KR102267077B1 - 천공경 조절을 통한 굴진장 개선 터널 발파공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 발파공법에 관한 것으로, 직경 40mm 이하의 소구경 천공경(D)이 적용되되 천공장(L) 및 장약율이 적정 수준으로 조정되어, 공당 장약량의 감축에도 불구하고 발파 효율의 확보가 가능하도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 적절한 폭력 발현은 보장하면서도 지발당 장약량을 최소화할 수 있으며, 이로써 발파시 발생되는 소음 및 진동을 저감하면서도, 굴진장을 개선하고, 발파 효율 및 굴진 속도를 확보할 수 있다.

Description

천공경 조절을 통한 굴진장 개선 터널 발파공법{EXCAVATION LENGTH IMPROVED TUNNEL BLASTING METHOD USING HOLE SIZE ADJUSTMENT}

본 발명은 터널 발파공법에 관한 것으로, 직경 40mm 이하의 소구경 천공경(D)이 적용되되 천공장(L) 및 장약율이 적정 수준으로 조정되어, 공당 장약량의 감축에도 불구하고 발파 효율의 확보가 가능하도록 한 것이다.

폭약을 이용한 발파 방식의 터널 굴착은 기계식 굴착에 비하여 신속한 시공이 가능한 장점이 있으나, 소음 및 진동이 발생될 뿐 아니라 폭약의 운반 및 취급 상 위험성이 상존하는 등의 문제점을 가진다.

특히, 도시의 과밀화로 인한 교통 수요 확대 및 지하공간 개발 필요성 대두에 따라 다수의 터널 공사가 도심지에서 수행되고 있는 현실을 감안할 때, 터널 발파에 있어서의 소음 및 진동 제어의 중요성이 증대되고 있다.

이러한 터널 발파에 있어서의 소음 및 진동 저감을 위한 다양한 기술개발이 지속되고 있으며, 관련 종래기술로는 특허 제418133호 등을 들 수 있다.

특허 제418133호를 비롯한 종래의 소음 및 진동 저감형 터널 발파공법은 주로 발파에 따른 굴착 총량 자체를 감축하는 방식이라 할 수 있다.

특히, 최근 도심지 발파에 따른 소음 및 진동이 심각한 문제로 대두됨에 따라 최대 지발당 장약량(MIC, Max Instantaneous Charge)이 제한되고 있으며, 이로 인하여 개별 발파 작업당 굴진장의 축소가 불가피하여, 공기의 지연 및 공사비 증액을 감수할 수 밖에 없는 실정이다.

한편, 터널 발파에 있어서 적용되는 폭약에 있어서도 운반 및 취급에 있어서의 안전성이 종래의 카트리지(cartridge) 폭약에 비하여 우수한 벌크에멀전(bulk emulsion) 폭약의 보급이 확대되고 있으나, 장약공내 밀실한 충전이 가능한 벌크에멀전 폭약의 특성상 최대 지발당 장약량이 상승하여, 결과적으로 굴진장의 축소가 심화되는 부작용이 초래된다.

사전에 봉상(棒狀)으로 포장된 형태를 가지는 카트리지 폭약과 달리, 장약공내 주입하는 방식으로 사용되는 벌크에멀전 폭약은 천공 단면상 일체의 공동 형성 없이 밀실한 충전이 가능하므로, 벌크에멀전 폭약의 공당 장약량은 카트리지 폭약의 1.2 내지 1.4배에 달하게 되며, 따라서 발파시 진동 및 소음 역시 카트리지 폭약에 비하여 클 수 밖에 없다.

이러한 벌크에멀전 폭약의 특성으로 인하여, 종래 카트리지 폭약 대비 폭굉압 손실률이 극히 미미할 뿐 아니라, 사전 취급 및 운반상 안전성이 우수함에도 불구하고, 도심지 공사에 있어서 기피되고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여, 발파 효율을 제고하면서 소음 및 진동을 저감할 수 있도록 창안된 것으로, 터널 발파공법에 있어서, 장약공의 천공경(D)은 35mm 내지 40mm이고, 천공장(L)대비 장약장(C)의 백분율인 장약율(100C/L, %)은 천공장이 2.2m 이하인 경우 60%이고, 천공장이 2.3m 내지 2.6m인 경우 65%이며, 천공장이 2.7m 내지 3.2m인 경우 70%이고, 천공장이 3.3m 내지 3.7m인 경우 75%이며, 천공장이 3.8m 이상인 경우 80%임을 특징으로 하는 천공경 조절을 통한 굴진장 개선 터널 발파공법이다.

