KR100648602B1

KR100648602B1 - 선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법

Info

Publication number: KR100648602B1
Application number: KR1020040070353A
Authority: KR
Inventors: 서동렬; 조영동
Original assignee: 서동렬
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2006-11-24
Also published as: KR20060021569A

Abstract

본 발명은 선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 발파방법은 터널의 최외곽공(11)을 순발(瞬發)전기뇌관을 이용하여 선균열발파를 실시함으로써, 터널의 최외곽공(11)이 선 기폭된 후 파단선을 따라 균열권이 형성되게 하고, 그 다음의 기폭단수부터 심발발파가 이루어지게 하여 순차적으로 터널 전체가 발파되게 하는 방법이다. 이때, 본 발명에서는 심발공(12), 바닥공(13), 심발확대공(14), 중간공(15)은 몇 개의 영역으로 구획하여 각 천공된 장약공(60)에 지발전기뇌관을 장전하고, 이 지발전기뇌관들의 각선을 영역별로 보조모선(20)들에 연결하여 회로단자판(30)을 거쳐 다단식발파기(50)에 연결하여 다단식발파기(50)의 회로구성을 통해 연속적으로 다단기폭 되도록 하는 것을 특징으로 하고 있으며, 또한, 본 발명에서 최외곽전열공(16)은 장약공(60)에 장전되어진 동일번호의 지발전기뇌관들의 자체 기폭시차이외에 다단식발파기(50)의 회로별 시차조정을 통한 지연시차를 조합하여 발파함으로써, 터널의 전단면(10)이나 상부 반단면에 장전된 뇌관들을 각각 서로 다른 시차로 연속 기폭되게 하여 1회의 발파가 이루어지도록 하는 것이다.

터널, 발파, 다단식발파기, 뇌관, 여굴, 진동제어, 프리스프리팅

Description

선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법{Tunnel blasting method by controling the shot crack and the shaking of tunnel using pre-splitting}

도 1a는 종래 기술에 따른 다단식 발파방법에 따른 터널의 단면도,

도 1b는 종래 도 1a의 천공 배치도,

도 1c는 종래 기술에 따른 도 1a 도시된 다단식 발파방법을 이루는 다단식발파기의 구성도,

도 2a는 종래 기술에 따른 다단식 발파방법의 다른 실시예를 보여주는 터널의 단면도,

도 2b는 종래 기술에 따른 도 2a의 천공배치도,

도 2c는 종래 기술에 따른 도 2a 도시된 다단식 발파방법을 이루는 다단식발파기의 구성도,

도 3은 종래 터널발파시 뇌관의 기폭시차가 여굴에 미치는 영향을 검토하기 위한 천공 배치도면,

도 4는 종래 터널 발파시 뇌관의 기폭시차가 여굴에 미치는 영향을 검토한 실험 결과를 보여주는 굴착면 상태 도면,

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 다단식발파기를 이용하면서 선균열발파를 응용한 터널 여굴 및 진동제어 발파방법을 도시한 터널의 단면도,

도 6은 본 발명에 따라 터널의 전단면 중 최외곽공을 영역별로 다수의 회로구성을 통해 다단식발파기에 연결하는 도면,

도 7은 본 발명에 따라 터널의 전단면 중 심발공, 바닥공, 심발확대공 및 중간공을 영역별로 하나의 회로구성을 통해 다단식발파기에 연결하는 도면,

도 8은 본 발명에 따라 터널의 전단면 중 최외곽전열공을 영역별로 다수의 회로 구성을 통해 다단식발파기에 연결하는 도면,

도 9는 본 발명의 다른 실시예로써, 다단식발파기를 이용하여 터널 여굴 및 진동제어 발파방법을 위한 발파패턴을 설계한 터널의 단면도,

도 10은 도 9에 도시된 터널의 단면도에서 최외곽공의 선균열발파는 다단식발파기의 1회로를 이용하고, 심발공, 바닥공, 심발확대공, 중간공 및 최외곽전열공은 다단식발파기의 나머지 회로 영역 모두에 연결된 상태를 보여주는 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 전단면 11 : 최외곽공

12 : 심발공 13 : 바닥공

14 : 심발확대공 15 : 중간공

16 : 최외곽전열공 20 : 보조모선

30 : 회로단자판 40 : 케이블

50 : 다단식발파기 60 : 장약공

70 : 무장약공

본 발명은 선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법으로서, 상세하게는 터널 굴진의 발파작업에서 먼저 터널의 최외곽공을 구성하는 5~8개 장약공을 하나의 영역으로 묶어 영역별로 구획한 다음, 순발(瞬發)전기뇌관을 이용하여 장약하고 다단식발파기를 통해 기폭시차를 다단기폭(4~6단차)으로 하여 컨트롤 블라스팅(Controlled Blasting;조절발파)의 프리스프리팅(presplitting; 선균열발파)을 시행하여 터널의 최외곽공이 선 기폭된 후 파단선을 따라 균열권이 형성되게 하고, 그 다음의 심발발파에서부터 상기 다단식발파기의 나머지 회로에 연결된 지발전기뇌관을 통해 순차적으로 다단기폭이 이루어지게 하여 터널 전체가 발파되게 함으로써, 순발전기뇌관의 특성에 의한 편평한 굴착면을 얻을 수 있고 결과적으로 터널 여굴을 최대한 제한할 수 있음은 물론, 지발전기뇌관의 자체 기폭시차와 다단식발파기의 회로별 지연시차의 조합으로 발파의 시차범위가 확대되면서 지발당장약량을 최소로 줄이게 되어 진동을 감소시킬 수 있는 선균열발파를 응용한 터널 여굴 및 진동제어 발파방법에 관한 것이다.

종래 터널 및 수직구의 암반을 굴착하기 위한 발파방법으로 널리 이용되는 발파방법으로써 분할발파공법이 있다.

이 분할발파방법은 주로 터널이나 수직구 등의 전단면이 크게 형성되는 경우에 채택하여 사용하는 공법으로서, 발파시 발생되는 진동 및 소음을 최소로 하기 위하여 터널의 전단면을 여러 개의 소구획으로 구분하여 전체를 천공한 후 장약하여 1구획 발파, 2구획 발파 등의 작업을 여러 차례에 걸쳐 반복하여 발파하는 공법이다.

즉, 터널이나 수직구 등의 구축방법으로서 전단면을 여러 개의 구획으로 나누어서 여러 차례에 걸쳐 반복하여 발파하는 방법으로서, 발파 작업이 필요한 전단면이나 상부 반단면을 몇 개의 구역으로 구획하여 일정한 형태로 천공하고, 이 천공구멍에 폭약 및 뇌관들을 장전하여 여러 차례로 나누어서 각 영역별로 구분하여 개별적으로 발파시키는 공법인 것이다.

그러나, 상기한 종래 분할발파공법은 발파 시 동시에 기폭되는 폭약의 량(이를 "지발당장약량" 이라 한다. 즉, 동일번호 뇌관의 숫자의 합쳐진 폭약량이 같은 시간에 발파되는 화약량 이다.)이 적게 되어 지반진동 및 소음을 최소화할 수 있는 점에서는 어느 정도 효과적이나, 전단면을 몇 차례로 나누어 분할하여 발파하여야 하기 때문에 전체적인 작업능률이 저하되어 시공작업이 비능률적이고, 비경제적이라는 문제점이 있었다.

또한, 각 영역별로 파단면의 부석 제거등 사후처리가 완전하지 않은 상태에서 계속적으로 작업을 해야하기 때문에 안전사고의 위험이 높다는 문제점이 있었다.

이에 상기한 종래 분할발파공법을 개선하기 위한 하나의 새로운 공법으로, 터널 및 수직구의 발파 공사 시에 다단식발파기를 이용하여 진동 및 소음을 감쇄시키는 터널의 발파방법이 창안되었다.

즉, "다단식발파기를 이용한 터널 발파방법"이란 명칭으로 1995년 1월 16일에 특허출원(출원번호 특1995-00623호)되고, 1998년 8월5일에 특허등록(등록번호 10-0158532호)된 발명에 의하면, 전단면을 여러 개의 영역들로 구획하여 일정한 형태로 천공하고, 이 천공구멍으로 장전되는 폭약 및 뇌관들의 기폭시차를 다단식발파기의 회로구성을 통하여 회로별로 일정한 지연시차를 갖고 연속하여 발파되게 함으로써 전단면을 1회로 발파시킬 수 있을 뿐만 아니라, 지발당장약량을 최소로 함으로써 진동 및 소음을 저감시킬 수 있는 것으로 기재되어 있다.

다시 말해, 상기 다단식발파기를 이용한 터널 발파방법은 터널이나 수직구의 전단면의 장약공에 장전되는 지발(遲發)뇌관의 기폭시차를 다단식발파기에서 회로구성을 통하여 일정한 지연시차를 갖고 서로 다른 기폭시차로 분산, 기폭 시킴으로써 전단면을 1회에 발파시키는 것으로, 전단면에 천공된 장약공에 장전되는 뇌관들이 서로 다른 기폭시차를 갖고 기폭이 가능함으로써 전단면에 천공된 장약공의 지발당장약량을 최소로 함으로써 진동 및 소음을 저감시키는 것이다.

