KR101964617B1 - 팽창 압착형 록볼트 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시공 현장의 다양한 작업환경에서 록볼트의 지보성능을 향상시키고, 시공 후 즉각적인 지지력을 제공할 수 있는 팽창 압착형 록볼트 및 그 시공방법에 관한 것으로, 본 발명은 팽창 압착형 록볼트는 내부에 팽창제(10)가 장착 될 수 있는 공간이 형성되고 길이 방향으로 나선형상의 팽창 요홈부(111)가 형성되는 파이프 형상의 몸체부(110)와; 상기 몸체부(110)의 선단에 구비되어 천공홀의 측벽에 탄성적으로 지지되는 지반 고정부(120)와; 상기 몸체부(110)의 후단에 마련되는 가압판(130);을 포함한다.

Description

팽창 압착형 록볼트 및 그 시공방법{Expandable pressing-type rock bolt and installing method of the same}

본 발명은 팽창 압착형 록볼트 및 그의 시공방법에 관한 것으로, 시공 현장의 다양한 작업환경에서 록볼트의 지보성능을 향상시키고, 시공 후 즉각적인 지지력을 제공할 수 있는 팽창 압착형 록볼트에 관한 것이다.

일반적으로 터널 공사 시에 암반을 굴착한 후에는 암반의 균열, 절리 등의 변형이 발생되므로 록볼트를 설치하여 역학적인 불연속면을 갖는 암반의 집중응력을 분산시킴으로써 암반의 붕괴를 막고 안정성을 강화시킨다. 종래기술의 록볼트는, 등록특허 제10-0450636호, 제 10-0896963호, 제 10-0479955호, 제10-0524316호에 개시되어 있다. 종래기술의 록볼트를 정착시킨 후 시멘트 모르타르를 주입하는 방법이 대부분이고 이러한 록볼트는 모르타르가 구멍 밖으로 흘러내리는 등 시공 절차가 복잡하고 지하수가 존재하는 현장에서는 또 다른 조치를 취해야하기 때문에 시간과 비용이 많이 드는 단점이 있고, 동일한 크기로 천공작업을 수행할 수 없기 때문에 충진제의 사용량이 일정치 않아 시공성이 저하되어 현재는 사용을 기피하고 있는 실정이다. 근래에는 시공절차가 간단하고 모르타르 주입이 필요 없는 스웰렉스 록볼트(swellex rock bolt)를 많이 이용한다. 스웰렉스 록볼트(swellex rock bolt)는 오메가 형상으로 압축된 파이프를 압축기로 압축된 고압의 수압을 만들어서 압축된 파이프를 확장시키기 때문에 시공이 간편한 장점이 있다. 그러나 스웰렉스 록볼트(swellex rock bolt)는 수압을 발생시키기 위한 압축기(compressor)를 파이프와 연결하여 시공해야 하기 때문에 압축기 구동 및 연결 시간이 많이 소요되고 현장에서 사용하기 번거로운 문제점이 있다. 또한 절리가 발달된 현장이나 공청소가 되지 않은 상태에서 시공할 경우 수압에 의해 록볼트가 터질 경우가 발생할 수 있다. 이러한 문제로 인하여 충분한 지보성능을 발휘할 수 없으며, 종래기술 모두 록볼트 1개씩 시공하는 방법으로 작업시간이 증가하는 문제를 피할 수 없다. 최근에 개발된 제 10-1124189호 "고 에너지 압착형 록볼트"의 경우 비폭성 파쇄제를 이용하여 파이프를 확장시키는 기술이 개발된 바 있다. 기존의 스웰렉스 록볼트에 비해 부수적인 장치가 필요하지 않고 시공 시간이 단축되는 장점이 있으나, 팽창제의 불안정한 반응으로 인하여 록볼트의 일정한 성능을 발취하는데 어려움이 있고, 튜브형 록볼트를 사용하기 때문에 팽창 후 공벽과 완전한 밀착이 되지 않는 상황에서 터널 안으로 지하수가 유입되어 현장 적용에 어려움이 있다.

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

등록특허공보 제10-0450636호(공고일자: 2004.10.13) 등록특허공보 제10-0896963호(공고일자: 2009.05.12) 등록특허공보 제10-0479955호(공고일자: 2005.03.30) 등록특허공보 제10-0524316호(공고일자: 2005.10.28) 등록특허공보 제10-1124189호(공고일자: 2012.03.30)

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 시공 현장의 다양한 작업환경(절리 및 단층 구간, 지하수 발생 구간, 불균질한 천공작업, 작업 사이클 타임이 촉박한 시공현장 등)에서 록볼트의 지보성능을 향상시키고, 시공 후 즉각적인 지지력이 발생하여 굴착 작업현장의 안전성 제고, 공사기간 단축, 공사비가 절감되는 팽창 압착형 록볼트(이하, "록볼트"로도 약칭함)를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 팽창 압착형 록볼트는, 내부에 팽창제가 장착 될 수 있는 공간이 형성되고 길이 방향으로 나선형상의 팽창 요홈부가 형성되는 파이프 형상의 몸체부와; 상기 몸체부의 선단에 구비되어 천공홀의 측벽에 탄성적으로 지지되는 지반 고정부와; 상기 몸체부의 후단에 마련되는 가압판;을 포함한다.

