KR101921925B1 - 터널 굴착 공법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 터널 굴착 공법 및 시스템에 관한 것으로, 터널 굴착 공법은, 터널의 내부 형태에 대응하여 풍선 형태로 팽창되는 팽창구조체(inflatable structure)를 이용하여 터널의 내부 공간을 차단하는 차단 단계와, 터널 내에서 상기 팽창구조체에 의해 차단된 발파 지점을 발파하는 발파 단계를 포함하는 것에 의하여, 터널 발파 효율을 높이면서, 충격 및 소음을 저감시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 터널 굴착 공법 및 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 발파 충격 및 소음 발생을 저감시킬 수 있는 터널 굴착 공법 및 시스템에 관한 것이다.
현재 국내에서는 SOC(Social Overhead Capital; 사회간접자본) 사업 등이 증대함에 따라 지하공간을 활용하기 위하여 지하공간에 사회간접시설인 각종 에너지와 폐기물의 지하저장시설, 통신구, 전력구와 같은 에너지 전달시설 및 광역상수도를 구축하기 위한 도수터널과, 지하철, 철도, 고속철도, 국도 및 고속도로 등 도로교통을 위한 도로터널 등 수많은 터널굴착 작업이 수행되고 있다.
통상 터널을 굴착하는 방법으로서는, TBM(Tunnel boring Machine) 등 굴착장비를 이용한 굴착방법, 발파에 의한 굴착방법, 화학제를 사용하여 무진동으로 굴착하는 방법 등 여러 형태가 있는데, 그 중에서 굴착효율과 굴착비용의 경제성 측면에서 많이 사용되고 있는 공법은 발파에 의한 방법이다.
일반적으로 발파에 의한 터널 굴착은, 암반에 발파공을 천공하고, 천공된 발파공에 뇌관과 폭약을 장전한 후, 발파기를 이용하여 폭약의 뇌관을 기폭시킴으로써 행해진다.
그런데, 발파에 의한 굴착방법은 다량의 폭약을 기폭시키는 형태로 이루어짐으로써 필연적으로 진동 및 소음이 크게 발생될 수밖에 없는데, 발파기술은 이러한 전제하에 발파 효율의 최대화와 소음 및 진동의 최소화를 동시에 달성해야 하는 2가지 측면을 함께 갖고 있다.
즉, 발파에 의한 굴착방법은 사용되는 장약량이 많을수록 발파 효율은 커지나 진동 소음이 크게 발생하게 되고, 반면에 사용되는 장약량이 적을수록 소음 및 진동은 작게 발생하나 발파 효율이 낮아지는 상반되는 특징을 갖고 있다.
이에 따라 최근에는 발파 효율을 높이면서 소음 및 충격을 낮추기 위한 터널 굴착 공법 및 시스템에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 터널 발파 효율을 높이면서, 충격 및 소음을 저감시킬 수 있는 터널 굴착 공법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 발파에 따른 충격 및 소음을 억제하고, 파편의 비산을 효과적으로 차단할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 발파시 터널의 차폐 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 터널 굴착 시간을 단축하고, 터널 굴착 시공 장비를 간소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 발파 후 갱내 작업 환경 저하를 최소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 터널 굴착 시공의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 터널 굴착 시스템은, 터널의 내부 형태에 대응하여 풍선 형태로 팽창되며 터널의 내부 공간을 차단하는 팽창구조체(inflatable structure)와, 터널 내에서 팽창구조체에 의해 차단된 발파 지점을 발파하는 발파부를 포함한다.
이는, 터널의 발파 효율을 높이면서, 발파시 발생되는 충격 및 소음을 저감시키기 위함이다.
