KR101131047B1 - 간이 장약홀더 및 이를 포함하는 동적파괴 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노치부 및 노즐부를 구비하여 발파 균열 제어 효과를 높인 장약홀더 및 이를 포함하는 동적파괴 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 장약홀더는 마주보는 두 개 이상의 프레임으로 형성된 간단한 구조를 가지고 있으므로 시공하기가 용이하고, 노치부와 노즐부를 구비하고 있어 정밀한 폭발 균열제어가 가능하다. 또한, 본 발명에 의하면 균열발생 효과가 우수하여 폭발 가스가 균열쪽으로 더 쉽게 빠져나가므로 폭발에 의한 진동 소음을 최소화 할 수 있다.

Description

간이 장약홀더 및 이를 포함하는 동적파괴 장치{Simplified Charge Holders and Dynamic Breakage Installation}

본 발명은 간이 장약홀더 및 이를 포함하는 동적파괴 장치으로서, 보다 상세하게는 노치부 및 노즐부를 구비하여 발파 균열 제어 효과를 높인 간이 장약홀더 및 이를 포함하는 동적파괴 장치에 관한 것이다.

제어발파는 터널굴착 및 노천굴착에서 여굴을 적개하여 굴착면의 안정성을 높이고, 불필요한 굴착에 따른 추가보강을 감소시키기 위해 실시하는 작업이다. 이러한 제어발파법에는 천공 및 장약방법과 기폭방법에 따라 프리스플리팅, 쿠션블라스팅, 스무스블라스팅, 라이드릴링 등과 같이 일반적으로 사용되는 전통적인 방법과 발파공에 인공균열을 만든 장약공 노치를 이용하거나 특수한 형태로 제작되어 폭발력을 한 방향으로 유도하도록 고안된 장약홀더를 이용하는 방법이 있다.

특히, 제어발파의 효과를 높이고 정밀한 굴착면을 얻기 위해 노치가 있는 특수한 형태의 발파공이나 장약홀더를 사용한 연구가 최근 활발해지고 있다. 이 중에서, 콘크리트에 노치가 형성되도록 천공을 하는 방법이 있으나 이 방법은 작업의 복잡성과 노치형성의 정밀도가 떨어지는 문제점이 제기되어 왔다. 또한, 장약공 노치와 장약홀더의 균열제어 효과를 비교하기 위해 노치수에 따른 장약홀더의 균열제어 효과를 조사한 연구가 있으나 간단하면서도 정밀한 폭발 균열 제어를 위한 장약홀더에 대한 연구는 미비한 실정이다.

본 발명은 작업방법이 기존의 발파작업과 유사하여 일반 발파기술자에 의한 손쉽고 빠른 시간 내에 시공이 가능하며, 장시간 발생하는 진동 소음을 최소화 할 수 있는 균열 제어발파용 간이 장약홀더 및 이를 포함하는 동적파괴 장치을 제공하는 것이다.

본 발명은 간단하면서도 정밀한 폭발 균열 제어를 위한 간이 장약홀더 및 이를 포함하는 동적파괴 장치을 제공하는 것이다.

본 발명의 하나의 양상은 하나 이상의 절곡부를 갖고, 서로 마주보는 두 개 이상의 프레임으로 형성된 장약홀더로서, 상기 장약홀더는 장약이 충진되는 내부 공간(space) ; 상기 프레임들의 양 단부가 서로 조합되어 길이방향으로 형성된 노치부를 포함하는 장약홀더에 관계한다.

다른 양상에서 본 발명은 상기 하나 이상의 장약홀더 ; 판상이고, 상기 하나 이상의 장약홀더가 그 위에 고정되며, 기폭시 균열의 진행방향을 수평방향으로 진행시켜 그 위에 타설되는 상부 콘크리트와 그 경계면에서 분리되는 수평 제어판을 포함하는 동적파괴 장치에 관계한다.