그리고 이때, 발파패턴을 설계할 때, 심발 중앙부에 무장약공을 천공하여 인위적인 자유면을 형성하기 때문에 발파시 초기진동의 감소와 효율적인 심빼기를 달성하는 다단식발파기를 이용한 터널 발파방법을 제공하며, 터널이나 수직구의 전단면을 여러 개의 구역으로 구획하여 순차적으로 발파되면서 전체의 단면적이 1회에 발파되므로 발파작업이 간단하고, 발파시간이 종래의 발파방법에 비해 1/10로 절약될 뿐만 아니라, 1회의 발파 시공만으로도 굴착이 가능하기 때문에 공기단축 등 시공성향상과 인력 및 원가절감, 사고방지 등 굴착작업이 수월한 것으로 나타나 있 다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면, 도 1a 내지 도 1c에 도시한 바와 같이, 종래 발명은 터널이나 수직구를 발파시키는 방법에 있어서, 발파할 전단면(1)을 여러 개의 영역별로 구획하여 일정한 형태로 천공구멍들을 형성시킨 후, 이 천공구멍 내에 지발전기뇌관들을 폭약과 함께 장전하되, 지발전기뇌관들의 각선을 영역별로 보조모선(2)들에 연결하여 회로단자판(3)을 거쳐 다단식발파기(5)에 연결하여 회로구성을 하고, 이 다단식발파기에서 회로당 일정한 간격의 지연시차를 갖도록 조정한 후, 각각의 장전된 지발전기뇌관들이 자체 기폭시차에 상기 다단식발파기에서 조정된 지연시차를 갖고 다단계의 시차로써 연속적으로 기폭되게 함으로써 전단면을 최소의 지발당장약량으로 1회로 발파시키게 함을 그 기술구성상의 특징으로 하였다.

이때, 상기 지발당장약량은 0.25-0.625㎏인 것으로 하고, 상기 지발전기뇌관은 초시단차 250㎳-600㎳인 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상기 발명은 발파할 전단면을 6개의 구역으로 구획하여 다단식발파기에서 회로 구성시 42ms의 지연시차를 갖도록 조정하여 장약공(6)에 장전된 각각의 지발전기뇌관들이 자체 기폭시차이외에 영역별로 42ms의 지연시차를 갖고 다단계의 시차로써 연속적으로 기폭되게 함을 특징으로 하고 있다.

즉, 상기 선출원된 종래 발명은 장약공(6)에 장전되어진 지발전기뇌관들의 자체 기폭시차이외에, 다단식발파기(5)의 회로별 시차조정을 통한 지연시차를 조합하여 발파할 전단면에 장전된 뇌관들을 각각 서로 다른 시차로 기폭되게 하는 것을 발명의 핵심적인 기술사상으로 하고 있으며, 초기 발파진동을 제어하기 위하여 심 발공의 심빼기 천공형태는 무장약공(7)을 중앙부에 3개, 그 좌우 측 주변에 각각 장약공(6)을 3열, 2행의 배열로 브이컷 방식으로 천공하고, 장약공(6)의 외부로 무장약공(7)을 각각 3개씩 천공하고 있다.

이와 같이 전단면의 심발 중앙부에 무장약공(7)을 형성시키는 이유는 초기 심빼기 시의 발파진동을 인위적으로 감소시키도록 자유면으로서의 기능과 심빼기의 제발효과를 높이기 위한 것이다.

또한, 상기 발명에서 사용되는 다단식발파기(5)는 1회로당 최소 9주울(joule)의 에너지를 방출하는 10회로 콘덴서식 연속발파기로 9개의 3자리 스위치가 있어 1ms(0.001초)에서 999ms(0.999초)까지 지연시차(delay time)를 임의로 조절할 수 있는 장치로서, 1-10번까지의 계기창이 형성되어 있고, 10개까지의 보조모선(2)들을 회로단자판(3)에 연결시켜 케이블(4)을 통하여 다단식발파기(5) 본체에 접속시켜 회로구성을 할 수 있는 장치이다.

그리고, 상기 공개된 발명은 장약공(6)에 장전된 지발전기뇌관들의 각선들은 영역별로 구분하여 각각의 보조모선(2)들에 접속되어져서 다단식발파기에 연결되어 회로구성을 하게 된다.

한편, 현재 시판 중인 발파시 사용되는 폭약을 기폭시키는 지발(遲發)전기뇌관의 종류로는 MS(Milli-second)시리즈뇌관과 LP(Long Period)시리즈뇌관 및 상기한 DS시리즈뇌관이 있다.

상기 MS시리즈뇌관의 기폭시차는 20ms 혹은 25㎳로써 20단계의 시차를 갖는 지발전기뇌관이고, 상기 LP시리즈뇌관의 기폭시차는 100-500㎳로써 25단계의 시차 를 갖는 지발전기뇌관이며, 상기 DS시리즈뇌관의 기폭시차는 250ms로써 20단계의 시차를 갖는 지발전기뇌관으로 이들을 조합하여 사용하게 되면, 이론적으로 다단계의 초시단차를 가질 수가 있다.

이들을 다시 상기한 다단식발파기의 회로구성을 통하여 회로별로 연결하게 되면, 회로별로 세분화된 지연시차를 갖도록 할 수 있어 시차조정의 범위를 더욱 확대할 수 있다.

따라서, 시차범위가 확대되면 지발당장악량을 줄이게 되어 진동을 감소시킬 수 있는 것이다.

그러나, 상기 선출원된 다단식발파기를 이용한 터널 발파방법은 기폭시차가 0.25초인 DS(Deci-second)시리즈 지발전기뇌관만을 사용하는 것으로 고안되었기 때문에 심빼기작업이 효과적으로 이루어지지 않을 수도 있다는 문제점이 있었다.

즉, 상기 선출원된 발명에 있어서, 상기 DS시리즈 지발전기뇌관 자체의 초시단차가 250ms로서 다단식발파기를 이용하여 동일한 번호의 뇌관간의 기폭시차간격, 즉 회로별로 42ms의 지연시차를 갖고 있어 그만큼 기폭시차가 길어져서 심빼기발파작업에 있어서 제발효과가 감소되기 때문에 심빼기작업이 효과적으로 이루어지지 않을 수도 있다는 문제점이 있는 것이다.

특히, 뇌관단차간에 250ms의 초시간격을 갖는 DS시리즈뇌관들은 연속적인 발파시 회로별로 42ms의 지연시차를 갖고 기폭되는데, 이는 그만큼 발파간격이 길어짐을 의미하기 때문이다.

또한, 발파공이 150-300개인 대단면 터널의 경우에는 종래의 DS시리즈뇌관들 을 조합한 최대 37단계의 초시단차로도 부족하여 동시에 기폭되는 지발당장약량이 많아지게 되며, 이로 인해 초기진동이 커지는 문제점을 갖고 있는 것이다.

특히, 상기 선출원은 DS시리즈뇌관들로만 장전하기 때문에 발파패턴 설계시 뇌관번호별로 배열함에 있어 신중을 기해야 하는 문제점이 있었다.

왜냐하면, 심발공을 중심으로 동심원상으로 뇌관배열 및 기폭시차조정이 어렵기 때문이다.

또한, 상기 DS시리즈뇌관은 그 초시단차가 20단계이상은 세분화되어 있지 않으며, 또한 최근에는 그 생산이 중단되었기 때문에 이들을 대체할 수 있는 지발뇌관들을 사용하여야 하는 문제점이 있는 것이다.

이에 상기 선출원 발명의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 20-25ms의 기폭시차 단차를 갖는 MS지발뇌관 및 100-500ms의 기폭시차 단차를 갖는 DS지발뇌관에 의한 기폭시차 이외에, 다단식발파기에서 회로별로 각각의 뇌관들을 8-65ms 범위내의 지연시차를 설정하여 서로 다른 기폭시차를 갖도록 정밀하게 조정함으로써 기폭시간이 중복되지 않고 세분화되어 지반진동 및 소음의 크기가 대폭 감소되는 제어발파시스템이 제안되어 특허 등록된 바 있다.

즉, 1997년 7월 21일에 특허출원(출원번호 특1997-34103호)되고, 1999년 2월 22일 특허등록(등록번호 10-0196634호)된 "정밀기폭시차 조정이 가능한 진동제어 암반발파시스템"이 그 것이다.

상기 선출원되어 특허등록된 제10-0196634호의 "정밀기폭시차 조정이 가능한 진동제어 암반발파시스템" 관해 첨부된 도면 도 2a 내지 도 2c에 의하여 설명하면 다음과 같다.

심발공(2)부분은 장약공과 무장약공으로 일정한 배열형태로 소정깊이로 천공시키고, 심발확대공(3) 및 외곽공(4)등은 소정깊이의 동심원형태로 천공하는 발파공 천공단계와, 상기 발파공들에 폭약(8)과 함께 지발뇌관(7)들을 장전하는 폭약장전단계와, 상기 발파공들에 장전되는 지발뇌관들의 각선(9)을 보조모선(11)으로 회로단자판(12)에 연결하여 발파모선(13)으로 다단식 발파기(14)에 연결시켜 기폭시키는 기폭단계로 이루어진 발파방법에 있어서, 심발공(2)부분에는 20-25ms의 기폭시차를 갖는 지발뇌관들과, 심발확대공(3) 및 외곽공(4)은 100-500ms의 기폭시차 단차를 갖는 지발뇌관들로 각각 분리하여 장전시켜서, 다단식 발파기의 회로구성을 통하여 상기 심발공(2) 구역은 지발뇌관 자체가 갖고 있는 기폭시차를 갖고 발파되게 하며, 심발확대공(3) 및 외곽공(4) 구역은 회로별로 지발뇌관들의 기폭시차이외에 각각 일정한 지연시차 범위내에서 적정시차를 설정하여 각 장약공(6)이 서로 다른 기폭시차를 갖고 연속적으로 기폭됨을 특징으로 하는 것으로 되어 있다.

이때, 상기 심발확대공(3) 및 외곽공(4)은 회로별로 동일 기폭시차의 지발뇌관들을 8-65ms의 지연시차 범위내에서 적정시차를 선택하여 발파됨을 특징으로 하고 있고, 상기 심발확대공(3) 및 외곽공(4)의 지발당장약량은 0.06-5㎏인 것을 특징으로 하고 있다.

