KR20220065191A

KR20220065191A - 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법

Info

Publication number: KR20220065191A
Application number: KR1020200151453A
Authority: KR
Inventors: 박영채
Original assignee: 박영채
Priority date: 2020-11-13
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2022-05-20
Also published as: KR102508847B1

Abstract

본 발명에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법은, 연결된 절삭선을 고속으로 회전시키는 메인풀리와, 절삭선의 방향을 조절하는 보조풀리, 그리고 암벽에 천공된 삽입로드에 절삭선을 삽입하여 절삭선의 회전이 안정적으로 이루어지도록 하는 삽입풀리를 포함하는 와이어쏘를 이용하여 암벽에 자유면을 형성하여 터널을 시공하는 방법에 있어서, 굴착하고자 하는 터널의 암벽에 자유면을 형성하기 위한 복수의 삽입로드를 천공하는 단계와, 상기 삽입로드에 와이어쏘를 설치하여 암벽을 절삭하는 단계와, 상기 절삭된 암벽을 파쇄하여 자유면을 형성시키는 단계 및 상기 자유면을 기준으로 터널을 굴착하는 단계를 포함하며, 상기 삽입로드는 굴착하고자 하는 터널의 암벽을 정면으로 바라봤을 때, 상기 암벽의 좌측 및 우측에 동일한 높이로 한 쌍이 천공 가능하다.

Description

와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법{TUNNEL CONSTRUCTION METHOD THROUGH WIRE SAW FREE SURFACE FORMATION}

본 발명은 와이어쏘를 이용하여 형성된 자유면을 통해 터널을 시공하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터널, 지하 등을 굴착할 때 암벽에 한 쌍의 삽입로드(선대구경)을 천공하고, 와이어쏘를 이용하여 천공된 삽입로드를 기준으로 상하 수직으로 절삭면이 형성될 수 있도록 하고, 수직 절삭면을 기준으로 최하단과 회상단에서 수평 절삭면이 형성되도록 암벽을 절단하여 소음 및 진동을 최소화 할 수 있으며 공기를 단축시킬 수 있는 자유면의 형성이 효과적으로 이루어지도록 하는 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 산악지역을 관통하는 도로, 철로 또는 도심지 지하철을 건설하기 위하여 터널을 굴착하고 있으며, 산악지역 및 도심지 지하공간은 통상 여러 종류의 암류로 구성된 연암층과 경암층의 지질구조를 가지고 있다.

이와 같은 지질 구조에서 터널을 굴착할 때는 장약을 매설하여 발파하거나, 할암기, 웨지, 또는 TBM 등과 같은 기계장비를 이용하여 굴착하는 방법이 있으며, 장약을 매설하여 발파하는 방법이 기계 굴착에 비하여 비용이 저렴하고 굴착 속도가 빠르기 때문에 널리 사용되고 있다.

그러나, 이러한 발파에 의한 터널 굴착은 대부분 화약을 사용하기 때문에 발파에 의한 소음과 진동에 의하여 터널이 굴착 되는 주변 환경에 예기치 못한 피해가 발생될 수 있으며, 가축 및 사람의 생활에 스트레스를 발생시켜 터널 공사 중에 심각한 민원이 발생되는 사례가 존재한다.

또한, 상행선과 하행선이 인접하도록 형성되는 2아치 터널을 굴착하는 경우, 이러한 진동에 의해 인접한 다른 터널에 균열이 발생하거나 무너지는 등의 문제로 인해 인명피해가 발생하거나, 공기가 늘어남으로써 공사 비용이 증가하는 문제가 발생하고 있다.

그리고 기계 굴착 중 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법의 경우, 무발파 작업으로 인해 안전하게 굴착 작업이 수행될 수 있으나, 장비 자체가 매우 고가이고, 전문 기능공이 필요하여 장치를 운영하는데 매우 큰 비용이 소요되기 때문에 터널 시공비가 급증하게 되는 문제가 있다.

또한, 종래에 자유면을 형성하여 터널을 굴착하는 공법에서는 먼저 굴착하고자 하는 암벽의 중앙부에 선대구경을 천공하고, 선대구경 주변으로 다수의 심발부공(burn hole)을 천공하여 선대구경을 기준으로 점차 굴착 범위를 넓혀가는 방식이 사용되고 있다.

하지만 이러한 경우, 선대구경을 천공한 후 다수의 심발부공을 천공하기까지 최소 6시간에서 15시간, 많게는 20시간 가량의 암 천공 시간이 소요됨으로써, 공기가 증가하여 전체적인 시공 비용이 증가하게 되는 문제가 있다.

따라서, 터널의 시공면을 발파, 파쇄 등의 방법으로 제거할 때 발생하는 진동이나 충격, 그리고 소음의 발생을 저감시키고, 공기를 단축시켜 시공비를 절감하여 효율적으로 터널을 굴착할 수 있는 방법이 요구된다.

