KR20100003061A - Ｔｂｍ을 이용한 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝병행시공 터널굴착 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 TBM 하부를 완성할 터널단면 바닥 수십센티 하부에 위치하게 하여 파일롯터널을 굴착하고, 파일롯터널 굴착중에 TBM 컨베이어 벨트가 통과하는 터널 천단부를 제외하고 상부반단면에 대하여 터널 반경방향으로 경사방향의 발파공을 미리 천공해 놓고, TBM 막장으로부터 수백미터 후방에서 터널 최외곽면과 천단부에 소정길이만큼 종방향 발파공의 천공을 실시하여 파일롯 터널의 상부반단면에 1차적으로 경사방향/종방향 확폭발파를 수행하고, 상기 확폭발파구간(이하, "NATM 막장"이라 칭함)의 수십미터 후방에서 파일롯터널 하부반단면에 2차적으로 종방향 발파를 병행하여 수행하면서 파일롯터널 하부의 레일 및 케이블 등의 보호를 병행할 수 있도록 하는 간소화 된 발파공법을 수행함으로써, 공정이 단순화되고 소요장비가 줄게 되어 공기 및 공사비용을 획기적으로 줄일 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치에 관한 것이다.
터널굴착, 캐리어, 파일롯터널, 확대발파, 라이닝
Description
본 발명은 TBM 파일롯터널의 굴착중에 그 주위를 확대굴착하면서, 라이닝 시공을 병행할 수 있는 터널굴착방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 터널보링머신(Tunnel Boring Machine; 이하 "TBM"이라 칭함)하부를 완성할 터널 바닥 수십센티 하부에 위치하게 하여 선진도갱(이하, "파일롯터널(pilot tunnel)"이라 칭함) 굴착중에, TBM 컨베이어 벨트가 통과하는 터널 천단부를 제외하고 상부반단면에 대하여 터널 반경방향으로 경사방향의 발파공을 미리 천공해 놓고, TBM 막장으로부터 수백미터 후방에서 터널 최외곽면과 천단부에 소정길이만큼 종방향 발파공의 천공을 실시하여 파일롯 터널의 상부반단면에 1차적으로 경사방향/종방향 확폭발파를 수행하고, 상기 확폭발파구간(이하, "NATM 막장"이라 칭함)의 수십미터 후방에서 파일롯터널 하부반단면에 2차적으로 종방향 발파를 병행하여 수행하면서 파일롯터널 하부의 레일 및 케이블 등의 보호를 병행할 수 있도록 하는 간소화 된 발파공법 을 수행함으로써, 공정이 단순화되고 소요장비가 줄게 되어 공기 및 공사비용을 획기적으로 줄일 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 암반터널공사에 있어서 지반의 진동문제를 감안하고, 굴진속도를 증가시키기 위하여 먼저 TBM으로 터널을 굴착하고 나머지 확폭부분을 발파방법에 의해 처리하는 형식(이하, NATM(New Austrian Tunneling Method))의 TBM/NATM 병용공법이 최근들어 국내외 여러 터널현장에 적용되고 있다.
상기 TBM 파일롯터널을 이용하여 확대굴착할 경우, 종래에는 터널굴진 방향으로의 천공발파(이하, "종방향 천공발파"라 칭함)공법을 이용하여 굴착작업을 수행하고 있으며, 대부분의 터널현장에서는 발파공 천공작업시, 현장여건에 따라 레그드릴(leg drill) 혹은 점보드릴(jumbo drill)을 시용한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 종래의 TBM/NATM 병용공법을 이용한 발파공법에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 패턴도에 따라 발파공을 천공하게 되며, 본 도에서 상기 발파공(4)에 부여된 원호안의 번호는 연속적인 발파순서를 나타낸다.
그리고, 도 2a 내지 도 2d에 도시한 바와 같이, 먼저 파일롯(pilot) 터널(1)에 의한 자유면 효과를 얻기 위해서 상기 자유면에서 가까운 부분부터 순차적으로 발파하는 발파지연순서(이하, "지발순서"라 칭함)를 상기 파일롯(pilot) 터널(1)과 가까운 부분부터 최외곽 부분까지로 하고, 설정된 길이의 굴진장을 천공하기 위해서 현장여건에 따라 여러 작업자가 레그드릴(leg drill)을 이용하거나, 락볼트의 천공, 발파공 천공등에 사용되는 점보드릴(Jumbo drill)을 이용해서 상부반단면(2)에 발파공(4)을 천공한다(도 2a 참조).
그리고, 다음 단계로 상기 파일롯 터널(1)의 최외곽면 라인드릴링(line drilling)부분(5)의 지발순서도 상기 파일롯 터널(1)과 같이 바닥부, 하단부, 천정부 순서로 정하고, 화약을 장약한다. 여기서, 상기 라인드릴링(5)의 발파부분에는 여굴 및 발파에 의한 암반의 이완영역을 고려해서 정밀 폭약을 장약한다(도 2b 참조).
상기 장약이 완료되면 계획된 지발 순서대로 발파하고, 발파후 생성된 버럭을 처리한다(도 2c 참조). 그 다음 단계로 다시 전단면에 대해서 일정 길이만큼 천공을 하며(도 2d 참조), 상기 과정을 계속적으로 반복하여 굴착작업을 수행한다.
상기와 같은 시공순서에 의해 터널굴착하는 종래의 종방향 발파공법은 터널굴진 방향인 종방향으로 장약공이 설치되어 있어 그 전체 길이에 걸쳐 발파진동이 지표면으로 전파되는데, 발파원의 발파압 및 에너지를 암반에 전달하는 과정에서, 터널직상부 인접지역의 구조물이나 진동에 민감한 시설물들에 큰 피해를 끼치는 경우가 다발하는 문제점을 내포하고 있다.
그리고, 상기 종방향 천공발파공법은 TBM 파일롯 터널 확대발파시, TBM 광차용 레일을 제거한 후 종방향으로만 발파함으로써 1회 천공장에 제한이 따르며, 굴진장 증대에 따라 여굴량 증가 및 천공시간도 많이 소요되고 있다. 또한, 굴착후 막장전면에 요철이 심하여 다음 발파공 천공작업이 불편하고, 터널 굴진방향의 발파공 천공길이가 제한되는 문제점이 있다. 또한, 터널 굴진작업시 TBM에 의해 파일롯(pilot) 터널이 굴착 완료된 상태에서 드릴의 길이만큼 종방향으로 천공을 계속적으로 수행하여 발파하는 천공-장약-발파-버럭처리 과정을 반복하여야 하기 때문에, 파일롯(pilot) 터널을 제대로 활용하지 못할 뿐만 아니라, 공사기간 및 공사비용이 많이 소요되는 문제점을 내포한다. 버럭처리방법 또한 터널바닥에 쌓인 버럭을 로더 버켓을 이용하여 덤프트럭에 일일이 상차시킴으로써 버럭처리시간이 길어짐은 물론, 막장의 버럭이 전부 제거될 때까지는 다음 공정에 착수하지 못하는 단점이 있다. 이러한 기존의 버럭처리과정은 특히, 장대터널인 경우 후속차량의 지원댓수 및 기동성의 제약으로 인하여 터널굴진장 향상에 큰 장애조건이 되고 있다.
