KR101028770B1 - 순발 비전기 뇌관과 도폭선을 결합한 터널 여굴감소발파방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 순발 비전기 뇌관과 도폭선을 결합한 터널 여굴감소 발파방법에 관한 것으로 상세하게는 기존에 최외곽공에 일반적으로 사용한 지발 뇌관보다 오차범위가 상당히 적고, 전자 뇌관에 준하는 오차범위(0.1～0.2ms)를 나타내는 순발(瞬發) 뇌관 중 비전기식 뇌관을 사용하여 터널의 최외곽공(도면 1)에 장약을 결합하고, 공 외부의 비전기식 튜브는 5g/m의 도폭선으로 결선하여 도폭선은 최외곽공 기폭순서에 해당하는 뇌관을 결선한다.
그리고 발파를 하면 순차적으로 심발부(2), 확대부(3) 및 외곽전열공(4) 등이 발파되고 도폭선에 연결된 최외곽공의 뇌관이 기폭 되면서 도폭선이 기폭 되고 도폭선에 연결된 최외곽공의 순발 비전기 뇌관을 동시에 기폭 하는 것을 특징으로 하는 발파방법이다.
도폭선, 순발 비전기 뇌관, 발파방법, 터널 굴착.
Description
본 발명은 순발 비전기 뇌관과 도폭선을 결합한 터널 여굴감소 발파방법에 관한 것으로 상세하게는 기존에 최외곽공에 일반적으로 사용한 지발 뇌관보다 오차범위가 상당히 적고, 전자 뇌관에 준하는 오차범위(0.1～0.2ms)를 나타내는 순발(瞬發) 뇌관 중 비전기식 뇌관을 사용하여 터널의 최외곽공(도면 1)에 장약을 결합하고, 공 외부의 비전기식 튜브는 5g/m의 도폭선으로 결선하여 도폭선은 최외곽공 기폭순서에 해당하는 뇌관을 결선한다.
그리고 발파를 하면 순차적으로 심발부(2), 확대부(3) 및 외곽전열공(4) 등이 발파 후 도폭선에 연결된 최외곽공의 뇌관에 기폭 되면서 도폭선이 기폭 되고 도폭선에 연결된 최외곽공의 순발 비전기 뇌관을 동시에 기폭 하는 것을 특징으로 하는 발파방법이다.
또한, 진동 등의 문제가 되는 현장에서는 최외곽공을 여러 구역으로 분할하여 도폭선으로 결선하고, 각 구역의 도폭선에 다른 시차의 뇌관을 결선하여 분할발파하는 것에 대한 방법이다.
알려진 바와 같이 국내의 대다수 터널의 외곽공 발파에서는 스무스 블라스팅 제어 발파공법을 채택하고 있다.
스무스 블라스팅 공법은 1950～1960년대 스웨덴에서 개발되어 정리되었다. 원리는 쿠션발파와 거의 같지만, 스무스 발파의 공들은 다른 발파공들과 같이 점화된다. 따라서 스무스 발파는 주 발파부분을 먼저 발파할 필요가 없다.
스무스 발파를 위한 새로운 폭약들이 개발되었는데, 낮은 폭속을 가지고 가스 함유량이 적고 작은 지름의 폭약인 정밀폭약이 개발되었다.
정밀폭약은 약경이 17mm, 22mm가 있다. 스무스 발파의 좋은 결과를 위해서는 천공간격대 저항선의 비율이 0.8 이하이어야 하며, 저항선은 공간격 보다 커야하고, 동일한 뇌관번호를 사용하는 것이 더욱더 효과적이다.
스무스 발파공은 다른 발파공들보다 높은 번호로 점화된다. 스무스 발파공에 사용되는 뇌관의 번호는 MS 뒷부분 또는, LP뇌관이 사용된다.
MS 뒷부분 또는, LP뇌관은 동일한 번호의 뇌관이라도 오차로 인해 동시에 기폭 되지 않기 때문에 불량한 암질의 터널에서는 좋지 않은 결과를 보여준다.
최근에는 초시 오차가 0.02MS정도의 정밀한 전자 뇌관을 사용하여 최외곽발파에 적용하여 좋은 결과를 나타내고 있다.