한국공개특허 제10-2019-0011887호 한국등록특허 제10-1932269호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 암벽에 한 쌍의 삽입로드를 천공하고 와이어쏘를 이용하여 천공된 삽입로드를 기준으로 상하, 즉, 암벽의 내부에 수직 절삭면을 형성하고, 형성된 수직 절삭면을 기준으로 최상단 및 최하단에서 수평 방향으로 상방 경사면 및 하방 경사면이 형성되도록 하여 굴착 간에 소음 및 진동이 최소화 될 수 있는 효과적인 자유면이 형성 되도록 하며, 공기를 단축시켜 효율적이며, 경제적으로 터널을 굴착할 수 있도록 하기 위한 목적을 가진다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법은, 연결된 절삭선을 고속으로 회전시키는 메인풀리와, 절삭선의 방향을 조절하는 보조풀리, 그리고 암벽에 천공된 삽입로드에 절삭선을 삽입하여 절삭선의 회전이 안정적으로 이루어지도록 하는 삽입풀리를 포함하는 와이어쏘를 이용하여 암벽에 자유면을 형성하여 터널을 시공하는 방법에 있어서, 굴착하고자 하는 터널의 암벽에 자유면을 형성하기 위한 복수의 삽입로드를 천공하는 단계와, 상기 삽입로드에 와이어쏘를 설치하여 암벽을 절삭하는 단계와, 상기 절삭된 암벽을 파쇄하여 자유면을 형성시키는 단계 및 상기 자유면을 기준으로 터널을 굴착하는 단계를 포함하며, 상기 삽입로드는 굴착하고자 하는 터널의 암벽을 정면으로 바라봤을 때, 상기 암벽의 좌측 및 우측에 동일한 높이로 한 쌍이 천공 가능하다.

이때, 상기 삽입로드 천공 단계는 터널을 굴착하고자 하는 암벽의 일측에 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제1가이드로드를 천공하는 공정 및 상기 제1가이드로드를 기준으로 좌측 또는 우측의 동일선상에 일정 간격 이격되며, 굴착하고자 하는 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제2가이드로드를 천공하는 공정을 포함하며, 상기 제1가이드로드 천공 공정 및 제2가이드로드 천공 공정은 순차적으로 수행되거나, 동시에 수행이 가능하다.

또한, 상기 암벽 절삭 단계는 한 쌍의 상기 삽입로드에 절삭선이 연결된 삽입풀리를 각각 삽입하는 공정과, 한 쌍의 상기 삽입로드를 기준으로 상측 및 하측의 암벽 표면에 지그를 각각 설치하는 공정과, 상기 지그에 절삭선을 연결하고, 와이어쏘를 구동시켜 암벽을 세로 방향으로 절삭하여 암벽의 내부에 세로 절삭면을 생성하는 공정 및 암벽 내부에 한 쌍의 세로 절삭면이 생성된 이후, 상기 삽입로드에 각각 삽입된 절삭선이 암벽의 가로 방향으로 위치되도록 하나로 결합하고, 와이어쏘를 구동시켜 암벽을 가로 방향으로 절삭하여 암벽의 내부에 가로 절삭면을 생성하는 공정을 포함할 수 있다.

이때, 상기 세로 절삭면 생성 공정은 상기 삽입로드 상측의 암벽 표면에 설치되는 지그에 절삭선을 연결하고 와이어쏘를 구동시켜 암벽의 내부에 상기 삽입로드를 기준으로 상측 세로 절삭면을 생성하는 제1세로 절삭면 생성 작업 및 상기 삽입로드 하측의 암벽 표면에 설치되는 지그에 절삭선을 연결하고 와이어쏘를 구동시켜 암벽의 내부에 상기 삽입로드를 기준으로 하측 세로 절삭면을 생성하는 제2세로 절삭면 생성 작업을 포함하며, 상기 제1세로 절삭면 생성 작업 및 제2세로 절삭면 생성 작업은 순차적으로 수행되거나, 동시에 수행이 가능하다.

또한, 상기 가로 절삭면 생성 공정은 상기 삽입로드에 각각 삽입된 절삭선의 일측을 분리하여 하나로 결합하는 작업과, 결합된 절삭선을 암벽에 생성된 한 쌍의 세로 절삭면의 양측 최하단에서 가로 방향이 되도록 위치시킨 후 와이어쏘를 구동시켜 암벽의 내부에 상기 삽입로드를 기준으로 외측에서 내측 방향으로 하방 경사면을 생성하는 작업 및 상기 삽입로드에 삽입된 삽입풀리를 제거하고, 암벽에 생성된 한 쌍의 세로 절삭면의 양측 최상단에 지그를 설치하고 절삭선을 연결한 후 와이어쏘를 구동시켜 암벽의 내부에 상기 삽입로드를 기준으로 내측에서 외측 방향으로 상방 경사면을 생성하는 작업을 포함할 수 있다.

그리고 상기 자유면 형성 단계는 굴착수단을 이용하여 상기 암벽 절삭 단계에서 절삭된 암벽을 파쇄하여 복수의 자유면이 형성되도록 할 수 있다.

또한, 상기 터널 굴착 단계는 굴착수단을 이용하여 상기 자유면 형성 단계에서 형성된 복수의 자유면을 기준으로 굴착 범위를 넓혀갈 수 있다.

이때, 상기 굴착수단은 장약 발파, 브레이커, 웨지, 할암기 중 어느 하나 또는 둘 이상을 선택적으로 사용 가능하며, 장약 발파 시, 전기뇌관을 통해 순차적으로 발파가 가능하다.

또한, 상기 삽입로드 천공 단계는 터널을 굴착하고자 하는 암벽의 일측에 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제1가이드로드를 천공하는 공정과, 상기 제1가이드로드를 기준으로 좌측 또는 우측의 동일선상에 일정 간격 이격되며, 굴착하고자 하는 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제2가이드로드를 천공하는 공정과, 상기 제1가이드로드를 기준으로 상측 및 하측의 양측에 굴착하고자 하는 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제1서브로드를 천공하는 공정 및 상기 제2가이드로드를 기준으로 상측 및 하측의 양측에 굴착하고자 하는 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제2서브로드를 천공하는 공정을 포함할 수 있다.

