KR20200091780A - 매트릭스 구조의 지지프레임을 이용한 와이어-쏘 굴착장치 및 이를 이용한 터널의 굴착방법 - Google Patents

매트릭스 구조의 지지프레임을 이용한 와이어-쏘 굴착장치 및 이를 이용한 터널의 굴착방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 굴착하고자 하는 암반의 대상면의 절단구획에 따라 천공된 복수의 진입공에 설치되어 와이어-쏘를 이용하여 상기 대상면을 굴착하는 와이어-쏘 굴착장치에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치는 매트릭스 구조의 지지프레임을 이용하여 복수의 구획면에 대해 동시에 절단작업을 수행할 수 있어 작업효율을 현저히 향상시킬 수 있다.

Description

매트릭스 구조의 지지프레임을 이용한 와이어-쏘 굴착장치 및 이를 이용한 터널의 굴착방법{WIRE-SAW EXCAVATION APPARATUS USING A FRAME OF A MATRIX STRUCTURE AND TUNNEL EXCAVATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 매트릭스 구조의 프레임을 이용한 와이어-쏘 굴착장치 및 이를 이용한 터널의 굴착방법에 관한 것으로서, 굴착속도를 향상시킴과 동시에 활용 가능한 형태의 석재를 채취할 수 있는 와이어-쏘 굴착장치 및 이를 이용한 터널의 굴착방법에 관한 것이다.
지반을 굴진하여 터널을 시공할 경우 암반(岩盤)이 매립된 위치의 경우에는 발파공법을 이용하거나, TBM(Tunnel Boring Machine)을 이용하여 터널을 굴착한다.
발파공법은 굴착하고자 하는 암석을 와이어-쏘나 젯버너(jet-burner)를 이용하여 절개 기준선을 커팅하고, 암석발파를 위한 천공을 설치한다. 그 후에 폭약을 장약하고 발파하여 해당범위의 암석을 굴착한다. 발파공법의 경우 안정성과 원하는 형태로 암석을 발파하기 위해 적지 않은 작업과 시간이 소요된다. 뿐만 아니라, 폭약의 폭발은 종종 예상하지 못한 범위까지 암석을 굴착하기도 하며, 발파로 인한 분진의 비산 · 소음 등과 같은 공해로 인한 문제가 발생한다.
TBM은 다수의 디스크커터를 장착한 커터헤드를 회전시켜 암반을 압쇄하여 굴진하는 원형의 회전식 굴진기로서, TBM를 이용한 굴착은 발파공법에 비해 시공속도고 빠르고, 안전이 향상되며, 공해의 문제가 현저히 낮다는 장점이 있다. 하지만 TBM은 매우 고가의 장치로, 중·소 규모의 터널굴착에 이용하기 쉽지가 않고, 굴착으로 채굴한 암석이 자갈 등의 크기로 파쇄된 상태이므로 대상 암석의 재활용이 사실상 불가능하다는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해소하기 위해, 와이어-쏘(wire-saw)를 이용하여 암석을 절단하고 굴착하는 기술이 등록특허 제10-1649328호에 개시되어 있다.
와이어-쏘를 이용하여 터널을 굴착하기 위해서는 굴착하고자 하는 대상면을 구획하고, 구획화된 영역의 둘레에 따라 진입공을 천공한다. 그 후 진입공 중 인접하는 두개의 진입공에 와이어-쏘가 설치된 암(arm)을 삽입하고, 와이어-쏘 굴착장치를 작동시켜 구획화된 영역의 일 선분을 절단한다.
예컨대, 구획화된 영역이 사각형이라면 종래에 제안된 와이어-쏘 굴착장치로는 사각형의 4개의 변을 4회에 걸쳐 절단하고, 마지막으로 절단된 내측의 단부를 절단하는 작업을 수행하여야 한다. 터널을 시공하기 위해서는 구획화된 영역이 복수이므로 작업 시간은 기하급수적으로 증가될 수밖에 없다.
