KR101887146B1 - 터널발파시 정밀진동제어 다단식발파공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널의 굴착면인 전단면에 중앙부위의 심발발파공영역과, 이 심발발파공영역 이외의 심발확대발파공영역 및 외곽발파공영역 등으로 복수의 구역으로 구획한 영역들을 형성하여, 각 영역의 발파공들에 장전된 지발뇌관들이 다단으로 기폭되도록 함에 있어서의 본 발명은 각 영역들의 심발발파공, 심발확대발파공 및 외곽발파공들의 뇌관들을 복수개의 그룹으로 설치하고, 각 영역 각각의 발파공 뇌관들이 개별적으로 중복되지 않은 시차를 두고 기폭될 수 있고, 또한 본 발명은 터널의 중앙부위인 심발발파공들이 설치되는 심발중앙부에 장약공과 무장약공을 교대로 배치하여, 심발발파시 적은 화약량으로 선균열권을 형성시켜 초기 자유면을 형성하는데 용이하도록 함으로써, 심발확대발파공영역 및 외곽발파공영역 등 다른 영역들의 발파로 인한 진동과 폭음을 흡수하여 진동 및 소음을 용이하게 제어할 수 있으며, 또한 본 발명은 심발발파공영역에서 기폭이 이루어져 암석 등이 터널의 굴착전단면쪽으로부터 이완되어 나와 심빼기가 완전하게 이루어진 후, 시차를 두고 이어서 다른 영역들의 각각의 심발확대발파공 및 외곽발파공들이 개별적으로 순차 기폭될 수 있도록 되어, 심발발파공영역의 심빼기에 의하여 다른 영역들이, 터널의 굴착전단면의 둘레 경계선 밖의 다른 암반들에 즉 모암에 손상을 주는 일이없는 안전하게 터널을 굴착할 수 있는 터널발파시 정밀진동제어 다단식발파공법에 관한 것으로, 본 발명은 터널의 굴착면인 전단면에 중앙부위의 심발발파공들이 뚫린 심발발파공영역과, 이 심발발파공영역 이외의 심발확대발파공과 외곽발파공들이 뚫린 심발확대발파공영역 및 외곽발파공영역 등으로 복수의 구역으로 구획한 영역들을 형성하여, 각 영역의 발파공들에 장전된 지발뇌관들이 다단식발파기로 기폭되도록 함에 있어서, 상기 심발발파공영역의 발파공들에 형성한 MS시리즈뇌관이 20ms이내의 기폭시차로 각각 개별적으로 기폭되어 있는 동시에, 심발확대발파공영역과 외곽발파공영역들의 발파공들에 형성한 LP시리즈뇌관들은, 5개영역으로 구획 분리되어 이들의 영역들은 서로 20ms의 기폭시차를 가지면서 각각 개별적으로 기폭될 수 있도록 되어 있고, 상기 심발발파공영역에 장약공이 둘레면에 배치되어 있으면서 중앙 수직방향으로 장약공과 무장약공이 서로 등간격으로 배치되어, 각 발파공들의 개별적인 순차 기폭으로 진동과 소음을 제어할 수 있도록 되어 있고, 또한 본 발명의 상기 다단식발파기로부터 심발발파공영역은, MS시리즈뇌관에 의하여 100∼380ms 범위내에서 기폭이 완료되고, 이후 시차를 두고 심발발파공영역에서 심빼기가 완료된 후, 이어서 다른 영역들의 심발확대발파공 및 외곽발파공들이 LP시리즈뇌관에 의하여 500∼7080ms 범위내에서 개별적으로 순차 기폭되도록 되어 있으며, 또한 본 발명은 심발발파공영역의 MS시리즈뇌관에서 다른 영역의 LP시리즈뇌관으로 이동시간이 대략 120∼200ms의 시차를 두고 기폭가능하게 설치되어 있고, 또한 본 발명의 심발발파공영역 이외의 다른 영역은, 2영역에서 6영역으로 분할 구획된 심발확대발파공 및 외곽발파공들에 LP시리즈뇌관들이 개별적으로 설치되어 있으면서 2영역으로부터 6영역은 각각의 20ms 기폭시차를 가지고 기폭이 시작되어, 500∼7080ms 범위내에서 개별적으로 순차 기폭이 완료될 수 있도록 되어 있다.