그리고 상기 암벽 절삭 단계는 상기 제1가이드로드, 제2가이드로드, 제1서브로드 및 제2서브로드에 절삭선이 연결된 삽입풀리를 각각 삽입하는 공정과, 상기 제1서브로드 및 제2서브로드를 기준으로 상측 및 하측의 암벽 표면에 지그를 각각 설치하는 공정과, 상기 지그에 절삭선을 연결하고, 와이어쏘를 구동시켜 암벽을 세로 방향으로 절삭하여 암벽의 내부에 세로 절삭면을 생성하는 공정 및 암벽 내부에 한 쌍의 세로 절삭면이 생성된 이후, 양측의 절삭선이 암벽의 가로 방향으로 위치되도록 하나로 결합하고, 와이어쏘를 구동시켜 암벽을 가로 방향으로 절삭하여 암벽의 내부에 가로 절삭면을 생성하는 공정을 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1서브로드 및 제2서브로드의 내경은 상기 제1가이드로드 및 제2가이드로드의 내경보다 작은 범위로 형성되도록 천공 가능하다.

또한, 상기 제1서브로드 및 제2서브로드의 굴착 깊이는 상기 제1가이드로드 및 제2가이드로드의 굴착 깊이보다 짧은 범위로 형성되도록 천공 가능하다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 터널을 시공하고자 하는 암벽에 와이어쏘를 이용하여 수직 절삭면과 수평 절삭면을 형성함으로써, 발파 시 발생되는 진동을 차단함으로써 소음 및 진동을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

둘째, 수직 절삭면과 수평 절삭면이 상호 연결되어 쐐기 형상의 심빼기 부분이 형성됨으로써, 굴착이 용이하게 이루어질 수 있도록 할 수 있는 장점이 있다.

셋째, 이에 따라 형성된 자유면을 통해 터널 굴착 시 공기를 단축시켜 전체 시공 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법을 나타내는 블록도;
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법에 있어서 삽입로드 천공 단계의 세부 공정을 나타내는 블록도;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법에 있어서 암벽 절삭 단계의 세부 공정을 나타내는 블록도;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법에 있어서 세로 절삭면 생성 공정의 세부 작업을 나타내는 블록도;
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법에 있어서 가로 절삭면 생성 공정의 세부 작업을 나타내는 블록도;
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법에 있어서 삽입로드 천공 단계의 세부 작업을 나타내는 블록도;
도 7은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법에서 암벽에 삽입로드가 천공된 모습을 나타내는 예시도;
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법에서 와이어쏘를 이용하여 수직 절삭면을 형성하는 모습을 나타내는 예시도;
도 9는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법에서 암벽에 삽입로드가 천공된 모습을 나타내는 예시도;
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법에서 와이어쏘를 이용하여 수직 절삭면을 형성하는 모습을 나타내는 예시도;
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시 예에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법에서 와이어쏘를 이용하여 수평 절삭면을 형성하는 모습을 나타내는 예시도;
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법에서 수직 절삭면 및 수평 절삭면이 상호 연결되어 형성되는 암벽의 절삭면을 나타내는 예시도; 및
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법에서 굴착수단을 나타내는 예시도이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시 예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 연결된 절삭선(W)을 고속으로 회전시키는 메인풀리(110)와, 절삭선(W)의 방향을 조절하는 보조풀리(120), 그리고 암벽(R)에 천공된 삽입로드(300)에 절삭선(W)을 삽입하여 절삭선(W)의 회전이 안정적으로 이루어지도록 하는 삽입풀리(130)를 포함하는 와이어쏘(100)를 이용하여 터널을 굴착하고자 하는 암벽(R)에 자유면을 형성하여 터널을 시공하는 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법에 관한 것이다.

도 1 내지 도 6은 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법 및 각 단계별 세부 공정 및 작업을 나타내는 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법은 삽입로드 천공 단계(S100), 암벽 절삭 단계(S200), 자유면 형성 단계(S300) 및 터널 굴착 단계(S400)를 포함하여 수행될 수 있다.

본 발명의 제 1 실시 예에 따르면, 상기 삽입로드 천공 단계(S100)는 천공드릴(점보드릴)과 같은 기계 장치를 이용하여 터널을 굴착하고자 하는 암벽(R)에 자유면을 형성할 수 있도록 하기 위한 복수의 삽입로드(300)를 천공하는 작업을 수행 할 수 있는 것으로, 이때, 상기 삽입로드 천공 단계(S100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 터널을 굴착하고자 하는 암벽(R)의 일측에 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제1가이드로드(310)를 천공하는 제1가이드로드 천공 공정(S110) 및 터널을 굴착하고자 하는 암벽(R)에서 상기 제1가이드로드(310)를 기준으로 좌측 또는 우측의 동일 선상에 일정 간격 이격되며, 상기 제1가이드로드(310)와 동일하게 굴착하고자 하는 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제2가이드로드(320)를 천공하는 제2가이드로드 천공 공정(S120)을 수행함으로써 이루어질 수 있다.

이때, 상기 제1가이드로드 천공 공정(S110) 및 제2가이드로드 천공 공정(S120)은 순차적으로 수행되거나, 동시에 수행이 가능하다.

