KR101827341B1

KR101827341B1 - 터널 암반 굴착방법

Info

Publication number: KR101827341B1
Application number: KR1020160158069A
Authority: KR
Inventors: 손재호; 최규돈; 조경옥; 최정옥
Original assignee: 양재이엔지 주식회사; 손재호; 최규돈; 조경옥; 최정옥
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2018-02-08

Abstract

본 발명은 터널 공사를 위하여 터널 암반을 굴착하는 방법에 관한 것으로서, 터널을 여러 구간으로 나누어 시공하고, 상반부와 하반부를 구분하여 시공함과 동시에, 하반부를 좌우로 분할하여 교대로 시공할 수 있도록 하여 공사기간을 단축하는 데 그 목적이 있다.
이를 위하여 본 발명은, 터널 암반의 상반부를 굴착하여 제거하는 제1단계와; 터널 암반의 하반부를 굴착하여 제거하는 제2단계;를 구분하여 시공하고, 상기 제1단계를 수행한 후 제2단계를 수행하되, 상기 제2단계는 상기 제1단계의 작업에 지장을 주지 않는 거리(D)의 후방에서 상기 제1단계와 병행하여 진행하는 것을 특징으로 한다.

Description

터널 암반 굴착방법{Rock Excavation Method in Tunnel}

본 발명은 터널 공사를 위하여 터널 암반을 굴착하는 방법에 관한 것으로서, 터널을 여러 구간으로 나누어 시공하되, 상반부와 하반부를 구분하여 시공하고, 하반부를 좌우로 분할하여 한쪽식 교대로 시공함으로써, 제1구간의 하반부 시공과 제2구간의 상반부 시공을 병행하여 터널 공사기간을 단축할 수 있는 터널 암반 굴착방법에 관한 것이다.

최근에 지하철, 철도, 고속도로 등을 건설하기 위해 터널을 굴착하는 경우가 증가하고 있다.

상기 터널을 굴착하는 방법으로는, 폭약을 이용하는 발파에 의한 굴착공법, 암반에 다수의 대구경 천공홀을 천공한 후 천공홀에 파쇄기를 삽입하여 천공홀을 확장시켜 암반을 파쇄하는 공법, 상기 대구경 천공홀에 경화시 부피가 확장되는 팽창제를 주입하여 암반을 파쇄하는 공법, 다수의 대구경 천공홀과 소구경 천공홀을 형성한 후 천공홀을 묶어서 발파하는 공법 등이 있다.

상기한 공법 중 파쇄기를 확장시켜 파쇄하는 공법과 팽창제를 이용하는 파쇄공법은, 진동이 발생되지 않아 '무진동 파쇄공법'이라 부르며, 다수의 대구경 천공홀과 소구경 천공홀을 묶어서 발파하는 공법은, 통상의 발파공법에 비해 미세한 진동이 발생하기 때문에 '미진동 파쇄공법'이라 부르기도 한다.

상기 발파에 의한 굴착공법은, 터널의 막장면 중심부에 복수의 심발부를 먼저 굴착한 후, 상기 심발부 영역으로부터 반경방향 외측을 향해 나머지 부분을 발파하는 방식으로 진행된다.

즉, 중앙부분을 먼저 발파한 후 그 외주방향을 향해 발파를 진행하고 있다.

이러한 발파에 의한 굴착공법은, 작업이 비교적 편리하고 굴착효율과 굴착비용 측면에 있어서 유리하다는 장점이 있다.

그러나 상기한 발파 굴착 공법은, 다량의 폭약을 폭파시키기 때문에 정밀한 굴착이 어렵고, 격심한 진동, 소음 및 분진이 발생한다는 문제점이 있다.

이에 따라, 진동과 소음 및 분진의 발생이 없이 암반을 파쇄하는 공법이 요구되고 있으며, 이러한 이유로 상기한 '무진동 파쇄공법'이나 '미진동 파쇄공법'이 터널의 굴착에 사용되고 있다.

상기한 무진동 파쇄공법은, 진동이 발생하지 않는다는 장점이 있으나, 발파에 의한 굴착공법에 비해 굴착 효율이 낮다는 단점이 있다.

상기한 무진동 파쇄공법 중에서 할암기 장비를 이용하는 종래의 터널 암반 굴착 방법은, 대형의 드릴장비로 암반에 다수의 구멍을 천공한 후, 이 천공홀에 할암기 장비의 파쇄부를 삽입하여 천공홀 내에서 상기 파쇄부를 반경 방향으로 확장시킴으로써 암반을 파쇄하고 있다.