또한, 상기 천공경(D)은 38mm이고, 천공장(L) 및 장약장(C)이 각각 3.3m 및 2.5m이거나, 또는 천공장(L) 및 장약장(C)이 각각 2.7m 및 1.9m이거나, 또는 천공장(L) 및 장약장(C)이 각각 2.2m 및 1.3m임을 특징으로 하는 천공경 조절을 통한 굴진장 개선 터널 발파공법이다.

또한, 상기 장약공이 발파 대상 터널 횡단면상 배치되되, 상기 장약공으로 구성되는 2개의 분할심발부(10)가 형성되고, 상기 2개 분할심발부(10)는 터널 횡단면 중심선(CL)을 축으로 대칭을 이루며, 각각의 분할심발부(10)는 중앙부의 무장약공 2개소 및 이들 무장약공을 사각형으로 다중 포위하는 다수의 장약공으로 구성됨을 특징으로 하는 천공경 조절을 통한 굴진장 개선 터널 발파공법이다.

또한, 상기 장약공에는 벌크에멀전 폭약이 장전되고, 장약공에는 직경이 폭약측으로 점차 축소되는 원뿔대형의 관체인 전색콕(50)이 삽입되되, 전색콕의 축경부로서 폭약측을 향하는 두부(51)의 외경은 장약공의 내경 미만으로 형성되고 두부(51)의 선단부는 폐합되며, 전색콕의 확경부는 다수의 경사판(52)으로 구성되고 확경부 후단의 외경은 장약공의 내경을 초과함을 특징으로 하는 천공경 조절을 통한 굴진장 개선 터널 발파공법이다.

또한, 상기 전색콕(50)과 폭약 사이에는 투수성 낭체 내부에 흡수팽윤성 고분자 과립이 충전된 팽윤낭(60)이 삽입됨을 특징으로 하는 천공경 조절을 통한 굴진장 개선 터널 발파공법이다.

본 발명을 통하여, 적절한 폭력 발현은 보장하면서도 지발당 장약량을 최소화할 수 있으며, 이로써 발파시 발생되는 소음 및 진동을 저감하면서도, 굴진장을 개선하고, 발파 효율 및 굴진 속도를 확보할 수 있다.

특히, 상기와 같은 절대 장약량의 감축을 통하여 종래기술에 있어서는 도심지 공사에 있어서 기피되었던 벌크에멀전 폭약의 활발한 적용이 가능하며, 이로써 터널 발파에 활용되는 폭약류 취급 및 운반의 안전성을 제고할 수 있다.

도 1은 종래기술의 장약공 및 본 발명의 장약공 비교도
도 2는 본 발명 시험발파에 적용된 대조군 및 실험군 장약공 모식도
도 3은 본 발명 시험발파에 있어서 대조군에 적용된 발파 패턴도
도 4는 본 발명 시험발파에 있어서 실험군에 적용된 발파 패턴도
도 5는 본 발명 시험발파의 발파별 지발당 최대장약량 및 파쇄량
도 6은 본 발명이 적용된 다중 심발형 발파 패턴도
도 7은 도 6 실시예의 심발부 상세도
도 8은 전색콕이 적용된 본 발명의 일 실시예 장약공 설명도
도 9는 팽윤낭이 적용된 본 발명의 일 실시예 장약공 설명도

본 발명의 상세한 구성 및 수행 과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 도 1은 본 발명 터널 발파공법에 있어서의 장약공을 종래의 장약공과 비교하여 각각의 종단면을 도시한 것으로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명인 천공경 조절을 통한 굴진장 개선 터널 발파공법에 있어서 적용되는 장약공은 기본적으로 종래기술 대비 천공경(D)은 축소되고 천공장(L)은 연장되는 특징을 가진다.

즉, 도 1에 도시된 2개의 장약공에 있어서 상측에 도시된 장약공은 종래기술이 적용된 장약공이고, 하측에 도시된 장약공은 본 발명이 적용된 장약공으로서, 종래의 장약공이 통상 45mm 이상의 천공경(D)을 가지는 반면 본 발명의 장약공은 40mm 이하의 천공경(D)이 적용된다.

