KR100787204B1 - 터널 및 개착발파의 굴착선공 천공패턴 및 그것을 이용한조합형 조절발파공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 및 개착발파의 굴착선공 천공패턴 및 그것을 이용한 조합형 조절발파공법에 관한 것으로, 굴착선에 설치된 무장약공 및 장약공을 조합한 굴착선공을 선행시켜 기폭 시키므로서 굴착예정선을 매끄럽게 함과 아울러 발파진동이 굴착예정선의 외부로 전달되지 않도록 하여 여굴을 최소화 하고 진동의 피해를 저감시키는 것을 목적으로 하는 조합형 조절발파공법이며,

굴착예정선을 따라 상호 간에 등간격으로 천공되는 다수의 무장약공 및 상기 무장약공의 안쪽에 그 중심이 상기 무장약공들의 중심간의 중앙에 배열되도록 상호 간에 등간격으로 천공되고 내부에 화약이 장약되는 다수의 장약공으로 이루어진다. 그리고, 본 발명에 의한 조합형 조절발파공법은, 무장약공과 장약공의 조합에 의해 굴착선에 굴착선공을 형성하며, 상기 굴착선공의 장약공 안쪽에 다수의 발파공을 천공하는 단계와; (S20) 상기 장약공과 주발파공 내에 화약을 장착하는 단계와; (S30) 상기 굴착선공의 장약공 내부에 장약된 화약을 제일먼저 발파하여 상기 무장약공을 따라 균열층이 형성되도록 하는 단계와; (S40) 상기 굴착예정선 안쪽의 주발파공을 발파하는 단계로 이루어진다.

발파, 무장약공, 장약공, 굴착선공, 조합형조절발파공법

Description

터널 및 개착발파의 굴착선공 천공패턴 및 그것을 이용한 조합형 조절발파공법{BLASTING PATTERN AND BLASTING METHOD USING THEREOF TUNNEL AND EXCAVATION WORK}

도 1은 본 발명에 따른 발파용 굴착선공 천공 패턴을 보인 도면.

도 2는 본 발명에 따른 발파 공법의 공정도.

도 3은 본 발명에 의한 굴착선공의 균열상태를 도시한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

10 : 굴착선공, 11 : 무장약공

12 : 장약공, 20 : 주발파공

본 발명은 암반 굴착선의 발파를 위한 굴착선공 천공패턴 및 조합형 조절발파공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴착예정선을 매끄럽게 함과 아울러 발파진동이 굴착예정선의 외부로 전달되지 않도록 하여 균열을 방지할 수 있고 진동의 피해를 저감 시킬 수 있는 터널 및 개착발파의 굴착선공 천공패턴 및 그것을 이용한 조합형 발파공법에 관한 것이다.

주지하다시피 발파(發破:blasting)란 터널·광산·지하공간개발·토목공사장 등에서 물체를 파괴하는 것으로, 콘크리트 구조물의 폭파도 있으나, 광산 ·채석장 등에서 암석을 파괴하기 위해서 실시하는 발파가 가장 많고 규모도 크다. 암석 폭파에서는 암석에 구멍을 뚫고 그 속에 폭약을 장전해서 폭파하는 것이 보통이다. 폭약을 장전하는 발파구멍을 뚫기 위해서 천공기(점보드릴 등)를 사용한다. 보통발파에서는 지름 수 cm, 깊이 수 m의 구멍이 사용되지만, 대규모 발파에서는 지름 30cm, 깊이 20m나 되는 발파구멍이 사용될 때도 있다. 터널에 따라 개착(開鑿)된 장약실(裝藥室)에 대량의 폭약을 장전하고 폭파하는 방법도 사용되고 있다. 사용하는 폭약의 종류와 양, 기폭되는 발파구멍의 수 및 배치 등은 암석의 성질, 발파의 목적 등에 따라 충분히 고려한 후에 결정한다. 폭파작업에는 다이너마이트 ·질산암모늄 폭약 ·질산암모늄 유제(油劑) 폭약 등이 사용되지만, 뇌관 ·도화선 ·도폭선(導爆線) 등 화공품도 필요하다. 어느 것이나 관리 ·취급에 세심한 주의를 기울이면, 발파작업은 위험한 작업이 아니다. 오늘날 발파작업에는 큰 덩어리의 암석을 잘게 부수는 것에서부터 일시에 수만 t의 암석을 폭파하는 대규모의 것까지 있다. 수백 개의 발파구멍을 수 m/s의 간격을 두고 차례로 기폭하거나, 암석의 파편이 날아가지 않게 하는 방법, 수중에서 폭파하는 기술 등 여러 가지 고도의 기술이 사용된다.

