WO2019240531A1 - 미진동 터널 굴착 공법 - Google Patents

미진동 터널 굴착 공법 Download PDF

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WO2019240531A1
WO2019240531A1 PCT/KR2019/007191 KR2019007191W WO2019240531A1 WO 2019240531 A1 WO2019240531 A1 WO 2019240531A1 KR 2019007191 W KR2019007191 W KR 2019007191W WO 2019240531 A1 WO2019240531 A1 WO 2019240531A1
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WO
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holes
drilling
tunnel
hole
cracks
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/007191
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English (en)
French (fr)
Inventor
윤영덕
Original Assignee
(주)코틈
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C37/00—Other methods or devices for dislodging with or without loading
    • E21C37/06—Other methods or devices for dislodging with or without loading by making use of hydraulic or pneumatic pressure in a borehole
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries

Definitions

  • the present invention relates to a non-vibration tunnel excavation method, more specifically, to minimize the vibration and noise compared to the conventional blasting method, the micro-vibration tunnel excavation that can reduce the cost and duration required for tunnel excavation work It is about public law.
  • tunnels are excavated to build roads, railroads, or urban subways that penetrate mountainous areas. Mountainous areas and underground areas have geological structures of soft rock, soft rock, or hard rock. .
  • the excavation method by blasting is widely used because the cost is cheaper and the excavation speed is faster than other mechanical excavation methods.
  • the tunnel excavation method using the blasting mostly uses gunpowder, there is a problem that unexpected damage may occur to the surrounding environment in which the tunnel is excavated by vibration and noise caused by the blasting.
  • the present invention has been invented to improve the above problems, the problem to be solved by the present invention, by using the water injected into a plurality of holes drilled in the excavation cross-section of the tunnel by cracking and then crushing the surrounding rock, In addition to minimizing vibration and noise compared to the conventional blasting method, it is to provide a micro-vibration tunnel excavation method that can reduce the cost and time required for tunnel excavation work.
  • the micro-vibration tunnel excavation method the step of drilling a deep hole and a plurality of drilling holes in the excavated end surface of the tunnel; Disposing a plurality of water injection pipes for injecting water and a plurality of refrigerant injection pipes for injecting the coolant into each of the plurality of drilling holes; Injecting water into each of the plurality of drilling holes through the plurality of water injection tubes; The refrigerant is injected into each of the plurality of drilling holes in the predetermined order through the plurality of refrigerant injection pipes, and the cracks are sequentially cracked in the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes by cooling expansion force generated when water is frozen. Generating a; And crushing the surrounding rock of each of the plurality of perforation holes.
  • the plurality of drilling holes, a plurality of enlarged holes are arranged in two or more rows at a predetermined interval from the cardiac hole, and drilled at a predetermined interval along the outer shape of the cardiac hole; And a plurality of bottom holes drilled at predetermined intervals at the bottom of the excavated section of the tunnel.
  • the step of sequentially generating cracks in the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes, in order for the plurality of enlarged holes, from the enlarged hole close to the distance away from the cardiac hole in order from the enlarged hole far away Injecting the refrigerant to generate cracks; And injecting the refrigerant into the plurality of bottom holes to generate cracks.
  • Injecting the refrigerant in order according to the distance spaced from the cardiac hole for generating a crack Injecting the refrigerant into the plurality of bottom holes to generate cracks; And injecting the refrigerant in sequence according to the distance away from the cardiac hole to the plurality of magnification holes arranged in a column farther away from the cardiac hole than a predetermined reference value among the plurality of magnification holes. It characterized in that it comprises a step of generating.
  • the plurality of drilling holes may further include a plurality of outer holes which are drilled at predetermined intervals along the outer shape of the tunnel at positions spaced apart from the outer portion of the tunnel by a predetermined distance.
  • the refrigerant is injected into the plurality of outer holes to generate cracks. It characterized in that it further comprises the step of.
  • the micro-vibration tunnel excavation method the step of drilling a deep hole and a plurality of drilling holes in the excavated end surface of the tunnel; Arranging a plurality of water injection tubes and a plurality of precision explosives for injecting water into each of the plurality of drilling holes; Injecting water into each of the plurality of drilling holes through the plurality of water injection tubes; The plurality of precision explosives are blasted in a predetermined order so that cracks are sequentially formed in the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes by an underwater stress generated when water injected into each of the plurality of drilling holes is momentarily vaporized. Generating; And crushing the surrounding rock of each of the plurality of perforation holes.
  • the plurality of drilling holes, a plurality of enlarged holes are arranged in two or more rows at a predetermined interval from the cardiac hole, and drilled at a predetermined interval along the outer shape of the cardiac hole; And a plurality of bottom holes drilled at predetermined intervals at the bottom of the excavated section of the tunnel.
  • the step of sequentially generating cracks in the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes, in order for the plurality of enlarged holes, from the enlarged hole close to the distance away from the cardiac hole in order from the enlarged hole far away Blasting precision explosives disposed in each of the plurality of enlarged holes to generate cracks; And blasting the precision explosives disposed in each of the plurality of bottom holes, for the plurality of bottom holes, to generate cracks.
  • the step of sequentially generating cracks in the surrounding rock of each of the plurality of perforation holes, a plurality of magnification holes arranged in a column of the plurality of magnification holes, the distance from the cardiac hole is closer than a predetermined reference value Blasting the precision explosives disposed in each of the plurality of magnification holes arranged in rows closer to the reference value in order according to the distance away from the cardiac hole to generate a crack; Blasting precision explosives disposed in each of the plurality of bottom holes for the plurality of bottom holes to generate cracks; And a plurality of enlarged holes in which the distance spaced from the cardiac hole is arranged in a column farther than the reference value, among the plurality of enlarged holes, arranged in a column farther than the reference value in order according to the distance spaced from the cardiac hole. And blasting the precision explosives disposed in each of the plurality of enlarged holes to generate a crack.
  • the plurality of drilling holes may further include a plurality of outer holes which are drilled at predetermined intervals along the outer shape of the tunnel at positions spaced apart from the outer portion of the tunnel by a predetermined distance.
  • the micro-vibration tunnel excavation method by using the water injected into a plurality of drill holes drilled in the excavated end surface of the tunnel by cracking and crushing the surrounding rock, vibration compared to the conventional blasting method
  • the tunnel can be efficiently drilled by drilling a smaller number of drill holes, thereby reducing the cost and duration required for the tunnel excavation work.
  • the micro-vibration tunnel excavation method according to the first embodiment of the present invention, after injecting water into a plurality of perforation holes perforated in the excavated end surface of the tunnel and then crushing the surrounding rock by using the cooling swelling force of the water
  • the vibration and noise can be minimized as compared with the conventional blasting method, and the tunnel can be efficiently drilled by drilling a smaller number of drill holes, thereby reducing the cost and duration required for the tunnel excavation work.
  • micro-vibration tunnel excavation method after injecting water into a plurality of holes drilled in the excavation section of the tunnel, the surrounding rock using water underwater stress caused by the explosion of precision explosives By cracking and crushing, it is possible not only to minimize vibration and noise compared to conventional blasting methods, but also to drill tunnels by drilling fewer holes, thus reducing the cost and duration required for tunneling work. Can be saved.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a microscopic tunnel digging method according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view illustrating a core hole and a plurality of drilling holes drilled in the excavated end surface of the tunnel in the microscopic tunnel drilling method according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a view showing a hole drilling in the excavated end surface of the tunnel in the microscopic tunnel excavation method according to the first embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows the appearance of cracks in the rock around the plurality of holes by using water injected into the plurality of holes drilled in the excavated end surface of the tunnel in the microscopic tunnel excavation method according to the first embodiment of the present invention Drawing.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a process of sequentially cracking the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes in the microscopic tunnel drilling method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing an example of a process of sequentially cracking the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes in the microscopic tunnel drilling method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating another example of a process of sequentially cracking the surrounding rock of each of the plurality of perforation holes in the microscopic tunnel drilling method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing another example of the process of sequentially cracking the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes in the microscopic tunnel drilling method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view showing another example of the process of sequentially cracking the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes in the microscopic tunnel drilling method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view illustrating a fractured rock mass around a plurality of perforation holes in the microscopic tunnel excavation method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a microscopic tunnel digging method according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view illustrating a state in which cracks are generated in rocks around a plurality of drill holes by using water injected into a plurality of drill holes drilled in the excavated end surface of the tunnel in the micro vibration tunnel drilling method according to the second embodiment of the present invention. Drawing.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a process of sequentially cracking the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes in the microscopic tunnel drilling method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a flow chart showing another example of a process of sequentially cracking the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes in the microscopic tunnel drilling method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a microscopic tunnel digging method according to a first embodiment of the present invention.
  • the micro-vibration tunnel excavation method includes a core hole 10 and a plurality of drill holes (1) in an excavation section 1a to be excavated in a tunnel 1. 20 and 30 may be punctured (S110).
