KR100866105B1 - 터널의 발파 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널의 발파 시공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 확대공과 확대보조공에 장전되는 장약의 양을 달리 하여 장약의 불필요한 양을 줄임과 동시에 최적의 폭파 효율을 갖도록 한 터널의 발파 시공 방법에 관한 것으로서, 터널을 굴착하고자 하는 막장 면에 소정깊이 및 소정 배열로 수평 구멍들을 천공하는 천공단계, 상기 천공된 구멍 내에 지발 뇌관 및 폭약 등을 장전하여 장약공을 형성하는 장전단계, 상기 장약공들의 입구를 전색물로 전색시키는 전색단계, 발파기로 뇌관을 기폭 시켜 상기 폭약을 폭파시키는 기폭단계를 거치는 터널 발파 시공방법에 있어서, 상기 천공단계에서 터널의 중앙부에 심발공을 형성하고, 그 외측에 이격되어 배열되는 심발확대공, 심발확대공의 외측에 일정 간격을 두고 배열되는 2열 이상의 확대공, 확대공의 사이에 배열되는 확대보조공, 및 터널의 바닥부에 형성되는 바닥공과, 터널의 최종 단면과 대응되게 형성되는 설계굴착공을 형성하고, 상기 폭약 장전단계에서 상기 확대보조공에 장전되는 폭약이 상기 확대공에 장전되는 폭약의 양 보다 적은 양으로 장전되도록 하며, 상기 발파단계에서 상기 심발공에서 설계굴착공의 순으로 점차 외측을 향하면서 순차적으로 기폭되도록 하고, 상기 확대보조공에 장전되는 폭약은 그 내측열에 형성된 확대공에서 폭약이 발파되어 형성되는 자유면의 내부에 숨겨지는 깊이로 장전되고, 상기 확대공이 발파되어 형성된 자유면에 상기 확대보조공의 전색부가 노출되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 종래의 천공 방법을 그대로 이용함에 따라 별도의 숙련공이 천공작업을 해야 할 필요가 없어질 뿐만 아니라, 폭약의 사용량이 줄어 진동 및 폭음이 감소되어 주변 환경에 미치는 영향이 줄어들게 되며, 시공 비용이 절감되는 효과를 가지게 된다.

터널, 발파, 폭파, 시공, 장약

Description

터널의 발파 시공 방법{blast construction working method for a tunnel}

도 1은 본 발명에 따른 터널의 천공 배치도.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 장약 장전량을 보여주는 단면도.

도 4는 종래의 터널 발파 시공 방법에 따른 진동과 소음 측정 결과를 나타내는 그래프.

도 5는 본 발명에 따른 진동과 소음 측정 결과를 나타내는 그래프.

도 6은 종래의 터널 발파 시공 방법에 따른 터널의 천공 배치도.

도 7은 도 5의 B-B선 단면도.

도 8은 종래의 터널 발파 시공 방법에 따른 장약 장전량을 보여주는 단면도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 심발공 12 : 심발확대공

13a, 13b, 13c : 확대공 14a, 14b : 확대보조공

15 : 설계굴착공 16 : 바닥공

131b, 141a : 폭약 132b, 142a : 전색

본 발명은 터널의 발파 시공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 확대공과 확대보조공에 장전되는 장약의 양을 달리 하여 장약의 불필요한 양을 줄임과 동시에 최적의 폭파 효율을 갖도록 한 터널의 발파 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 발파방법에 의한 터널굴착방법의 형태로써는 종래의 전단면 1회 발파공법, 분할발파공법, 그리고 다단발파공법으로 구분할 수 있으며, 이들 발파방법에 의한 터널굴착은 공통적으로 다음과 같은 단계로 구분되어 실시된다.

굴착단면의 크기 및 위치를 암석에 표시하는 제1단계, 심발공, 심발확대공, 확대공, 바닥공 및 설계굴착공 등을 일정한 깊이와 각도로 천공하는 제2단계, 상기 천공된 공들에 뇌관과 폭약을 채우는 제3단계, 발파기에 의하여 뇌관과 폭약을 기폭 시키는 제4단계, 발파된 암석을 제거하는 제5단계, 부석 제거 및 암반 보강 작업을 수행하는 제6단계로 구분되어 실시된다.