또한, 발파작업으로 암반을 절단시키는 굴착선에 적용하는 발파공법은 여굴 을 줄이고 진동전달을 차단시키기 위해 적용된다. 이와같은 공법에는 크게 스므스블라스팅(Smooth Blasting), 라인드릴링(Line Drilling), 프리스프리팅(Pre Splitting), 큐션 블라스팅(Chusion Blasting) 등이 있다. 이중에서 프리스프리팅 발파공법은 주 발파공 보다 선행하여 기폭시키는 공법이며, 나머지는 주 발파공 기폭 후 발파하는 공법이다.

상기와 같은 발파공법 줄 본 발명인 조합형 조절발파공법(Combination Controlled Blasting)의 비교공법인 라인드릴링(Line Drilling)과 프리스프리팅(Presplitting) 등의 방법이 있다.

상기 라인드릴링 공법과 프리스프리팅 공법은 다음과 같다.(하기의 표 참고)

구 분	라인드릴링 발파공법	프리스프리팅 발파공법
원리 및 개념	-굴착 예정선을 따라 일렬의 공들을 공간격이 좁게 연속적으로 천공하여 본 발파를 할때 파단면의 형성이 유지되도록 하는 방법 -굴착 예정선을 따라 형성된 무장약공으로 인하여 주발파공의 진동을 차단	-기존의 스므스블라스팅공법의 메카 니즘과 동일 -주 발파공보다 선행하여 프리스프 리팅공을 기폭시켜 인위적인 균열 층 형성 -나중에 주 발파공을 기폭시켜 발파 진동 전달을 차단
패턴설계	-공간격 : 공경의 2 ~ 4배 -무장약공과 외곽공과의 간격 : 주발파공 저항선 ㅧ 0.5 ~ 0.75 -외곽공 장약량 : 주발파공의 50%	-공간격 : 천공경에 따라 조정 (0.2m ~ 0.8m) -장약밀도 : 0.11 ~ 0.45Kg/m -외곽공과 공간격 : 주발파공 1/2배
장 점	-굴착 예정선을 메그럽게 유지시켜준다	-라인드릴링보다 공간격이 넓다. -선균열 발생시 진동저감 효과 발생
단 점	-천공시간 및 천공비용이 증대 -암반이 약한구간에서는 굴착선 절단효과 미흡 -진동저감 효과 거의 없음	-암반상태에 따라 사전절단효과 다 르게 나타남. -대체적으로 균열층 발생 효과 미흡 -2회에 걸쳐 발파작업 수행
한계성	-굴착 예정선을 메끄럽게 하는 효과는 있으나 발파진동 저감효과는 거의 없음	-장약공과 장약공 사이에서 균열층 이 형성이 미흡하여 적용이 무의미 하며 발파진동 저감효과 비흡

한편, 이러한 발파를 이용한 암반굴착시 가장 문제가 되는 것 중의 하나는, 굴착면 주변에 형성되는 과대여굴(過大餘掘)(이하 여굴이라 칭함) 및 미굴로써, 여굴이란 계획된 굴착단면을 초과하여 모암에 여분으로 굴착된 부분을 말하고, 미굴이란 굴착계획 단면보다 덜 굴착된 부분을 말한다.

암반굴착시 여굴이 발생하면 이를 숏크리트(Shotcrete)로 메워야 하고, 미굴이 발생하면 이를 제거하여야 되므로, 암반굴착시 여굴과 미굴이 많이 발생하면 그만큼 굴착비용이 증가하게 됨은 물론 공사기간이 길어지는 단점이 있다.

따라서 여굴 및 미굴을 감소시키기 위한 여러 가지 방법들이 알려져 있는데, 여굴의 발생을 감소시키기 위한 대표적인 예로써, 굴착선공(외곽공)에 정밀폭약을 사용하는 방법, 굴착선에 공간격을 매우 좁게 빈공을 천공하는 방법등이 알려져 있으나, 정밀폭약을 사용하는 방법외에는 여굴을 최소화 효과가 미흡하여 거의 사용되고 있지 않다.