예컨대, 터널을 굴착하고자 하는 암벽(R)의 일측에 하나의 천공드릴을 이용하여 상기 제1가이드로드(310) 및 제2가이드로드(320) 중 어느 하나를 선 천공 한 후, 나머지 하나를 후 천공하여 정면에서 봤을 때 암벽(R)에 동일한 높이의 상호 좌우 이격된 한 쌍의 삽입로드(300)가 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 두개의 천공드릴 또는 이중 날로 구성된 천공드릴을 이용하여 상기 제1가이드로드(310) 및 제2가이드로드(320)를 동시에 좌우로 동일 선상에서 상호 이격되도록 천공하여 한 쌍의 삽입로드(300)가 형성될 수 있다.

이와 같이 형성된 상기 제1가이드로드(310) 및 제2가이드로드(320)는 도 7을 참조하여 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하며, 후술할 암벽 절삭 단계(S200)에서 와이어쏘(100)에 연결된 절삭선(W)이 삽입풀리(130)와 함께 삽입될 수 있도록 하는 역할을 수행할 수 있다.

상기와 같이 터널을 굴착하고자 하는 암벽(R)에 한 쌍의 상기 삽입로드(300)를 천공하는 삽입로드 천공 단계(S100)의 수행이 완료되고 나면, 상기 삽입로드(300)(본 발명의 제 1 실시 예에서 삽입로드는 제1가이드로드 및 제2가이드로드를 말한다.)에 와이어쏘(100)를 설치하여 암벽(R)을 절삭하는 암벽 절삭 단계(S200)를 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 암벽 절삭 단계(S200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 삽입풀리 삽입 공정(S210), 지그 설치 공정(S220), 세로 절삭면 생성 공정(S230) 및 가로 절삭면 생성 공정(S240)을 포함하여 수행될 수 있다.

상기 삽입풀리 삽입 공정(S210)은 와이어쏘(100)의 메인풀리(110)에 연결되어 고속 회전하게 되는 절삭선(W)이 상기 삽입로드 천공 단계(S100)에서 천공된 한 쌍의 상기 삽입로드(300)에 각각 삽입되어 안정적인 회전이 가능하도록 하기 위하여 상기 절삭선(W)이 연결되는 삽입풀리(130)를 삽입하는 것으로, 이때, 상기 삽입풀리(130)는 설치 각도가 360도 회전이 가능한 구조로 이루어짐으로써, 암벽(R)에서 상기 삽입로드(300)가 천공된 높이와 절삭선(W)이 연결되는 와이어쏘(100)의 높이가 차이가 나더라도 상기 절삭선(W)의 회전이 안정적으로 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

상술한 바와 같이 삽입풀리 삽입 공정(S210)을 수행하고 나면, 터널을 굴착하고자 하는 암벽(R)의 표면에 한 쌍의 상기 삽입로드(300)를 기준으로 상측 및 하측에 일정 간격 이격된 위치에 지그(200)를 각각 설치하는 지그 설치 공정(S220)을 수행할 수 있다.

상기 지그 설치 공정(S220)에서 한 쌍의 상기 삽입로드(300)의 상측 및 하측에 각각 설치되는 상기 지그(200)는 후술할 세로 절삭면 생성 공정(S230)에서 생성되는 세로 절삭면의 최상단 및 최하단을 설정할 수 있는 것으로, 암벽(R)을 절삭하고자 하는 목표 범위, 다시 말해 암벽(R)을 절삭하여 자유면이 형성될 수 있도록 하기 위하여 생성하고자 하는 심빼기 부분의 목표 높이 범위에 맞춰 상기 지그(200)가 한 쌍의 상기 삽입로드(300)를 기준으로 각각 상측 및 하측의 암벽(R) 표면에 설치될 수 있다.

이때, 상기 지그(200)는 암벽(R)에 고정될 수 있는 고정부와 절삭선(W)이 연결되어 원활하게 회전될 수 있도록 하는 롤러 또는 풀리를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.

이와 같이 터널을 굴착하고자 하는 암벽(R)의 표면에 복수의 상기 지그(200)가 설치되고 나면, 상기 지그(200)에 절삭선(W)을 연결하고, 와이어쏘(100)를 구동시켜 암벽(R)을 세로 방향으로 절삭 시킴으로써 암벽(R)의 내부에 세로 절삭면이 생성될 수 있도록 하는 세로 절삭면 생성 공정(S230)을 수행할 수 있다.

예컨대, 와이어쏘(100)의 본체에 구비되어 연결되는 절삭선(W)을 고속으로 회전시키는 메인풀리(110)와 한 쌍의 상기 삽입로드(300)의 내부에 삽입되어 연결되는 절삭선(W)이 안정적으로 회전될 수 있도록 하는 삽입풀리(130)의 사이에 한 쌍의 상기 지그(200)가 상측 및 하측으로 상호 이격되어 설치되며, 상기 지그(200)에 절삭선(W)이 연결되어 와이어쏘(100)가 구동 됨으로써, 고속으로 회전하는 절삭선(W)의 장력에 의해 암벽(R)의 내부에 세로 절삭면이 생성될 수 있는 것이다.