즉, 본 발명은 팽창구조체를 이용하여 터널을 차단한 상태에서 발파가 행해지도록 하는 것에 의하여, 발파에 의한 파편을 안정적으로 차단하고, 발파에 따른 충격 및 소음을 보다 효과적으로 차단하는 유리한 효과한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 터널의 내벽면에 밀착되는 팽창구조체를 이용하여 터널이 차단된 상태에서 발파가 행해지도록 하는 것에 의하여, 발파에 의한 파면, 충격 및 소음을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 특히, 발파에 사용되는 장약량을 늘리더라도 소음 및 진동을 효과적으로 차단할 수 있으므로, 발파 효율을 높이면서 소음 및 진동은 낮추는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 팽챙구조체는 팽창 가스를 공급하는 것에 의해 팽창되며 터널을 차단할 수 있으므로, 터널의 차단의 소요되는 시간을 단축하고, 차폐 효율성을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
발파부는 발파 지점을 발파 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 발파부의 구조 및 발사 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 발파부에 의한 터널의 발파는, 터널 주변 지반에 복수개의 발파공을 천공하고, 천공된 발파공에 뇌관과 폭약을 장전한 후, 발파기를 이용하여 폭약의 뇌관을 기폭시킴으로써 행해질 수 있다. 또한, 발파 지점 근처의 지반에는 발파공과 함께 경사공, 무장약공, 균열유도공 등이 함께 형성될 수 있다.
발파부에 의한 발파는 복수개의 발파공에 장전된 폭약을 동시에 터트려 행해질 수 있다. 경우에 따라서는 복수개의 발파공에 장전된 폭약을 시간차를 두고 순차적으로 터트려 발파시키는 것도 가능하다.
팽창구조체는 터널 발파 지점의 전방 및 후방 중 어느 하나 이상을 차단하도록 구성된다. 일 예로, 발파부는 터널의 굴진 방향을 따라 터널의 막장면을 발파하도록 구성될 수 있다. 다른 일 예로, 발파부는 터널의 굴진 방향에 교차하는 터널의 벽면(예를 들어, 터널의 천장)을 발파하도록 구성될 수 있다.
팽창구조체는 터널을 차단 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 팽창구조체는, 터널의 내부 공간을 차단하는 외부 팽창체와, 외부 팽창부의 내부에 배치되며 외부 팽창체의 내부에서 터널의 내부 공간을 차단하는 내부 팽창체를 포함한다.
보다 구체적으로, 외부 팽창체는 원형 단면 형태로 형성될 수 있으며, 내부 팽창체는 외부 팽창체의 직경보다 짧은 단축 길이를 갖는 타원형 단면 형태로 형성될 수 있다. 이때, 타원의 장축은 터널을 차단할 수 있는 길이를 갖도록 형성된다.
이와 같이, 외부 팽창체의 내부에서 내부 팽창체가 팽창되는 이중 구조로 팽창구조체를 형성하는 것에 의하여, 발파에 의한 파편을 안정적으로 차단하고, 발파에 따른 충격 및 소음을 보다 효과적으로 차단하는 유리한 효과한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 발파가 행해지면 발파에 의한 파편 등이 비산되는데, 뾰쪽한 파편이 외부 팽창체로 비산되면, 파편에 의해 외부 팽창체의 파손이 발생할 수 있다. 이와 같이, 외부 팽창체가 파손되면 외부 팽창체에 의한 차단 상태가 안정적으로 유지되기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 외부 팽창체가 파손되더라도 내부 팽창체에 의한 차단 상태가 유지되도록 하는 것에 의하여, 발파에 의한 파편, 충격 및 소음을 보다 안정적으로 차단하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 외부 팽창체는 내부 팽창체 보다 높은 인성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 외부 팽창체와 내부 팽창체를 동일한 재질로 형성하는 것도 가능하다.
더욱 바람직하게, 외부 팽창체의 내면과 내부 팽창체의 외면의 사이에는 공기층이 형성된다. 이와 같이, 외부 팽창체의 내면과 내부 팽창체의 외면의 사이에 공기층이 형성되도록 하는 것에 의하여, 발파 충격 및 소음을 보다 효과적으로 차단하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 터널 굴착 시스템은, 외부 팽창체와 내부 팽창체를 팽창시키기 위한 팽창 가스를 공급하는 가스공급부를 포함하고, 외부 팽창체와 내부 팽창체는 가스공급부에 의해 동시에 팽창된다.
이와 같이, 외부 팽창체와 내부 팽창체는 단일 가스공급부에 의해 동시에 팽창되도록 하는 것에 의하여, 외부 팽창체와 내부 팽창체를 팽창시키기 위한 구조 및 설비를 간소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 경우에 따라서는 외부 팽창체와 내부 팽창체가 각각 서로 다른 가스공급부에 의해 팽창되도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 터널 굴착 시스템은 팽창구조체보다 높은 강도를 가지며, 팽창구조체의 둘레를 감싸도록 배치되는 보강 네트를 포함할 수 있다.
