KR20090081494A - 암반굴착공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극한 조건의 지반에서의 굴착 공법; 특별히 암반을 주로포함하는 지반에서의 터널(또는 관로) 굴착 실행을 위하여 제공되는 공법으로서; 추진기지의 터파기를 실시하는 단계와, 도달기지의 터파기를 실시하는 단계와, 상기 도달기지로부터 시작하여 파일롯 홀(pilot hole)을 굴착하는 단계와, 확공 수단을 사용하여 상기 추진기지로부터 시작하여 상기 파일롯 홀을 따라 이보다 큰 직경의 홀을 굴착하여 상기 파일롯 홀을 확공하는 단계를 포함하는 암반굴착공법에 있어서, 상기 확공 수단은 암반천공 T-4(티포)헤드를 포함하여 구성되는 것으로서 상기 헤드의 전면(front face) 중심에는 상기 파일롯 홀에 삽입되어 상기 헤드를 파일롯 홀을 따라 유도하는 유도팁(tip)이 구비된 것으로서 위치정확도를 향상시켜 줌을 특징으로 하는 암반굴착공법에 관한 것이다.

암반, 터널, 굴착, 헤머드릴

Description

암반굴착공법{Tunnel drilling for rock geology}

본 발명은 터널굴착 특별히 암반을 주로 포함하는 지반 또는 암반 상에 터널 또는 관로(이하 터널로 칭함)를 굴착하는 암반굴착공법에 관한 것이다.

지중선 또는 지중파이프(관) 등을 매설하거나 지중에 특정한 경로를 따라 지정된 단면적을 갖는 터널을 형성하기 위하여 다수의 터널 굴착 공법과 굴착용 장비들이 사용되어 왔다.

최근에 자주 사용되는 공법중 하나로는 파이프 압입 굴착 공법이 있는데, 이는 터널 굴착 방향의 뒤쪽에서 압력잭 등을 이용하여 매설 파이프를 압입하고, 스크류나 그밖의 장비들을 이용해 파이프 내로 들어오는 토사 등을 파이프 외부로 제거해가며 굴착을 진행시켜 나가는 방식이다. 이 공법을 시행하기 위해서는, 터널이 시작되는 지점과 끝나는 지점에 각각 추진기지와 도달기지의 작업구 형성을 위해 터파기를 실시하고, 추진기지 내에 압력잭 등의 장비를 갖추어야 한다.

이 공법은 설치가 용이하고, 작업 과정이 단순한 장점이 있으나, 굴착 도중 진행 방향 변경이 거의 불가능하고, 토사를 배출하기 위해 사용되는 스크류의 작동으로 인한 편심력의 영향 등으로 인하여 굴착 방향의 정밀한 설정이 어려울 뿐 아 니라 시공 기간이 상대적으로 길다는 단점이 있다. 또한 암반과 같은 단단한 지반의 경우에는 시행이 불가능하다.

파이프 압입 공법을 응용하여 곡선의 터널을 형성할 수 있는 변형 공법들이 연구되어 왔다. 이 중 H.J.S (Head Jacking Shield) 공법이라는 것이 사용되고 있다. 이는 방향 변경이 가능하고 위치 센서가 부착된 헤드를 파이프 선단에 위치시킴으로써 굴착 도중의 방향 설정이 가능하도록 한 것이다. 여기서, H.J.S. 공법이 일반적인 파이프 압입 굴착 공법과 다른 점은, 진행 방향 변경이 가능한 특수한 헤드를 사용한다는 데 있다. 즉, 헤드는 두 부분으로 나뉘어지고, 뒷부분과 앞부분에 유압으로 작동하는 잭의 양단이 각각 고정되어 있어, 각 유압잭의 길이를 다르게 함으로써 헤드 앞부분을 진행 방향에 대해 일정 정도 기울어지게 하는 것이 가능하다. 굴착은 헤드의 기울어진 방향으로 진행되고, 이에 따라 곡선의 터널 형성이 가능해진다. 더욱이, 헤드 표면에 위치 센서가 부착되어 있어 위치를 확인해가며 방향을 수정하는 것도 가능하다. 그러나, 일반적인 압입 굴착 공법에 비하여 어느 정도의 방향설정은 가능하나 다양한 곡선 시공을 위해서는 한계가 있고, 또한 주변 여건, 토질 등에 따라 그러한 방향 조절이 시공 공정과 품질에 큰 지장을 초래할 수 있다. 또한, 시공 기간이 긴 것을 비롯해 그밖의 파이프 압입 굴착 공법의 단점들은 여전히 존재하였다.