바람직하게는, 상기 지반 고정부는, 상기 몸체부의 선단에 고정되는 고정브라켓과; 가압치형이 형성되고 상기 고정브라켓에 회동 가능하게 마련되는 적어도 두 개 이상의 지지레버와; 상기 지지레버를 탄성 지지하는 탄성체;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 팽창 요홈부가 형성된 몸체부의 외주면과 면접촉하도록 상기 몸체부를 감싸게 되는 차수패드를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 몸체부는, 상기 팽창 요홈부를 따라서 돌출 형성된 압착부재를 더 포함하며, 보다 바람직하게는, 상기 압착부재는 상기 팽창 요홈부를 따라서 일정 구간 돌출 형성된 인서트 핀과; 상기 인서트 핀에서 돌출 형성된 복수의 압착돌기;를 포함할 수 있으며, 또는 상기 압착부재는 상기 몸체부의 외주면과 면접촉하여 끼움 고정되는 고리 형상이며, 상기 팽창 요홈부에 대응되는 요홈부에 압착돌기가 돌출 형성됨을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 몸체부에 삽입되어 상기 가압판에 지지되어 지반을 가압 고정하기 위한 경사 조절용 가압부재를 더 포함하며, 보다 바람직하게는, 상기 경사 조절용 가압부재는 상기 몸체부가 관통되는 축공이 형성되며, 상기 축공을 중심으로 방사형으로 서로 다른 길이를 갖고 절개 형성된 두 개 이상의 슬롯이 형성된 원뿔 형상의 가압부와; 경사면을 갖고 상기 슬롯과 끼움 고정되는 각도조절날개를 갖고 상기 몸체부와 조립되어 상기 가압부와 접하게 되는 원통형상의 받침부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 가압판에 조립되어 상기 몸체부 내부의 기밀을 유지하게 되는 엔드캡을 더 포함한다.

상기 엔드캡은, 도선이 삽입되는 관통공이 형성되어 상기 가압판에 나사 조립되는 엔드캡 몸체와; 상기 도선이 삽입되어 상기 관통공 내에 삽입되는 압착홀더와; 상기 도선이 삽입되어 상기 엔드캡 몸체의 관통공에 나사 조립되어 압착홀더를 압입하여 고정하게 되는 플러그를 포함한다.

바람직하게는, 상기 엔드캡은 도선이 삽입되는 관통공이 형성되어 상기 가압판에 나사 조립되는 엔드캡 몸체와; 가스압에 의해 엔드캡 몸체의 관통공을 선택적으로 차단하게 되는 볼플런저를 포함한다.

바람직하게는, 상기 엔드캡은 도선이 삽입되는 관통공이 형성되어 가압판에 나사 조립되는 엔드캡 몸체와; 상기 도선이 삽입되어 가스압에 의해 엔드캡 몸체의 관통공을 선택적으로 차단하게 되는 가동 플레이트를 포함하며, 보다 바람직하게는, 상기 관통공의 하측 개구단에는 상기 가동 플레이트와 접촉이 가능하도록 돌출 형성된 첨두날이 형성된다.

다음으로 본 발명의 팽창 압착형 록볼트의 시공방법은, a) 록볼트를 장착하고자 하는 위치에 복수 개의 천공홀을 천공하는 단계와; b) 복수 개의 천공홀을 하나의 그룹으로 지정하고 해당 그룹의 천공홀 각각에 상기 록볼트를 설치하는 단계와; c) 하나의 록볼트 그룹을 하나의 발파수단에 연결하는 단계와; d) 상기 발파수단을 이용하여 하나의 록볼트 그룹을 동시에 반응시켜 정착시키는 단계;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 d)단계는 상기 발파수단을 이용하여 상기 록볼트 내부에 설치된 팽창제의 작동에 의해 상기 록볼트의 외경을 확장시켜 상기 천공홀에 상기 록볼트를 정착시킨다.

