KR102211018B1 - 대단면 터널에서 파일럿 터널을 이용한 미진동 급속 굴착 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파일럿 터널을 굴착하고, 예정 본 터널 주면 굴착면을 지나 터널 원지반까지 장공을 천공하고 장공에 선지보를 삽입하고 그라우팅하여 지반을 보강하고 파일럿 터널과 예정 본 터널 주면 굴착면까지의 파일럿 터널 원지반에 선지보 작업시 발생한 빈공과 추가하여 설치하는 방사상 장약공에 장약하여 파일럿 터널과 예정 본 터널 주면 굴착면 사이의 파일럿 터널 원지반을 순차적으로 발파하는 공법에 관한 것이다.
본 터널을 선지보하고 굴착하기 위하여 예정 본 터널의 주면 굴착면에서 이격하여 파일럿 터널을 굴착하는 단계와, 상기 파일럿 터널에서 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면을 지나 터널 원지반 내에 장공을 천공하여 선지보재를 삽입 그라우팅하는 단계와, 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면이 형성되도록 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면에 종방향으로 복수 개의 본 터널 주면공을 천공하는 단계와, 상기 파일럿 터널내에서 파일럿 터널의 원지반에 터널의 종방향으로 방사상 장약공을 천공하는 단계와, 상기 장약공에 각 단면별로 그룹을 지어 화약과 뇌관을 결선하여 장약하고 상기 선지보재 설치시 생기는 빈공의 장약공에도 그 빈공이 속하는 단면에 화약과 뇌관을 결선 장약하는 단계와, 상기 장약공을 터널의 막장쪽에서부터 터널의 종방향으로 순차적으로 발파하는 단계와, 상기 발파에 의해 형성된 굴착면의 부석을 제거하고 정형하는 단계와, 상기 발생된 버력을 반출하고 굴착면을 추가 지보하는 단계로 이루어지는 파일럿 터널을 이용한 미진동 급속 굴착 방법이다.

Description

대단면 터널에서 파일럿 터널을 이용한 미진동 급속 굴착 방법{Vibration-free rapid excavation method using pilot tunnel in large-scale tunnel}

본 발명은 파일럿 터널을 굴착 또는 TBM 공법(머신)으로 파일럿 터널을 굴착하고, 예정 본 터널 주면 굴착면을 지나 터널 원지반까지 천공기로 장공을 천공하고 난 후, 장공에 선지보를 본 터널 굴착선까지 밀어 넣어 삽입한 후, 그라우팅 또는 가압 그라우팅하여 지반을 보강해 놓은 다음에 파일럿 터널 굴착면에서 본 터널 굴착면까지를 장약 발파하기 위한 미진동 급속 굴착 방법에 관한 것이다.

종래에, 대단면 터널을 굴착하는 방법은 단면이 클수록 터널의 원지반이 연약하면 연약 할수록 이에 비례하여 분할 수를 증가시켜 굴착과 지보를 하였다. 굴착하는 방법은 인력으로 굴착, 굴삭기와 같은 기계로 굴착하거나 화약을 장약하여 발파하는 방법이 주로 적용되었다.

상기 인력 굴착 및 기계 굴착은 주로 토사와 암석이 섞여 있을 때 많이 사용되어 왔으며 굴착 중 원지반의 자립 시간이 짧아서 많은 보조 공법을 적용하여 보강한 후 굴착하게 되므로 터널 공기를 지연시키게 되고 보강비도 추가된다. 암반이 존재할 경우에는 화약을 사용한 발파 굴착을 하게 되며 소음 진동의 공해가 발생하여 진동 규제를 초과하지 않는 최소 장약량으로 발파를 하므로 공기와 공비가 과다해진다.

