KR20030096702A

KR20030096702A - 터널의 천공각 및 천공경로 측량방법

Info

Publication number: KR20030096702A
Application number: KR1020020033703A
Authority: KR
Inventors: 김양균; 유정훈; 유진오
Original assignee: 코오롱건설주식회사
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2003-12-31
Also published as: KR100463260B1

Abstract

터널 굴착시 발파공을 이루는 천공구멍의 각도와 천공편차 등을 정확하고 용이하고 측정할 수 있도록 이루어진 터널의 천공각 및 천공경로 측량방법을 제공하기 위하여, 터널의 굴착을 위하여 천공된 천공구멍과 동일한 축방향을 유지하면서 천공구멍 외측으로 연장된 임의의 지점의 좌표를 측량하는 제1좌표측정단계;

상기 천공구멍이 시작되는 천공구멍 입구부의 좌표를 측량하는 제2좌표측정단계;

측정된 제1좌표와 제2좌표 데이터를 컴퓨터에 입력된 설계도에 3차원의 위치좌표로 표시하여 선으로 서로 연결하고, 이 선을 측정된 천공구멍의 깊이만큼 연장하여 그 결과가 컴퓨터에 표시되도록 하는 입력단계를 포함하는 터널의 천공각 및 천공경로 측정방법을 제공한다.

Description

터널의 천공각 및 천공경로 측량방법{METHODS TO MEASURE DRILLING PATH AND DRILLING ANGLE OF TUNNEL}

본 발명은 터널의 천공각 및 천공경로 측량방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널 굴착시 발파공을 이루는 천공구멍의 각도와 천공편차 등을 정확하고 용이하고 측정할 수 있도록 이루어진 터널의 천공각 및 천공경로 측량방법에 관한 것이다.

일반적으로 지하 심부 또는 지형을 관통하여 건설되는 터널은 대부분의 경우 발파를 이용하여 굴착이 이루어지고 있다. 발파를 이용한 터널 굴착은 먼저, 다수개의 구멍을 소정의 깊이로 천공하고 여기에 폭약을 장착한 후, 이 폭약을 발파시켜 일정한 깊이만큼 굴착하는 방식이다.

이러한 발파를 이용한 터널굴착시 가장 문제가 되는 것 중의 하나는 굴착면 주변에 형성되는 과대여굴(過大餘掘)(이하 여굴이라 칭함)로써, 여굴(餘掘)이란 계획된 굴착단면을 초과하여 그 주변에 여분으로 굴착된 부분을 말한다.

여굴발생의 가장 중요한 원인중 하나는 암반에 발파공을 형성시키기 위해 구멍을 뚫는 천공작업시 천공각이 과다하기 때문이다. 즉, 천공작업시 암반에 실제적으로 구멍을 뚫는 장치인 천공장비의 비트가 터널축과 평행을 이루지 못하고 과도하게 경사각을 이루고 있기 때문이다.

따라서, 굴진 때마다 암반속의 천공각도 및 천공경로를 정확하게 측정할 수 있다면 천공작업의 오류를 쉽게 수정할 수 있을 뿐만 아니라, 여굴의 발생을 최소화할 수 있다.

이렇게 여굴의 발생을 최소화할 수 있으면, 이를 메우기 위한 부가적인 시간 및 재료가 적게 소요되어 공사비용을 절감할 수 있다.

이러한 천공각 및 천공경로의 측정은, 굴착장비에 장착된 위치감지센서와 이 위치감지센서에서 측정된 좌표가 컴퓨터로 입력되어 비트의 천공각과 천공경로를 자동으로 측정할 수 있도록 된 장비가 사용되고 있다.

그러나, 이와 같이 천공각 및 천공경로를 측정할 수 있는 장치가 장착된 굴착장비 이외에는, 공사 현장에서 천공각과 천공경로를 측정할 수 있는 방법이 그어느 것도 마련되어 있지 않다.

