KR20020028404A

KR20020028404A - 지하공간 및 tunnel 소단면 분할advance 발파에 의한 굴착 및 지보 공법

Info

Publication number: KR20020028404A
Application number: KR1020000059368A
Authority: KR
Inventors: 이동윤
Original assignee: 이동윤
Priority date: 2000-10-09
Filing date: 2000-10-09
Publication date: 2002-04-17
Also published as: KR100418133B1

Abstract

지하공간 이용을 위한 비축, 저장 및 생활공간과 도로, 철도 및 해저 교통터널의 수요가 늘어감에 따라 이를 굴착하기 위한 굴착장비와 천공장비가 첨단화되고 있으나 발파공법에 비해 적용성과 경제성이 우수한 공법은 아직 개발되지 않고 있으며 발파에 의한 굴착공법이 보편화되어 있다.

그러나, 발파에 의한 굴착공법은 적용 장소가 극히 제한적이고 작업 여건이 취약할 뿐 아니라 화약류를 취급하는 위험성을 내포하고 있어 공법의 창의적인 개발이 어렵다.

발파공정은 적용 공사의 선행공정이며 발파의 결과가 후속공정에 미치는 영향은 대단히 중요하다. 그러나 발파기술의 사용이 기능인력의 주도하에 이루어지는 경향이 있어 시공방법이 구태에서 벗어나지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 - 터널을 전단면으로 굴착할 경우 터널주변 암반의 자립이 어려운 암반에서 터널 원지반을 손상시키지 않고 굴착 할 수 있는 단면 분할 및 일시에 전단면을 굴착 할 수 있는 소단면 분할 ADVANCE 굴착 방법.

- 지보 간격에 따라 굴진 속도를 저속굴진, 고속굴진, 급속굴진으로 분류하고 암반 상태 및 작업상황에 적합한 작업PATTERN 을 결정하는 방법.

- 굴착 단면을 상,하반으로 분할하여 상반 선진 굴착 방법으로 시공 할 때 하단의 BENCH를 ADVANCE와 PILLAR로 분할하여 굴착하는 방법.

- 공당 장약량 및 지발당 장약량의 제한을 필요로 하는 장소에서발파효율을 향상시키면서 진동제어를 효과적으로 할 수 있는 분할장약 방법.

- 전반적으로 발파효율 및 작업능률을 향상시키고 안전성을 유지하여 경제적인 시공이 될 수 있는 공법을 제공하는 것이다.

Description

지하공간 및 터널 소단면 분할어드밴스 발파에 의한 굴착 및 지보 공법{.}

가. 발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래의 기술

본 발명은 지하공간 및 터널을 발파에 의해 굴착 시공함에 있어 원지반의 이완 영향을 최소화하고 굴착 후 최단시간 내에 지보공을 완벽하게 설치 할 수 있는 방법이다.

먼저 터널 설계 굴착단면의 축소형 분할 소단면 ADVANCE를 지보 간격에 맞춰 1지보 간격 ,2지보 간격, 3지보 간격으로 굴착한다. 이때 ADVANCE 주위 암반은 PILLAR(광주) 역할을 하며 원지반을 지지한다. 그러므로 소단면 굴착 발파로 인한 원지반의 소성영역 확장이 방지되고 2차 PILLAR 단면 확장발파는 완전 2자유면을 확보한 상태에서 천공발파 하므로써 발파 손상권이 원지반에 미치는 영향을 감소시킬 수 있다. 그리고 굴착 막장면과 지보간의 간격이 적게 유지되어 최단 시간내에 시공하므로서 굴착암반의 자립한계 시간 내에 지보를 완료 할 수 있고 설계에 따라 INVERT 시공을 겸한 굴진이 가능한 공법이다.

종래의 지하공간 및 터널 분할굴착 및 지보 공법으로는 제1도에 도시한 여러 가지 분할 시공방법이 개발 적용되고 있으나 주로 상, 하 단을 BENCH로 분할하고 상단부를 먼저 굴착하고 지보를 시행하여 일정 구간을 진행한다. 그리고 암질의 변화로 굴착 단면을 변경해야 할 경우나 상단 굴착 진행장이 길어져 터널 내력에 영향을 주게되는 경우 상단 굴착을 중단하고 하단부를 굴착하는 방법을 시행하고 있다.