상기 할암기 장비를 이용하여 암반을 파쇄하는 방법은, 발파 공법을 이용한 굴착 방법에 비해 진동과 소음 및 분진이 대폭 감소하고, 팽창제를 이용하는 암반 파쇄 방법에 비해서 굴착 효율이 높은 장점이 있다.

또한 종래의 터널 암반 굴착 방법 중, 터널의 내부를 상하로 분할하여 상부와 하부의 굴착 작업을 별도로 수행하기도 한다.

즉 상반부를 먼저 굴착하고, 상반부의 굴착 작업이 완료된 후에 하반부의 굴착 작업을 하기도 한다.

이러한 종래의 터널 암반 굴착 방법에 의하면, 상반부 굴착 작업시에는 하반부의 굴착 작업을 중지하여야 하고, 하반부 굴착 작업시에는 상반부 굴착 작업을 중지하여야 한다.

이에 따라 터널 암반의 굴착에 시간이 많이 소요된다는 문제점이 있다.

또한 종래의 암반 굴착 방법은, 천공홀 형성시 대형의 드릴장비를 사용하므로 터널이 복수 차선인 경우에도 1대의 장비만 사용할 수가 있다.

이에 따라 터널의 굴진속도가 현저히 저하된다는 문제점이 지적되고 있다.

한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 다수의 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은, 터널시작점인 원지반에서 시작하여 토사층 내부의 암반층까지 복수의 지지관체를 소정의 압입기로 압입시키는 단계; 상기 압입된 복수의 지지관체 하부의 토사를 암반층까지 굴착하는 단계; 및 상기 토사가 굴착된 지지관체의 하부 공간에 이 지지관체를 떠받치기 위한 지보를 설치하는 단계;를 포함하며, 원지반에서부터 토사층 내부의 암반층까지 지지관체를 터널 형상으로 압입시킨 후 그 내부의 토사를 굴착하고 내부공간에 지보를 설치하여 암반층에 대한 터널 굴착작업을 수행할 수 있도록 함으로써, 원지반을 훼손시키지 않고 자연경관을 그대로 보존할 수 있게 되어 환경파괴를 미연에 예방할 수 있는 터널굴착방법에 대하여 기재하고 있다.

특허문헌 2는, 완성될 터널의 하부에 터널의 길이방향을 따라 하부선굴착부를 굴착하는 단계와, 상기 하부선굴착부의 상측에 위치된 잔여터널부를 굴착하는 단계 및 상기 잔여터널부의 굴착 시 상기 하부선굴착부로 낙하하는 버력들을 제거하는 단계를 포함함으로써, 굴착 시 지표면으로 전달되는 진동과 소음을 최소화하면서 경제적 측면에서도 유리한 이중공법을 통한 터널굴착 방법에 대하여 기재하고 있다.

특허문헌 3은, 굴착 위치에 제1 방향으로 복수개의 제1 천공을 형성하고 상기 제1 천공의 전부 또는 일부에 팽창성 모르타르를 주입하여 상기 제1 천공과 인접한 암반을 파쇄하는 제1 굴착 단계 그리고, 상기 제1 굴착 단계에 의해 굴착된 공간의 하측 방향에 해당하는 제2 방향으로 복수개의 제2 천공을 형성하고 상기 제2 천공의 전부 또는 일부에 상기 팽창성 모르타르를 주입하여 상기 제2 천공과 인접한 암반을 파쇄하는 제2 굴착 단계를 포함하는 터널 굴착 방법에 대하여 기재하고 있다.

KR 10-1041301 B1 KR 10-2012-0063210 A KR 10-2012-00136692 A

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 터널을 굴진방향을 따라 여러 구간으로 나누어 시공하고, 상반부와 하반부를 구분하여 시공함과 동시에, 하반부를 좌우로 분할하여 교대로 시공할 수 있도록 하여 공사기간을 단축하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 터널을 굴진방향을 따라 여러 구간으로 나누어 시공하면서, 제1구간의 하반부 시공과 제2구간의 상반부 시공을 동시에 병행할 수 있도록 하여, 터널의 굴진속도를 향상시키는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 하반부 시공시 지반을 좌우로 분할하여 좌우 교대로 작업하고 지반에 경사진 통행로를 형성하여 작업함으로써, 상반부 시공을 위한 장비의 통행에 지장을 주지 않도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상반부 시공과 하반부 시공을 병행하면서도 상반부 시공에 의해 발생한 버력을 신속하게 외부로 반출할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상반부의 심빼기 시공시 진동을 최소화하고, 하반부 시공시 굴착면의 안정성을 향상시키는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 터널을 형성하기 위하여 터널 내의 암반을 굴착하는 방법에 있어서, 터널 암반의 상반부를 굴착하여 제거하는 제1단계와; 터널 암반의 하반부를 굴착하여 제거하는 제2단계;를 구분하여 시공하고, 상기 제1단계를 수행한 후 제2단계를 수행하되, 상기 제2단계는 상기 제1단계의 작업에 지장을 주지 않는 거리(D)의 후방에서 상기 제1단계와 병행하여 진행하는 것을 특징으로 한다.