따라서 현업에서 이용가능한 새로운 방안이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 굴착하고자 하는 대상면을 최소한의 시간으로 굴착할 수 있는 와이어-쏘 굴착장치를 제공하고자 한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 와이어-쏘 굴착장치는 굴착하고자 하는 암반의 대상면의 절단구획에 따라 천공된 복수의 진입공에 설치되어 와이어-쏘를 이용하여 상기 대상면을 굴착한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치는 상기 복수의 진입공에 삽입되는 진입암; 상기 진입암의 삽입 반대방향의 단부에 형성되며, 상기 진입암보다 작은 단면적을 가짐으로써 상기 진입암과의 사이에 걸림턱이 형성된 삽입부; 제1방향으로 배치된 제1프레임과 제2방향으로 배치된 제2프레임이 교차함으로써 상기 절단구획에 대응하는 매트릭스 구조를 가지는 지지프레임; 상기 지지프레임에 설치되며, 상기 걸림턱에 의해 상기 진입암이 삽입반대 방향으로 밀려나는 것을 방지하기 위해 상기 삽입부가 삽입되는 삽입구; 상기 진입암을 따라 무환궤도로 배선되는 와이어-쏘; 및 상기 와이어-쏘의 일부가 감기도록 걸려있으며, 상기 와이어-쏘를 순환 동작시키고 상기 대상면의 반대방향으로 이동하여 상기 와이ㅇ-쏘가 암반을 절단하도록 하는 구동롤러;를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 구동롤러는 상기 제1방향으로 길게 형성된 원통형상을 가지고, 상기 와이어-쏘는 상기 구동롤러에 상기 제1방향으로 서로 이격되어 배치되며, 상기 제2방향으로 암반을 절단하는 제1 내지 제n와이어-쏘를 포함할 수 있다. 이때, 상기 구동롤러에는 상기 제1 내지 제n-와이어-쏘가 들어가는 제1 내지 제n홈부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 진입암 중 상기 절단구획의 전체 중 외측에 배치된 진입암은 상기 절단구획의 외측으로 벌어지도록 설치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 진입암의 삽입 방향의 단부에 설치되는 풀리;를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 풀리는 제1방향으로 회전하는 제1풀리와 제2방향으로 회전하는 제2풀리를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지프레임과 상기 대상면의 사이에 배치되는 보조지지프레임;을 더 포함하고, 상기 보조지지프레임은 상기 진입암이 삽입되는 보조지지구를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지프레임은 외측으로 돌출되어 상기 지지프레임을 벽면에 고정시키는 적어도 하나 이상의 지지대를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 구동롤러와 상기 지지프레임 사이에 배치되며, 상기 구동롤러에서 인출되는 와이어-쏘가 상기 구동롤러의 회전방향과 평행하게 인출되도록 하는 위치에 설치된 중간롤러를 포함하는 와이어-쏘 가이드프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 와이어-쏘 굴착장치를 이용한 본 발명의 다른 실시예에 따른 터널의 굴착방법은 (a) 굴착하고자 하는 암반의 대상면에 절단구획에 따라 복수의 진입공을 천공하는 천공단계; (b) 상기 절단구획 중 절단선에 대응하도록 와이어-쏘가 배선되어 있으며, 상기 진입암의 삽입 반대방향의 단부에 상기 진입암보다 작은 단면적을 가지는 삽입부가 형성된 복수의 진입암을 상기 복수의 진입공에 삽입하는 삽입단계; (c) 제1방향으로 배치된 제1프레임과 제2방향으로 배치된 제2프레임이 교차함으로써 상기 절단구획에 대응하는 매트릭스 구조를 가지며 상기 삽입부가 삽입될 수 있는 삽입구가 형성된 지지프레임을 마련하고, 상기 삽입부가 상기 삽입구에 삽입되도록 상기 지지프레임을 설치하는 지지프레임 설치단계; 및 (d) 상기 와이어-쏘의 일부가 감기도록 결려있는 구동롤러를 동작시켜, 상기 와이어-쏘가 절단할 위치의 암반을 절단하는 단계;를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, 상기 (b) 단계에서 절단선을 절단구획의 가로선 또는 세로선으로 선정하여 상기 (b) 내지 (d) 단계를 수행한 후, 상기 (b) 단계에서 절단선을 절단구획의 세로선 또는 가로선으로 선정하여 상기 (b) 내지 (d) 단계를 수행할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 진입공으로 상기 절단선이 복수개 나와 있는 것을 우(偶)진입공이라 하고, 상기 진입공으로 상기 절단선이 홀수개 나와 있는 것을 기(奇)진입공이라 할 경우, 상기 절단구획에는 상기 기진입공이 0개 또는 2개일 수 있다. 이때, 상기 와이어-쏘는 하나일 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 (c) 단계를 수행하기 전, 제1방향으로 배치된 제1프레임과 제2방향으로 배치된 제2프레임이 교차함으로써 상기 절단구획에 대응하는 매트릭스 구조를 가지며 상기 진입암이 삽입될 수 있는 보조지지구가 형성된 보조지지프레임을 마련하고, 상기 진입암이 상기 보조지지구에 삽입되도록 상기 보조지지프레임을 설치하는 보조지지프레임 설치단계가 더 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치를 매트릭스 구조의 지지프레임을 이용하여 복수의 구획면에 대해 동시에 절단작업을 수행할 수 있어 작업효율을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치를 이용한 터널의 굴착방법은 최소한의 횟수로 터널을 굴착할 수 있어 효율적이다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치의 개략적 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치의 개략적 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치의 개략적 평면도이다.