나. 이러한 종래 터널 분할 굴착 방법의 단점이 되는 문제점.

상단부 굴착시 시공된 터널 천반 및 측벽의 ROCK BOLT, WIRE MESH 및 강재지보 등에 의해 지지되는 터널 주변 원지반의 소성역역이 하단부 발파 굴착에 의해 이완을 초래할 수 있는 점.

상단부 굴착시 시공된 강재지보의 지지점 하단부를 발파 굴착하여 지주를 연장 시공할 때 지주가 받고 있는 응력의 이완으로 터널의 붕괴 및 터널 원지반 내력파괴의 원인이 될 수 있는 점.

상단부 굴착이 상당구간 진행 한 후 하단부 굴착을 위하여 전선, 풍관, 표지판, 배수로, 터널 로상 등 갱내 시설물을 철거 재 설치해야 하는 점.

하단 벤치 발파시 이용되는 천공 장비가 JUMBO DRILL로서 수평 BENCH-CUT로 천공 발파하게 되므로 발파풍압 및 비석이 주변터널 및 천반으로 비산하여 기 시공된 지보와 터널 벽을 타격 하여 지보재의 균열, 파손 및 원지반 손상을 초래하게 되는 점.

지보 구간 상단부 굴착이 무지보 전단면 굴착 구간에 도달된 경우 바닥LEVEL이 차이가 발생하므로 역구배를 극복하기 위한 배수 시설 및 로상을 재 설치하거나 하단 굴착 완료 시점까지 전단면 굴착을 중단하게 되므로 공기 지연 및 원가 상승의 요인이 되는 점.

상단 굴착시 연약 지반으로 인해 INVERT 시공이 불가피한 경우에 INVERT를 추가시공하거나 INVERT시공 시기 지연으로 터널 안정에 악영향을 미치게 되는 점.

하단 굴착이 완료되는 시점까지 터널 후속 공정을 시행 할 수 없으므로 공정지연이 초래되는 점.

따라서 터널 굴착 시점으로 부터 CONCRETE LINING 시공 까지의 장기간이 소요되어 터널 원지반의 면압권대 확장이 초래되는 점.

등으로 인해 터널 시공 공기 지연 .시공원가 상승 및 터널 안정성 유지에 문제가 있었다.

따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하는 공법으로 발파 효과를 최대로 유지하고 원지반 손상영향을 감소시키고 공정을 단축 할 수 있는 발파 및 지보 방법을 제시하고자 하는 것이다.

본 발명은 터널을 전단면으로 굴착 할 경우 터널주변 암반의 자립이 어려운 암반에서 터널 원지반을 손상시키지 않고 굴착 할 수 있는 단면 분할 및 일시에 전단면을 굴착 할 수 있는 소단면 분할 ADVANCE 굴착 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 지보 간격에 따라 굴진 속도를 저속굴진, 고속굴진, 급속굴진으로 분류하고 암반상태 및 작업상황에 적합한 작업PATTERN을 결정하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 설계 굴착 단면을 상,하반으로 분할하여 상반 선진방법으로 시공 할 때 하단 BENCH를 ADVANCE와 PILLAR로 분할하여 굴착하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 공당 장약량 및 지발당 장약량의 제한을 필요로 하는 장소에서 발파효율을 향상시키면서 진동제어를 효과적으로 할 수 있는 분할장약 방법을 제공하는데 있다.

제1도는 종래 기술의 단면분할 굴착 횡단면도.

제2-A도는 본 발명의 저속굴진 (소단면분할 1지보 간격 ADVANCE) 굴착 및 지보 시공순서도면.