이러한 문제점으로 인하여 일정범위의 여굴을 허용하여 굴진장을 연장하더라도 버럭량이 많아져 처리시간이 연장됨으로써 터널굴착 사이클 타임상 굴진장 증대에 제약이 따르는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해소하고자 종방향 및 횡방향 동시 확대발파를 수행하는 이방향 천공발파방법 및 장치가 제안되었다. 상기 이방향 발파공법은 도 3a 내지 도 3c에 도시한 바와 같이 파일롯 터널의 반경방향으로 격자 형태의 발파공을 천공하고, 최외곽 굴착단면에 종방향 천공을 수행하는 발파 패턴으로 이루어지며, 상기 발파공(9)에 부여된 원호안의 번호대로 연속적인 발파를 수행하도록 되어 있다.
상기 이방향 천공발파공법의 시공순서를 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 간략 히 설명하면 다음과 같다.
먼저, TBM에 의해 굴착이 완료된 파일롯터널 내부에서 터널면의 반경방향인 횡방향과 터널진행방향인 종방향으로 동시에 천공하고(도 4a 참조), 상기 종방향 및 횡방향 발파공에 화약을 장약한다(도 4b 참조). 상기 과정이 완료되면, 확폭발파를 수행하되 발파시 생성된 버럭을 로더버켓을 이용하여 처리하고(도 4c 참조), 마지막으로 최외곽 발파공을 재차 천공하고 발파하는 일련의 과정을 거친다(도 4d 참조).
그러나, 상기의 이방향 천공발파공법은 발파공천공시간을 줄일 수 있다는 점에서는 효과적일 수 있으나, 기존의 공법과 동일한 버럭처리 공정을 채택함으로써 실용성은 그다지 크지 않은 문제점이 있다. 즉, 기존공법과 마찬가지로 굴진장을 증대하더라도 요구되는 버럭처리시간이 늘어남으로써 전체 터널굴착 사이클 타임상 실효성이 없는 단점이 있다.
또한, 상기 이방향 천공발파를 수행하기 위해서는, 확대굴착용 횡방향 발파공의 천공을 수행할 수 있는 천공장치가 요구된다. 그러나, 상기 이방향 천공발파 공법은 발파패턴의 특성상 TBM 장착 천공장치를 이용한 하부 횡방향 발파공 천공이 어려워 터널 상부 반단면 바닥면에 대해서는 별도의 천공장치를 이용하여 다시 종방향 천공을 수행해야 하므로 상기 천공장치의 효율성이 반감된다. 한편, 이러한 횡방향 천공장치가 TBM에 장착되어 있지 않은 경우, 파일롯 터널 관통 후에 점보드릴을 터널안에 진입시켜 천공하여야 하나, 파일롯 터널 굴착에 경제적인 중,소구경 TBM(직경 5M이하)에는 발파공 천공작업에 효과적으로 사용할 수 있는 중형 점보드 릴의 진입자체가 불가능하며, 정확한 천공위치의 확인이 곤란하여 효과적인 발파효과를 기대하기가 어려운 문제점이 있다.
또한, 소형 점보드릴을 사용하더라도, 점보드릴에 장착된 케이블과 물 공급관을 천공작업을 수행할 파일롯 터널 내부까지 인입시켜야 하고, 발파작업시에는 상기 케이블 및 물공급관이 발파에 의해 손상되는 것을 방지하기 위하여, 상기 케이블 및 물공급관을 다시 파일롯 터널 외부로 인출해야 하기 때문에 천공작업의 중단 및 번거로움이 따르며, 이에 수반하여 작업시간도 오래 걸리는 등, 실질적인 발파공 사전 천공작업이 수행되기 어려운 문제점을 내포하고 있다. 또한, 터널 하부 반단면에 대해서는 기존의 종방향 천공발파공법을 동일하게 채택함으로서 발파공 천공시간 단축은 더욱 제한적이다.
전술한 TBM/NATM 병용공법을 이용한 종방향 발파공법이나 이방향 발파공법에서, 상기 종방향 발파공법은 TBM굴착이 완전히 종료된 후에 파일롯터널 주위를 종방향으로 확대발파하여야만 하며, 또한 이방향 발파공법도 마찬가지로 횡방향 발파공 천공만을 TBM 관통후 확대발파를 시행하기 전에 실시하는 것일 뿐, 확대발파는 TBM에 의한 파일롯 터널 굴착이 완료된 후에나 가능한 것이다.
이는, TBM 굴착과 동시에 확대발파를 시도할 경우, 상기 TBM 굴착에 필요한 각종 기기설비(전기 케이블, 급기관, 물공급관, 환기덕트 등)가 발파로 인하여 손상되고, 또한 TBM굴착에서는 레일상에서 이동되는 광차를 이용하여 버럭처리를 수행하기 때문에 레일 위에서 확대발파를 실시할 경우, 상기 레일이 손상되거나 매몰되어 TBM 굴착으로 생기는 버럭을 반출시킬 수 없기 때문이다.
상기와 같은 문제점을 해소하고자 TBM에 의한 파일롯터널의 굴진중에, 사방향/종방향 확폭발파와 확폭발파구간의 수십미터 후방에서 다단계 발파를 추가 수행하는 3차원적 다단계 터널굴착 방법 및 장치가 제안되었다. 상기 3차원적 다단계 터널굴착방법은 도 5a 내지 도 5c에 도시한 바와 같이 파일롯터널 굴착중에, 1차 사방향/종방향 확폭발파와, 확폭발파구간의 수십미터 후방에서 파일롯터널 하부 반단면에 종방향 발파를 수행하는 2차 발파를 실시하고, 3차적으로 상기 2차NATM막장으로부터 수십미터 후방에서 파일롯터널 중앙 하단부만을 남겨 놓은 채, 최종 터널면 하부 양쪽의 종방향 발파를 병행하고, 마지막 4차적으로는 레일이 설치되어 있는 파일롯터널 중앙 하단부로부터 최종 터널면까지에 대하여 횡방향 천공을 사전 실시한 후, 레일을 제거하면서 횡방향 발파를 연속적으로 시행한다. 상기 3차원적 다단계 터널굴착방법의 시공순서를 도 6a 내지 도 6e를 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.