  • FIG. 2 is a view illustrating a core hole and a plurality of drilling holes drilled in the excavated end surface of the tunnel in the microscopic tunnel drilling method according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a view according to the first embodiment of the present invention.
  • In the vibrating tunnel excavation method is a view showing the drilling hole in the excavated end surface of the tunnel.
  • the heart drill hole 10 may be drilled in the center portion of the excavated cross section 1a of the tunnel 1, and a free surface may be formed in the internal heart chamber space.
  • the plurality of drilling holes 20 and 30 are radially drilled toward the outer portion 1b of the tunnel 1 from the center or the outer portion of the cardiac hole 10, and the plurality of enlarged holes 20 and the plurality of floor holes. 30 may be included.
  • the plurality of magnifying holes 20 are arranged in two or more rows at predetermined intervals from the cardiac hole 10, and at predetermined intervals along the outer shape of the cardiac hole 10. Can be perforated.
  • the plurality of bottom holes 30 may be drilled at predetermined intervals at the lower end of the excavated cross-section 1a of the tunnel 1.
  • a plurality of first enlarged holes 21 are formed along a path of three rows of circles C1 or arcs C2 and C3 spaced apart at regular intervals d1, d2, and d3 from the outside of the heart hole 10.
  • a plurality of second enlarged holes 22 and a plurality of third enlarged holes 23 are illustrated in an example of being arranged in three rows, this is illustrative, and the arrangement shape and number of the plurality of enlarged holes 20 are excavated. It can be changed by the person skilled in the art according to the rock type, state, shape of the excavation cross-section (1a) of the tunnel 1 to be performed.
  • the plurality of first magnification holes 21 drilled in the first row C1 the plurality of second magnification holes 22 drilled in the second row C2, and the third row C3.
  • the drilled third magnification holes 23 show examples of being drilled at equal intervals along the circle C1 or the arcs C2 and C3, the drill holes may be drilled at different intervals.
  • the present invention has been developed by a puncher for drilling the cardiac hole 10 and the plurality of drilling holes 20 and 30 in the excavated end face 1a of the tunnel 1.
  • a blow drill device A using an excavator E can be used.
  • the impact drill device (A) is a device configured to include a drive unit for rotating and hitting at least one drill blade (chisel, Chisel) at the same time, the body portion mounted to one end of the excavator (E), the detailed structure of the present applicant It is disclosed in the registered patent No. 10-1630089.
  • the deep drilling hole 10 and the plurality of drilling holes 20 and 30 are drilled in the excavated end face 1a of the tunnel 1 using the impact drill device A using the excavator E developed by the present applicant.
  • the drill drill (A) of the miniaturized structure to perform the drilling work on the ground or rock, There is an effect that can significantly reduce the vibration and noise caused by.
  • the plurality of drilling holes 20 are formed by a cooling expansion force generated when the water injected into each of the plurality of drilling holes 20 and 30 is instantaneously rapidly cooled. , 30) Cracks can be generated sequentially in each surrounding rock.
  • the microscopic tunnel excavation method according to the first embodiment of the present invention can be applied when the excavation cross section 1a of the tunnel 1 is a rock or hard rock that is relatively hard, such as limestone, granite, quartzite, and the like.
  • Figure 4 shows the appearance of cracks in the rock around the plurality of holes by using water injected into the plurality of holes drilled in the excavated end surface of the tunnel in the microscopic tunnel excavation method according to the first embodiment of the present invention Drawing.
  • a plurality of refrigerant injection tubes 120 may be disposed to inject (S120).
  • the crack generating structure 100 used in the microscopic tunnel excavation method according to the first embodiment of the present invention is a drill hole (20, 30) (in the example of Figure 4, It may be composed of a fixing member 130 installed at the inlet of the water injection pipe 110, the refrigerant injection pipe 120 and the drilling holes 20, 30 disposed inside the first enlarged hole (21).
  • the fixing member 130 supports the water injection pipe 110 and the refrigerant injection pipe 120, and the water W rapidly cooled by the refrigerant C is formed in the hole 20. , 30 may serve as a wedge to block the inlets of the perforation holes 20 and 30 to prevent expansion toward the open inlet.
  • FIG. 4A illustrates an example in which one water injection pipe 110 and one refrigerant injection pipe 120 are arranged side by side in the first enlarged hole 21.
  • the plurality of refrigerant injection pipes 120 may have a form of wrapping one water injection pipe 110, and one refrigerant injection pipe 120 spirally surrounds one water injection pipe 110. May have
  • each water Water (W) may be injected into each of the drilling holes 20 and 30 through the injection pipe 110 (S130).
  • the refrigerant C is injected into each of the plurality of drilling holes 20 and 30 through a plurality of refrigerant injection pipes 120 in a predetermined order.
  • cracks may be sequentially generated in the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes 20 and 30 by the cooling expansion force generated when the water W is frozen (S140).
  • the refrigerant (C) is present in a liquid state at a very low temperature and in a gaseous state at room temperature, it can be used a liquid refrigerant (C) that can freeze the water (W) when vaporizing in the liquid state, It is preferable to use liquefied nitrogen.
  • the micro-vibration tunnel excavation method for the plurality of drilling holes (20, 30) according to the rock type, state, shape of the excavation cross section (1a) of the tunnel (1), etc.
  • the refrigerant C may be injected in a predetermined order to sequentially crack the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes 20 and 30.
  • the step of sequentially generating cracks in the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes 20 and 30 may include an enlarged hole having a close distance from the cardiac hole 10 with respect to the plurality of enlarged holes 20.
  • the refrigerant C may be sequentially injected to the enlarged hole 20 far from the distance 20 to generate a crack, and then the refrigerant C may be injected into the plurality of bottom holes 30 to generate the crack.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a process of sequentially cracking the surrounding rock of each of the plurality of perforation holes in the microscopic tunnel drilling method according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a first embodiment of the present invention.
  • Figure 1 shows an example of a process of sequentially cracking the rock around each of the plurality of drilling holes in the microscopic tunnel excavation method according to the present invention.
  • FIGS. 5 and 6 a process of sequentially cracking the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes 20 and 30 will be described based on the example shown in FIG. 2.
  • the enlarged hole 20 closest to the distance from the cardiac hole 10, that is, the first row The coolant C may be injected into the plurality of first enlarged holes 21 drilled in C1 to first generate cracks in the surrounding rock of each of the plurality of first expanded holes 21 (S141). At this time, the injection of the refrigerant C into each of the plurality of first enlarged holes 21 drilled in the first row C1 is preferably performed at substantially the same time. However, if necessary, the plurality of first expanded holes ( 21) The order of injection of the refrigerant C for each may be determined.
  • each of the plurality of bottom holes 30 Injecting the refrigerant (C) to the cracks may be generated in the surrounding rock of each of the plurality of bottom holes (30) (S144).
  • the injection of the coolant (C) to each of the plurality of bottom holes 30 is preferably made at the same time, but if necessary, the order of injection of the coolant (C) to each of the plurality of bottom holes (30) You can also decide.
  • the coolant C is sequentially injected from the enlarged hole 20 close to the distance 20 from the deep hole 20 to the enlarged hole 20 with respect to the plurality of enlarged holes 20 to close the surrounding rock.
  • the cooling expansion force of the water (W) for each of the plurality of enlarged holes 20 is directed toward the free surface formed in the deep hole 10 to increase the dilation width, thereby causing the surrounding rock to be cracked. Since it has the effect of pushing out from this excavation cross section 1a, crushing efficiency can be improved later.
  • the distance from the cardiac hole 10 among the plurality of enlarged holes 20 is greater than a predetermined reference value.
  • Refrigerant (C) is injected in order according to the distance spaced from the cardiac hole (10) with respect to the enlarged hole (20) arranged in a close row, and cracks are generated first, and the coolant (C) is provided in the plurality of bottom holes (30).
  • the cardiac holes 10 are compared with respect to the magnification holes 20 arranged in a column in which the distance from the cardiac holes 10 is farther than a predetermined reference value among the plurality of magnification holes 20. Cracks may be generated by injecting the refrigerant C in order according to the distance from the refrigerant.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating another example of a process of sequentially cracking the surrounding rock of each of the plurality of perforation holes in the microscopic tunnel drilling method according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a first embodiment of the present invention.
  • the microscopic tunnel excavation method according to the present invention is a view showing another example of the process of sequentially cracking the rock around each of the plurality of drilling holes.
  • FIG. 7 and FIG. 8 a process of sequentially cracking the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes 20 and 30 will be described based on the example shown in FIG. 2.
  • the reference value for the distance spaced from the cardiac hole 10 is d0
  • the plurality of first magnifying holes 21 and the plurality of second magnifying holes 22 are disposed within the reference value d0.
  • positioned outside the reference value d0 is shown.
  • the reference value d0 for the distance away from the cardiac hole 10 may be set in advance by design according to the rock type, state, shape of the excavation cross section 1a of the tunnel 1, and the like.