제2-B도는 본 발명의 고속굴진 (소단면분할 2지보 간격 ADVANCE ) 굴착 및 지보 시공순서도면

제2-C도는 본 발명의 급속 굴진 (소단면분할 3지보 간격 ADVANCE ) 굴착 및 지보 시공순서도면

제3도는 본 발명의 발파진동 제어를 위한 분할 장약 방법도면.

제3-A도는 제3도의 분할 장약방법을 고속굴진 ADVANCE 단면 천공 PATTERN에 적용한 도면.

제4도는 종래의 상반선진 상,하반 분할굴착 방법에 적용한 본 발명의 하반 분할 ADVANCE BENCH-CUT공법 굴착 및 지보 시공 순서 도면.

제4-1도는 제4도의 하반 분할 ADVANCE BENCH-CUT공법의 천공 PATTERN도.

도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

1 : ADVANCE 단면.

2 : PILLAR 단면.

3 : 강재지보.

4 : 메지.

5 : 폭약.

6 : 전폭약포.

7 : 뇌관.

8 : 각선.

9 : 수평공.

10 : 각도공(BABY-V).

11 : 각도공(MAIN-V).

12 : 상반단면.

13 : 하반단면.

14 : 상단 강재지보.

15 : 하단 강재지보.

16 : BENCH ADVANCE 단면.

17 : BENCH PILLAR 단면.

◇ 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 설명하면 다음과 같다.

제2-A도 내지 제2-C도에 도시한 바와 같이, 지하공간 및 터널을 발파에 의해굴착하는 방법에 있어서 굴착할 전단면을 ADVANCE(1)와 PILLAR(2)로 단면분할하고 이 분할단면의 ADVANC를 먼저 천공 발파하여 버럭을 처리 한 후에 PILLAR를 천공발파하여 버럭을 처리하고 난 후 지보를 시공하여 전단면을 일시에 굴착 진행하게 함을 그 기술구성의 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 암반상태에 적합한 설계 굴착 단면의 ADVANCE를 굴착장에 따라 구분하고 저속굴진은 1지보 간격(1-1), 고속굴진은 2지보 간격(1-1),(1-2), 급속굴진은 3지보 간격(1-1),(1-2),(1-3)을 천공발파하여 작업CYCLE을 조절하게 하는 것을 본 발명의 핵심적인 기술로 하고 있다.

본 발명은 지하공간 및 터널 단면을 발파공법에 의해 굴착함에 있어 전단면 굴착을 할 경우 연약 암반에서는 터널 원지반의 자립 및 터널 안정이 문제시되며 붕괴, 붕락 등의 우려가 있을 때 전단면을 ADVANCE와 PILLAR로 단면을 분할굴착 한다.

이때 ADVANCE단면부는 터널 1자유면 상태에서 천공장 별로 심발 발파 효과를 충분히 발휘 할 수 있고 발파 후 굴삭 장비로 버럭 처리에 지장을 초래하지 않는 범위의 최소단면(4m×4m∼5m×5m)으로 결정되며 이 단면 발파 진동은 천공장 및 장약량에 비례하여 폭굉파가 크게 작용하는 단면부로 분할 단면중 이 부분을 먼저 천공 발파한다.

이 단면 발파 결과는 전방막장의 암반, 지질, 및 용수 등 상태 변화점검, 굴착암반의 발파로 인한 원지반에 미치는 영향 확인, PILLAR단면 확장 발파시 2자유면을 확보하는 등 역할을 한다. 이 단면부는 이전 막장작업에서 시공된 지보와 근접되어 ADVANCE단면의 천공발파로 발생되는 폭굉파로 인한 면압권대 확장을 막고 원지반을 지지하는 광주 역할을 하며 먼저 발파된 ADVANCE발파로 생성된 공동이 완전 2자유면을 제공한 상태에서 발파되어 ADVANCE의 공동으로 비산되도록 요할 발파를 하므로 폭굉파가 적게 발생하며 기 설치된 지보로 발파 비석이 비산되지 않아 지보의 이완 및 갱내 시설물 파손을 방지하며 발파 충격이원지반에 미치는 영향은 감소된다.

