KR20200015330A

KR20200015330A - Non-vibration excavating methods for tunnel or rock slope by cutting and splitting

Info

Publication number: KR20200015330A
Application number: KR1020180091010A
Authority: KR
Inventors: 조정우; 오주영; 정승현; 송창헌; 김대지; 이상민
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2018-08-04
Filing date: 2018-08-04
Publication date: 2020-02-12
Also published as: KR102154862B1

Abstract

The present invention relates to a non-vibration excavating method for a tunnel or bedrock by cutting and splitting, which can be applied to a place in which blasting is not allowed. A predetermined size of stone can be obtained during excavation, cracks can be easily controlled, a drilling rate can be increased. Moreover, required equipment can be simplified and inexpensive, and a discontinuous surface formed on natural bedrock can be used to secure efficiency and simplification of excavating work.

Description

암반의 커팅과 스플리팅을 이용한 터널 또는 암반 사면의 무진동 굴착 방법{Non-vibration excavating methods for tunnel or rock slope by cutting and splitting} Non-vibration excavating methods for tunnel or rock slope by cutting and splitting}

본 발명은 커팅과 스플리팅을 이용하여 터널 또는 암반 사면을 무진동으로 굴착하는 방법에 대한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 발파가 허용되지 않는 곳에도 적용될 수 있고, 굴착과 동시에 일정한 크기의 석재를 획득할 수 있으며, 균열 제어가 용이하고 굴진율이 높으며, 필요한 장비가 단순하고 경제적이며, 자연 암반에 존재하는 불연속면을 이용함으로써 굴착 작업을 효율화 및 단순화시킬 수 있는, 무진동 굴착방법에 대한 것이다. The present invention relates to a method of excavating tunnels or rock slopes without vibration by using cutting and splitting. More specifically, the present invention can be applied to a place where blasting is not allowed, and at the same time, obtain a stone having a predetermined size at the same time. It is a vibration-free excavation method that can be easily controlled, crack control rate is high, the required equipment is simple and economical, and the efficiency and simplification of the excavation work by using the discontinuous surface existing in the natural rock.

통상적으로, 터널 굴착이나 암반 사면 제거를 위한 발파 공법은 암반에 발파공을 천공하고 화약을 장전한 후 발파한다. Typically, a blasting method for tunnel excavation or rock slope removal involves blasting a blast hole in the rock and loading the gunpowder and then blasting.

그러나, 발파 공법은 진동과 소음을 발생시키므로 도심지나 주요 건물 인접 지역 등에서는 허용되지 않는 경우가 많다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 슈퍼 웨지 공법(Super Wedge)이 제안되었는데, 슈퍼 웨지 공법은 대한민국 특허등록 제478029호 등에 그 구성이 개시되어 있다.However, because the blasting method generates vibration and noise, it is often not allowed in urban areas or adjacent areas of major buildings. In order to solve this problem, a super wedge method (Super Wedge) has been proposed, the configuration is disclosed in the Republic of Korea Patent Registration No. 478029.

슈퍼 웨지 공법은 암반에 다수의 천공홀을 굴착하고, 유압 스플리터의 파쇄날을 천공홀에 삽입한 후, 유압 스플리터를 작동시켜 주위 암반을 파쇄하고, 이어서 유압 브레이커를 이용하여 암반을 재파쇄한 후, 덤프트럭을 이용하여 재파쇄된 암반을 반출한다.The super wedge method excavates a number of drill holes in the rock, inserts the crushing blades of the hydraulic splitter into the drill holes, operates the hydraulic splitter to break the surrounding rock, and then uses the hydraulic breaker to re-crush the rock. Use a dump truck to export the recrushed rock.

그러나, 슈퍼 웨지 공법은 치즐 가이드와 유압 스플리터, 유압 브레이커가 반드시 필요하므로 필요 장비가 많다는 단점이 있다.However, the super wedge method requires a chisel guide, a hydraulic splitter, and a hydraulic breaker, so there is a disadvantage in that a lot of equipment is required.

그리고, 슈퍼 웨지 공법은 원형의 천공홀로부터 균열이 개시되므로, 원하는 직선 방향 이외의 방사형으로 균열이 전파되는 균열방향 제어 문제가 있고, 이에 따라 기저면 파괴가 원활하지 않다는 문제점이 있다. 또한, 암반이 불규칙한 형상으로 제거되므로, 제거된 암반이 경제성 있는 석재로서 활용되기가 어렵다는 문제점도 있다. In addition, since the super wedge method starts cracking from a circular drilling hole, there is a problem of crack direction control in which cracks propagate in a radial direction other than a desired straight direction, and thus, there is a problem that base surface failure is not smooth. In addition, since the rock is removed in an irregular shape, there is also a problem that the removed rock is difficult to be utilized as an economic stone.

아울러, 슈퍼 웨지 공법은 제거대상 암반의 부피 대비 천공 부피의 비율(천공 부피/제거대상 암반의 부피)이 대략 5% 정도로서 상대적으로 높고 이에 따라 고속 시공이 어렵다는 문제점도 있다. In addition, the super wedge method has a problem that the ratio of the perforated volume (the perforated volume / the removed rock mass) to the volume of the removal target rock is about 5%, which is relatively high, and thus high speed construction is difficult.

나아가, 슈퍼 웨지 공법은 심발을 형성하기 위해 대구경 코어링을 하거나 심발용 밀집 천공을 해야 하는데, 이러한 천공 작업에 많은 시간과 비용이 소요된다는 문제점도 있다. Furthermore, the super wedge method requires large diameter coring or dense perforation of the core to form the core, which also requires a lot of time and cost.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 발파가 허용되지 않는 곳에도 적용될 수 있고, 굴착과 동시에 일정한 크기의 석재를 획득할 수 있으며, 균열 제어가 용이하고, 굴진율이 높으며, 필요한 장비가 단순하고 경제적인, 터널 또는 암반 사면의 무진동 굴착 방법을 제공하고자 하는 목적을 갖고 있다. The present invention has been proposed to solve the above problems, can be applied to places where blasting is not allowed, can obtain a stone of a certain size at the same time as excavation, easy to control cracking, high excavation rate, The aim is to provide a simple and economical method of vibration free drilling of tunnels or rock slopes.

본 발명의 또 다른 목적은 자연 암반에 존재하는 불연속면(층리, 절리 등)을 이용함으로써 굴착 작업을 효율화 및 단순화시킬 수 있는, 터널 또는 암반 사면의 무진동 굴착 방법을 제공하는데 있다. It is still another object of the present invention to provide a vibration-free excavation method of tunnels or rock slopes, by which discontinuities (layering, jointing, etc.) present in natural rocks can be efficiently and simplified.

본 발명에 따른 무진동 터널 굴착 방법은 등방성 암반을 굴착하는데 적용될 수 있다. 구체적으로, 등방성 암반에 적용된 무진동 터널 굴착 방법은, (a1) 터널의 막장면에서 암반을 수평 방향 및 수직 방향으로 커팅하여 심발 블록(BL1)을 형성하는 단계; (a2) 심발 블록(BL1)을 스플리팅으로 제거하는 단계; (a3) 심발 블록(BL1)의 주변에서 수직 방향 및 수평 방향으로 암반을 커팅하여 주변 블록(BL2)을 형성하는 단계; 및, (a4) 주변 블록(BL2)을 순차적으로 스플리팅하여 제거하는 단계;를 포함할 수 있다. The vibration-free tunnel excavation method according to the present invention can be applied to excavate isotropic rock. Specifically, the vibration-free tunnel excavation method applied to the isotropic rock, (a1) forming a heart block block (BL1) by cutting the rock in the horizontal direction and vertical direction at the membrane face of the tunnel; (a2) removing the heart block block BL1 by splitting; (a3) forming a peripheral block BL2 by cutting the rock in a vertical direction and a horizontal direction at the periphery of the heart block block BL1; And (a4) sequentially removing the peripheral block BL2 by splitting the peripheral block BL2.

심발 블록(BL1)과 주변 블록(BL2)은 각각 두 개의 수평 방향 커팅홈(61)과 두 개의 수직 방향 커팅홈(62)이 서로 교차하여 형성될 수 있다. The cardiac block BL1 and the peripheral block BL2 may be formed by crossing two horizontal cutting grooves 61 and two vertical cutting grooves 62, respectively.

상기 스플리팅은 쐐기(40)를 커팅홈(61)(62)에 삽입한 상태에서 쐐기(40)를 타격하거나 벌어지게 하여 심발 블록(BL1)과 주변 블록(BL2)의 하부에 인장 파괴를 발생시켜서 이루어질 수 있다. The splitting causes the wedge 40 to strike or open in the state where the wedge 40 is inserted into the cutting grooves 61 and 62, thereby causing tensile failure in the lower portion of the heart block block BL1 and the peripheral block BL2. By generating it.

상기 (a1) 단계에서, 심발 블록(BL1)의 하부면을 형성하는 수평방향 커팅홈(61)은 수평면에 대해서 40˚ 이상의 각도(θ₀)로 위쪽으로 경사지고, 이에 따라 (a2) 단계의 스플리팅에 의해서 심발 블록(BL1)이 아래로 슬라이딩되어 제거될 수 있다. In the step (a1), the horizontal cutting groove 61 forming the lower surface of the heart block block BL1 is inclined upward at an angle θ _{0 of} 40 ° or more with respect to the horizontal plane, and accordingly, in step (a2) By the splitting, the heartbeat block BL1 may slide downward and be removed.

본 발명에 따른 무진동 터널 굴착 방법은 이방성 암반(층리(불연속면)가 존재하는 암반)을 굴착하는데 적용될 수 있다. 구체적으로, 이방성 암반에 적용된 무진동 터널 굴착 방법은, (b1) 터널의 막장면에서 층리와 교차되는 방향(바람직하게는 층리와 수직이 되는 방향)으로 암반을 커팅하여 심발 블록(BL1)을 형성하는 단계; (b2) 심발 블록(BL1)을 스플리팅으로 제거하는 단계; (b3) 심발 블록(BL1)의 주변에서 층리와 교차하는 방향(바람직하게는 층리와 수직이 되는 방향)으로 암반을 커팅하여 주변 블록(BL2)을 형성하는 단계; 및, (b4) 주변 블록(BL2)을 순차적으로 스플리팅하여 제거하는 단계;를 포함할 수 있다. The vibration-free tunnel excavation method according to the present invention can be applied to excavate an anisotropic rock (rock with a layered (discontinuous surface)). Specifically, the vibration-free tunnel excavation method applied to the anisotropic rock, (b1) to form a heart block block (BL1) by cutting the rock in a direction (preferably perpendicular to the laminar direction) intersect with the stratification at the membrane face of the tunnel step; (b2) splitting the heart block block BL1 by splitting; (b3) forming a peripheral block BL2 by cutting the rock in a direction crossing the stratification (preferably perpendicular to the stratification) around the heart block block BL1; And (b4) sequentially removing the peripheral block BL2 by splitting the peripheral block BL2.

