KR102339387B1 - 3개의 자유 면을 이용하여 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법 - Google Patents

3개의 자유 면을 이용하여 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 굴착을 진행할 제1 자유 면인 굴착 면에 선대구경을 천공해 제2 자유 면을 형성하고, 선대구경 주변의 굴착 면(제1 자유 면)에 제3 자유 면을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 굴착 면을 굴착 함으로, 발파 진동을 저감 함과 동시에 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법에 관한 발명이다.

Description

3개의 자유 면을 이용하여 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법{A tunnel excavation method to raise up effectivity of explosion by using three free surface}
본 발명은 3개의 자유 면을 이용하여 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법에 관한 것으로, 상세하게는 굴착을 진행할 굴착 면(제1 자유 면)에 선대구경을 천공해 제2 자유 면을 형성하고, 선대구경 주변의 굴착 면(제1 자유 면)에 제3 자유 면을 형성한 후, 장약공들을 발파하여 굴착 면을 굴착 함으로, 발파 진동을 저감 함과 동시에 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법에 관한 기술이다.
21세기 들어 과학기술이 크게 발달하면서 토목과 건축을 포함하는 건설 분야도 많은 발전이 이루어졌고, 그 결과, 대규모의 건물과 교통 시설(예: 지하철, 터널 등)물이 건설되고 있다.
특히, 지하철, 터널과 같은 대규모 시설물의 건설 시, 지하나 산 등을 굴착 하는 터널 굴착 공사가 필수적인데, 터널 굴착 공사는 다이너마이트와 같은 화약을 이용한 발파 공법과 암석을 중장비로 절개하는 파쇄 공법이 수반된다.
특히, 다이너마이트와 같은 화약을 이용한 발파 공법은 경제적이고 신속하게 터널 굴착이 진행된다는 장점이 있는 반면에, 화약 폭발 시, 진동과 소음 발생의 단점이 있다.
다이너마이트와 같은 화약을 이용한 발파 공법에 있어, 종래에는 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 굴착 면(막장 면)에 형성하고, 장약공에 다이너마이트와 같은 화약을 설치한 후 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 약간의 시차를 두고 동시 발파하여 막장 면(굴착 면)을 굴착 하였다.
다이너마이트와 같은 화약을 이용한 굴착 면(막장 면) 굴착 시, 굴착 면(막장 면)에 형성되는 자유 면(발파 시, 비어 있는 공간과 접하는 면)의 크기에 따라 굴진 효율과 진동과 소음 발생이 달라진다.
즉, 자유 면(발파 시, 비어 있는 공간과 접하는 면)이 크게 형성될수록 굴진 효율이 향상되고 진동과 소음 발생이 적게 된다.
다이너마이트와 같은 화약을 이용한 종래의 굴착 공법은 굴착 면(막장 면)만이 자유 면(발파 시, 비어 있는 공간과 접하는 면)으로 작용하여 굴진 효율이 제한적임과 동시에 진동과 소음이 큰 문제점이 있었다.
즉, 종래 굴착 공법의 경우, 굴착 면(막장 면)만이 자유 면(발파 시, 비어 있는 공간과 접하는 면)으로 작용하고, 굴착 면 내부에는 자유 면이 형성되어 있지 않아, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공에 설치된 화약의 위력에 저항하는 굴착 면 내부 암석의 구속력이 가장 커, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공에 삽입되는 화약량이 많아지게 되는데, 특히 심발공에 삽입되는 화약량이 많고, 발파 시, 진동과 소음이 크게 발생하는 문제점이 있다.
또한, 폭발되는 화약의 위력에 저항하는 굴착 면 내부 암석의 구속력으로 인해 굴착 효율이 감소하게 되는데, 특히, 암석의 강도가 높은 경암 또는 극 경암 지대에서는 굴착 효율이 굴진장(1회 발파에 의해 굴착될 것으로 예상되는 굴착 깊이)의 90% 미만으로 저하되는 현상이 발생하는 문제점이 있다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해결하도록, 본 발명은 굴착을 진행할 제1 자유 면인 굴착 면에 선대구경을 천공해 제2 자유 면을 형성하고, 선대구경 주변의 굴착 면(제1 자유면)에 제3 자유 면을 형성한 후, 장약공들을 발파하여 굴착 면을 굴착 함으로, 발파 진동을 저감 함과 동시에 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법을 제안하고자 한다.