본 발명의 굴착 및 지보 진행 공법별 명칭은 ADVENCE단면 1회 굴착장에 따라

1지보 간격 굴착 : 저속굴진(제2-A도)

2지보 간격 굴착 : 고속굴진(제2-B도)

3지보 간격 굴착 : 급속굴진(제2-C도)로 구분하며

본 발명의 터널적용 굴착 공법별 ADVANCE 굴착장을 예시하면 표1과 같다.

본 발명의 암반상태에 따른 공법별 적용조건은 표2와와 같다.

본 발명의 시공순서를 첨부된 도면에 의하여 설명하면

(1). 저속굴진(1지보 ADVANCE소단면 분할굴착)

① 제2-A도 에서 소단면 ADVANCE(1)부분을 천공 발파

② 버럭처리 후 막장 관찰

③ PILLAR(2)천공발파

④ 버럭처리

⑤ 1차SHOTCREAT1차WIREMESHROCK BOLT

⑥ 강지보재(3)설치2차SHOTCRETE2차WIREMESH3차SHOTCRETE

(2). 고속굴진(2지보 ADVANCE소단면 분할굴착)

① 제2-B도에서 소단면ADVANCE(1-1)(1-2)부분을 천공발파

② 버럭처리 후 막장관찰

③ PILLAR(2-1)천공발파

④ 버럭처리

⑤ 1차SHOTCREAT1차WIREMESHROCK BOLT

⑥ 강지보재(3-1)설치2차SHOTCRETE2차WIREMESH3차SHOTCRETE

⑦ PILLAR(2-2)천공발파

⑧ 버럭 처리

⑨ 1차SHOTCREAT1차WIREMESHROCK BOLT

⑩ 강지보재(3-2)설치2차SHOTCRETE2차WIREMESH3차SHOTCRETE

(3). 급속굴진(3지보ADVANCE소단면 분할굴착)

① 제2-C도에서 소단면ADVANCE(1-1)(1-2)(1-3)부분을 천공발파

② 버럭처리후 막장관찰

③ PILLAR(2-1)천공발파

④ 버럭 처리

⑤ 1차SHOTCREAT1차WIREMESHROCK BOLT

⑥ 강지보재(3-1)설치2차SHOTCRETE2차WIREMESH3차SHOTCRETE

⑦ PILLAR(2-2)천공발파

⑧ 버럭 처리

⑨ 1차SHOTCREAT1차WIREMESHROCK BOLT

⑩ 강지보재(3-2)설치2차SHOTCRETE2차WIREMESH3차SHOTCRETE

⑪ PILLAR(2-3)천공발파

⑫ 버럭 처리

⑬ 1차SHOTCREAT1차WIREMESHROCK BOLT

⑭ 강지보재(3-3)설치2차SHOTCRETE2차WIREMESH3차SHOTCRETE

상기와 같은 본 발명과 종래의 단면분할 굴착방법에 따른 장단점을 표3에서 나타내었다.

상기 표3에서 나타낸 바와 같이 본 발명은 터널 안정에 적합한 단면 분할 및 전단면을 일시에 굴착하는 능률적인 공법이며 공기를 단축하여 시공원가를 절감하게 할 수 있는 공법임을 명확하게 알 수 있다.

◇ 본 발명이 위에서 제시하는 단면 분할 굴착 공법이 종래의 단면분할 굴착 공법과 시공 준비 단계에서 달라지는 것 중 가장 중요한 것은 강재지보의 접속부가종래의 4매쉬에서 2매쉬로 바뀌는 것이다.

따라서 1쉬의 강재가 길어져 운반에 다소 불편한 점이 있을 수 있으나 접속부에 소요되는 부재의 수량이 반으로 줄어들고 1SET가 일시에 시공 되므로 재료비 및 인건비 절감을 기할 수 있다.

◇ 그러나 본 발명의 단점으로 지적된 문제점으로는 ADVANCE 천공장이 고속굴진 및 급속굴진시에는 천공장에 비례하여 증가하게 된다.