따라서, 천공 및 장전 과정의 작업성 등을 고려하여 천공경(D)의 하한을 35mm로 설정하면, 본 발명에 있어서의 천공경(D)은 35mm 내지 40mm의 범위를 가지는 바, 본 발명에 있어서의 장약공 천공경(D)은 종래기술 대비 약 22.2% 내지 약 11.1% 감축되고, 장약공의 횡단면 면적은 종래기술 대비 약 39.5% 내지 약 21.0% 감축된다.

또한, 도 1에서도 예시된 바와 같이, 장약공의 천공경(D) 및 단면적을 감축하되, 장약공의 축방향 총 연장인 천공장(L)은 소폭 연장함으로써, 개별 장약공의 폭력은 소기의 수준으로 보장하였으며, 다만 천공장(L)의 연장에도 불구하고 그 연장 거리를 적정 수준으로 제한하여 공당 장약량은 종래기술 대비 감축되도록 설정하였다.

특히, 공당 장약량 즉, 각각의 장약공당 장전되는 장약의 실중량인 장약량의 절대량은 45mm의 대구경 천공경(D)이 적용되는 종래기술에 비하여 상당 수준 감축하되, 3.3m 이상의 장연장 천공장(L)이 적용되는 경우 장약장(C)의 백분율인 장약율(%)은 종래기술에 비하여 소폭 증대하였다.

따라서, 장약공에 장전된 폭약의 순수 폭력 자체는 소폭 감소될 수 있으나, 천공장(L)의 연장 및 장연장 천공장(L) 적용시 장약율의 증대를 통하여 이를 보상함으로써 실질적인 발파 효율의 향상을 도모하였으며, 그 결과로서 다음의 표 1과 같은 천공장(L)별 장약율 및 장약장(C) 관계가 도출되었다.

천공장(L)별 장약율 및 장약장(C)

천공장(L, m)	장약율(100C/L ,%)	장약장(C, m)	비 고
2.2	60	1.3	천공장2.2m 이하 장약율 60%
2.3	65	1.5
2.4	65	1.6
2.5	65	1.6
2.6	65	1.7
2.7	70	1.9
2.8	70	2.0
2.9	70	2.0
3.0	70	2.1
3.1	70	2.2
3.2	70	2.2
3.3	75	2.5
3.4	75	2.6
3.5	75	2.6
3.6	75	2.7
3.7	75	2.8
3.8	80	3.0	천공장3.8m 이상 장약율 80%

본 발명에 있어서 천공장(L)별 장약율은 상기 표 1에서와 같이, 천공장(L)이 연장됨에 따라 장약율(%)도 점증하도록 설정되며, 작업성 및 안전을 고려하여 천공장(L)이 2.2m 이하인 경우 60%의 최소 장약율이 적용되고, 천공장(L)이 3.8m 이상인 경우 80%의 최대 장약율이 적용된다.

또한, 상기 표 1에 있어서 천공장(L) 및 장약장(C)의 변동량은 0.1m로 설정되는데, 이는 암반 천공 및 폭약 장전 작업 여건을 감안할 때, 0.1m 미만 미소 변동의 유의성(有意性)이 부족함에서 기인한다.

이렇듯, 본 발명에서는 45mm 이상의 대구경 장약공이 적용되는 종래기술을 탈피하여, 장약공의 천공경(D)을 40mm 이하 35mm 이상의 소구경으로 설정하고, 상기 표 1에서와 같은 장약 조건을 설정함으로써, 발파 충격 저감 및 발파 효율의 향상을 도모하였으며, 이를 확인하기 위하여 다음과 같은 시험발파를 수행하였다.

본 발명 시험발파는 벌크에멀전 폭약(Bulk EMX D-Cord 40g/m) 및 비전기뇌관을 적용하여 대조군 및 실험군 각 3회, 총 6회 실시하였으며, 장약공의 제원 및 발파 패턴은 도 2 내지 도 4와 같다.