다음은 이와 관련한 종래의 선행기술들이다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-0725450호 3-아치 터널 굴착용 발파 공법 2. 대한민국 등록특허공보 제10-1000570호 심발공 이중화약과 분산화약을 이용한 터널 고속굴착공법 3. 대한민국 등록특허공보 제10-1566906호 단계별 자유면 확보를 이용한 암발파 방법
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 굴착을 진행할 굴착 면(제1 자유 면)에 선대구경을 천공해 제2 자유 면을 형성하고, 선대구경 주변의 굴착 면(제1 자유 면)에 제3 자유 면을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 굴착 면을 굴착 하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명인 3개의 자유 면을 이용하여 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법은,
제1 자유 면인 굴착 면에 제2 자유 면인 선대구경을 형성하는 제1 단계(S100)와;
선대구경 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 일정 깊이의 제3 자유 면을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 제2 단계(S200)와;
제2 단계(S200)를 통해 형성된 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면에 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 제3 단계(S300)와;
제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면에 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 과정을 목표 지점까지 반복하여 진행하는 제4 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 굴착을 진행할 제1 자유 면인 굴착 면에 선대구경을 천공해 제2 자유 면을 형성하고, 선대구경 주변의 굴착 면(제1 자유 면)에 제3 자유 면을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 굴착 면을 굴착 함으로, 발파 진동을 저감 하여 발파 진동에 의한 민원 발생을 줄이는 효과와 굴착 효율을 향상하여 공사 기간을 단축하는 효과와 심발공에 사용되는 화약의 사용량을 줄이는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1 순서도
도 2는 굴착 면에 선대구경, 심발공, 확대공, 외곽공이 형성된 상태 예시도
도 3은 선대구경 천공 상태도
도 4는 본 발명의 실시예 1의 제2 단계 진행 상태도 1
도 5는 본 발명의 실시예 1의 제2 단계 진행 상태도 2
도 6은 본 발명의 실시예 2 순서도
도 7은 본 발명의 실시예 2의 제2 단계 진행 상태도 1
도 8은 본 발명의 실시예 2의 제2 단계 진행 상태도 2
도 9는 본 발명의 제3 단계 진행 상태도
도 10은 본 발명의 제4 단계 진행 상태도
본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명인 3개의 자유 면을 이용하여 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법(이하 ‘본 발명’)은 굴착을 진행할 제1 자유 면인 굴착 면에 선대구경을 천공해 제2 자유 면을 형성하고, 선대구경 주변의 굴착 면(제1 자유 면)에 제3 자유 면을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 굴착 면을 굴착 함으로, 발파 진동을 저감 함과 동시에 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법이다.
따라서 본 발명(10)은 발파 진동을 저감 하여 발파 진동에 의한 소음으로 인한 민원 발생을 줄이는 효과와 굴착 효율을 향상하여 공사 기간을 단축하는 효과와 심발공에 사용되는 화약의 사용량을 줄이는 효과를 제공한다.
본 발명(10)은, 도 1, 6과 같이, 제1 단계(S100), 제2 단계(S200), 제3 단계(S300), 제4 단계(S400)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 본 발명의 3개의 자유 면을 이용하여 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법은,
제1 자유 면인 굴착 면에 제2 자유 면인 선대구경을 형성하는 제1 단계(S100)와;
선대구경 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 일정 깊이의 제3 자유 면을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 제2 단계(S200)와;
제2 단계(S200)를 통해 형성된 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면에 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 제3 단계(S300)와;
제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면에 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 과정을 목표 지점까지 반복하여 진행하는 제4 단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 선대구경은 화약이 설치되지 않는 무 장약공이고, 상기 심발공은 선대구경 주변에 형성되는 화약이 설치되는 장약공이고, 상기 확대공은 심발공 주변에 형성되는 화약이 설치되는 장약공이고, 상기 외곽공은 확대공 주변에 형성되는 화약이 설치되는 장약공인 것을 특징으로 한다.