따라서 종례의 장약 및 기폭방법으로는 발파진동을 제어하는 방법으로

- 천공패턴의 공간간격을 가깝게하여 공당 장약량을 줄이는 방법

- 지발 전기내관 및 비전기식 놔관의 기폭단차를 이용한 동시기폭 지발공수를 줄이는 방법

- 비전기식 뇌관 및 다단발파기를 이용한 회로분할 방법으로 1공식 기폭시키는 방법이 채택되고 있으나, 위의 방법으로 달성할수 있는 최대효과는 시차를 이용하여 1공식 기폭시키는 방법이다.

그러나, 1회 굴착장이 클수록 CYCLE TIME 및 시공원가의 절감을 기할 수 있으므로 적정발파설계는 비천공장 및 비장약량이 적고 발파효율을 충족시킬 수 있으면서 발파진동을 기준치 이내로 관리할 수 있어야 한다.

그런데 본 발명의 ADVANCE 분할 고속굴진 및 급속굴진은 ADVANCE 굴착단면의 천공장이 종래의 천공장에 비해 2배∼3배로 늘어나는 결과가 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하는 방법으로 공당 장약량을 분할하여 장약하는 방법을 제시하고자 하는 것이다.

본 발명의 분할 장약방법에 대한 일 실시예를 첨부된 도면제3도에 의하여 설명하면

※ 제3-A도의 (가)도는 고속굴진시 2단 분할장약을 나타낸 도면으로

①. 공당 설계장약량을 전폭약포를 포함하여 2등분으로 나눈다.

②. 전폭약포(6-2) →폭약 순으로 장약한다.

③. 메지를 충진한다.(메지장은 천공장의 1/2까지 채 운다.)

④. 전폭약포(6-1) →폭약 순으로 장약한다.

⑤. 메지를 다진다.

[단, 전폭약포의 기폭뇌관의 단차는 (6-1) →(6-2)의 순으로 한다.]

※ 제3도의 (나)도는 급속굴진시 3단 분할장약을 나타내는 도면으로

①. 공당 설계장약량을 전포약포를 포함하여 3등분으로 나눈다.

②. 전폭약포(6-3) →폭약 순으로 장약한다.

③. 메지를 충진한다.(메지장은 천공장의 1/3까지 채 운다.)

④. 전폭약포(6-2) →폭약 순으로 장약한다.

⑤. 메지를 충진한다.(메지장은 천공장의 2/3까지 채운다)

⑥. 전폭약포(6-3) →폭약 순으로 장약한다.

⑦. 메지를 다진다.

[단, 전폭약포의 기폭뇌관의 단차는 (6-1) →(6-2) →(6-3)의 순으로 한다.]

상기와 같은 본 발명 일실시 예에 따른 ADVANCE 분할 단면의 천공배치도는제3도 및 제3-A도에 도시되어 있으며 이러한 분할 장약방법은 계획천공장에 대한 발파효율을 충족하면서 발파진동을 관리 기준치 이내로 감소시킬 수 있는 방법이다.

◇ 그리고, 본 발명은 종래의 단면 분할 방식에 의한 상반 선진 굴착 방법으로 시공방법이 결정된 경우의 분할 굴착 방법이 하단 천공 발파에 의해 상단 지보가 받는 충격을 감소시킬 수 있는 제시 하고자 한다.

종래의 하단 분할 굴착 방법은 하단 굴착 단면을 종단으로 좌측과 우측으로 2 분할하고 그 한쪽을 먼저 수 m에서 수십 m까지 선진 굴착하고 나머지 반쪽은 먼저 굴진된 상단 굴착 막장의 차량, 장비 및 버럭 운반을 위해 RAMP를 설치하여 통행로로 이용하는 방법이다.

그러나, 상단 지보의 한쪽 하단을 선진 굴착하여 하단 강지보를 시공하는 구간의 거리가 멀어질수록 먼저 시공된 상단 지보의 이완 영향은 더욱 커지게 된다.