그리고 상기 세로 절삭면 생성 공정(S230)은 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 상기 삽입로드(300) 각각의 상측의 암벽(R) 표면에 설치되는 상기 지그(200)에 절삭선(W)을 연결하고, 와이어쏘(100)를 구동시켜 암벽의 내부에 상기 삽입로드(300)를 기준으로 상측 세로 절삭면이 생성될 수 있도록 하는 제1세로 절삭면 생성 작업(S231) 및 한 쌍의 상기 삽입로드(300) 각각의 하측의 암벽 표면에 설치되는 상기 지그(200)에 절삭선(W)을 연결하고, 와이어쏘(100)를 구동시켜 암벽(R)의 내부에 상기 삽입로드(300)를 기준으로 하측 세로 절삭면이 생성될 수 있도록 하는 제2세로 절삭면 생성 작업(S232)을 포함하여 수행될 수 있다.

이때, 상기 제1세로 절삭면 생성 작업(S231) 및 제2세로 절삭면 생성 작업(S232)은 하나씩 순차적으로 수행되거나, 동시에 수행이 가능하며, 그에 따라 상기 지그(200) 역시 상기 삽입로드(300)를 기준으로 상측의 암벽(R) 표면에 설치된 후 하측의 암벽(R) 표면에 설치되거나, 상측 및 하측에 동시에 설치되어 세로 절삭면 생성 작업이 수행될 수 있다.

이러한 암벽(R)의 내부에 세로 절삭면이 생성되는 과정은 도 8a 및 도 8b를 참조하여 보다 쉽게 이해할 수 있도록 한다.

이와 같이 터널을 굴착하고자 하는 암벽(R)의 내부에 한 쌍의 세로 절삭면이 생성된 이후에는, 한 쌍의 상기 삽입로드(300)에 각각 삽입된 절삭선(W)이 암벽(R)의 가로 방향으로 위치되도록 하나로 결합하고, 절삭선(W)이 연결된 와이어쏘(100)를 구동시켜 암벽(R)을 가로 방향으로 절삭하여 암벽(R)의 내부에 가로 절삭면이 생성될 수 있도록 하는 가로 절삭면 생성 공정(S240)이 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 가로 절삭면 생성 공정(S240)은 도 5에 도시된 바와 같이, 절삭선 결합 작업(S241), 하방 경사면 생성 작업(S242) 및 상방 경사면 생성 작업(S243)을 포함하여 수행될 수 있다.

예컨대, 상기 절삭선 결합 작업(S241)은 한 쌍의 상기 삽입로드(300)에 각각 삽입되는 절삭선(W)의 일측을 각각 분리하여 하나로 결합하는 작업으로, 이때, 상기 절삭선(W)은 별도의 분리 위치가 정해진 것은 아니며, 어디라도 자유롭게 분리하여 상호 결합이 가능하다.

이와 같이 한 쌍의 상기 삽입로드(300)에 각각 삽입되는 절삭선(W)을 각각 분리하여 하나로 결합된 상기 절삭선(W)은 암벽(R)에 생성된 한 쌍의 세로 절삭면의 양측 최하단에 암벽(R)을 정면으로 바라봤을 때 가로 방향이 되도록 위치시킬 수 있으며, 그 상태에서 와이어쏘(100)를 구동시켜 암벽(R)의 내부에 상기 삽입로드(300)를 기준으로 외측에서 내측 방향으로 하방 경사면이 생성될 수 있도록 하는 하방 경사면 생성 작업(S242)이 수행되도록 할 수 있다.

또한, 상기 절삭면이 상기 삽입로드(300)의 끝단까지 이동되어 하방 경사면의 생성이 완료된 이후에는 상기 삽입로드(300)의 내부에 삽입되어 있던 상기 삽입풀리(130)를 제거하고, 암벽(R)에 생성된 한 쌍의 세로 절삭면의 양측 최상단에 절삭선(W)이 연결되는 지그(200)를 설치하여 와이어쏘(100)를 구동 시킴으로써, 암벽(R)의 내부에 상기 삽입로드(300)를 기준으로 내측에서 외측 방향으로 상방 경사면이 생성되도록 하는 상방 경사면 생성 작업(S243)이 수행되도록 할 수 있다.

이때, 상기 상방 경사면 생성 작업(S243)을 위해 암벽(R)에 생성된 한 쌍의 세로 절삭면의 최상단에 설치되는 지그(200)는 세로 절삭면의 최상단 양측에 각각 설치되어 절삭선(W)이 연결되도록 할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 세로 절삭면의 최상단을 수평으로 이어주는 연장 선상의 상측에 설치되도록 함으로써, 암벽(R)의 내측에서 외측 방향으로 암벽(R)을 절삭하며 나오는 절삭선(W)이 보다 높은 위치까지 암벽(R)의 절삭이 가능하도록 하여 최종적으로 생성되는 심빼기 부분의 면적이 더 크게 형성될 수 있도록 할 수도 있다.

그리고 상기 하방 경사면 생성 작업(S242) 시 와이어쏘(100)의 본체에 구비되어 절삭선(W)을 고속으로 회전시키는 메인풀리(110)와 상기 삽입로드(300)의 내부에 삽입되어 절삭선의 회전을 안정적으로 이루어주는 삽입풀리(130)의 사이 및 상기 상방 경사면 생성 작업(S243) 시 와이어쏘(100)의 본체에 구비되어 절삭선(W)을 고속으로 회전시키는 메인풀리(110)와 상기 지그(200)의 사이에 구비되는 보조풀리(120)는 세로 방향으로 회전하여 암벽(R)을 절삭 한 절삭선(W)이 가로 방향으로 회전하여 암벽(R)의 절삭이 용이하게 이루어질 수 있도록 수평 및 수직으로의 방향 조절이 가능한 구조로 이루어질 수 있다.