이와 같은 단계로 이루어진 종래의 터널 발파 굴착 방법은 먼저 발파할 막장면에 도 6에서 보인 것과 같이 심발공(21), 심발확대공(22), 확대공(23a)(23b)(23c)(23d)(23e), 바닥공(25) 및 설계굴착공(24)이 천공되어야 할 위치를 표시한 후, 착암기 또는 점보드릴 등의 굴착기로 전단면내 소정의 위치에 여러 개의 발파공들을 천공하되, 발파할 단면의 중심부에 천공기로 일정 깊이로 천공한 후, 이 천공구멍들 내에 지발뇌관 및 폭약들을 영역별로 장전하여 발파기로 뇌관들을 기폭시킴으로써 발파되는 형태가 통상적인 방법이다.

상기와 같은 터널굴착방법의 발파단계 중 제3단계인 폭약의 장전단계에서는 도 7에서 보인 것과 같이 발파되는 장약공들 내에 뇌관 및 폭약이 전색물과 함께 장전되어진 상태를 보여주고 있는데, 여기에서 지발뇌관 및 폭약은 각 천공구멍 내의 아래쪽으로 치우쳐서 장전되어진다.

폭약은 2가지의 종류로서 도면에 해당되는 심발공, 심발확대공, 주변공, 바닥공의 장약에는 일반폭약을 사용하게 되며, 설계굴착공에는 도면과 같이 모암의 손상을 적게 하고, 여굴을 방지하기 위하여 일반폭약과 정밀폭약을 함께 사용하게 된다.

이때, 심발공 부분에 지발뇌관들을 좌우 대칭으로 아래에서 위로 순차적으로 배열 장전시키고, 이후 심발확대공, 바닥공 및 설계굴착공들에는 심발부분에서 외곽방향으로 영역별로 지발뇌관들을 순차적으로 배열 장전시켜 발파기로 뇌관들을 기폭시킴으로써 터널 암반을 굴착하게 되는데, 이때 지발뇌관들의 기폭순서는 심발을 중심으로 심발공, 심발확대공, 주변공, 설계굴착공, 바닥공등의 순으로 동심원형태로 연속적으로 발파가 이루어져서 소요 단면을 확보하게 된다.

하지만, 상기와 같은 종래의 발파방법은 도 6에서 도시하는 바와 같이 장약공(23b) 내 폭약(231b)의 폭발영역(233b)이 인접공(23c)의 폭약(231c)의 폭발영역(233c)과 겹쳐지는 부분이 발생하게 되며, 폭발 영역의 겹쳐짐은 순차적으로 발파되는 터널 발파의 특성상 앞단의 발파에 의하여, 다음에 발파되어질 구멍의 전색(232c)이나 폭약(231c)에 영향을 주어서 전색을 충분히 하지 않거나 화약이 부족하게 장전된 결과를 초래하게 된다.

전색을 충분히 하지 않으면 폭약의 폭발력이 암반에 집중이 되지 않고, 암반 에 집중되지 못한 폭발력이 공구로 밀려 나오면서 소음으로 바뀌게 되는 것이다. 또한 암반을 제대로 파괴시키지 못하기 때문에 진동도 더 커지는 것이다. 이러한 결과에 의하여 미 굴진장의 발생과 더불어 소음 및 진동도 더 커지게 된다.

종래의 터널 발파 방법은 암질이 안 좋은 구간 즉 연암, 사암, 다이크 암질에서는 설계굴착공 밑의 폭발에 의하여 설계굴착공에 장약된 정밀 폭약의 불발과 더불어 폭발의 영향을 받지 말아야할 모암에도 영향을 주어서 여굴(over break) 발생이 야기되며, 이는 폭발 후 낙석 및 불발 화약의 처리 등 추가적인 작업을 진행해야하고, 보강작업에 들어가는 비용 및 시간의 증가되는 문제점도 발생하게 된다.