일 예로, 보강 네트는 섬유 또는 금속 재질로 형성될 수 있으며, 망(net) 형태 형성되어 팽창구조체의 둘레를 감싸도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 팽창구조체의 둘레를 감싸도록 보강 네트를 장착하는 것에 의하여, 파편의 비산에 의한 팽창구조체의 손상을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 터널 굴착 시스템은, 발파 지점이 발파된 후 발파 지점 주변의 오염된 공기(PG)(예를 들어, 먼지가 포함된 공기)를 정화하는 후처리부를 포함할 수 있다.
일 예로, 후처리부는, 발파 지점 주변의 오염된 공기를 흡입하는 흡입부와, 흡입부로 흡입된 공기를 여과하는 여과부를 포함할 수 있다. 경우에 따라서는 후처리부가 통상의 집진 방식으로 발파 지점 주변의 공기를 정화하거나, 신선한 공기를 추가적으로 공급하는 것도 가능하다.
이와 같이, 차단공간에 후처리부를 마련하고, 차단공간의 공기를 정화하도록 하는 것에 의하여, 발파 후 차단공간의 공기를 보다 신속하게 안정화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
팽창 구조체의 다른 일 예로서, 팽창구조체는, 터널의 내부 공간을 차단하는 제1팽창체와, 터널의 내부에서 제1팽창체와 직렬로 배치되며 터널의 내부 공간을 차단하는 제2팽창체를 포함한다.
일 예로, 제1팽창체의 전방(또는 후방)에는 하나의 제2팽창체가 마련될 수 있다. 경우에 따라서는 2개 이상의 제2팽창체를 제1팽창체와 직렬로 배치하는 것도 가능하며, 제2팽창체의 개수에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 제1팽창체와 제2팽창체가 직렬로 배치되는 이중 구조로 팽창구조체를 형성하는 것에 의하여, 발파에 의한 파편을 안정적으로 차단하고, 발파에 따른 충격 및 소음을 보다 효과적으로 차단하는 유리한 효과한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 발파가 행해지면 발파에 의한 파편 등이 비산되는데, 뾰쪽한 파편이 외부 제1팽창체로 비산되면, 파편에 의해 제1팽창체의 파손이 발생할 수 있다. 이와 같이, 제1팽창체가 파손되면 제1팽창체에 의한 차단 상태가 안정적으로 유지되기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 제1팽창체가 파손되더라도 제2팽창체에 의한 차단 상태가 유지되도록 하는 것에 의하여, 발파에 의한 파편, 충격 및 소음을 보다 안정적으로 차단하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 제1팽창체는 제2팽창체 보다 높은 인성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 제1팽창체와 제2팽창체를 동일한 재질로 형성하는 것도 가능하다.
더욱 바람직하게, 제2팽창체는 제1팽창체로부터 이격되게 배치되며, 제1팽창체와 제2팽창체의 사이에는 공기층이 형성된다. 이와 같이, 제1팽창체와 제2팽창체의 사이에 공기층이 형성되도록 하는 것에 의하여, 발파 충격 및 소음을 보다 효과적으로 차단하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 터널 굴착 공법은, 터널의 내부 형태에 대응하여 풍선 형태로 팽창되는 팽창구조체를 이용하여 터널의 내부 공간을 차단하는 차단 단계와, 터널 내에서 상기 팽창구조체에 의해 차단된 발파 지점을 발파하는 발파 단계를 포함한다.