도 4는 다른 실시형태의 진입암의 개략적 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치가 와이어-쏘 가이드프레임을 더 포함할 경우의 개략적 사시도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치가 보조지지프레임을 더 포함할 경우의 개략적 평면도이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 구동롤러의 개략적 사시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치를 이용한 터널의 굴착방법의 개략적 플로우 차트이다.
도 9은 굴착하고자 하는 대상면의 절단구획에 따른 제1절단선을 표시한 것이다.
도 10은 와이어-쏘 굴착장치로 제1절단선에 따라 절단한 후, 수행할 제2절단선을 표시한 것이다.
도 11은 굴착하고자 하는 대상면의 절단구획을 한번에 절단하여 굴착할 수 있는 절단선의 형태의 일 예를 표시한 것이다.
도 12은 터널의 상면을 아치형으로 하여 붕괴의 위험성을 낮출 수 있는 형태의 절단구획의 절단선을 표시한 것이다.
※첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치의 개략적 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치의 개략적 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치의 개략적 평면도이다.
도 1 내지 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치의 각 구성에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치는 굴착하고자 하는 암반의 대상면(1)의 절단구획에 따라 천공된 복수의 진입공(5)에 설치되어 와이어-쏘(W)를 이용하여 대상면(1)을 굴착한다. 이를 위해, 본 발명의 와이어-쏘 굴착장치는 진입암(10), 지지프레임(20), 및 구동롤러(30)를 포함한다.
본 발명의 와이어-쏘 굴착장치를 설치하기 전에, 앞서 대상면(1)에 전단구획에 따라 복수의 진입공(5)을 천공한다. 절단구획이란 암석을 굴착하기 위해 절단하여야 하는 절단선들이 모여 구성되는 구획의 집합을 의미한다. 즉, 절단구획의 절단선에 따라 암반을 소정의 깊이까지 절단하고, 소정의 깊이에 위치하는 암반의 끝부분을 절단하면, 절단구획에 따라 절단된 석재를 장비를 이용하여 꺼낼 수 있다. 이와 같은 작업을 반복하면 터널을 굴착하는 것과 동시에 이용가능한 형태의 석재를 얻을 수 있다.
절단구획의 하나의 절단선과 다른 하나의 절단선이 만나는 점에는 진입공(5)이 형성된다. 진입공(5)은 점보드릴을 이용하여 천공할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 집입공(5)에는 와이어-쏘(W)가 배선된 진입암(10)이 삽입된다. 진입암(10)은 진입공(5)에 삽입될 수 있도록 일 방향으로 길게 형성되며, 단면은 사각형이나 원형일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 진입암(10)의 단면은 다각형일 수 있다.
대상면(1)에 대하여 도 3 같이 배선된 와이어-쏘(W)를 순환구동시키면서 당겨주면 절단선을 따라 암반이 절단된다. 특히, 본 발명의 와이어-쏘 굴착장치는 다수의 절단구획에 대하여 동시에 절단작업을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
진입암(10)의 삽입방형의 단부에는 와이어-쏘가 끼워져 순환구동하도록 도와주는 풀리(12)가 설치된다. 풀리(12)는 도면에 도시한 것처럼 진입암(10)의 단부로부터 연장되도록 설치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 풀리(12)는 진입암(10)의 단부 내측에, 또는 단부의 일측에 설치되는 것도 가능하다.