도 2에는 선대구경(11)을 중심으로 심발공(21), 확대공(22), 외곽공(23)의 형성 위치 예가 도시되어 있다.
상기 제1 단계(S100)는 선대구경 천공기(1)를 이용하여, 도 3 그림과 같이, 제1 자유 면인 터널 굴착 면(n)에 제2 자유 면인 선대구경(11)을 형성하는 단계로, 상기 제1 단계(S100)를 통해 무 장약공인 선대구경(11)을 선행하여 형성함으로, 후술할 제2 단계(S200), 제3 단계(S300), 제4 단계(S400)에서 화약(3)을 이용한 발파 공정을 진행할 때 선대구경(11)을 자유 면으로 이용할 수 있도록 하기 위함이다.
여기서, 다이너마이트와 같은 화약(3)을 이용한 굴착 면(막장 면) 굴착 시, 굴착 면(막장 면)에 형성되는 자유 면(발파 시, 비어 있는 공간과 접하는 면)의 정도에 따라 굴진 효율과 진동과 소음 발생량이 달라진다.
즉, 자유 면(발파 시, 비어 있는 공간과 접하는 면)이 크게 형성될수록 굴진 효율이 향상되고 진동과 소음 발생량이 감소한다.
상기 제1 단계(S100)를 통해 형성된 제2 자유 면인 선대구경(11)은 심발공(21) 발파 시, 자유 면으로 작용한다.
종래에는 화약이 설치되는 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 굴착 면(막장 면)에 형성한 후, 심발공, 확대공, 외곽공을 약간의 시차를 두고 동시 발파하였다.
그러나 상기와 같은 종래 굴착 공법의 경우, 굴착 면(막장 면)만이 자유 면(발파 시, 비어 있는 공간과 접하는 면)으로 작용하고, 굴착 면 내부에는 자유 면이 형성되어 있지 않아, 폭발되는 화약의 폭발 위력에 저항하는 굴착 면 내부 암석의 구속압이 가장 커, 장약공에 삽입되는 화약량이 많아지게 되는데, 특히 심발공에 삽입되는 화약량이 많게 되고, 발파 시, 진동과 소음이 크게 발생하는 문제점이 있다.
또한, 폭발되는 화약의 폭발 위력에 저항하는 굴착 면 내부 암석의 구속압에 의해 굴착 효율이 감소하게 되는데, 특히, 암석의 강도가 높은 경암 또는 극 경암 지대에서는 굴착 효율이 굴진장(1회 발파에 의해 굴착될 것으로 예상되는 굴착 깊이)의 90% 미만으로 저하되는 현상이 발생하는 문제점이 있다.
따라서 장약공 특히, 심발공에 과다한 화약 사용, 큰 진동과 소음 발생, 굴착 효율 저하라는 종래의 문제점을 해결하기 위해, 심발공 폭발 시, 심발공에 설치된 화약(3)의 폭발 위력에 저항하는 암석의 구속압을 감소시킬 수 있는 자유 면(제2 자유 면)으로 작용할 선대구경(11)을 굴착 면(막장 면)에 형성하는 것이다.
자유 면(제2 자유 면)으로 작용하는 선대구경(11)의 직경이 클수록 1회 발파에 의한 굴착 효율이 높다. 선대구경(11)의 직경은 선대구경 천공기(1)에 구비된 함마 비트의 직경에 의해 결정된다.
그러나 굴착 효율을 높이기 위한 목적으로 선대구경(11)의 직경을 크게하기 위해, 선대구경 천공기(1)에 구비된 함마 비트의 직경을 크게 하면, 무거운 함마 비트의 처짐 현상에 의해 설계된 방향으로의 선대구경(11) 천공이 정확하게 이루어지지 않는 경우가 발생한다.
따라서 본 발명에서는 현실적으로 가능한 함마 비트의 직경을 고려해 선대구경(11)의 직경을 250~800㎜로 하는 것을 특징으로 하며, 특히 함마 비트의 무게로 인한 처짐 현상과 굴착 효율을 고려할 때, 선대구경(11)의 직경이 380㎜인 것이 바람직하다.
또한, 선대구경(11)의 1회 천공 시, 천공되는 선대구경(11)의 천공 깊이는 10~70m인 것을 특징으로 한다.