본 발명은 제4도(나)와 같이 하단 ADVANCE 발파로 발생되는 버럭을 LOADER의 SHOVEL작업 및 차량, 장비의 통행이 가능한 폭(4∼5m)으로 BENCH 중앙부의 ADVANCE(16) 단면과 양측부의 PILLAR(17)로 분할하고 ADVANCE를 제4-1도에 예시한 천공 PATTERN(가-1), (가-2)에 의해 천공하여 일시에 발파한다.

그리고, 굴진방향 끝부분에 RAMP를 설치하여 통행로로 이용하며 나머지 PILLAR를 제4-1도에 예시한 천공 PATTERN(나-1),(나-2)와 같이 양측을 동시에 발파하여 하단 지보를 연장 시공하는 방법이다.

이때, 하단 지보가 연장되어 시공 완료된 지보와 상단 지보 사이의 발파에의한 지주의 지지점이 들리는 종단 간격은 PILLAR의 천공장과 동일한 간격으로써 강재지보의 양쪽 하단을 동시에 연장시공할 수 있어 터널 안정성이 유지될 수 있는 공법이다.

본 발명은 지하공간 및 터널 단면을 ADVANCE와 PILLAR로 분할 굴착하는 방법으로 ADVANCE 굴착시는 PILLAR가 광주 역할을 하고 PILLAR 단면을 굴착시는 먼저 굴착된 ADVANCE 굴착으로 인해 형성된 2자유면 상태에서 발파를 하게되므로 발파 영향에 의한 지보 및 원지반 손상을 방지할 수 있다.

또한, 먼저 시공된 지보와 PILLAR 굴착 막장간격이 1지보 간격으로 유지되므로 굴착면 폐합이 빠르고 굴착시에 INVERT 시공을 할 수 있어 원지반의 이완을 방지할 수 있다.

또한, 굴진속도 조절이 용이하고 후속공정 작업이 조속히 따라올 수 있어 전체적인 공정이 단축된다.

또한, 전방막장 암질변화 및 용수상태를 ADVANCE 굴착시 확인할 수 있으며 강재지보의 시공 후 지지점 변동이 없어 터널 안정성 유지에 유리하다.

전반적으로 공기가 단축되고 시공이 안전하며 터널 안전성이 유지될 뿐 아니라 시공원가가 절감되므로 경제적인 효과가 크다.

Claims

지하공간 및 터널을 발파에 의해 굴착하는 방법에 있어 설계굴착 단면을 소단면 ADVANCE(1) 와 PILLAR(2) 단면으로 분할하여 굴착하는 것을 특징으로 하는 터널 분할 발파방법.
제 1항에 있어서 소단면 분할 ADVANCE(1)를 굴착장에 따라 저속굴진, 고속굴진, 급속굴진으로 구분하여 굴착하고 PILLAER(2)를 굴착과 동시에 지보를 시행하여 전단면을 일시에 굴진하는 작업방식을 특징으로 하는 굴진방법.
제 1항에 있어서 터널 소단면 ADVANCE 분할 굴착방법에 따라 SHOTCRETE, ROCK BOLT, WIRE MESH 및 강재지보를 PILLAR(2) 굴착과 동시에 전단면 터널 외곽에 일시에 완벽하게 시공하는 것을 특징으로 하는 지보 시공방법.
지하공간, 터널, 사면절취, 수직구 및 터파기 안 파쇄 등에 적용하는 천공 발파작업에 있어서 계획 천공장에 대한 발파효율과 발파진동 제어효과를 충족시키기 위하여 동일 천공내 장약을 여러 단으로 분할 장약하고 기폭 단차를 두어 순차적으로 기폭시키는 것을 특징으로 하는 전기뇌관 및 비전기식 뇌관을 이용한 기폭 및 발파방법.
지하공간 및 터널을 발파에 의해 굴착하는 방법에 있어서 설계 굴착단면을 상, 하반으로 분할 상반 선진 굴착방법으로 시공할 때 하단의 BENCH를 ADVANCE(16)와 PILLAR(17)로 분할하여 굴착하는 작업방식을 특징으로 하는 발파 및 지보방법.