또한 상반부를 굴착하여 제거하는 제1단계 및 하반부를 굴착하여 제거하는 제2단계는, 중장비에 장착된 천공기로 암반에 다수의 천공홀을 형성하는 천공 단계와, 중장비에 장착된 파쇄기를 상기 천공홀에 삽입하여 반경 방향으로 확장시킴으로써 무진동 방식에 의해 암반을 파쇄하는 파쇄 및 굴착 단계와, 암반의 파쇄 및 굴착에 의해 생성된 버력을 운반차량에 상차하여 외부로 반출하는 버력처리 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1단계의 상반부 천공 단계는 수평 천공 방식으로 이루어지고, 상기 제2단계의 하반부 천공단계는 수직 천공 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1단계의 상반부 천공단계에서, 한 차선당 한대의 장비를 나란하게 배치하여, 각 차선에서 동시에 수평 방향 천공이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1단계의 상반부 천공단계 및 제2단계의 하반부 천공단계에서, 중장비에 2개의 축으로 형성된 천공기를 부착하여 천공하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제2단계에서의 파쇄 및 굴착단계는, 하반부를 좌우 반으로 나누어 시공하고, 하반부 시공시 버력 운반차량이 상반부로 진입할 수 있도록 경사면을 형성하여 작업하며, 좌우 교대로 하반부의 파쇄 및 굴착작업을 진행하는 것을 특징으로 한다.

또한 터널 암반의 상반부를 굴착하여 제거하는 제1단계는, 상반부 굴착 원호선(A)과 상반부와 하반부의 구분선(L)을 따라 일정 간격으로 대구경의 구멍(H)을 천공하는 단계, 상기 상반부 굴착 원호선(A)과 상반부 안쪽 단면에 일정 간격을 두고 원호상으로 소구경 구멍(h)을 천공하는 단계, 상기 대구경의 구멍(H)에 중장비에 부착된 파쇄기를 삽입하여 구멍을 확장하는 단계, 상기 소구경의 구멍(h)에 화약을 장입한 후 발파하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 소구경의 구멍(h)에 화약을 장입한 후 발파하는 단계는, 원호상으로 인접하여 배치된 다수의 소구경 구멍(h)을 발파선으로 서로 연결한 후, 원호의 바깥쪽에서 중심을 향해 시차를 두고 발파하는 것을 특징으로 한다.

또한 상반부를 시공함과 동시에, 일정 거리 후방에서 중장비에 부착된 천공기로 하반부에 천공홀을 수직으로 천공하는 것을 특징으로 한다.

또한 하반부에 천공홀을 수직으로 천공한 후, 하반부를 좌우 반으로 나누어 시공하고, 하반부 시공시 버력 운반차량이 상반부로 진입할 수 있도록 경사면(S)을 형성하면서 파쇄 및 굴착작업을 하며, 좌우 교대로 하반부의 파쇄 및 굴착작업을 진행하는 것을 특징으로 한다.