  • a refrigerant After the C is injected to generate a crack (S141), the refrigerant C may be injected into the plurality of second enlarged holes 22 to generate the crack (S142).
  • the refrigerant C is injected into each of the plurality of bottom holes 30 to cause cracks in the surrounding rock of each of the plurality of bottom holes 30. It may be (S143 ').
  • the coolant C may be injected into the 23 to generate a crack (S144 ′).
  • a plurality of perforation holes 20, 30 are a plurality of perforations perforated along the outer shape (1b) of the tunnel (1) It may further include.
  • FIG. 9 is a view showing another example of the process of sequentially cracking the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes in the microscopic tunnel drilling method according to the first embodiment of the present invention.
  • the plurality of outer holes 40 have a shape of the outer portion 1b of the tunnel 1 at positions spaced apart from the outer portion 1b of the tunnel 1 by a predetermined distance. Can be drilled at predetermined intervals accordingly.
  • the periphery of each of the plurality of perforation holes 20 and 30 may be broken (S150).
  • the micro-vibration tunnel excavation method according to the first embodiment of the present invention, the water (W) injected into the plurality of drilling holes (20, 30) penetrates into the cracked surrounding rock to reduce the density of the rock itself By changing the state, it is possible to absorb the vibration and noise generated during the fracture of the surrounding rock.
  • FIG. 10 is a view illustrating a fractured rock mass around a plurality of perforation holes in the microscopic tunnel excavation method according to the first embodiment of the present invention.
  • various types of crushing apparatuses may be used to crush the cracked rock in the excavated section 1a of the tunnel 1.
  • a small boring device or hammer boring device (B) using an excavator (E) as a crushing device for crushing the cracked rock in the excavation section (1a) of the tunnel (1) can be used.
  • the compact boring device using the excavator (E) is a device configured to include a drive unit for rotating at least one boring tool (for example, tricorn bit), and a body portion mounted to one end of the excavator (E),
  • the structure is disclosed in the registered patent No. 10-1640311 to which the applicant of the present application is registered.
  • the hammer boring device using the excavator (E) is a device configured to include a drive unit for driving the at least one boring bit and the body portion mounted to one end of the excavator (E), the detailed structure is registered registered by the applicant of the present applicant Patent No. 10-1635286 is disclosed.
  • the tunnel 1 In addition to increasing the ease of movement and work efficiency to the work site, by performing the crushing operation on the ground or rock using a compact boring device or hammer boring device (B) of the miniaturized structure, vibration and noise by the crushing operation There is an effect that can significantly reduce the occurrence.
  • the micro-vibration tunnel excavation method injects water (W) into the plurality of drill holes 20 and 30 drilled in the excavated end face 1a of the tunnel 1.
  • W water
  • vibration and noise can be minimized as compared with the conventional blasting method.
  • FIGS. 11 to 14 the microscopic tunnel digging method according to the second embodiment of the present invention will be described.
  • a description of the same process as the first embodiment shown in FIGS. 1 to 10 will be omitted, and only the differences will be described below.
  • FIG 11 is a flowchart illustrating a microscopic tunnel drilling method according to a second embodiment of the present invention
  • Figure 12 is a plurality of perforations drilled in the excavated end surface of the tunnel in the microscopic tunnel drilling method according to a second embodiment of the present invention Figure showing the appearance of cracks in the rock around the plurality of perforation holes using the water injected into the holes.
  • the micro-vibration tunnel excavation method freezes the water (W) injected into the plurality of drilling holes 20 and 30 to the surrounding rock by cooling expansion force.
  • cracks may be generated in the surrounding rock by water vapor stress generated when water W injected into the plurality of drilling holes 20 and 30 vaporizes by instantaneous blasting. Can be.
  • the micro-vibration tunnel excavation method according to the second embodiment of the present invention uses the 'bubble jet effect' generated when the precision explosive (220 in FIG. 12) bursts in the water.
  • the microscopic tunnel excavation method according to the second embodiment of the present invention can be applied when the excavation cross section 1a of the tunnel 1 is relatively soft soft rock or soft rock such as sedimentary rock. have.
  • a deep hole 10 and a plurality of drilling holes are formed in the excavation section 1a to be excavated in the tunnel 1.
  • 20 and 30 may be punctured (S210).
  • the plurality of drilling holes 20 and 30 are arranged in two or more rows at predetermined intervals from the cardiac hole 10, and predetermined along the outer shape of the cardiac hole 10. It may include a plurality of enlarged holes 20 to be drilled at intervals, and a plurality of bottom holes 30 to be drilled at predetermined intervals at the lower end of the excavation section (1a) of the tunnel (1).
  • Precision explosives 220 (or precision gunpowder) can be disposed (S220).
  • the micro-vibration tunnel excavation method is a water vapor stress generated when the water (W) injected into each of the plurality of drilling holes (20, 30) is vaporized by the instantaneous blasting Since it is to cause cracks in the surrounding rock, it is enough to use a precision explosive 220, rather than a general explosive, such as dynamite strong explosive force, thereby minimizing vibration and noise compared to the conventional blasting industry by explosives.
  • the crack generating structure 200 used in the micro-vibration tunnel excavation method according to the second embodiment of the present invention may include the drilling holes 20 and 30 (in the example of FIG. 12, It consists of a water injection pipe 210 disposed inside the first expansion hole 21, the precision explosives 220 and the fixing member 230 is installed at the inlet of the drilling holes (20, 30), the drilling hole ( Primer 221 of the precision explosives 220 may be exposed to the outside through one side of the fixing member 230 for blocking the inlet of the 20, 30.
  • the plurality of precision explosives 220 are blasted in a predetermined order so that water W injected into each of the plurality of drilling holes 20 and 30 is provided. Cracks may be sequentially generated in the surrounding rock of each of the plurality of perforation holes 20 and 30 by the underwater stress generated when this moment is vaporized (S240).
  • the micro-vibration tunnel excavation method for the plurality of drilling holes (20, 30) according to the rock type, state, shape of the excavation cross-section (1a), etc. of the tunnel (1)
  • the precision explosives 220 may be blasted in a predetermined order to inject the refrigerant C to sequentially crack the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes 20 and 30.
  • the step of sequentially generating cracks in the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes 20 and 30 may include an enlarged hole having a close distance from the cardiac hole 10 with respect to the plurality of enlarged holes 20.
  • the precision explosives 220 disposed in each of the plurality of enlarged holes 20 in order from the enlarged hole 20 to a distance 20 away from each other, and then causing cracks, for the plurality of bottom holes 30, Cracks may be generated by blasting the precision explosives 220 disposed in each of the plurality of bottom holes 30.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a process of sequentially cracking the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes in the microscopic tunnel drilling method according to the second embodiment of the present invention.
  • a plurality of distances are spaced apart from the plurality of enlarged first holes 21 in the order of the distances from the plurality of enlarged first holes 21.
  • the explosives 220 may be blasted in the order of the second enlarged hole 22 and the plurality of third enlarged holes 23 to generate cracks (S241 to S243, see FIG. 6).
  • the precision for each of the plurality of bottom holes 30 is obtained.
  • the explosives 220 may be blasted to cause cracks in the surrounding rock of each of the plurality of bottom holes 30 (S244, see FIG. 7).
  • the distance from the cardiac hole 10 among the plurality of enlarged holes 20 is greater than a predetermined reference value.
  • the precision explosives 220 are blasted in order according to the distance from the cardiac hole 10 to generate cracks, and the precision explosives for the plurality of bottom holes 30 are generated.
  • Cracks may be generated by blasting the precision explosives 220 in order according to the distance from the core hole 10.
  • FIG. 14 is a flow chart showing another example of a process of sequentially cracking the surrounding rock of each of the plurality of drilling holes in the microscopic tunnel drilling method according to the second embodiment of the present invention.
  • the precision explosives 220 are blasted for each of the plurality of bottom holes 30 to cause cracks in the surrounding rock of each of the plurality of bottom holes 30. It may be (S243 ').
  • a fine explosive 220 may be blasted with respect to 23 to generate a crack (S244 ′).
  • the rock around each of the plurality of drilling holes 20 and 30 may be broken (S250). Since the process of crushing the surrounding rock of each of the plurality of perforation holes 20 and 30 is substantially the same as that of the first embodiment shown in FIG. 10, a detailed description thereof will be omitted.
  • the plurality of drilling holes 20, 30 drilled in step S210 of the microscopic tunnel excavation method according to the second embodiment of the present invention as in the first embodiment shown in FIG.
  • a plurality of perforations (40 in FIG. 9) drilled at predetermined intervals along the shape of the perimeter 1b of the tunnel 1 at a position spaced apart from the perimeter 1b of the tunnel 1 by a predetermined distance may include.
  • step S244 of FIG. 13, or FIG. 14 after blasting all of the precision explosives 220 disposed in each of the plurality of enlarged holes 20 and the plurality of bottom holes 30 (after step S244 of FIG. 13, or FIG. 14).