상기 층리는 (b2) 단계와 (b4) 단계의 스플리팅시, 불연속면 역할을 하여 블록(BL1)(BL2)이 분리될 수 있도록 한다. 따라서, 두 개의 커팅홈(62)과 층리가 서로 교차하여 심발 블록(BL1)과 주변 블록(BL2)이 각각 형성될 수 있다. The layering acts as a discontinuous surface during the splitting of steps (b2) and (b4) so that the blocks BL1 and BL2 can be separated. Accordingly, the two cutting grooves 62 and the lamella may cross each other to form the heart block block BL1 and the peripheral block BL2, respectively.

상기 (b1) 단계에서 심발 블록(BL1)의 하부면을 이루는 커팅홈(63)을 형성하되, 상기 층리가 터널의 막장면상에서 수평 방향으로 형성된 경우에는 커팅홈(63)이 수평면에 대해서 40˚ 이상의 각도로 위쪽으로 경사지는 것이 바람직한데, 이것은 (b2) 단계의 스플리팅에 의해서 심발 블록(BL1)이 슬라이딩되어 제거될 수 있기 때문이다. In the step (b1), the cutting groove 63 forming the lower surface of the heart block block BL1 is formed. When the lamination is formed in the horizontal direction on the membrane surface of the tunnel, the cutting groove 63 is 40 ° with respect to the horizontal surface. It is preferable to incline upward at the above angle, because the heart attack block BL1 can be slid and removed by the splitting in the step (b2).

한편, 상기 층리가 터널의 막장면상에서 경사지도록 형성된 경우, 각도(θ1)(θ2) 중 어느 하나가 30˚ 보다 작을 때 식 1이 만족되면 스플리팅 후에 심발 블록(BL1)이 슬라이딩되어 제거될 수 있고 각도(θ1)가 30˚ 초과 60˚ 미만일 때 식 2가 만족되면 스플리팅 후에 심발 블록(BL1)이 슬라이딩되어 제거될 수 있다. On the other hand, when the stratification is formed to be inclined on the membrane face of the tunnel, if any one of the angles θ1 and θ2 is less than 30 °, if the equation 1 is satisfied, the heartbeat block BL1 is slid and removed after splitting. If the equation 2 is satisfied when the angle θ1 is greater than 30 ° and less than 60 °, the heartbeat block BL1 may be slid and removed after splitting.

[식 1][Equation 1]

θ1+θ2=90˚θ1 + θ2 = 90˚

θ1<30˚ 또는 θ2<30˚ 일 때, When θ1 <30 ° or θ2 <30 °

θ1과 θ2 중 작은 각도와 관련된 평면(P2)(P1)과 수평면이 이루는 각도(θ4 또는 θ5)가 40˚ 이상임. The angle (θ4 or θ5) between the plane P2 (P1) and the horizontal plane associated with the smaller angle among θ1 and θ2 is 40 ° or more.

[식 2][Equation 2]

θ1+θ2=90˚θ1 + θ2 = 90˚

30˚< θ1 < 60˚ 일 때, When 30˚ <θ1 <60˚,

40˚≤θ3, 40˚≤θ4, 40˚≤θ540˚≤θ3, 40˚≤θ4, 40˚≤θ5

위 식에서,In the above formula,

θ1 : 층리에 수직되는 방향의 커팅홈(62)에 의해서 형성된 평면(P2)과 수평선이 이루는 각도.θ1: The angle formed by the horizontal plane and the plane P2 formed by the cutting groove 62 in the direction perpendicular to the stratification.

θ2 : 층리 방향의 커팅홈(63)에 의해서 형성된 평면(P1)과 수평선이 이루는 각도(θ2는 도 6의 α와 동일한 각도이다.).θ2: The angle θ2 formed between the plane P1 formed by the cutting groove 63 in the laminar direction and the horizontal line is the same angle as α in FIG. 6.

θ3 : 두 평면(P2)(P1)이 만나서 이루어지는 모서리(E)와 수평면이 이루는 각도.θ3: The angle formed by the horizontal plane where the edge E formed by the two planes P2 and P1 meet.

θ4 : 평면(P1)과 수평면이 이루는 각도.θ4: The angle formed between the plane P1 and the horizontal plane.

θ5 : 평면(P2)과 수평면이 이루는 각도.θ5: The angle formed between the plane P2 and the horizontal plane.

본 발명에 따른 무진동 터널 굴착 방법은 복합 지반(연약층과 경암층이 함께 존재하는 암반)을 굴착하는데 적용될 수 있다. 복합 지반 중 연약층이 연암 이하인 경우는, (c1) 연약층(SR)을 유압 브레이커 또는 진동 리퍼를 이용하여 제거하는 단계; 및, (c2) 경암층(HR)을 층리 방향과 교차되는 방향(바람직하게는 층리와 수직되는 방향)으로 커팅한 후, 상기 커팅과 층리에 의해 형성된 주변 블록(BL2)을 스플리팅으로 제거하는 단계;를 포함할 수 있다. The vibration-free tunnel excavation method according to the present invention can be applied to excavating a composite ground (rock with a soft layer and a hard rock layer). When the soft layer in the composite ground is less than soft rock, (c1) removing the soft layer (SR) using a hydraulic breaker or a vibration ripper; And (c2) cutting the hard rock layer HR in a direction intersecting the laminar direction (preferably perpendicular to the laminar direction), and then removing the peripheral block BL2 formed by the cutting and lamination by splitting. It may comprise;

바람직하게, 상기 (c1) 단계는, (c1-1) 연약층(SR)을 층리 방향과 교차되는 방향(바람직하게는 층리와 수직되는 방향)으로 커팅하여 심발 블록(BL1)을 형성하는 단계; (c1-2) 상기 (c1-1) 이후에, 심발 블록(BL1)을 제거하는 단계; 및, (c1-3) 상기 (c1-2) 이후에, 심발 블록(BL1) 주변의 연약층(SR)을 유압 브레이커 또는 진동 리퍼를 이용하여 제거하는 단계;를 포함한다. Preferably, the step (c1) comprises the steps of: (c1-1) cutting the weak layer SR in a direction intersecting with the laminar direction (preferably perpendicular to the laminar direction) to form a heart block block BL1; (c1-2) after (c1-1), removing the heart attack block BL1; And (c1-3) after (c1-2), removing the weak layer SR around the heart block block BL1 using a hydraulic breaker or a vibration ripper.

한편, 복합 지반 중 연약층이 보통암 이상인 경우는, (d1) 경암층(HR)을 커팅하여 심발 블록(BL1)을 형성하는 단계; (d2) 심발 블록(BL1)을 제거하는 단계; (d3) 심발 블록(BL1) 주변의 경암층(HR)을 층리와 교차하는 방향(바람직하게는 층리와 수직되는 방향)으로 커팅하여 주변 블록(BL2)을 형성하는 단계; (d4) 심발 블록(BL1)과 동일한 층에 있는 주변 블록(BL2)을 스플리팅으로 제거하는 단계; 및, (d5) 상기 (d4) 단계에서 제거된 층의 위, 아래 연약층(SR)을 유압 브레이커 또는 진동 리퍼를 이용하여 제거하는 단계; 및, (d6) 상기 (d5) 단계에서 제거된 연약층(SR)의 위, 아래 경암층(HR)을 스플리팅으로 제거하는 단계;를 포함할 수 있다. On the other hand, when the soft layer of the composite ground is more than the normal cancer, (d1) cutting the hard rock layer (HR) to form a heart hair block (BL1); (d2) removing the heart block block BL1; (d3) forming the peripheral block BL2 by cutting the hard rock layer HR around the heart block block BL1 in a direction intersecting with the stratification (preferably perpendicular to the stratification); (d4) splitting the peripheral block BL2 on the same layer as the heart attack block BL1 by splitting; And (d5) removing the weak layer (SR) above and below the layer removed in step (d4) by using a hydraulic breaker or a vibration ripper. And (d6) removing the hard rock layer HR above and below the soft layer SR removed in step (d5) by splitting.

상기 (d1) 단계에서 심발 블록(BL1)을 형성할 때, 스플리팅 후에 심발 블록(BL1)이 미끄러져서 제거될 수 있도록 식 1, 2를 만족하는 커팅홈(62)(63)을 형성하는 것이 바람직하다. When the heart block block BL1 is formed in the step (d1), the cutting grooves 62 and 63 satisfying the equations 1 and 2 are formed so that the heart block block BL1 can be slid and removed after the splitting. It is preferable.

한편, 상술한 굴착 방법에서, 층리와 터널 진행 방향이 이루는 각도(β)가 60˚ 이상인 경우에는 막장면과 커팅선(Cutting line)이 터널 진행 방향에 대해 각각 각도(β)를 이루는 것이 바람직하다. On the other hand, in the above-described excavation method, when the angle β between the stratification and the tunnel traveling direction is 60 ° or more, it is preferable that the face and the cutting line form the angle β with respect to the tunnel traveling direction, respectively. .

상기 각도(β)가 30˚ 이상 60˚ 미만인 경우에는 터널 막장면을 상부와 하부로 구분하여 계단식으로 굴착하되, 상부부터 커팅-스플리팅을 적용하여 굴착한 후 하부에 커팅-스플리팅을 적용하여 굴착하는 것이 바람직하다.When the angle β is more than 30˚ and less than 60˚, the tunnel face is divided into upper part and lower part and is excavated in a stepwise manner, and the cutting-split is applied to the lower part after the excavation by applying cutting-spliting from the upper part. It is desirable to apply and excavate.

상기 각도(β)가 0˚ 미만인 경우에는 막장면이 수직이 되도록 굴착하는 것이 바람직하다.When the angle β is less than 0 °, it is preferable to excavate so that the membrane surface is vertical.

상술한 굴착 방법에서, 터널 외곽의 커팅은 터널 외곽의 곡률 반경(R)과 동일한 곡률 반경(R)을 갖는 커터(30)에 의해서 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고, 커터와 커터를 구동하는 장비는 자체 부피를 가지므로, 외곽 커팅시 커터(30)가 터널 벽면에 완전히 밀착하기가 어려우므로, 커터(30)가 터널 바깥을 향해서 15˚ ~ 20˚로 경사진 상태에서 커팅이 이루어지는 것이 바람직하다. In the above-mentioned excavation method, the cutting of the outer tunnel is preferably made by the cutter 30 having the same radius of curvature R as the radius of curvature R of the outer tunnel. In addition, since the cutter and the equipment for driving the cutter have its own volume, it is difficult for the cutter 30 to completely adhere to the tunnel wall during the outer cutting, so that the cutter 30 is tilted at 15 to 20 degrees toward the outside of the tunnel. It is preferable that the cutting is performed in the photograph state.