이와 같이, 팽창구조체를 이용하여 터널을 차단한 상태에서 발파가 행해지도록 하는 것에 의하여, 발파에 의한 파편을 안정적으로 차단하고, 발파에 따른 충격 및 소음을 보다 효과적으로 차단하는 유리한 효과한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 발파 지점이 발파된 후 발파 지점 주변의 공기를 정화하는 정화 단계를 포함할 수 있다
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 터널 발파 효율을 높이면서, 충격 및 소음을 저감시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 팽창구조체를 이용하여 터널을 차단한 상태에서 발파가 행해지도록 하는 것에 의하여, 발파에 의한 파편을 안정적으로 차단하고, 발파에 따른 충격 및 소음을 보다 효과적으로 차단하는 유리한 효과한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명에 따르면 터널의 내벽면에 밀착되는 팽창구조체를 이용하여 터널이 차단된 상태에서 발파가 행해지도록 하는 것에 의하여, 발파에 의한 파면, 충격 및 소음을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 팽챙구조체는 팽창 가스를 공급하는 것에 의해 팽창되며 터널을 차단할 수 있으므로, 터널의 차단의 소요되는 시간을 단축하고, 차폐 효율성을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 외부 팽창체의 내부에서 내부 팽창체가 팽창되는 이중 구조로 팽창구조체를 형성하는 것에 의하여, 발파에 의한 파편을 안정적으로 차단하고, 발파에 따른 충격 및 소음을 보다 효과적으로 차단하는 유리한 효과한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 발파가 행해지면 발파에 의한 파편 등이 비산되는데, 뾰쪽한 파편이 외부 팽창체로 비산되면, 파편에 의해 외부 팽창체의 파손이 발생할 수 있다. 이와 같이, 외부 팽창체가 파손되면 외부 팽창체에 의한 차단 상태가 안정적으로 유지되기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에 따르면 외부 팽창체가 파손되더라도 내부 팽창체에 의한 차단 상태가 유지되도록 하는 것에 의하여, 발파에 의한 파편, 충격 및 소음을 보다 안정적으로 차단하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 발파시 터널의 차폐 상태를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 외부 팽창체의 내면과 내부 팽창체의 외면의 사이에 공기층이 형성되도록 하는 것에 의하여, 발파 충격 및 소음을 보다 효과적으로 차단하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 발파 후 가스 및 분진 등에 의한 갱내 작업 환경 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 터널을 차단하는 시간 및 굴착 시간을 단축할 수 있으며, 굴착 비용을 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 장약량을 늘려 발파 효율을 향상시키면서도 발파시 발생되는 충격 및 소음을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 발파시 파편에 의한 주변 지반의 손상이 적어 보강작업이 용이하며 터널의 안정성을 확보하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 발파시 파편의 비산 거리를 최소화할 수 있으며, 주변시설물의 손상 및 안전사고의 발생을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템을 설명하기 위한 도면,
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템에 의한 터널 굴착 공정을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템으로서, 보강 네트를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템으로서, 팽창구조체의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템으로서, 발파 지점의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 11은 본 발명에 따른 터널 굴착 공법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템에 의한 터널 굴착 공정을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템으로서, 보강 네트를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템으로서, 팽창구조체의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템으로서, 발파 지점의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 11은 본 발명에 따른 터널 굴착 공법을 설명하기 위한 블록도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템에 의한 터널 굴착 공정을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 8은 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템으로서, 보강 네트(150)를 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템으로서, 팽창구조체(100)의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이며, 도 10은 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템으로서, 발파 지점의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 터널 굴착 시스템은, 터널의 내부 형태에 대응하여 풍선 형태로 팽창되며 터널의 내부 공간을 차단하는 팽창구조체(100)(inflatable structure)와, 터널 내에서 팽창구조체(100)에 의해 차단된 발파 지점을 발파하는 발파부(200)를 포함한다.
팽창구조체(100)는 터널(10)을 차폐하도록 마련되며, 터널(10)의 발파 지점에서 발생하는 파편(SP), 충격 및 소음을 차단한다.
참고로, 본 발명에서 터널(10)이라 함은, 육상터널, 지하터널 및 해저터널을 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있으며, 터널(10)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
팽창구조체(100)는 선택적으로 수축 및 팽창 가능한 풍선 형태로 제공될 수 있으며, 팽창구조체(100)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
팽창구조체(100)는 평상시(터널 발파가 행해지기 전) 수축된 상태로 배치되어 있다가, 가스공급부(130)로부터 팽창 가스가 공급됨에 따라 팽창되어 내벽면에 밀착되며 터널(10) 내부 공간을 전체적으로 차단하도록 구성된다.
