KR20070009375A - 터널고속굴착공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널굴착에 관한 것으로, 터널굴착시 진동을 저감시키면서 굴착예정선의 암반손상, 여굴 및 미굴방지, 그리고 굴진장을 증대시킬 수 있는 터널굴착공법에 관한 것이다.

본 발명은 1자유면 터널의 굴착을 위한 터널고속굴착공법에 있어서, 상기 터널의 외곽에 외곽굴착예정선(1a)을 설정하고, 상기 터널의 외곽을 형성하도록 외곽굴착예정선(1a)을 따라 일정간격으로 천공되어 적어도 1개 이상의 열이 되도록 다수개의 공으로 이루어진 외곽부를 형성하는 단계와; 상기 외곽부와 연계되도록 터널의 저면선(1b)에 일정간격으로 천공된 다수개의 저면공(1c)으로 이루어진 저면부를 형성하는 단계와; 상기 외곽부의 내측 터널의 중앙부분에 형성되는 적어도 1개 이상 무장약공(3)을 형성하고, 상기 무장약공(3)의 외측에 일정간격으로 이격되게 적어도 1개 이상의 사각형상의 심발열이 되도록 다수개의 심발공으로 이루어진 심발부를 형성하는 단계와; 상기 외곽부와 심발부의 사이에 일정간격으로 적정하게 다수개의 상부 및 하부확대공(4, 5)을 형성하는 단계와; 상기 각각의 공에 폭약을 기저장약(c)과 주상장약(b)으로 이루어진 복합장약법에 의하여 장약하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 혼합장약과 복합기법에 의해 단면적당 천공수의 감소, 굴착예정선의 암반손상방지, 여굴/미굴방지, 진동저감, 굴진효율의 증대 및 굴진장이 장대화 된다.

굴착예정선, 심발발파, 상부확대공, 하부확대공, 기저장약 주상장약

Description

터널고속굴착공법{TUNNEL HIGH SPEED EXCAVATION METHOD}

도 1은 터널의 외곽굴착예정선에 배치된 외곽부를 보인 도면,

도 2는 터널의 중앙부분에 형성된 심발부를 보인 도면,

도 3은 외곽부와 심발부의 사이에 형성된 상부확대공을 보인 도면,

도 4는 외곽부와 심발부의 사이에 형성된 하부확대공을 보인 도면,

도 5는 도 2의 내부를 보인 A~A'선 단면도,

도 6은 도 2의 내부를 보인 B~B'선 단면도,

도 7은 각각의 공에 장약되는 폭약을 보인 도면,

도 8은 각각의 공에 도화선이 설치된 상태를 보인 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 외곽공 1c : 저면부

1c : 저면공 2 : 외곽내측공

3 : 무장약공 3', 3'', 3''' : 심발공

4 : 상부확대공 5 : 하부확대공

a : 전색장 b : 주상장약

c : 기저장약

본 발명은 터널굴착에 관한 것으로, 터널굴착시 진동을 저감시키면서 굴착예정선의 암반손상, 여굴 및 미굴방지, 그리고 굴진장을 증대시킬 수 있는 터널굴착공법에 관한 것이다.

일반적으로 터널을 굴착할 때는 암반을 파쇄하기 위해 발파작업을 수행한다. 폭약을 이용한 발파작업은 암반이나 기타 장애물을 폭약의 폭발력을 이용하여 손쉽게 제거한다는 장점이 있으나, 발파시 발생하는 소음 및 진동에 의해 공해가 발생되는 단점이 있다.

이와 같은 단점을 해결하기 위해 많은 공법들이 제안되고 있다.

이와 같이 본 발명과 연관되는 종래 기술의 하나인 한국공개특허공보 특1996~0004704호(공개일 : 1996. 02. 23) "분차식 다단 발파 공법"이 있다.