또한, 종래의 터널 발파에서는 이 같은 고비용 저효율의 문제점을 가지는 것뿐만 아니라, 발파 시 발생되는 지반진동과 소음으로 인하여 인접구조물에 물리적 영향을 미치며 그 피해에 대한 민원을 유발시키게 됨으로써 공사 진행에 지장을 일으키는 경우도 생기는 문제점도 있었다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 확대공과 확대보조공에 장전되는 장약의 양을 달리 하여 장약의 불필요한 양을 줄임과 동시에 최적의 폭파 효율을 갖도록 한 터널의 발파 시공 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 터널의 폭파 시공 시에, 순차적으로 확대공들이 폭파되면서 인접한 확대공에 장전된 폭약이 손실되거나 폭파 성능이 저하되는 것이 방지되도록 함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 터널을 굴착하고자 하는 막장 면에 소정깊이 및 소정 배열로 수평 구멍들을 천공하는 천공단계, 상기 천공된 구멍 내에 지발 뇌관 및 폭약 등을 장전하여 장약공을 형성하는 장전단계, 상기 장약공들의 입구를 전색물로 전색시키는 전색단계, 발파기로 뇌관을 기폭 시켜 상기 폭약을 폭파시키는 기폭단계를 거치는 터널 발파 시공방법에 있어서, 상기 천공단계에서 터널의 중앙부에 심발공을 형성하고, 그 외측에 이격되어 배열되는 심발확대공, 심발확대공의 외측에 일정 간격을 두고 배열되는 2열 이상의 확대공, 확대공의 사이에 배열되는 확대보조공, 및 터널의 바닥부에 형성되는 바닥공과, 터널의 최종 단면과 대응되게 형성되는 설계굴착공을 형성하고, 상기 폭약 장전단계에서 상기 확대보조공에 장전되는 폭약이 상기 확대공에 장전되는 폭약의 양 보다 적은 양으로 장전되도록 하며, 상기 발파단계에서 상기 심발공에서 설계굴착공의 순으로 점차 외측을 향하면서 순차적으로 기폭되도록 하고, 상기 확대보조공에 장전되는 폭약은 그 내측열에 형성된 확대공에서 폭약이 발파되어 형성되는 자유면의 내부에 숨겨지는 양으로 장전되고, 상기 확대공이 발파되어 형성된 자유면에 상기 확대보조공의 전색부가 노출되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

삭제

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 터널의 천공 배치도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면 도이며, 도 3은 본 발명에 따른 장약 장전량을 보여주는 단면도로서, 도시된 것과 같이 본 발명에 의한 터널의 발파 시공 방법은 터널의 굴착하고자 하는 면에 소정 깊이 및 배열로 구멍들을 천공하는 천공단계와, 천공된 구멍 내에 지발 뇌관 및 폭약 등을 장전하여 장약공을 형성하는 장전단계, 장약공들의 입구를 전색하는 전색단계 및 발파기로 뇌관을 기폭시키는 기폭단계를 거치는 터널 발파 시공방법에서 특히, 천공단계에 심발공(11), 심발확대공(12), 확대공(13a)(13b)(13c), 확대보조공(14a)(14b) 및 바닥공(16)과 설계굴착공(15)을 형성하고, 심발확대공(12)과 확대보조공(14a)(14b)에 장전되는 폭약의 양이 심발공(11)과 확대공(13a)(13b)(13c)에 장전되는 폭약의 양 보다 적은 양으로 장전되도록 한 것이다.

상기 천공단계는 공지의 굴착기나 드릴 등을 이용하여 터널의 굴착면에 폭약이 장전되는 구멍을 천공하는 것으로서, 일정한 간격 및 배열을 이루면서 일정한 깊이로 구멍이 천공되도록 하되, 터널의 중심부 인근에 폭파가 시작되는 다수의 심발공(11)을 배열하고, 심발공(11)의 외측으로는 심발공(11)에 의해 형성된 파쇄공간의 영역을 확장시키는 심발확대공(12)을 형성하며, 심발확대공(12)의 외측으로는 일정한 간격을 두고 배치되는 2열 이상의 다수의 확대공(13a)(13b)(13c)을 형성하고, 확대공(13a)(13b)(13c)의 사이 공간에 확대보조공(14a)(14b)을 형성하며, 확대공(13a)(13b)(13c) 및 확대보조공(14a)(14b)의 외측으로는 터널의 바닥부에 배열되는 바닥공(16)과 터널의 최종 단면을 따라 형성되는 설계굴착공(15)을 형성한다.

상기 장전단계는 상술한 천공단계에서 천공된 구멍에 폭약과 뇌관을 주입하는 단계로서, 특히 장전단계에서는 도 2 내지 도 3에서 보인 것과 같이 심발공과 확대공(13b)(13c) 및 바닥공에는 천공 깊이에 비례하여 폭약(131b)(131c)이 약 2/3가량의 깊이로 충진되도록 하고, 심발확대공과 확대보조공(14a)에는 심발공이나 확대공(13b)(13c)에 의해 형성되는 새로운 자유면의 내측으로 폭약(141a)이 숨겨지도록 천공 깊이의 1/3 미만 지점까지 폭약을 장전한다.