우선 도 2는 시험발파의 각 개별 발파에 적용된 장약공 제원을 도시한 것으로, 도면상 1-1, 2-1 및 3-1은 종래기술이 적용된 대조군 발파로서 45mm 천공경(D)의 장약공이 적용되었고, 도면상 1-2, 2-2 및 3-2는 본 발명이 적용된 실험군 발파로서 전술한 천공경(D) 범위인 35mm 내지 40mm의 중간치인 38mm 천공경(D)의 장약공이 적용되었다.

또한, 도 3 및 도 4는 각 천공경별 발파 패턴을 도시한 것으로, 도 3에 도시된 발파 패턴은 대조군인 D45 즉, 45mm 천공경(D) 장약공에 대한 발파 패턴이고, 도 4에 도시된 발파 패턴은 실험군인 D38 즉, 38mm 천공경(D) 장약공에 대한 발파 패턴을 도시하고 있다.

각 개별 발파에 대한 상세한 시험 조건은 다음의 표 2와 같다.

시험발파 조건(Bulk EMX D-Cord 40g/m, 비전기뇌관 적용)

구 분		1-1	1-2	2-1	2-2	3-1	3-2
천공경(D, mm)		45	38	45	38	45	38
천공장(L, m)		2.7	3.3	2.2	2.7	1.7	2.2
장약장(C, m)		1.9	2.5	1.3	1.9	0.9	1.3
단면적(㎡)		23.77	23.77	23.77	23.77	23.77	23.77
장약공수(개소)		63	67	63	67	63	67
무장약공수(개소)		4	4	4	4	4	4
공당 장약량 (kg/hole)	심발공	3.85	3.625	2.85	2.725	2.05	2.025
	확대공	3.85	3.625	2.85	2.725	2.05	2.025
	바닥공	3.85	3.625	2.85	2.725	2.05	2.025
지발당 최대장약량 (kg/delay)	심발공	15.40	14.50	11.40	10.900	8.20	8.100
	확대공	11.55	10.88	8.55	8.175	6.15	6.075
	바닥공	11.55	10.88	8.55	8.175	6.15	6.075

상기 표 2를 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 종래기술 적용 대조군인 1-1, 2-1 및 3-1 발파에 비하여, 본 발명 적용 실험군인 1-2, 2-2 및 3-2 발파에 있어서 천공경(D)은 축소되고 천공장(L) 및 장약장(C)은 연장되었으며, 천공장(L) 및 장약장(C)의 연장에도 불구하고, 그 연장 폭이 적절하게 제한되어 공장 장약량 및 지발당 최대장약량은 감축되었음을 확인할 수 있다.

특히, 본 발명에서는 지발당 최대장약량을 종래기술 대비 감축함으로써, 발파시 수반되는 소음 및 진동을 효과적으로 억제할 수 있다.

상기와 같은 조건으로 시험발파를 수행한 결과, 본 발명이 적용된 실험군에 있어서 공당 장약량 및 지발당 최대장약량의 감축에도 불구하고 대조군 대비 굴진장 및 파쇄량이 향상된 것으로 확인되었으며, 특히 총 장약량을 고려한 비장약량이 상당수준 감축되었음에도 굴진장 및 파쇄량이 개선되었음을 확인할 수 있었다.

첨부된 도 5 및 다음의 표 3은 시험발파 결과를 나타낸 것으로, 이를 통하여 전체 실험군에 있어서 유의한 개선 효과를 확인할 수 있다.

시험발파 결과(Bulk EMX D-Cord 40g/m, 비전기뇌관 적용)

구 분	1-1	1-2	2-1	2-2	3-1	3-2
천공경(D, mm)	45	38	45	38	45	38
천공장(L, m)	2.7	3.3	2.2	2.7	1.7	2.2
장약장(C, m)	1.9	2.5	1.3	1.9	0.9	1.3
단면적(㎡)	23.77	23.77	23.77	23.77	23.77	23.77
굴진장(m)	2.5	3.0	2.0	2.5	1.5	2.0
파쇄량(㎥)	59.425	71.310	47.540	59.425	35.655	47.540
비장약량(kg/㎥)	3.16	2.77	2.98	2.55	2.97	2.42