본 발명은 암반 사면을 무진동 굴착하는 데에도 적용될 수 있다. 구체적으로, 암반 사면 무진동 굴착 방법은, (e1) 층리와 교차되는 방향(바람직하게는 층리와 수직되는 방향)으로 제1 자유면(F1)을 커팅하여 블록(BL4)을 형성하는 단계; 및, (e2) 블록(BL4)을 스플리팅으로 제거하는 단계;를 포함할 수 있다. The invention can also be applied to vibration-free drilling of rock slopes. Specifically, the rock slope vibration free excavation method includes: (e1) forming a block BL4 by cutting the first free surface F1 in a direction intersecting with the stratification (preferably a direction perpendicular to the stratification); And (e2) removing the block BL4 by splitting.

상기 (e1) 단계에서, 커팅은 주향 방향으로 이루어지는 것이 바람직하다. In the step (e1), the cutting is preferably made in the circumferential direction.

그리고, 상기 (e2) 단계에서, 스플리팅은 제2 자유면(F2)과 가까운 블록(BL4)부터 순차적으로 하나씩 제거하는 것이 바람직하다. In the step (e2), the splitting is preferably sequentially removed one by one from the block BL4 close to the second free surface F2.

한편, 쐐기(40)의 하단부는 5˚~10˚의 각도(A)를 갖되, 쐐기(40)의 폭(wc)과 길이(CL)는 아래의 식 3을 만족하는 것이 바람직하다. 그리고, 커팅홈(61)(62)의 깊이(d)와 블록(BL)의 폭(w)과 길이(s)는 아래의 식 4를 만족하는 것이 바람직하다. On the other hand, the lower end of the wedge 40 has an angle (A) of 5 ° ~ 10 °, the width (wc) and the length (CL) of the wedge 40 preferably satisfies Equation 3 below. In addition, the depth d of the cutting grooves 61 and 62, and the width w and the length s of the block BL satisfy the following Equation 4.

[식 3][Equation 3]

0.8d ≤ CL ≤ 1.2d0.8d ≤ CL ≤ 1.2d

0.8w ≤ wc ≤ 0.9w0.8w ≤ wc ≤ 0.9w

[식 4][Equation 4]

,

위의 식 3, 4에서,In equations 3 and 4 above,

CL : 쐐기의 길이CL: length of wedge

wc : 쐐기의 폭wc: width of the wedge

d : 커팅홈의 깊이d: depth of cutting groove

w : 쐐기가 삽입되는 방향의 블록 모서리의 길이w: length of the edge of the block in the direction in which the wedge is inserted

s : 쐐기가 삽입되는 방향과 수직되는 방향의 블록 모서리의 길이s: length of the edge of the block in the direction perpendicular to the direction in which the wedge is inserted

본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.The present invention has the following effects.

첫째, 발파가 허용되지 않는 지역에서도 효과적으로 적용될 수 있다.First, it can be effectively applied even in areas where blasting is not allowed.

둘째, 굴착과 동시에 일정한 크기의 석재를 획득할 수 있으며, 균열 제어가 용이하고, 굴진율이 높으며, 필요한 장비가 단순하고 경제적이다. Secondly, it is possible to obtain a certain size of stone at the same time as the excavation, easy to control the crack, high excavation rate, simple and economical equipment required.

셋째, 자연 암반에 존재하는 불연속면(층리, 절리 등)을 이용함으로써 굴착 작업을 효율화 및 단순화시킬 수 있다. Third, the excavation work can be streamlined and simplified by using discontinuous surfaces (layering, jointing, etc.) present in natural rock.

도 1은 커팅된 암반을 쐐기를 이용하여 스플리팅하는 것을 보여주는 도면.
도 2a는 터널 막장면 중 내측 부분에 사용될 수 있는 쐐기를 보여주는 정면도.
도 2b는 도 2a의 평면도.
도 2c는 터널 막장면 중 외곽에서 사용될 수 있는 쐐기를 보여주는 정면도.
도 3a ~ 3f는 등방성 암반으로 이루어진 터널 막장면을 커팅-스플리팅하는 것을 순차적으로 보여주는 도면.
도 4는 심발 블록의 하부면 경사를 보여주는 단면도.
도 5는 터널 외곽용 커터의 단면을 보여주는 도면.
도 6은 터널 막장면 상에서 층리의 경사 각도(α)와, 터널 진행방향에 대한 층리의 경사 각도(β)를 보여주는 도면.
도 7a ~ 7d는 수평 층리로 이루어진 터널 막장면에 커팅-스플리팅 공법이 적용되는 과정을 순차적으로 보여주는 도면.
도 8a ~ 8d는 경사진 층리로 이루어진 터널 막장면에 커팅-스플리팅 공법이 적용되는 과정을 순차적으로 보여주는 도면.
도 9는 경사진 층리로 이루어진 터널 막장면에서 심발 블록이 아래로 슬라이딩되어 제거되기 위한 경사 각도를 보여주는 확대 도면.
도 10a ~ 10g는 복합 지반으로 이루어진 터널 막장면에 커팅-스플리팅 공법이 적용되는 과정을 순차적으로 보여주는 도면.
도 11a는 터널 진행방향에 대한 층리의 경사 각도(β)가 60˚ 이상인 경우의 굴착 방법을 보여주는 단면도.
도 11b는 터널 진행방향에 대한 층리의 경사 각도(β)가 30˚ 이상이고 60˚ 미만인 경우의 굴착 방법을 보여주는 단면도.
도 12a는 터널 진행방향에 대한 층리의 경사 각도(β)가 -90˚ 이상이고 -60˚ 미만인 경우의 굴착 방법을 보여주는 단면도.
도 12b는 터널 진행방향에 대한 층리의 경사 각도(β)가 -60˚ 이상이고 0˚ 미만인 경우의 굴착 방법을 보여주는 단면도.
도 13a는 두 개의 자유면과 경사진 층리를 가진 암반 사면에서 커팅 방향과 주향 방향을 보여주는 도면.
도 13b는 층리와 교차하는 방향으로 커팅이 이루어진 암반 사면을 보여주는 도면.
도 13c는 커팅이 완료된 암반 사면에 대해 스플리팅이 이루어지는 것을 보여주는 도면.1 shows splitting a cut rock using a wedge.
Figure 2a is a front view showing a wedge that can be used for the inner portion of the tunnel face.
2B is a plan view of FIG. 2A.
Figure 2c is a front view showing the wedge that can be used on the outside of the tunnel face.
3A-3F show in sequence cutting-split the tunnel face consisting of isotropic rock.
4 is a cross-sectional view showing the inclined bottom surface of the heart block.
Figure 5 is a view showing a cross section of the tunnel outer cutter.
Fig. 6 shows the inclination angle? Of stratification on the tunnel face and the inclination angle? Of stratification with respect to the tunnel traveling direction;
7a to 7d are views sequentially showing a process in which the cutting-split method is applied to a tunnel face formed of a horizontal stratification.
8a to 8d are views sequentially showing a process in which the cutting-split method is applied to a tunnel face formed of inclined stratification.
FIG. 9 is an enlarged view showing an inclination angle for the heart block to be slid down and removed at a tunnel face formed of inclined lamination; FIG.
10a to 10g sequentially show a process in which the cutting-split method is applied to a tunnel face formed of a composite ground.
11A is a cross-sectional view showing an excavation method when the inclination angle β of the laminar to the tunnel traveling direction is 60 ° or more.
11B is a cross-sectional view showing an excavation method when the inclination angle β of the laminar to the tunnel traveling direction is 30 ° or more and less than 60 °.
12A is a cross-sectional view showing an excavation method when the inclination angle β of the laminar to the tunnel traveling direction is -90 ° or more and less than -60 °.
12B is a cross-sectional view showing an excavation method when the inclination angle β of the laminar to the tunnel traveling direction is -60 ° or more and less than 0 °.
FIG. 13A shows the cutting and opposing directions on a rock slope with two free faces and a sloped stratification; FIG.
Figure 13b is a view showing the rock slopes are cut in the direction intersecting the stratification.
FIG. 13C is a view showing splitting is performed on a rock slope having completed cutting. FIG.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 실시예들에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the ordinary or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own inventions. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and variations.

본 발명에 따른 굴착 방법은 터널 막장면 또는 암반 사면에서 암반을 커팅하여 블록을 형성하고, 커팅으로 형성된 커팅홈 또는 층리의 경계면(층리 사이)에 쐐기를 삽입한 후, 쐐기를 타격하거나 쐐기를 벌려서 블록 하부에 인장 파괴를 발생시켜 제거한다.The excavation method according to the present invention forms a block by cutting the rock at the tunnel face or rock slope, inserting a wedge into the cutting groove or the boundary surface (between the stratification) formed by the cutting, hitting the wedge or opening the wedge Tensile failure is generated by removing the lower part of the block.

상기 커팅은 커터에 의해서 이루어진다. 커터에 의한 커팅은 워터젯을 사용하는 경우 보다 커팅 속도가 2배 이상 빠르고 에너지 효율이 높다. 그리고, 워터젯은 대상체와의 이격 거리가 20cm 이상 되면 절삭 성능이 급격히 저하되는 문제점이 있는데, 커터에 의한 커팅은 커터의 직경을 증가시키면 절삭 깊이를 증가시킬 수 있으므로 이러한 문제점이 없다. The cutting is done by a cutter. Cutting with a cutter is more than twice as fast and energy efficient than waterjets. In addition, the waterjet has a problem in that the cutting performance is sharply lowered when the separation distance from the object is 20 cm or more, but the cutting by the cutter may increase the cutting depth by increasing the diameter of the cutter.

커터는 대한민국 특허등록 제607063호, 제912647호 등에 그 구성이 개시되어 있다. 그리고, 호주 Austramac社의 커터도 사용될 수 있다. The cutter is disclosed in the Republic of Korea Patent Registration No. 607063, No. 912647, the configuration thereof. And cutters from Austramac, Australia can also be used.

도 1은 커팅된 암반을 쐐기를 이용하여 스플리팅하는 것을 보여준다. 1 shows splitting the cut rock using a wedge.

구체적으로, 쐐기(40)가 커팅홈(61)(62)(63)에 삽입된 상태에서 쐐기(40)에 하중(F)을 인가하면 양측의 블록에 각각 F/2의 하중이 인가되고, 이 하중에 의해서 양측 블록의 하부에는 균열(인장 파괴)이 발생된다. 상기 균열은 대부분 블록의 하단을 따라 형성 및 전파되므로, 제거된 블록은 직육면체 형상을 갖고, 이에 따라 양질의 석재를 얻을 수 있다. Specifically, when the load (F) is applied to the wedge 40 in the state where the wedge 40 is inserted into the cutting grooves 61, 62, 63, the load of F / 2 is applied to the blocks on both sides, respectively. This load causes cracks (tensile fracture) to occur in the lower portions of the two blocks. Most of the cracks are formed and propagated along the bottom of the block, so that the removed block has a cuboid shape, whereby a good stone can be obtained.