이 때, 암반의 강도 및 종류에 따라 심발공과 확대공에 장전된 폭약의 양에 의해 절단되어져 나가는 암반의 각도를 미리 계산한 후에, 심발확대공과 확대보조공(14a)에 장전되는 폭약은 심발공과 확대공(13b)에 의해 새로이 생성되는 자유면(133b)의 외부로 노출되지 않도록 그 양을 적절히 조절하는 것이 바람직하며, 확대공(13b)의 발파에 의해 절단되지 못한 여분의 암반(143a)이 확대보조공(14a)의 발파에 의해 절단되어지게 되며, 후속되는 확대공의 발파에 의해 다시 많은 양의 암반이 절단되어지게 되는 것이다.

또한, 상기 설계굴착공(15)에는 정밀한 굴착 단면을 얻고 모암의 손상을 적게 하며, 여굴을 방지하기 위하여 일반 폭약과 정밀폭약이 순차적으로 장전되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전색단계는 폭약이 장전된 구멍의 외측부를 막아 폭파 작업시에 폭파력이 암반의 내측으로 집중되도록 하고, 폭파시의 소음을 줄이도록 하는 것으로서, 통상의 전색물을 이용하여 상술한 심발공(11)과 심발확대공(12), 확대공(13a)(13b)(13c), 확대보조공(14a)(14b), 바닥공(16) 및 설계굴착공(15)의 폭약의 외측 공간이 채워지도록 한다.

상기 기폭단계는 폭약이 주입되고 전색작업이 마무리된 심발공(11)과 심발확 대공(12), 확대공(13a)(13b)(13c), 확대보조공(14a)(14b), 바닥공(16) 및 설계굴착공(15)을 순차적으로 기폭시켜 폭파시키는 단계로서, 터널의 발파를 위한 공지의 기폭 방법을 이용하는 것이 바람직하며, 특히 기폭단계에서는 심발공(11)과 심발확대공(12)을 순차적으로 폭파시킨 후 심발확대공(12)의 외측방으로 차례대로 교번되어 배치된 확대공(13a)(13b)(13c)과 확대보조공(14a)(14b)을 터널의 중심부에서 외측방으로 나가면서 순차적으로 폭파시킨다.

이후, 확대공(13a)(13b)(13c)과 확대보조공(14a)(14b)이 모두 폭파되면 남아있는 설계굴착공(15) 및 바닥공(16)을 폭파시켜 최종적인 터널의 단면이 형성되도록 한다.

이에 따라, 심발공의 폭파에 의해 암반이 떨어져 나가면서 생겨나는 자유면에 심발확대공의 폭약은 노출되지 않으면서 전색부만이 노출되어 심발확대공을 폭파시킬 때 심발확대공의 폭약이 충분한 전색의 효과를 가지면서 폭발할 수 있게 되어 폭파의 효과가 더욱 증대될 뿐만 아니라, 폭약의 낭비와 손실을 방지할 수 있게 되고, 폭파력이 암반에 집중되어 폭파시에 발생되는 소음과 진동을 줄일 수 있게 되는 것이다.

또한, 심발확대공이 폭파된 후에는 그 외측에 배치된 확대공을 기폭시켜 대량의 암반이 폭파되도록 하면, 확대공의 폭파에 의해 암반이 떨어져 나가면서 생겨나는 자유면에 확대보조공의 폭약은 노출되지 않으면서 전색부만이 노출되어 확대보조공을 폭파시킬 때 확대보조공의 폭약이 충분한 전색의 효과를 가지면서 폭발할 수 있게 되어 폭파의 효과가 더욱 증대될 뿐만 아니라, 폭약의 낭비와 손실을 방지 할 수 있게 되고, 폭파력이 암반에 집중되어 폭파시에 발생되는 소음과 진동을 줄일 수 있게 되는 것이다.

도 4는 종래의 터널 발파 시공 방법에 따른 진동과 소음 측정 결과를 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 진동과 소음 측정 결과를 나타내는 그래프로서, 상술한 바와 같은 발파 시공 방법에 의해 실제적인 발파시공을 한 경우 종래의 방법과 비교하여 최대 소음(MAX dB)이 72.6dB에서 60.3dB로 줄어든 것을 확인할 수 있다.