상기와 같이 상기 가로 절삭면 생성 공정(S240)을 수행하는 상기 하방 경사면 생성 작업(S242) 및 상방 경사면 생성 작업(S243)의 수행 과정은 도 11a 및 도 11b를 참조하여 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하며, 상기 암벽 절삭 단계(S200)를 통해 암벽(R)에 세로 절삭면 및 가로 절삭면이 생성되어 형성되는 심빼기 부분의 형상은 도 12를 참조할 수 있도록 한다.

상기와 같이 암벽 절삭 단계(S200)가 모두 완료된 이후에는, 절삭된 암벽(R)을 파쇄하여 자유면을 형성시키는 자유면 형성 단계(S300)가 수행될 수 있으며, 그 이후, 생성된 자유면을 기준으로 터널을 굴착하는 터널 굴착 단계(S400)가 수행될 수 있다.

이때, 상기 자유면 형성 단계(S300) 및 상기 터널 굴착 단계(S400)는 도 13에 도시된 바와 같이, 장약 발파(400a), 브레이커(400d), 웨지(400c), 할암기(400b) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 선택적으로 사용 하여 수행될 수 있으며, 장약 발파(400a) 시 일반적인 다이너마이트 심지를 이용하여 수행하기 보다는 전기뇌관을 통해 순차적으로 발파가 가능하도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 자유면 형성 단계(S300)는 상기 굴착수단을 이용하여 상기 암벽 절삭 단계(S200)에서 절삭된 암벽(R)을 파쇄함으로써, 암벽(R)의 내부에 복수의 자유면이 형성될 수 있도록 할 수 있으며, 이후, 상기 터널 굴착 단계(S400)에서 상기 굴착수단을 이용하여 상기 자유면 형성 단계(S300)에서 형성된 복수의 자유면을 기준으로 굴착 범위를 넓혀가는 방식으로 터널의 굴착이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 삽입로드 천공 단계(S100)는 상술한 본 발명의 제1 실시 예의 경우 외에도, 상기 제1가이드로드 및 제2가이드로드를 보조하는 제1서브로드 및 제2서브로드가 추가로 천공될 수 있도록 하는 것도 가능하다.

이와 같이 본 발명의 제2 실시 예에 따른 상기 삽입로드 천공 단계(S100)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상술한 제1 실시 예에서 개시된 제1가이드로드 천공 공정(S110) 및 제2가이드로드 천공 공정(S120)을 포함하여 제1서브로드 천공 공정(S130) 및 제2서브로드 천공 공정(S140)이 추가로 수행될 수 있다.

예컨대, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 상기 삽입로드 천공 단계(S100)는 천공드릴(점보드릴)과 같은 기계 장치를 이용하여 터널을 굴착하고자 하는 암벽(R)에 자유면을 형성할 수 있도록 하기 위한 복수의 삽입로드(300)를 천공하는 작업을 수행하는 것으로, 터널을 굴착하고자 하는 암벽(R)의 일측에 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제1가이드로드(310)를 천공하는 제1가이드로드 천공 공정(S110)과, 터널을 굴착하고자 하는 암벽(R)에서 상기 제1가이드로드(310)를 기준으로 좌측 또는 우측의 동일 선상에 일정 간격 이격되며, 상기 제1가이드로드(310)와 동일하게 굴착하고자 하는 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제2가이드로드(320)를 천공하는 제2가이드로드 천공 공정(S120), 그리고 상기 제1가이드로드(310)를 기준으로 상측 및 하측의 양측에 굴착하고자 하는 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제1서브로드(330)를 천공하는 제1서브로드 천공 공정(S130) 및 상기 제2가이드로드(320)를 기준으로 상측 및 하측의 양측에 굴착하고자 하는 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제2서브로드(340)를 천공하는 제2서브로드 천공 공정(S140)을 포함하여 수행할 수 있다.

이때, 상기 제1서브로드(330) 및 제2서브로드(340)의 내경은 상기 제1가이드로드(310) 및 제2가이드로드(320)의 내경보다 작은 범위로 형성되도록 천공될 수 있다.

예컨대, 상기 제1가이드로드(310) 및 제2가이드로드(320)의 내경이 380~400mm라고 가정했을 때, 상기 제1서브로드(330) 및 제2서브로드(340)의 내경은 150~200mm가 되도록 하여 추가적인 천공에 대한 부담을 줄일 수 있는 것이다.

또한, 상기 제1서브로드(330) 및 제2서브로드(340)가 암벽(R)의 내부로 천공되는 굴착 깊이는 상기 제1가이드로드(310) 및 제2가이드로드(320)의 굴착 깊이보다 짧은 범위로 형성되도록 천공될 수 있다.

예컨대, 상기 제1가이드로드(310) 및 제2가이드로드(320)의 굴착 깊이가 10m라고 가정했을 때, 상기 제1서브로드(330) 및 제2서브로드(340)의 굴착 깊이는 5m로 천공함으로써, 후술할 제2 실시 예에 따른 암벽 절삭 단계(S200) 중 세로 절삭면 생성 공정(S230) 시 생성되는 세로 절삭면이 보다 넓은 범위로 생성될 수 있도록 하는 중간자 역할이 수행될 수 있도록 할 수 있는 것이다.