이러한 파이프 압입 굴착 공법들과는 다른 방식으로서, 터널 굴착시 곡선 형성을 자유롭고 정확하게 시공하는 공법이 알려져 있다. 일반적으로 H.D.D 공법(Horizontal directional Drill Method)이라 불리는 이 방식은, 앞선 방식이 매 설 파이프 뒤에서 압력을 가해 압입하는 방식임에 반해, 매설 파이프를 터널 형성 진행 방향의 앞쪽에서 견인하는 방식이다. H.D.D 공법에 의하면 지면에 수직의 작업구를 형성하지 않고도 굴착 작업이 가능하다. 이러한 H.D.D. 공법은 우선적으로 파이롯트 홀을 형성한 후 정확하게 형성된 파이롯트 홀을 따라 터널 굴착 시공을 하기 때문에, 곡선시공의 조작성 및 정확성이 다른 공법에 비해서 탁월하게 우수하고, 별도의 작업구를 설치하지 않아도 되며, 구조물의 깊이에 따른 추가부담이 없고, 컴퓨터 제어 시스템에 의한 정밀시공이 가능하다는 장점이 있다. 그러나, 기본적으로 리머링에 의해 확공된 홀의 직경은 매설 파이프의 직경보다 커야만 파이프를 홀 내부를 따라 견인할 수 있고, 이를 위해 파이프의 직경보다 홀의 직경이 커질때까지 직경이 조금씩 큰 리머를 연속적으로 교체해 가면서 수회의 리머링을 실시하여야 하는 단점이 있으며, 따라서 대구경 터널 형성에는 많은 어려움이 있는 공법이다.

특별히 암반이나 암반을 포함하는 지반에 터널을 시공하는 방법으로서 애용되는 암반굴착공법으로는 암반 굴착용 T-4 헤머드릴비트(도1에 도시)를 사용한 굴착공법이 있다. 이 공법은 단단한 암반 등을 T-4 헤머드릴비트를 사용하여 드릴링하는 방법이다. 이 공법에 사용되는 헤머드릴은 도1에 도시된 바와 같다. 이러한 헤머드릴비트를 사용할 경우에는 직접 암반을 굴착하게 되며 높은 경제성 등의 장점 때문에 빈번히 사용되는 방법이다. 그러나 이러한 헤머드릴비트를 사용할 경우에는 수직 굴착의 경우에는 큰 문제가 없으나 수평으로 형성되는 터널을 굴착할 경우에는 상기 T-4 헤머드릴비트의 자체중량에 의한 하중 등에 의하여 목적하는 관로 에 비하여 왜곡된 방향성을 갖고 진행하게 된다. 특별히 수평 방향으로 굴착할 경우에 더욱 심각하게 왜곡되는 단점을 갖고 있어서 이에 대한 해결 방안이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 실시되는 공법으로서 특별히 암반이나 암반에 버금가는 단단한 지반에서 터널 굴착을 실시할 때에 사용되며, 매우 정확한 위치제어가 가능한 암반굴착공법을 제공하는데 그 목적이 있다. 즉 통상적인 암반굴착용 헤머드릴비트T-4로 굴착을 실시할 경우에 발생되는 방향 및 위치 왜곡현상을 방지하기 위하여 특별히 구성된 유도팁(tip)을 부가하여 방향과 위치의 정확성을 높이도록 한 공법을 제공하여 주는 것이다.

본 발명은 공지 기술로서 사용되는 헤머드릴비트 T-4의 헤드 전단 중심에 유도팁(tip)을 추가로 구비하도록 함으로써 상기 유도팁이 미리 형성되어 있는 파일롯 홀(hole)을 따라 방향이 속박된 채로 진행하며 헤머드릴비트를 목적하는 위치와 방향으로 유도하면서 상기 파일롯 홀을 확공하도록 함으로써 목적을 달성할 수 있다.

또한 매우 큰 직경을 갖는 터널을 굴착하기 위해서는 상기의 확공 공정을 1회 이상 추가로 더 실시함으로써 목적달성을 이룰 수 있다.