한편, 블록은 두 개의 수평 방향 커팅홈과 두 개의 수직 방향 커팅홈에 의해서 형성될 수 있다. 그리고, 아래에서 설명될 것이지만, 블록은 두 개의 수직 방향 커팅홈과 두 개의 수평 또는 경사진 층리(불연속면)에 의해서 형성될 수도 있다. 또한, 층리가 수직에 가깝게 경사진 경우에는 블록이 두 개의 수평 방향 커팅홈과 두 개의 층리(불연속면)에 의해서 형성될 수도 있다. Meanwhile, the block may be formed by two horizontal cutting grooves and two vertical cutting grooves. And, as will be described below, the block may be formed by two vertical cutting grooves and two horizontal or inclined strata (discontinuous surfaces). In addition, when the stratification is inclined close to the vertical, the block may be formed by two horizontal cutting grooves and two strata (discontinuous surfaces).

커팅홈(61)(62)(63)의 깊이(d, 블록의 높이)와 블록의 폭(w)과 길이(s)는 아래의 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다. 하지만, 반드시 이에 한정되지 않고 깊이(d)와 폭(w) 및 길이(s)는 터널 막장면의 상황(암반의 강도 등)에 따라 변할 수 있다. It is preferable that the depth d (the height of the block), the width w and the length s of the cutting grooves 61, 62 and 63 satisfy the following equation (1). However, the present invention is not limited thereto, and the depth d, the width w, and the length s may vary depending on the situation of the tunnel face (rock strength, etc.).

[수학식 1][Equation 1]

,

수학식 1에서, In Equation 1,

w : 쐐기가 삽입되는 방향의 블록 모서리의 길이(블록의 폭)w: Length of the block edge in the direction where the wedge is inserted (width of the block)

s : 쐐기가 삽입되는 방향과 수직되는 방향의 블록 모서리의 길이(블록의 길이)s: length of the block edge in the direction perpendicular to the direction in which the wedge is inserted (length of the block)

본 명세서에서 쐐기는 사전적인 의미에서의 쐐기 뿐만 아니라 커팅홈이나 층리에 삽입되어 양측의 암반에 인장 파괴를 유도할 수 있는 수단을 의미한다. 따라서, 쐐기는 다양한 구조를 가질 수 있다. 일 예로서, 유압 브레이커의 치즐, 유압 스플리터 등이 쐐기로 사용될 수 있다. 유압 스플리터는 대한민국 특허등록 제478029호 등에 그 구성이 개시되어 있다(참고로, 대한민국 특허등록 제478029호에는 유압 스플리터가 무진동 암반 파쇄기로 기재되어 있다.). 그리고, 유압이 작용하면 양쪽으로 벌어짐으로써 양쪽 암반에 인장 파괴를 유도하는 쐐기도 사용될 수 있다(참고로, 이러한 쐐기는 대한민국 실용신안등록 제207812호 등에 개시됨).In the present specification, the wedge means not only a wedge in a dictionary sense, but also means for inserting into a cutting groove or stratification to induce tensile failure in rock on both sides. Thus, the wedges can have a variety of structures. As an example, chisels, hydraulic splitters, etc. of hydraulic breakers may be used as wedges. The hydraulic splitter is disclosed in Korean Patent Registration No. 478029 or the like (for reference, the Korean Patent Registration No. 478029 describes the hydraulic splitter as a vibration-free rock crusher). In addition, the wedge may be used to induce tensile failure in both rocks by opening the hydraulic pressure to both sides (for reference, such a wedge is disclosed in Korean Utility Model Registration No. 207812, etc.).

도 2a ~ 2b에 나타난 바와 같이, 쐐기(40)는 하단부가 5˚~10˚의 각도(A)를 갖도록 뾰족하고 폭(wc)과 길이(CL)가 아래의 수학식 2를 만족하는 것이 바람직하다. As shown in Figures 2a to 2b, the wedge 40 is pointed so that the lower end has an angle (A) of 5 ° ~ 10 ° and the width (wc) and length (CL) preferably satisfies Equation 2 below Do.

[수학식 2][Equation 2]

0.8d ≤ CL ≤ 1.2d0.8d ≤ CL ≤ 1.2d

0.8w ≤ wc ≤ 0.9w0.8w ≤ wc ≤ 0.9w

한편, 도 2c는 터널 외곽의 블록을 스플리팅 하는데 적합한 쐐기를 보여준다. 상기 외곽용 쐐기(40)는 도 2a~2b의 쐐기(40, 터널 내측 부분용 쐐기) 보다 하단부의 각도(A)가 대략 1/2이고, 이에 따라 터널 외곽의 원형(또는 원형에 가까운 곡선) 커팅홈에 용이하게 삽입될 수 있다는 장점을 갖는다. On the other hand, Figure 2c shows a wedge suitable for splitting blocks outside the tunnel. The outer wedge 40 has an angle (A) at the lower end of the lower end of the wedge 40 of Figs. 2a to 2b (the wedge for the inner portion of the tunnel), and thus the circular (or near the circular curve) of the outer tunnel. It has the advantage that it can be easily inserted into the cutting groove.

아래에서는 각 암반의 종류에 따른 커팅-스플리팅 공정을 설명하기로 한다. 위에서 설명한 커팅-스플리팅의 원리, 쐐기 등에 대한 내용은 아래의 각 암반에 적용될 수 있다.Hereinafter, a cutting-splitting process according to each rock type will be described. The principles of cutting-splitting, wedges, etc. described above can be applied to each rock below.

[등방성 암반에서의 터널 굴착][Tunnel Excavation in Isotropic Rock Formations]

도 3a ~ 3f는 등방성 암반으로 이루어진 터널 막장면을 커팅-스플리팅하는 공법을 순차적으로 보여주는 도면이다. 3a to 3f are diagrams sequentially showing a method of cutting-split the tunnel face consisting of isotropic rock.

도면에 나타난 바와 같이, 상기 공법은, 심발을 형성할 부분에서 수평 및 수직 방향으로 암반을 커팅하여 심발 블록(BL1)을 형성하는 단계(도 3a), 스플리팅으로 심발 블록(BL1)을 제거하는 단계(도 3b), 심발 블록(BL1)의 주위를 수평 및 수직 방향으로 커팅하여 주변 블록(BL2)을 형성하는 단계(도 3c), 스플리팅으로 주변 블록(BL2)을 순차적으로 제거하는 단계(도 3d), 터널의 외곽을 커팅하는 단계(도 3e) 및, 외곽 부분의 블록(BL3)을 제거하는 단계(도 3f)를 포함한다. 아래에서는 상기 각 단계를 설명하기로 한다.As shown in the figure, the method, by cutting the rock in the horizontal and vertical direction in the portion to form the heart to form the heart block block (BL1) (Fig. 3a), by removing the heart block block BL1 by splitting (B) cutting the periphery of the heart block block BL1 in the horizontal and vertical directions to form the perimeter block BL2 (Fig. 3c), and sequentially removing the perimeter block BL2 by splitting. A step (Fig. 3D), a step of cutting the outer portion of the tunnel (Fig. 3E), and a step of removing the block BL3 of the outer portion (Fig. 3F). Hereinafter, each step will be described.

(1) 심발 형성 단계(도 3a) 및, 심발 제거 단계(도 3b)(1) heart hair formation step (FIG. 3A) and heart hair removal step (FIG. 3B)

도 3a에 나타난 바와 같이, 심발을 형성할 부분, 예를 들어 막장면의 중앙 부분에 수평 방향으로 2회 커팅하고 수직 방향으로 2회 커팅한다. 상기 커팅으로 커팅홈(61)(62)이 형성되고, 커팅홈(61)(62)으로 둘러싸인 부분은 심발 블록(BL1)이 된다. As shown in FIG. 3A, two cutting parts are cut in the horizontal direction and twice in the vertical direction in the portion to form the heart hair, for example, the central portion of the membrane surface. The cutting grooves 61 and 62 are formed by the cutting, and a portion surrounded by the cutting grooves 61 and 62 becomes the heartbeat block BL1.

한편, 본 명세서에서 '수평'은 수학적인 의미에서의 수평 뿐만 아니라 수직에 비해 수평에 가까운 정도로 경사진 것도 포함한다. 그리고, '수직'은 수학적인 의미에서의 수직 뿐만 아니라 수평에 비해 수직에 가까운 정도로 경사진 것도 포함한다.Meanwhile, in the present specification, 'horizontal' includes not only horizontal in a mathematical sense but also inclined to a level close to horizontal as compared to vertical. And, "vertical" includes not only vertical in a mathematical sense but also inclined to a degree close to vertical compared to horizontal.

상기 커팅은 심발 블록(BL1)의 형성에 필요한 길이만큼만 암반을 커팅할 수도 있지만, 도 3a에 나타난 바와 같이 터널 외곽까지 도달도록 커팅하는 것이 바람직한데, 이것은 이 커팅홈이 추후 주변 블록의 형성에 활용되기 때문이다. The cutting may cut the rock only as long as necessary to form the heart block BL1, but it is preferable to cut the rock to reach the outer periphery of the tunnel as shown in FIG. 3A, which is used to form the peripheral block later. Because it becomes.

수평 방향 커팅홈(61) 중에서 아래쪽의 커팅홈(61)은, 도 4에 나타난 바와 같이, 위쪽으로 경사진 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 40˚ 이상의 각도(θ₀)로 위쪽으로 경사진다. 이것은 일반적인 암석의 기본 마찰각이 30˚ ~ 32˚이므로, 커팅홈(61)의 각도(θ₀)를 이보다 크게 함으로써 심발 블록(BL1)에 대한 스플리팅이 완료되면 심발 블록(BL1)이 아래로 미끄러져 제거되도록 하기 위함이다. Among the horizontal cutting grooves 61, the lower cutting groove 61 is preferably inclined upward as shown in Fig. 4, and more preferably inclined upward at an angle θ ₀ of 40 ° or more. This is because the basic friction angle of the general rock is 30˚ ~ 32˚, the angle (θ ₀ ) of the cutting groove 61 is larger than this, and when the splitting to the heart block block BL1 is completed, the heart block block BL1 is moved downward. It is to be removed by sliding.

심발 블록(BL1)의 형성이 완료되면, 도 3b에 나타난 바와 같이 스플리팅으로 심발 블록(BL1)을 제거한다. When the formation of the heart block block BL1 is completed, the heart block block BL1 is removed by splitting as shown in FIG. 3B.