이처럼 상기 선출원된 발명들은 발파작업이 요구되는 전단면을 여러 구획으로 분할함과 동시에 다단식발파기를 이용하여 지발전기뇌관 자체가 갖고 있는 기폭시차 및 다단식발파기의 회로 구성을 통한 일정한 지연시차를 통해 심발공에서부터 외곽공 방향으로 일정한 지연시차 범위 내에서 짧은 시간 안에 연속적으로 기폭되는 방법을 사용하고 있는 것입니다,

그런데, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 바닥면 길이가 3.2m되는 터널의 좌우측면에 각각 지연시차가 2300㎳인 지발뇌관과, 지연시차가 0㎳인 순발뇌관을 설치하여 발파한 후 터널벽면의 코아를 회수하여 균열권을 조사하고, 터널벽면에 형성된 비트자국을 조사한 터널발파시 뇌관의 기폭시차가 여굴에 미치는 영향을 검토한 실험 및 논문 내용에 의하면, 지발뇌관을 이용한 발파 벽면이 순발뇌관을 이용한 발파벽면에 비해 상대적 더 큰 여굴이 형성됨과 동시에 여굴면이 깨끗하지 않음을 실험적으로 알 수 있었다.

즉, 상기 외곽공을 지연시차가 0㎳인 순발전기뇌관을 사용한 경우에는 뇌관의 기폭오차 없이 동시 기폭이 가능하므로 응력파 중첩의 간섭효과가 잘 작용되어 깨끗하고 적은 여굴면을 얻을 수 있음이 밝혀졌고, 상기 선출원된 발명들에서처럼 터널 외곽공을 지발전기뇌관을 사용하여 기폭시키는 경우, 뇌관의 기폭 오차에 의해 동시에 기폭되지 않으며, 이로 인한 인접공과 응력파 중첩의 간섭효과가 순발전기뇌관을 이용하여 기폭오차를 최소화한 상태에서 기폭할 때 보다 상대적으로 떨어지게 되는 문제점을 가지고 있음이 밝혀졌으며, 실질적인 발파현장에서도 터널 여굴의 최소화하는 데 많은 노력을 기울이고 있는 것이다.

이처럼 종래 지발전기뇌관을 사용할 경우에 인접공과의 응력파 중첩의 간섭효과가 떨어짐에 따라 터널 여굴현상이 순발전기뇌관을 사용할 때 보다 상대적으로 크게 나타나는 문제점이 있으며, 이와 같이 발파 후 형성되는 파단면에 여굴이나 균열 등이 형성될 경우, 이의 단면처리를 위하여 고가의 숏크리트가 많이 소요되기 때문에 이러한 여굴 부위를 보완하기 위한 별도의 작업에 따른 공기 및 공사비용이 상승한다는 문제점을 갖게 됨에 따라 개선의 필요성이 대두되고 있다.

또한, 상기 선출원된 발명들은 발파패턴 설계 시 뇌관번호별로 배열함에 있어 결선방법이 복잡하여 신중을 기해야 하기 때문에 작업의 신속성 측면에서 다소 바람직하지 못하다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 종래 및 선출원된 발파방법의 문제점을 개선할 필요성의 대두에 따른 상기한 문제점들을 해결하기 위한 하나의 개선 방법으로 안출된 것으로, 본 발명은 터널굴진의 발파 작업에서 터널의 최외곽공을 컨트롤 블라스팅(Controlled Blasting)의 프리스프리팅(presplitting; 선균열발파)으로 실시하는 데 그 특징이 있으며, 이때 순발(瞬發)전기뇌관을 이용하여 장약하고 기폭시차를 다단기폭(4~6단차 ; 5~8개의 장약공을 하나의 영역으로 묶는다)으로 가장 낮은 단수로 선균열발파를 시행하여 터널의 최외곽공이 선 기폭된 후 파단선을 따라 균열권이 형성되게 하고, 그 다음의 기폭단수부터 지발전기뇌관의 자체 지연시차와 다단식발파기의 지연시차로 심발발파가 이루어지게 하여 순차적으로 터널 전체가 발파되게 하는 선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법을 제공하고자 하는 데 그 목적이 있다.

물론 이때, 발파진동 및 소음의 영향이 문제가 되지 않는 터널굴착구간에서는 상기 최외곽공을 여러개의 영역으로 구획하지 않고 최외곽공 전체에 동일한 순 발전기뇌관들을 장전하여 한꺼번에 동시 기폭 가능하여 발파패턴을 설게함으로서, 선균열발파 효과를 증대시킬 수도 있다.

또한, 본 발명은 상기 최외곽공은 순발전기뇌관을 사용함과 아울러 심발공은 지발전기뇌관을 사용하여 다단식발파기에서의 회로별 구성을 통해 다단기폭으로 선균열발파 및 심빼기 작업을 연속적으로 실시하고, 기타공들은 심발공 다음 단차의 지발전기뇌관을 이용하여 상기 최외곽공 및 심발공에 연결 구성한 회로를 제외한 다단식발파기의 나머지 회로구성을 통해 연결하여 세분화된 지연시차, 즉 다단식발파기를 이용하여 동일한 번호의 뇌관간의 기폭시차간격 및 뇌관의 자체 지연시차를 갖고 발파가 가능하도록 조정이 가능하여 시차조정의 범위를 더욱 확대시킬 수 있도록 함으로써, 결과적으로 시차범위가 확대되면서 지발당장약량을 최소로 줄이게 되어 진동을 감소시킬 수 있는 발파방법을 제시하고자 하는데 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 최외곽공을 여러 개의 영역별로 구획하여 각 영역별로 다단식발파기에서의 회로 구성을 통해 지연시차를 갖는 다단기폭이 가능하도록 함으로써, 순발전기뇌관의 특성에 의한 편평한 굴착면을 얻을 수 있고 결과적으로 터널 여굴을 최대한 제한할 수 있는 선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법을 제공할 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 발파설계(발파패턴작성)가 종래 선출원된 다단식 발파방법 보다 상대적으로 간단하여 발파에 필요한 전체적인 공정 및 시간을 단축할 수 있어 신속성을 확보할 수 있는 선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 터널의 전단면이나 상부 반단면 발파에 형성되는 장약공이 그 위치에 따라 최외곽공, 심발공, 심발확대공, 바닥공, 중간공 및 최외곽전열공으로 구분되고, 상기 각각의 장약공 내에 전기뇌관들을 폭약과 함께 장전하여 터널을 발파시키는 방법에 있어서, 상기 최외곽공에는 상기 장약공 내에 순발전기뇌관들이 폭약과 함께 장전됨과 아울러, 상기 순발전기뇌관들을 다단식발파기에 연결하여 기폭 회로를 구성한 다음, 상기 다단식발파기에서 조정된 지연시차를 통해 선균열발파가 실시되고, 상기 심발공, 심발확대공, 바닥공, 중간공 및 최외곽전열공에서는 상기 심발공에서부터 순차적으로 외측으로 확대되면서 다수의 장약공을 여러 개의 영역별로 구획한 후, 상기 장약공내에 순차적으로 자체 기폭시차에 차이를 갖는 지발전기뇌관들이 폭약과 함께 장전됨과 동시에 상기 최외곽공의 발파를 위해 사용하고 남은 상기 다단식발파기의 나머지 회로를 통해 상기 장약공에 장전된 상기 지발전기뇌관들의 각선을 영역별로 보조모선들에 연결하여 회로단자판을 거쳐 다단식발파기에 연결되어 기폭 회로가 구성됨으로써, 상기 최외곽공의 선균열발파가 이루어진 이후 상기 다단식발파기에서 조정된 지연시차 및 각각의 장전된 지발전기뇌관들의 자체 기폭시차를 통해 순차적으로 다단계의 시차로써 연속적으로 기폭되어 터널의 전단면이나 상부 반단면 발파가 1회에 발파되는 것을 특징으로 하는 선균열발파를 응용한 터널 여굴 및 진동제어 발파방법을 제공함으로써 달성된다.

여기서, 상기 최외곽공은 터널의 일측 하단에서부터 다수의 장약공을 여러 개의 영역별로 구획한 후, 상기 장약공 내에 순발전기뇌관들을 폭약과 함께 장전하고, 상기 순발전기뇌관들의 각선을 영역별로 보조모선들에 연결하여 회로단자판을 거쳐 다단식발파기에 연결하여 영역별로 회로를 구성함으로써, 상기 다단식발파기에서 회로당 일정간격의 지연시차를 갖도록 조정한 후, 상기 다단식발파기에서 조정된 지연시차를 통해 영역별로 다단계의 시차로써 연속적으로 기폭하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 최외곽공은 장약공 5~8공을 한 묶음인 동일기폭으로 구성하여 터널의 하단 일측에서 상단 쪽으로 좌우 측을 번갈아 영역별로 구획하여 다단기폭 하거나, 터널의 하단 일측에서 순차적으로 반대편 쪽으로 가면서 다단기폭을 통해 선균열발파를 실시하는 것을 특징으로 한다.

이는 상기 최외곽공을 발파함에 있어 균열 발생만을 위해 발파시키기 위함이며, 기폭 시에 다단식발파기에 의해 영역별로 각각 독립적으로 연결되어 기폭 됨으로써, 컷오프 현상이 발생하지 않도록 하기 위함이다.

물론, 본 발명에서는 상기 최외곽공을 여러 개의 영역별로 구획하지 않고 최외곽공 전체에 순발전기뇌관을 폭약과 함께 장전하여 최외곽공 전체를 한꺼번에 동시 기폭할 수도 있다.

이는 인가나 도심에서 멀리 떨어진 산중과 같은 발파진동 및 소음의 영향을 받지 않는 터널굴착구간 등에서 가능한 발파패턴이다.

그리고, 상기 심발공, 심발확대공, 바닥공, 중간공 및 최외곽전열공에 사용되는 지발전기뇌관들은 지연시차 20ms-100ms 이내인 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 최외곽공을 형성하기 위해 장약공을 형성할 때, 영역별로 기폭시차가 달라지는 인접 구간사이에는 무장약공 1공씩을 천공하고 그 양쪽공은 약간씩 공간격을 좁혀 천공하며, 불량한 암반에서는 무장약공을 랜덤(random)으로 2~3공을 천공하여 여굴이 크게 발생하지 않도록 가이드 홀(guide hole)로 이용하는 것이 바람직하다.

