 하더라도 후속적으로 진행되는 일반발파의 진동으로 암반에 균열이 진행되어 부석제거 작업시 굴착 예정선이 매끄럽게 유지되지 않는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 장공발파시 천공장비의 특성상 생기는 외향각(Look-out)의 천공오차로 인하여 발생하는 여굴깊이를 절반으로 줄일 수 있도록 함을 제1목적으로 한 것이고, 제2목적은 조절발파공의 공간격이 넓기 때문에 천공작업이 용이하고 천공오차 발생으로 인한 발파실패 확률을 줄일 수 있도록 한 것이며, 제3목적은 기존 발파공법의 역기폭에 의한 기폭 시스템을 중기폭으로 기폭시키므로서 정밀폭약의 불발을 줄일 수 있기 때문에 안전사고를 방지할 수 있도록 한 것이고, 제4목적은 외곽공의 장전을 일반폭약과 정밀폭약을 혼합하여 장전하되 정밀폭약을 먼저 장전한 뒤 나중에 일반폭약을 장전하고, 외곽보조공은 외곽공 사이에 천공하되 외곽공의 1/2 천공장으로 천공하고 공저에 일반폭약을 먼저 장전한 뒤 그 위에 정밀폭약을 장전하므로서 천반상부로의 여굴량을 최소화시킴과 아울러 폭력을 증대시켜 파쇄효과를 양호하게 할 수 있도록 한 것이며, 제5목적은 여굴의 최소화로 인해 굴착터널의 단면이 매끄럽게 형성되어 목표로 한 굴착단면 외부의 여굴공간을 충전하는 작업이 최소화되고 천반균열을 최소화시킬 수 있도록 한 터널 장공발파시 여굴 최소화를 위한 외곽공 2열장약 발파방법을 제공한다.

이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 터널의 조절발파방법에 있어서, 터널굴착 예정 단면선의 소정위치 하부에 천공각도를 일정각도로 하여 외곽공을 등간격으로 배열천공하는 단계와, 상기 외곽공이 설치되는 천공선으로부터 일정간격 상부에 외곽공의 천공각도와 같은 각도로 외곽보조공을 등간격으로 배열천공하는 단계와, 상기 외곽공의 공저로부터 외곽공 상부에 설치되는 외곽보조공의 공저 지점까지 정밀폭약을 장전하고 그 상부에 기폭약포를 포함한 일반폭약을 공입구까지 장전한 뒤 전색하는 단계와, 상기 외곽보조공의 공저에 일반폭약에 뇌관을 삽입한 기폭약포를 장전하고 그 위에 정밀폭약을 장전한 뒤 전색시키는 단계와, 상기 외곽공을 먼저 순차적으로 기폭시킨 뒤 외곽보조공을 전부 순차적으로 기폭시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 터널 장공발파시 여굴 최소화를 위한 외곽공 2열장약 발파방법를 제공한다.

이하에서는 이러한 목적 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 의 (a)는 종래 조절발파공을 보인 정면 배치도이고,

(b)는 종래 조절발파공의 천공형태를 보인 부분 단면도이며,

(c)는 종래 조절발파공의 장약형태를 보인 부분 단면도이다.

도 2 는 (a)는 본 발명에 적용된 조절발파공을 보인 정면 배치도이고,

(b)는 본 발명 외곽공의 천공형태를 보인 부분 단면도이며,

(c)는 본 발명 외곽보조공의 천공형태를 보인 부분 단면도이고,

(d)는 본 발명 외곽공의 장약형태를 보인 부분 단면도이며,

(e)는 본 발명 외곽보조공의 장약형태를 보인 부분 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 외곽공 20: 외곽보조공

30: 일반폭약 40: 정밀폭약

100: 외곽공

본 발명에 적용된 터널 장공발파시 여굴 최소화를 위한 외곽공 2열장약 발파방법은 도 2 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

먼저, 본 발명 터널 장공발파시 여굴 최소화를 위한 외곽공 2열장약 발파방법을 위해서는 터널굴착 예정선으로부터 20㎝ 하부에 천공각도를 4°내외로 하여 외곽공(10)을 등간격으로 배열하는 단계와 상기 외곽공(10)이 설치되는 천공선으로부터 10㎝ 상부에 천공각도를 4°내외로 하여 외곽보조공(20)을 등간격으로 배열하는 단계를 거치게 된다. 이때 상기 외곽보조공(20)의 천공위치는 외곽공(10)과 외곽공(10) 사이에 교호시켜 배치하되, 외곽보조공(20)의 천공 길이는 외곽공(10)의 절반이 되도록 한다.