이 종래기술은 일자유면 터널굴착의 분착식 다단 발파공법에 관한 것으로, 상하 또는 좌우방향중 어느 한 방향으로 적당한 갯수의 각도천공을 실시하고, 적당한 갯수의 각도천공을 한 후, 브이홀들이 형성하는 막장면상 면적내에 천공할 수 있는 최대 천공장의 수평천공을 병행실시하며, 상기 브이홀 면적의 둘레외부에 심발주변공 및 외곽공을 수평천공하는 천공단계와, 상기 브이홀, 수평천공 및 주변공에 각각 전기뇌관을 장약하고, 상기 수평천공에는 브이홀 범위 외부까지만 정기폭 으로 장약하며 상기의 심발주변공에 전기뇌관을 장약하는 장약단계와, 브이홀 전체를 동시에 발파하여 경자유면을 형성하고, 상기 심발수평천공중 심발수평중심공을 상기 브이홀과 밀리 세컨드 또는 데시세컨드차로 폭발시켜 깔대기형상의 이차 자유공간을 형성한 다음, 상기 심발수평천공중 심발수평중심보조공과, 심발수평외곽공을 순차적으로 발파하여, 입방체의 공간을 형성하여 이자유면을 확보하고, 이어서, 심발주변공 및 외곽공을 순차적으로 발파시키는 단계로 구성되어 있다.

그러나, 종래의 발파공법은 브이홀이 4m 이상으로 장공하기 어려워 발파되는 깊이가 한정되고, 발파순서가 심발주변공 및 외곽공을 순차적으로 발파하므로 터널 외곽선의 굴착단면이 깨끗하게 형성되지 못하는 구조적인 문제점이 있었다.

또한, 공의 수가 많아 장약작업 시간이 오래 걸려 결과적으로 작업효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 발파효율과 굴진효율을 높여 굴진장을 크게 하고, 여굴과 암반의 손상 및 미굴의 발생을 줄이면서, 시공성을 개선시킬 수 있는 터널굴착공법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 목적을 구현하기 위한 본 발명은 1자유면 터널의 굴착을 위한 터 널고속굴착공법에 있어서, 상기 터널의 외곽에 외곽굴착예정선을 설정하고, 상기 터널의 외곽을 형성하도록 외곽굴착예정선을 따라 일정간격으로 천공되어 적어도 1개 이상의 열이 되도록 다수개의 공으로 이루어진 외곽부를 형성하는 단계와; 상기 외곽부와 연계되도록 터널의 저면선에 일정간격으로 천공된 다수개의 저면공으로 이루어진 저면부를 형성하는 단계와; 상기 외곽부의 내측 터널의 중앙부분에 형성되는 적어도 1개 이상 무장약공을 형성하고, 상기 무장약공의 외측에 일정간격으로 이격되게 적어도 1개 이상의 사각형상의 심발열이 되도록 다수개의 심발공으로 이루어진 심발부를 형성하는 단계와; 상기 외곽부와 심발부의 사이에 일정간격으로 적정하게 다수개의 상부 및 하부확대공을 형성하는 단계와; 상기 각각의 공에 폭약을 기저장약과 주상장약으로 이루어진 복합장약법에 의하여 장약하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 터널의 외곽굴착예정선을 따라 일정간격으로 이격되게 배열되는 외측외곽공을 형성하고, 상기 외곽굴착예정선에서 내측으로 일정간격 이격되게 상기 외측외곽공들의 간격과 동일한 간격으로 내측외곽공이 2열로 나란히 배열되게 형성하되, 상기 외측외곽공과 내측외곽공은 서로 엇갈리도록 지그제그로 배열되게 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 외측 및 내측외곽공들의 공간격은 40~80cm로 하며, 상기 외측 및 내측외곽공의 공경은 45~65mm로 하고, 상기 외측외곽공의 깊이는 상부 및 하부확대공의 약60% 정도로 형성하며, 상기 내측외곽공의 깊이는 상부 및 하부확대공의 깊이보다 약10cm 더 깊게 형성하고, 상기 외측 및 내측외곽공은 터널의 외향각으로 약 2ㅀ ~5ㅀ정도 경사지게 형성하며, 상기 외측외곽공의 장약은 40cm의 길이로 전색장하고, 전색장을 제외한 나머지 길이에서 5~50%의 길이에 구경 32~50mm 약포를 사용하여 기저장약을 하고, 기저장약과 전색장의 사이 95~50%의 길이에 22~42mm 약포를 사용하여 주상장약을 장약하며, 상기 내측외곽공의 장약은 40cm의 길이로 전색장하고, 전색장을 제외한 나머지 길이에서 상기 외측외곽공의 기저장약과 주상장약으로 나머지 길이의 저면에서부터 장약하고, 남는 길이의 부분은 무장약 상태인 것을 특징으로 한다.