다른 양상에서 본 발명은 콘크리트를 천공하는 단계 ; 상기 장약홀더에 완충재 ; 기폭제 및 화약류 ; 모르타르 및 모래 ; 및 고정철핀 고정용 레진을 충진한 후 상기 장약홀더를 콘크리트 천공부위에 삽입하는 단계 ; 및 상기 장약홀더 주위에 모르타르를 주입하여 고정하는 단계를 포함하는 콘크리트 파괴 제어 방법에 관계한다.

다른 양상에서 본 발명은 콘크리트 말뚝을 타설하는 단계 ; 및 절단하고자하는 면에 상기 동적파괴 장치을 설치한 후 상부 두부를 타설하는 단계를 포함하는 콘크리트 파괴 제어 방법에 에 관계한다.

본 발명에 의한 장약홀더는 마주보는 두 개 이상의 프레임으로 형성된 간단한 구조를 가지고 있으므로 시공하기가 용이하고, 노치부와 노즐부를 구비하고 있어 정밀한 폭발 균열제어가 가능하다. 또한, 본 발명에 의하면 균열발생 효과가 우수하여 폭발 가스가 균열쪽으로 더 쉽게 빠져 나가므로 폭발에 의한 진동 소음을 최소화 할 수 있다. 본 발명에 의한 동적파괴장치는 수평제어판을 구비하고 있어 상부콘크리트와의 분리 및 제어가 더욱 용이하다.

도 1은 본 발명의 일구현예에 의한 장약홀더를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일구현예로서 다양한 형상을 가진 장약홀더를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의한 장약홀더의 균열발생 및 전파원리를 나타내는 개략도이다.
도 4는 노즐부를 구비한 장약홀더의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 일구현예인 동적파괴 장치의 개략도이다.
도 6은 본 발명에 의한 또 다른 구현예인 동적파괴 장치의 개략도이다.
도 7은 장약홀더 노치 각도에 따른 균열발생 및 전파양상을 나타내는 시뮬레이션 결과이다.
도 8은 본 발명의 일구현예 의한 동적파괴 장치를 사용하여 원주형 콘크리트 공시체를 절단한 것을 보여주는 사진이다.

본 발명의 일구현예 따른 장약홀더는 두 개 이상의 프레임을 포함하여 형성되고, 노치부 및 노즐부를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일구현예에 의한 장약홀더를 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 장약홀더는 두 개 이상의 프레임(10)으로 형성된다. 상기 프레임(10)들은 각각 하나 이상의 절곡부를 갖는다. 상기 프레임(10)이 하나의 절곡부를 가지는 경우, 두 개의 프레임이 마주보도록 조합하면 횡단면이 마름모 형태의 장약홀더가 된다. 또한, 두 개의 절곡부를 갖는 경우 도 1과 같이 육각형 형태의 장약홀더가 된다. 팔각형 장약홀더는 3회 굴곡한 프레임을 마주 겹쳐 제작할 수 있다. 한편, 프레임을 3회 이상 절곡하면 타원형에 점차 가까워지고, 이론적으로는 무한대의 절곡부를 갖는 경우 원형 또는 타원형의 장약홀더가 될 수 있다.

상기 프레임(10)으로는 내부식성 금속이나 높은 강도를 갖는 합성수지나 탄소복합섬유, FRP 등을 사용할 수 있다. 일예로서, 한쪽 방향이 짧고 다른 한쪽 방향으로 긴 금속강판을 프레임으로 사용할 수 있는데, 상기 금속강판의 긴 방향(길이방향)으로 1회 이상 굴곡 작업(냉간성형)을 수행할 수 있다. 금속강판은 아연도금 강판, 스테인레스와 같이 수중 및 습한 환경에서 부식이 쉽게 일어나지 않는 재료가 바람직하다.