선대구경(11)의 천공 깊이를 작게 하는 경우(예: 10m 이하), 선대구경 천공기(1) 투입이 잦아지게 되는데, 선대구경 천공기(1)는 대규모 장비여서 선대구경 천공기(1)를 굴착 면으로 이동시키는 투입 시간이 소요되고, 잦은 선대구경 천공기(1) 투입으로 인해 공사 기간이 길어지게 되는 문제가 발생할 수 있어, 선대구경(11)의 1회 천공 시, 선대구경(11)의 천공 깊이는 10~70m 범위로 천공하는 것이 바람직하다.
상기 제2 단계(S200)는 제1 단계(S100)를 통해 형성된 선대구경(11) 주변의 제1 자유 면인 굴착 면(n)에 일정 깊이의 제3 자유 면(12)을 형성한 후, 장약공인 심발공(21), 확대공(22), 외곽공(33)을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면(n+1)을 형성하는 단계이다.
이때, 상기 제2 단계(S200)부터 화약(3)을 이용한 발파 공정이 진행되는데, 화약(3) 폭발에 따른 굴착률은 암석의 저항력인 구속압에 반비례하고 자유 면에 비례하므로, 제1 단계(S100)를 통해 형성된 선대구경(11)에 의한 제2 자유 면과 제2 단계(S200)를 통해 형성되는 제3 자유 면(12)에 의한 자유면 증대 효과가 발생하고 이로 인해, 화약(3) 폭발에 따른 굴착률이 증가한다.
상기 제2 단계(S200)는 장약공인 확대공(11)과 외곽공(12)의 천공 시점에 따라 제1 실시예와 제2 실시예로 구분된다.
먼저, 제1 실시예에 대해 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명(10)의 실시예 1의 제2 단계(S200)는 제2-1 단계(S210), 제2-2 단계(S220), 제2-3 단계(S230), 제2-4 단계(S240), 제2-5 단계(S250)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 본 발명(10)의 실시예 1의 제2 단계(S200)는, 도 1에 도시된 바와 같이,
선대구경 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 복수의 제1 심발공을 형성하는 제2-1 단계(S210)와,
복수의 제1 심발공을 발파하여 선대구경 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 일정 깊이의 제3 자유 면을 형성하는 제2-2 단계(S220)와,
제1 심발공 발파에 따라 형성된 제3 자유면 중, 굴착 방향의 제3 자유 면에 복수의 제2 심발공을 형성하는 제2-3 단계(S230)와,
제3 자유 면이 형성되지 않은 제1 자유 면인 굴착 면에 복수의 제1 확대공을 형성하고, 복수의 제1 확대공 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 복수의 제1 외곽공을 형성하는 제2-4 단계(S240)와,
제2 심발공, 제1 확대공, 제1 외곽공들을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 제2-5 단계(S250)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 4의 A 그림을 참조하면, 상기 제2-1 단계(S210)는 제1 단계(S100)를 통해 형성된 제2 자유 면인 선대구경(11) 주변의 제1 자유 면인 굴착 면(n)에 천공 장비(예 : 점보 드릴(2))를 이용하여 복수의 제1 심발공(21)을 형성하는 단계이다.
여기서, 상기 제2-1 단계(S210)에서 형성되는 제1 심발공(21)의 직경과 깊이는 선대구경(11)에 비해 작고 깊지 않은 것으로, 직경과 천공 깊이는 각각 40~50㎜, 굴진장의 110%인 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 상기 장약공인 심발공(21)의 직경을 45㎜로 천공하여 화약(3)이 설치될 수 있도록 하고, 천공 깊이는 굴진장의 110%가 되도록 천공한다.
상기 굴진장은 1회 발파에 의해 굴착될 것으로 예상되는 굴착 깊이인 것으로, 굴진장이 1m인 것으로 예상되는 경우, 심발공(21)을 1.1m 깊이로 천공하고, 굴진장이 1.5m인 것으로 예상되는 경우, 심발공(21)을 1.65m 깊이로 천공하게 된다.