특히, 본 발명은 상기 다단식발파기에서 회로구성 시 회로당 13㎳-68ms의 지연시차를 갖도록 조정하고, 컷오프 현상이 발생하지 않도록 하기 위해 상기 심발공의 기폭뇌관은 MS시리즈 지발전기뇌관을 사용함으로써, 상기 최외곽공의 다단 기폭에 의한 선균열발파 이후에 최초 기폭시간이 상기 다단식발파기에서의 회로 구성에 따른 지연시차와 함께 상기 심발공에 장착된 지발전기뇌관의 자체 지연시차를 합한 시간으로서 가장 늦게 기폭되는 최외곽전열공의 전기뇌관에 전기가 전파된 후 심발공이 기폭되는 지연시차로 설정되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 심발공, 심발확대공, 바닥공, 중간공의 경우에는 각 구획된 영역별로 서로 다른번호의 지발전기뇌관들을 사용하면서 상기 다단식발파기를 통해 상기 최외곽공에 연결된 회로를 제외한 나머지 회로들 중 최외곽공이 구성된 다음 번호의 회로 하나만을 이용하여 전체를 연결 구성하고, 상기 최외곽전열공은 각 구획된 영역별로 서로 동일번호의 지발전기뇌관들을 사용하면서 상기 심발공, 심발확대공, 바닥공, 중간공을 연결하고 남은 다단식발파기의 남은 회로를 이용하여 회로를 분활 구성하여 다단식발파기의 지연시차만을 이용하여 연속적으로 기폭되도록 함으로써, 상대적으로 제발효과를 높이는 것이 바람직하다.

또한, 상기 최외곽공의 천공경은 진동제어의 목적과 여굴 방지를 위해 Ø45~75㎜로 천공하면서 정밀제어폭약이나 공경의 1/2이 되는 폭약을 사용하고, 최외곽공의 공간격은 천공경의 10~12배 정도가 되면서 본 터널 발파공의 0.7~0.8배 가 되는 간격으로 함과 아울러, 천공장은 터널의 다른 기타공의 천공길이와 같거나 10㎝ 더 길게 천공하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다단식발파기를 이용하면서 선균열발파를 응용한 터널 여굴 및 진동제어 발파방법을 도시한 터널의 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따라 터널의 전단면 중 최외곽공을 영역별로 다수의 회로구성을 통해 다단식발파기에 연결하는 도면이며, 도 7은 본 발명에 따라 터널의 전단면 중 심발공, 바닥공, 심발확대공 및 중간공을 영역별로 하나의 회로구성을 통해 다단식발파기에 연결하는 도면이며, 도 8은 본 발명에 따라 터널의 전단면 중 최외곽전열공을 영역별로 다수의 회로 구성을 통해 다단식발파기에 연결하는 도면이다.

본 발명에 따른 발파방법은, 먼저 터널의 최외곽공(11)을 순발(瞬發)전기뇌관 및 다단식발파기를 이용하여 다단기폭을 통한 컨트롤 블라스팅(Controlled Blasting)의 프리스프리팅(presplitting; 선균열발파)으로 실시함으로써, 터널의 최외곽공(11)이 선 기폭된 후 파단선을 따라 균열권이 형성되게 하고, 그 다음의 기폭단수부터 지발전기뇌관의 자체 지연시차와 다단식발파기의 지연시차로 심발발파가 이루어지게 하여 순차적으로 전단면 발파의 전체(터널 전체)가 1회에 발파되 게 하는 방법이다.

즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명은 터널을 발파시키는 방법에 있어서, 전단면(10)이나 상부 반단면 발파 중 최외곽공(11)은 터널의 하단 일측에서부터 여러 개의 영역별로 구획하여 일정한 형태로 장약공(60)을 형성시킨 후, 이 장약공(60) 내에 순발전기뇌관들을 폭약과 함께 장전하되, 상기 순발전기뇌관들의 각선을 영역별로 보조모선(20)들에 연결하여 회로단자판(30)을 거쳐 다단식발파기(50)에 연결하여 회로구성을 하고, 이 다단식발파기(50)에서 회로당 일정간격의 지연시차를 갖도록 조정한 후, 상기 다단식발파기(50)에서 조정된 지연시차를 갖고 다단계의 시차로써 연속적으로 기폭하여 최외곽공(11)을 선균열발파(프리스프리팅; presplitting)를 실시하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 최외곽공(11)을 여러 개의 영역별로 구획하는 방법으로는 5~8개의 장약공(60)을 하나의 영역으로 묶어 4~6개의 영역으로 구획되도록 하는 것으로, 이렇게 구획된 영역별 기폭순서는 최외곽공(11)의 하단 일측에서 순차적으로 반대편 쪽으로 가면서 구획된 영역별로 연속적으로 다단기폭 하거나(도 5b 참조), 최외곽공(11)의 하단 일측에서 상단 쪽으로 좌우 측을 번갈아 가면서 구획된 영역별로 연속적으로 다단기폭 하는 방법을 사용할 수 있다.(도 5a 참조)

특히, 상기 최외곽공(11)을 영역별로 구획할 때 4~6개의 범위를 갖는 이유는 터널 작업시 전단면(10) 발파의 크기에 따라 최외곽공(11)을 형성하는 장약공(60)의 수가 달라질 수 있기 때문이다.

한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 최외곽공(11)을 여러 개의 영역별로 구분하지 않은 상태에서 동일한 순발전기뇌관을 통해 한번에 동시 기폭하는 발파패턴으로 설계할 수 있다.

이 경우에는 발파진동 및 소음이 문제되지 않은 공사 구간에서 가능한 것으로, 상기 최외곽공(11)에서의 여굴 발생을 최대한 억제할 수 있는 범위에서 선균열발파에 의한 다양한 발파패턴설계가 가능한 것이다.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 터널 전단면(10)의 심발공(12)은 중앙에서 외측방향으로 좌우 측을 번갈아 영역별로 구획하여 장약공(60)들을 형성시킨 후, 이 영역별 장약공(60)내에 서로 다른 번호를 갖는 지발전기뇌관들(예를 들면, MS#4부터)을 폭약과 함께 장전하되, 지발전기뇌관들의 각선을 영역별로 보조모선(20)에 연결하여 상기 최외곽공(11)을 영역별 다단기폭하기 위해 사용하고 남은 다단식발파기(50)의 회로단자판(30) 중 하나를 배당하여 다단식발파기(50)에 연결함으로서 회로를 구성하고, 상기 심발공의 외곽 쪽으로 위치한 심발확대공(14), 바닥공(13), 중간공(15)은 상기 심발공(10)으로부터 순차적으로 확대되면서 중앙에서 외측방향으로, 하단에서 상단 쪽으로, 좌우 측을 번갈아 영역별로 구획하여 다수개의 장약공(60)들을 형성시킨 후, 이 영역별 장약공(60)내에 서로 다른 번호를 갖는 지발전기뇌관들을 폭약과 함께 기폭이 순차적으로 이루어지도록 장전하되, 각 영역별 지발전기뇌관들의 각선을 상기 심발공(12)과 함께 다단식발파기(50)의 하나의 회로에 연결 구성함으로써 상기 최외곽공(11) 기폭 후 연속적으로 기폭되는 것을 특징으로 한다.

또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 터널의 최외곽전열공(16)은 상기 심발 공(12), 심발확대공(14), 바닥공(13), 중간공(15)과 마찬가지로 영역별로 구획하여 일정한 형태로 장약공(60)들을 형성시킨 후, 이 장약공(60)내에 터널에 장전되는 전기뇌관 중에 가장 늦은 동일번호를 갖는 지발전기뇌관들을 폭약과 함께 장전하되, 각 영역별 지발전기뇌관들의 각선을 각각 설정된 다수개의 보조모선(20)에 연결하여 다단식발파기(50)의 회로단자판(30) 중에 남은 나머지 회로단자판(30)을 거쳐 다단식발파기(50)에 연결하여 회로를 구성함으로써, 상기 최외곽전열공(16)은 동일번호를 갖는 지발전기뇌관들의 자체 기폭시차에 의해 상기 심발공(12), 심발확대공(14), 바닥공(13), 중간공(15)들 보다 늦게 기폭됨과 동시에 최외곽전열공(16)의 각 영역별로 상기 다단식발파기(50)에서 조정된 회로당 지연시차를 갖고 다단계의 시차로써 연속적으로 기폭되게 하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 최외곽공(11)의 안쪽공 즉, 최외곽전열공(16)은 상기 최외곽공(11)과의 저항선 간격을 일반 터널공과 같거나 더 크게 하고 장약은 일반 장약공과 같은 폭약을 사용한다.

여기서, 상기 최외곽전열공(16)을 구성하는 장약공(60) 전체에 동일 기폭시차를 갖는 동일번호의 지발전기뇌관들을 장약할 때, 최외곽전열공(16) 전체를 3개 정도의 영역별로 구획하여 다단식발파기(50)에 연결된 회로단자판(30)을 통해 3개의 회로로 각각 구성함으로써, 다단식발파기(50)의 지연시차만을 이용하여 순차적이고 연속적으로 기폭되게 하는 것이 바람직하다.

이는 상기 최외곽공(11)이 선균열발파를 통해 균열권이 형성된 상태에서 상기 최외곽공(11)에 인접하고 있는 최외곽전열공(16) 전체를 동일한 기폭시차를 갖 는 동일번호의 지발전기뇌관(LP시리즈 전기뇌관)을 사용함과 동시에 몇 개의 장약공(60)을 묶어 이를 영역별로 구획(보통 3개의 영역으로 구획)하여 지연시차의 폭이 짧은 13㎳~68㎳를 갖는 다단식발파기의 지연시차(3개 회로간의 지연시차)만을 이용하여 다단 기폭함으로써, 상대적으로 제발 효과를 최대한 높이기 위함이다.

