KR20060031668A - 로터리 퍼쿠션 조사를 위한 측정 시스템과 로터리 퍼쿠션천공에너지를 측정하여 지반과 암반을 평가하는 방법 - Google Patents

로터리 퍼쿠션 조사를 위한 측정 시스템과 로터리 퍼쿠션천공에너지를 측정하여 지반과 암반을 평가하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 Rotary percussion hammer가 부착된 기존의 시추기나 천공기계에 센서를 부착하여 관입심도 관입속도 헴머압력 관입압력 회전압력 분당 회전수를 측정하고 저장하는 시스템과 측정된 자료로 지반과 암반을 평가하는 방법이다.
본 발명으로 지반조사 시 물과 케이싱을 사용하지 않고 시추rod 만으로 빠르게 심도별 지반의 연경도와 기반암의 심도를 알 수 있고, 암반 발파공을 위한 천공이나 rockbolt 시공을 위한 천공 시 심도별 암반의 연경도와 파쇄대를 평가할 수 있다.
percussion hammer(drifter), 지반조사, 암반평가, 시추기, 표준관입시험

Description

로터리 퍼쿠션 조사를 위한 측정 시스템과 로터리 퍼쿠션 천공에너지를 측정하여 지반과 암반을 평가하는 방법{measurement system for rotary percussion sounding and evaluation method of soil and rock by drill energy of rotary percussion}
도 1은 rotary percussion hammer가 부착된 기존의 시추기에 부착할 센서와 측정시스템의 개략적인 단면도이다.
도 2는 rotary percussion hammer가 부착된 기존의 시추기의 개략적인 단면도이다.
도 3은 rotary percussion hammer의 천공원리이다.
도 4은 percussion hammer의 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 유압호스 2 유압 게이지 박스 3 rod 4 지반 5 bit 6 유압모터 7 회전수 감지기 8 percussion hammer 9 심도계 10 헴머 압력센서 11 연직관입 압력센서 12 회전 압력센서 13 케이싱 14 percussion hammer 피스톤 a 연직하중 b percussion hammer 타격 c 회전력 d 관입속도측정
e percussion hammer 유압의 작용면적 f percussion hammer유압의 출입구
본 발명은 지반이나 암반 천공용 rotary percussion hammer가 부착된 기존의 시추기나 천공기계에 센서를 부착하여 관입심도, 관입속도, 헴머압력, 관입압력, 회전압력, 분당 회전수를 측정하고 저장하는 시스템과 측정된 자료로 지반과 암반을 평가하는 방법이다.
도 3은 rotary percussion hammer의 천공원리이다. 천공 시 연직하중(a),헴머타격 (b), 회전(c)력이 동시에 bit에 전달되어 지반이나 암반을 절삭 천공한다.
도 4는 percussion hammer의 단면도이다. 유압의 유입과 출입(f)으로 percussion hammer 피스톤(14)이 분당 1,800에서 2400회 상하운동한다. 이 상하운동이 bit에 전달되어 지반이나 암반을 파쇄한다. 시추조사 시 시추기에 상부에 부착된 percussion hammer(8)는 국내에서 drifter라 칭한다.
지반조사 시 시추기로 물과 케이싱을 이용하여 지반을 천공한 후 케이싱 내부에서 표준관입시험을 한다. 표준관입시험(S.P.T)는 표준관입시험 용 Sampler를 케이싱 내부에 넣고 지표면에서 63.5kg의 헴머를 낙하고 76cm에서 낙하시켜 Sampler가 30cm 관입 될 때의 타격 횟수(N치)를 측정하는 방법이다. 케이싱 천공 시 percussion hammer는 시추 케이싱의 관입속도를 증가시킬 용도로만 사용되어 왔다. 표준관입시험으로 지반의 연경도를 확인한다. 이와 같은 수세식 천공은 물이 없는 지역에서 물을 끌어 와야하는 불편이 있고 영하의 온도에서 물이 얼어 시추가 어려울 수 있다. 또 표준관입시험은 심도 1.5m 마다 시험하므로 심도별 연속성이 떨어지고 자갈이 있는 지반에서 적절한 시험방법이 아니다. 표준관입시험은 헴머의 종류, rope의 종류, 시험자에 따라 시험 값이 크게 달라진다. 따라서 시험에 관한 객관적인 신뢰성이 부족하다.
암반 천공시 크로울러 드릴에 부착된 rotary percussion hammer는 빠른 천공을 위하여 사용되어 왔다.