상기 문제점을 해결하기 위해 쉴드 티비엠(Shild TBM)이나 그립형 티비엠(Grip type TBM)을 최근에는 적용하기도 하나 최소 4~7Km 이상 길이가 되지 않으면 경제성이 없고 도로 3차선 이상의 큰 터널에서는 기계적 구조의 한계로 적용하기 어려웠다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 종래의 공법으로 파일럿 터널을 굴착 또는 TBM 공법으로 파일럿 터널을 굴착한 후, 예정 본 터널 주면에 본 터널 굴착 주면공을 설치하고 파일럿 터널로부터 예정 본 터널 주면 굴착면까지의 파일럿 터널 횡단면에 방사상 모양으로 장약공을 형성하고 화약을 장약하여 터널의 종방향으로 순차적으로 발파함으로써 종래의 공법에서 보다 2~4배 이상 신속하게 굴진할 수 있고 대단면 터널에서 파일럿 터널 원지반을 미진동으로 굴착하기 위한 미진동 급속 굴착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 본 터널을 선지보하고 굴착하기 위하여 예정 본 터널의 주면 굴착면에서 이격하여 파일럿 터널을 굴착하는 단계와, 상기 파일럿 터널에서 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면을 지나 터널 원지반 내에 장공을 천공하여 선지보재를 삽입하고 그라우팅하는 단계와, 상기 파일럿 터널 내에서 파일럿 터널의 원지반(9)에 터널의 종방향으로 방사상 장약공을 일정한 간격으로 장약공 선단이 예정 본 터널의 주면 굴착면에 인접하도록 천공 형성하는 단계와, 상기 장약공에 각 단면별로 그룹을 지어 화약과 뇌관을 결선하여 장약하고 상기 선지보재 설치시 생기는 빈공의 장약공에도 그 빈공이 속하는 단면에 화약과 뇌관을 결선하여 장약하는 단계와, 상기 장약공을 터널의 막장쪽에서부터 터널의 종방향으로 순차적으로 발파하는 단계와, 상기 발파에 의해 형성된 굴착면의 부석을 제거하고 면을 정형하는 단계와, 상기 발생된 버력을 밖으로 반출하고 굴착면을 추가 지보하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 방사상 장약공을 천공 형성하는 단계와, 상기 방사상 장약공에 장약하는 단계 사이에, 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면이 형성되고 진동이 감쇄되도록 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면에 종방향으로 복수 개의 본 터널 주면공을 천공하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 하나의 양태는, 파일럿 터널의 원지반을 순차적으로 발파하여도 폭력이 누적된 진동이 발생하지 않고, 미리 시공된 파일럿 터널에서 본 터널 원지반을 선지보에 의하여 완벽히 지보했을 경우에는 막장부터 종방향으로 무한하게 순차적으로 발파가 가능하여 급속 시공이 가능하며, 실제 시공에서는 안전과 공정상 일정한 1회 굴진장을 정하여 순차적 발파와 지보를 반복하여 터널을 시공하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 발파 공법에 의하면, 파일럿 터널을 종래 공법으로 굴착하거나 TBM 공법으로 파일럿 터널을 굴착하고, 파일럿 터널 내에서 예정 본 터널 주면 굴착면을 지나 터널 원지반에 본 터널이 굴착 중 붕괴하지 않도록 완벽하게 본 터널 굴착 전에 선지보를 하면 파일럿 터널 굴착면과 본 터널 굴착면 사이를, 다시 말하면 파일럿 터널을 본 터널까지 확대 굴착할 때에 단면의 방사 방향으로 화약을 장약하여 종방향으로 순차적으로 발파하므로써 종래 공법 대비 1회 굴진장을 2배 내지 무한 굴진이 가능하여 신속한 시공성을 제공하고 발파 진동이 누적되지 않게 하는 효과가 있다.

본 발명은 갱내 선지보 터널에서 대단면의 본 터널을 굴착하기 전에 선굴착된 파일럿 터널 굴착면이 추가적인 자유면 역할을 하여 종래 기술에서 중요한 요소인 심발공을 생략할 수 있고, 발파 진동을 감소시키고, 장약량이 감소되고, 최소의 장약으로 최대의 굴착 효과를 얻도록 하므로써 경제적인 시공을 할 수 있는 효과를 제공한다.

본 터널 주면공을 미리 천공 설치 후 파일럿 터널 원지반을 확대 발파할 때에 주면공이 발파 진동을 반사하거나 감쇄시키는 효과가 있다.

대단면 본 터널의 원지반에 선지보 네일을 시공하면서 생성된 선지보 빈공을 이용하여 발파함으로써 장약공의 전체 천공 갯수를 감소시켜 경제적인 시공을 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 종래의 굴착 후 지보보다 먼저 지보 후에 굴착을 하므로서 원지반의 이완 영역 발생을 감소시켜 주는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발파 방법 중 예정 본 터널의 굴착면에 주면공을 먼저 시공하고 파일럿 터널의 원지반에 장약공을 방사상으로 주면공에 근접하게 배치하여 방사상으로 설치된 장약공에만 장약하여 발파하는 발파 공법을 도시한 도면으로 주면공에 라인드릴링공법을 적용한것이다 .
도 2는 본 발명에 따른 발파 공법에서 1회 굴착 지보를 할 때, 굴착을 종방향으로 4회에 걸쳐 순차적으로 발파하는 순서를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 장약공 상부의 원지반에 선지보재와 선지보재 시공시 형성된 빈공을 도시한 단면도이며 빈공에도 장약을 한 상태를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 발파 공법의 상부와 하부 단면 영역 구분도이다.
도 5는 본 발명에 따른 발파 장약 방법 중 주면공에 격간 장약을 하는 선균열 발파 공법을 도시한 도면이며 주면공을 선 발파 후 방사상 장약공 발파를 순차적으로 함을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 발파 방법으로 장약 방법 중 주면공의 천공 직경 보다 작은 직경의 정밀 화약을 장약하여 방사상 장약공부터 주면공으로 순차적으로 발파되는 스므스 블라스팅 발파 공법을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 발파 방법으로 본 터널의 주면공에서 방사상 장약공의 선단까지 이격거리를 종방향으로 방사상 장약공 간격 이상으로 하여 장약공을 파일럿 터널의 내부를 자유면으로 순기폭 방법에 의해 주면공까지 순차적으로 장약하여 발파하는 것을 도시한 도면이다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

중요 용어를 먼저 설명하면, "원지반"이란 터널을 시공하는 지반을 말하는 것으로, 더욱 상세하게는 본 터널의 외측 지반을 본 터널 원지반이라 하고, 파일럿 터널 외측 지반을 파일럿 터널 원지반이라 한다.