그러나 전자 뇌관의 경우 뇌관가격이 일반 뇌관보다 5～6배 정도의 고가 이며, 또한 전자 뇌관 발파를 위한 발파기, 모선, 보조 모선 등을 기존 발파와 혼용하여 사용할 수가 없다.
본 발명의 목적은 종래의 스무스 블라스팅 공법과 전자 뇌관의 최외곽공 적용에 따른 문제점 등을 해결하기 위한 하나의 개선된 스무스 블라스팅 공법으로서, 본 발명은 터널 굴진의 발파작업에서 최외곽공에 순발 비전기 뇌관을 사용하고 이를 선균열발파가 아닌 터널발파순서(확대발파)대로 발파를 하는 것이 특징이며, 이때 최외곽공에 장전된 순발 비전기 뇌관을 5g/m 도폭선을 사용하여 전체연결 또는, 진동 등의 문제가 있을 경우 분할 연결하고 도폭선에는 외곽공 발파순서에 해당하는 뇌관을 연결하여 순차적으로 발파되게 하는 스무스 발파를 응용한 터널여굴제어, 최외곽공의 미려한 굴착면 및 암반 손상권 최소화 등을 제공하는 것으로, 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 터널의 전단면이나 상부 반단면 발파에 형성되는 장약공이 그 위치에 따라 심발공, 심발확대공, 확대공, 바닥공, 외곽전열공, 최외곽공으로 구분되며, 상기 각각의 장약공에 비전기 뇌관을 폭약과 함께 장전하여 장약함에 있어 최외곽공에는 순발 비전기 뇌관을 5g/m의 도폭선에 연결하고 도폭선에는 최외곽공 순서에 해당하는 비전기 뇌관을 연결하여 발파를 하는 것이다.
상기와 같은 최외곽공에 순발 비전기 뇌관과 도폭선을 사용한 터널 여굴감소 발파방법은 기존의 터널발파의 최외곽공에 사용된 지발 뇌관들보다 월등히 우수한 시차 정밀도 덕택에 전자 뇌관에 준하는 여굴 감소 및 편평한 발파 면을 얻을 수 있으며, 외곽보조공 발파 후 발파되기 때문에 자유면을 향한 방향에만 파괴력이 작용하게 되어 남아있는 터널의 암반보호에도 상당히 효과적이다.
본 순발 비전기 뇌관과 도폭선을 사용한 터널 여굴감소 발파방법은 기존의 터널 외곽공에 사용돼 온 지발 뇌관의 초시 오차율에 의한 여굴 및 미굴 발생문제, 또한, 초시정밀도가 우수하지만 가격이 비싼 전자 뇌관의 문제점 등을 모두 해결하면서 여굴 발생을 감소할 수 있는 발파방법으로서 터널 외곽공 발파의 효율성 및 경제성 향상에 큰 도움이 될 것으로 판단되는 유용한 발명인 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 터널의 전단면이나 상부 반단면 발파에 형성되는 장약공이 그 위치에 따라 심발공, 심발확대공, 확대공, 바닥공, 외곽전열공, 최외곽공으로 구분되며, 상기 각각의 장약공에 비전기 뇌관을 폭약과 함께 장전하여 장약함에 있어 최외곽공에는 순발 비전기 뇌관을 5g/m의 도폭선에 연결하고 도폭선에는 최외곽공 순서에 해당하는 비전기 뇌관을 연결하여 발파를 한다.
발파는 뇌관의 시차별로 기폭이 되며 최외곽공에 기폭순서가 되면 도폭선에 연결된 뇌관이 기폭 하게 되고 이는 도폭선을 기폭 시키고, 도폭선에 연결된 순발 비전기 뇌관들이 기폭이 된다.
이때, 최외곽공에 장전된 순발 비전기 뇌관들은 전자 뇌관에 준가는 오차범위(오차범위 0.1～0.2ms)을 나타낸다.
최외곽공들은 각 공들로부터 응력파가 방사선상으로 나오게 되고 그 응력파가 공 중앙에서 서로 충돌하므로 서로 간섭하여 인장파를 파생하여 균열이 발생하며, 자유면을 향한 방향에만 파괴력이 작용하게 되어 남아있는 터널의 암반 보호에도 상당히 효과적이다.