본 발명에 따른 팽창 압착형 록볼트 및 그 시공방법은 록볼트 내부에 삽입한 팽창제의 폭발압력으로 록볼트가 팽창 압착 되는 방식으로 지보력이 발휘되기 때문에 다양한 지반상태(지하수 발생, 단층, 불균질적인 천공상태 등)에 영향을 받지 않으며, 또한 압력을 가하는 부수적인 장비들(수압펌프, 호스 등)이 필요 없이 점화장치를 연결하여 한 번의 기폭으로 다수의 록볼트를 동시 시공이 가능하여 설치시간 및 비용이 줄어들어 작업시간과 공사비를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 천공홀의 경사도로 인하여 록볼트 삽입 과정에서 낙하를 방지할 수 있는 지반 고정부, 지하수의 유출을 방지할 수 있는 차수패드, 지보효과를 개선할 수 있는 압착부재 또는 천공홀과 지반의 각도에 의한 지지력 저하를 보완하기 위한 경사 조절용 가압부재가 마련됨으로써 시공 조건에 따라서 효과적인 록볼트의 시공과 지보효과를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 록볼트의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 록볼트의 단면 구성도,
도 3은 본 발명의 록볼트에 있어서, 지반 고정부의 다른 실시예를 보여주는 도면,
도 4의 (a)(b)(c)는 본 발명의 록볼트가 천공홀 내에 삽입되는 과정을 예시하여 보여주는 도면,
도 5는 본 발명의 록볼트에 있어서, 가압판과 몸체부의 분해 사시도,
도 6의 (a)(b)(c)(d)는 본 발명의 록볼트에 있어서, 엔드캡의 다양한 실시예들을 보여주는 단면 구성도,
도 7은 본 발명의 록볼트에 있어서, 인발용 엔드캡을 보여주는 도면,
도 8의 (a)(b)는 본 발명의 록볼트에 차수패드가 부착된 상태를 보여주는 도면과 차수패드만을 보여주는 도면,
도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 록볼트의 사시도 및 단면 구성도,
도 11은 본 발명의 록볼트에 있어서, 압착부재의 다른 실시예를 보여주는 단면 구성도,
도 12의 (a)(b)는 본 발명에 있어서 경사 조절용 가압부재를 보여주는 도면,
도 13의 (a)(b)는 본 발명에 따른 경사 조절용 가압부재가 구비된 록볼트를 예시하여 보여주는 도면,
도 14의 (a)(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사 조절용 가압부재가 구비된 록볼트를 보여주는 도면,
도 15는 본 발명에 따른 록볼트의 시공방법을 보여주는 흐름도,
도 16은 터널에 록볼트를 장착하기 위한 천공홀을 예시하여 보여주는 도면,
도 17은 발파수단과 연결되는 록볼트 그룹을 예시하여 보여주는 도면.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 록볼트의 구성도로서, 본 발명에 따른 팽창 압착형 록볼트는, 몸체부(110), 지반 고정부(120) 및 가압판(130)을 포함한다.

몸체부(110)는 중공의 파이프 형상이고 길이 방향으로 나선 형상의 팽창 요홈부(111)가 마련되며, 내부에는 팽창제(10)가 장착된다.

팽창제(10)는 화공품이나 폭약류와 같은 폭발제로서 반응속도가 최소 3000m/s에서 7000m/s로 급속 반응하여 몸체부(110) 내에서 충격파와 가스압을 발생시키는 역할을 한다. 팽창제(10)는 전기뇌관, 비전기 뇌관, 전자 뇌관, 또는 전기 기폭장치가 부가될 수 있다. 한편, 팽창제(10)로서 몸체부(110)의 길이 방향으로 삽입되는 도폭선또는 안포(ANFO) 등이 사용될 수 있으며, 또한 팽창제가 몸체부의 정중앙에 위치할 수 있도록 위치를 안내할 수 있는 가이더가 부가될 수 있으며, 이러한 가이더로써 본 출원인의 등록특허공보 제10-1325011호(공고일자: 2013.11.04)가 참고가 될 수 있다.

특히 몸체부(110)는 팽창 요홈부(111)가 축방향에 대해 일정 각도(θ)를 갖고 나선형으로 마련되며, 예를 들어, 6개의 팽창 요홈부인 경우에 약 15°/m 이상의 위상변화를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 팽창 요홈부의 각도는 몸체부의 사이즈, 두께와 함께 팽창 요홈부의 숫자 등을 고려하여 변경될 수 있다.

이와 같이 몸체부(110)를 따라서 형성되는 팽창 요홈부(111)가 나선형으로 꼬임을 가짐으로써 팽창 후 인발되는 과정에서 신선한 면을 포함한 공벽 전체면적으로 마찰력이 작용하여 천공홀과의 인발력이 증가되고 스파이럴 볼트의 특성을 갖고 있기 때문에 인발하중과 구속압을 더 크게 하여 지보효과를 증가시킬 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 록볼트의 단면 구성도로서, 몸체부(110)는 외주면에 6개의 팽창 요홈부(111)가 형성되며, 이때 팽창 요홈부(111)는 몸체부(110)에 외주면에 등각(equal angle)으로 배치된다.

한편 몸체부(110) 내부에 구비된 팽창제(10)가 반응하여 폭발하여 발생된 충격파와 가스압에 의해 팽창 요홈부(111)가 바깥으로 팽창되어 천공홀의 측벽(21)과 밀착된다.

다시 도 1을 참고하면, 지반 고정부(120)는 몸체부(110)의 선단에 구비되어 천공홀의 측벽에 탄성적으로 지지되며, 이러한 지반 고정부(120)는 수직방향으로 형성된 천공홀 내에 록볼트의 삽입 과정에서 록볼트가 흘러내리는 것을 방지하고, 삽입과 동시에 천공홀 내에 고정된 상태로 작업이 가능하다.

구체적으로, 지반 고정부(120)는 몸체부(110)의 선단에 고정되는 고정브라켓(121)과, 가압치형(122a)이 형성되고 고정브라켓(121)에 회동 가능하게 마련되는 적어도 두 개 이상의 지지레버(122)와, 지지레버(122)를 탄성 지지하는 탄성체를 포함할 수 있다.

본 실시예에서 몸체부(110) 전단에는 봉인을 위한 프런트 캡(113)이 마련되며, 이때 프런트 캡(113)은 전방으로 외경이 축소되는 원추 형상을 갖는다.