본 발명은 지반과 암반조사를 위한 Rotary percussion 조사방법으로 Rotary percussion hammer가 부착된 기존의 시추기나 천공기계에 천공심도, 천공속도, hammer의 압력, bit에 수직으로 작용하는 수직압력, bit의 회전압력, bit의 분당 회전수를 측정하기 위해 기존의 천공기계나 시추기에 심도계, 회전압력계, 회전수 측정기를 부착하고 천공 시 요소를 측정하고 저장할 수 있는 시스템과 측정요소를 통하여 지반이나 암반을 평가하는 방법이다.
rotary percussion hammer의 시추에너지는 연직에너지, 회전에너지와 hammer의 타격에너지이다.
연직에너지는 수학식 1과 같다.
Figure 112006020544319-PAT00001
Figure 112006020544319-PAT00002
연직에너지(kg.cm/min),
Figure 112006020544319-PAT00003
실린더의 유효단면적(cm2),
Figure 112006020544319-PAT00004
실린 더 내부압력(kg/cm2),
Figure 112006020544319-PAT00005
관입속도(cm/min)
회전에너지는 수학식 2와 같다.
Figure 112006020544319-PAT00006
Figure 112006020544319-PAT00007
회전에너지(kg.cm/min),
Figure 112006020544319-PAT00008
Torque(kg.cm),
Figure 112006020544319-PAT00009
모터의 회전압력(kg/cm2),
Figure 112006020544319-PAT00010
분당회전수(RPM),
Figure 112006020544319-PAT00011
1회전당 소요유량(cm3/rev),
Figure 112006020544319-PAT00012
효율
유압모터의 회전수와 토크는 기계제작시 제시되며 다음은 국내에서 많이 사용하는 규격이다.
level(단) 1 2
회전수(회) 120 60
torque(kg.cm) 180 360
percussion hammer의 에너지는 수학식 3과 같다.
Figure 112006020544319-PAT00013
Figure 112006020544319-PAT00014
Figure 112006020544319-PAT00015
percussion hammer 에너지(kg.cm/min),
Figure 112006020544319-PAT00016
유압헴머의 에너지,
Figure 112006020544319-PAT00017
percussion hammer 피스톤의 작용면적(cm2),
Figure 112006020544319-PAT00018
percussion hammer 피스톤의 압력(kg/cm2),
Figure 112006020544319-PAT00019
percussion hammer 피스톤의 stroke(국내 2.1cm),
Figure 112006020544319-PAT00020
분당 타격수(국내 2400회)
굴진 저항, 측정에너지와 지반이나 암반의 상수에 따른 미지수는 수학식 4와 같이 표현할 수 있다. 굴진 저항은 지반이나 암반의 연경도를 의미한다. rotary percussion 굴진 시 굴진 요소를 측정하고 에너지를 계산한다.
Figure 112006020544319-PAT00021
`
Figure 112006020544319-PAT00022
굴진 저항,
Figure 112006020544319-PAT00023
지반상수,
Figure 112006020544319-PAT00024
Figure 112006020544319-PAT00025
Figure 112006020544319-PAT00026
는 각각의 효율
*측정 시스템의 구성*
헴머 압력센서(10), 연직관입 압력센서(11), 회전 압력센서(12)는 Rotary percussion hammer가 부착된 기존 시추기(도 2)의 유압호스(1)와 연결된 유압 게이지 박스(2)에 연결한다. 심도계(9)는 rod(3)의 관입심도를 측정할 수 있는 위치에 고정하고 유압모터(6) 아래에 회전수 감지기(7)를 부착하여 분당 회전수를 측정한다. 측정시스템은 rotary percussion 천공 시 심도별 관입속도, 헴머압력, 연직 관 입압력, 회전압력, 분당 회전수를 그래프로 표시하고 저장할 수 있다.
*지반과 암반의 평가방법*
시추 조사시, 첫째 rotary percussion 조사를 하고 지반이 유사하다고 판단되는 인접한 공에 표준관입시험을 시행하여 N치를 측정한다. 둘째 rotary percussion 조사 측정값을 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3에 넣어 굴진 에너지(