Description

터널발파시 정밀진동제어 다단식발파공법{Method stepped blaster tunnel of controlling vibration of blasting tunnel}

본 발명은 터널 발파에서 폭약과 뇌관이 장약된 발파공들이 다단으로 기폭되는 터널발파시 정밀진동제어 다단식발파공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널의 굴착면인 전단면에 중앙부위의 심발발파공영역과, 이 심발발파공영역 이외의 심발확대발파공영역 및 외곽발파공영역 등으로 복수의 구역으로 구획한 영역들을 형성하여, 각 영역의 발파공들에 장전된 지발뇌관들이 다단으로 기폭되도록 함에 있어서의 본 발명은 각 영역들의 심발발파공, 심발확대발파공 및 외곽발파공들의 뇌관들을 복수개의 그룹으로 설치하고, 각 영역 각각의 발파공 뇌관들이 개별적으로 중복되지 않은 시차를 두고 기폭될 수 있고, 또한 본 발명은 터널의 중앙부위인 심발발파공들이 설치되는 심발중앙부에 장약공과 무장약공을 교대로 배치하여, 심발발파시 적은 화약량으로 선균열권을 형성시켜 초기 자유면을 형성하는데 용이하도록 함으로써, 심발확대발파공영역 및 외곽발파공영역 등 다른 영역들의 발파로 인한 진동과 폭음을 흡수하여 진동 및 소음을 용이하게 제어할 수 있으며, 또한 본 발명은 심발발파공영역에서 기폭이 이루어져 암석 등이 터널의 굴착전단면쪽으로부터 이완되어 나와 심빼기가 완전하게 이루어진 후, 시차를 두고 이어서 다른 영역들의 각각의 심발확대발파공 및 외곽발파공들이 개별적으로 순차 기폭될 수 있도록 되어, 심발발파공영역의 심빼기에 의하여 다른 영역들이, 터널의 굴착전단면의 둘레 경계선 밖의 모암들에 손상을 주는 일이없는 안전하게 터널을 굴착할 수 있는 터널발파시 정밀진동제어 다단식발파공법에 관한 것이다.

일반적으로, 터널(tunnel) 굴착에서는, 암반 등급에 따라 굴착 지보타입이 결정되며 대부분이 발파공법으로 터널을 굴착하고 있다.

그러나, 최근에는, 민가가 근접하는 등의 환경적 제약 조건 때문에, 방음 대책과 함께, 진동 억제가 필수적인 과제가 되고 있다.

이 때문에, 1발파당 굴진길이를 짧게하거나, 굴착단면을 분할해서 화약량을 저감하는 방법이나, 저폭속의 화약을 사용해서 폭파 충격을 저감하는 방법, 혹은, 굴착단면의 외곽에 방진공을 설치하여 주변 지반으로의 진동 전파를 저감하는 방법 등이 이용되어지고 있다.

그러나, 발파원으로부터 중요 구조물이 근접되어 있을 경우나, 민가와의 근접도가 클 경우에는, 발파진동에 대한 제약이 엄격해져, 이것들의 각 진동 억제 방법을 병용할 필요가 생기고, 시공 능률이 현저하게 저하하게 된다.

특히, 갱구를 포함시킨 터널의 노선상이 널리 시가지화되고 있어서, 진동 제한 구간이 길어질 경우에는, 공비, 공사기간과도 크게 증대하게 된다.

종래 터널의 암반 등을 굴착하기 위한 발파방법으로 분할발파공법이 있다. 이 분할발파방법은 발파시 발생되는 진동 및 소음을 최소화하기 위하여 터널의 전단면을 여러개의 소영역으로 구분하여 제1영역 천공-발파, 제2영역 천공-발파등의 작업을 여러차례 걸쳐 반복하여 발파하는 공법이다.

그러나, 작업환경상 제1영역 발파로 인하여 제2영역 경계부에서의 뇌관 각선 연결 부분이 단선되기 쉬우며, 통기시간 및 조명설치에 소비되는 시간과 기타 결선을 위한 막장접근시 낙석 및 부석의 위험으로 안전재해가 발생되기 쉽다.

상기 문제를 해소하기 위하여 본 출원인은 앞서 특허 제0158532호와 특허 제0196634호를 제안한 바 있다.

전자의 경우, 터널의 굴착전단면을 여러개의 영역으로 구획하여 다단식발파기에서의 회로구성을 통하여 회로별로 각 장전된 뇌관들이 자체 기폭시차 이외에 일정한 지연시차를 갖고 순차적으로 발파되게 함으로써, 굴착전단면을 1회의 발파에 의하여 단면에 천공된 장약공들에 최소의 지발당장약량으로 기폭시키게 함으로써 진동 및 소음을 저감할 수 있다.

또한, 1회의 발파로 인해 발파작업과 시간이 절약되고, 발파후 굴착작업이 수월하여 전체적인 공정 및 시간을 단축할 수 있고, 또한 분할발파에 따른 컷오프 현상(폭발에 의하여 인접되어 있는 천공이 파괴되어 불발되는 현상)을 방지할 수 있다.