도 1을 참조하면, 상기 장약홀더는 장약이 충진되는 내부 공간(20)( space)을 포함한다. 도 2는 본 발명의 일구현예로서 다양한 형상을 가진 장약홀더를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 상기 내부공간은 앞에서 상술한 프레임 절곡부의 개수에 따라 횡단면이 사각형, 마름모, 육각형, 팔각형, 별 모양 또는 타원형상일 수 있으나 이에 반드시 제한되는 것은 아니다.

상기 장약홀더는 상기 프레임(10)의 양 단부가 서로 조합되어 형성된 노치부(30)를 포함한다. 도 1을 참조하면, 상기 노치부(30)는 상기 프레임(10)들의 양 끝부분이 접촉하여 형성될 수 있다. 또한 상기 노치부(30)는 상기 프레임들이 접촉하지 않고 소정 간격을 두고 형성될 수 있으며 이 경우 프레임 단부에서의 연장선 교점을 노치부 각도 측정의 기준으로 할 수 있다. 상기 노치부(30)는 프레임들의 길이 방향을 따라 형성될 수 있다. 즉 상기 노치부(30)는 상기 장약홀더 하단에서부터 상단까지 상기 프레임 조합부분을 따라 형성된다.

상기 노치부(30)의 각도가 40° 이상 80°미만, 바람직하게는 50°내지 70°범위일 수 있다.

도 3은 본 발명에 의한 장약홀더의 균열발생 및 전파원리를 나타내는 개략도이다. 도 3을 참고하면, 장약홀더 내에 발생된 폭발가스는 동심원상으로 퍼지다가 장약홀더 표면에 압축력으로 작용하게 되고(a), 이 압축력은 장약홀더의 외부 매체 내(그림 내 상하부)에 압축응력영역을 발생시키며 장약홀더의 노치부근 매체(그림 내 좌우)에 인장응력을 발생시키게 되며(b), 이때 인장응력(Tc)이 인장강도(Ts)를 초과하면 노치가 있는 양방향으로 균열이 발생하게 되며 장약홀더 내 폭발가스가 이들 균열 내로 침투하게 되고 균열을 멀리까지 전파시키게 된다.

상기 장약홀더는 상단부에 전색제의 비산을 방지하는 고정철핀(40)을 추가로 포함할 수 있다. 도 1을 참조하면, 급결모르타르가 충진된 그 상부에 고정철핀을 설치하고 여기에 앵커고정용 레진을 주입하여 고정철핀을 고정하고 있다.

상기 장약홀더는 상기 노치부 외측에 폭발력을 외부로 빠르게 배출시키는 노즐부(50)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 노즐부(50)는 상기 노치부(30)와 연결되어 발생된 가스의 폭발압을 분출시킬 때 분출 단면적을 작게 하여 압력에너지를 속도에너지로 바뀌어 초고속으로 분출시킬 수 있고, 또한, 가스 폭발압의 분출방향도 일정하게 할 수 있다. 좀 더 자세하게는 노치부근에서 인장응력(작용방향)이 균열발생의 직각이 되므로 균열발생 효과도 탁월하며, 폭발가스가 균열쪽으로 더 쉽게 빠져나갈 수 있어 균열의 최대 길이를 증가시키는 효과가 있다. 즉, 노즐부가 없다면, 두 개의 프레임이 맞물리는 조건(길이 방향으로 길기 때문에 중간부분의 노치부분이 어긋나는 현상이 생길 수 있음)에 따라 균열의 진행방향이 일정하지 않을 수 있다.

상기 노즐부(50)는 상기 노치부(30)와 연결되고 폭발 가스압을 빠르게 배출할 수 있는 구조가 바람직하다. 일예로서, 도 4는 노즐부를 구비한 장약홀더의 사시도이다. 도 4를 참조하면, 상기 노즐부(50)는 상기 프레임들의 양 끝단을 추가로 절곡하고 이들을 대칭축과 평행하게 조합하여 형성할 수 있다. 상기 노즐부(50)는 슬릿형상으로 상기 노치부를 따라 길이 방향으로 형성될 수 있다.