  • step S244 ′ the precision explosives 220 disposed in each of the plurality of outer holes 40 may be blasted with respect to the plurality of outer holes 40 to generate cracks.
  • the micro-vibration tunnel excavation method injects water (W) into the plurality of drill holes 20 and 30 drilled in the excavated end face 1a of the tunnel 1.
  • W water
  • the micro-vibration tunnel excavation method injects water (W) into the plurality of drill holes 20 and 30 drilled in the excavated end face 1a of the tunnel 1.
  • the present invention relates to a non-vibration tunnel excavation method, more specifically, to minimize the vibration and noise compared to the conventional blasting method, the micro-vibration tunnel excavation that can reduce the cost and duration required for tunnel excavation work Applicable to the technical field related to construction methods.

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Abstract

본 발명은 미진동 터널 굴착 공법에 관한 것이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은, 터널의 굴착단면에 심발공 및 복수의 천공홀을 천공하는 단계; 복수의 천공홀 각각의 내부에, 물을 주입하기 위한 복수의 물 주입관 및 냉매를 주입하기 위한 복수의 냉매 주입관을 배치하는 단계; 복수의 물 주입관을 통해 복수의 천공홀 각각의 내부에 물을 주입하는 단계; 복수의 냉매 주입관을 통해 복수의 천공홀 각각의 내부에 미리 정해진 순서대로 냉매를 주입하여 물이 동결될 때에 발생되는 냉각 팽창력에 의해 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계; 및 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 파쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

미진동 터널 굴착 공법
본 발명은 미진동 터널 굴착 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 발파 공법에 비해 진동 및 소음을 최소화할 수 있을 뿐 아니라, 터널 굴착 작업에 필요한 비용 및 기간을 절감시킬 수 있는 미진동 터널 굴착 공법에 관한 것이다.
일반적으로 산악 지역을 관통하는 도로, 철로 또는 도심지 지하철을 건설하기 위하여 터널을 굴착하고 있으며, 산악 지역 및 도심지 지하 공간은 다양한 종류의 암류로 구성된 연암층, 연경암층 또는 경암층의 지질 구조를 가지고 있다.
이와 같이 터널을 굴착할 때에는 발파에 의한 굴착 공법이 다른 기계적 굴착 공법에 비하여 비용이 저렴하고 굴착 속도가 빠르기 때문에 널리 사용되고 있다. 그러나, 이러한 발파에 의한 터널 굴착 공법은 대부분 화약을 사용하기 때문에 발파에 의한 진동과 소음에 의하여 터널이 굴착되는 주변 환경에 예기치 못한 피해가 발생될 수 있다는 문제점이 있다.
특히, 최근 증가하는 교통량을 효율적으로 수용하기 위한 도로나 지하철 건설이 급증하면서 다수의 터널이 인구가 밀집되어 있는 시가지 또는 기존의 주요 보안 물건 등에 인접하여 시공되는 사례가 늘고 있는데, 주택가 또는 시가지에 인접하여 터널 발파 작업을 수행할 때에 수반되는 진동과 소음에 의한 환경적 피해 가능성과 각종 민원 발생이 급증하면서 이로 인하여 공사가 지연되는 사례가 증가하고 있는 실정이다.
현재 도심지 터널 발파에서 진동을 최소화하기 위해 여러 가지 공법들이 제안되어 왔으나 이러한 공법들은 대부분 기계적인 굴착 방법을 이용하거나, 제어 발파 공법을 응용하는 경우가 대부분이다. 그러나, 이러한 터널 굴착 공법은 시공성이 저하되고 그에 따라 공사 기간이 지연되고 경제적인 손실이 발생하는 문제점이 있었다.
따라서, 기존의 발파 공법에 비해 진동 및 소음을 최소화할 수 있을 뿐 아니라, 터널 굴착 작업에 필요한 비용 및 기간을 절감시킬 수 있는 미진동 터널 굴착 공법이 요구된다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 터널의 굴착단면에 천공된 복수의 천공홀에 주입된 물을 이용하여 주변 암반을 균열시킨 후 파쇄함으로써, 기존의 발파 공법에 비해 진동 및 소음을 최소화할 수 있을 뿐 아니라, 터널 굴착 작업에 필요한 비용 및 기간을 절감시킬 수 있는 미진동 터널 굴착 공법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은, 터널의 굴착단면에 심발공 및 복수의 천공홀을 천공하는 단계; 상기 복수의 천공홀 각각의 내부에, 물을 주입하기 위한 복수의 물 주입관 및 냉매를 주입하기 위한 복수의 냉매 주입관을 배치하는 단계; 상기 복수의 물 주입관을 통해 상기 복수의 천공홀 각각의 내부에 물을 주입하는 단계; 상기 복수의 냉매 주입관을 통해 상기 복수의 천공홀 각각의 내부에 미리 정해진 순서대로 상기 냉매를 주입하여 물이 동결될 때에 발생되는 냉각 팽창력에 의해 상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계; 및 상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 파쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 복수의 천공홀은, 상기 심발공으로부터 미리 정해진 간격으로 2 열 이상 배열되며, 상기 심발공의 외곽 형상을 따라 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 확대공; 및 상기 터널의 굴착단면 하단에 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 바닥공을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 예로, 상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는, 상기 복수의 확대공에 대해, 상기 심발공으로부터 이격된 거리가 가까운 확대공으로부터 거리가 먼 확대공까지 순서대로 상기 냉매를 주입하여 균열을 발생시키는 단계; 및 상기 복수의 바닥공에 상기 냉매를 주입하여 균열을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 예로, 상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는, 상기 복수의 확대공 중, 상기 심발공으로부터 이격된 거리가 미리 정해진 기준 값보다 가까운 열에 배치된 복수의 확대공에 대해, 상기 심발공으로부터 이격된 거리에 따라 순서대로 상기 냉매를 주입하여 균열을 발생시키는 단계; 상기 복수의 바닥공에 상기 냉매를 주입하여 균열을 발생시키는 단계; 및 상기 복수의 확대공 중, 상기 심발공으로부터 이격된 거리가 미리 정해진 기준 값보다 먼 열에 배치된 복수의 확대공에 대해, 상기 심발공으로부터 이격된 거리에 따라 순서대로 상기 냉매를 주입하여 균열을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 예로, 상기 복수의 천공홀은, 상기 터널의 외곽으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 위치에, 상기 터널의 외곽 형상을 따라 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 외곽공을 더 포함하며, 상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는, 상기 복수의 확대공 및 상기 복수의 바닥공에 대해 상기 냉매를 주입한 이후, 상기 복수의 외곽공에 상기 냉매를 주입하여 균열을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은, 터널의 굴착단면에 심발공 및 복수의 천공홀을 천공하는 단계; 상기 복수의 천공홀 각각의 내부에, 물을 주입하기 위한 복수의 물 주입관 및 복수의 정밀 폭약을 배치하는 단계; 상기 복수의 물 주입관을 통해 상기 복수의 천공홀 각각의 내부에 물을 주입하는 단계; 상기 복수의 정밀 폭약을 미리 정해진 순서대로 발파하여 상기 복수의 천공홀 각각의 내부에 주입된 물이 순간적으로 기화될 때에 발생되는 수중 응력에 의해 상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계; 및 상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 파쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 복수의 천공홀은, 상기 심발공으로부터 미리 정해진 간격으로 2 열 이상 배열되며, 상기 심발공의 외곽 형상을 따라 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 확대공; 및 상기 터널의 굴착단면 하단에 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 바닥공을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 예로, 상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는, 상기 복수의 확대공에 대해, 상기 심발공으로부터 이격된 거리가 가까운 확대공으로부터 거리가 먼 확대공까지 순서대로 상기 복수의 확대공 각각에 배치된 정밀 폭약을 발파하여 균열을 발생시키는 단계; 및 상기 복수의 바닥공에 대해, 상기 복수의 바닥공 각각에 배치된 정밀 폭약을 발파하여 균열을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 예로, 상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는, 상기 복수의 확대공 중, 상기 심발공으로부터 이격된 거리가 미리 정해진 기준 값보다 가까운 열에 배치된 복수의 확대공에 대해, 상기 심발공으로부터 이격된 거리에 따라 순서대로 상기 기준 값보다 가까운 열에 배치된 복수의 확대공 각각에 배치된 정밀 폭약을 발파하여 균열을 발생시키는 