바람직하게 팽창구조체(100)는 플렉시블한 구조로 제공되어 터널(10)의 단면 형태에 대응되게 팽창될 수 있다. 또한, 팽창구조체(100)는 가볍고, 이동 및 취급이 용이한 구조로 제작될 수 있으며, 내압에 의해 충분한 구조형태를 유지하도록 구성될 수 있다. 이때, 팽창구조체(100)는 터널(10)의 종류 및 특성에 따라 다양한 형태와 크기로 팽창되도록 구성되는 것이 바람직하고, 최소의 부피로 설치될 수 있는 재료강성을 갖도록 제작되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게, 팽창구조체(100)는 불연재 또는 내화재로 형성될 수 있으며, 팽창구조체(100)의 재질 및 특성은 요구되는 조건 및 설치 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
아울러, 팽창구조체(100)는 터널(10) 내부를 상호 협조적으로 차폐시키는 복수개의 팽창체(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 일 예로, 팽창구조체(100)는, 터널의 내부 형태에 대응하여 풍선 형태로 팽창되며 터널의 내부 공간의 일부를 차단하는 제1팽창구조체(미도시)와, 터널의 내부 형태에 대응하여 풍선 형태로 팽창되어 제1팽창구조체에 밀착되며 터널의 내부 공간의 다른 일부를 차단하는 제2팽창구조체(미도시)를 포함한다. 이와 같이, 복수개의 팽창체를 이용하여 터널을 차폐하는 것에 의하여, 차폐 시간을 보다 단축하고, 차폐 효율성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 경우에 따라서는 팽창구조체가 단 하나의 팽창구조체만으로 구성되거나, 3개 이상의 팽창구조체를 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
발파부(200)는 터널 내에서 팽창구조체(100)에 의해 차단된 발파 지점을 발파하도록 구비된다.
발파부(200)는 발파 지점을 발파 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 발파부(200)의 구조 및 발사 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 발파부(200)에 의한 터널의 발파는, 터널 주변 지반에 복수개의 발파공(10a)을 천공하고, 천공된 발파공(10a)에 뇌관과 폭약(210)을 장전한 후, 발파기를 이용하여 폭약(210)의 뇌관을 기폭시킴으로써 행해질 수 있다. 또한, 발파 지점 근처의 지반에는 발파공(10a)과 함께 경사공, 무장약공, 균열유도공 등이 함께 형성될 수 있다.
발파부(200)에 의한 발파는 복수개의 발파공(10a)에 장전된 폭약(210)을 동시에 터트려 행해질 수 있다. 경우에 따라서는 복수개의 발파공에 장전된 폭약을 시간차를 두고 순차적으로 터트려 발파시키는 것도 가능하다.
팽창구조체(100)는 터널 발파 지점의 전방 및 후방 중 어느 하나 이상을 차단하도록 구성된다. 일 예로, 도 5를 참조하면, 발파부(200)는 터널의 굴진 방향을 따라 터널의 막장면을 발파하도록 구성될 수 있으며, 팽창구조체(100)는 터널의 막장면 후방에서 터널을 차단하도록 구성될 수 있다. 다른 일 예로, 도 10을 참조하면, 발파부(200)는 터널의 굴진 방향에 교차하는 터널의 벽면(예를 들어, 터널의 천장)을 발파하도록 구성될 수 있으며, 팽창구조체(100)는 발파 지점의 전방 및 후방에서 각각 터널을 차단하도록 구성될 수 있다.
참고로, 발파 지점에서부터 팽창구조체(100)까지의 거리는 요구되는 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 발파 지점과 팽체구조체의 사이 거리에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 팽창구조체(100)는, 터널의 내부 공간을 차단하는 외부 팽창체(110)와, 외부 팽창부의 내부에 배치되며 외부 팽창체(110)의 내부에서 터널의 내부 공간을 차단하는 내부 팽창체(120)를 포함한다.
보다 구체적으로, 외부 팽창체(110)는 원형 단면 형태로 형성될 수 있으며, 내부 팽창체(120)는 외부 팽창체(110)의 직경보다 짧은 단축 길이를 갖는 타원형 단면 형태로 형성될 수 있다. 이때, 타원의 장축은 터널을 차단할 수 있는 길이를 갖도록 형성된다.