상기 저면부의 저면공의 공경은 45~65mm 이고, 깊이는 상부 및 하부확대공의 깊이보다 약10cm 깊게 형성하며, 공간격은 0.6m~1.2m로 형성하고, 상기 저면공은 터널의 외향각으로 약 2ㅀ~5ㅀ정도 경사지게 형성하고, 상기 저면공의 장약은 저면공에 전색장 0.4 ~1.2m를 제외한 나머지 길이에서 5~50%의 길이에 구경 42~50mm의 약포를 사용하여 기저장약을 하고, 기저장약과 전색장의 사이 95~50%의 길이에 구경 32~42mm 약포를 사용하여 주상장약을 장약하는 것을 특징으로 한다.

상기 무장약공의 공경은 8.9~24.9cm이고, 무장약공의 공간격은 공경과 동일하며, 상기 무장약공은 터널의 진행방향으로 수평하게 형성하면서 깊이는 상부 및 하부확대공 보다 10cm 더 깊게 형성하고, 상기 무장약공은 터널의 굴착면적이 증가함에 따라 무장약공의 공경만큼 상/하방향으로 이격된 간격으로 증가되게 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 심발열은 1개의 무장약공을 중심으로 4개의 심발공이 사각형상으로 하나의 심발열이 배열되며, 무장약공이 상하방향으로 1개씩 증가할 때 사각형상의 심 발열이 상하방향으로 늘어나 직사각형상이 되도록 심발공들의 양측에 각각 1개씩 늘어나고, 무장약공의 증가에 따라 심발열이 심발공들의 공간격으로 점차 증가되어 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 심발공들의 진행방향은 터널진행방향과 수평하게 형성하고, 상기 심발부의 심발공들의 공간격은 130~850mm이고, 심발공의 공경은 45mm~65mm이며, 상기 심발공들의 깊이는 상부 및 하부확대공 만큼 형성하며, 상기 심발공들의 장약은 전색장을 제외한 나머지 길이에서 5%~50%의 길이에 구경 42~50mm의 약포를 사용하여 기저장약을 하고, 나머지의 95~50%의 길이에 대하여 구경 32~42mm 약포를 사용하여 주상장약을 하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부확대공 및 하부확대공의 공경은 45~65mm 이고, 깊이는 2.2~7m 이며, 상부확대공 및 하부확대공의 공간격과 외측 및 내측외곽공들과의 공간격은 0.8~1.7m 이고, 상기 내측외곽공과 저면공 및 심발공의 사이에 배치되는 확대공들의 공간격은 0.8m~1.7m으로 형성하고, 상기 상부확대공 및 하부확대공의 장약은 80~170cm만큼 전색장을 형성하고, 전색장을 제외한 나머지 길이에서 5~50%의 길이에 구경 42~50mm의 약포를 사용하여 기저장약하고, 기저장약과 전색장의 사이에 95~50%의 길이에 구경 32~42mm 약포를 사용하여 주상장약을 하는 것을 특징으로 한다.

상기 각각의 공에 장약되는 폭약은 외측 및 내측외곽공, 저면공, 심발공, 하부 및 상부확대공의 순서로 장약된 폭약이 발파되며, 상기 외측 및 내측외곽공, 저면공, 심발공, 하부 및 상부확대공에 장약된 전색, 주상장약 및 기저장약들은 정기 폭법 및 역기폭법으로 이루어진 복합기폭법에 의해 발파되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 도면을 근거로 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 사용되는 명칭을 간략히 정의하면 다음과 같다.

1. 공(Hole)은 일정한 공경으로 일정한 깊이만큼 천공한 것이다.

2. 선균열발파공법(Pre~Splitting)은 생산이나 절취를 위한 발파를 시행하기 이전에 균열이나 모암의 손상 또는 진동의 전달을 차단하기 위하여 본발파에 앞서 시행되는 것으로, 굴착예정선에 적용된다.

3. 여굴은 굴착예정선을 벗어나 모암의 물리적 성질을 갖고 자립해야 할 부분에 발파로 인하여 영향을 받아 균열이나 파쇄가 일어나 지보로서 역할을 하지 못하는 현상이다.

4. 미굴은 여굴과 반대로 굴착예정선에서 폭파되어야 할 부분이 남는 것을 말한다.

5. 상부확대공(Stoping): 터널 내부의 1자유면 상태에서 심발 발파에 의하여 인위적으로 2자유면으로 변환시켜 그 자유면의 크기를 점차적으로 확대시키면서 발파하는 부분이다.