그런데, 전자의 다단계발파공법은 기폭시차가 0.25초인 DS시리즈뇌관만을 사용하는 것으로 고안되었기 때문에 심빼기작업이 효과적으로 이루어지지 않을 수도 있다. 그 이유는 DS시리즈뇌관 자체의 초시단차가 250ms로서 다단식 발파기를 이용하여 동일한 번호의 뇌관간의 기폭시차간격, 즉 회로별로 42ms의 지연시차를 갖고 있어 그만큼 기폭시차가 길어져서 심빼기발파작업에 있어서, 제발효과가 감소되기 때문이다.

즉, 뇌관단차간에 250ms의 초시간격을 갖는 DS시리즈뇌관들은 연속적인 발파시 회로별로 42ms의 지연시차를 갖고 기폭되는데, 이는 그만큼 발파간격이 길어짐을 의미한다.

또한, 발파발파공이 120∼200개인 터널의 경우에는 종래의 DS시리즈뇌관들을 조합한 최대 37단계의 초시단차로도 부족하여 동시에 기폭되는 지발당 장약량이 많아지게 되며, 이로 인해 초기진동이 커지게 된다.

그리고, 전자는 DS시리즈뇌관들로만 장전하기 때문에, 발파패턴 설계시 뇌관번호별로 배열함에 있어 신중을 기해야 하는 문제점이 있다. 왜냐하면, 심발발파공을 중심으로 동심원상으로 뇌관배열 및 기폭시차조정이 어렵다.

따라서, 후자는 상기 문제를 해결하기 위해, 20∼25ms의 기폭시차 단차를 갖는 MS지발뇌관 및 100∼500ms의 기폭시차 단차를 갖는 DS지발뇌관에 의한 기폭시차 이외에, 다단식 발파기에서 회로별로 각각의 뇌관들을 8∼65ms 범위내의 지연시차를 설정하여 서로 다른 기폭시차를 갖도록 정밀하게 조정함으로써 기폭시간이 중복되지 않고 세분화되어 지반진동 및 소음의 크기가 대폭 감소하도록 하고 있다.

그리고, 심발발파공영역은 기폭시차 단차가 20∼25ms의 지발뇌관들로 장전하여 뇌관자체가 갖고 있는 기폭시차만으로 기폭되게 하고, 심발발파공영역의 심발중앙부에 수직으로 무장약공을 천공하여 인위적인 자유면을 이용한 진동감소와 효율적인 심빼기를 형성하고 있으며, 또한 심발확대발파공 및 외곽발파공 영역은 기폭시차 단차가 100∼500ms인 지발뇌관들을 회로별로 일정한 지연시차를 갖도록 하여, 즉 각각의 뇌관이 자체 기폭시차 이외에 지연시차를 가지면서 서로 다른 기폭시차를 갖고 기폭되게 함으로써 지발뇌관들의 기폭시차를 세분화하여 진동을 제어분산시키도록 하고 있다.

그러나, 굴착면에 심발발파공영역의 자유면을 형성하는 후자의 발파는, 단위장약의 량이 늘어나고, 이 장약량이 늘어남에 따라서 진동이 커지는 가능성이 높다.

즉, 심발발파공영역의 심발중앙부에 무장약공이 단순히 수직으로 배열되어 있기 때문에, 상기 무장약공의 둘레면에 형성된 복수의 장약공으로부터 발파된 암석 등이 정적인 중력장에 의하여 완전한 파쇄가 이루어지기 전에 심발발파공영역의 중앙의 수직부위의 무장약공쪽으로 쏠리는 현상에 의하여 심발발파공영역이 자유롭지 못한 비자유면으로 심빼기가 제대로 이루어지지 않아 심발확대발파공 및 외곽발파공들이 형성된 다른 영역들의 발파에도 더 많은 장약량의 추가로 인하여 발파시 진동 및 소음 등이 제어되지 못하는 문제가 있다.

또한, 후자는 심발확대발파공 및 외곽발파공들이 그들의 각 발파공들의 뇌관들끼리 동일한 기폭시차를 갖는 지발뇌관들이 복수개 그룹별로 중복되게 설치하고 있다.

위와 같이 심발확대발파공 및 외곽발파공들이 그룹으로 묶어서 동일한 기폭시차로 중복되게 발파되도록 함에 따라서, 각 발파공의 장약량을 최소화하고 또한 각각의 영역별로 다단계적으로 발파한다하여도 동일 시차에 중복되어 발파되는 지반진동과 발파로 인한 소음의 크기는 커지게 된다.