진입암(10)의 삽입 반대방향의 단부에는 삽입부(11)가 형성된다. 삽입부(11)는 진입암(10)보다 작은 단면적을 가진다. 이와 같은 단면적 차이로 인해, 삽입부(11)와 진입암(10) 사이에는 걸림턱이 형성된다. 지지프레임(20)에는 삽입부(11)가 삽입되는 삽입구(23)가 형성되는데, 걸림턱에 의해 진입암(10)이 지지프레임(20)에 의해 지지된다. 삽입부(11)의 다면의 형상에는 제한이 없으나, 회전을 방지하기 위해 다각형의 단면으로 형성될 수 있다.
도 4는 진입암(10)의 다른 실시형태를 도시한 것이다. 도 4를 참조하면, 진입암(10)에는 레버(15)에 의해 동작되는 복수의 고정쐐기(16)를 설치될 수 있다. 진입암(10)을 진입공(5)에 삽입한 후, 레버(15)를 조작하면 고정쐐기(16)가 진입공(5)의 벽면으로 전개되어 진입암(10이 진입공(5) 내에 고정시킬 수 있다. 또한, 하나의 진입암(10)에 복수개의 풀리(12a, 12c, 12d)가 배치되는 것도 가능하다. 이때, 각각의 풀리(12a, 12b, 12c)는 커버(13a, 13b, 13c)를 가진다. 이와 같이, 하나의 진입암(10)에 복수개의 풀리(12a, 12b, 12c)를 배치하는 것은 상술한 바와 같이 본 발명의 와이어-쏘 굴착장치를 이용하여 다수의 절단구획에 대하여 한번에 절단작업을 수행하기 위함이다. 예컨대, 진입공(5)으로 절단선이 복수개 나와 있는 것을 우(偶)진입공이라 하고, 진입공(5)으로 상기 절단선이 홀수개 나와 있는 것을 기(奇)진입공이라 할 수 있는데, 절단구획에 기진입공이 0개 또는 2개인 경우 본 발명의 와이어-쏘 굴착장치로 한번에 모든 절단구획을 절단할 수 있다. 다만, 이처럼 한번에 모든 절단구획을 절단하기 위해서는 하나의 진입암(10)에 복수개의 풀리(12a, 12b, 12c)를 배치될 필요가 있다. 또는, 공정을 최소화하기 위해 와이어-쏘가 절단선에 따라 하나의 진입공(5)을 복수번 지나가는 경우, 해당 진입공(5)에 삽입될 진입암(10)에는 복수번만큼 또는 그 이상의 풀리(12a, 12b, 12c)가 배치된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 와이어-쏘 굴착장치는 다수의 절단구획에 대하여 동시에 절단작업을 수행할 수 있는데, 이를 위해 본 발명의 와이어-쏘 굴착장치는 복수개의 진입암(10)을 한번에 이용하게 된다. 예를 들어, 3개 이상의 진입암(10)을 한번에 이용하거나, 바람직하게는 5개 이상의 진입암(10)을 한번에 이용하는 것도 가능하다.
또한, 굴착하고자 하는 암반의 대상면(1)은 굴착이 수행되는 장소마다 달라지며, 그 때마다 절단구획도 달라진다. 절단구획이 달라지면 진입공(5)의 개수도 달라진다. 본 발명의 와이어-쏘 굴착장치는 이러한 환경 변화에 능동적으로 대응할 수 있다.
이처럼, 복수개의 진입암(10)을 한번에 이용하기 위해, 또는 달라지는 환경에 대응하기 위해 본 발명의 와이어-쏘 굴착장치는 지지프레임(20)을 이용한다. 지지프레임(20)은 제1방향으로 배치되는 제1프레임(21)과 제2방향으로 배치되는 제2프레임(22)으로 구성된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1프레임(21)은 가로방향으로, 제2프레임(22)은 세로방향으로 놓여진 프레임을 의미할 수 있다.
지지프레임(20)은 제1프레임(21)과 제2프레임(22)이 서로 교차하여 절단구획에 대응하는 매트릭스 구조를 가질 수 있다.
지지프레임(20)에는 절단구획의 진입공(5)에 대응하는 위치에 삽입구(23)가 설치된다. 삽입구(23)는 제1프레임(21) 또는 제2프레임(22)에 설치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 삽입구(23)는 별도의 삽입구 부재를 제1프레임(21)이나 제2프레임(22)에 결합하여 형성할 수도 있다.