6. 저부확대공(Lifters): 수평적으로 심발 하부에 위치하여 발파 형상에 의하여 파암을 상부 방향으로 밀어 올리듯이 발파작업이 이루어지는 부분이다.

7. 굴착예정선: 터널의 종단면도상 굴착하고자 하는 가상의 공간으로서 그 공간과 원지반과 만나는 선이다.

8. 전색장은 공의 입구를 막는 패킹이고, 기저장약은 공의 저부에 폭약이 설치되는 것이고, 주상장약은 전색장과 기저장약의 사이에 폭약이 설치되는 것이다.

9. 복합기폭법은 : 공의 기저부에 뇌관을 위치시켜 장약을 하는 역기폭법을 사용하고, 공의 입구측에 뇌관을 위치시켜 장약을 하는 정기폭법에 의하여 장약한 다음, 마지막으로 전색을 하는 기법이다.

도 1은 터널의 외곽굴착예정선에 배치된 외곽부를 보인 도면이고, 도 2는 터널의 중앙부분에 형성된 심발부를 보인 도면이며, 도 3은 외곽부와 심발부의 사이에 형성된 상부확대공을 보인 도면이고, 도 4는 외곽부와 심발부의 사이에 형성된 하부확대공을 보인 도면이며, 도 5는 도 2의 내부를 보인 A~A'선 단면도이고, 도 6은 도 2의 내부를 보인 B~B'선 단면도이며, 도 7은 각각의 공에 장약되는 폭약을 보인 도면이고, 도 8은 각각의 공에 도화선이 설치된 상태를 보인 도면이다.

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명은 터널의 일자유면의 외측 즉, 터널의 외곽굴착예정선을 따라 일정간격으로 다수개의 공을 천공하여 외곽부를 형성한다. 이때, 다수개의 공은 외곽굴착예정선을 따라 2열로 서로 엊갈리도록 지그제그로 배열하며, 외곽굴착예정선의 내측에는 내측외곽공(2)을 형성하고, 외곽굴착예정선의 외측에는 외측외곽공(1)을 형성한다.

여기서, 터널을 4m이하로 굴착할 때는 내측외곽공(2)만 형성하고, 터널을 4m이상으로 굴착할 때는 외측 및 내측외곽공(1, 2)을 모두 형성한다.

그리고, 외곽부와 연계되도록 터널의 저면선(1b)에 일정간격으로 천공된 다 수개의 저면공(1c)으로 이루어진 저면부를 형성하며, 외곽부의 내측 터널의 중앙부분에는 적어도 1개 이상의 무장약공(3)을 형성하고, 무장약공(3)의 외측에는 일정간격으로 이격되게 사각형상으로 배열되는 다수개의 심발공(3ㅄ, 3ㅄㅄ, 3ㅄㅄㅄ)으로 이루어진 심발부를 형성하며, 외곽부와 심발부의 사이에 일정간격으로 적정하게 다수개의 상부 및 하부확대공(4, 5)을 형성하고, 각각의 공에 폭약을 장약한다.

외곽부는 터널의 외곽굴착예정선(1a)을 따라 일정간격으로 이격되게 나열되어 배열되는 외측외곽공(1)과, 외곽굴착예정선(1a)에서 내측으로 일정간격 이격되게 외측외곽공(1)들의 간격과 동일한 간격으로 나열되어 배열되는 내측외곽공(2)이 2열로 나란히 배열되게 형성되되, 외측외곽공(1)과 내측외곽공(2)은 서로 엇갈리도록 지그제그로 배열된다.

상부 및 하부확대공(4, 5)의 공경은 45~65mm 이고, 깊이는 2.2~7m 이며, 공간격은 0.8m~1.7m 이고, 내측외곽공(2)과 저면공(1c) 및 심발공(3ㅄㅄㅄ)의 사이에 배치되는 확대공(4, 5)들의 저항선은 0.8~1.7m으로 되되, 장약은 전색장(a) 80~170cm를 제외한 나머지 길이만큼 장약하되 기저장약(c) 5~50%의 길이에 구경 42~50mm의 약포를 사용하고, 기저장약(c)과 전색장(a)의 사이의 주상장약(b) 95~50%의 길이에 구경 32~42mm 약포를 사용한다.