또한 미굴을 감소시키기 위한 방법으로 폭약을 적정량보다 많이 장약하던가 또는 천공 위치를 굴착설계 단면 외곽으로 설정하여 여굴을 인위적으로 발생시키는 방법이 일반적으로 활용되고 있다.

이와 같은 여굴 및 미굴저감을 위한 발파공법으로 예컨대, 국내 특허출원 제2002-87252호로 제안된 터널발파시 여굴 및 미굴저감을 위한 터널 굴착방법이 있다.

상기 종래 기술에 의한 여굴 및 미굴저감을 위한 발파공법은, 터널굴착을 위한 발파공을 터널의 굴착선을 따라서 굴착선공(외곽공)을 소정의 간격으로 천공하고, 이들 굴착선공의 내측으로 굴착선공과 소정의 간격을 띄우고 굴착선전열공을 천공하며, 상기 굴착선전열공의 내측으로 다수개의 발파공을 다수개 천공하고, 이들 구멍에 장약을 넣어 발파하는 터널굴착에 있어서, 상기 굴착선공들은 대략 40~45cm의 간격으로 천공하고, 이들 굴착선공에 장약공과 무장약공을 교대로 천공하여 장약을 상기 장약공에만 넣어서 발파를 하는 것으로, 천공된 굴착선공들과 굴착선전열공들의 간격은 종래보다 좀더 조밀하게 천공되고 장약공과 무장약공이 교대로 배치되므로, 굴착선공들 사이에 존재하는 절리의 빈도가 상대적으로 감소되 고, 또 굴착선공들이 발파될 때 무장약공이 자유면 역할을 하여 미끄러짐 파쇄가 줄어 여굴의 발생을 감소시키고, 굴착선전열공들이 발파될 때 무장약공까지 암반의 균열이 진행되어 미굴의 발생을 감소된다고 하고 있으나, 상기 굴착선전열공의 발파시 큰 발파진동이 외부로 전가되어 균열이 발생되고, 결국 굴착예정선이 매끄럽지 못한 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 조절발파공법의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 암반 발파시 굴착예정선을 매끄럽게 함과 아울러 발파진동이 굴착예정선의 외부로 전달되지 않도록 하여 균열을 방지할 수 있는 터널 및 개착발파의 굴착선공 천공패턴 및 그것을 이용한 조합형 발파공법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터널 및 개착발파의 굴착선공 천공패턴은, 굴착예정선을 따라 무장약공이 천공되고, 상기 무장약공의 안쪽에 장약공이 상기 무장약공의 중심과 일치되지 않고 어긋나도록 천공되어, 주발파공의 발파보다 먼저 상기 장약공 내의 화약류가 발파되어 상기 무장약공과 장약공에 의해 균열층을 형성하고 발파진동이 굴착예정선 밖으로 전달되지 않도록 함을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 의한 터널 및 개착발파의 굴착선공 천공패턴을 이용한 조 합형 조절발파공법은, 상기와 같은 패턴으로 굴착선공을 천공하고, 굴착선공 안쪽에 주발파공을 천공하며, 상기 굴착선공을 먼저 선행하여 발파한 후 상기 주발파공을 발파하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 잇점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명에 의한 터널 및 개착발파의 굴착선공 천공패턴을 도시한 것으로, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 발파 공법에 의한 발파공은 굴착선공(10) 및 주발파공(20)으로 구분되며, 굴착선공(10)의 천공패턴은, 굴착예정선(L1)을 따라 다수의 무장약공(11)을 등간격으로 천공하고, 무장약공(11)의 안쪽에 장약공(12)을 천공한다. 여기서, 무장약공(11)은 장약공의 발파시 굴착예정선(L1)에 균열층을 형성하여 미굴과 여굴이 없는 매끄러운 굴착예정선(L)을 형성하도록 하고, 장약공(12)(장약공(12) 내에 삽입된 화약의 발파를 말함)의 발파시 발생되는 충격에너지가 굴착예정선(L1) 외부로 전가되지 않도록 차단하는 것이다.

굴착선공의 무장약공(11)과 장약공(12)은 각각 다음과 같은 제원과 근거로 이루어진다.