프런트 캡(113) 선단에는 고정브라켓(121)이 고정되며, 한 쌍의 지지레버(122)는 탄성체에 의해 탄성 지지되어 고정브라켓(121)에 회동 가능하게 조립된다. 바람직하게는, 각 지지레버(122)는 적어도 몸체부(110)의 반경보다는 길며, 따라서 두 지지레버 사이의 전체 길이는 몸체부(110)의 지름보다는 크다.

지지레버(122)를 탄성 지지하게 되는 탄성체는 힌지스프링(123)이 사용될 수 있으며, 이때 힌지스프링(123)은 지지레버(122)와 고정브라켓(121)을 회동 가능하게 조립되는 힌지축(124)에 삽입되어 지지레버(122)를 탄성 지지한다.

바람직하게는, 지지레버(122)는 장공의 홈(122c)이 형성되어 힌지축(124)과 조립되며, 따라서 지지레버(122)는 힌지축(124)과 고정된 회전축이 아닌 가변되는 회전축을 갖고 회전이 가능하다.

각 지지레버(122)는 선단 테두리를 따라서 가압치형(122a)이 형성되며, 힌지스프링(123)의 단부가 고정되는 걸림돌기(122b)가 돌출 형성된다.

이와 같이 구성된 지반 고정부(120)는 힌지스프링(123)에 의해 지지레버(122)가 바깥으로 벌어진 상태를 유지하며, 외력에 의해 지지레버(122)가 접힌 상태에서 외력이 해제되면 힌지스프링(123)의 탄성 복원력에 의해 지지레버(122)는 바깥으로 벌어진 상태가 된다.

도 3은 본 발명의 록볼트에 있어서, 지반 고정부의 다른 실시예를 보여주는 도면으로서, 프런트 캡(113)은 암나사산이 형성된 조립공(113a)이 형성되며, 고정브라켓(121)은 조립나사(125)에 의해 조립공(113a)과 나사 조립이 이루어져 지반 고정부(120)는 몸체부(110)의 탈부착이 가능하다.

도 4의 (a)(b)(c)는 본 발명의 록볼트가 천공홀 내에 삽입되는 과정을 예시하여 보여주는 도면이다.

도 4에 예시된 것과 같이, 수직방향으로 형성된 천공홀(20)의 개구부에 지반 고정부(120)를 위치시켜 몸체부(110)를 천공홀(20) 안으로 밀어 넣게 되며, 이때 지지레버(122)는 젖혀진 상태에서 가압치형(122a)은 천공홀(20)의 측벽(21)과 접한 상태에서 전진이 이루어져 몸체부(110)는 지반 고정부(120)에 의해 삽입 위치에서 고정되며, 자중에 의해 아래로 흘러내리는 것이 방지된다.

다시 도 1을 참고하면, 가압판(130)은 몸체부(110)의 후단에 가압판(130)이 마련되며, 가압판(130)은 몸체부(110)와 수직방향으로 고정되는 디스크 형상일 수 있다.

도 5는 본 발명의 록볼트에 있어서 가압판과 몸체부의 분해 사시도로서, 몸체부(110)와 가압판(130)은 용접되어 조립되는 것을 보여주고 있다.

구체적으로 가압판(130)은 일측에 몸체부(110)와 나사 조립되는 소켓부(131)와, 엔드캡(140)과 조립되는 손잡이부(132)를 포함하며, 손잡이부(132)에는 팽창제와 연결되는 도선(11)이 관통되어 고정되는 엔드캡(140)이 조립된다.

몸체부(110)는 팽창 요홈부(111) 사이에 돌출되는 융기부(112)에 숫나사산(112a)이 형성되며, 또한 소켓부(131)의 내경에는 암나사산이 형성되어 몸체부(110)와 소켓부(131)는 나사 조립에 의해 가조립이 이루어진다. 한편, 몸체부(110)와 소켓부(131)가 나사 조립에 의해 가조립된 후에 바깥 측에서 접촉 부위를 용접하며, 이때 용접 내용물은 팽창 요홈부(111)를 따라서 소켓부(131) 안쪽으로 흘려 들어가서 몸체부(110)와 소켓부(131) 사이는 용접에 의해 견고히 고정된다.

엔드캡(140)은 팽창제와 연결되는 도선(11)이 관통 조립되며, 이때 엔드캡(140)은 다양한 변형예가 있을 수 있다.

도 6의 (a)(b)(c)(d)는 본 발명의 록볼트에 있어서, 엔드캡의 다양한 실시예들을 보여주는 단면 구성도이다.

도 6의 (a)에 예시된 것과 같이, 본 실시예의 엔드캡(240)은 도선(11)이 삽입되는 관통공이 형성되어 가압판(130)에 나사 조립되는 엔드캡 몸체(241)와, 도선(11)이 삽입되어 관통공 내에 삽입되는 압착홀더(242)와, 도선(11)이 삽입되어 엔드캡 몸체(241)의 관통공에 나사 조립되어 압착홀더(242)를 압입하여 고정하게 되는 플러그(243)를 포함한다.