실질적으로, 상기 최외곽공(11)을 제외한 지발전기뇌관들을 사용하는 다른 기타공들 중 상기 심발공(12), 심발확대공(14), 바닥공(13)들은 자체 지연시차가 짧은 MSD시리즈 지발전기뇌관을 사용하는 반면에, 상기 중간공(15) 및 최외곽전열공(16)은 지발전기뇌관들 중에 상대적으로 자체 지연시차가 큰 LP시리즈 지발전기뇌관을 사용하게 된다.

이때, 상기 중간공(15)의 경우에는 몇 개의 장약공(60)을 묶어 하나의 영역으로 설정한 상태에서 각 영역별로 서로 다른 번호를 갖는 LP시리즈 지발전기뇌관들이 기폭되는 순서(심발공을 중심으로 외곽으로 확대되는 방향)에 따라 순차적으로 지발전기뇌관의 번호가 커지면서 장약하는 데 반해, 상기 최외곽전열공(16) 전체는 상대적으로 제발 효과를 높이기 위해 하나의 동일한 번호를 갖는 LP시리즈 지발전기뇌관만을 사용하는 것을 특징으로 하고 있는 것이다.

특히, 상기 심발공(12), 심발확대공(14), 바닥공(13), 중간공(15)의 경우에는 서로 다른 번호를 지발전기뇌관들을 사용하면서도 상기 다단식발파기(50)를 통해 상기 최외곽공(11)에 연결된 회로를 제외한 나머지 회로들 중 최외곽공(11)이 구성된 다음 번호의 회로 하나만을 이용하여 전체를 연결 구성하는 데 반해, 상기 최외곽전열공(16)은 상기 기타공들(심발공, 심발확대공, 바닥공, 중간공)을 연결하 고 남은 다단식발파기(50)의 남은 회로(통상 3개 정도의 회로)를 이용하여 회로를 분활 구성하여 다단식발파기(50)의 지연시차만을 이용하여 연속적으로 기폭되도록 함으로써, 상대적으로 제발 효과를 보다 높일 수 있도록 하고 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기 최외곽공(11)의 선균열발파를 통해 균열권을 형성함과 동시에 연속적으로 심발공(12)이 발파되고, 동시에 심발공으로부터 외측으로 확대되면서 순차적으로 기타공(심발확대공, 바닥공, 중간공, 최외곽전열공)들이 연속적으로 다단기폭되어 발파됨으로써, 결과적으로 전단면(10)이나 상부 반단면 발파의 전체가 1회의 발파를 통해 이루어짐과 아울러 이때의 지발당장약량을 최소화할 수 있어 진동제어 및 터널여굴 현상을 최소화시킬 수 있게 함을 그 기술구성상의 특징으로 하고 있는 것이다.

여기서, 본 발명에서 사용되는 다단식발파기(50; BM175-10PT 등)는, 종래 기술에서도 언급한 바와 같이, 1회로당 최소 9주울(joule)의 에너지를 방출하는 10회로 콘덴서식 연속발파기로 9개의 3자리 스위치가 있어 1ms(0.001초)에서 999ms(0.999초)까지 지연시차(delay time)를 임의로 조절할 수 있는 주지 공용되는 공지의 장치로서, 1-10번까지의 계기창이 형성되어 있고, 10개까지의 보조모선(20)들을 회로단자판(30)에 연결시켜 케이블(40)을 통하여 다단식발파기(50) 본체에 접속시켜 회로구성을 할 수 있는 장치이다.

이때 본 발명은 상기 터널의 최외곽공(11)을 다단기폭으로 선균열발파(presplitting)가 이루어지도록 함에 있어서, 상기 최외곽공(11)의 천공경은 진동제어의 목적과 여굴 방지를 위해 Ø45~75㎜로 천공하면서 정밀제어폭약이나 공경의 1/2이 되는 폭약을 사용하고, 최외곽공(11)의 공간격은 천공경의 10~12배 정도가 되면서 본 터널 발파공의 0.7~0.8배 되는 간격으로, 천공장은 터널의 다른 기타공의 천공길이와 같거나 10㎝ 더 길게 천공하는 것이 바람직하다.

특히, 장약은 천공장의 3/4까지 장약하며, 전색을 실시하여 폭음을 제어하는 것이 바람직하다.

그리고, 각각의 영역별로 장약공(60;천공구멍) 5~8개 공을 동일번호 기폭으로 묶을 수 있도록 하고 있다.

또한, 상기 최외곽공(11)을 영역별로 구획함에 있어서, 컷오프(Cut Off)현상의 방지 및 가이드 홀(guide hole) 활용을 위해 기폭시차가 달라지는 부분에 무장약공(70)을 1공씩 천공하고 그 양쪽 공은 약간씩 공간격을 좁혀 천공하는 것이 바람직하다.

특히, 불량한 암반에는 도시되지 않은 무장약공을 랜덤(random)으로 2~3 공을 천공하여 여굴이 크게 발생하지 않도록 가이드 홀(guide hole)로 이용하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이 본 발명에서는 상기 최외곽공(11)의 전기뇌관으로 기폭 시 동시 기폭되는 시차오차가 3㎳이내가 되어 선균열발파 효과가 확실히 발휘될 수 있도록 순발전기뇌관(제조시차오차 ±1㎳ 이내 임)을 사용하고 있다.

특히, 상기 최외곽공(11; 최대 50~60개의 장약공까지 예상함) 전체를 동시에 동일번호로 기폭할 경우에는 선균열발파의 효과가 좋으나 발파진동이 문제되므로, 본 발명에서는 최외곽공(11)을 구성하는 5~8개의 장약공(60)을 한 묶음으로 하여 동일 기폭되게 함과 동시에 영역별로 구획한 다음 일정한 지연시차를 갖는 다단식발파기(50)에 연결하여 다단기폭(4~6다단)되게 함으로써, 결과적으로 공내에서 디커플링효과와 인접공의 응력파 중첩의 간섭효과를 발휘하여 터널 발파의 여굴과 진동제어를 효과적으로 얻을 수 있도록 하고 있는 것이다.

한편, 발파진동, 소음의 영향으로부터 별다른 문제가 되지 않는 산중과 같은 터널굴착구간에서는 동일번호의 순발전기뇌관으로 한번에 동시 기폭할 수 있다.

또한, 상기 다단식발파기(50)에서 회로 구성시 회로당 13㎳-68ms의 지연시차를 갖도록 조정하고, 상기 심발공(12)의 기폭뇌관은 MS시리즈 지발전기뇌관을 사용함으로써, 상기 최외곽공(11)의 다단 기폭에 의한 선균열발파 이후에 최초 기폭시간이 상기 다단식발파기(50)에서의 회로 구성에 따른 지연시차와 함께 상기 심발공(12)에 장착된 지발전기뇌관의 자체 지연시차를 합한 시간으로서 가장 늦게 기폭되는 최외곽전열공(16)의 전기뇌관에 전기가 전파된 후 심발공(12)이 기폭되는 지연시차로 설정된 상태에서 기폭되어 터널의 선균열발파(Pre-splitting)나 본 발파에서도 컷오프(cut-off) 현상이 없게 된다.

여기서, 상기 다단식발파기(50)의 회로당 지연시차를 13㎳-68㎳사이로 설정하는 이유는 다단식발파기(50)의 10개 회로를 모두 사용하여 1회의 발파로 전단면(10)이나 상부 반단면 전체를 발파하는데 걸리는 시간을 후술하는 지발전기뇌관들의 자체 지연시차를 포함하여 컷오프(cut-off) 현상이 일어나지 않도록 제한하기 위함이다.

이처럼, 본 발명은 상기와 같이 터널의 최외곽공(11)을 분할하여 순발전기뇌 관 및 다단식발파기(50)를 이용하여 다단기폭을 통해 선균열발파를 실시한 후, 그 다음 발파순서로 터널을 굴착하기 위한 일반 터널발파와 같이 심빼기발파부터 실시하게 된다.

그리고, 전술한 바와 같이, 상기 최외곽공(11)을 다단기폭하고 남은 다단식발파기(50)의 남은 회로를 이용하여 심발공(12), 바닥공(13), 심발확대공(14), 중간공(15) 및 최외곽전열공(16)을 순차적으로 다단기폭을 통해 발파하게 된다.

상기 심발공(12)의 발파는 일명, 심빼기 작업으로 터널굴착을 위한 발파시 가장 중요한 단계로 전체적인 발파의 성공여부를 좌우하는 가장 중요한 요소이다.

이 심빼기 작업시에 발생되는 초기 발파진동이 전체 발파작업에 있어서 가장 크게 나타나게 됨으로 이를 제어할 수 있어야 하는 것이 발파의 핵심이라 할 수 있으며, 터널 발파시 자유면이 1개인 상태에서 발파시키게 되는 것이 통상적이다.

이를 위해 본 발명에서는 심발공(12)을 몇 개의 영역으로 구획하여 각 천공된 장약공(60)에 지발전기뇌관(MS시리즈 지발전기뇌관 중 MS#4번부터)을 최소 수량(2개 이하)으로 장전하고, 이 지발전기뇌관들의 각선을 영역별로 보조모선(20)들에 연결하여 회로단자판(30)을 거쳐 다단식발파기(50)에 연결하여 다단식발파기(50)의 회로구성을 통해 일정 간격의 지연시차 및 전기뇌관 자체의 기폭시차를 가지고 연속적으로 다단 기폭되도록 하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 심발공(12)이 기폭되어 심빼기 작업이 이루어짐과 동시에 심발공(12)으로부터 외곽으로 확대되면서 바닥공(13), 심발확대공(14), 중간공(15) 및 최외곽전열공(16)이 순차적이고 연속적으로 다단 기폭되도록 되어 있 다.

즉, 상기 바닥공(13), 심발확대공(14), 중간공(15) 및 최외곽전열공(16)은 장약공(60)에 장전되어진 지발전기뇌관들의 자체 기폭시차이외에, 다단식발파기(50)의 회로별 시차조정을 통한 지연시차를 조합하여 발파할 전단면(10)이나 상부 반단면에 장전된 뇌관들을 각각 서로 다른 시차로 기폭되게 하는 것이다.