상기 제2-2 단계(S220)는 도 4의 B 그림과 같이, 복수의 제1 심발공(21)에 화약(3) 설치 후, 발파하여, 도 4의 C 그림과 같이, 선대구경(11) 주변의 제1 자유 면인 굴착 면(n)에 일정 깊이의 제3 자유 면(12)을 형성하여 굴착 면(n)이 요철 형태가 되도록 한다. 즉, 굴착 면(n)을 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 굴착 면이 되도록 한다.
상기 제2-2 단계(S220)를 통해, 제1 자유 면인 굴착 면(n)에는 2개의 자유 면이 형성된다. 즉, 제1 단계(S100)를 통해 형성된 선대구경에 의한 제2 자유 면(11)과 제2-2 단계(S220)를 통한 제1 심발공(21) 발파로 형성된 제3 자유 면(12)이다.
화약(3) 폭발에 따른 굴착률은 암석의 저항력인 구속압에 반비례하고 자유 면에 비례하므로, 선대구경(11)에 의한 제2 자유 면과 제1 심발공(21) 발파로 인한 제3 자유 면(12)에 의한 자유면 증대 효과가 발생하고 이로 인해, 이후(제3 단계) 화약(3) 폭발에 따른 굴착률이 증가하게 되는 것이다.
상기 제2-3 단계(S230)는 제1 심발공(21) 발파에 따라 형성된 제3 자유 면(12) 중, 굴착 방향의 제3 자유 면(n+1)에, 도 5의 A 그림과 같이, 천공 장비(예: 점보 드릴(2))를 이용하여 복수의 제2 심발공(21)을 형성한다.
상기 제2-4 단계(S240)는 제3 자유 면(12)이 형성되지 않은 제1 자유 면인 굴착 면(n)에, 도 5의 B 그림과 같이, 천공 장비(예: 점보 드릴(2))를 이용하여 복수의 제1 확대공(22)을 형성하고, 복수의 제1 확대공(22) 주변의 제1 자유 면인 굴착 면(n)에 복수의 제1 외곽공(23)을 형성한다.
상기 제2-5 단계(S250)는 제2 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23)을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면(n+1)을 형성하는 단계이다.
즉, 도 5의 C 그림과 같이, 제2 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23)에 화약(3)을 설치한 후, 발파하여, 도 5의 D 그림과 같은 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면(n+1)이 형성되도록 한다.
이때, 상기 제2 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23)의 발파는 약간의 시차를 두고 제2 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23) 순서로 발파되는 순차적 발파이다. 외형적으로는 제2 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23)의 발파는 동시 발파처럼 느껴지나, 제2 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23)는 약간의 시차(1~2초)를 둔 순차 발파이다.
즉, 제2-5 단계(S250)를 통한 발파로, 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 굴착 면이 굴착 면(n)에서 전진하여(굴착되어) 새로운 굴착 면(n+1)이 된다.
다음은, 제2 실시예에 대해 설명한다.
도 6을 참조하면, 본 발명(10)의 실시예 2의 제2 단계(S200)는 제2-6 단계(S260), 제2-7 단계(S270), 제2-8 단계(S280), 제2-9 단계(S290)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 본 발명(10)의 실시예 2의 제2 단계(S200)는, 도 6에 도시된 바와 같이,
선대구경 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 복수의 제1 심발공을 형성하고, 복수의 제1 심발공 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 복수의 제1 확대공을 형성하고, 복수의 제1 확대공 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 복수의 제1 외곽공을 형성하는 제2-6 단계(S260)와,
복수의 제1 심발공을 발파하여 선대구경 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 일정 깊이의 제3 자유 면을 형성하는 제2-7 단계(S270)와,
복수의 제1 심발공 발파에 따라 형성된 제3 자유면 중, 굴착 방향의 제3 자유 면에 복수의 제2 심발공을 형성하는 제2-8 단계(S280)와,
제2 심발공, 제1 확대공, 제1 외곽공들을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 제2-9 단계(S290)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2-6 단계(S260)는 제1 단계(S100)를 통해 형성된 제2 자유 면인 선대구경(11) 주변의 제1 자유 면인 굴착 면(n)에, 도 7의 A 그림과 같이, 천공 장비(예:점보 드릴(2))를 이용하여 복수의 제1 심발공(21)을 형성하고, 복수의 제1 심발공(21) 주변의 제1 자유 면인 굴착 면(n)에 복수의 제1 확대공(22)을 형성하고, 복수의 제1 확대공(22) 주변의 제1 자유 면인 굴착 면(n)에 복수의 제1 외곽공(23)을 형성하는 단계이다.