또한 상기 외곽공(10)의 공저로부터 외곽공(10) 상부에 설치되는 외곽보조공(20)의 공저 지점까지는 정밀폭약(40)을 장전하고 그 상부에는 중기폭으로 하여 기폭약포를 포함한 일반폭약(30)을 공입구까지 장전한 뒤 전색하는 단계를 거치게 된다.

더 나아가서 상기 외곽보조공(20)의 공저에는 일반폭약(30)에 뇌관을 삽입한 기폭약포를 장전하고 그 위에 정밀폭약(40)을 장전한 뒤 전색시키는 단계를 거치게 된다.

한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명 터널 장공발파시 여굴 최소화를 위한 외곽공 2열장약 발파방법의 작용을 설명하면 다음과 같다.

우선, 상기 외곽공(10)과 외곽보조공(20)의 기폭 순서는 먼저 외곽공(10)을 순차적으로 전부 중기폭 방식으로 기폭시킨 후 이어서 외곽보조공(20)을 순차적으로 전체를 역기폭 방식으로 기폭시키게 되는 것으로, 이로 인해 터널 전단면에 배열되는 장약공중 굴착 예정선에 배열되는 외곽공(10)의 천공오차와 발파효과의 문제점을 개선하여 터널 단면의 여굴현상을 최소화 시키는 새로운 개념의 조절발파방법이다.

즉, 보다 상세히 설명하면, 터널굴착을 위해 일반적으로 사용되는 점보드릴의 천공장비로 천공하여 장공발파를 실시할 경우 기존 조절발파공법에서는 장비의 특성상 생기는 천공오차로 공저부분의 여굴깊이(도면 제1도의 b에 나타나 있는 h)는 아래의 표1과 같이 발생한다.

터널단면과 이루는 천공 최소각인 4°및 5°시 여굴깊이

천 공 장	공 저 부 분 여 굴 깊 이(h)
천 공 장	천 공 각 도 4°일 때	천 공 각 도 5°일 때
3m	21㎝	26㎝
4m	28㎝	35㎝
5m	35㎝	44㎝
6m	42㎝	52㎝

상기 표1에서와 같이 종래의 조절발파방법을 적용할 경우 불가피하게 발생하는 여굴량을 감소시키는 것은 불가능하다. 그러나, 본 발명의 기술을 적용할 경우 상기 종래의 방법과 동일한 천공각도를 유지한다 할지라도 아래의 표2와 같이 여굴량을 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

터널단면과 이루는 천공 최소각인 4°시 여굴깊이

천공장	공저부분 여굴깊이(h')
외곽보조공	외곽공	외곽 보조공	외곽공(20㎝하부에 공좌설정)
1.5m	3.0m	10㎝	1㎝
2.0m	4.0m	14㎝	8㎝
2.5m	5.0m	17㎝	15㎝
3.0m	6.0m	21㎝	22㎝

상기와 같이 본 발명의 기술은 장공발파를 수행하면서도 불가피한 천공오차의 한계를 극복하여 여굴량을 최소화 할 수 있도록 한 것으로, 아래의 표3은 종래의 조절발파방법과 본 발명 기술과의 비교를 나타낸 것이다.