"파일럿 터널"이란 종래의 터널 시공 방법으로 형성하는 구조적으로 안전성을 쉽게 확보할 수 있는 본 터널 내부에 형성하는 본 터널의 단면보다 작은 단면의 터널로서, 첫째로, 파일럿 터널 굴착에 따른 변위가 본 터널에 구조적 영향을 미치지 않거나 변위의 발생 정도가 미소하도록, 선지보재를 설치하고자 하는 본 터널의 굴착 예정면과 파일럿 터널 굴착면이 이격을 갖도록 설치하는 터널이다.

둘째는, 파일럿 터널에서 확대 발파시 방사 방향의 장약공이 적절한 길이를 확보하여 발파 효율이 높도록 배치한다.

세째는, 파일럿 터널의 크기는 그 내부에서 선지보를 위한 천공 작업과 기계화 시공을 위한 최소의 단면 크기로 현장의 상황 여건에 따라 설계하며 국부적인 연약 지반을 위한 선지보가 중요할 때에는 인력 굴착도 해야 할 때가 있을 수 있다.

"본 터널"이란 최종 목적물 터널을 의미하는 것으로, 굴착과 지보를 완료한 후, 사용되는 터널을 말한다. 파일럿 터널을 터널 단면 내부에 설치하여 선지보를 하는 경우는 터널 단면이 도로 3차선 이상인 대단면 터널에서 경제성을 가진다. 이보다 작은 단면의 터널은 기계화 시공에 제약을 받기 때문에 공사비와 공기가 증가된다. 본 발명에서 본 터널이란 최종 목적물 터널을 말한다.

본 터널의 원지반에 변위와 응력의 증가가 없거나 미소하게 발생할 때에 본 터널을 굴착하기 전에 미리 설치한 네일을 "선지보재"라 정의한다. 선지보재는 네일과 같은 선형형태의 지보재로서 미리 설치된 선지보재는 본 터널의 막장을 굴착할때 생기는 변위에 따라서 지보력을 발휘하게 된다

선지보재의 재료는 고강도이면서 연신율이 원지반의 붕괴시까지 연신율 보다 커야 하며 철근, 강관, 강연선,GRP(Glass Reinforced Plastic)와 같은 선재는 모두 사용이 가능하다.

선지보재는 드릴로 천공하고 삽입하여 그라우팅으로 고정한다. 그라우팅 재료는 레진 캡슐 또는 시간적 화학 변화가 적은 무기계 재료인 시멘트계를 사용하고 차수를 주 목적으로 할 때에는 마이크로 시멘트나 용액형을 지반 조건에 따라 사용할 수 있다.

선지보재의 천공 직경은 연약 지반에서는 주입재와 원지반의 전단 강도를 고려하여 105mm~200mm까지 크게 하고 암반에서는 35mm~105mm로 작게 시공한다.

"판형 지보재"라 함은 터널 굴착면에 설치되는 판형의 부재가 굴착면과 부착된 형태를 통칭하는 것으로 강섬유 숏크리트 또는 숏크리트와 그 내부를 보강하는 와이어 매쉬, 트러스 철근 케이지(Reinforced Steel Cage)가 조합된 것과, 이외에도 프리 캐스트 조각판을 선지보재에 지압판으로 고정하고 굴착면과 프리 캐스트 조각판 사이를 몰탈 또는 시멘트 밀크로 그라우팅하는 것도 판형 지보재라 한다.

실시의 일예로 선지보재를 판형 지보재와 연결하는 방법은 굴착면에 1차 숏크리트를 취부하고 숏크리트면 위에 돌출된 선지보재에 트러스 철근 케이지(Reinforced Steel Cage)를 끼워 지압판을 대고 조여 설치하고 2차 숏크리트를 취부한다.

철근 케이지(Reinforced Steel Cage)는 철근을 격자로 조립한 것을 구조적 필요에 따라서 한겹 또는 여러겹을 간격을 두고 중첩하여 설치하는 것을 말하고 숏크리트에 묻히게 된다.

"종방향"이란 터널 굴착 진행 방향을 말한다.

파일럿 터널의 "확대 굴착부"란, 본 터널 예정 굴착면과 파일럿 터널 굴착면 사이로 정의하고, 파일럿 터널 원지반이라고도 한다.

"순차적으로 발파"라고 하는 것은 도 3에서 보는 바와 같이, 1차 발파부터 4차발파까지 차례로 진동이 중복되지 않도록 시간차를 주어 발파 하는 것으로, 1차 발파부터 4차발파의 뇌관 결선을 하나의 그룹으로 하여 각각 그룹 간 시간차를 두어서 점화하는 것을 말한다.