상기 표 3 및 도 5에서와 같이, 다양한 천공장(L) 및 장약장(C)에 대하여, 통상의 벌크에멀전 폭약 장전 장전공 대비 천공경(D)이 축소된 본 발명을 적용한 결과, 천공장(L) 및 장약장(C)의 변동에도 불구하고 양호한 결과가 도출되고 있는데, 특히 도 5에서와 같이 지발당 최대장약량이 상당 수준 감축되었음에도 불구하고 파쇄량을 비롯한 터널 발파 효율이 실질적으로 개선되었음을 확인할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 본 발명에 있어서의 벌크에멀전 폭약 장약공의 천공경(D)은 종래기술에 있어서의 통상 천공경(D)인 45mm를 상당 수준 하회하도록 설정되는데, 시험발파의 실험군에서 38mm이 천공경(D)이 적용된 점을 감안할 때, 본 발명에 있어서의 장약공 천공경(D)은 40mm 이하로 설정되는 것이 바람직하며, 벌크에벌전 폭약의 주입 작업성을 고려할 때, 본 발명에 있어서의 장약공 천공경(D)은 35mm 이상으로 설정되는 것이 바람직하다.

결국, 본 발명인 천공경 조절을 통한 굴진장 개선 터널 발파공법에 있어서의 장약공 제원은 천공경(D)은 35mm 내지 40mm로 설정되고, 천공장(L, m)별 장약율(100C/L, %) 및 장약장(C, m)은 전술한 표 1에서와 같이 설정되는데, 실제 시공에 있어서의 천공장(L) 및 장약장(C)은 장약공당 적용 가능한 최대 장약량을 설정하고, 설정된 장약량과 당해 폭약의 가비중(g/㎤)을 활용하여 장약공당 적용 가능한 최대 장약체적을 산출한 후, 이를 계획 천공경(D)에 따른 장약공 단면적을 활용하여 장약장(C)으로 환산하는 방식으로 산정될 수 있다.

즉, 발파시 발생되는 진동 및 소음을 현장 여건에 따라 고려하거나, 관련 법규에 의하여 설정되는 장약량 기준을 고려하여, 장약공당 계획 장약량을 설정하고, 사용 폭약의 물성인 가비중(g/㎤)을 통하여 중량치인 장약량을 체적치인 장약체적으로 환산한 후, 천공경(D)에 따라 결정되는 장약공의 단면적으로 상기 장약체적을 나눔으로써 장약장(C)을 우선 산출하는 것으로, 이후 전술한 표 1의 천공장(L) 및 장약장(C)간 관계를 활용하여 천공장(L)을 산정하는 것이다.

특히, 본 발명에서는 장약공 제원을 적절하게 설정하여 발파 효율을 극대화할 수 있는데, 이는 전술한 실험군에서 적용된 천공장(L) 및 장약장(C)을 적용하는 것으로, 천공경(D)이 38mm로 설정된 상태에서, 천공장(L) 및 장약장(C)을 각각 3.3m 및 2.5m로 고정하거나, 천공장(L) 및 장약장(C)을 각각 2.7m 및 1.9m로 고정하거나, 천공장(L) 및 장약장(C)을 각각 2.2m 및 1.3m로 고정하여 적용하는 것이며, 정리하면 38mm 천공경(D)을 기준으로 장(長), 중(中) 및 단(短) 장약공을 사전 설정하고 계획 굴진장에 따라 이를 적용하는 것이다.

이렇듯, 장약공의 성능 및 효율을 극대화하면서도 발파시 수반되는 소음 및 진동은 저감한 본 발명은 실험군과 같은 중, 소단면 터널은 물론 대단면 터널에 있어서도 적용이 가능하며, 특히 본 발명에서는 공당 장약량 및 지발당 최대장약량의 감축이 가능한 바, 도 6 및 도 7에서와 같은 다중 심발형 발파가 가능하다.

즉, 대단면 터널의 경우 충분한 자유면 확보를 위하여 심발부의 확대 또는 다중화가 요구될 수 있는데, 장약공이 조밀하게 배치되는 심발부의 특성상 발파 소음 및 진동의 증대가 불가피한 심발부의 확대 및 다중화에 한계가 있을 수 밖에 없었으나, 본 발명의 적용시 벌크에멀전 폭약 사용에도 불구하고 발파 소음 및 진동은 저감하면서도 충분한 폭력을 발현할 수 있는 바, 대단면 터널에 대한 심발부 다중화가 가능한 것이다.