구 분	무장약공(11)	장약공(12)	근 거
천공경(D1)	38mm ~ 76mm	38mm ~ 76mm	-국내에서 사용되는 주 발파공의 직경과 무장약공 및 장약공의 직 경을 동일하게 함. -터널발파 : 38mm ~ 45mm 내외 -벤치발파 : 45mm~76mm 내외
공 간 격(G1)	200mm ~ 400mm	200mm ~ 400mm	-굴착선공의 공간격은 천공경과 암 질에 따라 변화함. -공간격 : 천공경 ㅧ 5.0 ~ 10.0

3. 무장약공(11)과 장약공(12) 간의 간격

무장약공(11)과 장약공(12)의 간격(S1) : 100㎜ ~ 200mm 내외.

이와같은 경우는, 무장약공과 장약공이 서로 관통되지 않을 정도의 간격이며 장약공 발파 폭력이 자연 균열층을 따라서 무장약공으로 빠져나가는 현상을 방지하기 위한 간격이다. 또한, 장약공을 무장약공 안쪽에 위치하는 것은 장약공 발파시 폭력에너지와 진동이 무장약공으로 수렴되어 소멸시키기 위한 효과를 얻기위함이다.

4. 무장약공(11)과 장약공(12)의 배열

장약공(12)은 무장약공(11)과의 간격을 유지하면서 그 중심선이 무장약공(11)들의 중심선 사이 간격의 중앙에 배치되도록 엇갈리게 천공된다.

5. 굴착선공(10)의 장약공(12)과 주발파공(20)간의 간격

굴착선공(10)의 장약공(12)과 주발파공(20)간의 간격에 따라 장약공(12)의 발파시 그 영향이 주발파공(20)에 미칠 수 있으며, 굴착선공(10)의 발파 영향을 받지 않도록 장약공(12)과 주발파공(20) 중 최외곽(장약공(12)에 근접되는 곳)에 배치되는 주발파공(20) 사이의 간격은 주발파공(20)들간의 간격의 1/2 정도를 유지할 수 있다.

본 발명에 의한 사용 화약류, 뇌관류, 기폭방법 및 장약량은 다음과 같다.

1. 사용 화약류 : 암반 상태에 따라 일반화약 및 정밀폭약 사용

2. 사용 뇌관류 : MS뇌관(전기뇌관 또는 비전기식 뇌관)

3. 기폭방법 : 장약공 2공 이상 동시 기폭을 원칙으로 하되, 진동크기에 따라 각공별 지발뇌관 사용 가능.

4. 장약량 산출식 : Ｌ = C·D·ｌ

Ｌ: 공당 장약량(kg), C:발파계수(경암 이상:0.5, 보통암 이하:0.3, D:공간격(m), ｌ:천공길이(m)

본 발명에 의한 발파공법은 굴착선공의 천공패턴 및 발파순서를 특징으로 하며, 주발파공(20)의 천공패턴은 도면에 도시된 것에 한정되지 않는다. 단, 굴착선공(10)의 발파시 주발파공(20)의 장약공 내에 삽입된 화약류의 발파시 굴착선공(10)의 장약공(12)에 삽입된 화약류가 발파되지 않을 간격을 유지하여야 한다.

도 2에서와 같이 본 발명에 따른 터널 및 개착발파의 굴착선공 천공패턴을 이용한 조합형 발파 공법은 다음과 같다.

(S10) 발파공(굴착선공(10)과 주발파공(20)) 천공. 발파 대상 암반의 상태에 따라 무장약공(11), 장약공(12) 및 주발파공(20)의 직경, 간격 등의 제원을 결정한 후, 무장약공(11)과 장약공(12)을 천공하여 굴착선공(10)을 형성하고, 굴착선공(10)의 장약공(12) 안쪽에 다수의 주발파공(20)을 천공한다.

(S20) 화약류 장착. 굴착선공(10)의 장약공(12)과 주발파공(20) 내에 화약을 장착한다.