결국, 발파시 발생되는 지반진동으로 인하여 인체나 인접구조물에 물리적영향을 끼쳐 그 피해에 대한 민원을 유발시키게 됨으로써 공사진행에 지장을 일으킬 수 있으므로, 발파진동을 저감시켜 발파하는 방식은 가장 중요한 것으로서 그에 알맞은 적정한 발파패턴이 요구된다.

대한민국 특허 제0158532호 대한민국 특허 제0196634호

본 발명은 상기의 문제를 해소하기 위한 것으로, 터널굴착을 위한 발파시 가장 중요한 단계는 전체적인 발파의 성공여부를 좌우하는 가장 중요한 요소로서 터널의 중앙부위인 심발발파공들이 설치되는 심발발파공영역에서 심빼기작업으로써, 심발부 영역 중앙에 장약공과 무장약공을 교대로 배치하여 심발발파시 적은 화약량으로 선균열권을 형성시켜 초기 자유면을 형성하는데 용이하도록 함으로써, 종래와 같이 심발발파공영역의 중앙의 수직부위로 쏠리는 현상없이 심발발파공영역의 전체에 걸쳐 완전한 공간의 자유면이 형성되도록 하여, 심발확대발파공영역 및 외곽발파공영역 등 다른 영역들의 발파로 인한 진동과 폭음을 흡수하여 진동 및 소음 등이 제어될 수 있도록 됨을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 심발발파공영역 이외의 심발확대발파공 및 외곽발파공들이 형성되는 다른 영역들의 각 발파공들의 뇌관들을 복수개의 그룹으로 설치하고, 각 영역의 뇌관들이 5개영역으로 구획 분리되어 이들의 영역들은 서로 20ms의 기폭시차를 가지면서 각각 개별적으로 시차를 두고 기폭될 수 있도록 되어 있도록 함으로써, 동일 시차에 중복되어 발파되는 지반진동과 발파로 인한 소음의 크기를 최소화하는 동시에 종래에 비하여 정교하고 안정된 발파가 이루어질 수 있도록 됨을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 심발발파공영역에서 기폭이 이루어져 암석 등이 터널의 굴착전단면쪽으로부터 이완되어 나와 심빼기가 완전하게 이루어진 후, 시차를 두고 이어서 다른 영역들의 각각의 심발확대발파공 및 외곽발파공들이 개별적으로 순차 기폭될 수 있도록 함으로써, 심발발파공영역의 심빼기에 의하여 다른 영역들이, 터널의 굴착전단면의 둘레 경계선의 밖의 다른 암반들 즉, 모암에 손상을 주는 일이없이 터널의 경계선 안쪽에서 굴착이 이루어져 여굴을 방지할 수 있도록 됨을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 발파는 다단식발파기로부터 심발발파공영역은 MS시리즈뇌관에 의하여 100∼380ms 범위내에서 이루어져 대략 400ms내에 기폭이 완료되고, 이후 시차를 두고 심발발파공영역에서 심빼기가 완료된 후, 이어서 다른 영역들의 심발확대발파공 및 외곽발파공들이 LP시리즈뇌관에 의하여 500∼7080ms 범위내에서 개별적으로 순차 기폭되어, 상기 심발발파공영역으로부터 다른 영역들이 전체적으로 대략 8000ms 이내에 기폭이 완료될 수 있도록 되어, 다단 정밀 기폭으로 주요 구조물이나 민가 등에 발파진동을 최소화할 수 있도록 됨을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 심발발파공영역은 100∼380ms 범위내에서 대략 20ms이내의 기폭시차를 가지고 기폭되고, 또한 다른 영역은 500∼7080ms 범위내에서 20∼420ms 이내의 기폭시차를 가지고 기폭될 수 있도록 됨을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 심발발파공영역 이외의 다른 영역은 2영역에서 6영역으로 분할 구획되어, 각각의 심발확대발파공 및 외곽발파공들에 LP시리즈뇌관들이 개별적으로 설치되어 있으면서 2영역으로부터 6영역은 각각의 20ms 기폭시차를 가지고 기폭이 시작되어 500∼7080ms 범위내에서 개별적으로 순차 기폭이 완료될 수 있도록 됨을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 심발발파공영역의 MS시리즈뇌관에서 다른 영역의 LP시리즈뇌관으로 이동시간이 대략 120∼200ms의 시차를 두고 기폭가능하게 지연시차를 형성시킴으로써, 심발발파 후 초기 자유면을 확실하게 확보하면서 확대발파가 이루어지도록 됨을 목적으로 한다.