(2) 주변 블록 형성 단계(도 3c) 및, 주변 블록 제거 단계(도 3d)(2) peripheral block forming step (FIG. 3C) and peripheral block removing step (FIG. 3D)

심발 블록(BL1)의 제거가 완료되면 심발 블록(BL1)의 주위를 커팅하여 주변 블록(BL2)을 형성한 후, 주변 블록(BL2)을 스플리팅으로 순차적으로 제거한다. When the removal of the heart block block BL1 is completed, the peripheral block BL2 is formed by cutting the periphery of the heart block block BL1, and then the peripheral block BL2 is sequentially removed by splitting.

주변 블록(BL2)의 제거는 심발 블록(BL1)과 가까운 것부터 순차적으로 하나씩 이루어지는 것이 바람직하다. 이것은 심발 블록(BL1)이 제거된 후, 심발 블록(BL1)의 인접한 주변 블록(BL2)을 둘러싸는 커팅홈(61)(62) 중에서 심발 블록(BL1)으로부터 먼 쪽의 커팅홈(61)(62)에 쐐기(40)를 삽입하여 타격하면 주변 블록(BL2)이 심발 블록(BL1) 쪽으로 휘어질 수 있어서 인장 파괴가 쉽게 유도되기 때문이다. The removal of the peripheral block BL2 is preferably performed one by one from the one closest to the heart block BL1. This is because, after the heart block block BL1 is removed, the cutting groove 61 (62) farther from the heart block block BL1 among the cutting grooves 61 and 62 surrounding the adjacent peripheral block BL2 of the heart block block BL1. This is because when the wedge 40 is inserted into and hit against the wedge 40, the peripheral block BL2 can be bent toward the heart block BL1, and thus tensile failure is easily induced.

(3) 터널 외곽 커팅 단계(도 3e) 및, 외곽 블록 제거 단계(도 3f)(3) tunnel outer cutting step (FIG. 3E) and outer block removing step (FIG. 3F)

주변 블록(BL2)의 제거가 완료되면 터널 외곽을 커팅한 후, 외곽 블록(BL3)을 하나씩 스플리팅하여 순차적으로 제거한다. 터널 외곽의 커팅에는 터널 내측 부분의 커팅에 사용된 커터(30, 즉, 평평한 원형 커터)가 사용될 수도 있지만, 터널 외곽은 소정의 곡률 반경(R)을 가지므로 커터도 이러한 곡률 반경(R)을 갖는 것이 바람직하다. 도 5는 이러한 곡률 반경(R)을 갖는 커터(30)를 보여준다. When the removal of the peripheral block BL2 is completed, the outer tunnel is cut, and the outer blocks BL3 are split one by one to sequentially remove the outer block BL2. Although the cutter 30 used for cutting the inner part of the tunnel (i.e., a flat circular cutter) may be used for cutting outside the tunnel, the outside of the tunnel has a predetermined radius of curvature R, and thus the cutter also has a radius of curvature R. It is desirable to have. 5 shows a cutter 30 having this radius of curvature R.

그리고, 터널 외곽의 커팅은 커터(30)가 터널 바깥을 향해서 15˚ ~ 20˚로 경사진 상태에서 이루어지는 것이 바람직하다. 이것은 커터(30)를 구동하는 장비 자체가 부피를 가지므로 커터(30)가 터널 벽면에 완전히 밀착해서 작업하는 것이 어렵기 때문이다. In addition, the cutting outside the tunnel is preferably performed in a state in which the cutter 30 is inclined at 15 ° to 20 ° toward the outside of the tunnel. This is because the equipment driving the cutter 30 itself has a volume, so it is difficult for the cutter 30 to work in close contact with the tunnel wall.

외곽 블록(BL3)의 스플리팅 작업시에는, 터널 외곽의 커팅홈이 원형(또는 원형에 가까운 곡선)을 이루므로, 도 2c의 쐐기(40)를 이용하는 것이 바람직하다. 도 2c의 쐐기(40)는 도 2a의 쐐기(40)에 비해, 하단부의 경사 각도가 대략 절반에 불과하므로 외곽의 커팅홈에 쉽게 삽입될 수 있다. In the splitting operation of the outer block BL3, since the cutting grooves outside the tunnel form a circular shape (or a curve close to the circular shape), it is preferable to use the wedge 40 of FIG. 2C. Compared to the wedge 40 of FIG. 2A, the wedge 40 of FIG. 2C can be easily inserted into the outer cutting groove because the inclination angle of the lower end is only about half.

본 출원인의 경험에 따르면, 본 발명에서 커팅된 암반의 부피는 제거대상 암반 부피의 대략 3% 정도이다. 이에 비해, 슈퍼 웨지 공법에서 천공된 암반의 부피는 제거대상 암반 부피의 대략 5% 정도이다. 따라서, 본 발명이 슈퍼 웨지 공법 보다 효율적이고 고속 시공이 가능함을 알 수 있다.In our experience, the volume of rock cut in the present invention is approximately 3% of the volume of rock to be removed. In comparison, the volume of perforated rock in the super wedge method is approximately 5% of the volume of the rock to be removed. Therefore, it can be seen that the present invention is more efficient and faster construction than the super wedge method.

한편, 위에서는 도 3a ~ 3f의 공정이 순차적으로 이루어지는 것을 설명하였으나, 도 3c의 공정이 도 3b의 공정 보다 먼저 이루어지거나(즉, 심발 블록 형성 커팅과 주변 블록 형성 커팅이 먼저 이루어진 후 심발 블록 제거가 이루어질 수도 있다), 도 3c와 도 3e의 공정이 도 3b의 공정 보다 먼저 이루어질 수도 있다(즉, 모든 커팅이 먼저 이루어진 후 심발 블록 제거가 이루어질 수도 있다). 이러한 공정 순서 변경은 본 명세서를 참조한 당업자가 쉽게 그 구성을 알 수 있을 것이므로 자세한 설명을 생략하기로 한다. On the other hand, while the process of Figures 3a to 3f described above is performed sequentially, the process of Figure 3c is performed before the process of Figure 3b (that is, after the heart block block cutting and the peripheral block forming cutting is made first remove the heart block block The process of FIGS. 3C and 3E may be performed before the process of FIG. 3B (ie, all the cuts are made first and then the heart block block may be removed). This process sequence change will be omitted by those skilled in the art with reference to the present specification will be easily understood its configuration.

[층리의 경사 각도 정의][Defining angle of inclination of stratification]

터널 막장면에 층리(수평 층리, 경사진 층리)가 있는 경우, 층리의 경사 각도는 도 6과 같이 정의될 수 있다. When there is stratification (horizontal stratification, inclined stratification) on the tunnel face, the inclination angle of the stratification may be defined as shown in FIG. 6.

경사 각도(α)는 터널 막장면(도 6에서 x-z 평면) 상에서 층리의 경사진 각도를 의미하고, 경사 각도(β)는 터널 진행방향(y 방향)에 대한 층리의 경사 각도를 의미한다. 본 명세서에서, 경사 각도(α)(β)는 수평면을 기준으로 반시계 방향으로 측정한 각도를 (+)로 하고 시계 방향으로 측정한 각도를 (-)로 하기로 한다. 예를 들어, 도 6에 도시된 층리의 경사 각도(α)(β)는 모두 (+) 각도를 갖는다. The inclination angle α refers to the angle of inclination of the delamination on the tunnel face (x-z plane in FIG. 6), and the inclination angle β refers to the inclination angle of the laminar with respect to the tunnel traveling direction (y direction). In the present specification, the inclination angle α (β) is assumed to be the (+) angle measured in the counterclockwise direction relative to the horizontal plane and (-) the angle measured in the clockwise direction. For example, the inclination angles α and β of the stratification shown in FIG. 6 all have positive angles.

본 발명에서는 경사 각도(α)(β)에 따라 터널 굴착방법이 달라질 수 있는데, 아래에서 이를 설명하기로 한다. 그리고, 본 명세서에서, '층리의 경계면'은 퇴적암이나 화성암 등에서 서로 다른 지층(암반층) 사이의 경계면을 의미할 뿐만 아니라, 기타 불연속면 예를 들어 절리를 포함하는 의미로 사용된다.In the present invention, the tunnel excavation method may vary according to the inclination angle (α) (β), which will be described below. In addition, in the present specification, the 'interface of the stratum' means not only an interface between different strata (rock layers) in sedimentary rocks or igneous rocks, but also used to mean other discontinuous surfaces, for example, joints.

[수평 층리를 가진 암반에서의 터널 굴착][Tunnel Excavation in Rocks with Horizontal Lamination]

터널 막장면 상에 수평 층리가 있는 경우(즉, α=0˚인 경우), 이 수평 층리의 경계면을 불연속면으로 활용하여 커팅 공정을 단순화, 효율화할 수 있다. 즉, 블록(BL1)(BL2)(BL3)을 형성하기 위해서 수평 방향으로 커팅할 필요가 없다. 이를 구체적으로 설명하면 아래와 같다.When there is a horizontal stratification on the tunnel face (that is, α = 0 °), the boundary layer of the horizontal stratification can be used as a discontinuous surface to simplify and efficiently cut the cutting process. That is, it is not necessary to cut in the horizontal direction in order to form the blocks BL1, BL2, BL3. This will be described in detail below.

도 7a에 나타난 바와 같이, 수평 층리가 있는 막장면에서 암반을 층리와 교차되는 방향(바람직하게는 층리와 수직되는 방향)으로 2회 커팅하고, 심발 블록(BL1)의 하부면을 형성하기 위한 커팅을 수평 방향으로 한다. 이 때, 심발 블록(BL1)의 하부면을 형성하기 위한 커팅홈(63)은 위쪽으로 경사지도록 형성하는 것이 바람직하다. 커팅홈(63)의 경사 각도(θ₀)는 40˚ 이상일 수 있다. 커팅홈을 경사지도록 형성하는 것은 심발 블록(BL1)이 미끄러져 제거되도록 하기 위함인데, 이 점은 도 4와 관련하여 설명한 바 있다. As shown in FIG. 7A, the rock is cut twice in the direction in which the layer has a horizontal stratification in the direction intersecting the stratification (preferably perpendicular to the stratification), and the cut is performed to form a lower surface of the heart block BL1. In the horizontal direction. At this time, the cutting groove 63 for forming the lower surface of the heart block block BL1 is preferably formed to be inclined upward. The inclination angle θ ₀ of the cutting groove 63 may be 40 ° or more. Forming the cutting groove to be inclined is to allow the heart block block BL1 to be slipped and removed, which has been described with reference to FIG. 4.