또한 터널 암반의 상반부를 굴착하여 제거하는 제1단계는, 상반부 굴착 원호선(A) 및 상반부와 하반부의 구분선(L)을 따라 일정 간격으로 대구경의 구멍(H)을 천공하는 단계, 상기 대구경의 구멍(H) 사이 및 상반부 안쪽 단면에 일정 간격을 두고 원호상으로 소구경 구멍(h)을 천공하는 단계, 상기 소구경의 구멍(h)에 화약을 장입한 후 발파하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 터널의 상반부를 굴착하여 제거하고 하반부를 굴착하기 전에, 상반부의 원호면을 따라 일정간격으로 원호상의 강지보재을 설치하고, 상기 원호상 강지보재의 양쪽 하단부위를 플레이트를 개재하여 2개의 지보보강 볼트로 각각 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 강지보재를 설치한 후 터널의 하반부를 굴착하여 제거할 때, 상기 강지보재의 하부에 길이 조절이 가능한 서포트를 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 터널의 상반부를 굴착하여 제거하는 제1단계에서, 상반부 하부 중앙부분에 소구경 구멍(h)을 천공하고, 상기 소구경 구멍(h)의 주위에 다수의 대구경 구멍(H)을 천공하여 심빼기를 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 터널 암반 굴착방법에 의하면, 터널을 굴진방향을 따라 여러 구간으로 나누어 시공하고, 상반부와 하반부를 구분하여 시공함과 동시에, 하반부를 좌우로 분할하여 교대로 시공함으로써 작업 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 터널을 굴진방향을 따라 여러 구간으로 나누어 시공하면서, 제1구간의 하반부 시공과 제2구간의 상반부 시공을 동시에 병행할 수 있으므로, 터널의 굴진속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 하반부 시공시 지반을 좌우로 분할하여 좌우 교대로 작업하고, 지반에 경사진 통행로를 형성하여 작업함으로써, 상반부 시공을 위한 장비의 통행에 지장을 주지 않도록 하는 효과가 있다.

또한 상반부 시공과 하반부 시공을 병행하면서도 상반부 시공에 의해 발생한 버력을 신속하게 외부로 반출할 수 있는 효과가 있다.

또한 굴삭기에 천공기를 장착하여 1차선당 1대의 굴삭기를 배치하여 상반부를 천공할 수 있으므로, 상반부 작업시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

또한 상반부 시공을 완료한 후 하반부를 시공하기 전에, 상반부의 내주면에 원호상의 강지보재를 일정 간격으로 설치하고 상기 강지보재의 양쪽 하단부를 지보보강 볼트로 고정함으로써, 하반부 시공시 굴착면의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 상반부에서 중앙부분의 심빼기를 할 때, 상반부 하부 중앙 부분에 소구경 구멍(h)을 천공하고, 상기 소구경 구멍(h)의 주위에 다수의 대구경 구멍(H)을 천공함으로써, 진동을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 터널 암반 굴착방법을 개략적으로 나타낸 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 터널 암반 굴착방법을 개략적으로 나타낸 정면도 및 측단면도.
도 3은 본 발명에 따른 터널 암반 굴착방법을 개략적으로 나타낸 측면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 터널 암반 굴착방법을 개략적으로 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 암반 굴착 과정을 나타낸 블록도.
도 6은 본 발명의 상반부 굴착 과정을 나타낸 측면도.
도 7은 본 발명의 하반부 굴착 과정을 나타낸 측면도.
도 8은 본 발명의 다른 천공 패턴을 나타낸 정면도.
도 9는 도 8에서 하반부의 시공방식을 나타낸 측면도.
도 10은 본 발명의 또 다른 천공 패턴을 나타낸 정면도.
도 11은 터널 막장면에서 이완영역이 발생하는 상태를 나타낸 측면도.
도 12는 본 발명에 따른 강지보재 및 지보보강 볼트의 설치위치를 나타낸 사시도.
도 13은 본 발명에 따른 강지보재 및 지보보강 볼트의 설치상태를 나타낸 단면도.
도 14는 상반부 시공시 심빼기 천공과정을 나타낸 것으로, 14a는 종래의 방식, 14b는 본 발명에 따른 방식을 나타낸 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 터널 암반 굴착방법의 바람직한 실시예를 설명한다.

본 발명에 따른 터널 암반 굴착방법은, 터널을 형성하기 위하여 터널 내의 암반을 굴착하는 방법에 있어서, 터널 암반의 상반부를 굴착하여 제거하는 제1단계와; 터널 암반의 하반부를 굴착하여 제거하는 제2단계;를 구분하여 시공하고, 상기 제1단계를 수행한 후 제2단계를 수행하되, 상기 제2단계는 상기 제1단계의 작업에 지장을 주지 않는 거리(D)의 후방에서 상기 제1단계와 병행하여 진행된다.

즉, 도 3, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 터널을 굴진방향을 따라 여러 구간(D1)(D2)(D3)으로 구분하여 연속적으로 시공하되, D1 구간의 상반부를 시공한 후, D1 구간의 하반부와 D2 구간의 상반부를 동시에 병행하여 시공한다.

또한 D2 구간의 상반부과 D1 구간의 하반부를 동시에 시공한 후에, D2 구간의 하반부와 D3 구간의 상반부를 동시에 시공한다.

상기 D1, D2, D3 구간의 거리는 30m인 것이 바람직하나, 상기 구간의 거리는 터널의 여건에 따라 증감될 수 있다.