이를 위한 본 발명은 터널의 굴착전단면 중앙부위에 심발발파공들을 뚫고 MS시리즈뇌관을 설치하여 1영역을 형성하고, 상기 1영역의 주위를 5개의 영역으로 구획 분리하고 이들 영역에 심발확대발파공들과 외곽발파공들을 뚫고 LP시리즈뇌관을 설치하여 2영역 내지 6영역을 형성하며, 상기 각 영역의 발파공들에 장전된 지발뇌관이 서로 시차를 두고 개별적으로 기폭되도록 다단식발파기로 기폭하여 터널의 굴착을 위한 기폭을 실시함에 있어서, 상기 1영역의 MS시리즈뇌관들이 100∼380ms 범위내에서 서로 20ms의 기폭시차를 두고 각각 개별적으로 기폭되게 하여 1영역의 기폭을 완료하고, 상기 1영역의 기폭이 완료된 후, 시차를 두고 1영역에서 심빼기를 완료하며, 이어서 상기 2영역 내지 6영역의 LP시리즈뇌관들이 MS시리즈뇌관들과 120∼200ms의 기폭시차를 두고 500∼7080ms 범위내에서 기폭되게 하되, 2영역 내지 6영역의 LP시리즈뇌관들이 서로 20ms의 기폭시차를 두고 각각 개별적으로 기폭되게 하여 2영역 내지 6영역의 기폭을 완료하도록 이루어지며, 상기 1영역의 심발발파공들은 장약공과 무장약공으로 이루어지되, 무장약공들과 일부 장약공들이 1영역의 중앙부에서 수직방향으로 서로 등간격을 유지한 채 반복되게 배치되고, 나머지 장약공들이 1영역의 좌우 양측에 분산되게 배치되되, 1영역의 좌우 양측에 분산되게 배치되는 장약공들이 1영역의 중앙부에 수직배치된 장약공들과 무장약공들을 기준으로 상호 대칭되는 구조를 이루면서 수직배치된 장약공들 및 무장약공들로부터 이격되어 그 사이에 빈공간이 형성되게 배치된 것을 특징으로 하는 터널발파시 정밀진동제어 다단식발파공법을 제공한다.

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이상과 같이, 본 발명은 심발발파공영역의 발파공들에 형성한 MS시리즈뇌관이 20ms이내의 기폭시차로 각각 개별적으로 기폭되어 있는 동시에, 심발확대발파공영역과 외곽발파공영역들의 발파공들에 형성한 LP시리즈뇌관들이 20∼420ms 이내의 기폭시차로 각각 개별적으로 기폭될 수 있도록 되어 있기 때문에, 짧은 시간에 균등하고 순간적인 정밀 다단기폭과 더불어 동일 시차에 중복되어 발파되는 일이없어 지반진동과 발파로 인한 소음의 크기를 최소화하는 동시에 종래에 비하여 정교하고 안정된 발파가 이루어질 수 있고, 또한 심발발파공영역에 장약공이 둘레면에 배치되어 있으면서, 중앙 수직방향으로 장약공과 무장약공이 교대로 배치되는 등간격으로 형성되어 있기 때문에, 심발발파시 작은 화약량으로 심발중앙부에 선균열권을 형성하여 심발발파가 용이하게 확보될 수 있으며, 또한 발파로 인한 소음이 무장약공의 공간에 공진상태로 흡수하여 초기의 발파진동 및 소음을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 터널발파시 정밀진동제어 다단식발파공법에서, 터널의 굴착면인 굴착전단면도,
도 2 는 본 발명의 터널발파시 정밀진동제어 다단식발파공법에서, 터널의 굴착면인 굴착전단면도의 구획도,
도 3 은 도 1의 A-A선 단면도,
도 4 는 본 발명의 터널발파시 정밀진동제어 다단식발파공법에서, 터널의 굴착면인 굴착전단면도의 구획도에 발파단자판과 다단식 발파기의 연결도,
도 5 는 본 발명의 터널발파시 정밀진동제어 다단식발파공법에서 다단식 지연시차의 그래프도,
도 6a,b 는 본 발명의 터널발파시 정밀진동제어 다단식발파공법에서, 1영역의 심발발파공영역의 확대 굴착전단면도와, 수직중심부위의 확대 단면도이다,
도 7a,b 는 본 발명의 본 발명의 터널발파시 정밀진동제어 다단식발파공법에서, 1영역∼6영역의 지발당 장약량을 나타낸 그래프도.

본 발명의 구체적인 예를 첨부도면에 의하여 상세히 설명하면 아래와 같다.