상기 커팅은 심발 블록(BL1)을 형성할 부분(통상적으로 막장면의 중앙부)에 대해 이루어진다. 수직 방향의 2회 커팅(심발 블록의 양측면을 형성함)과 수평 층리(심발 블록의 윗면을 형성함) 및 커팅홈(63)에 의해서 심발 블록(BL1)이 형성된다. 수평 층리는 불연속면으로서, 수평 방향 커팅홈의 역할을 한다. The cutting is made with respect to the portion (typically the central portion of the membrane surface) to form the heart block block BL1. The heart block block BL1 is formed by two cuttings (which form both sides of the heart block) in the vertical direction, horizontal stratification (which forms the top surface of the heart block), and the cutting groove 63. Horizontal stratification is a discontinuous surface, which serves as a horizontal cutting groove.

상기 커팅이 완료되면 심발 블록(BL1)을 스플리팅으로 제거하고(도 7b), 이어서 심발 블록(BL1)의 주변을 수직 방향으로 커팅하여 주변 블록(BL2)을 형성하며(도 7c), 다음으로 주변 블록(BL2)을 순차적으로 하나씩 제거한다(도 7d). 이 경우에도 층리가 불연속면으로서의 역할을 하므로 수평 방향으로 커팅할 필요가 없다. After the cutting is completed, the heartbeat block BL1 is removed by splitting (FIG. 7B), and then the periphery of the heartbeat block BL1 is cut in the vertical direction to form the peripheral block BL2 (FIG. 7C). The neighboring blocks BL2 are sequentially removed one by one (FIG. 7D). Even in this case, the layering acts as a discontinuous surface, so it is not necessary to cut in the horizontal direction.

주변 블록(BL2)을 제거한 후에는 터널 외곽을 커팅하고 외곽 블록(BL3)을 제거한다. 터널 외곽 커팅과 외곽 블록(BL3)의 제거는 도 3e ~ 3f와 관련하여 이미 설명한 바 있다. 다만, 층리를 불연속면으로 활용하므로 수평 방향으로 커팅할 필요가 없다는 점은 상술한 설명과 다르다. After removing the peripheral block BL2, the outer tunnel is cut and the outer block BL3 is removed. Tunnel outer cutting and removal of the outer block BL3 have already been described with reference to FIGS. 3E-3F. However, since the lamination is used as a discontinuous surface, it is not necessary to cut in the horizontal direction is different from the above description.

한편, 스플리팅시 쐐기(40)를 커팅홈(62)(63)에 삽입하지만, 쐐기(40)를 층리의 경계면에 삽입할 수도 있다. On the other hand, the splitting wedge 40 is inserted into the cutting grooves 62 and 63, but the wedge 40 may be inserted into the boundary surface of the stratification.

[경사진 층리를 가진 암반에서의 터널 굴착][Tunnel Excavation in Rocks with Inclined Laminar]

터널 막장면에 경사진 층리가 있는 경우(즉, α≠0˚인 경우), 이 경사진 층리를 불연속면으로 활용하여 커팅 공정을 단순화, 효율화할 수 있다. 즉, 층리와 교차하는 방향(바람직하게는 층리에 수직되는 방향)으로 커팅을 하고 층리 방향으로는 커팅할 필요가 없다. 이를 구체적으로 설명하면 아래와 같다.If there is an inclined lamination on the tunnel face (that is, α? 0 °), the inclined lamination can be used as a discontinuous surface to simplify and streamline the cutting process. That is, it is necessary to cut in the direction intersecting with the stratification (preferably the direction perpendicular to the stratification) and not to cut in the stratification direction. This will be described in detail below.

도 8a에 나타난 바와 같이, 층리와 교차되는 방향(바람직하게는 층리와 수직을 이루는 방향)으로 암반을 2회 커팅하고(이에 따라, 커팅홈(62)이 형성됨) 층리 방향으로 1회 커팅하여(커팅홈(63)이 형성됨) 심발 블록(BL1)을 형성한다. 상기 커팅은 심발 블록(BL1)을 형성할 부분(통상적으로 막장면의 중앙부)에 대해 이루어진다. 수직 방향의 2회 커팅(심발 블록의 양측면 형성)과 층리(심발 블록의 윗면 형성) 및 층리 방향의 커팅홈(63, 심발 블록의 하부면 형성)에 의해서 심발 블록(BL1)이 형성된다. 층리는 불연속면으로서, 일종의 커팅홈 역할을 한다. As shown in FIG. 8A, the rock is cut twice in the direction intersecting the stratification (preferably in a direction perpendicular to the stratification) (the cutting groove 62 is thus formed) and cut once in the stratification direction ( Cutting groove 63 is formed) to form a heart attack block BL1. The cutting is made with respect to the portion (typically the central portion of the membrane surface) to form the heart block block BL1. The heartbeat block BL1 is formed by two cuttings in the vertical direction (both sides of the heart block) and stratification (top face formation of the heart block) and the cutting groove 63 in the stratification direction (the bottom face of the heart block). The stratification is a discontinuous surface, which serves as a kind of cutting groove.

상기 커팅이 완료되면 심발 블록(BL1)을 스플리팅으로 제거하고(도 8b), 이어서 심발 블록(BL1)의 주변을 층리와 교차되는 방향(바람직하게는 층리와 수직되는 방향)으로 커팅하여 주변 블록(BL2)을 형성하며(도 8c), 다음으로 주변 블록(BL2)을 순차적으로 하나씩 제거한다(도 8d). 상기 스플리팅시, 쐐기(40)를 커팅홈(62)(62)에 삽입하지만 층리의 경계면에 삽입할 수도 있다. When the cutting is completed, the heart block block BL1 is removed by splitting (FIG. 8B), and then the periphery of the heart block block BL1 is cut in a direction crossing the stratification (preferably perpendicular to the stratification). Block BL2 is formed (FIG. 8C), and neighboring blocks BL2 are sequentially removed one by one (FIG. 8D). In the splitting, the wedge 40 is inserted into the cutting grooves 62 and 62, but may be inserted into the boundary surface of the stratification.

한편, 도 9는 막장면 상에서 층리가 경사진 경우(α≠0˚), 스플리팅으로 인장 파괴된 심발 블록이 아래로 미끄러져 제거되기 위한 조건을 보여준다. 먼저, 각 부호를 설명하면 아래와 같다.On the other hand, Figure 9 shows a condition for removing the rupture of the heart block that is tensilely broken by splitting when the lamination is inclined (α ≠ 0 °) on the membrane surface. First, each code is described below.

θ2 : 층리 방향의 커팅홈(63)에 의해서 형성된 평면(P1)과 수평선이 이루는 각도. (θ2는 도 6의 α와 동일한 각도이다.)θ2: The angle formed by the horizontal plane and the plane P1 formed by the cutting groove 63 in the laminar direction. (θ2 is the same angle as α in FIG. 6)

θ3 : 두 평면(P1)(P2)이 만나서 이루어지는 모서리(E)와 수평면이 이루는 각도.θ3: The angle formed by the horizontal plane where the edge E formed by the two planes P1 and P2 meet.

θ4 : 평면(P1)과 수평면이 이루는 각도(도 9에 미도시).θ4: The angle formed by the plane P1 and the horizontal plane (not shown in FIG. 9).

θ5 : 평면(P2)과 수평면이 이루는 각도(도 9에 미도시).θ5: The angle formed by the plane P2 and the horizontal plane (not shown in FIG. 9).

각도(θ1)(θ2)의 크기에 따라 두 경우로 나누어 설명하면 아래와 같다.When divided into two cases according to the size of the angle (θ1) (θ2) will be described below.

① θ1 < 30˚ 또는 θ2 < 30˚ 인 경우① When θ1 <30˚ or θ2 <30˚

θ1+θ2=90˚이므로, θ1과 θ2 중 어느 하나가 30˚ 미만이면, θ1과 θ2 중 작은 각도와 관련된 평면(P1)(P2)이 주요 미끄러짐 평면으로 작용한다. 따라서, 상기 작은 각도와 관련된 평면(P1)(P2)과 수평면이 이루는 경사 각도(θ4 또는 θ5)가 40˚ 이상 되도록 상향 커팅각을 설계한다. Since θ1 + θ2 = 90 °, if any one of θ1 and θ2 is less than 30 °, the plane P1 (P2) associated with the smaller angle of θ1 and θ2 acts as the main slip plane. Accordingly, the upward cutting angle is designed such that the inclination angle θ4 or θ5 formed between the plane P1 and P2 associated with the small angle is 40 ° or more.

② 30˚ < θ1 < 60˚ 인 경우② 30˚ <θ1 <60˚

이 경우에는 특정한 1개 평면(P1)(P2)에 의해서 심발 블럭이 미끄러지는 것이 아니라, 심발 블록(Bl1)의 하부 모서리(E)의 각도(θ3)와 두 평면(P1)(P2)에 의해 미끄러짐이 발생한다. 따라서, 두 평면(P1)(P2)이 수평면과 각각 이루는 경사각도(θ4)(54)가 40˚ 이상 되고, 동시에 모서리(E)의 경사 각도(θ3)도 40˚ 이상 되도록 커팅 각도를 설계해야 한다.In this case, the heartbeat block is not slipped by one specific plane P1 or P2, but by the angle θ3 of the lower edge E of the heartbeat block B1 and the two planes P1 and P2. Slip occurs. Therefore, the cutting angle should be designed such that the inclination angles θ4 and 54 formed by the two planes P1 and P2 with the horizontal plane are 40 degrees or more, and at the same time, the inclination angle θ3 of the corner E is also 40 degrees or more. do.

[복합 지반에서의 터널 굴착][Tunnel Excavation in Composite Soils]

복합지반은 터널 막장면에 2가지 암반등급(경암과 연암, 암반과 토사)이 상/하부로 존재하는 구조와, 퇴적층에서 두 가지 암종이 교대로 반복하는 구조로 분류할 수 있다.The composite ground can be classified into a structure in which two rock grades (hard rock and soft rock, rock and soil) exist at the top and the bottom of the tunnel face, and a structure in which two carcinomas alternate in the sediment layer.

1. 터널 막장면에 두 가지 암반등급이 상/하부, 좌우에 존재하는 경우1. When two rock grades exist at the top / bottom and left and right at the tunnel face

터널 막장면에 암반과 토사(풍화암)가 함께 나타나는 경우, 중경암부 등급 이상에만 커팅-스플리팅 공정을 적용하면 되고, 연암 이하의 등급에는 유압 브레이커, 진동리퍼 등으로 쉽게 굴착 시공이 가능하다. 이 공정은 매우 단순하므로 설명을 생략하기로 한다.When rock and soil (weathered rock) appear on the tunnel face, the cutting-splitting process should be applied only to the grade of hard rock. The grade below the soft rock can be easily excavated with hydraulic breakers and vibration rippers. Since this process is very simple, description thereof will be omitted.