먼저, TBM에 의한 파일롯터널의 굴진 중에, 터널 반경방향에서 3차원적 경사방향으로의 발파공을 미리 천공해 놓고, TBM 막장으로부터 수백미터 후방에서 터널 최외곽면에 소정길이만큼 종방향 발파공의 천공을 실시하여, 1차적으로 파일롯터널 상부 반단면의 사방향/종방향 확폭발파를 실시하고(도 6b 참조), 2, 3, 4차적으로 NATM 막장으로부터 수십미터 후방에서 파일롯터널 하부 반단면의 종방향 발파를 병행하는 일련의 과정을 거친다.
또한, 상기 3차원적 다단계 터널굴착방법에서는 1차 사방향/종방향 확대발파시 또는 2차, 3차. 4차 종방향 확대발파시, 발파를 실시하지 않는 파일롯터널의 저 부 공간을 이용하여 레일이나 TBM 굴착에 필요한 기기설비 즉 케이블, 물공급관과 급기관 등을 설치하고, 버럭운반 캐리어로 방호함으로써 이들을 발파에 따른 버럭으로부터 안전하게 보호할 수 있게 한다.
그러나, 상기의 3차원적 다단계 터널굴착 방법은 TBM 굴착과 확대굴착을 병행해서 실시한다는 개념면에서는 획기적일 수 있으나, 4단계나 되는 복잡한 발파공정을 채택함으로써 공정간 출동이 발생하기 쉬울 뿐만 아니라, 터널장비의 상부와 하부 반단면간의 이동을 위한 자주식 사다리의 설치가 필요하게 되므로 장비이동시 터널굴착 싸이클 타임의 손실이 발생하게 되는 문제점이 있다.
또한, 일반적으로 경사방향 천공장치가 설치되는 위치인 TBM 후속설비 상부에는 TBM 버럭반출을 위한 컨베이어벨트가 설치되어 있으므로 파일롯터널 천단부의 경사방향 발파공을 천공하기 위해서는 상기 천단부 발파공 천공에 장애가 되는 TBM의 기존 컨베이어벨트 위치를 하부 측면 등으로 개조해야 하는 불편이 있다.
또한, 상기의 3차원적 다단계 터널굴착 방법에서는 레일이 설치되어 있는 파일롯터널 중앙 하단부(이하, "레일 받침부"라 칭함)가 확대굴착 완료시까지 존재하고 있어, 터널장비의 좌우측 상호 이동을 어렵게 만들어 상기 터널장비의 효율적 이용이 저해되며, 아울러 평상시 광차 또는 캐리어의 통행안전을 고려하여 세심한 관리가 요구되는 등의 문제점이 있다. 또한, 확대굴착과 라이닝 시공이 완료되었다 하더라도 상기 레일받침부에 대한 천공과 발파작업이 추가적으로 필요하게 되어 공기단축 효과가 반감되는 문제점을 내포하고 있다.
또한, 상기의 3차원적 다단계 터널굴착 방법에서는 TBM 전진시 경사방향 발 파공을 천공하고 있을 경우, 천공드릴의 파손에 대한 아무런 대책이 수립되어 있지 않아 시공 효율성이 확보되어 있지 않고 있다.
또한, 발파시에는 파일롯터널의 저부 공간을 이용하여 레일이나 TBM 굴착에 필요한 기기설비 즉 케이블, 물공급관과 급기관 등을 설치하고, 버럭운반 캐리어로 방호함으로써 이들을 발파에 따른 버럭으로부터 안전하게 보호할 수 있게 하고 있으나, 발파후 버럭 반출을 위한 캐리어 이동시 상기 캐리어로부터 낙하할 수 있는 소규모 버럭에 대해서는 안정성을 확보하고 있지 못하고 있는 문제점이 있다.
또한, 단선 철도터널과 같은 소규모 터널에서는 상부 반단면 확대발파시, 터널 측면에서의 터널장비 작업공간 확보가 어려울 뿐만 아니라, 장비진입의 문제점을 해결하지 못하고 있었다.
또한, 상기의 3차원적 다단계 터널굴착 방법을 구현하기 위해서는 상기 발명에서 고안된 버럭처리 캐리어의 성능이 구체적으로 확보되어야 하나, 상기 발명에서는 개념적인 면에서만 고안되어 있을 뿐이어서 실질적으로 TBM 굴착과 확대굴착 병행시공에 활용되기 어려운 문제점을 내포하고 있다.
또한, 확대발파시 TBM 환기덕트의 탈부착 개념이 고안되어 있으나, 상기 발명에서 제안된 지퍼에 의한 상기 환기덕트의 탈부착은 실질적으로 시행하기가 번거롭고 시간이 걸리는 일이어서 실효성이 결여되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 고려하여, TBM 파일롯터널의 굴착중에 그 주위를 확대굴착하면서, 라이닝 시공을 병행할 수 있는 터널굴착방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 터널보링머신(Tunnel Boring Machine; 이하 "TBM"이라 칭함)하부를 완성할 터널 바닥 수십센티 하부에 위치하게 하여 선진도갱(이하, "파일롯터널(pilot tunnel)"이라 칭함) 굴착중에, TBM 컨베이어 벨트가 통과하는 터널 천단부를 제외하고 상부반단면에 대하여 터널 반경방향으로 경사방향의 발파공을 미리 천공해 놓고, TBM 막장으로부터 수백미터 후방에서 터널 최외곽면과 천단부에 소정길이만큼 종방향 발파공의 천공을 실시하여 파일롯 터널의 상부반단면에 1차적으로 경사방향/종방향 확폭발파를 수행하고, 상기 확폭발파구간(이하, "NATM 막장"이라 칭함)의 수십미터 후방에서 파일롯터널 하부반단면에 2차적으로 종방향 발파를 병행하여 수행하면서 파일롯터널 하부의 레일 및 케이블 등의 보호를 병행할 수 있도록 하는 간소화 된 발파공법을 수행함으로써, 공정이 단순화되고 소요장비가 줄게 되어 공기 및 공사비용을 획기적으로 줄일 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 3차원적 다단계 터널굴착 방법에서의 레일 받침부를 제거하기 위해 TBM 하부를 완성할 터널단면 바닥 수십센티 하부에 위치하게 하여 파일롯터널을 굴착하고, 상기 기존 발명에서의 경사방향 발파공 천공작업을 수행하기 위한 선행조건인 TBM 컨베이어벨트 위치의 개조 불편을 제거하기 위해, 파일롯터널 굴착중에 TBM 컨베이어 벨트가 통과하는 터널 천단부를 