압착홀더(242)는 MC나일론, 테프론, 고무, 또는 수지일 수 있으며, 몸체부 내에서 팽창제가 작동하여 발생되는 가스압이 바깥으로 배출되는 것을 방지한다.
한편, 다른 실시예로서, 엔드캡 몸체 내에서 가스압을 이용하여 관통공을 선택적으로 차단할 수 있는 차단부재에 의해 몸체부 내부의 기밀이 유지될 수 있다.

구체적인 실시예로서, 도 6의 (b)를 참고하면, 본 실시예의 엔드캡(340)은 도선(11)이 삽입되는 관통공이 형성되어 가압판(130)에 나사 조립되는 엔드캡 몸체(341)와, 가스압에 의해 엔드캡 몸체(341)의 관통공을 선택적으로 차단하게 되는 볼플런저(342)를 포함한다.

엔드캡 몸체(341)를 관통하여 형성되는 관통공의 하단부는 테이퍼면(341a)이 형성되며, 몸체부 내에서 팽창제가 작동하여 가스압이 발생되는 경우에 볼플런저(342)는 테이퍼면(341a)과 밀착되어 가스압이 바깥으로 배출되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 몸체부 내에서 팽창제가 작동 후에 가스 압력이 낮아지면 볼플런저(342)는 다시 원위치로 복귀하여 잔류 가스의 배출이 이루어진다.

또 다른 실시예로서, 도 6의 (c)를 참고하면, 본 실시예의 엔드캡(440)은 도선(11)이 삽입되는 관통공이 형성되어 가압판(130)에 나사 조립되는 엔드캡 몸체(441)와, 도선(11)이 삽입되어 가스압에 의해 엔드캡 몸체(441)의 관통공을 선택적으로 차단하게 되는 가동 플레이트(442)를 포함한다.

가동 플레이트(442)는 가압판(130)과 엔드캡 몸체(441)에 의해 형성된 수납공간 내에서 상하 이동이 가능하도록 유격을 갖고 수납되며, 따라서 몸체부 내에서 팽창제가 작동하여 가스압이 발생되는 경우에 가동 플레이트(442)가 가압판(130)의 관통공을 차단하며, 이후 가스 압력이 낮아지면 가동 플레이트(442)는 아래로 내려와서 관통공으로 잔류 가스의 배기가 이루어진다.

또 다른 실시예로서, 도 6의 (d)를 참고하면, 본 실시예에 따른 엔드캡(540)은 도선(11)이 삽입되는 관통공이 형성되어 가압판(130)에 나사 조립되는 엔드캡 몸체(541)와, 도선(11)이 삽입되어 가스압에 의해 엔드캡 몸체(541)의 관통공을 선택적으로 차단하게 되는 가동 플레이트(542)를 포함하며, 특히 본 실시예에서 관통공의 하측 개구단에는 첨두날(541a)이 형성된다.

이와 같이 구성된 엔드캡(540)은 몸체부 내에서 팽창제가 작동하여 가스압이 발생되는 경우에 가동 플레이트(542)가 가압판(130)의 관통공을 차단하여 가스압이 바깥으로 배출되는 것을 방지하며, 이때 첨두날(541a)에 위치한 도선(11)은 가스압에 의해 상승하는 가동 플레이트(542)에 의해 가압되어 절단된다. 따라서 앞서 실시예에서는 팽창제가 작동된 후에 도선은 여전히 록볼트에 연결된 상태를 유지하게 되나, 본 실시예에서는 팽창제가 작동한 후에 도선의 두께에 의해 발생될 수 있는 미세한 틈으로 가스압의 배출이 이루어지는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이 다양한 엔드캡은 현장 조건(지반 상태 등)에 따라서 적절한 타입이 선택되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 경암일 경우에 암반이 단단하여 팽창제가 작동하는 경우에 팽창압을 지속적으로 유지될 수 있도록 가스압 유출을 최소화할 수 있는 압착홀더 타입(a)이 바람직할 것이며, 연암이나 파쇄대는 즉시 팽창하여 록볼트 장착 후에 내부 가스압이 배출될 수 있는 볼플런저 타입(b) 또는 가동 플레이트 타입(c)(d)이 적합할 수 있다.

도 7은 본 발명의 록볼트에 있어서, 인발용 엔드캡을 보여주는 도면으로서, 본 실시예에서 엔드캡(640)은 엔드캡 몸체(641)의 외주면을 따라서 한 쌍의 고정턱(642)이 돌출 형성되며, 인발력 품질 평가 시에 이러한 인발용 엔드캡을 사용하여 인발시험이 이루어질 수 있다.

도 8의 (a)(b)는 본 발명의 록볼트에 차수패드가 부착된 상태를 보여주는 도면과 차수패드만을 보여주는 도면이다.

도 8의 (a)에 예시된 것과 같이, 몸체부(110)의 외주면을 감싸게 되는 차수패드(150)를 더 포함할 수 있으며, 이러한 차수패드(150)는 몸체부(110) 외주면에 형성되는 나선형의 요철부와 대응되는 요홈부(151)와 융기부(152)가 일정한 간격으로 형성되어 몸체부(110)의 외주면과 밀착되어 감싼 상태에서 천공홀 내에 삽입되어 록볼트와 천공홀 사이의 틈새에서 지하수가 유출될 경우에 추후 보강작업에 사용되는 숏크리트(shotcrete)의 지보력 저감을 방지할 수 있으며, 침출수 등의 유해 물질이 작업공간 내부로의 유입을 차단하여 친환경적인 작업환경을 확보할 수 있다.