도 1을 보면, 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에서 이격되어 본 터널보다 직경이 작은 파일럿 터널(2)이 굴착되어 있다. 이격 거리는 파일럿 터널의 굴착에 따른 이완 영역 거리보다 크거나 미소한 영향을 받는 거리가 될수록 선지보 효과가 발생한다.

상기 파일럿 터널(2)은 종래의 굴착 방법으로 굴착 또는 TBM 공법(머신)으로 굴착할 수 있다. 상기 방법들 중 어느 하나의 방법으로 굴착된 파일럿 터널(2)에서 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)을 지나 터널 원지반에 천공기로 장공을 천공하고, 상기 장공에 선지보재(4)(도 3 참조)를 밀어 넣고, 그라우팅 또는 가압 그라우팅하여 원지반을 그라우팅에 의한 지반 개량과 차수 효과를 갖게 하여 원지반과 일체화되게 한다. 상기 선지보재(4)는 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)보다 약간 아래로 돌출되도록 삽입하게 되므로 파일럿 터널(2)에서 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)까지의 사이에 장공은 빈공으로 남아 있게 된다. 상기 빈공은 추후 파일럿 터널의 원지반 발파시 화약을 장약하는 장약공으로 사용할 수 있으므로 전체 장약공의 천공 갯수를 줄여 시공할 수 있다. 추후에 파일럿 터널(2)에서 예정 본 터널의 주면 굴착면(1) 사이의 파일럿 터널의 원지반을 굴착한 후에는 상기 선지보재(4)는 판형 지보재와 일체화시킨다.

파일럿 터널의 원지반(9)을 굴착하기 위하여 장약공은 파일럿 터널에서 방사상으로 천공한다. 이러한 장약공은 터널의 시점부로부터 터널의 종점부를 향하여 터널의 종방향으로 연속하여 시공한다. 방사상 장약공의 발파는 1회 굴착과 지보를 하는 굴진장을 터널의 종방향으로 다수의 방사상 장약공을 순차적으로 연속 발파하게 되며, 굴착하기 전에 터널이 자립하도록 지보를 해 놓았기 때문에 연속하여 복수의 방사상 장약공을 발파 할 수 있는 것이다.

장공의 천공 직경은 연약 지반에서는 주입재와 원지반의 전단 강도를 고려하여 105mm~200mm 정도로 천공하고 암반에서는 원지반 35mm~105mm 정도로 천공한다. 선지보재(4)의 간격은 연약 지반이나 토사 암반 등의 지반 조건에 따라 수치해석을하여 간격을 달리하여 시공한다.

도 1에서, 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에 본 터널 주면공(5)을 복수개 천공하게 된다. 상기 본 터널 주면공(5)은 터널의 길이 방향, 즉 종방향으로 천공한다.

본 터널 주면공(5)의 횡방향 간격은 목적에 따라 다르게 설치한다.

첫째, 본 터널 굴착시 진동 감소를 목적으로 할 때에는 본 터널 주면에 라인 드릴링이 되도록 가능한 10cm이상의 큰 직경을 30cm 간격으로 조밀하게 설치하여 파일럿 터널 원지반이 발파시 진동 에너지가 감쇄되도록 하거나 파력이 반사되도록 한다. 주면공의 직경을 10cm로 하고, 이웃하는 주면공과의 간격을 30cm로 라인 드릴링을 하면, 본 터널 원지반으로 전달되는 진동은 파일럿 터널의 원지반의 발파 진동의 30% 정도가 감소된다.

둘째, 선균열 발파를 목적으로 할 때는 주면에 격간으로 장약을 하여 발파하므로서 선균열이 발생되도록 한 후, 파일럿 터널 원지반을 종방향으로 순차적으로 발파하며 이와 같은 발파는 본 터널 주면에 여굴이 최소화되도록 매끈한 발파 결과를 얻는다.

세째, 스므스 블라스팅 장약을 할 때는 천공홀의 직경보다 작은 직경의 정밀화약을 사용하여 발파하게 되며 발파 순서는 파일럿 터널 원지반의 방사상 장약공을 먼저 순차적으로 발파한 후 본 터널 주면공(5)을 발파한다.

네째, 순기폭으로 발파를 할 때에는 방사상 장약공을 종방향 장약 간격보다 더 크게 본 터널 주면공에서 이격하여 방사상 장약공 선단을 배치하며 발파 순서는 방사상 장약공을 파일럿 터널 굴착면에서부터 본 터널 굴착면으로 순차적으로 발파한 후 본 터널 주면공(5)을 발파한다.

일반적인 설계를 할때에 진동 감소를 위한 본 터널 주면공의 횡방향 간격은 첫번째의 라인 드릴링이 가장 좁게 설치되며 순기폭 발파는 간격이 가장 크게 된다.

상기 본 터널 주면공들의 간격은 터널 원지반의 암질 또는 토질의 종류에 따라 간격을 달리하여 설계한다.