물론, 본 발명은 발파진동 및 소음이 문제가 되는 곳에서도 상기의 최외곽공에는 순발 비전기 뇌관을 장전하고 여러 영역으로 분할하여 각 영역을 도폭선에 연결하여 각 영역에 해당하는 비전기 뇌관을 연결하여 발파할 수도 있다.
또한, 상기 최외곽공의 천공경은 Φ45～75mm를 사용하고, 폭약은 일반적인 최외곽공 장약에 사용되는 17mm의 정밀폭약을 사용한다.
최외곽공의 간격은 스무스 발파와 동일하게 저항선의 0.7～0.8배가 정도가 되면서 암질의 상태가 불량하면 좀 더 짧게 할 수 있다.
본 발명에 사용되는 뇌관의 특성 및 실시 예를 살펴보면,
본 발명에 사용된 순발 비전기 뇌관의 경우 뇌관 초시 실험 결과, 오차범위가 0.05～0.12ms 정도로 최근 터널발파에서 적용되고 있는 전자 뇌관에 준하는 효과를 발휘할 수 있을 것으로 판단되며, 여굴을 최소화함 물론, 모암의 손상 방지 및 과굴착 제어에 따른 비용 줄이기 효과 등을 충분히 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
표 1은 순발 뇌관(0MS)과 터널 외곽공에 일반적으로 사용되는 뇌관의 단차 테스트(오차범위) 결과이다.
표1. 각 뇌관의 단차 테스트 결과
＜실시 예＞
이하 본 발명의 순발 비전기 뇌관과 도폭선을 응용하여 터널 외곽공의 여굴제어 발파공법에 대한 실시 예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 터널의 전단면을 일반 터널발파 천공과 동일하게 점보드릴로 Ø45mm로 천공하고, 천공된 구멍에 폭약을 장전한다.
최외곽공에는 폭약과 순발 비전기 뇌관을 장전하여 전색시키고, 순발 비전기 뇌관 튜브를 5g/m 도폭선을 사용하여 연결하고, 도폭선을 외곽전열공 기폭 이후의 시차 또는, 외곽공의 기폭순서에 해당하는 지연 시차의 뇌관을 1발 연결한다.
장약이 완료되면, 번치 커넥터를 사용하여 비전기 뇌관 튜브 결선 후 발파하면 일반터널 발파순서대로 발파가 진행되고, 최외곽공에 장약 된 순발 비전기 뇌관도 기폭 된다.
이때, 최외곽공의 순발 비전기 뇌관들은 오차 없이 동시 기폭 되고, 응력파가 공 중앙에서 서로 충돌, 간섭하여 인장파를 파생함으로써 균열이 발생한다. 외곽전열공 발파 후 최외곽공이 발파되기 때문에 자유면 방향으로만 파괴력이 작용하여 남아있는 터널의 암반보호에도 상당히 효과적이다.
상기와 같은 외곽공에 순발 비전기 뇌관과 도폭선을 사용한 터널 여굴감소 발파방법에 의한 천공배치 및 뇌관배열은 도 1에 도시되어 있다.
이하 본 발명에 따른 현장 실험 예이다.
외곽공에 순발 비전기 뇌관과 도폭선을 사용하여 여굴 감소효과를 알아보기 위하여 실험을 하였다.
본 발파공법 적용현장은 "정관지방산업단지 진입도로 건설공사(2공구)” 현장에서 실험을 하였으며, 그 결과를 고찰하였다.
실험대상 막장면에 대한 Face Mapping 및 RMR 분류 결과, 암의 종류는 화강섬록암의 연암층으로 분류되며, 전반적으로 절리 및 균열이 발달하여 있다.
색상은 암갈～청회색을 나타내며, 부분적으로 파쇄양상 및 기반암이 변성풍화된 상태를 나타내고 있다. 풍화상태는 SW, NW 상태로 잘리는 불규칙적으로 발달하였으며, 주절리면 틈새는 회백색 점토질 성분으로 충전되어 있다.
막장면은 습윤한 상태이며, 암석타격시 불규칙한 형상으로 분쇄되고, 주절리면은 굴착작업에는 양호한 상태로 판단된다.