도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 록볼트의 사시도 및 단면 구성도이다.

도 9 및 도 10을 참고하면, 몸체부(110)는 팽창 요홈부(111)를 따라서 돌출 형성된 압착부재(160)를 더 포함할 수 있으며, 구체적으로, 압착부재(160)는 팽창 요홈부(111)의 일정 구간에 돌출 형성된 인서트 핀(161)과, 인서트 핀(161) 상부에 돌출 형성된 복수의 압착돌기(162)를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 인서트 핀(161)은 팽창 요홈부(111)의 전체 길이에 대해 일정 단위 길이를 갖고 복수 개로 나뉘어서 배치된다.

이와 같이 구성된 압착부재(160)는 팽창제가 작동하여 팽창 요홈부(111)가 바깥으로 팽창되면서 천공홀의 측벽에 밀착되어 쐐기로 작용하여 지반과의 밀착성을 더욱 높일 수 있다.

또한 팽창제가 작동하여 팽창 요홈부(111)가 팽창하여 천공홀의 내벽과 완전히 밀착되지 않는 경우에 팽창 요홈부(111)에서 돌출 형성된 압착부재(160)는 압착면적을 증가시키고 벽면과의 마찰저항을 높여서 지보효과를 높일 수 있다.

도 11은 본 발명의 록볼트에 있어서, 압착부재의 다른 실시예를 보여주는 단면 구성도로서, 본 실시예에 따른 압착부재(260)는 몸체부(110)의 외주면에 끼움 고정되는 고리 형상이며, 몸체부의 팽창 요홈부와 대응되는 요홈부에 압착돌기(261)가 돌출 형성될 수 있다.

압착부재(260)는 전체적으로 두께가 얇은 박판 형상의 고리로서 몸체부(110)의 길이 방향으로 삽입되어 조립된다. 또한 압착부재(260)는 균일한 두께를 가질 수 있으며, 또는 구간에 따라서 두께가 다를 수 있다. 본 실시예에서는 압착효과를 높이기 위하여 요홈부의 두께(d1)는 융기부의 두께(d2) 보다는 더 두꺼울 수 있다.

한편, 압착부재(260)는 폐쇄된(closed) 고리가 아닌 일측이 개방 또는 절개되어 몸체부(110)의 측방에서 탄성을 갖고 몸체부(110)에 끼움 조립이 이루어질 수도 있다.

도 12의 (a)는 본 발명에 있어서 경사 조절용 가압부재를 보여주는 도면이고 (b)는 가압부의 평면도이며, 도 12의 (a)(b)는 본 발명에 따른 경사 조절용 가압부재가 구비된 록볼트의 설치예를 보여주는 도면이다.

도 12를 참고하면, 본 발명은 몸체부에 삽입되어 가압판에 지지되어 지반을 가압 고정하기 위한 경사 조절용 가압부재(170)(180)를 더 포함할 수 있다.

이러한 경사 조절용 가압부재(170)(180)는 천공홀이 지반에 수직이 아닌 경사를 갖고 천공된 경우에 록볼트의 지보효과를 높일 수 있다.

구체적으로 경사 조절용 가압부재(170)(180)는, 몸체부가 관통되는 축공(171)이 형성되며, 축공(171)을 중심으로 방사형으로 서로 다른 길이를 갖고 절개 형성된 두 개 이상의 슬롯(171a)(171b)(171c)이 형성된 원뿔 형상의 가압부(170)와; 경사면을 갖고 슬롯(171a)(171b)(171c)과 끼움 고정되는 각도조절날개(181)를 갖고 몸체부와 조립되어 가압부(170)와 접하게 되는 원통형상의 받침부(180)를 포함한다.

본 실시예에서 가압부(170)는 방사형으로 3개의 슬롯(171a)(171b)(171c)이 등각으로 배치되며, 각 슬롯(171a)(171b)(171c)의 길이는 다르다.

따라서 가압부(170)의 축공(171)에 조립되는 받침부(180)는 각도조절날개(181)와 슬롯(171a)(171b)(171c)의 조립 위치에 따라서 가압부(170)는 일정 경사를 갖고 몸체부와 조립이 이루어진다.

구체적으로 도 13의 (a)를 참고하면, 지반과 천공홀이 일정 각도(θ1)를 갖고 형성된 경우에, 가압판(130) 전단에 경사 조절용 가압부재(170)(180)가 조립된 상태에서 몸체부(110)를 천공홀 내에 삽입하며, 이때 경사 조절용 가압부재(170)(180)는 지반과 천공홀의 경사각(θ)만큼 가압부(170)가 경사를 갖도록 각도조절날개(172)는 특정 슬롯과 조립된다.

따라서 경사 조절용 가압부재는 지반과 천공홀 사이의 경사각과 무관하게 항상 가압부(170)가 지반과 수직하게 접하여 균등한 압력으로 지반을 지지하게 되므로 지보효과를 높일 수 있다.