상기 노즐부의 간격(D)는 양 프레임 사이 간격으로서 0~2mm일 수 있다. 상기 노즐부는 방수테이프 등에 의한 접착상태로 상기 간격이 유지될 수 있다. 상기 노즐부의 길이(L)는 0초과 10mm이하, 바람직하게는 5~10mm일 수 있다.

다른 양상에서, 본 발명은 상기 하나 이상의 장약홀더 ; 판상이고, 상기 장약홀더가 그 위에 고정되며, 기폭시 균열의 진행방향을 수평방향으로 진행시키고, 및 그 위에 타설되는 상부 콘크리트와 그 경계면에서 분리되는 수평 제어판을 포함하는 동적파괴 장치에 관계한다.

도 5는 본 발명에 의한 일구현예인 동적파괴 장치의 개략도이다. 도 6은 본 발명에 의한 또 다른 구현예인 동적파괴 장치의 개략도이다. 상기 동적파괴 장치은 장약홀더(100)와 수평제어판(200)을 포함한다. 상기 동적파괴 장치은 수평제어판 하부에 이를 고정하는 지지부(300)를 추가로 포함할 수 있다. 도 5에는 수평제어판 위에 하나의 장약홀더가 설치된 경우이고, 도 6은 4개의 장약홀더가 위치한다.

상기 장약홀더(100)는 앞에서 상술한 장약홀더를 사용할 수 있다.

상기 동적파괴 장치은 하나 이상의 장약홀더(100)를 포함하고, 파괴대상물의 크기나 형상 기타 조건 등에 따라 다수 개의 장약홀더를 사용할 수 있다.

도 5 및 도6을 참고하면, 상기 수평제어판은 판상이며 콘크리트 타설시 수평판 상하부의 재료분리를 최소화하기 위하여 천공 등을 새겨 넣을 수 있으며, 그 위에 장약홀더가 위치될 수 있다. 본 발명에서는 상기 장약홀더의 하단면이 수평제어판 위에 고정될 수 있는데, 여기서 판 위에 고정된다는 표현은 장약홀더가 판과 접촉되어 고정 설치되거나 또는 상기 장약홀더가 상기 수평제어판 위에 소정간격으로 이격되어 배치될 수 있는 경우를 모두 포괄하는 의미로 사용된다. 상기 장약홀더와 상기 수평제어판이 소정간격 이격되어 설치되는 경우 그 간격은 기폭 시 발생하는 압력응력파가 수평제어판으로 전달될 수 있는 거리이면 충분하다. 상기 수평제어판은 절단하고자 하는 부분의 면 상에 위치하고, 이것에 의해 기폭시 수평제어판의 상부에 타설된 부분이 분리 제거될 수 있다.

상기 수평제어판은 기폭시 균열의 진행방향을 수평방향으로 진행시켜 그 위에 타설되는 상부 콘크리트가 수평제어판 경계면에서 분리된다.

좀 더 구체적으로는, 충격원으로부터 기폭에 의한 압축응력파가 동심원상으로 전파되고, 압축응력파가 수평제어판을 통과하면서 일부는 수평제어판과 그 하부의 하부 콘크리트 경계에서 인장파로 반사된다. 이때 반사된 인장파는 수평제어판과 상부 콘크리트와의 경계를 인장파괴 또는 연약화시키게 된다. 그리고, 충격원으로부터 뒤따라온 균열은 수평제어판과 상부 콘크리트 경계에서 진행방향을 수평방향으로 바꾸어 수평제어판을 따라 전파되어 수평제어판과 상부 콘크리트사의 경계를 분리하게 된다.

본 발명에 의한 동적파괴 장치은 수평제어판을 구비하고 있어 상부콘크리트와의 분리 및 제어가 더욱 용이하다.