이와 같이 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 상기 삽입로드 천공 단계(S100)를 통해 천공된 상기 제1가이드로드(310) 및 제2가이드로드(320), 그리고 상기 제1서브로드(330) 및 제2서브로드(340)의 굴착 모습은 도 9를 참조하여 보다 쉽게 이해할 수 있도록 한다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 암벽 절삭 단계(S200)는 상기 삽입로드 천공 단계(S100)에서 암벽(R)에 천공된 상기 제1가이드로드(310) 및 제2가이드로드(320), 그리고 상기 제1서브로드(330) 및 제2서브로드(340)에 절삭선(W)이 연결된 삽입풀리(130)를 각각 삽입하는 삽입풀리 삽입 공정(S210)과, 상기 제1서브로드(330) 및 제2서브로드(340)를 기준으로 상측 및 하측의 암벽(R) 표면에 지그(200)를 각각 설치하는 지그 설치 공정(S220), 그리고 상기 지그(200)에 절삭선(W)을 연결하고, 와이어쏘(100)를 구동시켜 암벽(R)을 세로 방향으로 절삭함으로써, 암벽(R)의 내부에 세로 절삭면이 생성될 수 있도록 하는 세로 절삭면 생성 공정(S230) 및 상기 세로 절삭면 생성 공정(S230)을 통해 암벽(R) 내부에 한 쌍의 세로 절삭면이 생성된 이후, 양측의 절삭선(W)이 암벽(R)의 가로 방향으로 위치되도록 하나로 결합하고, 와이어쏘(100)를 구동시켜 암벽(R)을 가로 방향으로 절삭함으로써, 암벽의 내부에 가로 절삭면이 생성될 수 있도록 하는 가로 절삭면 생성 공정(S240)을 포함하여 수행될 수 있다.

이러한 본 발명의 제2 실시 예에 따른 상기 암벽 절삭 단계(S200)는 상술한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 삽입로드 천공 단계(S100)에서 추가로 형성되는 상기 제1서브로드(330) 및 제2서브로드(340)에 대응되도록 절삭선(W)이 연결된 삽입풀리(130)가 상기 제1서브로드(330) 및 제2서브로드(340)에 삽입되는 공정이 수행된다는 점과, 암벽(R)의 표면에 설치되는 지그(200)의 위치가 상기 제1서브로드(330) 및 제2서브로드(340)를 기준으로 하여 상측 및 하측이 되도록 공정이 수행된다는 점에서 상술한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 암벽 절삭 단계(S200)와 차이가 있으며, 이후 수행되는 공정은 동일하게 진행되는 바, 자세한 설명은 생략하도록 하며, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 암벽 절삭 단계(S200)의 수행 모습은 도 10a 및 도 10b를 참조하여 보다 쉽게 이해할 수 있도록 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시 예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술 된 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100 : 와이어쏘 110 : 메인풀리
120 : 보조풀리 130 : 삽입풀리
200 : 지그 300 : 삽입로드
310 : 제1가이드로드 320 : 제2가이드로드
330 : 제1서브로드 340 : 제2서브로드
400a : 장약 발파 400b : 할암기
400c : 웨지 400d : 브레이커
S100 : 삽입로드 천공 단계 S110 : 제1가이드로드 천공 공정
S120 : 제2가이드로드 천공 공정 S130 : 제1서브로드 천공 공정
S140 : 제2서브로드 천공 공정
S200 : 암벽 절삭 단계 S210 : 삽입풀리 삽입 공정
S220 : 지그 설치 공정 S230 : 세로 절삭면 생성 공정
S231 : 제1세로 절삭면 생성 작업
S232 : 제2세로 절삭면 생성 작업
S240 : 가로 절삭면 생성 공정 S241 : 절삭선 결합 작업
S242 : 하방 경사면 생성 작업 S243 : 상방 경사면 생성 작업
S300 : 자유면 형성 단계 S400 : 터널 굴착 단계
R : 암벽 W : 절삭선