이때, 상기 제2-6 단계(S260)에서 선대구경(11) 주변의 제1 자유 면인 굴착 면(n)에 형성되는 제1 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23)의 직경과 깊이는 선대구경(11)에 비해 작고 깊지 않은 것으로, 직경과 천공 깊이는 각각 40~50㎜, 굴진장의 110%인 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 상기 장약공인 제1 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23)의 직경을 45㎜로 천공하여 화약(3)이 설치될 수 있도록 하고, 천공 깊이는 굴진장의 110%가 되도록 천공한다.
상기 굴진장은 1회 발파에 의해 굴착될 것으로 예상되는 굴착 깊이인 것으로, 굴진장이 1m인 것으로 예상되는 경우, 제1 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23)을 1.1m 깊이로 천공하고, 굴진장이 1.5m인 것으로 예상되는 경우, 제1 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23)을 1.65m 깊이로 천공하게 된다.
이때, 실시예 2의 상기 제2-6 단계(S260)를 통해 선대구경(11) 주변의 제1 자유 면인 굴착 면(n)에 복수의 제1 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23)을 형성하는 이유는 공정시간을 단축하기 위함이다.
상기 제2-7 단계(S270)는 도 7의 B 그림과 같이, 복수의 제1 심발공(21)에 화약(3) 설치 후, 발파하여, 도 7의 C 그림과 같이, 제2 자유 면인 선대구경(11) 주변의 제1 자유 면인 굴착 면(n)에 일정 깊이의 제3 자유 면(12)을 형성하여 굴착 면(n)이 제3 자유 면을 갖는 요철 형태가 되도록 한다.
상기 제2-7 단계(S270)를 통해, 제1 자유 면인 굴착 면(n)에는 2개의 자유 면이 형성된다. 즉, 제1 단계(S100)를 통해 형성된 선대구경에 의한 제2 자유 면(11)과 제2-7 단계(S270)를 통한 제1 심발공(21) 발파로 형성된 제3 자유 면(12)이다.
화약(3) 폭발에 따른 굴착률은 암석의 저항력인 구속압에 반비례하고 자유 면에 비례하므로, 선대구경(11)에 의한 제2 자유 면과 제1 심발공(21) 발파로 인한 제3 자유 면(12)에 의한 자유면 증대 효과가 발생하고 이로 인해, 이후(제3 단계) 화약(3) 폭발에 따른 굴착률이 증가하게 되는 것이다.
상기 제2-8 단계(S280)는 제1 심발공(21) 발파에 따라 형성된 제3 자유 면(12) 중, 굴착 방향의 제3 자유 면(n+1)에, 도 8의 A 그림과 같이, 천공 장비(예: 점보 드릴(2))를 이용하여 복수의 제2 심발공(21)을 형성한다.
상기 제2-9 단계(S290)는 제2-8 단계(S280)를 통해 굴착 방향의 제3 자유 면(n+1)에 형성된 복수의 제2 심발공(21)과 제2-6 단계(S260)를 통해 제1 자유 면인 굴착 면(n)에 형성된 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23)에, 도 8의 B 그림과 같이, 화약(3)을 설치한 후, 발파하여, 도 8의 C 그림과 같은 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면(n+1)이 형성되도록 한다.
이때, 상기 제2 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23)의 발파는 약간의 시차를 두고 제2 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23) 순서로 발파되는 순차적 발파이다. 외형적으로는 제2 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23)의 발파는 동시 발파처럼 느껴지나, 제2 심발공(21), 제1 확대공(22), 제1 외곽공(23)는 약간의 시차(1~2초)를 둔 순차 발파이다.
즉, 제2-9 단계(S290)를 통한 발파로, 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 굴착 면이 굴착 면(n)에서 전진하여(굴착되어) 새로운 굴착 면(n+1)이 된다.