도 1은 본 발명의 터널의 종단면도로서, 일정깊이의 터널(10)내에 굴착을 위한 굴착면인 굴착전단면(11)을 구성한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 이 굴착전단면(11)은 1영역(100), 2영역(200), 3영역(300), 4영역(400), 5영역(500) 및 6영역(600)으로 구획할 수 있다. 상기 1영역(100)에는 심발발파공(30)들이 뚫려 있고, 또한 상기 1영역(100)의 둘레면의 2영역(200)∼6영역(600)들에는, 심발확대발파공(31)과 외곽발파공(32)들이 뚫려 있다. 이들의 각 영역의 전체의 발파공의 수는 대략 120개의 발파공들이다.

상기 1영역(100)에는 장약을 장전하는 장약공(40)과, 장약을 장전하지 않는 무장약공(41)들이 형성되고, 상기 2영역(200)∼6영역(600)들에는 장약을 장전하는 장약공(40)들만 형성되어 있다.

도 3 및 도 7a,b에 나타낸 바와 같이, 상기 1영역(100)∼6영역(600)의 장약공(40)들은, 터널(10)의 굴착전단면(11)을 중심으로 천공간격을 대략 650∼950mm의 간격으로 장약공을 형성하였으며, 천공직경 45mm, 천공깊이 1,100mm의 치수로 뚫려 있다. 상기 장약공(40)들에는 0.225∼0.500kg의 장약량으로 장전되며, 1영역(100)의 장약공(40)들에는 0.25∼0.500kg이 장전된다.

그리고, 후술하는 바와 같이 1영역(100)은 굴착전단면(11)의 수직 중심방향으로 무장약공(41)이 뚫려 있으며, 이 무장약공(41)은 장약공(40)과의 등간격으로 배열되어 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 각 영역(100,200,300,400,500,600)들은 발파기단자판(21)과 각각의 연결선(22)들로 연결되고, 또한 상기 발파기단자판(21)은 다단식발파기(20)와 케이블(23)로 연결되어 다단식발파기(20)의 작동에 의하여 상기 1영역(100)∼6영역(600)들의 발파공들이 순차적으로 기폭되게 된다. 상기 다단식발파기(20)로부터 발파기단자판(21) 및 1영역(100)의 연결선(22) 등의 회로의 통전시차는 대략 80ms이다.

또한, 상기 1영역(100)의 발파공들에 형성한 MS시리즈뇌관들이 설치되고, 나머지 2영역(200)∼6영역(600)의 발파공들에는 LP시리즈뇌관들이 설치되어 있다.

본 발명은 각 영역(100,200,300,400,500,600)들의 장약공(40)이 각각의 뇌관에 의하여 각각 기폭된다. 각 영역(100,200,300,400,500,600)들의 각 발파공들의 뇌관들이 복수개의 그룹별로 중복되게 묶지 않고, 각 영역(100,200,300,400,500,600)의 각각의 발파공 뇌관들이 개별적으로 각각 시차를 두고 기폭될 수 있도록 함으로써, 동일 시차에 중복되어 발파되는 일이없어 지반진동과 발파로 인한 소음의 크기를 최소화하는 동시에 종래에 비하여 정교하고 안정된 발파가 이루어질 수 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 1영역(100)의 심발발파공영역에는 15개의 장약공(40)들에 형성한 MS시리즈뇌관이 20ms이내의 기폭시차로 각각 개별적으로 기폭될 수 있도록 되어 있다.

다단식발파기(20)에서 발파 스위치를 ‘온’하면, 앞서 설명한 바와 같이 발파기 등의 회로의 통전시차 80ms를 감안하면, 컷오프 방지를 위하여 다단식발파기(20)로부터 1영역(100)의 장약공(40)의 MS5 뇌관이 100ms에 기폭되기 시작하여 순차적으로 장약공(40)들의 뇌관 MS6, MS7, MS8....................MS19 까지 380ms에 기폭이 완료되며, 각 뇌관은 20ms 이내의 기폭시차를 가지고 뇌관들이 각각 기폭되어 결국 장약공(40)들이 각각 개별적으로 발파된다. 따라서 1영역(100)의 심발발파공영역은 MS시리즈뇌관에 의하여 100∼380ms 범위내에서 기폭이 완료된다.

또한, 상기 1영역(100)의 MS시리즈뇌관에 이어서 2영역(200)∼6영역(600)에서는 105개의 장약공(40)들에 형성한 LP시리즈뇌관이 20∼420ms 이내의 기폭시차로 각각 개별적으로 기폭될 수 있도록 되어 있다.