여기서, 상반부를 시공하는 제1단계와 하반부를 시공하는 제2단계는, 도 5에 도시된 바와 같이, 암반에 일정 크기의 구멍을 형성하는 천공 단계와, 암반에 천공된 구멍을 반경 방향으로 확장시키는 방식으로 파쇄하고 굴착하는 파쇄 및 굴착 단계와, 암반의 파쇄 및 굴착에 의해 형성된 버력을 운반차량에 상차하여 외부로 반출하는 버력처리 단계로 이루어진다.

또한, 상기 제1단계의 상반부 천공 단계는, 도 2에 도시된 바와 같이, 수평 천공 방식으로 이루어지고, 상기 제2단계의 하반부 천공단계는 수직 천공 방식으로 이루어진다.

즉, 터널 상반부 시공시에는 전방 수직면을 굴착해야 하므로 수평 천공 방식을 이용하고, 하반부 시공시에는 상반부 시공이 끝나 하반부의 상면을 따라 장비의 이동이 가능하므로 수직 천공 방식을 이용한다.

또한, 상기 제1단계의 천공단계는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 한 차선당 한대의 굴삭기 장비를 나란하게 배치하여, 양측에서 동시에 천공이 이루어지도록 한다.

그리고, 천공 작업시에는 굴삭기 등의 중장비에 직경이 150 ~ 205㎜인 천공기를 장착하여 1 ~ 2m 깊이로 천공하는 것이 바람직하다.

또한 상기한 천공홀에 파쇄부를 삽입하여 파쇄할 때에는, 직경이 140 ~ 200㎜이고, 파쇄부의 길이가 700 ~ 1,000㎜인 파쇄기를 굴삭기에 장착하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2단계에서 파쇄 및 굴착단계는, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 하반부를 좌우로 나누어 시공하고, 하반부에 경사면을 형성하여 작업하며, 하반부를 시공할 때 좌우 교대로 굴착 및 파쇄작업을 진행한다.

이에 따라 하반부에 차량 통행로를 확보할 수 있고, 시공과정에서 발생하는 버력을 신속하고 원활하게 외부로 반출할 수가 있다.

또한 본 발명은, 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상반부와 하반부를 미진동 파쇄방식으로 시공할 수도 있다.

상반부와 하반부를 미진동 파쇄방식으로 시공하는 경우에도, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1구간의 하반부 시공과 제2구간의 상반부 시공을 동시에 병행하여 시공한다.

즉, 상반부를 제거하는 제1단계와 하반부를 제거하는 제2단계를 구분하여 시공하고, 하반부를 제거하는 제2단계는 제1단계의 작업에 지장을 주지 않는 거리(D)의 후방에서 상기 제1단계와 병행하여 진행한다.

먼저, 도 8 및 도 9에 도시된 상반부 미진동 파쇄방식에 의하면, 터널 암반의 상반부를 굴착하여 제거하는 제1단계는, 상반부 굴착 원호선(A)과 상반부와 하반부의 구분선(L)을 따라 일정 간격으로 대구경의 구멍(H)을 천공하는 단계와, 상기 상반부 굴착 원호선(A)과 상반부 안쪽 단면에 일정 간격을 두고 원호상으로 소구경 구멍(h)을 천공하는 단계와, 상기 대구경의 구멍(H)에 중장비에 부착된 파쇄기를 삽입하여 구멍을 확장하는 단계와, 상기 소구경의 구멍(h)에 화약을 장입한 후 발파하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 대구경의 구멍(H)은 직경을 150 ~ 205mm로 형성하는 것이 바람직하며, 소구경의 구멍(h)은 직경을 45mm로 형성하는 것이 바람직하다.

상기한 대구경의 구멍(H)과 소구경의 구멍(h)을 형성한 후에는, 대구경의 구멍(H)에 파쇄기를 삽입하여 70cm ~ 1m 깊이의 자유면을 천공라인을 따라 형성한다.

또한 상반부의 안쪽에 형성된 소구경의 구멍(h)을 발파할 때에는, 원호상으로 인접하여 배치된 다수의 소구경 구멍(h)을 발파선으로 서로 연결한 후, 원호의 바깥쪽에서 중심을 향해 시차를 두고 발파한다.

즉, 종래와 같이 중앙에서 바깥쪽을 향해 발파하는 것이 아니라, 원호의 바깥쪽에서 중앙을 향해 발파를 진행하므로, 발파에 의한 진동을 최소화할 수가 있다.