가능한 진동제어의 크기는, 라인 드릴링이 가장 작게 설계가 가능하고 굴착면의 여굴을 고려하여 진동제어를 할때는 선균열 발파 또는 스므스 블라스팅 공법을 주면공에 적용 한다.

본 터널의 주면공의 간격은 암질과 진동의 영향이 미치는 보안물건의 허용가능한 진동치에 맞도록 결정하여 설계하면 된다.

설계방법은 해당지반의 발파진동 추정식과 기존의 주면공 간격에 따른 진동 차단률을 고려하여 장약량과 장약공 배치를 하면 된다

도 1에서는 본 터널 주면공(5)에 장약으로 하지 않기 때문에 본 터널 주면공(5)과 파일럿 터널의 원지반의 장약공의 장약면까지의 거리가 비교적 짧으며, 파일럿 터널의 원지반의 장약공의 장약이 발파될 때, 라인 드릴링된 주면공이 약대가 되어 굴착면이 되게 되며 라인 드릴링에 의해 발파 진동이 반사 되거나 감쇄된다.

도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 장약공은 이전에 천공한 선지보 설치를 위한 장공의 빈공을 이용하는 장약공(6-3)과, 빈공 장약공 사이에 1개 이상의 방사상으로 장약공(6-1, 6-2, 6-4)을 천공한다. 상기와 같은 방사상 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)은 터널의 길이 방향으로 반복하여 천공한다.

터널의 굴착은 본 천공홀에 장약하여 지반과 지보 조건에 따라서 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 순차적으로 3~4회 발파 후 굴착면 스케일링과 버력 처리 숏크리트 지보와 선지보재의 지압판 설치를 한다. 이와 같은 작업을 반복하여 터널을 굴착한다.

도 2를 보면, 장약공을 1m 간격으로 설치하여 첫번째, 두번째, 세번째, 및 네번째 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 시차를 두어 순차적으로 발파시 한번에 4m씩 굴진할 수 있다. 따라서, 종래 기술 대비 1회 굴진장을 4배씩 길게 할 수 있으므로 급속 시공이 가능하게 된다.

이때, 상기 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)은 각 단면별로 그룹을 지어 화약과 뇌관을 결선하여 장약을 한다.

도 3은 선지보재(4) 설치시 생기는 빈공에도 이 빈공이 속하는 단면에 함께 장약한다. 추후, 상기 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)은 터널의 막장 쪽에서부터 종방향으로 순차적으로 발파하게 된다. 상기 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 순차 발파한 각 발파장을 방사상 장약공의 종방향 간격(13)이라 하고 순차발파를 완료하고 지보를 하는 종방향 거리를 1회 굴진장이라 한다.

상기와 같이, 파일럿 터널의 원지반을 순차적으로 발파하면, 폭력이 누적된 진동이 발생하지 않는다. 또한, 미리 시공된 파일럿 터널에서 본 터널 원지반을 선지보에 의하여 완벽히 지보했을 경우에는 막장부터 종방향으로 무한하게 순차적으로 발파가 가능하여 급속 시공이 가능하다.

도 4를 보면, 도 1에 도시된 발파 공법의 하부 단면 영역 구분도이다. 도 1 및 도 4의 하부 단면 영역(7, 8)은 도 4의 상부 단면 영역(9)을 상기 설명과 같이 순차 발파를 완료하고 도 4의 좌우측 하부 단면 영역(7, 8)에 단면 영역 천공홀(10)을 터널의 길이 방향으로 천공하고 화약을 장약한 후 발파한 후 버력을 밖으로 반출한다.

도 5는 본 발명에 따른 발파 공법에 사용되는 장약 방법 중 선균열 발파 공법을 도시한 도면이다. 본 터널의 바로 아래의 주면을 따라 복수의 주면공을 터널의 종방향으로 천공하고 상기 주면공의 장약은 격간 장약을 한다. 선균열 발파 공법에서의 주면공간의 간격은 주면공과 주면공 사이가 크랙이 갈정도의 장약량이 되도록 설정한다. 파일럿 터널의 원지반에 방사상 장약을 할 때, 본 터널주면공으로부터 파일럿 터널의 원지반 내의 장약공의 선단은 지반의 연경도에 따라서 간격을 설계한다.

도 6은 본 발명에 따른 발파 공법에 사용되는 장약 방법 중 스므스 블라스팅 발파 공법을 도시한 도면이다. 스므스 블라스팅 발파 공법에서는 모든 주면공에 장약을 하는데, 이때, 주면공의 직경보다 작은 직경을 가진 정밀 화약을 장약하게 된다. 발파의 점화 순서는 파일럿 터널의 굴착면부터 본 터널 주면공으로 진행된다

발파에 의한 원지반(Natural ground)의 손상을 억제하여 여굴(餘掘)을 감소시킴과 동시 굴착면을 평활하게 완성하기 위하여 스므스 발파 공법을 이용한다. 균열이 적은 경암(硬岩)에 대하여 유리한 공법이나 균열이 많은 경암이나 연암에서는 효과가 적다.