이와 같이, 외부 팽창체(110)의 내부에서 내부 팽창체(120)가 팽창되는 이중 구조로 팽창구조체(100)를 형성하는 것에 의하여, 발파에 의한 파편(SP)을 안정적으로 차단하고, 발파에 따른 충격 및 소음을 보다 효과적으로 차단하는 유리한 효과한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 발파가 행해지면 발파에 의한 파편(SP) 등이 비산되는데, 뾰쪽한 파편(SP)이 외부 팽창체(110)로 비산되면, 파편(SP)에 의해 외부 팽창체(110)의 파손이 발생할 수 있다. 이와 같이, 외부 팽창체(110)가 파손되면 외부 팽창체(110)에 의한 차단 상태가 안정적으로 유지되기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 외부 팽창체(110)가 파손되더라도 내부 팽창체(120)에 의한 차단 상태가 유지되도록 하는 것에 의하여, 발파에 의한 파편(SP), 충격 및 소음을 보다 안정적으로 차단하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 외부 팽창체(110)는 내부 팽창체(120) 보다 높은 인성(toughness)을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 외부 팽창체와 내부 팽창체를 동일한 재질로 형성하는 것도 가능하다.
더욱 바람직하게, 외부 팽창체(110)의 내면과 내부 팽창체(120)의 외면의 사이에는 공기층(115)이 형성된다. 이와 같이, 외부 팽창체(110)의 내면과 내부 팽창체(120)의 외면의 사이에 공기층(115)이 형성되도록 하는 것에 의하여, 발파 충격 및 소음을 보다 효과적으로 차단하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 터널 굴착 시스템은, 외부 팽창체(110)와 내부 팽창체(120)를 팽창시키기 위한 팽창 가스를 공급하는 가스공급부(130)를 포함하고, 외부 팽창체(110)와 내부 팽창체(120)는 가스공급부(130)에 의해 동시에 팽창된다.
이와 같이, 외부 팽창체(110)와 내부 팽창체(120)는 단일 가스공급부(130)에 의해 동시에 팽창되도록 하는 것에 의하여, 외부 팽창체(110)와 내부 팽창체(120)를 팽창시키기 위한 구조 및 설비를 간소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 경우에 따라서는 외부 팽창체와 내부 팽창체가 각각 서로 다른 가스공급부에 의해 팽창되도록 구성하는 것도 가능하다.
보다 구체적으로, 도 4를 참조하면, 가스공급부(130)는 내부 팽창체(120)에 연결되는 제1공급라인(132)과, 제1공급라인(132)에서 분기되며 외부 팽창체(110)에 연결되는 제2공급라인(134)을 포함한다. 일 예로, 제2공급라인(134)은 제1공급라인(132)과 대략 "Y"자 형태를 이루도록 분기될 수 있다.
제1공급라인(132)으로 공급된 팽창 가스는 제1공급라인(132)을 따라 내부 팽창체(120)로 공급됨과 동시에 제1라인에서 분기된 제2공급라인(134)을 따라 외부 팽창체(110)로 공급될 수 있다.
한편, 도 8을 참조하면, 터널 굴착 시스템은 팽창구조체(100)보다 높은 강도를 가지며, 팽창구조체(100)의 둘레를 감싸도록 배치되는 보강 네트(150)를 포함할 수 있다.
일 예로, 보강 네트(150)는 섬유 또는 금속 재질로 형성될 수 있으며, 망(net) 형태 형성되어 팽창구조체(100)의 둘레를 감싸도록 배치될 수 있다. 경우에 따라서는 보강 네트가 여타 다른 재질로 형성될 수 있으며, 보강 네트의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 팽창구조체(100)의 둘레를 감싸도록 보강 네트(150)를 장착하는 것에 의하여, 파편(SP)의 비산에 의한 팽창구조체(100)의 손상을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 터널 굴착 시스템은, 발파 지점이 발파된 후 발파 지점 주변의 오염된 공기(PG)(예를 들어, 먼지가 포함된 공기)를 정화하는 후처리부를 포함할 수 있다.
후처리부는 팽창구조체(100)에 의해 차단된 차단공간의 공기를 정화하도록 구성된다.