상기한 방식에 의해 상반부를 시공함과 동시에, 일정 거리 후방에서 중장비에 부착된 천공기로 하반부에 천공홀을 수직으로 천공하고, 상기 하반부의 천공홀에 화약을 장입하여 발파한다.

또한 하반부에 천공홀을 수직으로 천공한 후에는, 하반부를 좌우 반으로 나누어 시공한다.

즉, 하반부 시공시 버력 운반차량이 상반부로 진입할 수 있도록 경사면(S)을 형성하면서 파쇄 및 굴착작업을 하고, 좌우 교대로 하반부의 파쇄 및 굴착작업을 진행한다.

도 10은 상반부 및 하반부를 미진동 파쇄방식에 의해 시공하는 다른 예를 도시한 것으로서, 상반부 굴착 원호선(A) 및 상반부와 하반부의 구분선(L)을 따라 일정 간격으로 대구경의 구멍(H)을 천공하는 단계, 상기 대구경의 구멍(H) 사이 및 상반부 안쪽 단면에 일정 간격을 두고 원호상으로 소구경 구멍(h)을 천공하는 단계, 상기 소구경의 구멍(h)에 화약을 장입한 후 발파하는 단계로 이루어진다.

즉, 도 10에 도시된 상반부 미진동 파쇄방식은, 도 8에 도시된 미진동 파쇄방식과 달리, 대구경의 구멍(H)에 파쇄기를 삽입하여 구멍을 확장하지 않는다.

그 대신에 대구경의 구멍(H) 사이에도 45mm 소구경의 구멍(h)을 천공한 후, 상기 대구경의 구멍(H) 사이에 형성된 소구경의 구멍(h)에 화약을 장입하여 발파한다.

상반부의 안쪽에 형성된 소구경의 구멍(h)을 발파할 때에는, 도 10에 도시된 방식과 같이, 인접하여 배치된 다수의 소구경 구멍(h)을 발파선으로 서로 연결한 후, 원호의 바깥쪽에서 중심을 향해 시차를 두고 발파한다.

상기한 방식에 의해 상반부를 시공함과 동시에, 도 8에 도시된 방식과 마찬가지로 일정 거리 후방에서 중장비에 부착된 천공기로 하반부에 천공홀을 수직으로 천공하고, 상기 천공홀에 화약을 장입하여 발파한다.

한편, 상반부 시공을 완료하게 되면, 도 11에 도시된 바와 같이, 터널의 막장면에 이완영역(C)이 발생하게 된다.

이에 따라 상기 막장면에서 발생하는 이완영역(C)의 안정성 향상을 위해, 상기 상반부의 내면에 원호상의 강지보재(R)를 일정간격으로 설치한다.

또한, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 강지보재(R)의 양쪽 하단부위를 플레이트(12)를 개재하여 2개의 지보보강 볼트(10)로 각각 고정한다.

또한 상기 지보보강 볼트(10)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 아래쪽을 향해 경사지게 설치되는 것이 바람직하다.

또한 상기 강지보재(R)의 하부에 길이를 조절할 수 있는 서포트(14)를 더 설치하는 것이 바람직하다.

상기 강지보재(R), 지지보강 볼트(10) 및 서포트(14)에 의해, 하반부 시공시 굴착면의 안정성을 확보할 수가 있다.

이하 본 발명에 따라 터널 암반을 굴착하는 과정을 설명한다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 터널 입구로부터 약 30m 간격으로 일정 거리(D1)(D2)(D3)의 공사 구간을 설정하고, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 제1구간의 상반부를 시공한다.

상반부 시공시 먼저 하부 중앙부분을 심빼기를 하는데, 이때 도 14(b)에 도시된 바와 같이, 하부 중앙 부분에 소구경의 구멍(h)을 천공하고, 그 주위에 다수의 대구경 구멍(H)을 천공한다.

종래의 심빼기 방식은, 도 14(a)에 도시된 바와 같이, 상반부의 하부 중앙 부분에 통상 362mm 의 대구경 구멍을 천공하여 시공한다.

이에 따라 상기 상반부의 심빼기 시공시 진동이 많이 발생하게 되는 문제가 있다.

그러나 본 발명에 의하면, 상반부 하부 중앙 부분에 소구경의 구멍(h)을 천공하고, 그 주위에 다수의 대구경 구멍(H)을 천공하므로, 심빼기 시공시 진동의 발생을 최소화할 수 있다.

상기 소구경의 구멍(h)은 45mm로 형성하고, 상기 소구경의 구멍(h) 주위에는 205mm 대구경의 구멍(H)을 4개 형성하는 것이 바람직하다.