이때, 상기 바닥공(13), 심발확대공(14) 및 중간공(15)의 장약공(60)에 장전된 지발전기뇌관들의 각선들은 영역별로 구분하여 상기 심발공(12)과 함께 하나의 보조모선(20)들에 접속되어져서 다단식발파기(50)에 연결되어 하나의 회로로 구성되게 된다.

또한, 전술한 바와 같이, 상기 최외곽전열공(16) 전체는 본 터널 장약공 중 가장 기폭시차가 늦은 하나의 동일한 번호를 갖는 LP시리즈 지발전기뇌관만을 사용하되, 몇 개의 장약공(60)을 묶어 3개 정도의 영역으로 구분한 후에 다단식발파기(50)의 회로단자판(30)을 통해 3개의 회로로 구성한 후 다단식발파기(50)의 지연시차를 이용하여 3단차의 다단 기폭을 실시하도록 되어 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에서 상기 최외곽공(11)은 4-6단차의 기폭으로 다단기폭이 이루어져 선균열발파가 실시됨과 아울러 다른 기타공들은 심빼기 발파부터 지발전기뇌관 및 다단식발파기(50)를 이용한 나머지 4-6단차의 기폭으로 다단기폭을 실시하여 1회에 의한 터널 발파가 가능하게 됨에 따라 본 발명에서 얻고자 하는 선균열발파(Presplitting)를 응용한 컨트롤 블라스팅(Controlled Blastting)의 디커플링효과와 응력파 중첩의 간섭효과를 발휘하여 터널의 최외곽공(11)이 원만한 (편평한) 굴착면을 형성하여 선균열되면서 여굴이 제어되고 모암과 분리된 터널내부 암반이 발파로 파쇄될 때에 진동을 차단하여 진동제어효과를 최대한 얻을 수 있다.

이때, 다단기폭에 의한 지발시차는 디지털 방식인 다단식발파기(50)에 의한 기폭시차를 이용하여 전기뇌관 기폭시차보다 정밀도 높게 지연발파의 지발효과를 발휘하여 진동제어효과를 확실히 얻을 수 있으며, 순발발파의 선균열발파(Presplitting) 효과를 최대한 이용한 컨트롤 블라스팅(Controlled Blastting)으로 편평도가 좋은 굴착면을 동시에 얻을 수 있고, 터널외곽의 굴착 예정선으로 파단선이 확실히 균열되어 효과를 더욱더 발휘할 수 있다.

또한, 최외곽공(11)의 기폭시차를 디지털 발파기인 다단식발파기(50)의 다단발파로 지발당장약량을 줄일 수 있으며, 지발시차도 13-68㎳ 단차로 자유롭게 조절할 수 있으므로 효과가 더욱 증가한다 할 것이다.

특히, 터널의 최외곽공(11)의 4-6단차 기폭과, 균열권 형성 및 비산이 없는 상태가 되며, 터널 심빼기 및 기타공들의 기폭이 순조롭게 되어 컷오프(cut-off)현상이 발생하지 않도록 심빼기의 최초의 기폭시간이 13㎳~68㎳보다 늦게 기폭되도록 조절하여 터널굴착효과와 여굴제어 효과, 진동제어효과를 최대한 얻을 수 있다.

[실시예]

본 발명의 선균열발파를 응용한 터널 여굴 및 진동제어 발파방법에 대한 일실시예를 도 5a 내지 도 8로 첨부된 도면에 의거하여 설명한다.

먼저, 터널의 전단면(10) 중 최외곽공(11)을 6개의 영역으로 구별하여 일정 한 형태로 천공하고, 각각의 영역별로 장약공(60;천공구멍) 5~8공을 동일번호 기폭으로 묶을 수 있도록 하여 각 장약공(60)내에 공당장약량을 천공장에 따라 0.25-2.5㎏으로 하여 폭약과 순발전기뇌관들을 장전하여 전색시키고, 장전된 뇌관들의 각선을 영역별로 보조모선(20)에 연결시키되, 하단부 좌측에 1번 보조모선, 하단부 우측에 2번보조모선, 중앙부 좌측에 3번 보조모선, 중앙부 우측에 4번 보조모선, 상단부 좌측에 5번 보조모선, 상단부 우측에 6번 보조모선으로 된 6개의 보조모선들을 각각 회로단자판(30)에 연결시켜 케이블(40)을 통하여 다단식발파기(50)에 연결하여 회로구성을 한 후, 다단식발파기(50)에서 회로당 16ms(0.016초)의 지연시차를 갖도록 조정한 후, 발파시 각각의 뇌관들이 영역별로 순차적으로 발파되어 1회의 발파로써 터널 전단면(10)의 최외곽공(11)에서 선균열발파가 이루어진다.

상기와 같은 본 발명 일실시예에 따른 선균열발파를 응용한 터널 여굴 및 진동제어 발파방법에 의한 천공배치는 도 6에 도시되어 있으며, 그 천공배치 중 최외곽공의 장약조건은 표 2와 같다.

표 2의 조건에 의하여 최외곽공(11)을 천공하고, 순발전기뇌관 및 장약을 장전하는데, 최외곽공(11)을 6개 구역으로 분할(물론, 터널 전단면의 크기에 따라 6개 구역이하로 분할할 수 있다)하여 각 구역을 초시간격 0ms의 단차를 갖는 순발전기뇌관들을 36개의 장약공(60)에 천공장에 따라 공당장약량 0.25-2.5Kg의 폭약과 함께 순차적으로 배열 장전한 다음, 순발전기뇌관의 각선들을 영역별로 6개의 보조모선(20)에 접속시켜 회로단자판(30)을 통하여 다단식발파기(50)에 연결시킨다.

그리고, 상기 다단식발파기(50)에 의하여 각 영역별로 회로당 시차를 16ms의 지연시차를 갖도록 설정한 후 기폭시키면, 각각의 영역에서는 순발전기뇌관이 동시에 기폭되고, 각 영역별로는 회로당 시차인 16ms의 지연시차로 인해 연속적으로 다단계의 시차를 갖고 선균열발파가 이루어진다.

[표 2] 최외곽공의 장약조건

시차순서	①번회로	②번회로	③번회로	④번회로	⑤번회로	⑥번회로
시차(Circuit Time)(ms)	0	16	32	48	64	80
천공길이(Drilling Depth)(m)	2.4	2.4	2.4	2.4	2.4	2.4
천공의 갯수(Number of Holes)	6	6	6	6	6	6
천공의 직경(Diameter of Hole)(mm)	45	45	45	45	45	45
천공당 장약량(Charge per Hole)(g)	625	625	625	625	625	625
장약길이(Length of Charge)(mm)	220	220	220	220	220	220
뇌관(Detonator)	MS #0	MS #0	MS #0	MS #0	MS #0	MS #0
폭약직경(Cartridge Diameter)(mm)	17,25	17,25	17,25	17,25	17, 25	17, 25
폭약(Explosive)	에멀존 Finex	에멀존 Finex	에멀존 Finex	에멀존 Finex	에멀존 Finex	에멀존 Finex

이처럼, 표 2에서 최외곽공(11)의 영역별로 천공조건 및 장약조건들이 제시되어 있는데, 최외곽공(11)의 ①번~⑥번회로 영역은 지연시차가 0㎳인 순발전기뇌관들이 천공된 공에 실제적으로 장전되는 것을 나타내고 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 터널 전단면(10)이나 상부 반단면 중 심빼기 작업이 이루어지는 심발공(12) 및 기타공들 중 심발확대공(14), 바닥공(13), 중간공(15)들의 지발전기뇌관과 폭약을 함께 장약하여 다단식발파기(50) 하나의 회로에 연결 구성하게 되는 바, 상기 회로 구성에 따른 지연시차가 표 3에 도시되어 있다.

[표 3] 지발전기뇌관의 기폭시차

시차뇌관	기폭시차(7번회로;96㎳시차포함)	장약공수	시차뇌관	기폭시차(7번회로;96㎳시차포함)	장약공수
MS#4	176㎳	2	MS#14	376㎳	5
MS#5	196㎳	2	MS#15	396㎳	6
MS#6	216㎳	2	MS#16	416㎳	6
MS#7	236㎳	4	MS#17	436㎳	4
MS#8	256㎳	4	MS#18	456㎳	4
MS#9	276㎳	4	LP#4	496㎳	6
MS#10	296㎳	5	LP#5	596㎳	6
MS#11	316㎳	4	LP#6	696㎳	6
MS#12	336㎳	4	LP#7	796㎳	5
MS#13	356㎳	5	LP#8	896㎳	5

이처럼 표 3에서 심발공(12), 심발확대공(14), 바닥공(13), 중간공(15)들에 장약되는 지발전기뇌관의 종류 및 지연시차들이 제시되어 있는데, 상기 심발공(12), 심발확대공(14), 바닥공(13), 중간공(15)들은 다단식발파기(50)의 ⑦번회로에 연결되는 바, 몇 개의 영역으로 구획되어 MS시리즈 지발전기뇌관 중 80㎳를 갖는 MS#4번에서부터 MS#18의 지발전기뇌관이 사용됨과 동시에 LP시리즈의 지발전기뇌관 일부(LP#4~LP#8)가 장전되는 것을 보여주고 있다.

즉, 상기 심발공(12)으로부터 외곽으로 차츰 확대되면서 심발확대공(14), 바닥공(13), 중간공(15)순으로 지발전기뇌관이 순차적이면서 연속적으로 기폭되도록 장전되어 있다.

다시 말해, 본 발명에서 바닥공(13), 심발확대공(14) 및 중간공(15)은 몇 개의 장약공(60)을 하나로 묶어 영역별로 동일한 지발전기뇌관을 사용하여 서로 다른 영역별간에 지연시차를 이용 연속적으로 기폭하게 되는 바, 상기 심발공(12)과 함께 다단식발파기(50)의 ⑦번회로 보조모선(20)을 통해 회로단자판(30)의 7번째의 회로를 이용하여 지발전기뇌관들의 자체 기폭시차를 통해 다단식으로 발파할 수 있도록 발파패턴이 설계되어 있다.