2. 두 개 지반이 반복되는 퇴적층 구조2. Sedimentary layer structure with two layers repeated

연약층과 경암층이 교대로 반복되는 경우의 굴착방법을 설명하면 아래와 같다. 여기에서, 연약층은 경암층 보다 강도가 상대적으로 낮은 암반으로 이루어진 층을 의미한다. The excavation method when the soft layer and the hard rock layer are alternately repeated is as follows. Here, the soft layer means a layer made of rock with a lower strength than the hard rock layer.

(1) 연약층이 연암 이하인 경우(1) When soft layer is less than soft rock

연암 이하는 유압 브레이커, 진동 리퍼 등으로 파쇄가 원활히 이루어지므로, 연약층의 중심부에 심발을 설정한다. 층리 방향과 교차하는 방향(바람직하게는 층리와 직교되는 방향)으로 두 번의 수직 컷팅을 실시하여 심발 블록(BL1)을 형성한 후, 유압 브레이커 또는 진동리퍼 등을 이용하여 심발 블록(BL1)을 기계식으로 굴착한다. The soft rock or less is smoothly crushed by a hydraulic breaker, a vibration ripper, etc., and thus sets the core to the center of the soft layer. After making two vertical cuts in a direction intersecting the stratification direction (preferably a direction orthogonal to the stratification) to form the heart block BL1, the heart block block BL1 is mechanically operated using a hydraulic breaker or a vibration ripper. To excavate.

이어서, 전단면 커팅 공정시(심발 블록의 주변을 커팅할 때), 연약층에는 커팅-스플리팅 공법을 적용할 필요가 없으므로 연약층은 커팅하지 않고 유압 브레이커와 진동리퍼 등을 이용하여 기계식으로 굴착하고 경암층에 대해서만 커팅-스플리팅 공법을 적용한다. Then, in the shear cutting process (when cutting the periphery of the heart block), there is no need to apply the cutting-split method to the soft layer, so the soft layer is not cut and mechanically excavated using a hydraulic breaker and a vibration ripper. The cutting-split method is applied only to the hard rock layer.

(2) 연약층이 보통암 이상인 경우(2) If the soft layer is more than ordinary cancer

먼저, 도 10a에 나타난 바와 같이, 층리에 교차되는 방향, 바람직하게는 층리에 수직되는 방향으로 경암층에 2회 커팅을 실시하여 심발 블록(BL1)을 경암층(HR)에 형성한다. 한편, 도면에는 도시되지 않았지만, 심발 블록(BL1)의 하부면을 이루는 커팅홈(63)을 형성할 수도 있는데, 이 경우 스플리팅된 심발 블록(BL1)이 미끄러져 제거되기 위한 커팅홈(63)의 상향 경사각에 대해서는 위에서 설명한 바와 동일하다. First, as shown in FIG. 10A, two cuttings are performed on the hard rock layer in a direction intersecting the stratification, preferably in a direction perpendicular to the stratification, to form the heart hair block BL1 in the hard rock layer HR. On the other hand, although not shown in the drawings, it is also possible to form a cutting groove 63 constituting the lower surface of the heart block block (BL1), in this case the cutting groove 63 for the split heart block (BL1) is slipped and removed. The upward tilt angle of) is the same as described above.

이어서, 스플리팅으로 심발 블록(BL1)을 제거하고(도 10b), 주변의 경암층(HR)을 층리와 교차하는 방향, 바람직하게는 층리와 수직되는 방향으로 커팅한다(도 10c). 이 때, 연약층에 대해서는 커팅을 하지 않는다. Subsequently, the heart attack block BL1 is removed by splitting (FIG. 10B), and the surrounding hard rock layer HR is cut in a direction crossing the stratification, preferably in a direction perpendicular to the stratification (FIG. 10C). At this time, the weak layer is not cut.

다음으로, 심발 블록(BL1) 좌,우측의 주변 블록(BL2)을 스플리팅으로 제거하고(도 10d), 도 10d에서 제거된 경암층(HR)의 위, 아래 연암층(SR)을 유압 브레이커, 진동 리퍼 등으로 제거한다(도 10e). 물론, 이 연암층(SR)을 커팅한 후 스플리팅하여 제거할 수도 있다. Next, the left and right peripheral blocks BL2 of the heart block block BL1 are removed by splitting (FIG. 10D), and the soft rock layer SR above and below the hard rock layer HR removed in FIG. 10D is hydraulically removed. Removed with a breaker, vibration ripper, or the like (FIG. 10E). Of course, the soft rock layer SR may be cut and then split to remove the soft rock layer SR.

이어서, 터널 외곽을 커팅하고(도 10f), 외곽 블록(BL3)을 스플리팅으로 제거한다(도 10g). 터널 외곽의 커팅에는 외곽과 동일한 곡률 반경(R)을 가진 커터(30)가 사용될 수 있다. Subsequently, the outer tunnel is cut (FIG. 10F), and the outer block BL3 is removed by splitting (FIG. 10G). The cutter 30 having the same radius of curvature R as the outer edge may be used for cutting the outer edge of the tunnel.

한편, 스플리팅을 위해서, 쐐기(40)를 커팅홈(62)(63)에 삽입할 수도 있지만, 층리의 경계면에 삽입할 수도 있다. On the other hand, for splitting, the wedge 40 may be inserted into the cutting grooves 62 and 63, but may also be inserted into the boundary surface of the stratification.

[층리의 경사 각도(β)에 따른 굴착방법][Excavation Method According to Inclined Angle (β) of Lamination]

상술한 바와 같이, 경사 각도(β)는 터널 진행 방향에 대한 층리의 경사 각도를 나타낸다. 경사 각도(β)에 따른 터널 막장면 굴착 방법을 설명하면 아래와 같다.As described above, the inclination angle β represents the inclination angle of stratification with respect to the tunnel traveling direction. The tunnel face excavation method according to the inclination angle β is as follows.

1. β>0˚인 경우1.When β> 0˚

(1) β≥60˚(1) β≥60˚

도 11a에 나타난 바와 같이, β≥60˚인 경우에는 터널 막장면과 커팅선(Cutting line)의 경사 각도를 층리의 경사 각도(β)와 동일하게 유지하면서 굴착할 수 있다. As shown in FIG. 11A, in the case of β≥60 °, the inclination angle of the tunnel face and the cutting line may be excavated while maintaining the same inclination angle β of the stratification.

(2) 30˚≤β<60˚(2) 30 ° ≤β <60 °

도 11b에 나타난 바와 같이, 터널 막장면의 하부를 커팅할 때 상부의 미끄러짐 사면 파괴가 발생할 확률이 있으므로, 터널 막장면을 2단으로 분리하여 상부부터 커팅-스플리팅 방법을 적용해서 굴착한 후 하부에 대해 커팅-스플리팅 방법을 적용해서 굴착한다(즉, 계단식으로 굴착을 진행한다). As shown in FIG. 11B, when cutting the lower portion of the tunnel face, there is a possibility that the slip slope breakage of the upper portion may occur. After dividing the tunnel face into two stages and digging by applying the cutting-splitting method from the top, Excavation is carried out for the lower part by applying the cutting-split method (ie stepwise drilling).

(3) 0˚≤β<30˚(3) 0˚≤β <30˚

β가 30˚ 미만인 경우, 미끄러짐 파괴가 발생할 확률이 매우 낮으므로, 막장을 90˚(수직)로 관리할 수 있다.When β is less than 30 degrees, since the slip probability is very low, the film can be managed at 90 degrees (vertical).

2. β<0˚인 경우2. When β <0˚

(1) -90˚<β<-60˚(1) -90 ° <β <-60 °

도 12a에 나타난 바와 같이, -90˚<β<-60˚ 인 경우에는 전도 파괴가 발생할 확률이 낮으므로, 막장면 각도를 90˚로 유지해서 관리할 수 있다(즉, 커팅선(Cutting line)을 90˚로 형성하여 굴착함).As shown in FIG. 12A, in the case of −90 ° <β <-60 °, since the probability of conduction failure is low, it is possible to maintain and manage the membrane angle at 90 ° (ie, cutting line). To form a 90˚ excavation).

(2) -60˚<β<0˚(2) -60˚ <β <0˚

도 12b에 나타난 바와 같이, 터널 막장면에서 미끄러짐 파괴가 발생할 확률이 낮으므로 터널 막장면을 2단 분할 필요 없고 터널 막장면을 90˚로 유지해서 관리할 수 있다(즉, 커팅선(Cutting line)을 90˚로 형성하여 굴착함).As shown in FIG. 12B, since the slip failure is unlikely to occur at the tunnel face, the tunnel face may not be divided into two stages, and the tunnel face may be maintained at 90 ° to be managed (ie, cutting line). To form a 90˚ excavation).

도 11a ~ 12b에 도시되고 설명된 굴착 방법은 커팅-스플리팅 방법으로 굴착할 때 층리가 존재하는 경우에 적용될 수 있는 것으로서, 구체적으로는 위에서 설명된 '막장면 상에서 층리가 수평으로 존재하는 경우', '막장면 상에서 경사진 층리가 존재하는 경우' 및, '복합 지반'에 대해 모두 적용될 수 있다. The excavation method illustrated and described with reference to FIGS. 11A to 12B may be applied to the case in which the lamination is present when excavating by the cutting-split method, and specifically, when the lamination is present horizontally on the membrane surface described above. ',' If there is an inclined stratification on the face 'and' composite ground 'can be applied to both.

예를 들어, 층리가 터널 막장면 상에서 수평을 이루고(α=0˚) 터널 진행 방향에 대해서는 50˚로 경사진 경우(β=50˚), 도 11b에 나타난 바와 같이 터널 막장면을 2단으로 분리하여 상부를 커팅-스플리팅 방법으로 굴착한 후 하부를 커팅-스플리팅 방법으로 굴착할 수 있다. For example, if the stratification is horizontal on the tunnel face (α = 0 °) and inclined at 50 ° in the tunnel direction (β = 50 °), the tunnel face is in two stages as shown in FIG. 11B. The upper part may be separated and excavated by the cutting-split method, and then the lower part may be excavated by the cutting-split method.

[암반 사면에 대한 커팅-스플리팅 공법의 적용][Application of Cutting-Splitting Method to Rock Slopes]

본 공법은 두 개의 자유면을 갖는 암반 사면에도 적용될 수 있는데, 이를 설명하면 아래와 같다. This method can also be applied to rock slopes with two free faces.

먼저, 도 13a ~ 13b에 나타난 바와 같이, 층리와 교차되는 방향, 바람직하게는 층리와 수직되는 방향으로 제1 자유면(F1)을 커팅하여 블록(BL4)을 형성한다. 상기 커팅은 주향 방향으로 이루어지는 것이 바람직하다. First, as shown in FIGS. 13A to 13B, the block BL4 is formed by cutting the first free surface F1 in a direction crossing the layer, preferably in a direction perpendicular to the layer. The cutting is preferably made in the circumferential direction.