그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 상기 소구경 및 대구경의 직경 및 대구경 구멍의 개수는 현장상황에 따라 적절히 변경될 수 있다.

상반부의 심빼기 공정이 완료되면, 도 4a에 도시된 바와 같이, 천공기가 장착된 굴삭기를 각 차선에 동시에 배치한 후 상반부에 수평방향으로 천공홀을 형성한다.

종래의 방식에 의하면, 대형의 드릴장비를 사용하여 천공을 하므로 각 막장 당 1대의 장비로만 천공작업을 할 수 있었다.

그러나 본 발명에 의하면, 굴삭기에 천공기를 장착하여 천공작업을 수행하므로, 2차선 터널의 경우 2대의 장비로 동시에 천공을 할 수 있게 되어 작업속도를 향상시킬 수가 있다.

상반부에 수평방향으로 천공홀을 형성한 후에는, 도 6에 도시된 바와 같이, 파쇄기를 상기 천공홀에 삽입하여 그 직경을 확장시킴으로써 암반을 파쇄하고, 이렇게 발생된 버력은 운반차량에 실어 터널의 외부로 반출한다.

상반부의 시공이 완료된 후에는, 도 12에 도시된 바와 같이, 상반부의 원호면에 강지보재(R)를 일정 간격으로 설치한다.

이어서 상기 원호상 강지보재(R)의 양쪽 하단부위를, 플레이트(P)를 개재하여 2개의 지보보강 볼트(10)로 각각 고정한다.

상기한 구조에 의해, 하반부 굴착시 굴착면의 안정성을 향상시킬 수가 있다.

제1구간의 상반부 시공이 완료되면, 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 하반부의 어느 한쪽(도면에서 왼쪽)에 수직방향으로 천공을 한 후, 파쇄기를 상기 천공홀에 삽입하여 그 직경을 확장시킴으로써 암반을 파쇄하고, 이렇게 발생된 버력은 운반차량에 실어 터널의 외부로 반출한다.

또한 하반부의 일부가 굴착된 후, 암반의 상태에 따라 도 12에 도시된 바와 같이, 강지보재(R)의 하부에 서포트(14)를 더 설치할 수도 있다.

이때 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 하반부의 한쪽(도면에서 왼쪽)에는 암반을 남겨 차량이 통행할 수 있는 경사면(S)을 형성하면서 굴착작업을 진행한다.

하반부 한쪽(도면에서는 왼쪽)에 경사면(S)을 형성한 후에는, 도 1(d)에 도시된 바와 같이, 하반부 다른쪽(도면에서 오른쪽)에 수직방향으로 천공을 하고, 파쇄기를 상기 천공홀에 삽입하여 그 직경을 확장시킴으로써 암반을 파쇄한다.

이때 도 1(e)에 도시된 바와 같이, 다른쪽(도면에서 오른쪽) 하반부는 암반을 완전히 제거한다.

상기한 경사면(S)을 통해 중장비 및 운반차량이 통행할 수 있으므로, D1 구간의 하반부 시공과 D2 구간의 상반부를 동시에 시공할 수가 있다.

D1 구간의 하반부와 D2 구간의 상반부 동시 시공이 완료되면, 도 3에 도시된 바와 같이, D2 구간의 하반부와 D3 구간의 상반부 시공을 병행한다.

상기한 과정을 반복해 나감으로써 터널 굴진속도를 대폭 향상시킬 수가 있다.

본 발명에 의하면, 터널을 굴진방향을 따라 여러 구간으로 나누어 시공하되, 상반부와 하반부를 나누어서 시공하고, 하반부를 좌우측으로 나누어서 교대로 시공함으로써, 작업의 효율성을 향상시켜 공사기간을 단축할 수가 있다.

또한 상반부는 수평으로 천공하고 하반부는 수직으로 천공함으로써 작업속도를 향상시킬 수가 있다.

또한 대형의 드릴장비를 사용하지 않고 굴삭기 등의 중장비에 천공기를 장착하여 천공 작업을 하므로, 각 차선마다 굴삭기를 복수로 배치하여 상반부를 동시에 천공할 수 있다.

또한, 하반부 시공시 하반부를 좌우로 분할하여 좌우 교대로 작업하고, 경사진 통행로를 형성하여 작업을 진행함으로써, 다음 구간의 상반부 작업을 위한 장비의 통행에 지장을 주지 않고, 파쇄작업에 의해 발생한 버력을 터널의 외부로 용이하고 신속하게 반출할 수가 있다.