즉, 상기 심발공(12)의 심빼기 작업부터는 일반적으로 주지 공용되고 있는 일반발파 패턴과 유사하게 실시하게 된다.

그러나, 심빼기공의 MS#4(80㎳)를 사용하고 다단식발파기(50) ⑦번째 96㎳ ⑩번째 144㎳ 시간의 차이 48㎳가 있는 경우는 전기가 모두 전달된 후 뇌관이 기폭되어 컷오프(cut-off)현상이 일어나지 않도록 하는 방법이다.

그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 최외곽공(11)의 안쪽인 최외곽전열공(16)은 동일번호를 갖는 LP시리즈 지발전기뇌관을 사용하여 영역별로 구획한 다음, 다단식발파기의 회로단자판에 남아있는 나머지 회로를 통해 발파패턴을 구성함으로써, 다단식발파기의 지연시차를 이용하여 연속적으로 기폭하게 되는 바, 본 발명의 실시예에서는 상기 최외곽전열공(16)을 ⑧,⑨,⑩번 회로로 구성하되, 상기 보조모선(20)을 통해 회로단자판(30)의 ⑧,⑨,⑩번째의 회로에 연결하여 다단식으로 발파할 수 있도록 발파패턴을 설계하고, 이때의 지연시차가 표 4에 도시되어 있다.

[표 4] 최외곽전열공에 적용되는 지발전기뇌관의 기폭시차

시차뇌관	기폭시차			장약공수
시차뇌관	8번회로(112㎳시차포함)	9번회로(128㎳시차포함)	10번회로(144㎳시차포함)	장약공수
LP#9	1012㎳	1028㎳	1044㎳	각각 8개

이처럼, 표 4에서 상기 최외곽전열공(16)의 영역별로 LP#9번의 동일번호를 갖는 지발전기뇌관을 사용하면서 다단식발파기(50)의 ⑧,⑨,⑩번째 회로 구성에 따른 회로별 지연시차만을 이용함으로써, 상기 최외곽공(11)이 선균열발파를 통해 균열권이 형성된 상태에서 상대적으로 제발 효과를 높일 수 있도록 하고 있다.

한편, 본 발명에 따라 상기 심발공(12), 심발확대공(14), 바닥공(13), 중간 공(15)을 하나의 회로로 구성하여 MS#4~MS#18 및 LP#4~LP#8까지의 지발전기뇌관을 이용하여 심발공(12)을 중심으로 외곽으로 확대시키는 방향으로 일정한 순서에 의해 설치하기 때문에 종래에 비해 상대적으로 발파설계(발파패턴작성)가 용이하게 되는 장점을 가지게 된다.

이때, 본 발명에서 다단식발파기(50)의 각 회로별 지연시차(단차)가 16㎳일 때, 다단식발파기(50)의 10번째 회로의 기폭시차는 144㎳ 이다.

특히, 지발전기뇌관은 MS#4-MS#18번까지 지연시차가 20㎳인 제품(MS#2-20번까지 지연시차가 25㎳인 제품인 경우도 있다)이고, LP#4-LP#9까지 지연시차가 100㎳인 제품을 사용함으로써, 상기 다단식발파기(50)에서 회로를 통전시켜 지발전기뇌관이 갖고 있는 자체 기폭시차는 물론, 다단식발파기(50)에 의한 회로별로 각각 16ms(0.016초)의 일정한 지연시차를 갖고 영역별로 적정시차의 선택이 가능하여 정밀시차조정이 이루어진다.

이렇게 하여 다단식발파기(50)에서 시차조정이 완료되어 스위치를 누르면 0초(순발)에 최초의 폭약이 발파되면서 순차적으로 최외곽공(11)이 먼저 각 단차별로 0.016초 간격으로 연속적으로 선균열발파되고, 이어 심발공(12)이 역시 상기 최외곽공(11)의 마지막 영역의 발파가 이루어진 0.016초 후에 점화되어 지발전기뇌관인 MS#4의 자체 지연시차에 따라 0.08초(80㎳)를 포함한 0.176초부터 연속적으로 발파되어 심빼기 작업이 이루어지며, 그 다음 순서로 심발공(12)으로부터 외곽으로 퍼져나가는 순서에 따라 심발확대공(14), 바닥공(13), 중간공(15)의 지발전기뇌관의 자체 지연시차에 따라 발파되면서 1초 이내(실시예의 경우, 0.896초)에 이르러 발파가 이루어지고, 최종적으로 동일번호의 지발전기뇌관이 장착된 최외곽전열공(16)이 제발효과를 상대적으로 높인 상태에서 다단식발파기(50)의 지연시차에 따라 발파가 이루어져 1.044초(1044㎳)만에 전체 발파가 완료됨으로써 전단면(10)을 1회로 발파되게 함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 발파방법은 전단면(10)이나 상부 반단면을 동시에 천공하고, 뇌관 및 폭약을 장전하여 전기뇌관들의 각선을 발파모선에 연결하여 다단식발파기(50)에 결선시키되, 기폭은 다단식발파기(50)에 의하여 10개 구역으로 분할되어 회로별로 지연시차를 두고, 최외곽공(11)을 가장 먼저 선균열발파를 통해 균열선을 형성하고, 그 다음 심발공(12)을 몇 개의 영역으로 구획하여 지발전기뇌관 및 다단식발파기를 이용하여 심빼기 작업을 실시한 다음, 최종적으로 바닥공(13), 심발확대공(14), 중간공(15) 및 최외곽전열공(16) 역시 지발전기뇌관 및 다단식발파기(50)를 이용하여 지발전기뇌관의 자체 지연시차와 다단식발파기(50)의 회로별 지연시차를 통해 발파가 이루어지기 때문에 1회 발파와 같은 시공성 및 안정성을 확보하면서도 여굴 제어와 분할발파와 같은 진동감소효과를 얻을 수 있는 장점을 갖고 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같이, 최외곽공(11)의 선균열발파와, 심발공(12)의 심빼기작업 등이 연속적으로 기폭되도록 하면서 바닥공(13), 심발확대공(14), 중간공(15) 및 최외곽전열공(16)은 지발전기뇌관에 의한 시차조정과, 다단식발파기(50)에 의한 시차조정으로 지발당장약량을 최소로 하면서 발파되기 때문에 진동 및 소음이 감소되는 새로운 발파방식이다.

결과적으로, 본 발명은 종래의 분할발파에 비하여 발파모선이 단절되거나, 작업인원들이 결선하기 위하여 수차에 걸쳐 작업장을 왕복하여야 하는 작업이 없기 때문에 안전하고 간편하게 시행할 수 있는 장점이 있어 발파 공사시 시공성, 경제성, 안전성을 도모할 수 있는 장점을 갖고 있다.

특히, 상기 다단식발파기(50: BM 175-10PT 등)는 지발당장약량을 감소시키기 위해 보조모선(20)을 최대 10개까지 연결시킬 수 있어, 본 실험에서는 10개의 보조모선(20)을 연결시켜 총 149공의 장약공(60)을 전단면(10)이나 상부 반단면 전체에 걸쳐 1회로 기폭시키도록 되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 터널의 전단면(10)이나 상부 반단면 크기에 따른 최외곽공(11)의 단차수 및 심발공(12)의 단차수 등 천공되는 장약공(60)의 수는 여러 가지 형태로 가변될 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명의 발파방법은 터널의 전단면(10) 발파뿐만 아니라 수직구에도 응용 가능할 것이다.

한편, 본 발명에 따른 선균열발파를 이용한 발파방법에 있어서, 상술한 내용은 진동 및 소음을 최대한 저감시키면서 여굴 발생을 억제시킬 수 있도록 함으로써, 진동 및 소음이 문제가 되는 도심이나 인가에 가까운 터널 공사구간 등에서 적용하는 데 매우 바람직한 실시예 들이다.

그러나, 도심이나 인가로부터 멀리 떨어진 산중과 같이 발파진동이나 소음의 영향으로부터 자유로운 터널 공사(굴착)구간에서는 발파진동이나 소음의 문제보다는 여굴 발생을 최대한 억제하면서 보다 발파패턴을 단순화 시켜 작업의 능률성을 제고하고 효과적으로 발파를 실시하는 것이 더 바람직하다고 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 다른 실시예에서는 이러한 점을 고려하여 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 최외곽공(11)을 여러 개의 영역으로 구분하지 않고, 최외곽공(11) 전체에 순발전기뇌관을 폭약과 함께 장전한 다음 다단식발파기(50)에 하나의 회로로 구성한 다음, 한번에 기폭시켜 선균열발파를 실시하도록 발파패턴을 보다 단순화시켜 설계하고 있다.

이처럼 상기와 같이 최외곽공(11) 전체를 한번에 기폭시켜 선균열발파를 실시할 경우에는 선균열발파의 효과가 좋아지게 된다.

물론, 이와 같은 경우에 발파진동 및 소음은 상대적으로 크게 발생하게 되나, 인가나 도심에서 멀리 떨어진 산중에서는 발파진동 및 소음 발생이 문제되지 않기 때문에 이러한 발파패턴설계가 가능하게 되는 것이다.

이와 동시에 상기 심발공(12), 심발확대공(14), 바닥공(13) 및 중간공(15)은 전술한 바와 마찬가지로 여러 개의 영역으로 구획하여 순차적이면서 연속적으로 기폭되도록 자체 기폭시차를 갖는 지발전기뇌관들을 순차적으로 장전한 상태에서 다단식발파기(50)의 하나의 기폭 회로에 연결 구성하여 연속적으로 기폭 가능하게 발파패턴을 설계하게 된다.