상기 제3 단계(S300)는 제2 단계(S200)를 통해 형성된 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면에 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 단계이다.
상기 제3 단계(S300)는 제3-1 단계(S310), 제3-2 단계(S320), 제3-3 단계(S330)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기 제3 단계(S300)는, 도 1, 6에 도시된 바와 같이,
제2 단계(S200)를 통해 형성된 요철 형태의 새로운 굴착 면의 제3 자유면 중, 굴착 방향의 제3 자유 면에 심발공을 형성하는 제3-1 단계(S310)와,
제2 단계(S200)를 통해 형성된 요철 형태의 새로운 굴착 면 중, 제3 자유 면이 형성되지 않은 굴착 면에 확대공을 형성하고, 확대공 주변에 외곽공을 형성하는 제3-2 단계(S320)와,
심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 제3-3 단계(S330)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제3-1 단계(S310)는 제2 단계(S200)를 통해 형성된 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면(n+1)의 제3 자유면(12) 중, 굴착 방향의 제3 자유 면(n+2)에 천공 장비(예: 점보 드릴(2))를 이용해, 도 9의 A 그림과 같이, 복수의 심발공(21)을 형성하는 단계이다.
상기 제3-2 단계(S320)는 제2 단계(S200)를 통해 형성된 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면(n+1) 중, 제3 자유면(12)이 형성되지 않은 굴착 면(n+1)에, 도 9의 B 그림과 같이, 복수의 확대공(22)을 형성하고, 복수의 확대공(22) 주변에 복수의 외곽공(23)을 형성하는 단계이다.
상기 제3-3 단계(S330)는 심발공(21), 확대공(22), 외곽공(23)을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면(n+2)을 형성하는 단계이다.
즉, 상기 제3-1 단계(S310)를 통해 굴착 방향의 제3 자유 면(n+2)에 형성된 복수의 심발공(21)과 상기 제3-2 단계(S320)를 통해 굴착 면(n+1)에 형성된 확대공(22), 외곽공(23)에, 도 9의 C 그림과 같이, 화약(3)을 설치한 후, 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면(n+2)을 형성하는 것이다.
이때, 상기 심발공(21), 확대공(22), 외곽공(23)의 발파는 약간의 시차 두고 심발공(21), 확대공(22), 외곽공(23) 순으로 발파되는 순차적 발파이다. 외형적으로는 심발공(21), 확대공(22), 외곽공(23)의 발파는 동시 발파처럼 느껴지나, 심발공(21), 확대공(22), 외곽공(23)는 약간의 시차(1~2초)를 둔 순차 발파이다.
따라서 제3 단계(S300)를 통한 발파로, 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 굴착 면이 굴착 면(n+1)에서 전진하여(굴착되어) 새로운 굴착 면(n+2)이 된다.
상기 제4 단계(S400)는 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면에 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 과정을 목표 지점까지 반복하는 단계이다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1, 2 단계(S100, S200)를 통해 굴착 면(n+1)이 형성되고, 상기 제3 단계(S300)를 통해 굴착 면(n+2)이 형성되고, 상기 제4 단계(S300)를 통해 굴착 면이 굴착 면(n+3) → 굴착 면(n+4) · · · → 굴착 면(n+n’)으로 확장 진행되어 목표 지점까지 굴착되는 것이다.
여기서, 목표 지점이란 선대구경(11)이 천공된 마지막 지점(예: 최초 굴착 면에서 10~70m 깊이)이 될 수 있다.
상기 제4 단계(S400)의 진행에 따라 제2 자유 면인 선대구경(11)이 천공된 마지막 지점에 굴착 면(n+n’)이 형성되면, 다시 선대구경 천공기(1)를 이용하여, 새로운 선대구경(11)을 천공하여 새로운 제2 자유 면을 형성한 후, 상술한 제2~4단계를 진행하여 최종 공사 종료 지점까지 굴착 하게 되는 것이다.