지지프레임(20)에는 확장구(24)가 형성되어 있다. 확장구(24)에는 와이어-쏘(W)가 지지프레임(20)을 파손하지 않도록 방향을 조절하는 전환롤러(25)가 설치되거나, 외측으로 돌출되어 지지프레임(20)을 벽면에 고정시키는 적어도 하나 이상의 지지대(26)가 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 와이어-쏘 굴착장치는 도 5에 도시된 바와 같이, 지지프레임(20)과 구동롤러(30) 사이에 배치되는 와이어-쏘 가이드프레임(40)을 더 포함할 수 있다. 와이어-쏘 가이드프레임(40)은 구동롤러(30)에 비슷한 높이를 가지며, 구동롤러(30)에 배선된 와이어-쏘(W)가 구동롤러로부터 평행하게 인출될 수 있도록 배치되는 중간풀리(45)를 가진다. 구동롤러(30)에 배선된 와이어-쏘(W)의 이탈을 최소화하거나, 구동롤러(30)로부터 전달되는 힘이 절단에 손실없이 이용되기 위해서는 와어이-쏘(W)가 구동롤러(30)로부터 회전방향과 평행하게 인출 되어야 한다. 본 발명의 와이어-쏘 굴착장치는 와이어-쏘 가이드프레임(40)을 이용하여 구동롤러(30)에 배선된 와이어-쏘(W)가 구동롤러로부터 평행하게 인출될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 본 발명의 와이어-쏘 굴착장치는 도 6에 도시된 바와 같이, 지지프레임(20)과 대상면(1)의 사이에 보조지지프레임(20')을 더 포함할 수 있다. 보조지지프레임(20')은 지지프레임(20)과 동일한 구성들을 포함할 수 있으나, 다만 삽입구(23) 대신 보조지지구(23')가 형성되어 있다는 것에 차이가 있다. 보조지지구(23')는 진입암(10) 자체가 삽입될 수 있도록 진입암(10)과 동일한 단면적과 형상을 가지는 구멍을 의미한다. 보조지지프레임(20')을 이용할 경우, 진입암(10)은 지지프레임(20)에 의해 후방으로 지지되고, 보조지지프레임(20')에 의해 상하좌우로 흔들리지 않도록 지지될 수 있다.
와이어-쏘(W)는 진입암을 따라 무한궤도로 배선된다. 와이어-쏘(W)는 구동롤러(30)에 의해 순환동작된다. 구동롤러(30)가 회전함으로써 와이어-쏘(W)가 순환동작되어 절단선에 따라 암반을 절단한다. 나아가 구동롤러(30)가 삽입반대방향으로 서서히 이동하게 되는데, 구동롤러(30)의 이동에 따라 와이어-쏘(W)의 장력이 유지되어 연속적으로 암반을 절단할 수 있다.
구동롤러(30)는 도 7에 도시된 바와 같이, 일 방향으로 길게 형성된 원통형상의 바디(31)와 바디(31)에 형성된 홈부(32)를 가질 수 있다.
홈부(32)의 수는 이용되는 와이어-쏘(W)의 수와 같거나, 그보다 더 많아야 한다. 제1 내지 제n와이어-쏘(단, n은 자연수)를 이용하는 경우, 도 7(a)에 도시된 바와 같이 구동롤러(30)에는 제1 내지 제n홈부(32)가 형성된다. 예를 들어, 구동롤러(30)가 세로로 길게 형성된 원통형상일 경우, 복수개의 와이어-쏘(W)가 구동롤러(30)에 서로 이격되어 배치되어, 세로로 암반을 절단할 수 있다.
이와 달리, 와이어-쏘(W)를 하나만 이용할 경우에는 도 7(b)에 도시된 바와 같이 나선형의 홈부(32)가 형성된 구동롤러(30)를 이용할 수 있다.