상기 1영역(100)에서 2영역(200)으로 진행되는데, 2영역(200)의 첫 번째 장약공(40)의 LP5의 뇌관은, 다단식발파기(20)의 작동으로부터 500ms에 기폭이 진행되어, 장약공(40)의 LP6, LP7, LP8...................LP25 까지 7000ms에 기폭이 완료되며, 2영역(200)의 각 뇌관은 100∼500ms의 기폭시차를 가지고 각각 기폭되면서 500∼7000ms 범위내에서 장약공(40)들이 각각 개별적으로 순차 발파된다.

상기 1영역(100)의 MS시리즈뇌관에서 2영역(200)의 LP시리즈뇌관으로 변환할 때, 1영역(100)의 MS19의 380ms에서 2영역(200)의 LP5의 500ms에 의하여 120ms의 기폭시차를 두고 있다,

이와 같은 시차는 1영역(100)의 심발발파공영역에서 심빼기가 완료된 후에, 2영역 영역의 기폭이 행하여지도록 하고 있다.

즉, 터널굴착을 위한 발파시 가장 중요한 단계는 전체적인 발파의 성공여부를 좌우하는 가장 중요한 요소로서 터널의 중앙부위의 심빼기작업이다.

따라서, 1영역(100)의 심발발파공영역의 전체에 걸쳐 완전한 공간의 자유면이 형성되도록 함으로써, 암석 등이 터널의 굴착전단면쪽으로부터 이완되어 나와 심빼기가 완전하게 이루지게 할 수 있다.

도 1 및 도 6a,b에 나타낸 바와 같이, 상기 1영역(100)의 심발발파공영역에는 15개의 장약공(40)들에 형성한 MS시리즈뇌관들이 형성되어 있는데, 상기 장약공(40)들이 둘레면에 배치되어 있으면서 중앙 수직방향으로 장약공(40)과 무장약공(41)이 서로 등간격으로 효율있게 배치된다.
보다 구체적으로, 무장약공(41)과 일부 장약공(40)이 1영역(100)의 중앙부에서 수직방향으로 서로 등간격을 유지한 채로 반복되게 배치되고, 나머지 장약공(40)이 1영역(100)의 좌우 양측에 분산되게 배치되되, 1영역(100)의 좌우 양측에 분산되게 배치되는 장약공(40)이 1영역(100)의 중앙부에 수직배치된 장약공(40) 및 무장약공(41)을 기준으로 상호 대칭되는 구조를 이루면서 수직배치된 장약공(40) 및 무장약공(41)으로부터 이격되어 그 사이에 빈공간이 형성되게 배치된다.

그리고, 상기 장약공(40)은 직경 45mm, 깊이 1100mm에 반하여, 무장약공(41)은 직경 65mm, 깊이 1100mm로써, 장약공(40)의 직경 보다 칫수가 크고, 또한 장약공(40)과의 1영역(100)의 심발발파공영역의 중앙 수직방향으로 장약공(40)과 무장약공(41)의 교대로 배치되는 등간격으로 형성되어 있고, 또한 상기 심발발파공영역의 장약공(40)은 250∼500g의 장약이 장전되고, 심발발파공영역의 중앙 수직방향에 형성된 장약공(40)에는 250g의 장약이 장전되어 있기 때문에, 주위의 장약공(40)들의 발파와 함께 중앙 수직방향의 다소 적은 량의 장약공(40)에 의해서도 수직으로 이웃하는 큰 직경의 무장약공(41)들에 영향을 주게 되고, 심발발파를 용이하게 하기 위한 선균열을 형성시켜 주며, 또한 발파로 인한 소음이 무장약공(41)의 공간에 공진상태로 흡수하는 효과로 초기의 발파의 소음을 최소화할 수 있다.

다음, 앞으로 돌아가서 상기 2영역(200)에서 3영역(300)은, 2영역(200)의 첫 번째 장약공(40)의 LP5의 뇌관과의 20ms의 기폭시차를 두고 520ms에 기폭이 진행되어, 장약공(40)의 LP6, LP7, LP8...................LP25 까지 7020ms에 기폭이 완료되며, 3영역(300)의 각 뇌관 역시 100∼500ms의 기폭시차를 가지고 각각 기폭되면서 520∼7020ms 범위내에서 장약공(40)들이 각각 개별적으로 순차 발파된다.

또한, 3영역(300)에서 4영역(400)은, 3영역(300)의 첫 번째 장약공(40)의 LP5의 뇌관과의 20ms의 기폭시차를 두고 540ms에 기폭이 진행되어, 장약공(40)의 LP6, LP7, LP8...................LP25 까지 7040ms에 기폭이 완료되며, 4영역(400)의 각 뇌관 역시 100∼500ms의 기폭시차를 가지고 각각 기폭되면서 540∼7040ms 범위내에서 장약공(40)들이 각각 개별적으로 순차 발파된다.