상기 동적파괴 장치은 상기 장약홀더 하부에서부터 완충재 ; 기폭제 및 고에너지 물질 ; 모르타르 및 모래 및 고정철핀 고정용 레진을 포함한다.

도 1, 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 장약홀더에는 하부에 완충제를 포함한다. 상기 완충제는 잔여 콘크리트 부분으로의 충격전달을 최소화할 수 있으며, 바람직하게는 모래나 점토를 사용할 수 있다. 상기 완충제 상부에 하중원으로 폭약류, 화약류, 미진동 파쇄기, 플라즈마 캡슐 등 고에너지 물질을 사용할 수 있으며, 사용량은 표준장약량 실험을 통하여 결정할 수 있다. 상기 고에너지 물질은 바람직하게는 장약홀더 중심에 고정하는 것이 좋다(고폭속 화약류를 사용하는 경우 중심축 고정기를 장약홀더 중심에 설치하여 디커플링 효과를 줄 수 있다). 그 위에 급결모르타르 및 모래 등을 채워 기폭시 폭발가스의 누출을 방지한다. 상기 급결모르타르 및 모래를 충진한 후에 상부에 전색재의 비산(공발 또는 공포)을 방지하기 위해 금속판 장약홀더 상부에 고정철핀을 설치할 수 있다. 고정철핀 주변을 앵커 고정용 레진 등을 채워 이를 고정시킬 수 있다.

상기 장약홀더 동적파괴 장치는 상기 고정철핀(40) 하단까지 콘크리트가 매설될 수 있다.

다른 양상에서 본 발명은 콘크리트를 천공하는 단계 ; 상기 장약홀더에 완충재 ; 기폭제 및 화약류 ; 모르타르 및 모래 ; 및 고정철핀 고정용 레진을 충진한 후 상기 장약홀더를 콘크리트 천공부위에 삽입하는 단계 ; 및 상기 장약홀더 주위에 모르타르를 주입하여 고정하는 단계를 포함하는 콘크리트 파괴 제어 방법에 관계한다.

상기 콘크리트 파괴 제어방법은 이미 시공되어 있는 콘크리트 등을 파괴 절단하기 위한 방법에 관계한다. 상기 방법은 앞에서 상술한 장약홀더를 사용하고, 상기 장약홀더에 완충제, 기폭제 및 고에너지 물질, 모르타르 및 모래, 고정철핀용 레진을 순차로 충진한다. 콘크리트를 천공한 후 상기 전색된 장약홀더를 콘크리트 천공부분에 삽입한 후 그 주위에 모르타르를 채워 장약홀더를 고정한다. 상기 방법에 의하면, 이미 콘크리트가 타설되어 있는 경우에도 상기 장약홀더를 사용하여 효율적으로 콘크리트를 절단 파괴할 수 있다.

다른 양상에서 본 발명은 절단하고자하는 면에 상기 동적파괴 장치을 설치하는 단계 ; 콘크리트 말뚝을 타설하는 단계를 포함하는 콘크리트 파괴 제어 방법에 관계한다.

상기 콘크리트 제어방법은 현장에서 절단하고자 하는 면상에 상기 수평제어판을 위치시켜 상기 동적파괴 장치을 설치하고 콘크리트 말뚝을 타설한다. 마지막으로 상기 방법은 콘크리트로 상부 두부를 제거한다. 상기 방법에 사용되는 동적파괴 장치은 앞에서 상술하였으므로 이에 대한 설명은 생략한다.