이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
11 : 선대구경에 의한 제2 자유 면
12 : 심발공 발파에 의한 제3 자유 면
21 : 심발공, 22 : 확대공, 23 : 외곽공

Claims (7)

  1. 3개의 자유 면을 이용하여 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법에 있어서,
    제1 자유 면인 굴착 면에 제2 자유 면인 선대구경을 형성하는 제1 단계(S100)와;
    선대구경 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 일정 깊이의 제3 자유 면을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 제2 단계(S200)와;
    제2 단계(S200)를 통해 형성된 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면에 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 제3 단계(S300)와;
    제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면에 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 형성한 후, 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 과정을 목표 지점까지 반복하여 진행하는 제4 단계(S400)를 포함하되,

    상기 제3 단계(S300)는
    제2 단계(S200)를 통해 형성된 요철 형태의 새로운 굴착 면의 제3 자유면 중, 굴착 방향의 제3 자유 면에 심발공을 형성하는 제3-1 단계(S310)와,
    제2 단계(S200)를 통해 형성된 요철 형태의 새로운 굴착 면 중, 제3 자유 면이 형성되지 않은 굴착 면에 확대공을 형성하고, 확대공 주변에 외곽공을 형성하는 제3-2 단계(S320)와,
    심발공, 확대공, 외곽공을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 제3-3 단계(S330)를 포함하고,

    상기 선대구경은 무 장약공이고, 상기 심발공은 선대구경 주변에 형성되는 장약공이고, 상기 확대공은 심발공 주변에 형성되는 장약공이고, 상기 외곽공은 확대공 주변에 형성되는 장약공인 것을 특징으로 하는 3개의 자유 면을 이용하여 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계(S200)는,
    선대구경 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 복수의 제1 심발공을 형성하는 제2-1 단계(S210)와,
    복수의 제1 심발공을 발파하여 선대구경 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 일정 깊이의 제3 자유 면을 형성하는 제2-2 단계(S220)와,
    제1 심발공 발파에 따라 형성된 제3 자유면 중, 굴착 방향의 제3 자유 면에 복수의 제2 심발공을 형성하는 제2-3 단계(S230)와,
    제3 자유 면이 형성되지 않은 제1 자유 면인 굴착 면에 복수의 제1 확대공을 형성하고, 복수의 제1 확대공 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 복수의 제1 외곽공을 형성하는 제2-4 단계(S240)와,
    제2 심발공, 제1 확대공, 제1 외곽공들을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 제2-5 단계(S250)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3개의 자유 면을 이용하여 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계(S200)는,
    선대구경 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 복수의 제1 심발공을 형성하고, 복수의 제1 심발공 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 복수의 제1 확대공을 형성하고, 복수의 제1 확대공 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 복수의 제1 외곽공을 형성하는 제2-6 단계(S260)와,
    복수의 제1 심발공을 발파하여 선대구경 주변의 제1 자유 면인 굴착 면에 일정 깊이의 제3 자유 면을 형성하는 제2-7 단계(S270)와,
    복수의 제1 심발공 발파에 따라 형성된 제3 자유면 중, 굴착 방향의 제3 자유 면에 복수의 제2 심발공을 형성하는 제2-8 단계(S280)와,
    제2 심발공, 제1 확대공, 제1 외곽공들을 발파하여 제3 자유 면을 갖는 요철 형태의 새로운 굴착 면을 형성하는 제2-9 단계(S290)를 포함하는 것을 특징으로 하는 3개의 자유 면을 이용하여 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 선대구경의 직경과 천공 깊이는 각각 250~800㎜, 10~70m이고,
    상기 장약공인 심발공, 확대공, 외곽공의 직경과 천공 깊이는 각각 40~50㎜, 굴진장의 110%인 것을 특징으로 하되,
    상기 굴진장은 1회 발파에 의해 굴착될 것으로 예상되는 굴착 깊이인 것을 특징으로 하는 3개의 자유 면을 이용하여 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제2 심발공, 제1 확대공, 제1 외곽공의 발파는 제2 심발공, 제1 확대공, 제1 외곽공 순서로 발파되는 순차적 발파인 것을 특징으로 하는 3개의 자유 면을 이용하여 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 심발공, 확대공, 외곽공의 발파는 심발공, 확대공, 외곽공 순서로 발파되는 순차적 발파인 것을 특징으로 하는 3개의 자유 면을 이용하여 굴착 효율을 향상시키는 굴착 면 굴착 공법.
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