도 7은 본 발명의 또 다른 발파 방법으로 주면공에서 방사상 장약공의 선단까지 이격거리를 종방향으로 방사상 장약공 간격 이상으로 하여 장약하고 파일럿 터널을 자유면으로 순기폭 방법으로 주면공까지 순차적으로 발파하는 것이다. 도면에서 보는 바와 같이, 파일럿 터널 굴착면쪽으로부터 본 터널 주면공 쪽으로 순차적으로 장약이 발파되는 것을 순기폭 공법이라 하고, 이와 반대로 발파되는 것을 역기폭 발파라 한다. 터널에서는 역기폭 공법은 원지반 손상과 진동이 과대하여 잘 사용하지 않는다. 순기폭 공법을 적용하게 되면, 파일럿 터널 쪽으로부터 본 터널쪽으로 순차적으로 장약이 발파되므로 파일럿 터널 내부가 자유면이 되게 되어 적은 장약으로 발파가 용이해지므로 순기폭 공법을 많이 적용한다.

상기 본 터널 주면공(5)으로부터 파일럿 터널의 원지반의 장약공 선단까지의 거리는 종방향으로 방사상 장약공 간격 이상으로, 대략 1m~2.0m 정도의 거리로 장약을 하면 된다.

도 7에 도시된 순기폭 공법에서는 모든 주면공에 장약을 하기 때문에 본 터널 주면공과 파일럿 터널의 원지반의 장약공 선단까지의 거리가 비교적 길게 설계되며 발파시 파일럿 터널 굴착면에서 본 터널 주면공까지 순차적으로 발파되어 적은 장약량으로 효율적인 굴착이 된다. 순기폭의 발파 순서는 방사상의 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 1차 발파 내지 4차 발파까지 연속으로 진행한 후 본 터널 주면공(5)의 순서로 발파한다.

위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 본 터널 주면공의 굴착면 형성 방법으로 라인 드릴링 공법, 선균열 공법, 스무스 블라스팅 공법, 순기폭 공법은 시공하려는 터널의 원지반의 암질과 보안 물건과의 거리에 따라 하나의 공법 또는 두 개 이상의 공법의 조합을 적절히 선택하여 시공하며, 풍화암과 같이 지반이 연약하여 발파없이 본터널의 굴착면을 쉽게 정형이 가능하면 주면공을 생략하고 방사상 천공과 장약을 하여 본 발명의 기술 사상으로 굴착 할 수 있다.

본 발명의 가장 중요한 내용으로 도 2와 도 3에서 보는바와 같이, 파일럿 터널의 원지반을 순차적으로 발파하면, 폭력이 누적된 진동이 발생하지 않는다. 또한, 미리 시공된 파일럿 터널에서 본 터널 원지반을 선지보에 의하여 완벽히 지보 했을 경우에는 막장부터 종방향으로 무한하게 순차적으로 발파가 가능하여 급속 시공이 가능하다. 다만, 실제 시공에서는 안전과 공정상 일정한 1회 굴진장을 정하여 순차적 발파와 지보를 반복하여 터널을 시공한다.

본 명세서의 기술 사상은 선지보된 지반의 자립시간을 활용하여 1회 굴진장을 종래 공법보다 길게하여 시공하므로 굴착 준비, 환기, 숏크리트 취부 시간을 절감하고 일정한 굴진장으로 반복 시공이 가능하여 안전 사고도 줄일 수 있는 장점이 있다.

본 명세서의 실시 방법을 단계별로 나타내면 다음과 같다.

본 터널을 선지보하고 굴착하기 위하여 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에서 이격하여 파일럿 터널(2)을 굴착하는 단계와,

상기 파일럿 터널(2)에서 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)을 지나 터널 원지반 내에 장공을 천공하여 선지보재(4)를 삽입하고 그라우팅하는 단계와,

상기 파일럿 터널(2)내에서 파일럿 터널의 원지반(9)에 터널의 종방향으로 방사상 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 일정한 간격으로 장약공 선단이 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에 인접하도록 천공 형성하는 단계와,

상기 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)에 각 단면별로 그룹을 지어 화약과 뇌관을 결선하여 장약하고 상기 선지보재(4) 설치시 생기는 빈공(12)의 장약공(6-3)에도 그 빈공(12)이 속하는 단면에 화약과 뇌관을 결선하여 장약하는 단계와,

상기 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 터널의 막장쪽에서부터 터널의 종방향으로 순차적으로 발파하는 단계와,

상기 발파에 의해 형성된 굴착면의 부석을 제거하고 면을 정형하는 단계와,

상기 발생된 버력을 밖으로 반출하고 굴착면을 추가 지보하는 단계로 이루어진다.

본 발명의 다른 양태의 발명은, 상기 방사상 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 천공 형성하는 단계와, 상기 방사상 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)에 장약하는 단계 사이에, 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)이 형성되고 진동이 감쇄되도록 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에 종방향으로 복수 개의 본 터널 주면공(5)을 천공하는 단계를 더 구비한다.