제외하고 상부반단면에 대하여 터널 반경방향으로 경사방향의 발파공을 미리 천공해 놓고, TBM 막장으로부터 수백미터 후방에서 터널 최외곽면과 천단부에 소정길이만큼 종방향 발파공의 천공을 실시하여 파일롯 터널의 상부반단면에 1차적으로 경사방향/종방향 확폭발파를 수행하고, 상기 확폭발파구간(이하, "NATM 막장"이라 칭함)의 수십미터 후방에서 파일롯터널 하부반단면에 2차적으로 종방향 발파를 병행함으로써, 공정이 단순화 되고 소요장비가 줄게 되어 공기 및 공사비용을 획기적으로 줄일 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 1차로 경사방향/종방향 확폭발파시 일반적인 캐리어를 이용하되, 2차적으로 하부 종방향 발파시 발파버럭으로부터 레일이나 TBM 굴착에 필요한 기기설비들을 보호받을 수 있게 하기 위하여 종래의 바닥캐리어를 설치하는 대신, 완성할 터널단면 바닥면과 일치하는 발파보호대를 설치함으로써 발파단계를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 종래에 문제가 됐던 레일 받침부를 제거하여 제반공정의 효율성을 제고할 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 TBM 전진시, 상기 TBM 전진과는 무관하게 독립적으로 발파공 사전 천공작업을 안정적으로 수행할 수 있도록, 상기 TBM 후속설비 임의구간에 아우트리거(out rigger)와 슬라이딩 패널(sliding panel)이 장착되는 경사방향 천 공장치를 구비하여, 경사방향 발파공을 천공하고 있을 경우의 천공드릴 파손을 예방할 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 발파후 버럭 반출을 위한 캐리어 이동시 TBM 굴착에 필요한 기기설비 즉 케이블, 물공급관과 급기관 등을 레일사이 저부공간에 설치하고 고무판으로 보호하여, 상기 캐리어로부터의 소규모 낙하 버럭에 대한 고압 케이블의 안정성을 확보할 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 단선 철도터널과 같은 소규모 터널에서의 확대발파시, 발파보호대, 사다리 대차, 특수형상으로 고안된 캐리어 등을 이용하여 버럭처리 장비의 캐리어간 종방향으로의 이동을 가능하게 함으로써, 터널 상부반단면 양측면에서의 터널장비 작업공간 부족문제를 해결할 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 기존발명에서의 캐리어가 개념적인 면에서만 고안되어 있을 뿐이어서 실질적으로 TBM 굴착과 확대굴착 병행시공에 활용되기 어려운 문제점을 고려하여, 운반과 유지관리가 용이한 조립식 캐리어 부품, 발파 버럭 충격으로부터 레일을 완벽하게 보호할 수 있도록 캐리어 하부 양쪽에 설치되는 아우트리거(outrigger), 캐리어 본체와 하부 파일롯터널 사이공간에서의 버럭 끼임(jamming)을 방지할 수 있는 먹스탑퍼(muck stopper)와 러버스커트(rubber skirt) 등이 구비되어 확대발파와 버럭처리 제반공정의 효율성과 안정성을 확보할 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 종래에 제안된 지퍼에 의한 환기덕트의 탈부착이 실질적으로는 시행하기가 번거롭고 시간이 걸리는 것을 감안하여, 분리와 연결시의 간편함을 위하여 연결구간을 주름관으로 설치하여 커튼식으로 간편하게 탈부착을 시행할 수 있게 한 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 TBM 하부를 완성할 터널단면 바닥 수십센티 하부에 위치하게 하여 파일롯터널을 굴착하고, 터널보링머신에 의해 굴착중인 파일롯(pilot) 터널의 상부반단면의 횡방향에서 TBM 컨베이어 벨트가 통과하는 천단부를 제외하고 터널 반경방향으로 경사방향의 발파공을 미리 천공해 놓고, 상기 터널의 최외곽 굴착단면과 천단부, 그리고 경사방향의 발파공을 미리 천공하기가 곤란하거나 발파공 천공 길이가 부족한 부분에 대해 터널진행방향인 종방향으로 소정길이만큼 발파공을 천공한 후, 장약하여 확대발파하는 제 1단계; 상기 확대발파 구간에서 막장 후방으로 소정거리만큼 떨어진 위치에서 파일롯 터널의 하부 반단면에 대해서 종방향 발파공을 천공한 후, 장약하여 발파하는 제 2단계를 포함하는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 터널굴진방향으로 전진 이동하면서 파일롯터널을 굴착하며, 후속트레일러가 구비된 터널보링머신(TBM) 본체; 상기 터널보링머신(TBM) 후속트레일러의 소정위치에 설치되며, 터널굴착중에 터널보링머신(TBM) 전진에 영향 받지 않고 독립적으로 파일롯터널의 상부반단면에 반경방향인 횡방향으로 경사방향 발파공을 천공할 수 있는 천공수단; 상기 파일롯터널의 하반부 공간에 설치되어 확대발파시 레일을 손상시키지 않으면서, 버럭운반장치인 캐리어 본체와 하부 파일롯터널 사이공간에서의 버럭 끼임(jamming)을 방지할 수 있으며, 단선 철도터널과 같이 좁은 터널에서도 본 발명의 적용이 가능한, 현장운반과 유지보수가 용이한 캐리어의 제반장치를 포함하는 터널굴착장치를 제공한다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치는 간소화 된 발파공법을 수행함으로써, 공정이 단순화되고 소요장비가 줄게 되어 공기 및 공사비용을 획기적으로 줄일 수 있는 효과가 있다.