특히, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기 최외곽전열공(16)이 상대적으로 보다 많은 영역별로 구획되어 각 영역별로 동일번호를 갖는 지발전기뇌관을 장전한 상태에서 다단식발파기(50)의 나머지 모든 회로에 분배 구성하여 다단식발파기(50)의 회로당 지연시차를 통해 연속적으로 다단기폭이 되도록 설계됨으로써, 상기 최외곽공(11) 전체를 순발전기뇌관으로 한꺼번에 동시 기폭함에 따른 선균열발파의 효과가 증진됨과 더불어 터널의 전단면(10)이나 상부 반단면 최외곽에서의 여굴 발생을 보다 최소화시킬 수 있는 장점을 가지게 된다.

다시 말해, 상기 최외곽전열공(16)을 상대적으로 보다 많은 영역별로 구획하게 되면, 각 영역별로 기폭되는 장약량을 줄여줌과 동시에 컷오프 현상을 보다 효과적으로 예방할 수 있게 되며, 가장 중요하게는 상기 최외곽공(11)이 선균열발파를 통해 균열권이 형성된 상태에서 가장 근접한 최외곽전열공(16)에서 도 5a 및 도 5b의 발파패턴에 비해 상대적으로 많은 여러 개의 영역별로 구획되어 동일한 지연시차를 갖는 지발전기뇌관들이 다단식발파기의 회로당 지연시차를 통해 연속적으로 다단 기폭됨으로써 최외곽에서의 여굴 발생을 최대한 억제할 수 있게 되기 때문이다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참고로 설명되고 있으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 이에 한정하는 것은 아니므로, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 터널의 전단면이나 상부 반단면 중 최외곽공은 순발전기뇌관과 다단식발파기에서의 회로구성을 통해 회로별로 각 장전된 뇌관들을 이용하여 여러 개의 구역으로 구획한 다음 다단기폭을 통해 선균열발파하고, 이어 심발공, 심발확대공, 바닥공, 중간공은 역시 지발전기뇌관과 다단식발파기에서의 회로구성을 통하여 회로별로 각 장전된 뇌관들을 이용하여 여러 개로 구 획한 다음 심빼기 작업부터 순차적으로 수행하며, 나머지 최외곽전열공은 다단식발파기에서의 회로구성을 통해 각 장전된 동일번호를 갖는 지발전기뇌관들이 자체 기폭시차이외에 일정한 지연시차를 갖고 순차적으로 발파되게 함으로써 전단면을 1회의 발파가 가능하므로 발파작업이 간단하고, 발파시간이 종래의 발파방법에 비해 크게 절약될 뿐만 아니라, 발파 후 굴착작업이 수월하여 전체적인 공정 및 시간을 단축할 수 있고, 또한 분할발파에 따른 컷오프 현상(폭발에 의하여 인접되어 있는 천공이 파괴되어 불발되는 현상)을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 터널의 전단면을 1회에 발파하기 위하여 전단면에 천공된 장약공들에 최소의 지발당장약량으로 기폭시키게 함으로써 진동 및 소음을 저감시키는 효과가 있다.

또, 본 발명의 경우, 발파설계(발파패턴작성)가 최외곽공을 4-6단차로 구획하여 영역별로 다단식발파기의 회로 상에 연결하여 순발전기뇌관을 장전하고, 이후 심발공, 심발확대공, 바닥공 및 중간공은 하나의 다단식발파기의 회로 상에 연속적으로 기폭 가능하게 지발전기뇌관으로 장전하며, 나머지 최외곽전열공은 3단차 정도로 구획하여 영역별로 다단식발파기의 회로상에 연결하여 지발전기뇌관을 장전하면 되기 때문에 종래 선 출원된 다단식 발파방법에 비해 상대적으로 매우 간단하여 발파에 필요한 전체적인 공정 및 시간을 단축할 수 있어 신속성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

특히, 본 발명은 최외곽공의 4-6단차의 기폭으로 다단기폭이 이루어짐과 아울러 기타공들을 심빼기 발파부터 나머지 4-6단차의 기폭으로 다단기폭을 실시하여 터널 발파가 가능하게 됨에 따라 본 발명에서 얻고자 하는 선균열발파(Presplitting)를 응용한 컨트롤 블라스팅(Controlled Blastting)의 디커플링효과와 응력파 중첩의 간섭효과를 발휘하여 터널의 최외곽공이 원만한(편평한) 굴착면을 형성하여 선균열되면서 여굴이 제어되고, 모암과 분리된 터널내부 암반이 발파로 파쇄될 때에 진동을 차단하여 진동제어효과를 최대한 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims

터널의 전단면(10)이나 상부 반단면 발파에 형성되는 장약공(60)이 그 위치에 따라 최외곽공(11), 심발공(12), 심발확대공(14), 바닥공(13), 중간공(15) 및 최외곽전열공(16)으로 구분되고, 상기 각각의 장약공(60) 내에 전기뇌관들을 폭약과 함께 장전하여 터널을 발파시키는 방법에 있어서,

상기 최외곽공(11)에서는 상기 장약공(60) 내에 순발전기뇌관들이 폭약과 함께 장전됨과 아울러, 상기 순발전기뇌관들을 다단식발파기(50)에 연결하여 회로를 구성한 다음, 상기 다단식발파기(50)에서 조정된 지연시차를 통해 선균열발파가 실시되고,

상기 심발공(12), 심발확대공(14), 바닥공(13), 중간공(15) 및 최외곽전열공(16)에서는 상기 심발공(12)에서부터 순차적으로 외측으로 확대되면서 다수의 장약공(60)을 여러 개의 영역별로 구획한 후, 상기 장약공(60)내에 순차적으로 자체 기폭시차에 차이를 갖는 지발전기뇌관들이 폭약과 함께 장전됨과 동시에 상기 최외곽공(11)의 발파를 위해 사용하고 남은 상기 다단식발파기(50)의 나머지 회로를 통해 상기 장약공(60)에 장전된 상기 지발전기뇌관들의 각선을 영역별로 보조모선(20)들에 연결하여 회로단자판(30)을 거쳐 다단식발파기(50)에 연결하여 기폭 회로가 구성됨으로써, 상기 최외곽공(11)의 선균열발파가 이루어진 이후 상기 다단식발파기(50)에서 조정된 지연시차 및 각각의 장전된 지발전기뇌관들의 자체 기폭시차를 통해 순차적으로 다단계의 시차로써 연속적으로 기폭되는 것을 특징으로 하는 선균열 발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법.
제1항에 있어서,

상기 최외곽공(11)에서는 터널의 일측 하단에서부터 다수의 장약공(60)이 여러 개의 영역별로 구획된 후, 상기 장약공(60) 내에 순발전기뇌관들이 폭약과 함께 장전되고, 상기 순발전기뇌관들의 각선을 영역별로 보조모선(20)들에 연결하여 회로단자판(30)을 거쳐 다단식발파기(50)에 연결하여 영역별로 기폭 회로가 구성됨으로써, 상기 다단식발파기에서 회로당 일정간격의 지연시차를 갖도록 조정한 후, 상기 다단식발파기(50)에서 조정된 지연시차를 통해 영역별로 다단계의 시차로써 연속적으로 기폭되는 것을 특징으로 하는 선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법.
제2항에 있어서,

상기 최외곽공(11)에서는 터널의 하단 일측에서 상단 쪽으로 좌우 측을 번갈아 가면서 장약공(60) 5~8공을 하나의 영역으로 묶어 동일 기폭으로 구성할 수 있게 영역별로 구획된 후 다단기폭을 통해 선균열발파가 실시되는 것을 특징으로 하는 선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법.
제2항에 있어서,

상기 최외곽공(11)에서는 터널의 하단 일측에서 순차적으로 반대편 쪽으로 가면서 장약공(60) 5~8공을 하나의 영역으로 묶어 동일 기폭으로 구성할 수 있게 영역별로 구획된 후 다단기폭을 통해 선균열발파가 실시되는 것을 특징으로 하는 선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 심발공(12), 심발확대공(14), 바닥공(13), 중간공(15)의 경우에는 각 구획된 영역별로 서로 다른번호의 지발전기뇌관들을 사용하면서 상기 다단식발파기(50)를 통해 상기 최외곽공(11)에 연결된 회로를 제외한 나머지 회로들 중 최외곽공(11)이 구성된 다음 번호의 회로 하나만을 이용하여 전체를 연결 구성하고;

상기 최외곽전열공(16)에서는 각 구획된 영역별로 서로 동일번호의 지발전기뇌관들을 사용하면서 상기 심발공(12), 심발확대공(14), 바닥공(13), 중간공(15)을 연결하고 남은 다단식발파기(50)의 나머지 회로를 이용하여 기폭 회로를 분활 구성하여 다단식발파기(50)의 지연시차만을 이용하여 연속적으로 기폭되도록 하는 것을 특징으로 하는 선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 최외곽공(11)을 형성하기 위해 장약공(60)을 형성할 때, 영역별로 기폭시차가 달라지는 인접 구간사이에는 무장약공(70) 1공씩을 천공하고 그 양쪽공은 약간씩 공간격을 좁혀 천공하며, 불량한 암반에서는 무장약공을 랜덤(random)으로 2~3공을 천공하여 여굴이 크게 발생하지 않도록 가이드 홀(guide hole)로 이용하는 것을 특징으로 하는 선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 최외곽공(11)의 천공경은 직경 45~75㎜로 천공하면서 정밀제어폭약이나 공경의 1/2이 되는 폭약을 사용하고, 최외곽공(11)의 공간격은 천공경의 10~12배 정도 되면서 터널 발파공의 0.7~0.8배 되는 간격으로 함과 아울러, 천공장은 터널의 다른 기타공의 천공길이와 같거나 10㎝ 더 길게 천공하는 것을 특징으로 하는 선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 심발공(12), 바닥공(13), 심발확대공(14), 중간공(15), 및 최외곽전열공(16)에 사용되는 지발전기뇌관들은 순차적으로 자체 기폭시차가 20ms-100ms인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 다단식발파기(50)에서 회로 구성시 회로당 13㎳-68ms의 지연시차를 갖도록 조정하는 것을 특징으로 하는 선균열발파를 응용한 터널여굴 및 진동제어 발파방법.