따라서, 천공각 및 천공경로를 측정하기 위해서는 측정장치가 장착된 것을 구비하여야되는데, 이러한 것은 매우 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 발파공의 천공상태를 정확하고 용이하고 측정할 수 있도록 이루어진 터널의 천공각 및 천공경로 측정방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 터널의 굴착을 위하여 천공된 천공구멍과 동일한 축방향을 유지하면서 천공구멍 외측으로 연장된 임의의 지점의 좌표를 측량하는 제1좌표측정단계;

상기 제1,제2좌표측정단계는 천공구멍에 타겟이 부착된 로드를 삽입하고, 이 로드를 천공구멍과 동일한 축방향으로 전진 또는 후진하여 타겟의 좌표를 측정하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 천공장비의 비트를 천공하려는 부분에 위치시키고, 이 비트의 가이드레일 역할을 하는 피드(feed)부의 좌표를 측량하는 제1좌표측정단계;

상기 천공장비로 천공을 완료한 후, 천공구멍 입구부의 좌표를 측량하는 제2좌표측정단계;

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1실시예에 의한 터널의 천공각 및 천공경로 측정방법을 위하여 천공구멍의 좌표측량을 나타내는 터널의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 터널의 천공구멍의 좌표를 측정하기 위하여 제공된 타겟부재의 단면도.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2실시예에 의한 터널의 천공각 및 천공경로 측정방법을 설명하기 위한 터널의 평단면도 및 정단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 터널의 천공각 및 천공경로 측정방법에 있어서 천공구멍의 좌표측량을 나타내기 위한 터널의 굴착단면도로서, 터널을 굴착하기 위하여 터널(2) 막장에는 폭약을 장착할 수 있도록 소정의 깊이와 각도로 다수개의 천공구멍(4)을 뚫게 된다.

이러한 천공구멍(4)의 천공작업은 터널굴착에 있어서 가장 기본적이면서도 가장 중요한 작업중의 하나로서, 천공구멍(4)의 각도 및 길이에 따라서 터널의 굴착정도가 정해진다.

이렇게 천공구멍(4)이 형성되면, 천공구멍(4)에 타겟부재(6)를 삽입하고, 광파기와 같은 측량장비(8)를 이용하여 천공구멍(4)의 각도 및 천공경로를 측량하게 된다.

본 실시예에 제공된 타겟부재(6)는, 도 2에 도시된 바와 같이 천공구멍(4)에삽입될 수 있도록 소정의 직경과 길이를 갖는 원통형의 파이프(10)와, 이 파이프 (10)의 내측에서 이동 가능하게 삽입되고 선단부에 타겟(12)이 고정된 로드 (14)와, 상기 파이프(10)가 천공구멍(4)과 동일한 축방향으로 위치할 수 있도록 함과 동시에 천공구멍(4)에 삽입된 상태를 견고하게 유지하는 패킹(16)으로 이루어진다.

그리고 상기 측량장비(8)는 타겟부재(6)에 설치된 타겟(12)의 좌표를 측량하기 위한 장비로서, 예를 들면 측정지점인 타겟(12)을 향해 레이저 발진장치에서 빛을 발사하여 그 반사파를 수신하는 방법으로 타겟(12)의 위치좌표를 측량하는 광파기 등이 사용될 수 있다.

이와 같은 장비를 이용하여 터널의 천공각 및 천공경로를 측정하려면, 먼저 도 1a에서와 같이 천공구멍(4)에 타겟부재(6)를 삽입하여 고정하고, 타겟부재(6)의 로드(14)를 파이프(10)에서 최대한 인출한 후, 터널 후방에서 측량장비(8)를 이용하여 로드(14)에 고정된 타겟(12)의 좌표인 제1지점의 좌표를 측량한다.

그 다음 도 1b에서와 같이 인출된 로드(14)를 파이프(10)에 최대한 삽입하여 타켓(12)이 천공구멍(4)의 입구부에 위치하도록 한 상태에서 측량장비(8)를 이용하여 타겟(12)의 제2지점의 좌표인 천공구멍(4)의 입구부 좌표를 측량한다.

이렇게 제1좌표 및 제2좌표가 측량되면, 이 좌표 데이터를 컴퓨터에 입력된 터널설계도에 3차원의 위치좌표로 표시하여 선으로 서로 연결하고, 이 선을 미리 측정한 천공구멍(4)의 깊이만큼 연장하면, 천공된 천공구멍(4)의 천공각 및 외향천공거리를 쉽게 확인할 수 있게된다.

상기에서 컴퓨터에 입력된 터널설계도는 3차원의 위치좌표 표시가 가능한 오토캐드(Auto cad)로 작성된 것이 사용될 수 있는데, 그 이외에도 3차원으로 좌표를 표시할 수 있도록 이루어진 프로그램은 모두 사용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 터널의 천공각 및 천공경로 측정방법으로서, 제1실시예에서는 천공작업이 완료된 후 천공구멍의 각도 및 경로를 측량하여 그 데이터를 컴퓨터에 입력하는 것으로 나타내고 있는데, 제2실시예에서는 천공작업과 동시에 제1좌표를 측량하고, 천공작업이 완료된 후 천공구멍 입구부위 좌표를 측량하여 그 데이터를 컴퓨터에 입력하는 것으로 터널의 천공각 및 천공경로 측정하고 있다.