다음, 4영역(400)에서 5영역(500)은, 4영역(400)의 첫 번째 장약공(40)의 LP5의 뇌관과의 20ms의 기폭시차를 두고 560ms에 기폭이 진행되어, 장약공(40)의 LP6, LP7, LP8...................LP25 까지 7060ms에 기폭이 완료되며, 4영역(400)의 각 뇌관 역시 100∼500ms의 기폭시차를 가지고 각각 기폭되면서 560∼7060ms 범위내에서 장약공(40)들이 각각 개별적으로 순차 발파된다.

또한, 5영역(500)에서 6영역(600)은, 5영역(500)의 첫 번째 장약공(40)의 LP5의 뇌관과의 20ms의 기폭시차를 두고 580ms에 기폭이 진행되어, 장약공(40)의 LP6, LP7, LP8...................LP25 까지 7080ms에 기폭이 완료되며, 4영역(400)의 각 뇌관 역시 100∼500ms의 기폭시차를 가지고 각각 기폭되면서 580∼7080ms 범위내에서 장약공(40)들이 각각 개별적으로 순차 발파된다.

본 발명은 위와 같이 1영역(100)은 물론, 2영역(200)∼6영역(600) 각각의 120개의 장약공(40)들의 뇌관 기폭이 겹치거나 중복되어 기폭되는 일이없이, 각 발파공이 개별적으로 기폭되기 때문에, 결국 100∼7080ms의 짧은 시간에 균등하고 순간적인 정밀 다단기폭으로 지반진동과 발파로 인한 소음의 크기를 최소화하는 동시에 종래에 비하여 정교하고 안정된 발파가 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명은 발파진동, 소음으로 인한 민원구간인 갱구입, 출구 구간에서 2차선 도로 터널 및 철도 복선터널의 경우 굴착 지보타입 P-4, P-5, P-6 상부반단면 굴착시 표준발파공수가 대략 120공 전후로 설치됨을 감안할 때 지발당 1공씩 기폭되게하여 지발당장약량을 최소화함으로써 발파진동, 소음을 제어하는데 가장 효과적인 방법이다.

10 : 터널 11 : 굴착전단면
20 : 다단식발파기 21 : 발파기단자판
22 : 연결선 23 : 케이블
30 : 심발발파공 31 : 심발확대발파공
32 : 외곽발파공 40 : 장약공
41 : 무장약공 100 : 1영역
200 : 2영역 300 : 3영역
400 : 4영역 500 : 5영역
600 : 6영역

Claims (4)

1. 터널의 굴착전단면 중앙부위에 심발발파공들을 뚫고 MS시리즈뇌관을 설치하여 1영역을 형성하고, 상기 1영역의 주위를 5개의 영역으로 구획 분리하고 이들 영역에 심발확대발파공들과 외곽발파공들을 뚫고 LP시리즈뇌관을 설치하여 2영역 내지 6영역을 형성하며, 상기 각 영역의 발파공들에 장전된 지발뇌관이 서로 시차를 두고 개별적으로 기폭되도록 다단식발파기로 기폭하여 터널의 굴착을 위한 기폭을 실시함에 있어서,
   상기 1영역의 MS시리즈뇌관들이 100∼380ms 범위내에서 서로 20ms의 기폭시차를 두고 각각 개별적으로 기폭되게 하여 1영역의 기폭을 완료하고,
   상기 1영역의 기폭이 완료된 후, 시차를 두고 1영역에서 심빼기를 완료하며,
   이어서 상기 2영역 내지 6영역의 LP시리즈뇌관들이 MS시리즈뇌관들과 120∼200ms의 기폭시차를 두고 500∼7080ms 범위내에서 기폭되게 하되, 2영역 내지 6영역의 LP시리즈뇌관들이 서로 20ms의 기폭시차를 두고 각각 개별적으로 기폭되게 하여 2영역 내지 6영역의 기폭을 완료하도록 이루어지며,
   상기 1영역의 심발발파공들은 장약공과 무장약공으로 이루어지되, 무장약공들과 일부 장약공들이 1영역의 중앙부에서 수직방향으로 서로 등간격을 유지한 채 반복되게 배치되고, 나머지 장약공들이 1영역의 좌우 양측에 분산되게 배치되되, 1영역의 좌우 양측에 분산되게 배치되는 장약공들이 1영역의 중앙부에 수직배치된 장약공들과 무장약공들을 기준으로 상호 대칭되는 구조를 이루면서 수직배치된 장약공들 및 무장약공들로부터 이격되어 그 사이에 빈공간이 형성되게 배치된 것을 특징으로 하는 터널발파시 정밀진동제어 다단식발파공법.
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