전술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 3차원적 다단계 터널굴착 방법에서의 레일 받침부를 제거하기 위해 TBM 하부를 완성할 터널단면 바닥 수십센티 하부에 위치하게 하여 파일롯터널을 굴착하고, 상기 기존 발명에서의 경사방향 발파공 천공작업을 수행하기 위한 선행 조건인 TBM 컨베이어벨트 위치의 개조 불편을 제거하기 위해, 파일롯터널 굴착중에 TBM 컨베이어 벨트가 통과하는 터널 천단부를 제외하고 상부반단면에 대하여 터널 반경방향으로 경사방향의 발파공을 미리 천공해 놓고, TBM 막장으로부터 수백미터 후방에서 터널 최외곽면과 천단부에 소정길이만큼 종방향 발파공의 천공을 실시하여 파일롯 터널의 상부반단면에 1차적으로 경사방향/종방향 확폭발파를 수행하고, 상기 확폭발파구간(이하, "NATM 막장"이라 칭함)의 수십미터 후방에서 파일롯터널 하부반단면에 2차적으로 종방향 발파를 병행함으로써, 공정이 단순화 되고 소요장비가 줄게 되어 공기 및 공사비용을 획기적으로 줄일 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 1차로 경사방향/종방향 확폭발파시 일반적인 캐리어를 이용하되, 2차적으로 하부 종방향 발파시 발파버럭으로부터 레일이나 TBM 굴착에 필요한 기기설비들을 보호받을 수 있게 하기 위하여 종래의 바닥캐리어를 설치하는 대신, 완성할 터널단면 바닥면과 일치하는 발파보호대를 설치함으로써 발파단계를 간소화할 수 있을 뿐만 아니라 종래에 문제가 됐던 레일 받침부를 제거하여 제반공정의 효율성을 제고할 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 TBM 전진시, 상기 TBM 전진과는 무관하게 독립적으로 발파공 사전 천공작업을 안정적으로 수행할 수 있도록, 상기 TBM 후속설비 임의구간에 아우트리거(out rigger)와 슬라이딩 패널(sliding panel)이 장착되는 경사방향 천공장치를 구비하여, 경사방향 발파공을 천공하고 있을 경우의 천공드릴 파손을 예 방할 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 발파후 버럭 반출을 위한 캐리어 이동시 TBM 굴착에 필요한 기기설비 즉 케이블, 물공급관과 급기관 등을 레일사이 저부공간에 설치하고 고무판으로 보호하여, 상기 캐리어로부터의 소규모 낙하 버럭에 대한 고압 케이블의 안정성을 확보할 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 단선 철도터널과 같은 소규모 터널에서의 확대발파시, 발파보호대, 사다리 대차, 특수형상으로 고안된 캐리어 등을 이용하여 버럭처리 장비의 캐리어간 종방향으로의 이동을 가능하게 함으로써, 터널 상부반단면 양측면에서의 터널장비 작업공간 부족문제를 해결할 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 기존발명에서의 캐리어가 개념적인 면에서만 고안되어 있을 뿐이어서 실질적으로 TBM 굴착과 확대굴착 병행시공에 활용되기 어려운 문제점을 고려하여, 운반과 유지관리가 용이한 조립식 캐리어 부품, 발파 버럭 충격으로부터 레일을 완벽하게 보호할 수 있도록 캐리어 하부 양쪽에 설치되는 아우트리거(outrigger), 캐리어 본체와 하부 파일롯터널 사이공간에서의 버럭 끼임(jamming)을 방지할 수 있는 먹스탑퍼(muck stopper)와 러버스커트(rubber skirt) 등이 구비되어 확대발파와 버럭처리 제반공정의 효율성과 안정성을 확보할 수 있는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제 공한다.
또한, 본 발명은 종래에 제안된 지퍼에 의한 환기덕트의 탈부착이 실질적으로는 시행하기가 번거롭고 시간이 걸리는 것을 감안하여, 분리와 연결시의 간편함을 위하여 연결구간을 주름관으로 설치하여 커튼식으로 간편하게 탈부착을 시행할 수 있게 한 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명은 TBM 하부를 완성할 터널단면 바닥 수십센티 하부에 위치하게 하여 파일롯터널을 굴착하고, 터널보링머신에 의해 굴착중인 파일롯(pilot) 터널의 상부반단면의 횡방향에서 TBM 컨베이어 벨트가 통과하는 천단부를 제외하고 터널 반경방향으로 경사방향의 발파공을 미리 천공해 놓고, 상기 터널의 최외곽 굴착단면과 천단부, 그리고 경사방향의 발파공을 미리 천공하기가 곤란하거나 발파공 천공 길이가 부족한 부분에 대해 터널진행방향인 종방향으로 소정길이만큼 발파공을 천공한 후, 장약하여 확대발파하는 제 1단계; 상기 확대발파 구간에서 막장 후방으로 소정거리만큼 떨어진 위치에서 파일롯 터널의 하부 반단면에 대해서 종방향 발파공을 천공한 후, 장약하여 발파하는 제 2단계를 포함하는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 터널굴진방향으로 전진 이동하면서 파일롯터널을 굴착하며, 후속트레일러가 구비된 터널보링머신(TBM) 본체; 상기 터널보링머신(TBM) 후속트레일러의 소정위치에 설치되며, 터널굴착중에 터널보링머신(TBM) 전진에 영향 받지 않고 독립적으로 파일롯터널의 상부반단면에 반경방향인 횡방향으로 경사방향 발파 공을 천공할 수 있는 천공수단; 상기 파일롯터널의 하반부 공간에 설치되어 확대발파시 레일을 손상시키지 않으면서, 버럭운반장치인 캐리어 본체와 하부 파일롯터널 사이공간에서의 버럭 끼임(jamming)을 방지할 수 있으며, 단선 철도터널과 같이 좁은 터널에서도 본 발명의 적용이 가능한, 현장운반과 유지보수가 용이한 캐리어의 제반장치를 포함하는 터널굴착장치를 제공한다.
본 발명은 미래 터널굴착 공법의 발전방향인 정보화, 기계화, 자동화 시공개념을 팩키지화한 것으로서 터널굴착공법 및 이를 구현하기 위한 관련장치로 구성된다. 본 발명에 따른 TBM 을 이용한 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공을 위한 캐리어 관련장치는 다음과 같다.
[메인 캐리어]
- 파일롯터널 직경에 맞게 제작되고, 하부에 휠이 구비되어 파일롯터널 레일상에서 이동할 수 있으며, 파일롯터널 하부 반단면상에 배치하여 확대발파시 고압케이블 및 급수관 등 TBM 부속설비를 보호함과 동시에, 파일롯터널 하부로 낙하하는 대용량의 버럭이 자연적으로 적재되게 함으로써 신속한 버럭처리 작업을 가능하게 하는 사다리꼴 강재 본체.
- 발파시 파일롯터널 상반과 하반 경계면에서 캐리어 본체와 암반사이에 버럭이 끼는 것을 방지하고, 캐리어 측벽선단이 낙하버럭의 충격에 의해 변형되는 것을 방지할 뿐만 아니라 버럭낙하시 편심 충격하중에 의한 캐리어의 레일 탈선 방지 및 하부 스프링에 의한 과도한 상향 반발력을 억제하기 위하여 본체 좌우 측면 상단에 설치되고 유압에 의하여 확장과 복원이 가능한 muck stopper 및 상부 선단에 종방향으로 설치되는 러버스커트(rubber skirt; 고무판).
- 하부로 낙하하는 버럭의 충격을 완화시키기 위하여 본체하부에 설치되는 내외부 스프링.
- 발파시 본체의 충격흡수 및 유동 방지를 위하여 캐리어 하부에 장착되는 아우트리거(outrigger) 시스템.
[데크플레이트 캐리어]
- 확대발파 막장 상반에서 파일롯터널로 인하여 분리된 좌우측을 연결해 줌으로써 터널장비의 이동을 자유롭게 하고, 천공장비의 작업공간을 확보하기 위하여 적절한 두께의 철판으로 보강되어 메인 캐리어 상부에 설치되는 데크플레이트.