다음으로, 도 13의 (b)는 지반과 천공홀이 수직하게 형성된 경우를 예시한 것으로, 가압판(130) 전단에 가압부(170)만이 조립된 상태이며, 이때 가압부(170)는 가압판(130)에 의해 지지되어 지반을 지지하게 되며, 이와 같이 지반과 천공홀이 수직한 경우에는 가압부(170)가 없이 가압판(130)이 직접 지반을 지지할 수도 있다.

도 14의 (a)(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 경사 조절용 가압부재가 구비된 록볼트를 보여주는 도면이다.

도 14의 (a)를 참고하면, 본 실시예의 경사 조절용 가압부재는, 가압판(230)은 소켓부(231)에 대해 전방으로 일정한 곡률을 갖고 만곡 형성된 가이드면(231)과, 소켓부(231)에 삽입되어 가이드면(231)과 면접촉하게 되는 구면 셀(spherical surface shell)의 가압부(270)를 포함한다.

가압부(270)는 가이드면(231)과 동일 또는 유사한 곡률을 갖고 가이드면(231)과 면접촉하게 되며, 소켓부(231)의 직경(d3) 보다는 더 큰 직경(d4)을 갖고 소켓부(231)에 삽입된다. 이러한 가압부(270)는 소켓부(231)를 중심으로 하여 일정 각도 범위 내에서 가이드면(231)을 따라서 입체적으로 회전이 가능하다.

이와 같이 구성되는 경사 조절용 가압부재는, 도 14의 (b)에 예시된 것과 같이, 지반과 천공홀 일정 각도(θ2)를 갖고 형성된 경우에, 가압부(270)는 소켓부(231)에 대해 일정 각도만큼 가이드면을 따라서 회전하여 지반과 밀착되어 지반과 천공홀 사이의 경사각과 무관하게 항상 가압부(270)가 지반과 수직하게 접하여 균등한 압력으로 지반을 지지한다.

도 15는 본 발명에 따른 록볼트의 시공방법을 보여주는 흐름도이다.

도 15를 참고하면, 본 발명에 따른 록볼트의 시공방법은, a) 록볼트를 장착하고자 하는 위치에 복수 개의 천공홀을 천공하는 단계(S10)와, b) 복수 개의 천공홀을 하나의 그룹으로 지정하고 해당 그룹의 천공홀 각각에 상기 록볼트를 설치하는 단계(S20)와, c) 하나의 록볼트 그룹을 하나의 발파수단에 연결하는 단계(S30)와, d) 발파수단을 이용하여 하나의 록볼트 그룹을 동시에 반응시켜 정착시키는 단계(S40)를 포함한다.

도 16은 철로(30)가 통과하는 터널 주변 보강을 위한 천공홀(20)을 천공한 것을 예시하여 보여주는 것으로, 록볼트의 시공이 이루어지는 천공홀(20) 모두를 한꺼번에 천공한다.

다음으로, 천공홀(20) 중의 일부를 하나의 그룹(20a)으로 지정하고, 해당 그룹의 천공홀 각각에 록볼트를 설치한다.

도 17은 발파수단과 연결되는 록볼트 그룹을 예시하여 보여주는 도면으로서, 5개의 천공홀이 하나의 그룹으로 지정되어 각 천공홀 내에 록볼트(100)가 설치된 것을 보여주고 있다.

다음으로, 한 그룹의 록볼트(100)를 발파수단(40)과 연결하며, 발파수단(40)은 발파기를 예시한 것이나 록볼트 내부에 구비된 팽창제를 작동시키기 위한 신호를 발생시킬 수 있는 수단일 수 있다.

이후 발파수단(40)을 조작하여 하나의 록볼트 그룹을 동시에 폭파시켜 5개의 록볼트(100)를 동시에 고정시킨다.

한편, 천공홀의 내경이 45mm인 경우에 42mm의 외경을 갖는 록볼트(100)를 삽입하는 것이 용이하며, 발파수단의 동적에너지발생으로 록볼트의 몸체부가 팽창했을 경우에 원래의 외경인 42mm로 늘어나서 천공홀의 내경 보다 약 2∼3mm가 더 커져 천공면에 적절하게 압착될 수 있다.

하나의 록볼트 그룹이 동시에 반응 및 팽창하여 그 외경이 동시에 확장되기 때문에, 하나의 록볼트가 정착되면서 지반으로부터 전달되는 응력이 그룹 내 이웃하는 다른 록볼트의 정착과 더불어 주변 지반으로 전파되는 응력전이 현상이 이론적인 형태와 유사하게 발생된다. 이와 같은 응력전이 현상 즉, 아칭효과는 록볼트를 개별적으로 시공할 경우보다 그룹단위로 시공할 경우에 보다 우수하다.