한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 진입암(10) 중 절단구획의 전체 중 외측에 배치된 진입암(10)은 절단구획의 외측으로 벌어지도록 설치될 수 있다. 본 발명의 와이어-쏘 굴착장치를 이용하여 대상면(1)의 암반을 굴착하게 되면, 새롭게 노출된 대상면에 대해서 와이어-쏘 절단장치를 재설치하여 굴착작업을 계속하여 진행하여야 한다. 이때 진입암(10) 중 절단구획의 전체 중 외측에 배치된 진입암(10)이 절단구획의 외측으로 벌어지도록 배치하지 않는다면, 새롭게 노출된 대상면은 기존의 대상면(1)보다 면적이 작을 수 밖에 없다. 하지만 도 2 내지 도 4와 같이, 진입암(10) 중 절단구획의 전체 중 외측에 배치된 진입암(10)은 절단구획의 외측으로 벌어지도록 설치한다면, 와이어-쏘 굴착장치를 재설치할 공간을 확보할 수 있다. 이에따라 굴착작업의 효율을 현저히 증가시킬 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치를 이용한 터널의 굴착방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치를 이용한 터널의 굴착방법(M100)의 개략적 플로우 차트이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치를 이용한 터널의 굴착방법(M100)은 굴착하고자 하는 암반의 대상면에 절단구획에 따라 복수의 진입공을 천공하는 천공단계(S10); 상기 절단구획 중 절단선에 대응하도록 와이어-쏘가 배선되어 있으며, 상기 진입암의 삽입 반대방향의 단부에 상기 진입암보다 작은 단면적을 가지는 삽입부가 형성된 복수의 진입암을 상기 복수의 진입공에 삽입하는 삽입단계(S20), 제1방향으로 배치된 제1프레임과 제2방향으로 배치된 제2프레임이 교차함으로써 상기 절단구획에 대응하는 매트릭스 구조를 가지며 상기 삽입부가 삽입될 수 있는 삽입구가 형성된 지지프레임을 마련하고, 상기 삽입부가 상기 삽입구에 삽입되도록 상기 지지프레임을 설치하는 지지프레임 설치단계(S30) 및 상기 와이어-쏘의 일부가 감기도록 결려있는 구동롤러를 동작시켜, 상기 와이어-쏘가 절단할 위치의 암반을 절단하는 단계(S40)를 포함한다.
먼저, 천공단계(S10)가 수행된다. 천공단계(S10)는 굴착하고자 하는 암반의 대상면에 절단구획을 설정하고, 절단구획을 구성하는 절단선이 교차하는 지점에 점보드릴을 이용하여 진입공을 천공하게 된다.
다음으로 절단하고자 하는 절단선에 대응하도록 와이어-쏘가 배선된 진입암을 복수의 진입공에 삽입하는 삽입단계(S20)가 수행된다. 이때, 진입암에 고정쐐기를 구비하고 있는 경우 레버를 조작하여 진입암을 진입공에 고정시킬 수 있다.
지지프레임 설치단계(S30)는 제1방향으로 배치된 제1프레임과 제2방향으로 배치된 제2프레임이 교차함으로써 절단구획에 대응하는 매트릭스 구조를 가지며, 삽입부가 삽입될 수 있는 삽입구가 형성된 지지프레임을 설치한다. 한편, 지지프레임 설치단계(S30)를 수행하기 전에 제1방향으로 배치된 제1프레임과 제2방향으로 배치된 제2프레임이 교차함으로써 상기 절단구획에 대응하는 매트릭스 구조를 가지며 상기 진입암이 삽입될 수 있는 보조지지구가 형성된 보조지지프레임을 설치하는 보조지지프레임 설치단계가 수행될 수 있다.
삽입단계(S20)와 지지프레임 설치단계(S30)는 서로 선후가 바뀔 수 있다. 예컨대, 진입암을 진입공에 삽입한 후에 삽입부에 삽입구가 대응하도록 지지프레임을 설치하거나, 지지프레임의 삽입구에 진입암의 삽입부를 결착한 후에 지지프레임과 진입암을 함께 이동시켜 진입암을 진입공에 삽입할 수 있다.
이처럼, 진입공으로 진입암을 삽입시키면 무한괘도로 배선되어 있던 와이어-쏘는 서로 인접하는 진입암과 그 사이의 암반에 의해 'ㄷ' 형태로 놓여지게 된다. 즉 'ㄷ' 형태의 중앙부에 암반이 위치하는 것이다.