단계; 상기 복수의 바닥공에 대해, 상기 복수의 바닥공 각각에 배치된 정밀 폭약을 발파하여 균열을 발생시키는 단계; 및 상기 복수의 확대공 중, 상기 심발공으로부터 이격된 거리가 상기 기준 값보다 먼 열에 배치된 복수의 확대공에 대해, 상기 심발공으로부터 이격된 거리에 따라 순서대로 상기 기준 값보다 먼 열에 배치된 복수의 확대공 각각에 배치된 정밀 폭약을 발파하여 균열을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 다른 예로, 상기 복수의 천공홀은, 상기 터널의 외곽으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 위치에, 상기 터널의 외곽 형상을 따라 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 외곽공을 더 포함하며, 상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는, 상기 복수의 확대공 및 상기 복수의 바닥공 각각에 배치된 정밀 폭약을 발파한 이후, 상기 복수의 외곽공에 대해, 상기 복수의 외곽공 각각에 배치된 정밀 폭약을 발파하여 균열을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 미진동 터널 굴착 공법에 따르면, 터널의 굴착단면에 천공된 복수의 천공홀에 주입된 물을 이용하여 주변 암반을 균열시킨 후 파쇄함으로써, 기존의 발파 공법에 비해 진동 및 소음을 최소화할 수 있을 뿐 아니라, 보다 적은 개수의 천공홀을 천공하여 터널을 효율적으로 굴착할 수 있으므로 터널 굴착 작업에 필요한 비용 및 기간을 절감시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에 따르면, 터널의 굴착단면에 천공된 복수의 천공홀에 물을 주입한 후 물의 냉각 팽착력을 이용하여 주변 암반을 균열시킨 후 파쇄함으로써, 기존의 발파 공법에 비해 진동 및 소음을 최소화할 수 있을 뿐 아니라, 보다 적은 개수의 천공홀을 천공하여 터널을 효율적으로 굴착할 수 있으므로 터널 굴착 작업에 필요한 비용 및 기간을 절감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에 따르면, 터널의 굴착단면에 천공된 복수의 천공홀에 물을 주입한 후 정밀 폭약의 폭발에 의한 물의 수중 응력을 이용하여 주변 암반을 균열시킨 후 파쇄함으로써, 기존의 발파 공법에 비해 진동 및 소음을 최소화할 수 있을 뿐 아니라, 보다 적은 개수의 천공홀을 천공하여 터널을 효율적으로 굴착할 수 있으므로 터널 굴착 작업에 필요한 비용 및 기간을 절감시킬 수 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 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 터널의 굴착단면에 천공된 심발공 및 복수의 천공홀을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 터널의 굴착단면에 천공홀을 천공하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 터널의 굴착단면에 천공된 복수의 천공홀에 주입된 물을 이용하여 복수의 천공홀 주변 암반에 균열을 발생시키는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정의 다른 예를 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 주변에 균열된 암반을 파쇄하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법을 나타내는 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 터널의 굴착단면에 천공된 복수의 천공홀에 주입된 물을 이용하여 복수의 천공홀 주변 암반에 균열을 발생시키는 모습을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정의 다른 예를 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
또한, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 미진동 터널 굴착 공법을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
이하, 도 1 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법을 나타내는 순서도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은, 먼저 터널(1)의 굴착하고자 하는 굴착단면(1a)에 심발공(10) 및 복수의 천공홀(20, 30)을 천공할 수 있다(S110).
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 터널의 굴착단면에 천공된 심발공 및 복수의 천공홀을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 터널의 굴착단면에 천공홀을 천공하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 심발공(10)은 터널(1)의 굴착단면(1a) 중앙 부분에 천공되고, 내부 심발 공간에 자유면이 형성될 수 있다. 또한, 복수의 천공홀(20, 30)은 심발공(10)의 중심 또는 외곽으로부터 터널(1)의 외곽(1b)을 향해 방사상으로 천공되며, 복수의 확대공(20)과 복수의 바닥공(30)을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 확대공(20)은 심발공(10)으로부터 미리 정해진 간격으로 2 열 이상 배열되며, 심발공(10)의 외곽 형상을 따라 미리 정해진 간격으로 천공될 수 있다. 또한, 복수의 바닥공(30)은 터널(1)의 굴착단면(1a) 하단에 미리 정해진 간격으로 천공될 수 있다.
도 2에서는 심발공(10)의 외곽으로부터 순차적으로 일정 간격 d1, d2, d3로 이격된 3 열의 원(C1) 또는 호(C2, C3) 형상의 경로를 따라 복수의 제1 확대공(21), 복수의 제2 확대공(22), 복수의 제3 확대공(23)이 3 열로 배치된 예를 도시하고 있으나, 이는 예시적인 것으로서, 복수의 확대공(20)의 배열 형상 및 개수는 굴착을 수행할 터널(1)의 암반 종류, 상태, 굴착단면(1a)의 형상 등에 따라 당업자에 의해 얼마든지 변경 가능하다.
또한, 도 2에서는 제1 열(C1)에 천공된 복수의 제1 확대공(21), 제2 열(C2)에 천공된 복수의 제2 확대공(22), 제3 열(C3)에 천공된 복수의 제3 확대공(23)은 각각 원(C1) 또는 호(C2, C3)를 따라 서로 동일한 간격으로 천공된 예를 도시하고 있으나, 서로 다른 간격으로 천공될 수도 있다.
한편, 터널(1)의 굴착단면(1a)에 심발공(10) 및 복수의 천공홀(20, 30)을 천공하기 위해서는 무한 궤도식, 타이어식 또는 굴진식 등 스스로 이동이 가능한 것으로서 수평(또는, 수직)으로 천공할 수 있는 다양한 종류의 천공기(Drilling Equipment)를 사용할 수 있다.
바람직하게는, 도 3에 도시된 바와 같이, 터널(1)의 굴착단면(1a)에 심발공(10) 및 복수의 천공홀(20, 30)을 천공하기 위한 천공기로, 본원 출원인이 개발한 굴삭기(E)를 이용한 타격 드릴 장치(A)를 사용할 수 있다. 이러한 타격 드릴 장치(A)는 적어도 하나의 드릴 날(치즐, Chisel)을 회전시킴과 동시에 타격하는 구동부와, 굴삭기(E)의 일단에 장착되는 몸체부를 포함하여 구성된 장치로서, 자세한 구조는 본원 출원인이 등록 받은 등록특허 제10-1630089호에 개시되어 있다.
따라서, 본원 출원인이 개발한 굴삭기(E)를 이용한 타격 드릴 장치(A)를 사용하여 터널(1)의 굴착단면(1a)에 심발공(10) 및 복수의 천공홀(20, 30)을 천공하는 경우, 터널(1) 내 작업 장소로의 이동 용이성 및 작업 효율성을 증대시킬 뿐 아니라, 소형화된 구조의 타격 드릴 장치(A)를 이용하여 지반 또는 암반에 대한 천공 작업을 수행함으로써, 천공 작업에 의한 진동 및 소음 발생을 현저히 줄일 수 있다는 효과가 있다.
다시 도 1을 참조하면, 터널(1)의 굴착단면(1a)에 심발공(10) 및 복수의 천공홀(20, 30)을 천공한 후(S110), 도 4에 도시된 과정을 통해, 복수의 천공홀(20, 30) 각각에 주입된 물을 이용하여 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시킬 수 있다(도 1의 S120 내지 S140).
특히, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서는 복수의 천공홀(20, 30) 각각에 주입된 물을 순간적으로 급속 냉각시킬 때 발생하는 냉각 팽창력에 의해 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시킬 수 있다. 이러한 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은 터널(1)의 굴착단면(1a)이 석회암, 화강암, 규암 등과 상대적으로 단단한 경암(硬巖) 이상의 암반인 경우 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 터널의 굴착단면에 천공된 복수의 천공홀에 주입된 물을 이용하여 복수의 천공홀 주변 암반에 균열을 발생시키는 모습을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 1 및 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 내부에, 물(W)을 주입하기 위한 복수의 물 주입관(110) 및 냉매(C)를 주입하기 위한 복수의 냉매 주입관(120)을 배치할 수 있다(S120).
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 사용되는 균열 발생 구조(100)는 천공홀(20, 30)(도 4의 예에서는, 제1 확대공(21))의 내부에 배치되는 물 주입관(110), 냉매 주입관(120) 및 천공홀(20, 30)의 입구에 설치되는 고정 부재(130)로 구성될 수 있다.
비록 자세히 도시되지는 않았으나, 고정 부재(130)는 물 주입관(110)과 냉매 주입관(120)을 지지할 뿐 아니라, 냉매(C)에 의해 급속 냉각된 물(W)이 천공홀(20, 30)의 개방된 입구 쪽으로 팽창하는 것을 방지하기 위해 천공홀(20, 30)의 입구를 봉쇄하는 쐐기 역할을 수행할 수 있다.
설명의 편의상, 도 4의 (a)에서는 제1 확대공(21)의 내부에 1 개의 물 주입관(110)과 1 개의 냉매 주입관(120)을 나란히 배치한 예를 도시하고 있으나, 필요에 따라, 복수의 냉매 주입관(120)이 1 개의 물 주입관(110)을 감싸는 형태를 가질 수도 있고, 1 개의 냉매 주입관(120)이 1 개의 물 주입관(110)을 나선형으로 감싸는 형태를 가질 수도 있다.