이러한 본 발명의 다중 심발부는 도 6에서와 같이, 장약공 다수가 발파 대상 터널 횡단면상 배치되되, 상기 장약공으로 구성되는 2개의 분할심발부(10)가 형성되고, 상기 2개 분할심발부(10)는 터널 횡단면 중심선(CL)을 축으로 대칭을 이루면서 구성된다.

또한, 도 7에서와 같이, 각각의 분할심발부(10)는 중앙부의 무장약공 2개소 및 이들 무장약공을 사각형으로 다중 포위하는 다수의 장약공으로 구성되고, 도 6에서와 같이, 상기 심발부 및 제1확대열(20) 사이에는 다수의 단공이 형성되되, 단공은 상기 장약공 천공장의 0.6배 내지 0.9배의 천공장을 가진다.

즉, 전술한 본 발명의 장(長), 중(中) 및 단(短) 장약공을 활용하여, 도 6에 도시된 일반 장약공(장공)에는 전술한 장(長) 장약공 또는 중(中) 장약공을 적용하고, 동 도면에 도시된 단공에는 전술한 중(中) 장약공 또는 단(短) 장약공을 적용하는 것이다.

이러한 장약공의 장, 단 차등 적용 및 제1확대열(20)과 분할심발부(10) 사이에 단공을 배치하는 조치를 통하여 파괴각도를 90도 이상의 둔각으로 적절하게 유지할 수 있으며 암반 구속압을 저감하여 발파효율을 제고하고 진동을 억제할 수 있다.

또한, 심발부의 분할 및 그로 인한 심발 영역의 상대적인 확대를 통하여, 통상의 단일 심발부 적용 발파 대비 비장약량을 절감할 수 있으며, 특히 장약공에 밀실하게 충전되는 벌크에멀전 폭약의 적용시 종래기술에서 고질적으로 발생되었던 문제점인 과장약 및 소결현상(recementation)을 효과적으로 억제할 수 있다.

도 7은 이러한 본 발명의 심발 영역을 도시한 상세도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명에 있어서 심발 영역은 터널 단면 중심선(CL)을 축으로 대칭을 이루는 한쌍의 분할심발부(10)가 조합되어 구성되며, 각각의 분할심발부(10)는 해당 분할심발부(10) 중심부에 배치되는 2개소의 무장약공과, 1차 내지 5차에 이르는 장약공으로 구성된다.

우선, 각 분할심발부(10)를 구성하는 무장약공 및 장약공 배치를 설명함에 있어서, 도 7의 도면상 좌측 분할심발부(10)를 기준으로 설명하면, 분할심발부(10) 중심부에는 상부무장약공(31) 및 하부무장약공(32)이 배치되되, 이들 상부무장약공(31) 및 하부무장약공(32)의 중심을 연결하는 선분은 도면상 좌고우저(左高右低)의 경사를 이루면서, 상부무장약공(31)에 비하여 하부무장약공(32)이 터널 중심선(CL)에 근접하게 된다.

도 7에서와 같이, 상부무장약공(31) 및 하부무장약공(32)의 중심을 연결하는 선분과 직교하는 선분상에 2개소의 1차장약공(41)이 배치되며, 이들 2개소의 1차장약공(41)은 상부무장약공(31) 및 하부무장약공(32)의 중심을 연결하는 선분을 축으로 상호 대칭을 이룬다.

또한, 이들 상부무장약공(31), 하부무장약공(32) 및 1차장약공(41)을 포위하되 한 변이 상기 상부무장약공(31) 및 하부무장약공(32)의 중심을 연결하는 선분과 평행한 마름모의 각 꼭지점에 2차장약공(42)이 배치되어, 총 4개소의 2차장약공(42)이 구성되고, 이들 2차장약공(42)을 포위하고 한 변이 터널 단면 중심선(CL)과 평행한 직사각형의 각 꼭지점에 3차장약공(43)이 배치되어, 총 4개소의 3차장약공(43)이 구성된다.

도 7에서와 같이, 상기 상부무장약공(31), 하부무장약공(32), 1차장약공(41), 2차장약공(42) 및 3차장약공(43)을 포위하는 4차장약공(44)이 배치되는데, 분할심발부(10)당 5개소가 배치되는 4차장약공(44) 중 일부는 동 도면상 좌측 분할심발부(10) 및 우측 분할심발부(10)가 공유하게 되어, 4차장약공(44)들의 중심을 선분으로 연결하면 전체적으로 터널 단면 중심선(CL)을 밑변으로 하는 오각형 한쌍이 접합된 형태를 이룬다.