외측 및 내측외곽공(1, 2) 각각의 간격은 40~80cm 이며, 외측 및 내측외곽공(1, 2)의 공경은 45~65mm이고, 외측외곽공(1)의 깊이는 확대공(4, 5) 깊이의 약60% 정도로 형성하며,내측외곽공(2)의 깊이는 확대공(4, 5)의 깊이에 비해 10cm 더 깊게 형성한다.

외측 및 내측외곽공(1, 2)은 터널의 외향각으로 약 2ㅀ ~5ㅀ정도 경사지게 형성되되, 외측외곽공(1)의 장약은 전색장(a) 40cm를 제외한 나머지 길이에서 기저장약(c) 5 ~50%의 길이에 구경 32~50mm 약포를 사용하고, 기저장약과 전색장의 사이의 주상장약 95~50%의 길이에 정밀폭약 또는 22~32mm 약포를 사용한다.

내측외곽공(2)의 장약은 상기 외측외곽공(1)과 동일한 길이와 동일한 장약법으로 장약하고, 전색장(a) 40cm를 제외한 나머지 길이는 무장약 상태로 남겨둔다.

저면부의 저면공(1c)의 공경은 45~65mm 이고, 길이는 확대공(4, 5)의 깊이와 같은 깊이인 2.2~7m보다 10cm 더 깊게 형성하며, 공간격은 0.6m~1.2m로 형성하고, 저면공(1c)은 터널의 외향각으로 약 2ㅀ ~5ㅀ 정도 경사지게 형성되되, 장약은 전색장(a) 40cm를 제외한 나머지 길이에서 기저장약(c) 5~50%의 길이에 구경 42~50mm의 약포를 사용하고, 기저장약(c)과 전색장(a)의 사이의 주상장약(b) 50%~95%의 길이에 구경 32~42mm 약포를 사용한다.

심발부의 무장약공(3)의 공경은 8.9~24.9cm이고, 공간격은 공경과 동일하며, 무장약공(3)은 터널의 길이방향으로 수평하게 형성하면서 확대공(4, 5)의 깊이보다 10cm 더 깊게 형성하여 발파시 자유면으로 활용되도록 하여 굴진효율을 높이고 굴진장을 장대화할 수 있고, 무장약공(3)은 터널의 굴착면적이 증가함에 따라 무장약공(3)의 공경만큼 상/하방향 일직선으로 이격된 간격으로 증가된다.

여기서, 무장약공(3)의 개수는 터널의 넓이를 고려하여 1~4개에서 선택적으로 사용하는 것이 바람직하고, 여기서, 무장약공(3)의 공경은 102mm이 바람직하다.

심발부의 심발공들(3', 3'', 3''')의 공간격은 130~850mm이고, 무장약공(3)과의 간격도 심발공의 공간격과 동일하면서 터널진행방향과 평행하게 형성되고, 심발공들(3', 3'', 3''')은 터널진행방향과 평행하게 형성되는데 상기 1개의 무장약공(3)을 중심으로 4개의 심발공(3')이 사각형상으로 1번째 심발열이 배열되며, 무장약공(3)이 1개씩 증가할 때 사각형상의 심발열이 수직하게 늘어나 직사각형상이 되도록 심발공(3')의 수가 수직되는 양측에 각각 1개씩 늘어나고, 무장약공(3)의 증가에 따라 심발열이 심발공들(3', 3'', 3''')의 공간격으로 점차적으로 증가시킨다.

여기서, 무장약공(3)과 심발공(3')의 간격은 무장약공(3) 공경의 1.5∼2.5배 즉, 130~350mm 만큼의 거리로 이격된다.

무장약공(3)의 외측에 형성되는 심발공들(3', 3'')의 공경은 45~65mm이고, 심발공들(3', 3'', 3''')의 깊이는 확대공(4, 5)의 깊이만큼 형성하며, 심발공들(3', 3'', 3''')의 장약은 전색장(a)을 제외한 나머지 길이에서 기저장약(c) 5%~50%의 길이에 구경 42~50mm의 약포를 사용하고, 기저장약(c)과 전색장(a)의 사이의 50%~95%의 길이에 구경 32~45(42)mm 약포를 사용하여 주상장약(b)을 한다.

심발공들의 장약은 상기의 복합장약법과 함께 복합기폭법에 의하여 장약하는 기법을 적용한다.

여기서, 복합기폭법이란 기저부에 뇌관을 위치시켜 장약을 하는 역기폭법을 사용하고, 공의 입구측에 뇌관을 위치시켜 장약을 하는 정기폭법에 의하여 장약한 다음, 마지막으로 전색을 하는 기법을 말한다.