도 7은 장약홀더 노치 각도에 따른 균열발생 및 전파양상을 나타내는 시뮬레이션 결과이다. 도 7을 참조하면, 노치의 각도가 40도인 경우에는 횡방향(예정된 절단방향)으로 파단면이 형성되었지만, 수많은 미세균열들이 발생하여 파단면이 거칠어질 가능성을 보이고 있다. 노치각도가 60도인 경우에는 일직선에 가까운 파단면이 형성되어 파단면 형성 및 제어에 유효하다고 판단된다. 노치각도가 80도인 경우에는 장약홀더 내 충격에너지가 노치부근에 충분한 응력집중을 발생시키지 못하고 장약홀더 노치의 주변에만 미세균열만을 형성시키고 파단면을 만들지 못하였다. 결과적으로 콘크리트를 절단하기 위해서 간이 장약홀더 노치의 각도는 최소 80도 미만인 것이 바람직함을 확인할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일구현예 의한 동적 파괴 장치를 사용하여 원주형 콘크리트 공시체를 절단한 것을 보여주는 사진이다. 도 8의 a는 절단실험 후의 공시체의 상부를, 도 8의 b는 공시체 측면을 보여주고 있다. 공시체 상부를 살펴보면, 장약홀더 노치가 있는 양방향으로 거의 일직선의 파단면이 형성되었으며, 측면을 살펴보면 장약홀더가 있는 부분은 거의 완벽하게 분리가 되었음을 확인할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 예로 들어 상세하게 설명하였으나, 이러한 설명은 단순히 본 발명의 예시적인 실시예를 설명 및 개시하는 것이다. 당업자는 본 발명의 범위 및 정신으로부터 벗어남이 없이 상기 설명 및 첨부 도면으로부터 다양한 변경, 수정 및 변형예가 가능함을 용이하게 인식할 것이다.

Claims (11)

1. 절곡부를 갖고, 서로 마주보는 복수 개의 프레임으로 형성된 장약홀더로서, 상기 장약홀더는
   장약이 충진되는 내부 공간(space) ;
   상기 프레임들의 양 단부가 서로 조합되어 길이방향으로 형성된 노치부 ; 및
   상기 노치부 외측에 폭발력을 외부로 빠르게 배출시키는 노즐부를 포함하는 것을 특징으로는 하는 장약홀더.
2. 제 1항에 있어서, 상기 내부공간의 횡단면이 사각형, 마름모, 육각형, 팔각형 또는 타원형상인 것을 특징으로 하는 장약홀더.
3. 제 1항에 있어서, 상기 노치부의 각도가 0도 초과 80도 미만인 것을 특징으로 하는 장약홀더.
4. 제 1항에 있어서, 상기 장약홀더는 상단부에 전색제의 비산을 방지하는 고정철핀을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장약홀더.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 노즐부는 상기 프레임들의 양 끝단을 추가로 절곡하고 이들을 대칭축과 평행하게 조합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 장약홀더.
7. 제 1항에 있어서, 상기 노즐부는 상기 노치부를 따라 형성된 슬릿형상인 것을 특징으로 하는 장약홀더.
8. 제 1항에 있어서, 상기 노즐부의 간격(D)은 0 이상 2mm 이하이고 상기 노즐부의 길이(L)는 0초과 10mm이하인 것을 특징으로 하는 장약홀더.
9. 제 1항 내지 제 4항, 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따르는 하나 이상의 장약홀더 ;
   판상이고, 상기 장약홀더가 그 상부에 위치되어, 기폭시 장약홀더에 의하여 발생된 균열의 진행방향을 수평방향으로 진행시키고, 및 상부 콘크리트와 그 경계면에서 분리되는 수평 제어판을 포함하는 것을 특징으로 하는 동적파괴 장치.
10. 콘크리트를 천공하는 단계 ;
    제 1항 내지 제 4항, 제 6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따르는 장약홀더에 완충재 ; 기폭제 및 화약류 ; 모르타르 및 모래 ; 및 고정철핀 고정용 레진을 충진한 후 상기 장약홀더를 콘크리트 천공부위에 삽입하는 단계 ; 및
    상기 장약홀더 주위에 모르타르를 주입하여 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 파괴 제어 방법.
11. 절단하고자하는 면에 상기 제 9항의 동적파괴 장치를 설치하는 단계 ; 및 콘크리트 말뚝을 타설하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 파괴 제어 방법.
    
    

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