본 발명에서 사용되는 용어에 대하여 설명하면 다음과 같다.
(1) 메인 캐리어: TBM 부속시설 보호 및 확대발파 버럭처리 장비이다(Type-A, B : 상반 버럭처리, Type-C : 하반 및 TBM 버럭처리).
(2) 데크 플레이트 캐리어: 상반 중앙에서의 작업을 가능하게 하고, 터널 좌우측으로의 장비 이동을 가능하게 한다.
(3) 바닥 캐리어: 터널장비 반입 및 반출용(종래와 활용목적이 다름; 중래에는 버럭운반 및 레일보호)이다.
(4) 램프 캐리어: 바닥 캐리어와 데크 플레이트 캐리어의 연결용이다.
(5) 이동식 램프: 상하반을 연결하여 장비이동을 가능하게 하고 이동할 수 있다.
(6) 경사방향 천공장치: 파일롯터널내 경사방향 천공장치이다.
(7) 로더: 상하반에서의 버럭처리 로더(종래에는 필요했으나, 본 발명에는 rotary 백호로 대체됨)이다.
(8) 레일 받침부: 하반중앙부에 통상 0.8m ~ 2m 높이로 형성된 레일상 장비의 이동로(종래에는 존재했으나, 본 발명에는 필요없음)이다.
(9) 종방향 천공: 확대발파 막장면에서의 터널축과 평행한 천공이다.
(10) 경사방향 천공: 터널축에 직각인 단면에서 경사진 각도의 천공이다.
(11) Muck Stopper: 메인캐리어(Type-A, B)에 장착된 장치로서, 실린더를 작동하여 버럭에 의한 캐리어의 jamming을 예방하고 발파시 캐리어의 유동 및 변형을 방지하기 위함이다.
(12) Rubber Skirt: 메인 캐리어(Type-A, B)의 양측면 muck stopper 상부에 부착된 고무판(t=20mm)으로서 확대발파 후 버럭제거를 위한 캐리어 이동시, 메인 캐리어의 muck stopper는 수축되어야 하는데 이때의 잔버럭 sliding으로 인한 캐리어의 jamming을 방지하기 위함(종래에는 없었으나, 본 발명에서 레일 및 sleeper 의 안정성을 확보하기 위하여 추가 보완함)이다.
(13) Outrigger: 낙하버럭의 수직 및 횡방향 충격에 대한 메인 캐리어(Type-A)의 안정성을 확보하기 위하여 캐리어 하부 양쪽에 각 5개씩 설치된 캐리어의 support로서 유압에 의하여 가동되나, 충격하중은 단주의 특수강이 파일롯터널 하부 원지반을 지지하여 직접 받도록 설계된다(종래에는 없었으나, 본 발명에서는 레일 및 sleeper의 안정성을 확보하기 위하여 추가 보완함).
[TBM 굴착]
(1) 후속설비에는 방향과 천공길이를 자동으로 제어할 수 있는 경사방향 천공시스템을 설치하여야 한다.
(2) 천공시스템은 신기술 적용을 위하여 특별히 개조된 2붐 Rocket 점보를 사용하되, feed는 좁은 공간에서 천공길이를 연장할 수 있는 telescopic feed를 써야 하며 구성요소는 다음과 같다.
- 붐 : 2 × BUT
- 락드릴 조절기 : 2 × BMH 6000 시리즈
- 드릴 rod 길이 : 최대 천공장에 좌우
- 드릴 : 2 × COP1238
- 각도 및 길이 자동제어장치 : TAS (제어각 1°, 제어길이 1cm)
(3) TBM 고압케이블은 연결부의 수밀성을 위하여 해저 케이블용 커넥터를 사용하여야 하며, 누전방지를 위하여 사전에 케이블의 손상여부를 정밀점검 하여야 한다.
(4) TBM 고압케이블은 케리어 주행시 소규모 버럭 의 낙하로 인하여 손상 받을 수 있으므로 고무판으로 된 고압케이블 보호덮개(t=15mm, 폭 30cm 이상)를 레일 사이 sleeper 하부에 설치한다(본 발명에서는 안전상 추가사항임).
(5) 확대발파 인한 분진이 TBM 본체 부근으로 유입되는 것을 방지하기 위하여 비상급기관 단위길이(6m) 마다 발파 막장쪽으로 노즐을 설치하여 발파 5분전부터 가동, 발파분진이 발파 막장을 넘어 TBM 본체부근으로 유입되지 않도록 한다(본 발명에서는 추가사항).
(6) TBM 의 backup은 1발파 시간동안 TBM의 최대 굴착량을 매 발파시 반출할 수 있도록 캐리어의 길이(7m) 및 적재량(35㎥)을 고려하여 설계하여야 한다(본 발명에서 추가사항).
(7) 파일롯 터널에서의 천공작업이 TBM 굴착에 간섭되지 않도록 경사방향 천공장치는 요구된 성능 및 기능을 확보하여야 한다.
[확대발파]
(1) 기존 발명에서 레일받침부 발파는 마지막 3단계 발파공정으로써 TBM이 관통되고 라이닝 시공이 거의 완료된 상태에서, 횡방향 천공을 사전에 실시하고, 레일을 순차적으로 철거하면서 연속적으로 발파를 시행한다. 이때, 기 시공된 라이닝 콘크리트를 발파로부터 보호하기 위하여 완충재가 부착된 강재 곡면판을 발파전에 설치하여야 한다(종래에는 필요한 공정이었으나 본 발명에서는 공정의 단순화로 필요 없음).
(2) 파일롯 터널내 경사방향 발파공은 TBM 후속설비에 장착된 천공장치를 이용하여 TBM 굴착과 동시에 천공하며, 종방향 발파공은 TBM 막장으로부터 통상 300~500m 후방에서 상부반단면 최외곽면과 컨베이어벨트 장애로 인한 경사방향 공 미실시 부분에 대해 1회 굴진장 만큼 천공한다.
(3) 상기 (2)에서 경사방향 발파공은 통상 파일롯터널 벽면에 직각되게 천공한다.
(4) 확대굴착시 레일, 고압케이블 등 TBM 부속설비들은 캐리어를 이용하여 보호하여야 한다.
(5) 경사방향 발파공의 경사각은 터널축에 직각되게 천공하되, 발파 패턴에 따라 길이와 각도에 유의하여 천공하여야 한다.
(6) 암반이 열악하다고 판단될 경우, 미리 천공된 경사방향 발파공은 함몰방지를 위하여 PVC 파이프를 공내에 삽입하여 발파시까지 유지하여야 하며, 장약시 PVC 파이프를 발파공에 삽입한 채 화약을 삽입함으로써 발파공 저부까지 장약이 이루어질 수 있도록 한다.