도 8에 도시된 바와 같이 각각의 공들에 장약된 폭약은 외측 및 내측외곽공, 저면공, 심발공, 하부 및 상부확대공의 순서로 기폭되어 발파된다. 이때, 외측 및 내측외곽공(1, 2), 저면공(1c), 심발공(3', 3'', 3'''), 하부 및 상부확대공(4, 5)에 장약된 전색(a), 주상장약(b) 및 기저장약(c)들은 정기폭법 및 역기폭법으로 이루어진 복합기폭법에 의해 동시에 발파되어 뿌리깍기가 말끔하게 된다.

위와 같은 본 발명은 터널에 형성되는 공의 수를 현저히 줄여 작업이 단순화되었고, 각각의 공에 맞게 장약되는 주상장약 및 기저장약으로 이루어진 복합장약법에 의해 굴진효율이 증대되며, 이에 따라 굴진장을 장대화 할 수 있다.

이하, 종래기술의 실험과 본 발명의 실험을 비교하면 다음과 같다.

먼저, 종래기술은 일반적으로 현장에서 사용하는 종래의 발파공법을 이용한 현장 적용실험 한 것으로, 갱도의 크기는 8(너비)m × 6(높이)m로서 102mm 무장약공 1개로 천공장 3.8m, 기타 공들은 45mm 공경으로 천공장 3.7m, 총 공수 120공으로 설계되었다.

그러나 발파결과는 굴진율(굴진장/천공장)이 약 56%로 대단히 낮다. 그 주된 이유는 심빼기에서 새로운 자유면의 전개 부족, 뿌리깍기가 원활히 이루어지지 못한 까닭이며, 때때로 사압현상과 소결현상, 컷 오프 현상, 철포현상 등이 일어나기 때문이다. 즉, 이 현장은 실린더 컷트법을 채택하였는데 심빼기의 1차 사각형에서 무장약공과 장약공간 거리(이하 a 로 표시)가 a = 200mm이기 때문에 정확한 천공이 어렵고, 장약시 공경이 적어(45mm) 공의 청소와 장약작업이 어려웠다. 위에서 a = 200mm 로 천공한 이유는 천공장이 3.7m 로서 비교적 장공인 반면 암질은 경암 내지 극경암이므로 계획한 대로 천공 정밀도가 나오지 않아 천공중 공저부에서 공간 관통이 되거나 혹은 공간격이 예상외로 멀어지는 등의 사례가 발생하기 때문이다.

특히, 장약중 공이 막혀있을 때, 새로운 자유면의 예상 발달 입체도를 그려보아 불가피할 정도로 중요한 공이다고 판단되어 공 청소를 해야하는 상황에서는 점보드릴(Jumbo drill)이 상시 대기하여야 되는데 단일 갱도에서 전력선, 고압용수 배관 등으로 인하여 작업 공간 확보가 어려운 점등이 있었다.

또한, 위에서 언급하였듯이 굴진율이 대단히 낮아 1회 발파후 다음 작업시 1차 발파된 부분에 재 천공해야 하므로 암반중에 미세균열이 생성되어 천공작업이 원지반 작업보다 어려웠다.

이와 같이, 종래의 구경 45mm 비트를 이용한 경우에는 공심 200cm를 천공하여 111.87cm를 진행하였으므로 발파효율은 55.9 %이다

이하, 본 발명은 표1을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

상기 표 1의 폭약에서 EM.32mm는 32mm x 295mm x 250g이고, EM.50mm는 50mm x 380mm x 800g이다.

이하, 종래기술과 본 발명에 따른 효과를 비교하면 아래의 표 2와 같다.

이와 같이, 본 발명의 복합장약법 및 복합기폭법을 이용한 경우에는 잔류공이 전혀 없으므로 굴진율이 거의 100% 이다.

이러한 굴진율의 대폭적인 향상은 복합장약법의 기저장약으로 인하여 뿌리깍기 부분에서 약포경/공경 비의 상승으로 발파효과의 증대, 공경/약포경 비(De coupling 계수)의 감소로 발생가스압의 증대, 압축응력에 의하여 발생된 잔류공의 직경을 새로운 자유면으로 활용, 기저장약으로 인하여 공저에서의 암편 이동을 공구 수평방향에서 무장약공 수직방향으로 전환, 기저장약의 폭속 증가효과, 등의 때문이며, 복합기폭법의 효과로 심빼기부에서 폭원부근 암편의 유체적 흐름을 공구에 만들어지는 개구부를 통하여 배출시켜준다. 따라서, 연속적으로 새로운 자유면을 형성시켜 공저부의 암편이 방향성을 갖고 이동할 수 있도록 자유공간을 만들어주기 때문이다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 청구범위에 기재된 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 설계변경하여 실시하는 경우에는 본 발명의 범주로 간주한다.