도 1 및 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 천공홀(20, 30) 각각의 내부에 물 주입관(110) 및 냉매 주입관(120)이 배치된 후(S120), 각각의 물 주입관(110)을 통해 천공홀(20, 30) 각각의 내부에 물(W)을 주입할 수 있다(S130).
그리고, 도 1 및 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 복수의 냉매 주입관(120)을 통해 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 내부에 미리 정해진 순서대로 냉매(C)를 주입하여 물(W)이 동결될 때에 발생되는 냉각 팽창력에 의해 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시킬 수 있다(S140).
이 때, 냉매(C)는 매우 낮은 온도에서 액체 상태로 존재하고 상온에서 기체 상태로 존재하며, 액체 상태에서 기화할 때에 물(W)을 동결시킬 수 있는 액체 냉매(C)를 사용할 수 있는데, 액화 질소(Liquid nitrogen)를 사용하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은, 터널(1)의 암반 종류, 상태, 굴착단면(1a)의 형상 등에 따라 복수의 천공홀(20, 30)에 대해 미리 정해진 순서대로 냉매(C)를 주입하여 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시킬 수 있다.
일 예로, 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는, 복수의 확대공(20)에 대해, 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 가까운 확대공(20)으로부터 거리가 먼 확대공(20)까지 순서대로 냉매(C)를 주입하여 먼저 균열을 발생시킨 후, 복수의 바닥공(30)에 냉매(C)를 주입하여 균열을 발생시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정의 일 예를 나타내는 순서도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.
설명의 편의상, 도 5 및 도 6에서는 도 2에 도시된 예를 토대로 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정을 설명하기로 한다.
먼저, 도 5 및 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 확대공(20) 중, 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 가장 가까운 확대공(20), 즉, 제1 열(C1)에 천공된 복수의 제1 확대공(21)에 대해 냉매(C)를 주입하여 복수의 제1 확대공(21) 각각의 주변 암반에 먼저 균열을 발생시킬 수 있다(S141). 이 때, 제1 열(C1)에 천공된 복수의 제1 확대공(21) 각각에 대한 냉매(C)의 주입은 실질적으로 동시에 이루어지는 것이 바람직하나, 필요에 따라, 복수의 제1 확대공(21) 각각에 대한 냉매(C)의 주입 순서를 정할 수도 있다.
그리고, 도 5, 도 6의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 복수의 확대공(20) 중, 심발공(10)으로부터 이격된 거리에 따라, 먼저 제2 열(C2)에 천공된 복수의 제2 확대공(22) 각각에 대해 냉매(C)를 주입한 후, 다음으로 제3 열(C3)에 천공된 복수의 제3 확대공(23) 각각에 대해 냉매(C)를 주입하여, 복수의 제2 확대공(22) 및 복수의 제3 확대공(23) 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시킬 수 있다(S142, S143).
마지막으로, 도 5 및 도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 모든 확대공(20)에 대한 냉매(C)의 주입을 완료한 후(S141 내지 S143), 복수의 바닥공(30) 각각에 대해 냉매(C)를 주입하여 복수의 바닥공(30) 각각의 주변 암반에 균열을 발생시킬 수 있다(S144). 이 때, 복수의 바닥공(30) 각각에 대한 냉매(C)의 주입은 실질적으로 동시에 이루어지는 것이 바람직하나, 필요에 따라, 복수의 바닥공(30) 각각에 대한 냉매(C)의 주입 순서를 정할 수도 있다.
이와 같이, 복수의 확대공(20)에 대해 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 가까운 확대공(20)으로부터 거리가 먼 확대공(20)까지 순서대로 냉매(C)를 주입하여 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 경우, 복수의 확대공(20) 각각에 대한 물(W)의 냉각 팽창력을 심발공(10)에 형성된 자유면을 향하도록 유도하여 확공 폭을 증가시키고, 이로 인해 균열된 주변 암반이 굴착단면(1a)에서 밀고 나오는 효과를 가지므로, 추후 파쇄 효율을 높일 수 있다.
다른 예로, 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는, 복수의 확대공(20) 중, 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 미리 정해진 기준 값보다 가까운 열에 배치된 확대공(20)에 대해, 심발공(10)으로부터 이격된 거리에 따라 순서대로 냉매(C)를 주입하여 먼저 균열을 발생시키고, 복수의 바닥공(30)에 냉매(C)를 주입하여 균열을 발생시킨 후, 복수의 확대공(20) 중, 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 미리 정해진 기준 값보다 먼 열에 배치된 확대공(20)에 대해, 심발공(10)으로부터 이격된 거리에 따라 순서대로 냉매(C)를 주입하여 균열을 발생시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정의 다른 예를 나타내는 순서도이고, 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정의 다른 예를 나타내는 도면이다.
설명의 편의상, 도 7 및 도 8에서는 도 2에 도시된 예를 토대로 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정을 설명하기로 한다. 또한, 도 7 및 도 8에서는 심발공(10)으로부터 이격된 거리에 대한 기준 값이 d0이며, 복수의 제1 확대공(21)과 복수의 제2 확대공(22)이 기준 값 d0 이내에 배치되고, 복수의 제3 확대공(23)이 기준 값 d0 외부에 배치된 예를 도시하고 있다. 이 때, 심발공(10)으로부터 이격된 거리에 대한 기준 값 d0는 터널(1)의 암반 종류, 상태, 굴착단면(1a)의 형상 등에 따라 설계에 의해 미리 설정될 수 있다.
먼저, 도 7, 도 8의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 미리 정해진 기준 값 d0보다 가까운 제1 열(C1)에 배치된 복수의 제1 확대공(21)과 제2 열(C2)에 배치된 복수의 제2 확대공(22) 중, 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 가까운 복수의 제1 확대공(21)에 냉매(C)를 주입하여 먼저 균열을 발생시킨 후(S141), 복수의 제2 확대공(22)에 냉매(C)를 주입하여 균열을 발생시킬 수 있다(S142).
그리고, 도 7 및 도 8의 (c)에 도시된 바와 같이, 복수의 바닥공(30) 각각에 대해 냉매(C)를 주입하여 복수의 바닥공(30) 각각의 주변 암반에 균열을 발생시킬 수 있다(S143').
마지막으로, 도 7 및 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이, 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 미리 정해진 기준 값 d0보다 가까운 제3 열(C3)에 배치된 복수의 제3 확대공(23)에 냉매(C)를 주입하여 균열을 발생시킬 수 있다(S144').
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은, 또 다른 예로, 복수의 천공홀(20, 30)은 터널(1)의 외곽(1b) 형상을 따라 천공되는 복수의 외곽공을 더 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 외곽공(40)은 터널(1)의 외곽(1b)으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 위치에, 터널(1)의 외곽(1b) 형상을 따라 미리 정해진 간격으로 천공될 수 있다.
이 경우, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 도 5 및 도 7에서 복수의 확대공(20) 및 복수의 바닥공(30)에 대해 냉매(C)를 모두 주입한 이후(도 5의 단계 S144 이후, 또는, 도 7의 단계 S144' 이후), 복수의 외곽공(40)에 냉매(C)를 주입하여 균열을 발생시킬 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반을 균열시킨 후(S140), 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반을 파쇄할 수 있다(S150). 특히, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은, 복수의 천공홀(20, 30)에 주입된 물(W)이 균열된 주변 암반에 스며 들어 암반 자체의 밀도를 감소시켜 무른 상태로 변화시키므로, 주변 암반의 파쇄 과정에서 발생하는 진동 및 소음을 흡수할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 주변에 균열된 암반을 파쇄하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 터널(1)의 굴착단면(1a)에서 균열된 암반을 파쇄하기 위해서는 다양한 종류의 파쇄 장치를 사용할 수 있다.
바람직하게는, 도 10에 도시된 바와 같이, 터널(1)의 굴착단면(1a)에서 균열된 암반을 파쇄하기 위한 파쇄 장치로 굴삭기(E)를 이용한 소형 보링 장치 또는 해머 보링 장치(B)를 사용할 수 있다.
먼저, 굴삭기(E)를 이용한 소형 보링 장치는 적어도 하나의 보링 툴(예를 들어, 트리콘비트)을 회전시키는 구동부와, 굴삭기(E)의 일단에 장착되는 몸체부를 포함하여 구성된 장치로서, 자세한 구조는 본원 출원인이 등록 받은 등록특허 제10-1640311호에 개시되어 있다. 또한, 굴삭기(E)를 이용한 해머 보링 장치는 적어도 하나의 보링 비트를 타격 구동시키는 구동부와, 굴삭기(E)의 일단에 장착되는 몸체부를 포함하여 구성된 장치로서, 자세한 구조는 본원 출원인이 등록 받은 등록특허 제10-1635286호에 개시되어 있다.