(7) 종래에는 수직 천공된 발파공의 장약을 위해서는 전색 후 준비된 고무 팩킹을 삽입하여 화약이 흘러내리는 것을 방지하였다. 그러나, 본 발명에서는 작업여건의 현실화를 위하여 모래전색 후 고무 팩킹 삽입 대신 물기 있는 점토전색을 시행하여 마감함으로써 공정을 단순화 하고, 점토전색은 장약이 흘러내릴 수 있는 45도 이상의 경사방향 발파공에만 장약하는 것으로 한다.
(8) 막장면에 위치할 캐리어는 주행안정성 확보 및 발파로부터의 위치 고정을 위하여 브레이크 장치가 되어 있어야 하며 발파시 muck stopper는 파일롯터널 벽면에 밀착시켜야 한다.
(9) 확대굴착시 Main Carrier(Type-A) 중앙의 위치는 발파영역 중앙과 일치시켜야 하며, 상기 Main Carrier가 위치한 부분의 레일하부(아치형 sleeper와 sleeper 사이의 레일하부 빈 공간)에는 강재 쐐기를 일정한 간격으로 설치하여, 지반과 레일을 일체화 시킴으로써 낙하버럭에 대한 충격 안정성을 높인다(종래). 그러나, 본 발명에 따라 개선된 신기술에서는 확대발파시 캐리어 하부에 outrigger 를 신규로 장착, 가동하여 레일 및 sleeper의 손상가능성을 원천 방지함으로써 레 일보호를 위한 쐐기 설치 등 추가 공정을 필요 없게 한다(본 발명에서는, 발파시 outrigger 의 유압장치에 의하여 캐리어는 레일로부터 2cm 만큼 lift up 됨).
(10) 레일은 캐리어의 탈선방지를 위하여 정밀측량후 설치하며, Anchor 및 앵글로 고정시킨다(종래). 그러나, 본 발명에 따른 개선된 신기술에서는 파일롯터널 측벽에 밀착되는 round형 sleeper를 개발, 설치함으로써 레일상의 주행안정성을 높일 수 있으며 상기 앵커 및 앵글은 필요 없다.
(11) 굴착시 TBM 구간의 임시지보는 원칙적으로 설치하지 않는 것으로 하나, 불가피한 경우, 무지보 자립시간을 고려하여 최소화한다.
(12) 장비의 이동을 위하여 바닥 캐리어를 이용할 경우, 장비와 바닥 캐리어의 단차 해소를 위한 시설물을 설치하고, 승하차시 장비의 압력으로 캐리어의 후두부가 들리지 않도록 시설물을 설치하여야 한다.
(13) 발파시 NATM 환기덕트는 배기를 원칙으로 하나, 경제성으로 인하여 송기로 사용할 경우에는 발파직 후 파일롯터널이 막혀 있을 동안에만 가동하며, 버럭이 제거되어 파일롯터널이 개방되면 가동을 중지하고 TBM 환기덕트에 의하여 송기를 실시한다.
(14) TBM 부속설비(급기관, 고압전력선, 급수관, 배수관 등)는 레일 사이 sleeper 하부에 설치한다.
(15) 경사방향 천공장치는 작업대차(deck plate)를 이용하여 전후 15m 이상을 이동할 수 있게 설치하여야 한다.
(16) 발파시 버럭에 의한 TBM 고압케이블의 파손을 원천 방지하기 위하여 캐 리어 끝으로부터 20m 이상 케이블 보호대를 추가 설치하여야 한다.
[버럭처리]
(1) 연장 1km 이상의 터널의 경우, 캐리어의 원활한 소통을 위하여 1km 마다 California Switch를 설치 운영하여야 한다.
(2) 버럭적재후 캐리어에 만재되어 운반된 버럭은 Dumping System(처리용량 100톤 기준)을 이용하여 신속하게 처리하여야 한다.
(3) 버럭적재는 로더를 사용하여야 하며, 버킷용량은 V=3.4㎥ 이상을 적용하는 것이 바람직하나, 굴착단면 및 작업조건에 적합한 용량을 선정할 수 있다(종래). 그러나, 개선된 본 발명에서 버럭적재는 막장에서의 버럭분포 형태를 고려하여 회전형 버킷(rotary bucket)이 장착되어 있는 궤도형 백호를 사용하여 횡으로 (sweeping away) 버럭을 캐리어에 상차하여야 하며, 버킷용량은 V=1.5㎥를 기준으로 하되 증감할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 종방향 천공 발파패턴도.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 패턴에 따라 시공되는 종방향 천공 발파방법의 시공순서도.
도 3a 내지 도 3c는 종래기술에 따른 이방향 천공발파 패턴도.
도 4a 내지 도 4d는 도 3a 내지 도 3c의 패턴에 따라 시공되는 이방향 천공 발파방법의 시공순서도.
도 5a 내지 도 5c는 종래기술에 따른 3차원적 다단계 천공 발파방법을 구현하기 위한 발파패턴도.
도 6a 내지 도 6e는 종래기술에 따른 3차원적 다단계 천공 발파과정을 나타낸 시공순서도.
도 7은 종래기술인 3차원적 다단계 천공 발파방법에 사용되는 쐐기커플러의 구성도.
도 8은 종래기술에 따른 3차원적 다단계 천공 발파시 발생되는 버럭반출 모식도.
도 9a 내지 도 9f는 종래기술에 따른 3차원적 다단계 천공 발파시 발생되는 버럭의 처리과정을 나타낸 순서도.
도 10은 종래기술인 3차원적 다단계 터널굴착 장치의 전체 구성을 나타낸 개략도.
도 11은 종래기술인 3차원적 다단계 천공장치 측면도.
도 12는 종래기술에 따른 3차원적 다단계 천공 발파시 캐리어와 터널하반부 사이공간에 TBM에 필요한 각종 설비가 설치된 상태도.
도 13은 종래기술에 따른 3차원적 다단계 천공 발파시 환기덕트의 탈부착을 나타낸 개략도.
도 14a 내지 도 14d는 본 발명에 의한 TBM을 이용한 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 방법을 구현하기 위한 발파패턴도(좁은터널 포함).
도 15는 본 발명에 의한 TBM을 이용한 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 과정을 나타낸 시공개념도.
도 16a 내지 도 16b는 본 발명에 사용되는 발파공 함몰 방지장치 및 장약 흘러내림 방지장치 구성도.
도 17a 내지 도 17e는 본 발명에 의한 버럭반출 모식도.
도 18a 내지 도 18e는 본 발명에 의한 버럭의 처리과정을 나타낸 순서도(좁은터널 포함).
도 19는 본 발명에 의한 TBM을 이용한 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 장치의 전체 구성을 나타낸 개략도.
도 20은 본 발명에 의한 경사방향 천공장치 개략도.