본 발명에 의하면, 공의 수를 현저히 줄여 작업이 단순화되고, 각각의 공에 맞게 장약되는 주상장약 및 기저장약로 이루어진 복합장약법과 정기폭법 및 역기폭법으로 이루어진 복합기폭법에 의해 뿌리깍기가 말끔하게 되어 굴진효율이 증대되며, 이에 의해 굴진장을 장대화되는 장점이 있다.

Claims (9)

1자유면 터널의 굴착을 위한 터널고속굴착공법에 있어서,

상기 터널의 외곽에 외곽굴착예정선(1a)을 설정하고, 상기 터널의 외곽을 형성하도록 외곽굴착예정선(1a)을 따라 일정간격으로 천공되어 적어도 1개 이상의 열이 되도록 다수개의 공으로 이루어진 외곽부를 형성하는 단계와;

상기 외곽부와 연계되도록 터널의 저면선(1b)에 일정간격으로 천공된 다수개의 저면공(1c)으로 이루어진 저면부를 형성하는 단계와;

상기 외곽부의 내측 터널의 중앙부분에 형성되는 적어도 1개 이상 무장약공(3)을 형성하고, 상기 무장약공(3)의 외측에 일정간격으로 이격되게 적어도 1개 이상의 사각형상의 심발열이 되도록 다수개의 심발공으로 이루어진 심발부를 형성하는 단계와;

상기 외곽부와 심발부의 사이에 일정간격으로 적정하게 다수개의 상부 및 하부확대공(4, 5)을 형성하는 단계와;

상기 각각의 공에 폭약을 기저장약(c)과 주상장약(b)으로 이루어진 복합장약법에 의하여 장약하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널고속굴착공법.

제 1항에 있어서, 상기 터널의 외곽굴착예정선(1a)을 따라 일정간격으로 이격되게 배열되는 외측외곽공(1)을 형성하고,

상기 외곽굴착예정선(1a)에서 내측으로 일정간격 이격되게 상기 외측외곽공(1)들의 간격과 동일한 간격으로 내측외곽공(2)이 2열로 나란히 배열되게 형성하되, 상기 외측외곽공(1)과 내측외곽공(2)은 서로 엇갈리도록 지그제그로 배열되게 형성하는 것을 특징으로 하는 터널고속굴착공법.

제 1항에 있어서, 상기 외측 및 내측외곽공(1, 2)들의 공간격은 40~80cm로 하며, 상기 외측 및 내측외곽공(1, 2)의 공경은 45~65mm로 하고, 상기 외측외곽공(1)의 깊이는 상부 및 하부확대공(4, 5)의 약60% 정도로 형성하며, 상기 내측외곽공(2)의 깊이는 상부 및 하부확대공(4, 5)의 깊이보다 약10cm 더 깊게 형성하고, 상기 외측 및 내측외곽공(1, 2)은 터널의 외향각으로 약 2ㅀ ~5ㅀ정도 경사지게 형성하며,

상기 외측외곽공(1)의 장약은 40cm의 길이로 전색장(a)하고, 전색장(a)을 제외한 나머지 길이에서 5~50%의 길이에 구경 32~50mm 약포를 사용하여 기저장약(c)을 하고, 기저장약(c)과 전색장(a)의 사이 95~50%의 길이에 22~42mm 약포를 사용하여 주상장약(b)을 장약하며,

상기 내측외곽공(2)의 장약은 40cm의 길이로 전색장(a)하고, 전색장(a)을 제외한 나머지 길이에서 상기 외측외곽공(1)의 기저장약(c)과 주상장약(b)으로 나머지 길이의 저면에서부터 장약하고, 남는 길이의 부분은 무장약 상태인 것을 특징으로 하는 터널고속굴착공법.