즉, 각 분할심발부(10)당 4차장약공(44)은 5개소이고, 양측 분할심발부(10)가 공유하는 4차장약공(44)으로서 터널 단면 중심선(CL)상에 위치하는 4차장약공(44)은 2개소인 바, 본 발명의 전체 심발 영역에 있어서의 4차장약공(44)은 총 8개소이다.

또한, 상기 상부무장약공(31), 하부무장약공(32), 1차장약공(41), 2차장약공(42), 3차장약공(43) 및 4차장약공(44)을 포위하는 5차장약공(45)이 구성되어 심발 영역이 완성되는데, 이들 5차장약공(45) 중 일부 역시 좌측 분할심발부(10) 및 우측 분할심발부(10)가 공유하게 되어, 5차장약공(45)들의 중심을 선분으로 연결하면 전체적으로 터널 단면 중심선(CL)을 한변으로 하는 직사각형 한쌍이 접합된 형태를 이룬다.

따라서, 각 분할심발부(10)당 5차장약공(45)은 4개소이고, 양측 분할심발부(10)가 공유하는 5차장약공(45)으로서 터널 단면 중심선(CL)상에 위치하는 5차장약공(45)은 2개소인 바, 본 발명의 전체 심발 영역에 있어서의 5차장약공(45)은 총 6개소이다.

이렇듯, 터널 단면상 심발 영역을 구성함에 있어서, 한쌍의 분할 심발부를 터널 중심선(CL)을 축으로 대칭으로 형성함으로써, 대단면 터널에 대한 일층 효과적인 발파가 가능하다.

특히, 전술한 바와 같이 본 발명에서는 장약공의 직경은 축소하되 연장은 확대하여 상대적으로 조밀한 배치가 가능하도록 함으로써, 다중 분할 심발부 등의 구성에 최적화된 장전 방식을 구현하고 있으며, 밀실한 장전이 가능한 벌크에멀전 폭약을 적용하여 발파 효율을 일층 향상시킬 수 있다.

결국, 본 발명에 있어서 개별 장약공 구성의 최적 형식은 벌크에멀전 폭약이 장전되는 소구경 및 장연장 장약공이라 할 수 있는데, 장약공 직경의 축소 및 반액반고상(半液半固狀)의 함수(含水) 폭약인 벌크에멀전 폭약의 적용으로 인하여 장약공의 전색(塡塞)에 애로점이 있을 수 있다.

즉, 공경의 축소로 인하여 토사 등 입자상(粒子狀) 전색물의 원활한 투입 및 충전이 어려울 뿐 아니라, 벌크에멀전 폭약의 유동성으로 인하여 전색물이 장전부 심부에 침투할 가능성이 상존하는 것이다.

이에, 본 발명에서는 도 8에서와 같은 전색콕(塡塞cork)(50)을 장약공에 압입함으로써 소구경 벌크에멀전 장약공에 대한 간편하고 효과인 전색이 가능하도록 하였다.

즉, 도 8에서와 같이, 직경이 폭약측으로 점차 축소되는 원뿔대형의 관체(管體)인 전색콕(50)이 장약공에 삽입되어, 폭약 장전부 후단의 장약공을 전색콕(50)이 폐색할 수 있도록 한 것이다.

이러한 본 발명의 전색콕(50)은 합성수지 등으로 사전 제작될 수 있으며, 원뿔대형 관체인 전색콕의 축경부(縮徑部)로서 폭약측을 향하는 두부(頭部)(51)의 외경은 장약공의 내경 미만으로 형성되고, 두부 타측의 전색콕 확경부(擴徑部) 후단의 외경은 장약공 내경을 초과하도록 형성된다.

또한, 전색콕 두부(51)의 선단부는 폐합되며, 확경부는 전색콕 중심축을 축으로 방사상으로 배열되는 다수의 경사판(52)으로 분할되어 구성된다.