따라서, 본원 출원인이 개발한 굴삭기(E)를 이용한 소형 보링 장치 또는 해머 보링 장치(B)를 사용하여 터널(1)의 굴착단면(1a)에서 균열된 암반을 파쇄하는 경우, 터널(1) 내 작업 장소로의 이동 용이성 및 작업 효율성을 증대시킬 뿐 아니라, 소형화된 구조의 소형 보링 장치 또는 해머 보링 장치(B)를 이용하여 지반 또는 암반에 대한 파쇄 작업을 수행함으로써, 파쇄 작업에 의한 진동 및 소음 발생을 현저히 줄일 수 있다는 효과가 있다.
이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은, 터널(1)의 굴착단면(1a)에 천공된 복수의 천공홀(20, 30)에 물(W)을 주입한 후 물(W)의 냉각 팽착력을 이용하여 주변 암반을 균열시킨 후 파쇄함으로써, 기존의 발파 공법에 비해 진동 및 소음을 최소화할 수 있다.
이하, 도 11 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에 대해 설명하기로 한다. 설명의 편의상, 도 1 내지 도 10에 도시된 제1 실시예와 동일한 과정에 대한 설명은 생략하며, 이하 차이점 만을 위주로 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법을 나타내는 순서도이고, 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 터널의 굴착단면에 천공된 복수의 천공홀에 주입된 물을 이용하여 복수의 천공홀 주변 암반에 균열을 발생시키는 모습을 나타내는 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은, 복수의 천공홀(20, 30)에 주입된 물(W)을 동결시켜 냉각 팽창력에 의해 주변 암반에 균열을 발생시키는 제1 실시예와는 달리, 복수의 천공홀(20, 30)에 주입된 물(W)이 순간적인 폭파에 의해 기화할 때에 발생하는 수증 응력에 의해 주변 암반에 균열을 발생시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은, 정밀 폭약(도 12의 220)이 수중에서 터질 때 발생하는 '버블 제트(Bubble jet) 효과'를 이용한 것이다. 이러한 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은 터널(1)의 굴착단면(1a)이 퇴적암과 같이 상대적으로 부드러운 연경암(軟硬巖) 또는 연암(軟巖)일 때에 적용될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은, 먼저 터널(1)의 굴착하고자 하는 굴착단면(1a)에 심발공(10) 및 복수의 천공홀(20, 30)을 천공할 수 있다(S210). 도 2에 도시된 제1 실시예와 마찬가지로, 복수의 천공홀(20, 30)은 심발공(10)으로부터 미리 정해진 간격으로 2 열 이상 배열되며, 심발공(10)의 외곽 형상을 따라 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 확대공(20)과, 터널(1)의 굴착단면(1a) 하단에 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 바닥공(30)을 포함할 수 있다.
그리고, 도 11에 도시된 바와 같이, 터널(1)의 굴착단면(1a)에 심발공(10) 및 복수의 천공홀(20, 30)을 천공한 후(S210), 도 12에 도시된 과정을 통해, 복수의 천공홀(20, 30) 각각에 주입된 물(W)을 이용하여 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시킬 수 있다(도 11의 S220 내지 S240).
먼저, 도 11 및 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 내부에, 물(W)을 주입하기 위한 복수의 물 주입관(210) 및 복수의 정밀 폭약(220)(또는, 정밀 화약)을 배치할 수 있다(S220).
상술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은 복수의 천공홀(20, 30) 각각에 주입된 물(W)이 순간적인 폭파에 의해 기화할 때에 발생하는 수증 응력에 의해 주변 암반에 균열을 발생시키는 것이므로, 폭발력이 강한 다이너마이트 등 일반 폭약이 아닌 정밀 폭약(220)을 사용해도 충분하며, 이로 인해 기존 폭약에 의한 발파 공업에 비해 진동 및 소음을 최소화할 수 있다.
도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 사용되는 균열 발생 구조(200)는 천공홀(20, 30)(도 12의 예에서, 제1 확대공(21))의 내부에 배치되는 물 주입관(210), 정밀 폭약(220) 및 천공홀(20, 30)의 입구에 설치되는 고정 부재(230)로 구성되며, 천공홀(20, 30)의 입구를 봉쇄하는 고정 부재(230)의 일측을 통해 정밀 폭약(220)의 뇌관(221)이 외부로 노출될 수 있다.
그리고, 도 11 및 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 천공홀(20, 30) 각각의 내부에 물 주입관(210) 및 정밀 폭약(220)이 배치된 후(S220), 복수의 물 주입관(210)을 통해 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 내부에 물(W)을 주입할 수 있다(S230).
그리고, 도 11 및 도 12의 (c)에 도시된 바와 같이, 복수의 정밀 폭약(220)을 미리 정해진 순서대로 발파하여 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 내부에 주입된 물(W)이 순간적으로 기화될 때에 발생되는 수중 응력에 의해 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시킬 수 있다(S240).
바람직하게는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은, 터널(1)의 암반 종류, 상태, 굴착단면(1a)의 형상 등에 따라 복수의 천공홀(20, 30)에 대해 미리 정해진 순서대로 정밀 폭약(220)을 발파하여 냉매(C)를 주입하여 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시킬 수 있다.
일 예로, 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는, 복수의 확대공(20)에 대해, 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 가까운 확대공(20)으로부터 거리가 먼 확대공(20)까지 순서대로 복수의 확대공(20) 각각에 배치된 정밀 폭약(220)을 발파하여 먼저 균열을 발생시킨 후, 복수의 바닥공(30)에 대해, 복수의 바닥공(30) 각각에 배치된 정밀 폭약(220)을 발파하여 균열을 발생시킬 수 있다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정의 일 예를 나타내는 순서도이다.
설명의 편의상, 도 13에서는 도 2의 제1 실시예에 도시된 예를 토대로 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정을 설명하기로 한다.
먼저, 도 2 및 도 13에 도시된 바와 같이, 복수의 확대공(20)에 대해 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 가까운 복수의 제1 확대공(21)으로부터 이격된 거리 순서에 따라 복수의 제2 확대공(22), 복수의 제3 확대공(23) 순으로 정밀 폭약(220)을 발파하여 균열을 발생시킬 수 있다(S241 내지 S243, 도 6 참조).
마지막으로, 도 2 및 도 13에 도시된 바와 같이, 모든 확대공(20)에 대한 정밀 폭약(220)의 발파를 완료한 후(S241 내지 S243), 복수의 바닥공(30) 각각에 대해 정밀 폭약(220)을 발파하여 복수의 바닥공(30) 각각의 주변 암반에 균열을 발생시킬 수 있다 (S244, 도 7 참조).
다른 예로, 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는, 복수의 확대공(20) 중, 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 미리 정해진 기준 값보다 가까운 열에 배치된 확대공(20)에 대해, 심발공(10)으로부터 이격된 거리에 따라 순서대로 정밀 폭약(220)을 발파하여 먼저 균열을 발생시키고, 복수의 바닥공(30)에 대해 정밀 폭약(220)을 발파하여 균열을 발생시킨 후, 복수의 확대공(20) 중, 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 미리 정해진 기준 값보다 먼 열에 배치된 복수의 확대공(20)에 대해, 심발공(10)으로부터 이격된 거리에 따라 순서대로 정밀 폭약(220)을 발파하여 균열을 발생시킬 수 있다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법에서 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정의 다른 예를 나타내는 순서도이다.
설명의 편의상, 도 14에서도 도 2 및 도 8에 도시된 제1 실시예의 예를 토대로 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반을 순차적으로 균열시키는 과정을 설명하기로 한다.
먼저, 도 2, 도 8 및 도 14에 도시된 바와 같이, 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 미리 정해진 기준 값 d0보다 가까운 제1 열(C1)에 배치된 복수의 제1 확대공(21)과 제2 열(C2)에 배치된 복수의 제2 확대공(22) 중, 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 가까운 복수의 제1 확대공(21)에 대해 정밀 폭약(220)을 발파하여 먼저 균열을 발생시킨 후(S241), 복수의 제2 확대공(22)에 대해 정밀 폭약(220)을 발파하여 균열을 발생시킬 수 있다(S242).
그리고, 도 2, 도 8 및 도 14에 도시된 바와 같이, 복수의 바닥공(30) 각각에 대해 정밀 폭약(220)을 발파하여 복수의 바닥공(30) 각각의 주변 암반에 균열을 발생시킬 수 있다(S243').
마지막으로, 도 7 및 도 8의 (d)에 도시된 바와 같이, 심발공(10)으로부터 이격된 거리가 미리 정해진 기준 값 d0보다 가까운 제3 열(C3)에 배치된 복수의 제3 확대공(23)에 대해 정밀 폭약(220)을 발파하여 균열을 발생시킬 수 있다(S244').