RMR 분류결과, 대부분 항목에서 최하점수를 나타내며, 평가합계 점수는 28점(강도[4]+ RQD[8]+절리간격[8]+불연속면상태[3]+지하수[10]-절리방향[5]) 정도로 평가된다. 발파 전 막장면을 촬영한 사진은 도 4에 나타내었다.
천공장 1.6m, 천공경45mm, 공당 장약량과 사용화약 종류는 표2에 나타내었고, 천공패턴 및 뇌관 배열도는 도 2에 나타내었다.
시험발파는 터널 단면 중앙부를 기준으로 하여 좌, 우측으로 구분하였다. 막 장면을 응시하였을 때, 좌측은 순발 전기 뇌관과 도폭선 응용패턴을, 우측은 기존 발파패턴을 그대로 적용하여 발파를 하였다.
발파 결과는 표3, 표4, 도 3, 4, 5와 같다.
표2. 공당 장약량 및 사용화약 종류
표3. 천공자국 길이 측정(H.C.F)결과
표4. 여굴량 측정 결과
상기 현장의 허용 여굴선은 설계굴착선 +8㎝이며, 여굴량 측정은 허용 여굴선 기준으로 측정하였다.
표5. 숏크리트 타설량 비교
도 1은 본 발명에 따른 순발 비전기 뇌관과 도폭선을 사용한 터널발파 개요도
도 2는 본 발명에 따른 시험발파의 천공패턴 및 뇌관 배열도
도 3은 본 발명의 실시에 따른 여굴량 측정 결과
도 4는 본 발명의 실시에 따른 시험 발파전 막장 전경 사진
도 5는 본 발명의 실시에 따른 천공 전경(컴퓨터 점보드릴) 사진
도 6은 본 발명의 실시에 따른 도폭선 설치 전경 사진
도 7은 본 발명의 실시에 따른 순발 비전기 뇌관과 도폭선을 사용한 터널 여굴감소 발파방법과 기존 최외곽공 발파방법과의 발파 후 암반의 균열 모습
도 8은 본 발명의 실시에 따른 천공자국 길이 측정 전경
Claims (2)
- 터널의 전단면에 형성되는 장약공들은 그 위치에 따라서 심발공, 확대공, 바닥공, 외곽보조공, 외곽공의 장약공을 천공하는 단계와, 상기의 각각 장약공에 해당하는 뇌관과 폭약을 장전하는 단계와, 상기의 뇌관과 폭약을 기폭 하는 기폭신호 전달을 위하여 도폭선을 연결하는 도폭선 연결단계와, 상기의 뇌관과 폭약의 기폭 하기 위하여 도폭선을 번치 커넥터로 결선 발파하는 발파 고정으로 진행하는 터널을 발파하는 방법에 있어서,상기의 발파방법이 최외곽공에 순발 비전기 뇌관과 폭약을 장전하고 비전기 뇌관 튜브를 5g/m도폭선에 연결한 후 도폭선은 최외곽공 기폭시차에 해당하는 비전기 뇌관을 연결하는 것과,상기의 발파방법이 심발공, 확대공, 바닥공, 외곽보조공, 외곽공의 장약공에 각각의 장전된 지발 비전기 뇌관들은 자체 기폭시차를 통해 순차적으로 기폭 될 때, 최외곽공에 해당하는 지발 비전기 뇌관이 기폭 되면 연결된 도폭선이 기폭 되고 공내의 순발 비전기 뇌관들도 동시에 기폭 되도록 하는 기폭시간 설정단계로 진행하는 하는 것을 특징으로 하는, 순발 비전기 뇌관과 도폭선을 결합한 터널여굴 감소 발파방법.
- 제 1항에 있어서,상기의 발파방법은, 진동 및 소음 등의 문제가 있는 현장의 경우에는 최외곽공을 여러 구역으로 분할하여 각각의 기폭시차에 해당하는 비전기 뇌관을 도폭선에 결선하여 기폭 하여, 최외곽공이 동시에 다수공이 기폭 될 때 발생하는 진동 및 소음을 줄이는 것을 특징으로 하는 순발 비전기 뇌관과 도폭선을 사용한 터널 여굴 감소 발파방법.
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