뿐만 아니라, 도 4와 도5를 통해 비교해 보면 발파시의 터널에 발생하는 충격의 크기를 알 수 있는 최고 벡터 합계(Peak Vector Sum) 또한 종래의 발파 방법에서는 4.479mm/s를 보이고 있지만, 본 발명에 의한 발파 방법에서는 2.167mm/s를 나타내고 있어 발파시의 충격이 절반 이하로 줄어드는 것을 확인할 수 있으며, 이에 의해 터널과 인접한 각종 건축물 및 자연환경에 미치는 영향이 더욱 줄어든다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 확대공과 확대보조공에 장전되는 장약의 양을 달리 하여 장약의 불필요한 양을 줄임과 동시에 최적의 폭파 효율을 갖도록 한 터널의 발파 시공 방법을 제공함으로써, 종래의 천공 방법을 그대로 이용함에 따라 별도의 숙련공이 천공작업을 해야 할 필요가 없어질 뿐만 아니라, 폭약의 사용량이 줄어 진동 및 폭음이 감소되어 주변 환경에 미치는 영향이 줄어들게 되며, 시공 비용이 절감되는 효과를 가지게 된다.

또한, 본 발명의 목적은 터널의 폭파 시공 시에, 순차적으로 확대공들이 폭파되면서 인접한 확대공에 장전된 폭약이 손실되거나 폭파 성능이 저하되는 것이 방지되도록 함으로서, 적은 폭약의 양으로도 최적의 폭파 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 폭약의 불필요한 낭비를 방지하는 효과를 가지게 된다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 터널을 굴착하고자 하는 막장 면에 소정깊이 및 소정 배열로 수평 구멍들을 천공하는 천공단계, 상기 천공된 구멍 내에 지발 뇌관 및 폭약 등을 장전하여 장약공을 형성하는 장전단계, 상기 장약공들의 입구를 전색물로 전색시키는 전색단계, 발파기로 뇌관을 기폭 시켜 상기 폭약을 폭파시키는 기폭단계를 거치는 터널 발파 시공방법에 있어서,

   상기 천공단계에서 터널의 중앙부에 심발공을 형성하고, 그 외측에 이격되어 배열되는 심발확대공, 심발확대공의 외측에 일정 간격을 두고 배열되는 2열 이상의 확대공, 확대공의 사이에 배열되는 확대보조공, 및 터널의 바닥부에 형성되는 바닥공과, 터널의 최종 단면과 대응되게 형성되는 설계굴착공을 형성하고,

   상기 폭약 장전단계에서 상기 확대보조공에 장전되는 폭약이 상기 확대공에 장전되는 폭약의 양 보다 적은 양으로 장전되도록 하며,

   상기 발파단계에서 상기 심발공에서 설계굴착공의 순으로 점차 외측을 향하면서 순차적으로 기폭되도록 하고,

   상기 확대보조공에 장전되는 폭약은 그 내측열에 형성된 확대공에서 폭약이 발파되어 형성되는 자유면의 내부에 숨겨지는 깊이로 장전되고, 상기 확대공이 발파되어 형성된 자유면에 상기 확대보조공의 전색부가 노출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 터널 발파 시공방법.
3. 터널을 굴착하고자 하는 막장 면에 소정깊이 및 소정 배열로 수평 구멍들을 천공하는 천공단계, 상기 천공된 구멍 내에 지발 뇌관 및 폭약 등을 장전하여 장약공을 형성하는 장전단계, 상기 장약공들의 입구를 전색물로 전색시키는 전색단계, 발파기로 뇌관을 기폭 시켜 상기 폭약을 폭파시키는 기폭단계를 거치는 터널 발파 시공방법에 있어서,

   상기 천공단계에서 터널의 중앙부에 심발공을 형성하고, 그 외측에 이격되어 배열되는 심발확대공, 심발확대공의 외측에 일정 간격을 두고 배열되는 2열 이상의 확대공, 확대공의 사이에 배열되는 확대보조공, 및 터널의 바닥부에 형성되는 바닥공과, 터널의 최종 단면과 대응되게 형성되는 설계굴착공을 형성하고,

   상기 폭약 장전단계에서 상기 확대보조공에 장전되는 폭약이 상기 확대공에 장전되는 폭약의 양 보다 적은 양으로 장전되도록 하며,

   상기 발파단계에서 상기 심발공에서 설계굴착공의 순으로 점차 외측을 향하면서 순차적으로 기폭되도록 하고,

   상기 심발확대공에 장전되는 폭약은 그 내측열에 형성된 심발공에서 폭약이 발파되어 형성되는 자유면의 내부에 숨겨지는 깊이로 장전되고, 상기 심발공이 발파되어 형성된 자유면에 상기 심발확대공의 전색부가 노출되도록 형성된 것을 특징으로 하는 터널 발파 시공방법.

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