상기에서와 같이 본 발명에 의한 유도팁을 구비한 헤머드릴비트 T-4를 이용하면 선행기술에 의한 일반 헤머드릴비트 T-4를 사용한 암반굴착공법에 비하여 매우 정교하고 정확한 방향과 위치제어가 가능한 굴착 수단이 제공될 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 첫 번째 양태로서 추진기지의 터파기를 실시하는 단계와, 도달기지의 터파기를 실시하는 단계와, 상기 도달기지(또는 추진기지)로부터 시작하여 파일롯 홀(pilot hole)을 굴착하는 단계와, 확공 수단을 사용하여 상기 추진기지(도달기지)로부터 시작하여 상기 파일롯 홀을 따라 이보다 큰 직경의 홀을 굴착하여 상기 파일롯 홀을 확공하는 단계를 포함하는 암반굴착공법에 있어서, 상기 확공 수단은 암반천공용 헤머드릴 T-4(티포)헤드를 포함하여 구성되는 것으로서 상기 헤드의 전면(front face) 중심에는 상기 파일롯 홀에 삽입되어 상기 헤드를 파일롯 홀을 따라 유도하는 유도팁(tip)이 구비된 것으로서 위치정확도를 향상시켜 줌을 특징으로 하는 암반굴착공법이 제공된다. 여기서 상기 유도팁은 환봉이나 환파이프 형태의 것이 주로 사용되며 그 직경은 당연히 상기 파일롯 홀의 직경과 같거나 작은 것, 바람직하게는 작은 것이라야 할 것이다. 또한 공간적인 효율성을 감안하여 상기 파일롯 홀은 상기 도달기지로부터 시작하여 시공하도록 하였으나 제한적인 것은 아니므로 추진기지로부터 시작하여 시공할 수도 있는 것이다. 물론 상기 확공 수단을 사용하여 확공하는 공정도 상기 추진기지로부터 시작하는 것으로 명시하고 있으나 이 또한 제한적인 것이 아니므로 도달기지로부터 시작하여 시공할 수도 있는 것이다. 또한 상기 파일롯 홀을 시공하는 위치와 상기 확공을 실시하는 위치가 같은 곳일 수도 있다. 즉 추진기지나 혹은 도달기지 중 한 곳에서 상기 파일롯 홀도 시공하고 확공 공정도 실시할 수 실시할 수 있는 것이다. 그러나 이러한 경우에는 파일롯 홀을 시공하는 장비와 확공 공정을 실시하는 장비가 한 장소에 위치해야 하며 번갈아 가며 위치를 바꾸어야 하는 단점이 있다. 그러나 이를 감수하더라도 필요한 경우에는 현장의 상황을 고려하여 같은 장소에서 실시할 수 있는 것이다. 상기 파일롯 홀을 형성하는 공정에서는 컴퓨터를 이용한 위치제어 장치를 사용하는 것이 바람직하며 이로써 보다 정밀한 위치 및 방향 제어가 가능하다.

매우 큰 직경의 암반굴착공정을 위해서는 본 발명의 두 번째 양태와 같이 상기 확공수단에 의해 확공된 홀을 1회 이상 더 확공하는 단계를 추가로 더 포함함을 특징으로 하는 암반굴착공법이 제공된다. 물론 이 경우에는 상기 유도팁의 직경은 당연히 이미 확공된 홀의 직경에 맞추어 구비된 것이라야 할 것이다.

상기와 같이 확공 공정을 반복함으로써 직경을 키워갈 수 있는 직경의 크기에는 한계가 있다. 예를 들어 대단히 큰 직경의 홀을 갖는 대형 터널을 시공할 경우에는 또 다른 방식의 공정이 필요하다. 공지된 기술 중에는 큰 직경을 갖는 터널을 시공할 때에 선호되는 공법이 있다. 즉 상기 커다란 직경의 둘레를 따라 작은 직경을 갖는 다수의 홀들을 뚫고 이 홀들을 이용하여 상기 커다란 직경의 터널을 시공하는 방법이 그것이다. 이러한 공법으로 대구경의 터널을 시공할 경우에는 상기 대구경의 둘레를 따라 천공되는 작은 직경의 홀들이 약간씩 중첩되도록 뚫어서 상기 천공들이 서로 연결되도록 시공하는 것이 바람직하지만 이러한 방식으로 시공할 때에는 그 방향성의 왜곡이 심해지기 때문에 공지의 선행기술을 이용하기가 매우 어렵다. 이러한 경우에도 본 발명의 암반굴착공법을 이용한다면 매우 정확한 시공이 이루어질 수 있다.

도1은 기존의 암반굴착용 헤머드릴 T-4 헤드를 도시한 도면

도2는 본 발명에 의해 상기 헤머드릴 T-4 헤드의 전면(front face)중심에 유도팁이 구비된 것을 도시한 도면

도3은 암반 굴착 경로를 따라 드릴로 파일롯 홀을 시공하는 단계를 나타낸 그림

도4는 상기 파일롯 홀을 따라 본 발명의 유도팁이 구비된 헤머드릴 T-4헤드로써 확공을 실시하는 단계를 나타낸 도면

Claims (2)

1. 추진기지의 터파기를 실시하는 단계와, 도달기지의 터파기를 실시하는 단계와, 상기 도달기지로부터 시작하여 파일롯 홀(pilot hole)을 굴착하는 단계와, 확공 수단을 사용하여 상기 추진기지로부터 시작하여 상기 파일롯 홀을 따라 이보다 큰 직경의 홀을 굴착하여 상기 파일롯 홀을 확공하는 단계를 포함하는 암반굴착공법에 있어서, 상기 확공 수단은 암반천공용 헤머드릴 T-4(티포)헤드를 포함하여 구성되는 것으로서 상기 헤드의 전면(front face) 중심에는 상기 파일롯 홀에 삽입되어 상기 헤드를 파일롯 홀을 따라 유도하는 유도팁(tip)이 구비된 것으로서 위치정확도를 향상시켜 줌을 특징으로 하는 암반굴착공법
2. 제 1항에서 상기 확공된 홀을 1회 이상 더 확공하는 단계를 추가로 더 포함함을 특징으로 하는 암반굴착공법

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