도 21은 본 발명에 의한 TBM을 이용한 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공시 캐리어와 터널하반부 사이공간에 TBM에 필요한 각종 설비가 설치된 상태도.
도 22는 본 발명에 의한 TBM을 이용한 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공을 위한 소요 특수장비 구성도.
도 23은 본 발명에 의한 현장운반과 유지보수가 용이한 조립형 캐리어의 분해사시도.
도 24는 본 발명에 의한 캐리어 jamming 방지장치인 muck stopper 및 rubber skirt 개념도.
도 25a 내지 도 25b는 본 발명에 의한 레일 보호용 캐리어 충격 지지장치인 outrigger 개념도.
도 26은 본 발명에 의한 레일 sleeper 개념도.
도 27은 본 발명에 의한 환기덕트의 탈부착을 나타낸 개략도.
도 28a 내지 도 28c는 본 발명에 의한 주요장비 작업 모식도.
도 29는 본 발명에 의한 종방향 및 이방향 장약을 위한 작업대차를 내장한 deck plate carrier 작업 개념도.
Claims (9)
- 3차원적 다단계 터널굴착 방법에서의 레일 받침부를 제거하기 위해 TBM 하부를 완성할 터널단면 바닥 수십센티 하부에 위치하게 하여 파일롯터널을 굴착하고, 경사방향 발파공 천공작업을 수행하기 위한 선행조건인 TBM 컨베이어벨트 위치의 개조 불편을 제거하기 위해, 파일롯터널 굴착중에 TBM 컨베이어 벨트가 통과하는 터널 천단부를 제외하고 상부반단면에 대하여 터널 반경방향으로 경사방향의 발파공을 미리 천공해 놓고, TBM 막장으로부터 수백미터 후방에서 터널 최외곽면과 천단부에 소정길이만큼 종방향 발파공의 천공을 실시하여 파일롯 터널의 상부반단면에 1차적으로 경사방향/종방향 확폭발파를 수행하고, 상기 확폭발파구간(이하, "NATM 막장"이라 칭함)의 수십미터 후방에서 파일롯터널 하부반단면에 2차적으로 종방향 발파를 병행하는파일롯터널 굴착, 확대발파 및 라이닝 병행시공 터널굴착 방법.
- 제1항에 있어서,1차적으로 경사방향/종방향 확폭발파시 일반적인 캐리어를 이용하되, 2차적으로 하부 종방향 발파시 발파버럭으로부터 레일이나 TBM 굴착에 필요한 기기설비들을 보호받을 수 있게 하기 위하여 종래의 바닥캐리어를 설치하는 대신, 완성할 터널단면 바닥면과 일치하는 발파보호대를 설치하는파일롯터널 굴착, 확대발파 및 라이닝 병행시공 터널굴착 방법.
- 제1항에 있어서,상기 TBM 전진시에 이와 무관하게 독립적으로 발파공 사전 천공작업을 안정적으로 수행할 수 있도록, 상기 TBM 후속설비 임의구간에 아우트리거(out rigger)와 슬라이딩 패널(sliding panel)이 장착되는 경사방향 천공장치를 구비하여, 경사방향 발파공을 천공하고 있을 경우의 천공드릴 파손을 예방하는파일롯터널 굴착, 확대발파 및 라이닝 병행시공 터널굴착 방법.
- 제1항에 있어서,상기 발파후 버럭 반출을 위한 캐리어 이동시 TBM 굴착에 필요한 기기설비 즉 케이블, 물공급관과 급기관 등을 레일사이 저부공간에 설치하고 고무판으로 보호하여, 상기 캐리어로부터의 소규모 낙하 버럭에 대한 고압 케이블의 안정성을 확보하는파일롯터널 굴착, 확대발파 및 라이닝 병행시공 터널굴착 방법.
- 단선 철도터널과 같은 소규모 터널에서의 확대발파시, 발파보호대, 사다리 대차, 특수형상으로 고안된 캐리어 등을 이용하여 버럭처리 장비의 캐리어간 종방향으로의 이동을 가능하게 함으로써, 터널 상부반단면 양측면에서의 터널장비 작업공간 부족문제를 해결할 수 있는파일롯터널 굴착, 확대발파 및 라이닝 병행시공 터널굴착 방법.
- 운반과 유지관리가 용이한 조립식 캐리어 부품;발파 버럭 충격으로부터 레일을 완벽하게 보호할 수 있도록 캐리어 하부 양쪽에 설치되는 아우트리거(outrigger); 및캐리어 본체와 하부 파일롯터널 사이공간에서의 버럭 끼임(jamming)을 방지할 수 있는 먹스탑퍼(muck stopper)와 러버스커트(rubber skirt)를 포함하는 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 장치.
- 환기덕트의 분리와 연결시의 간편함을 위하여 연결구간을 주름관으로 설치하여 커튼식으로 한파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 장치.
- TBM 하부를 완성할 터널단면 바닥 수십센티 하부에 위치하게 하여 파일롯터 널을 굴착하고, 터널보링머신에 의해 굴착중인 파일롯(pilot) 터널의 상부반단면의 횡방향에서 TBM 컨베이어 벨트가 통과하는 천단부를 제외하고 터널 반경방향으로 경사방향의 발파공을 미리 천공해 놓고, 상기 터널의 최외곽 굴착단면과 천단부, 그리고 경사방향의 발파공을 미리 천공하기가 곤란하거나 발파공 천공 길이가 부족한 부분에 대해 터널진행방향인 종방향으로 소정길이만큼 발파공을 천공한 후, 장약하여 확대발파하는 제 1단계, 상기 확대발파 구간에서 막장 후방으로 소정거리만큼 떨어진 위치에서 파일롯 터널의 하부 반단면에 대해서 종방향 발파공을 천공한 후, 장약하여 발파하는 제 2단계를 포함하는파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝 병행시공 터널굴착 장치.
- 터널굴진방향으로 전진 이동하면서 파일롯터널을 굴착하며, 후속트레일러가 구비된 터널보링머신(TBM) 본체;상기 터널보링머신(TBM) 후속트레일러의 소정위치에 설치되며, 터널굴착중에 터널보링머신(TBM) 전진에 영향 받지 않고 독립적으로 파일롯터널의 상부반단면에 반경방향인 횡방향으로 경사방향 발파공을 천공할 수 있는 천공수단; 및상기 파일롯터널의 하반부 공간에 설치되어 확대발파시 레일을 손상시키지 않으면서, 버럭운반장치인 캐리어 본체와 하부 파일롯터널 사이공간에서의 버럭 끼임(jamming)을 방지할 수 있으며, 단선 철도터널과 같이 좁은 터널에서도 적용가능하며 현장운반과 유지보수가 용이한 캐리어의 제반장치를 포함하는 터널굴착장치.
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