Claims

연결된 절삭선을 고속으로 회전시키는 메인풀리와, 절삭선의 방향을 조절하는 보조풀리, 그리고 암벽에 천공된 삽입로드에 절삭선을 삽입하여 절삭선의 회전이 안정적으로 이루어지도록 하는 삽입풀리를 포함하는 와이어쏘를 이용하여 암벽에 자유면을 형성하여 터널을 시공하는 방법에 있어서,
굴착하고자 하는 터널의 암벽에 자유면을 형성하기 위한 복수의 삽입로드를 천공하는 단계;
상기 삽입로드에 와이어쏘를 설치하여 암벽을 절삭하는 단계;
상기 절삭된 암벽을 파쇄하여 자유면을 형성시키는 단계; 및
상기 자유면을 기준으로 터널을 굴착하는 단계;
를 포함하며,
상기 삽입로드는 굴착하고자 하는 터널의 암벽을 정면으로 바라봤을 때, 상기 암벽의 좌측 및 우측에 동일한 높이로 한 쌍이 천공 가능한 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법.
제1항에 있어서,
상기 삽입로드 천공 단계는,
터널을 굴착하고자 하는 암벽의 일측에 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제1가이드로드를 천공하는 공정; 및
상기 제1가이드로드를 기준으로 좌측 또는 우측의 동일선상에 일정 간격 이격되며, 굴착하고자 하는 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제2가이드로드를 천공하는 공정;
을 포함하며,
상기 제1가이드로드 천공 공정 및 제2가이드로드 천공 공정은 순차적으로 수행되거나, 동시에 수행이 가능한 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법.
제1항에 있어서,
상기 암벽 절삭 단계는,
한 쌍의 상기 삽입로드에 절삭선이 연결된 삽입풀리를 각각 삽입하는 공정;
한 쌍의 상기 삽입로드를 기준으로 상측 및 하측의 암벽 표면에 지그를 각각 설치하는 공정;
상기 지그에 절삭선을 연결하고, 와이어쏘를 구동시켜 암벽을 세로 방향으로 절삭하여 암벽의 내부에 세로 절삭면을 생성하는 공정; 및
암벽 내부에 한 쌍의 세로 절삭면이 생성된 이후, 상기 삽입로드에 각각 삽입된 절삭선이 암벽의 가로 방향으로 위치되도록 하나로 결합하고, 와이어쏘를 구동시켜 암벽을 가로 방향으로 절삭하여 암벽의 내부에 가로 절삭면을 생성하는 공정;
을 포함하는 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법.
제3항에 있어서,
상기 세로 절삭면 생성 공정은,
상기 삽입로드 상측의 암벽 표면에 설치되는 지그에 절삭선을 연결하고 와이어쏘를 구동시켜 암벽의 내부에 상기 삽입로드를 기준으로 상측 세로 절삭면을 생성하는 제1세로 절삭면 생성 작업; 및
상기 삽입로드 하측의 암벽 표면에 설치되는 지그에 절삭선을 연결하고 와이어쏘를 구동시켜 암벽의 내부에 상기 삽입로드를 기준으로 하측 세로 절삭면을 생성하는 제2세로 절삭면 생성 작업;
을 포함하며,
상기 제1세로 절삭면 생성 작업 및 제2세로 절삭면 생성 작업은 순차적으로 수행되거나, 동시에 수행이 가능한 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법.
제3항에 있어서,
상기 가로 절삭면 생성 공정은,
상기 삽입로드에 각각 삽입된 절삭선의 일측을 분리하여 하나로 결합하는 작업;
결합된 절삭선을 암벽에 생성된 한 쌍의 세로 절삭면의 양측 최하단에서 가로 방향이 되도록 위치시킨 후 와이어쏘를 구동시켜 암벽의 내부에 상기 삽입로드를 기준으로 외측에서 내측 방향으로 하방 경사면을 생성하는 작업; 및
상기 삽입로드에 삽입된 삽입풀리를 제거하고, 암벽에 생성된 한 쌍의 세로 절삭면의 양측 최상단에 지그를 설치하고 절삭선을 연결한 후 와이어쏘를 구동시켜 암벽의 내부에 상기 삽입로드를 기준으로 내측에서 외측 방향으로 상방 경사면을 생성하는 작업;
을 포함하는 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법.
제1항에 있어서,
상기 자유면 형성 단계는,
굴착수단을 이용하여 상기 암벽 절삭 단계에서 절삭된 암벽을 파쇄하여 복수의 자유면이 형성되도록 하는 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법.
제1항에 있어서,
상기 터널 굴착 단계는,
굴착수단을 이용하여 상기 자유면 형성 단계에서 형성된 복수의 자유면을 기준으로 굴착 범위를 넓혀가는 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 굴착수단은,
장약 발파, 브레이커, 웨지, 할암기 중 어느 하나 또는 둘 이상을 선택적으로 사용 가능하며,
장약 발파 시, 전기뇌관을 통해 순차적으로 발파가 가능한 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공 방법.
제1항에 있어서,
상기 삽입로드 천공 단계는,
터널을 굴착하고자 하는 암벽의 일측에 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제1가이드로드를 천공하는 공정;
상기 제1가이드로드를 기준으로 좌측 또는 우측의 동일선상에 일정 간격 이격되며, 굴착하고자 하는 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제2가이드로드를 천공하는 공정;
상기 제1가이드로드를 기준으로 상측 및 하측의 양측에 굴착하고자 하는 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제1서브로드를 천공하는 공정; 및
상기 제2가이드로드를 기준으로 상측 및 하측의 양측에 굴착하고자 하는 터널의 길이방향으로 일정 깊이만큼 제2서브로드를 천공하는 공정;
을 포함하는 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법.
제9항에 있어서,
상기 암벽 절삭 단계는,
상기 제1가이드로드, 제2가이드로드, 제1서브로드 및 제2서브로드에 절삭선이 연결된 삽입풀리를 각각 삽입하는 공정;
상기 제1서브로드 및 제2서브로드를 기준으로 상측 및 하측의 암벽 표면에 지그를 각각 설치하는 공정;
상기 지그에 절삭선을 연결하고, 와이어쏘를 구동시켜 암벽을 세로 방향으로 절삭하여 암벽의 내부에 세로 절삭면을 생성하는 공정; 및
암벽 내부에 한 쌍의 세로 절삭면이 생성된 이후, 양측의 절삭선이 암벽의 가로 방향으로 위치되도록 하나로 결합하고, 와이어쏘를 구동시켜 암벽을 가로 방향으로 절삭하여 암벽의 내부에 가로 절삭면을 생성하는 공정;
을 포함하는 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법.
제9항에 있어서,
상기 제1서브로드 및 제2서브로드의 내경은,
상기 제1가이드로드 및 제2가이드로드의 내경보다 작은 범위로 형성되도록 천공 가능한 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법.
제9항에 있어서,
상기 제1서브로드 및 제2서브로드의 굴착 깊이는,
상기 제1가이드로드 및 제2가이드로드의 굴착 깊이보다 짧은 범위로 형성되도록 천공 가능한 와이어쏘 방식의 자유면 형성을 통한 터널 시공방법.