따라서, 도 8에서와 같이, 장약공 내경 미만의 외경을 가지는 전색콕(50) 두부(51)를 장약공의 개구부로 투입한 후 전방의 폭약 장전부측으로 압입하는 방식으로, 전색콕(50)을 장약공 내부로 간편하게 투입할 수 있으며, 이 과정에서 전색콕(50) 후단부의 경사판(52)은 그 외경이 축소되는 방향으로 변형된 상태를 유지하게 된다.

이후, 전색콕(50)의 두부가 폭약 장전부에 도달하여 전색콕(50)의 삽입이 중지되면 경사판(52)이 복원되어 전색콕(50) 후단부 직경이 확경되면서, 전색콕(50)이 장약공 공벽에 견고하게 고정될 수 있다.

또한, 도면상 명시되지는 않았으나 전색콕(50)에 의한 일차 전색 이후, 통상의 입자상 전색물을 추가 투입하여 장약공을 충전할 수도 있다.

한편, 도 8에서와 같은 전색콕(50)의 삽입에도 불구하고 장전부에 대한 밀봉이 미비할 수 있는 바, 본 발명에서는 도 9에서와 같이, 전색콕(50)과 폭약 사이에 투수성 낭체(囊體) 내부에 흡수팽윤성 고분자 과립이 충전된 팽윤낭(60)을 삽입하여, 일층 긴밀한 전색이 이루어질 수 있도록 하였다.

즉, 전색콕(50)의 장약공내 투입 전, 비팽창 건조 상태의 팽윤낭(60)을 우선 투입하는 것으로, 도 9에서와 같이, 전색콕(50)을 장약공 내부로 압입함에 따라 전색콕(50) 두부(51)가 팽윤낭(60)을 추진하면서 전색콕(50)과 팽윤낭(60)이 장약공 내부로 동반 삽입되는 것이다.

본 발명의 팽윤낭(60)은 그 사전적 의미에서와 같이, 액상 물질을 흡수함에 따라 그 체적이 팽창되는 것으로, 직물, 편물 또는 다공성 필름 등 투수성 소재로 제작된 낭체 내부에 흡수팽윤성 고분자 과립이 충전되며, 주로 수분을 흡수함에 따라 그 부피가 팽창하는 특성을 가진다.

따라서, 도 9에서와 같이, 장약공 내부로 투입된 팽윤낭(60)이 벌크에멀전 폭약의 장전부에 도달하면 함수 폭약인 벌크에멀전 폭약내 수분 일부가 팽윤낭(60)에 흡수되면서 팽윤낭(60)이 팽창되고, 그에 따라 해당 부위의 장약공이 긴밀하고 견고하게 폐색될 수 있다.

10 : 분할심발부
20 : 제1확대열
31 : 상부무장약공
32 : 하부무장약공
41 : 1차장약공
42 : 2차장약공
43 : 3차장약공
44 : 4차장약공
45 : 5차장약공
50 : 전색콕
51 : 두부
52 : 경시판
60 : 팽윤낭
D : 천공경
L : 천공장
C : 장약장

Claims (5)

1. 터널 발파공법으로서, 장약공의 천공경(D)은 35mm 내지 40mm의 소구경이고, 천공장(L)대비 장약장(C)의 백분율인 장약율(100C/L, %)은 천공장이 2.2m 이하인 경우 60%이고, 천공장이 2.3m 내지 2.6m인 경우 65%이며, 천공장이 2.7m 내지 3.2m인 경우 70%이고, 천공장이 3.3m 내지 3.7m인 경우 75%이며, 천공장이 3.8m 이상인 경우 80%이고, 상기 장약공에는 벌크에멀전 폭약이 장전되고, 장약공에는 직경이 폭약측으로 점차 축소되는 원뿔대형의 관체인 전색콕(50)이 삽입되되, 전색콕의 축경부로서 폭약측을 향하는 두부(51)의 외경은 장약공의 내경 미만으로 형성되고 두부(51)의 선단부는 폐합되며, 전색콕의 확경부는 다수의 경사판(52)으로 구성되고 확경부 후단의 외경은 장약공의 내경을 초과하는 천공경 조절을 통한 굴진장 개선 터널 발파공법에 있어서,
   상기 전색콕(50)과 폭약 사이에는 투수성 낭체 내부에 흡수팽윤성 고분자 과립이 충전된 팽윤낭(60)이 삽입됨을 특징으로 하는 천공경 조절을 통한 굴진장 개선 터널 발파공법.
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