Figure 112006020544319-PAT00027
,
Figure 112006020544319-PAT00028
,
Figure 112006020544319-PAT00029
)를 계산한다. 셋째 수학식 4에
Figure 112006020544319-PAT00030
,
Figure 112006020544319-PAT00031
,
Figure 112006020544319-PAT00032
f,
Figure 112006020544319-PAT00033
값을 변화시켜 계산된 굴진 저항값(
Figure 112006020544319-PAT00034
)과 측정한 N치를 일치시켜 최적의
Figure 112006020544319-PAT00035
,
Figure 112006020544319-PAT00036
,
Figure 112006020544319-PAT00037
f,
Figure 112006020544319-PAT00038
값을 찾는다. 넷째 다음 공에서는 표준관입시험을 하지 않고 rotary percussion 시험만으로 수학식 4에 최적의
Figure 112006020544319-PAT00039
,
Figure 112006020544319-PAT00040
,
Figure 112006020544319-PAT00041
f,
Figure 112006020544319-PAT00042
값을 넣어 표준관입시험의 N치를 산정한다.
암반 조사시, 첫째 rotary percussion 조사를 하고 암반이 유사하다고 판단되는 인접한 공에서 암반코아를 채취하여 암반코아에 대한 일축압축강도시험을 한다. 둘째 rotary percussion 조사 측정값을 수학식 1, 수학식 2, 수학식 3에 넣어 굴진 에너지(
Figure 112006020544319-PAT00043
,
Figure 112006020544319-PAT00044
,
Figure 112006020544319-PAT00045
)를 계산한다. 셋째 수학식 4에
Figure 112006020544319-PAT00046
,
Figure 112006020544319-PAT00047
,
Figure 112006020544319-PAT00048
f,
Figure 112006020544319-PAT00049
값을 변화시켜 계산된 굴진 저항값(
Figure 112006020544319-PAT00050
)과 일축압축강도 값을 일치시켜 최적의
Figure 112006020544319-PAT00051
,
Figure 112006020544319-PAT00052
,
Figure 112006020544319-PAT00053
f,
Figure 112006020544319-PAT00054
값을 찾는다. 넷째 다음 공에서는 암반코아에 대 한 일축압축강도 시험을 하지 않고 rotary percussion 조사만으로 수학식 4에 최적의
Figure 112006020544319-PAT00055
,
Figure 112006020544319-PAT00056
,
Figure 112006020544319-PAT00057
f,
Figure 112006020544319-PAT00058
값을 넣어 일축압축강도를 산정한다.
표준관입시험과 비교하여 물과 케이싱을 사용하지 않으므로 간편하고 조사비용과 시간을 줄일 수 있다. 또한 센서들의 변화를 통해 연속적 지층변화와 기반암의 심도를 판단할 수 있다.
암반 발파공의 천공시나 Rockbolt 시공 시 천공기계에 관입심도 관입속도 헴머압력 관입압력 회전압력 분당 회전수를 측정하는 시스템을 추가하여 Rotary percussion 천공에너지를 측정하고 그 자료로 암반을 평가할 수 있다.

Claims (3)

  1. Rotary percussion hammer가 부착된 기존의 시추기나 천공기계에 센서를 부착하여 관입속도 관입심도 헴머압력 관입압력 분당 회전수를 측정, 저장하고 현장에서 심도별 측정요소를 그래프로 볼 수 있는 시스템
  2. 지반조사 시 Rotary percussion 천공에너지를 측정하여 지반을 평가하는 방법
  3. 암반천공 시 Rotary percussion 천공에너지를 측정하여 암반을 평가하는 방법
KR1020060026717A 2006-03-24 2006-03-24 로터리 퍼쿠션 조사를 위한 측정 시스템과 로터리 퍼쿠션천공에너지를 측정하여 지반과 암반을 평가하는 방법 KR20060031668A (ko)

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