종래의 조절발파공법과 본 발명기술과의 특성 및 효과 비교

구분	라인드릴링	쿠션블라스팅	스무스블라스팅	프리스프리팅	본발명발파방법
공간격(공경:45mm)	150	800	600	400	외곽공:800mm외곽보조공:800mm
전열공과의 최소저항선	500	1,000	800	500	*외곽공-외곽보조공:200mm
공당장약밀도	무장약	0.35	0.25	0.46	외곽공:0.46외곽보조공:0.28
사용 화약류	-	일반폭약	정밀폭약	정밀폭약	정밀폭약일반폭약
최소 여굴깊이(5m천공시)	350	350	350	350	150
특징	외곽공 공수가 배이상으로 증가암질 불량시 발파효과 미흡	터널 발파시 장전 어려움공간격이 넓음	암질 불량시 발파효과 미흡천공 오차 발생시 효과 미흡	PS공을 주발파 공법보다 먼저 발파공발이 많이 발생	불균질 암반에 적합천공오차에 따른 발파효과 영향적음*천공각도에 따른 여굴이 극히 적음

상기와 같이 본 발명은 종래의 기술과 비교하여 볼 때 천공형태, 공배열, 장약방법을 달리할 뿐만 아니라 장공발파시 천공장비에 의한 외향각(Look-out)의 천공오차를 최소화 할 수 있는 외곽공 2열장약 발파공법으로서 가장 이상적인 조절발파 효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 장공발파시 천공장비의 특성상 생기는 외향각(Look-out)의 천공오차로 인하여 발생하는 여굴깊이를 절반으로 줄일 수 있도록 한 것이고, 조절발파공의 공간격이 넓기 때문에 천공작업이 용이하고 천공오차 발생으로 인한 발파실패 확률을 줄일 수 있도록 한 것이며, 기존 발파공법의 역기폭에 의한 기폭 시스템을 중기폭으로 기폭시키므로서 정밀폭약의 불발을 줄일 수 있기 때문에 안전사고를 방지할 수 있도록 한 것이고, 외곽공의 장전을 일반폭약과 장밀폭약을 혼합하여 장전하되 정밀폭약을 먼저 장전하고 나중에 일반폭약을 장전하므로써 폭력을 증대시켜 파쇄효과를 양호하게 할 수 있도록 한 것이며, 이로 인해 여굴량이 최소화되고 굴착단면이 매끄럽게 형성되어 여굴공간의 충전작업이 거의 필요없게 됨은 물론 암반균열이 적어 부석의 제거나 터널의 붕괴위험성이 최소화 되는등 시공상의 신뢰성을 대폭 향상될 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

터널의 조절발파방법에 있어서,

터널굴착 예정 단면선의 소정위치 하부에 천공각도를 일정각도로 하여 외곽공(10)을 등간격으로 배열천공하는 단계와,

상기 외곽공(10)이 설치되는 천공선으로부터 일정간격 상부에 외곽공(10)의 천공각도와 같은 각도로 외곽보조공(20)을 등간격으로 배열천공하는 단계와,

상기 외곽공(10)의 공저로부터 외곽공(10) 상부에 설치되는 외곽보조공(20)의 공저 지점까지 정밀폭약(40)을 장전하고 그 상부에 기폭약포를 포함한 일반폭약(30)을 공입구까지 장전한 뒤 전색하는 단계와,

상기 외곽보조공(20)의 공저에 일반폭약(30)에 뇌관을 삽입한 기폭약포를 장전하고 그 위에 정밀폭약(40)을 장전한 뒤 전색시키는 단계와,

상기 외곽공(10)을 먼저 순차적으로 기폭시킨 뒤 외곽보조공(20)을 전부 순차적으로 기폭시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 터널 장공발파시 여굴 최소화를 위한 외곽공 2열장약 발파방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 외곽보조공(20)의 천공위치는 외곽공(10)과 외곽공(10) 사이에 교호시켜 배치하되, 외곽보조공(20)의 천공 길이는 외곽공(10)의 절반이 되도록 한 것을 특징으로 하는 터널 장공발파시 여굴 최소화를 위한 외곽공 2열장약 발파방법.
청구항 1 에 있어서,

상기 외곽공(10)은 중기폭으로 기폭시키고, 외곽보조공(20)은 역기폭으로 기폭시키는 것을 특징으로 하는 터널 장공발파시 여굴 최소화를 위한 외곽공 2열장약 발파방법.