즉, 도 3a 및 도 3b에서와 같이, 천공작업시 천공장비(20)에서 실제 천공을 수행하는 부위인 비트(bit)(22)의 가이드레일 역할을 하는 피드(feed)부 끝단부에 타겟(24)을 설치한 채, 비트(bit)(22)를 천공하고자 하는 부분에 위치시킨 후, 이 타겟(24)의 제1지점의 좌표(A)를 도시되지 않은 측량장비를 이용하여 측량한다.

그리고 천공장비(20)를 이용하여 천공이 완료되면, 천공구멍(26) 입구부에 타겟을 위치시켜 천공구멍(26) 입구부의 좌표인 제2지점의 좌표(B)를 도시되지 않은 측량장비를 이용하여 측량한다.

이렇게 측량된 제1,제2좌표(A)(B)는 제1실시예와 동일하게 그 좌표데이터를 컴퓨터에 입력하면, 그 결과가 컴퓨터에 표시되어 터널에 천공된 천공구멍(26)의 천공각 및 천공경로를 측정할 수 있게된다.

상기에서는 컴퓨터에 제1,제2좌표를 입력하여 천공각 및 외향천공거리를 포함하는 천공경로를 모두 나타낼 수 있지만, 천공각만을 알고자 할 경우에는, 아래와 같은 수식에 의하여 간단히 계산할 수 있다.

즉, 상기 제1, 제2실시예에서 측량된 제1지점의 좌표를 P1이라 하고, 제2지점의 좌표를 P2라고 가정할 때,

가. 터널축의 기울기: ℓ1,m1,n1

터널중심축에 평행한 임의지점의 두좌표: A1=(X1,Y1,Z1), A2=(X2,Y2,Z2)

ℓ1=(X1-X2), m1=(Y1-Y2), n1=(Z1-Z2)

나. 천공경로의 기울기: ℓ2,m2,n2

측정된 두지점의 좌표: P1=(x1,y1,z1), P2=(x2,y2,z2)

ℓ2=(x1-x2), m2=(y1-y2), n2=(z1-z2)

다. 천공각

상기 ℓ1,m1,n1과 ℓ2,m2,n2를 이용하여 다음과 같은 수식에 의하여 천공각을 계산할 수 있다.

이와 같은 수식을 이용하여 터널에 뚫린 천공구멍의 천공각도를 계산하면 여굴의 발생을 최소화하면서 터널을 굴착할 수 있게된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 터널의 천공각 및 천공경로 측정방법은, 천공구멍의 각도와 천공경로를 기존에 사용되는 타겟 및 광파기를 이용하여 비교적 용이한 방법으로 정확하게 측정할 수 있으므로 터널굴착시 여굴의 발생을 최소화할 수 있다.

Claims

터널의 굴착을 위하여 천공된 천공구멍과 동일한 축방향을 유지하면서 천공구멍 외측으로 연장된 임의의 지점의 좌표를 측량하는 제1좌표측정단계;

상기 천공구멍이 시작되는 천공구멍 입구부의 좌표를 측량하는 제2좌표측정단계;

측정된 제1좌표와 제2좌표 데이터를 컴퓨터에 입력된 설계도에 3차원의 위치좌표로 표시하여 선으로 서로 연결하고, 이 선을 측정된 천공구멍의 깊이만큼 연장하여 그 결과가 컴퓨터에 표시되도록 하는 입력단계를 포함하는 터널의 천공각 및 천공경로 측정방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제1,제2좌표측정단계는 천공구멍에 타겟이 부착된 로드를 삽입하고, 이 로드를 천공구멍과 동일한 축방향으로 전진 또는 후진하여 타겟의 좌표를 측정하는 것을 특징으로 하는 터널의 천공각 및 천공경로 측정방법.
천공장비의 비트를 천공하려는 부분에 위치시키고, 이 비트의 가이드레일 역할을 하는 피드(feed)부의 좌표를 측량하는 제1좌표측정단계;

상기 천공장비로 천공을 완료한 후, 천공구멍 입구부의 좌표를 측량하는 제2좌표측정단계;

측정된 제1좌표와 제2좌표 데이터를 컴퓨터에 입력된 설계도에 3차원의 위치좌표로 표시하여 선으로 서로 연결하고, 이 선을 측정된 천공구멍의 깊이만큼 연장하여 그 데이터가 자동으로 컴퓨터에 표시되도록 하는 데이터입력단계를 포함하는 터널의 천공각 및 천공경로 측정방법.