한편, 한 그룹의 록볼트의 장착이 완료되면, 다시 다른 그룹의 천공홀에 대해 록볼트를 설치하여 동일 과정을 반복하여 시공이 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10 : 팽창제 20 : 천공홀
110 : 몸체부 111 : 팽창 요홈부
112 : 융기부 120 : 지반 고정부
121 : 고정브라켓 122 : 지지레버
122a : 가압치형 123 : 힌지스프링
130, 230 : 가압판
140, 240, 340, 440, 540, 640 : 엔드캡
150 : 차수패드 160, 260 : 압착부재
151 : 인서트 핀 152 : 압착돌기
170, 270 : 가압부 180 : 받침부

Claims (15)

1. 내부에 팽창제가 장착 될 수 있는 공간이 형성되고 길이 방향으로 나선형상의 팽창 요홈부가 형성되는 파이프 형상의 몸체부와;
   상기 몸체부의 선단에 구비되어 천공홀의 측벽에 탄성적으로 지지되는 지반 고정부와;
   상기 몸체부의 후단에 마련되는 가압판과;
   도선이 삽입되는 관통공이 형성되어 상기 가압판에 나사 조립되는 엔드캡 몸체와, 가스압에 의해 상기 관통공을 선택적으로 차단하여 상기 몸체부 내부의 기밀을 유지하게 되는 차단부재를 갖는 엔드캡을 포함하는 팽창 압착형 록볼트.
2. 제1항에 있어서, 상기 지반 고정부는,
   상기 몸체부의 선단에 고정되는 고정브라켓과;
   가압치형이 형성되고 상기 고정브라켓에 회동 가능하게 마련되는 적어도 두 개 이상의 지지레버와;
   상기 지지레버를 탄성 지지하는 탄성체;를 포함하는 팽창 압착형 록볼트.
3. 제1항에 있어서, 상기 팽창 요홈부가 형성된 몸체부의 외주면과 면접촉하도록 상기 몸체부를 감싸게 되는 차수패드를 더 포함하는 팽창 압착형 록볼트.
4. 제1항에 있어서, 상기 몸체부는,
   상기 팽창 요홈부를 따라서 돌출 형성된 압착부재를 더 포함하는 팽창 압착형 록볼트.
5. 제4항에 있어서, 상기 압착부재는,
   상기 팽창 요홈부를 따라서 일정 구간 돌출 형성된 인서트 핀과;
   상기 인서트 핀에서 돌출 형성된 복수의 압착돌기;를 포함하는 팽창 압착형 록볼트.
6. 제4항에 있어서, 상기 압착부재는,
   상기 몸체부의 외주면과 면접촉하여 끼움 고정되는 고리 형상이며, 상기 팽창 요홈부에 대응되는 요홈부에 압착돌기가 돌출 형성됨을 특징으로 하는 팽창 압착형 록볼트.
7. 제1항에 있어서, 상기 몸체부에 삽입되어 상기 가압판에 지지되어 지반을 가압 고정하기 위한 경사 조절용 가압부재를 더 포함하는 팽창 압착형 록볼트.
8. 제7항에 있어서, 상기 경사 조절용 가압부재는,
   상기 몸체부가 관통되는 축공이 형성되며, 상기 축공을 중심으로 방사형으로 서로 다른 길이를 갖고 절개 형성된 두 개 이상의 슬롯이 형성된 원뿔 형상의 가압부와;
   경사면을 갖고 상기 슬롯과 끼움 고정되는 각도조절날개를 갖고 상기 몸체부와 조립되어 상기 가압부와 접하게 되는 원통형상의 받침부를 포함하는 팽창 압착형 록볼트.
9. 삭제
10. 삭제
11. 제1항에 있어서, 상기 엔드캡 몸체는 상기 관통공의 하단부에 테이퍼면이 형성되고 상기 차단부재는 가스압에 의해 선택적으로 상기 관통공의 테이퍼면에 밀착되어 상기 관통공을 차단하게 되는 볼플런저인 것을 특징으로 하는 팽창 압착형 록볼트.
12. 제1항에 있어서, 상기 차단부재는 상기 엔드캡 몸체에 형성된 수납 공간 내에서 상하 이동이 가능하도록 유격을 갖고 수납되어 가스압에 의해 상기 관통공을 선택적으로 차단하게 되는 가동 플레이트인 것을 특징으로 하는 팽창 압착형 록볼트.
13. 제12항에 있어서, 상기 관통공의 하측 개구단에는 상기 가동 플레이트와 접촉이 가능하도록 돌출 형성된 첨두날이 형성됨을 특징으로 하는 팽창 압착형 록볼트.
14. 제1항 내지 제8항, 제11항 내지 제13항의 중 어느 한 항에 따른 팽창 압착형 록볼트의 시공방법에 있어서,
    a) 록볼트를 장착하고자 하는 위치에 복수 개의 천공홀을 천공하는 단계와;
    b) 복수 개의 천공홀을 하나의 그룹으로 지정하고 해당 그룹의 천공홀 각각에 상기 록볼트를 설치하는 단계와;
    c) 하나의 록볼트 그룹을 하나의 발파수단에 연결하는 단계와;
    d) 상기 발파수단을 이용하여 하나의 록볼트 그룹을 동시에 반응시켜 정착시키는 단계;를 포함하는 록볼트의 시공방법.
15. 제 14항에 있어서, 상기 d)단계는,
    상기 발파수단을 이용하여 상기 록볼트 내부에 설치된 팽창제의 작동에 의해 상기 록볼트의 외경을 확장시켜 상기 천공홀에 상기 록볼트를 정착시키는 것을 특징으로 하는 록볼트의 시공방법.

Images