본 발명의 또 다른 하나의 양태는, 본 터널을 선지보하고 굴착하기 위하여 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에서 이격하여 파일럿 터널(2)을 굴착하는 단계와,

상기 파일럿 터널(2)에서 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)을 지나 터널 원지반 내에 장공을 천공하여 선지보재(4)를 삽입하고 그라우팅하는 단계와,

상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에 복수 개의 본 터널 주면공(5)을 천공하는 단계와,

상기 파일럿 터널(2)내에서 종방향으로 본 터널 주면 굴착면(1)에서 장약공 선단이 장약공의 종방향 간격(13) 만큼 이격하여 방사상으로 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 설치하는 단계와,

상기 방사상 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)에 각 단면별로 그룹을 지어 화약과 뇌관을 결선하여 장약하고 상기 선지보재(4) 설치시 생기는 빈공(12)에도 그 빈공(12)이 속하는 단면에 화약과 뇌관을 결선하여 장약하는 단계와,

상기 복수 개의 본 터널 주면공에 천공직경 보다 작은 직경의 정밀 화약을 장약하는 단계와,

상기 방사상 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 터널의 막장쪽에서부터 터널의 종방향으로 순차적으로 발파하는 단계와,

상기 본 터널 주면공을 발파하는 단계와,

상기 발파에 의해 형성된 굴착면의 부석을 제거하고 면을 정형하는 단계와,

상기 발생된 버력을 밖으로 반출하고 굴착면을 추가 지보하는 단계로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 하나의 양태는, 본 터널을 선지보하고 굴착하기 위하여 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에서 이격하여 파일럿 터널(2)을 배치하여 굴착하는 단계와,

상기 파일럿 터널(2)에서 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)을 지나 터널 원지반 내에 장공을 천공하여 선지보재(4)를 삽입하고 그라우팅하는 단계와,

상기 파일럿 터널(2)내에서 파일럿 터널의 원지반(9)에 본 터널 주면공(5)으로부터 방사상 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4) 선단이 방사상 장약공의 종방향 간격(13) 이상이 되도록 천공 형성하는 단계와,

상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)이 형성되도록 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에 주면을 따라 복수 개의 본 터널 주면공(5)을 천공하는 단계와,

상기 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)에 각 단면별로 그룹을 지어 화약과 뇌관을 결선하여 장약하고 상기 선지보재(4) 설치시 생기는 빈공(12)의 장약공(6-3)에도 그 빈공(12)이 속하는 단면에 화약과 뇌관을 결선하여 장약하는 단계와,

상기 복수 개의 본 터널 주면공(5)을 모두 장약하는 단계와,

상기 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 터널의 막장쪽에서부터 터널의 종방향으로 순차적으로 발파하는 단계와,

상기 복수 개의 본 터널 주면공(5)을 발파하는 단계와,

상기 발파에 의해 형성된 굴착면의 부석을 제거하고 면을 정형하는 단계와,

상기 발생된 버력을 밖으로 반출하고 굴착면을 추가 지보하는 단계로 이루어진다.

1 : 예정 본 터널의 주면 굴착면 2 : 파일럿 터널
3 : 원지반 4 : 선지보재
5 : 본 터널 주면공 6 : 6-1~6-4 : 방사상 장약공
7 : 좌측 하부 단면 영역 8 : 우측 하부 단면 영역
9 : 파일럿 터널의 원지반(파일럿터널확대 굴착부) 10 : 단면 영역 천공홀
12 : 빈공(선지보 삽입후 생기는 빈공) 13 : 방사상 장약공의 종방향 간격

Claims (4)

1. 본 터널을 선지보하고 굴착하기 위하여 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에서 이격하여 파일럿 터널(2)을 굴착하는 단계와,
   상기 파일럿 터널(2)에서 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)을 지나 터널 원지반 내에 장공을 천공하여 선지보재(4)를 삽입하고 그라우팅하는 단계와,
   상기 파일럿 터널(2)내에서 파일럿 터널의 원지반(9)에 복수의 방사상 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 터널의 종방향으로 서로 이격하여 배치하되, 장약공 선단이 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에 인접하도록 천공 형성하는 단계와,
   상기 터널의 종방향으로 이격된 복수의 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)에 각 단면별로 그룹을 지어 화약과 뇌관을 결선하여 장약하고 상기 선지보재(4) 설치시 생기는 장공의 일부에 해당하고 상기 본 터널의 주면 굴착면(1)과 상기 파일럿 터널의 굴착선 사이에 위치하는 빈공(12)의 장약공(6-3)에도 그 빈공(12)이 속하는 단면에 화약과 뇌관을 결선하여 장약하는 단계와,
   상기 선지보재(4)를 삽입하고 그라우팅하는 단계 이후에, 상기 복수의 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 터널의 막장쪽에서부터 터널의 종방향으로 순차적으로 발파하여 한번에 복수의 막장을 굴진하는 단계와,
   상기 발파에 의해 형성된 굴착면의 부석을 제거하고 면을 정형하는 단계와,
   상기 발생된 버력을 밖으로 반출하고 굴착면을 추가 지보하는 단계를 포함하고,
   상기 선지보재는 철근, 강관, 강연선, 혹은 GRP의 선재를 포함하는, 파일럿 터널을 이용한 미진동 급속 굴착 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 방사상 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 천공 형성하는 단계와, 상기 방사상 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)에 장약하는 단계 사이에, 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)이 형성되고 진동이 감쇄되도록 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에 종방향으로 복수 개의 본 터널 주면공(5)을 천공하는 단계를 더 구비하는 파일럿 터널을 이용한 미진동 급속 굴착 방법.
   