이에 따라 터널의 굴진속도를 향상시켜 공사기간을 대폭 단축할 수가 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 실시예를 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 명세서에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10: 지보보강 볼트
12: 플레이트(Plate)
14: 서포트(Support)
A: 상반부 굴착 원호선
B: 하반부 굴착 원호선
C: 이완영역
H: 대구경 구멍
h: 소구경 구멍
L: 구분선
R: 강지보재
S: 경사면

Claims

터널을 형성하기 위하여 터널 내의 암반을 굴착하는 방법에 있어서,
터널 암반의 상반부를 굴착하여 제거하는 제1단계와;
터널 암반의 하반부를 굴착하여 제거하는 제2단계;를 구분하여 시공하고,
상기 제2단계는, 상기 제1단계의 작업에 지장을 주지 않도록 상반부 시공지점으로부터 30m 후방에서 진행하여, 상기 제1단계와 제2단계를 서로 독립적으로 병행하여 시공할 수 있도록 하며,
상반부를 굴착하여 제거하는 제1단계 및 하반부를 굴착하여 제거하는 제2단계는,
천공기를 중장비에 장착하여 암반에 다수의 천공홀을 형성하는 천공 단계와,
파쇄기를 중장비에 장착한 후 상기 천공홀에 삽입하여 반경 방향으로 확장시킴으로써 암반을 파쇄하는 파쇄 및 굴착 단계와,
암반의 파쇄 및 굴착에 의해 생성된 버력을 운반차량에 상차하여 외부로 반출하는 버력처리 단계로 각각 이루어지고,
상기 제1단계에서는 상반부를 수평으로 천공하고,
상기 제2단계에서는 하반부를 수직으로 천공하며,
상기 제2단계에서의 파쇄 및 굴착단계는,
하반부를 좌우 반으로 나누어 시공하고,
하반부 시공시 버력 운반차량이 상반부로 진입할 수 있도록 경사면(S)을 형성하면서 파쇄 및 굴착작업을 하며, 좌우 교대로 하반부의 파쇄 및 굴착작업을 진행하고,
터널 암반의 상반부를 굴착하여 제거하는 제1단계는,
상반부 굴착 원호선(A)과 상반부와 하반부의 구분선(L)을 따라 일정 간격으로 대구경의 구멍(H)을 천공하는 단계,
상기 상반부 굴착 원호선(A)과 상반부 안쪽 단면에 일정 간격을 두고 원호상으로 소구경의 구멍(h)을 천공하는 단계,
상기 대구경의 구멍(H)에 중장비에 부착된 파쇄기를 삽입하여 구멍을 확장하는 단계,
상기 소구경의 구멍(h)에 화약을 장입한 후 발파하는 단계를 포함하고,
상기 소구경의 구멍(h)에 화약을 장입한 후 발파하는 단계는,
원호상으로 인접하여 배치된 다수의 소구경 구멍(h)을 발파선으로 서로 연결한 후, 원호의 바깥쪽에서 중심을 향해 시차를 두고 발파하며,
터널의 상반부를 굴착하여 제거한 후,
상반부의 원호면을 따라 일정간격으로 원호상의 강지보재(R)을 설치하고,
상기 원호상 강지보재(R)의 양쪽 하단부위를, 플레이트(P)를 개재하여 2개의 지보보강 볼트(10)로 각각 고정하는 단계를 더 포함하며,
상기 강지보재(R)를 설치한 후 터널의 하반부를 굴착하여 제거할 때, 상기 강지보재(R)의 하부에 길이 조절이 가능한 서포트(14)를 설치하는 단계를 더 포함하고,
터널의 상반부를 굴착하여 제거하는 제1단계에서,
하부 중앙 부분에 소구경 구멍(h)을 천공하고, 상기 소구경 구멍(h)의 외주에 다수의 대구경 구멍(H)을 천공하여 심빼기를 하는 것을 특징으로 하는 터널 암반 굴착방법.
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제 1 항에 있어서,
상기 제1단계에서 상반부를 천공할 때, 한 차선당 한대의 장비를 나란하게 배치하여, 각 차선에서 동시에 수평 방향 천공이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 터널 암반 굴착방법.
제 4 항에 있어서,
상기 제1단계에서의 상반부 천공 및 제2단계에서의 하반부 천공시, 중장비에 2개의 축으로 형성된 천공기를 부착하여 천공하는 것을 특징으로 하는 터널 암반 굴착방법.
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