(S30) 굴착선공(10) 발파. 굴착선공(10)의 장약공(12) 내부에 장착된 화약을 발파한다. 이렇게 되면 발파 도 3에서와 같이, 메카니즘상 장약공(12)을 중심으로 파쇄대가 형성됨과 아울러 원주방향의 균열층이 억제되고 장약공(12)과 무장약공(11)간의 인장파괴가 유도되어 무장약공(11)의 패턴에 의한 굴착예정선(L1)을 따라 균열층이 형성되며, 또한, 굴착선공(10)에 의한 굴착예정선(L1)을 따라 형성된 균열층에 의해 후술하는 주발파공(20)의 발파시 발생되는 진동이 굴착예정선(L1) 외부로 전가되지 않게 된다.

굴착선의 발파효과를 상세히 기술하면, 굴착선공을 주발파공보다 선행하여 발파하므로서 주발파공의 폭력에너지가 굴착선 외부로 전달되지 않기 때문에 굴착선을 매끄럽게 유지시킬 수 있으며 굴착선 외부에 존재하는 보안물건에 발파진동이 미치지 않게 할 수 있다.

(S40) 주발파공(20) 발파. 주발파공(20) 내에 장착된 화약류를 발파하면 발파 메카니즘에 따라 굴착선공(10)에 의한 균열층에 발파진동이 전달되어 굴착선공(10)을 따라 발파된다. 이때, 굴착선공(10)의 무장약공(11)을 따라 균열층이 형성되어 주발파공(20)의 발파시 발파진동은 굴착예정선(L1) 외부로 전달되지 않게 된다.

지금까지 도면과 설명에서는 터널을 예로 들어 설명하였지만, 이는 터널에 한정되지 않고 발파를 요하는 모든 공사에 적용 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 터널 및 개착발파의 굴착선공 천공패턴 및 그것을 이용한 조합형 발파공법에 의하면, 기존의 조절발파공법중 라인드릴링과 프리스프리팅 공법의 한계성 및 단점을 개선할 수 있기 때문에 굴착선공의 무장약공이 암반에 일정한 방향으로 균열층을 형성하여 매끄러운 굴착 예정선을 얻을 수 있으며, 주발파 이전에 굴착선공이 발파되어 굴착선공을 따라 진동 차단층이 형성됨에 따라 주발파시 외부로 전달되는 진동이 않으므로 주변 건물의 발파진동 피해를 최소화할 수 있다.

그리고, 굴착 예정선의 사전 절단으로 소량의 화약류를 사용하여 큰 발파효과를 얻을 수 있으므로 비용이 절감되고 발파공사기간을 단축할 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 굴착예정선을 따라 상호 간에 등간격으로 천공되는 다수의 무장약공 및 상기 무장약공의 안쪽에 그 중심이 상기 무장약공들의 중심간의 중앙에 배열되도록 상호 간에 등간격으로 천공되고 내부에 화약이 장착되는 다수의 장약공으로 이루어지고,

   상기 무장약공의 천공경은 38㎜ ~ 76㎜, 무장약공간의 간격은 200㎜~400㎜이며, 상기 장약공의 천공경은 38㎜ ~ 76㎜, 장약공간의 간격은 200㎜~400㎜이고, 무장약공과 장약공의 간격은 100㎜ ~ 200mm 내외인 것을 특징으로 하는 터널 및 개착발파의 굴착선공 천공패턴.
3. (S10) 굴착예정선을 따라 천공경이 38㎜ ~ 76㎜를 만족하는 다수의 무장약공을 상호 간에 200㎜~400㎜의 간격을 유지하도록 천공하고, 상기 무장약공의 안쪽에 100㎜ ~ 200㎜의 간격을 두고 각각 천공경이 38㎜ ~ 76㎜인 다수의 장약공을 상호 간에 200㎜~400㎜의 간격을 유지하도록 천공하여 굴착선공을 형성하며, 상기 굴착선공의 장약공 안쪽에 다수의 발파공을 천공하는 단계와;

   (S20) 상기 장약공과 주발파공 내에 화약을 장착하는 단계와;

   (S30) 상기 굴착선공의 장약공 내부에 장착된 화약을 발파하여 상기 무장약공을 따라 균열층이 형성되도록 하는 단계와;

   (S40) 상기 주발파공 내에 장착된 화약의 뇌관을 점화하여 상기 무장약공에 의해 형성된 균열층 안쪽이 발파되도록 하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 터널 및 개착발파의 굴착선공 천공패턴을 이용한 조합형 조절발파공법.

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