3. 본 터널을 선지보하고 굴착하기 위하여 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에서 이격하여 파일럿 터널(2)을 굴착하는 단계와,
   상기 파일럿 터널(2)에서 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)을 지나 터널 원지반 내에 장공을 천공하여 선지보재(4)를 삽입하고 그라우팅하는 단계와,
   상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에 복수 개의 본 터널 주면공(5)을 천공하는 단계와,
   상기 파일럿 터널(2)내에서 종방향으로 본 터널 주면 굴착면(1)에서 방사상 장약공 선단이 장약공의 종방향 간격(13) 만큼 이격하여 방사상으로 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 설치하는 단계와,
   상기 터널의 종방향으로 이격된 복수의 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)에 각 단면별로 그룹을 지어 화약과 뇌관을 결선하여 장약하고 상기 선지보재(4) 설치시 생기는 장공의 일부에 해당하고 상기 본 터널의 주면 굴착면(1)과 상기 파일럿 터널의 굴착선 사이에 위치하는 빈공(12)의 장약공(6-3)에도 그 빈공(12)이 속하는 단면에 화약과 뇌관을 결선하여 장약하는 단계와,
   상기 복수 개의 본 터널 주면공에 천공직경 보다 작은 직경의 정밀 화약을 장약하는 단계와,
   상기 선지보재(4)를 삽입하고 그라우팅하는 단계 이후에, 상기 방사상 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 터널의 막장쪽에서부터 터널의 종방향으로 순차적으로 발파하여 한번에 복수의 막장을 굴진하는 단계와,
   상기 본 터널 주면공을 발파하는 단계와,
   상기 발파에 의해 형성된 굴착면의 부석을 제거하고 면을 정형하는 단계와,
   상기 발생된 버력을 밖으로 반출하고 굴착면을 추가 지보하는 단계를 포함하고,
   상기 선지보재는 철근, 강관, 강연선, 혹은 GRP의 선재를 포함하는, 파일럿 터널을 이용한 미진동 급속 굴착 방법.
4. 본 터널을 선지보하고 굴착하기 위하여 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에서 이격하여 파일럿 터널(2)을 배치하여 굴착하는 단계와,
   상기 파일럿 터널(2)에서 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)을 지나 터널 원지반 내에 장공을 천공하여 선지보재(4)를 삽입하고 그라우팅하는 단계와,
   상기 파일럿 터널(2)내에서 파일럿 터널의 원지반(9)에 본 터널 주면공(5)으로부터 방사상 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4) 선단이 방사상 장약공의 종방향 간격(13) 이상이 되도록 천공 형성하는 단계와,
   상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)이 형성되도록 상기 예정 본 터널의 주면 굴착면(1)에 주면을 따라 복수 개의 본 터널 주면공(5)을 천공하는 단계와,
   상기 터널의 종방향으로 이격된 복수의 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)에 각 단면별로 그룹을 지어 화약과 뇌관을 결선하여 장약하고 상기 선지보재(4) 설치시 생기는 장공의 일부에 해당하고 상기 본 터널의 주면 굴착면(1)과 상기 파일럿 터널의 굴착선 사이에 위치하는 빈공(12)의 장약공(6-3)에도 그 빈공(12)이 속하는 단면에 화약과 뇌관을 결선하여 장약하는 단계와,
   상기 복수 개의 본 터널 주면공(5)을 모두 장약하는 단계와,
   상기 선지보재(4)를 삽입하고 그라우팅하는 단계 이후에, 상기 장약공(6-1, 6-2, 6-3, 6-4)을 터널의 막장쪽에서부터 터널의 종방향으로 순차적으로 발파하여, 한번에 복수의 막장을 굴진하는 단계와,
   상기 복수 개의 본 터널 주면공(5)을 발파하는 단계와,
   상기 발파에 의해 형성된 굴착면의 부석을 제거하고 면을 정형하는 단계와,
   상기 발생된 버력을 밖으로 반출하고 굴착면을 추가 지보하는 단계를 포함하고,
   상기 선지보재는 철근, 강관, 강연선, 혹은 GRP의 선재를 포함하는, 파일럿 터널을 이용한 미진동 급속 굴착 방법.

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