여기서, 후처리부가 차단공간의 공기(PG)를 정화한다 함은, 차단공간의 공기(PG)를 여과하거나, 신선한 공기를 추가적으로 공급하는 것을 모두 포함하는 개념으로 정의된다. 일 예로, 후처리부는, 발파 지점 주변의 오염된 공기(PG)를 흡입하는 흡입부와, 흡입부로 흡입된 공기를 여과하는 여과부를 포함할 수 있다. 경우에 따라서는 후처리부가 통상의 집진 방식으로 발파 지점 주변의 공기를 정화하는 것도 가능하다.
이와 같이, 차단공간에 후처리부를 마련하고, 차단공간의 공기를 정화하도록 하는 것에 의하여, 발파 후 차단공간의 공기를 보다 신속하게 안정화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
팽창 구조체의 다른 일 예로서, 도 9를 참조하면, 팽창구조체(100)는, 터널의 내부 공간을 차단하는 제1팽창체(110')와, 터널의 내부에서 제1팽창체(110')와 직렬로 배치되며 터널의 내부 공간을 차단하는 제2팽창체(120')를 포함한다.
제1팽창체(110')의 전방(또는 후방)에는 하나의 제2팽창체(120')가 마련될 수 있다. 경우에 따라서는 2개 이상의 제2팽창체를 제1팽창체와 직렬로 배치하는 것도 가능하며, 제2팽창체의 개수에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 제1팽창체(110')는 원형 단면 형태로 형성될 수 있으며, 제2팽창체(120')는 외부 팽창체(110)의 직경보다 짧은 단축 길이를 갖는 타원형 단면 형태로 형성될 수 있다. 이때, 타원의 장축은 터널을 차단할 수 있는 길이를 갖도록 형성된다. 경우에 따라서는 제1팽창체와 제2팽창체를 모두 원형 단면 형태로 형성하거나, 모두 타원형 단면 형태로 형성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 제1팽창체(110')와 제2팽창체(120')가 직렬로 배치되는 이중 구조로 팽창구조체(100)를 형성하는 것에 의하여, 발파에 의한 파편(SP)을 안정적으로 차단하고, 발파에 따른 충격 및 소음을 보다 효과적으로 차단하는 유리한 효과한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 발파가 행해지면 발파에 의한 파편(SP) 등이 비산되는데, 뾰쪽한 파편(SP)이 외부 제1팽창체(110')로 비산되면, 파편(SP)에 의해 제1팽창체(110')의 파손이 발생할 수 있다. 이와 같이, 제1팽창체(110')가 파손되면 제1팽창체(110')에 의한 차단 상태가 안정적으로 유지되기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 제1팽창체(110')가 파손되더라도 제2팽창체(120')에 의한 차단 상태가 유지되도록 하는 것에 의하여, 발파에 의한 파편(SP), 충격 및 소음을 보다 안정적으로 차단하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 제1팽창체(110')는 제2팽창체(120') 보다 높은 인성(toughness)을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 제1팽창체와 제2팽창체를 동일한 재질로 형성하는 것도 가능하다.
더욱 바람직하게, 제2팽창체(120')는 제1팽창체(110')로부터 이격되게 배치되며, 제1팽창체(110')와 제2팽창체(120')의 사이에는 공기층(115)이 형성된다. 이와 같이, 제1팽창체(110')와 제2팽창체(120')의 사이에 공기층(115)이 형성되도록 하는 것에 의하여, 발파 충격 및 소음을 보다 효과적으로 차단하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 터널 굴착 공법을 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명에 따른 터널 굴착 공법을 설명하기 위한 블록도이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 터널 굴착 공법은, 터널의 내부 형태에 대응하여 풍선 형태로 팽창되는 팽창구조체(100)(inflatable structure)를 이용하여 터널의 내부 공간을 차단하는 차단 단계(S10)와, 터널 내에서 팽창구조체(100)에 의해 차단된 발파 지점을 발파하는 발파 단계(S20)를 포함한다.
먼저, 도 1과 같이, 발파 지점에 폭약(210)을 설치하고, 발파 지점에 인접한 영역에 팽창구조체(100)를 배치된다.
다음, 도 2과 같이, 팽창구조체(100)에 팽창 가스를 공급하면, 팽창구조체(100)가 팽창되며 터널을 차단한다.(S10) 그 후, 도 5 및 도 6과 같이, 팽창구조체(100)가 팽창된 상태에서 발파 지점에서의 발파가 행해진다.(S20)
또한, 발파 지점이 발파된 후 발파 지점 주변의 공기를 정화하는 정화 단계를 포함할 수 있다.(S30) 정화 단계에서는 발파 지점이 팽창구조체(100)에 의해 차단된 상태에서 발파 지점 주변의 공기가 여과된다.