다시 도 11을 참조하면, 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반을 균열시킨 후(S240), 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반을 파쇄할 수 있다(S250). 복수의 천공홀(20, 30) 각각의 주변 암반을 파쇄하는 과정은 도 10에 도시된 제1 실시예와 실질적으로 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 비록 도시되지는 않았으나, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법의 단계 S210에서 천공되는 복수의 천공홀(20, 30)은, 도 9에 도시된 제1 실시예와 마찬가지로, 터널(1)의 외곽(1b)으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 위치에, 터널(1)의 외곽(1b) 형상을 따라 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 외곽공(도 9의 40)을 더 포함할 수 있다.
따라서, 도 13 및 도 14에서, 복수의 확대공(20) 및 복수의 바닥공(30) 각각에 배치된 정밀 폭약(220)을 모두 발파한 이후(도 13의 단계 S244 이후, 또는, 도 14의 단계 S244' 이후), 복수의 외곽공(40)에 대해, 복수의 외곽공(40) 각각에 배치된 정밀 폭약(220)을 발파하여 균열을 발생시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 미진동 터널 굴착 공법은, 터널(1)의 굴착단면(1a)에 천공된 복수의 천공홀(20, 30)에 물(W)을 주입한 후 정밀 폭약(220)의 폭발에 의한 물(W)의 수중 응력을 이용하여 주변 암반을 균열시킨 후 파쇄함으로써, 기존의 발파 공법에 비해 진동 및 소음을 최소화할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
본 발명은 미진동 터널 굴착 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 발파 공법에 비해 진동 및 소음을 최소화할 수 있을 뿐 아니라, 터널 굴착 작업에 필요한 비용 및 기간을 절감시킬 수 있는 미진동 터널 굴착 공법과 관련된 기술 분야에 적용 가능하다.

Claims (10)

  1. 터널의 굴착단면에 심발공 및 복수의 천공홀을 천공하는 단계;
    상기 복수의 천공홀 각각의 내부에, 물을 주입하기 위한 복수의 물 주입관 및 냉매를 주입하기 위한 복수의 냉매 주입관을 배치하는 단계;
    상기 복수의 물 주입관을 통해 상기 복수의 천공홀 각각의 내부에 물을 주입하는 단계;
    상기 복수의 냉매 주입관을 통해 상기 복수의 천공홀 각각의 내부에 미리 정해진 순서대로 상기 냉매를 주입하여 물이 동결될 때에 발생되는 냉각 팽창력에 의해 상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계; 및
    상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 파쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미진동 터널 굴착 공법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 천공홀은,
    상기 심발공으로부터 미리 정해진 간격으로 2 열 이상 배열되며, 상기 심발공의 외곽 형상을 따라 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 확대공; 및
    상기 터널의 굴착단면 하단에 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 바닥공을 포함하는 것을 특징으로 하는 미진동 터널 굴착 공법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는,
    상기 복수의 확대공에 대해, 상기 심발공으로부터 이격된 거리가 가까운 확대공으로부터 거리가 먼 확대공까지 순서대로 상기 냉매를 주입하여 균열을 발생시키는 단계; 및
    상기 복수의 바닥공에 상기 냉매를 주입하여 균열을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미진동 터널 굴착 공법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는,
    상기 복수의 확대공 중, 상기 심발공으로부터 이격된 거리가 미리 정해진 기준 값보다 가까운 열에 배치된 복수의 확대공에 대해, 상기 심발공으로부터 이격된 거리에 따라 순서대로 상기 냉매를 주입하여 균열을 발생시키는 단계;
    상기 복수의 바닥공에 상기 냉매를 주입하여 균열을 발생시키는 단계; 및
    상기 복수의 확대공 중, 상기 심발공으로부터 이격된 거리가 미리 정해진 기준 값보다 먼 열에 배치된 복수의 확대공에 대해, 상기 심발공으로부터 이격된 거리에 따라 순서대로 상기 냉매를 주입하여 균열을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미진동 터널 굴착 공법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 천공홀은,
    상기 터널의 외곽으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 위치에, 상기 터널의 외곽 형상을 따라 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 외곽공을 더 포함하며,
    상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는,
    상기 복수의 확대공 및 상기 복수의 바닥공에 대해 상기 냉매를 주입한 이후, 상기 복수의 외곽공에 상기 냉매를 주입하여 균열을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미진동 터널 굴착 공법.
  6. 터널의 굴착단면에 심발공 및 복수의 천공홀을 천공하는 단계;
    상기 복수의 천공홀 각각의 내부에, 물을 주입하기 위한 복수의 물 주입관 및 복수의 정밀 폭약을 배치하는 단계;
    상기 복수의 물 주입관을 통해 상기 복수의 천공홀 각각의 내부에 물을 주입하는 단계;
    상기 복수의 정밀 폭약을 미리 정해진 순서대로 발파하여 상기 복수의 천공홀 각각의 내부에 주입된 물이 순간적으로 기화될 때에 발생되는 수중 응력에 의해 상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계; 및
    상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반을 파쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미진동 터널 굴착 공법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수의 천공홀은,
    상기 심발공으로부터 미리 정해진 간격으로 2 열 이상 배열되며, 상기 심발공의 외곽 형상을 따라 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 확대공; 및
    상기 터널의 굴착단면 하단에 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 바닥공을 포함하는 것을 특징으로 하는 미진동 터널 굴착 공법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는,
    상기 복수의 확대공에 대해, 상기 심발공으로부터 이격된 거리가 가까운 확대공으로부터 거리가 먼 확대공까지 순서대로 상기 복수의 확대공 각각에 배치된 정밀 폭약을 발파하여 균열을 발생시키는 단계; 및
    상기 복수의 바닥공에 대해, 상기 복수의 바닥공 각각에 배치된 정밀 폭약을 발파하여 균열을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미진동 터널 굴착 공법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는,
    상기 복수의 확대공 중, 상기 심발공으로부터 이격된 거리가 미리 정해진 기준 값보다 가까운 열에 배치된 복수의 확대공에 대해, 상기 심발공으로부터 이격된 거리에 따라 순서대로 상기 기준 값보다 가까운 열에 배치된 복수의 확대공 각각에 배치된 정밀 폭약을 발파하여 균열을 발생시키는 단계;
    상기 복수의 바닥공에 대해, 상기 복수의 바닥공 각각에 배치된 정밀 폭약을 발파하여 균열을 발생시키는 단계; 및
    상기 복수의 확대공 중, 상기 심발공으로부터 이격된 거리가 상기 기준 값보다 먼 열에 배치된 복수의 확대공에 대해, 상기 심발공으로부터 이격된 거리에 따라 순서대로 상기 기준 값보다 먼 열에 배치된 복수의 확대공 각각에 배치된 정밀 폭약을 발파하여 균열을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미진동 터널 굴착 공법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 천공홀은,
    상기 터널의 외곽으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 위치에, 상기 터널의 외곽 형상을 따라 미리 정해진 간격으로 천공되는 복수의 외곽공을 더 포함하며,
    상기 복수의 천공홀 각각의 주변 암반에 순차적으로 균열을 발생시키는 단계는,
    상기 복수의 확대공 및 상기 복수의 바닥공 각각에 배치된 정밀 폭약을 발파한 이후, 상기 복수의 외곽공에 대해, 상기 복수의 외곽공 각각에 배치된 정밀 폭약을 발파하여 균열을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미진동 터널 굴착 공법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111140239A (zh) * 2020-02-21 2020-05-12 中冶建工集团有限公司 隧道仰拱非爆开挖方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07167597A (ja) * 1993-12-11 1995-07-04 Okumura Corp 発破工法
KR20010039453A (ko) * 1999-10-30 2001-05-15 강대우 에어튜브를 이용한 진동 및 폭음제어 터널발파방법
KR100614795B1 (ko) * 2005-05-27 2006-08-22 강병수 냉각 팽창력을 이용한 무진동 암반파쇄장치 및암반파쇄방법
KR101555618B1 (ko) * 2015-06-04 2015-09-24 윤은경 터널굴착시 진동저감과 굴진장증대를 위한 굴착방법
KR20170031923A (ko) * 2015-09-14 2017-03-22 주식회사 해원그린에너지 암반 발파 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07167597A (ja) * 1993-12-11 1995-07-04 Okumura Corp 発破工法
KR20010039453A (ko) * 1999-10-30 2001-05-15 강대우 에어튜브를 이용한 진동 및 폭음제어 터널발파방법
KR100614795B1 (ko) * 2005-05-27 2006-08-22 강병수 냉각 팽창력을 이용한 무진동 암반파쇄장치 및암반파쇄방법
KR101555618B1 (ko) * 2015-06-04 2015-09-24 윤은경 터널굴착시 진동저감과 굴진장증대를 위한 굴착방법
KR20170031923A (ko) * 2015-09-14 2017-03-22 주식회사 해원그린에너지 암반 발파 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111140239A (zh) * 2020-02-21 2020-05-12 中冶建工集团有限公司 隧道仰拱非爆开挖方法
CN111140239B (zh) * 2020-02-21 2021-07-13 中冶建工集团有限公司 隧道仰拱非爆开挖方法

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