제 1항에 있어서, 상기 저면부의 저면공(1c)의 공경은 45~65mm 이고, 깊이는 상부 및 하부확대공(4, 5)의 깊이보다 약10cm 깊게 형성하며, 공간격은 0.6m~1.2m로 형성하고, 상기 저면공(1c)은 터널의 외향각으로 약 2ㅀ~5ㅀ정도 경사지게 형성하고,

상기 저면공(1c)의 장약은 저면공(1c)에 전색장(a) 0.4 ~1.2m를 제외한 나머지 길이에서 5~50%의 길이에 구경 42~50mm의 약포를 사용하여 기저장약(c)을 하고, 기저장약(c)과 전색장(a)의 사이 95~50%의 길이에 구경 32~42mm 약포를 사용하여 주상장약(b)을 장약하는 것을 특징으로 하는 터널고속굴착공법.

제 1항에 있어서, 상기 무장약공(3)의 공경은 8.9~24.9cm이고, 무장약공(3)의 공간격은 공경과 동일하며, 상기 무장약공(3)은 터널의 진행방향으로 수평하게 형성하면서 깊이는 상부 및 하부확대공(4, 5) 보다 10cm 더 깊게 형성하고,

상기 무장약공(3)은 터널의 굴착면적이 증가함에 따라 무장약공(3)의 공경만큼 상/하방향으로 이격된 간격으로 증가되게 형성하는 것을 특징으로 하는 터널고속굴착공법.

제 1항에 있어서, 상기 심발열은 1개의 무장약공(3)을 중심으로 4개의 심발공(3')이 사각형상으로 하나의 심발열이 배열되며, 무장약공(3)이 상하방향으로 1개씩 증가할 때 사각형상의 심발열이 상하방향으로 늘어나 직사각형상이 되도록 심발공(3')들의 양측에 각각 1개씩 늘어나고, 무장약공(3)의 증가에 따라 심발열이 심발공들(3', 3'', 3''')의 공간격으로 점차 증가되어 형성하는 것을 특징으로 하는 터널고속굴착공법.

제 1항에 있어서, 상기 심발공들(3', 3'', 3''')의 진행방향은 터널진행방향과 수평하게 형성하고, 상기 심발부의 심발공들(3', 3'', 3''')의 공간격은 130~850mm이고, 심발공(3', 3'', 3''')의 공경은 45mm~65mm이며, 상기 심발공들(3', 3'', 3''')의 깊이는 상부 및 하부확대공(4, 5) 만큼 형성하며,

상기 심발공들(3', 3'', 3''')의 장약은 전색장(a)을 제외한 나머지 길이에서 5%~50%의 길이에 구경 42~50mm의 약포를 사용하여 기저장약(c)을 하고, 나머지의 95~50%의 길이에 대하여 구경 32~42mm 약포를 사용하여 주상장약(b)을 하는 것을 특징으로 하는 터널고속굴착공법.

제 1항에 있어서, 상기 상부확대공 및 하부확대공(4, 5)의 공경은 45~65mm 이고, 깊이는 2.2~7m 이며, 상부확대공 및 하부확대공(4, 5)의 공간격과 외측 및 내측외곽공(1, 2)들과의 공간격은 0.8~1.7m 이고, 상기 내측외곽공(2)과 저면공(1c) 및 심발공(3''')의 사이에 배치되는 확대공(4, 5)들의 공간격은 0.8m~1.7m으로 형성하고,

상기 상부확대공 및 하부확대공(4, 5)의 장약은 80~170cm만큼 전색장(a)을 형성하고, 전색장(a)을 제외한 나머지 길이에서 5~50%의 길이에 구경 42~50mm의 약포를 사용하여 기저장약(c)하고, 기저장약(c)과 전색장(a)의 사이에 95~50%의 길이에 구경 32~42mm 약포를 사용하여 주상장약(b)을 하는 것을 특징으로 하는 터널고속굴착공법.

제 1항에 있어서, 상기 각각의 공에 장약되는 폭약은 외측 및 내측외곽공(1, 2), 저면공(1c), 심발공(3', 3'', 3'''), 하부 및 상부확대공(4, 5)의 순서로 장약된 폭약이 발파되며,

상기 외측 및 내측외곽공(1, 2), 저면공(1c), 심발공(3', 3'', 3'''), 하부 및 상부확대공(4, 5)에 장약된 전색(a), 주상장약(b) 및 기저장약(c)들은 정기폭법 및 역기폭법으로 이루어진 복합기폭법에 의해 발파되는 것을 특징으로 하는 터널고속굴착공법.

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