다음으로, 와이어-쏘의 일부가 감기도록 걸려있는 구동롤러를 동작시켜, 와이어-쏘가 절단할 위치의 암반을 절단하는 단계(S40)가 수행된다. 이때, 구동롤러는 회전과 함께 대상면의 반대방향으로 점차 이동하게 된다. 이에 따라 최초에 'ㄷ' 형태로 배선되어 있던 와이어-쏘가 점차 펴지면서 암반을 절단한다.
본 발명의 와이어-쏘 굴착장치를 이용한 터널 굴착방법의 다양한 실시예를 살펴보면 다음과 같다.
도 9 및 도 10를 참조하면, 먼저 대상면(1)에 복수의 진입공(51a~51d, 52a~52d, 53a~53d, 54a~54d)이 천공된다.
다음으로, 도 9과 같이, 가로의 절단선(L-1)에 대응하도록 와이어-쏘가 위치하도록 S20 내지 S40의 단계를 수행한다.
이후, 도 10와 같이, 세로의 절단선(L2)에 대응하도록 와이어-쏘가 위치하도록 S20 내지 S40 의 단계를 수행한다.
마지막으로 와이어-쏘를 이용하여 대상구획에 따라 절단된 암반의 내측을 단부를 잘르고, 암반을 제거하여 굴착을 완료한다. 암반을 제거시에 절단된 상태 그대로 빼내게 되면, 암반을 석재로 이용가능한다.
한편, 도 11과 같이, 한번에 모든 암반을 절단구획에 따라 절단하는 것도 가능하다.
진입공으로 절단선이 복수개 나와 있는 것을 우(偶)진입공이라 하고, 진입공으로 상기 절단선이 홀수개 나와 있는 것을 기(奇)진입공이라 할 수 있는데, 절단구획에 기진입공이 0개 또는 2개인 경우 한번에 모든 암반을 절단구획에 따라 절단할 수 있다.
예컨대, 와이어-쏘를 도 11의 S 지점부터 배선하여, 화살표를 따라 F지점까지 배선하면 모든 절단선(S)에 대해 배선이 가능하다. 이때, 일부 진입공은 와이어-쏘가 복수번 지나가게 되는데, 이를 위해 진입암은 복수개의 풀리가 단부에 설치될 수 있다.
필요에 따라, 도 12과 같이, 절단구획의 상부는 아치형으로 할 수 있다. 이처럼, 절단구획의 상부를 아치형으로 설정하는 것은 작업중에 터널이 붕괴되지 않도록 하중이 분배되기 위한 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어-쏘 굴착장치를 이용함으로써 굴착하고자 하는 대상면을 최소한의 시간으로 굴착할 수 있을 것이다. 나아가, 터널을 굴착하는 과정에서 이용가능한 형태의 석재를 얻을 수 있다.
발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (1)

  1. 굴착하고자 하는 암반의 대상면의 절단구획에 따라 천공된 복수의 진입공에 설치되어 와이어-쏘를 이용하여 상기 대상면을 굴착하는 와이어-쏘 굴착장치에 있어서,
    상기 복수의 진입공에 삽입되는 진입암;
    상기 진입암의 삽입 반대방향의 단부에 형성되며, 상기 진입암보다 작은 단면적을 가짐으로써 상기 진입암과의 사이에 걸림턱이 형성된 삽입부;
    제1방향으로 배치된 제1프레임과 제2방향으로 배치된 제2프레임이 교차함으로써 상기 절단구획에 대응하는 매트릭스 구조를 가지는 지지프레임;
    상기 지지프레임에 설치되며, 상기 걸림턱에 의해 상기 진입암이 삽입반대 방향으로 밀려나는 것을 방지하기 위해 상기 삽입부가 삽입되는 삽입구;
    상기 진입암을 따라 무환궤도로 배선되는 와이어-쏘; 및
    상기 와이어-쏘의 일부가 감기도록 걸려있으며, 상기 와이어-쏘를 순환 동작시키고 상기 대상면의 반대방향으로 이동하여 상기 와이어-쏘가 암반을 절단하도록 하는 구동롤러;를 포함하는 와이어-쏘 굴착장치.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022241540A1 (en) * 2021-05-20 2022-11-24 In Hwan Choi Vehicle for excavating and excavation method using the same
WO2024084404A1 (en) * 2022-10-20 2024-04-25 Fravizel - Equipamentos Metalomecânicos, S.A. A rock-cutting apparatus for diamond wire rock-cutting, and a method for blind-cutting rock

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