마지막으로, 도 7과 같이, 팽창구조체(100)를 수축시키거나 제거한 상태에서 발파에 의해 지반으로부터 분리된 암석 등을 제거함으로써 터널의 굴착이 이루어진다.
이와 같이, 팽창구조체(100)를 이용하여 터널을 차단한 상태에서 발파가 행해지도록 하는 것에 의하여, 발파에 의한 파편(SP)을 안정적으로 차단하고, 발파에 따른 충격 및 소음을 보다 효과적으로 차단하는 유리한 효과한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 터널의 내벽면에 밀착되는 팽창구조체(100)를 이용하여 터널이 차단된 상태에서 발파가 행해지도록 하는 것에 의하여, 발파에 의한 파면, 충격 및 소음을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 특히, 발파에 사용되는 장약량을 늘리더라도 소음 및 진동을 효과적으로 차단할 수 있으므로, 발파 효율을 높이면서 소음 및 진동은 낮추는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 팽챙구조체는 팽창 가스를 공급하는 것에 의해 팽창되며 터널을 차단할 수 있으므로, 터널의 차단의 소요되는 시간을 단축하고, 차폐 효율성을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 터널 100 : 팽창구조체
110 : 외부 팽창체 115 : 공기층
120 : 내부 팽창체 110' : 제1팽창체
120' : 제2팽창체 130 : 가스공급부
132 : 제1공급라인 134 : 제2공급라인
150 : 보강 네트 200 : 발파부
210 : 폭약
110 : 외부 팽창체 115 : 공기층
120 : 내부 팽창체 110' : 제1팽창체
120' : 제2팽창체 130 : 가스공급부
132 : 제1공급라인 134 : 제2공급라인
150 : 보강 네트 200 : 발파부
210 : 폭약
Claims (25)
- 터널 굴착 시스템으로서,
터널의 내부 형태에 대응하여 풍선 형태로 팽창되며 상기 터널의 내부 공간을 차단하는 외부 팽창체와, 상기 외부 팽창체의 내부에 배치되며 상기 외부 팽창체의 내부에서 상기 터널의 내부 공간을 차단하는 내부 팽창체를 포함하는 팽창구조체(inflatable structure)와;
상기 내부 팽창체에 연결되는 제1공급라인과, 상기 제1공급라인에서 분기되며 상기 외부 팽창체에 연결되는 제2공급라인을 포함하며, 상기 외부 팽창체와 상기 내부 팽창체를 동시에 팽창시키기 위한 팽창 가스를 공급하는 가스공급부를;
상기 터널 내에서 상기 팽창구조체에 의해 차단된 발파 지점을 발파하는 발파부를;
포함하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 팽창구조체는 상기 터널 내벽면에 밀착되며, 상기 터널의 내부 공간을 전체적으로 차단하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 팽창구조체는 상기 발파 지점의 전방 및 후방 중 어느 하나 이상을 차단하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 발파부는 상기 터널의 굴진 방향을 따라 상기 터널의 막장면 또는 상기 터널의 굴진 방향에 교차하는 상기 터널의 벽면을 발파하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 외부 팽창체는 원형 단면 형태로 형성되고,
상기 내부 팽창체는 상기 외부 팽창체의 직경보다 짧은 단축 길이를 갖는 타원형 단면 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 터널 굴착 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 외부 팽창체의 내면과 내부 팽창체의 외면의 사이에는 공기층이 형성된 것을 특징으로 하는 터널 굴착 시스템.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 팽창구조체보다 높은 강도를 가지며, 상기 팽창구조체의 둘레를 감싸도록 배치되는 보강 네트를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 시스템.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발파 지점이 발파된 후 상기 발파 지점 주변의 공기를 정화하는 후처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 시스템.
- 제8항에 있어서,
상기 후처리부는,
상기 발파 지점 주변의 공기를 흡입하는 흡입부와;
상기 흡입부로 흡입된 공기를 여과하는 여과부를;
포함하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 시스템.
- 삭제
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