이어서, 도 13c에 나타난 바와 같이, 블록(BL4)을 스플리팅으로 제거한다. 스플리팅은 제2 자유면(F2)과 가까운 블록(BL4)부터 순차적으로 하나씩 제거하는 것이 바람직하다. Subsequently, as shown in FIG. 13C, the block BL4 is removed by splitting. The splitting is preferably sequentially removed one by one from the block BL4 close to the second free surface F2.

위에서는 두 개의 자유면을 갖는 암반 사면에 대해 본 공법이 적용되는 것을 설명하였으나, 본 공법은 세 개 또는 그 이상의 자유면을 갖는 암반 사면에 대해서도 적용될 수 있는데, 이러한 점은 본 명세서를 참조한 당업자가 쉽게 알 수 있을 것이다. Although the above method has been described for rock slopes having two free surfaces, the present method can be applied to rock slopes having three or more free surfaces, which will be understood by those skilled in the art. It will be easy to see.

30 : 커터 40 : 쐐기
61, 62, 63 : 커팅홈 F : 쐐기에 인가되는 하중
BL1, BL2, BL3, BL4 : 블록 R : 터널 외곽의 곡률 반경
d : 커팅홈의 깊이(블록의 높이) w : 블록의 폭
s : 블록의 길이 A : 쐐기의 하단부 각도
wc : 쐐기의 폭 CL : 쐐기의 길이
α : 터널 막장면 상에서 층리의 경사진 각도
β : 터널 진행방향에 대한 층리의 경사 각도
θ1 : 층리에 수직되는 방향의 커팅홈(62)에 의해서 형성된 평면(P2)과 수평선이 이루는 각도.
θ2 : 층리 방향의 커팅홈(63)에 의해서 형성된 평면(P1)과 수평선이 이루는 각도.
θ3 : 두 평면(P2)(P1)이 만나서 이루어지는 모서리(E)와 수평면이 이루는 각도.
θ4 : 평면(P1)과 수평면이 이루는 각도.
θ5 : 평면(P2)과 수평면이 이루는 각도.
P1, P2 : 평면
E : 두 평면(P1)(P2)이 만나서 이루어지는 모서리
HR : 경암층 SR : 연암층
F1, F2 : 자유면30: cutter 40: wedge
61, 62, 63: cutting groove F: load applied to the wedge
BL1, BL2, BL3, BL4: Block R: radius of curvature outside the tunnel
d: depth of cutting groove (height of block) w: width of block
s: length of block A: angle of lower part of wedge
wc: width of wedge CL: length of wedge
α: angle of inclination of the strata on the tunnel face
β is the angle of inclination of the laminar to the tunnel direction
θ1: The angle formed by the horizontal plane and the plane P2 formed by the cutting groove 62 in the direction perpendicular to the stratification.
θ2: The angle formed by the horizontal plane and the plane P1 formed by the cutting groove 63 in the laminar direction.
θ3: The angle formed by the horizontal plane where the edge E formed by the two planes P2 and P1 meet.
θ4: The angle formed between the plane P1 and the horizontal plane.
θ5: The angle formed between the plane P2 and the horizontal plane.
P1, P2: flat
E is the corner formed by two planes P1 and P2
HR: hard rock layer SR: soft rock layer
F1, F2: free plane

Claims

터널을 무진동 굴착하는 방법으로서,
(a1) 터널의 막장면에서 암반을 수평 방향 및 수직 방향으로 커팅하여 심발 블록(BL1)을 형성하는 단계;
(a2) 심발 블록(BL1)을 스플리팅으로 제거하는 단계;
(a3) 심발 블록(BL1)의 주변에서 수직 방향 및 수평 방향으로 암반을 커팅하여 주변 블록(BL2)을 형성하는 단계; 및,
(a4) 주변 블록(BL2)을 스플리팅으로 순차적으로 제거하는 단계;를 포함하고,
심발 블록(BL1)과 주변 블록(BL2)은 각각 두 개의 수평 방향 커팅홈(61)과 두 개의 수직 방향 커팅홈(62)이 서로 교차하여 형성되며,
상기 스플리팅은 쐐기(40)를 커팅홈(61)(62)에 삽입한 상태에서 쐐기(40)를 타격하거나 벌어지게 하여 심발 블록(BL1)과 주변 블록(BL2)의 하부에 인장 파괴를 발생시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 암반의 커팅과 스플리팅을 이용한 무진동 터널굴착 방법. As a method of vibrationless excavation of tunnels,
(a1) forming a heart block block BL1 by cutting a rock in a horizontal direction and a vertical direction at a membrane face of the tunnel;
(a2) removing the heart block block BL1 by splitting;
(a3) forming a peripheral block BL2 by cutting the rock in a vertical direction and a horizontal direction at the periphery of the heart block block BL1; And,
(a4) sequentially removing the neighboring blocks BL2 by splitting;
The heart block block BL1 and the peripheral block BL2 are formed by crossing two horizontal cutting grooves 61 and two vertical cutting grooves 62, respectively,
The splitting causes the wedge 40 to strike or open in the state where the wedge 40 is inserted into the cutting grooves 61 and 62, thereby causing tensile failure in the lower portion of the heart block block BL1 and the peripheral block BL2. Vibration-free tunnel excavation method using a rock cutting and splitting, characterized in that by generating.

제1항에 있어서,
상기 (a1) 단계에서, 심발 블록(BL1)의 하부면을 형성하는 수평방향 커팅홈(61)은 수평면에 대해서 40˚ 이상의 각도(θ₀)로 위쪽으로 경사지고, 이에 따라 (a2) 단계의 스플리팅에 의해서 심발 블록(BL1)이 슬라이딩되어 제거되는 것을 특징으로 하는, 암반의 커팅과 스플리팅을 이용한 무진동 터널굴착 방법. The method of claim 1,
In the step (a1), the horizontal cutting groove 61 forming the lower surface of the heart block block BL1 is inclined upward at an angle θ _{0 of} 40 ° or more with respect to the horizontal plane, and accordingly, in step (a2) Vibration-free tunnel excavation method using the cutting and splitting of the rock, characterized in that the heart attack block (BL1) is removed by sliding by splitting.

층리가 존재하는 암반에서 터널을 무진동 굴착하는 방법으로서,
(b1) 터널의 막장면에서 층리와 교차되는 방향으로 암반을 커팅하여 심발 블록(BL1)을 형성하는 단계;
(b2) 심발 블록(BL1)을 스플리팅으로 제거하는 단계;
(b3) 심발 블록(BL1)의 주변에서 층리와 교차하는 방향으로 암반을 커팅하여 주변 블록(BL2)을 형성하는 단계; 및,
(b4) 주변 블록(BL2)을 스플리팅으로 순차적으로 제거하는 단계;를 포함하고,
층리는 (b2) 단계와 (b4) 단계의 스플리팅시 블록(BL1)(BL2)의 제거를 위한 불연속면이 되며, 심발 블록(BL1)과 주변 블록(BL2)은 각각 커팅으로 형성된 두 개의 커팅홈(62)과 층리가 서로 교차하여 형성되고,
상기 스플리팅은 커팅홈(62) 또는 층리 사이에 쐐기(40)를 삽입한 상태에서 쐐기(40)를 타격하거나 벌어지게 하여 심발 블록(BL1)과 주변 블록(BL2)의 하부에 인장 파괴를 발생시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 암반의 커팅과 스플리팅을 이용한 무진동 터널굴착 방법.As a method of vibration-free digging of tunnels in rock with stratification,
(b1) forming a heart block block BL1 by cutting the rock in a direction intersecting the stratification at the membrane surface of the tunnel;
(b2) splitting the heart block block BL1 by splitting;
(b3) forming a peripheral block BL2 by cutting the rock in a direction crossing the stratification around the heart block block BL1; And,
(b4) sequentially removing the neighboring blocks BL2 by splitting;
Layering becomes a discontinuous surface for the removal of the blocks BL1 and BL2 during the splitting of steps (b2) and (b4), and the heartbeat block BL1 and the peripheral block BL2 are each formed by cutting The groove 62 and the stratification are formed to cross each other,
The splitting strikes or opens the wedge 40 in the state where the wedge 40 is inserted between the cutting groove 62 or the stratification, thereby causing tensile failure in the lower portion of the heart block block BL1 and the peripheral block BL2. Vibration-free tunnel excavation method using a rock cutting and splitting, characterized in that by generating.

제3항에 있어서,
상기 층리는 터널의 막장면상에서 수평 방향으로 형성되고,
상기 (b1) 단계는 심발 블록(BL1)의 하부면을 이루는 커팅홈(63)을 형성하는 단계를 더 포함하고,
커팅홈(63)은 수평면에 대해서 40˚ 이상의 각도로 위쪽으로 경사지고, 이에 따라 (b2) 단계의 스플리팅에 의해서 심발 블록(BL1)이 슬라이딩되어 제거되는 것을 특징으로 하는, 암반의 커팅과 스플리팅을 이용한 무진동 터널굴착 방법. The method of claim 3,
The layering is formed in the horizontal direction on the membrane face of the tunnel,
The step (b1) further includes the step of forming a cutting groove 63 forming a lower surface of the heart block block BL1,
The cutting groove 63 is inclined upward at an angle of 40 ° or more with respect to the horizontal plane, and accordingly, the heartbeat block BL1 is slid and removed by the splitting in the step (b2). Vibration-free tunneling method using splitting.

제3항에 있어서,
상기 층리는 터널의 막장면상에서 경사지도록 형성되고,
상기 (b1), (b3) 단계의 커팅은 층리와 수직되는 방향으로 이루어지되, (b1) 단계는 심발 블록(BL1)의 하부면을 이루는 커팅홈(63)을 형성하는 단계를 더 포함하고,
각도(θ1)(θ2)(θ3)(θ4)(θ5)가 아래 식 1, 2를 만족하는 것을 특징으로 하는, 암반의 커팅과 스플리팅을 이용한 무진동 터널굴착 방법.
[식 1]
θ1+θ2=90˚
θ1<30˚ 또는 θ2<30˚ 일 때,
θ1과 θ2 중 작은 각도와 관련된 평면(P2)(P1)과 수평면이 이루는 각도(θ4 또는 θ5)가 40˚ 이상임.
[식 2]
θ1+θ2=90˚
30˚ < θ1 < 60˚ 일 때,
40˚≤θ3, 40˚≤θ4, 40˚≤θ5
위 식에서,
θ1 : 층리에 수직되는 방향의 커팅홈(62)에 의해서 형성된 평면(P2)과 수평선이 이루는 각도.
θ2 : 층리 방향의 커팅홈(63)에 의해서 형성된 평면(P1)과 수평선이 이루는 각도.
θ3 : 두 평면(P2)(P1)이 만나서 이루어지는 모서리(E)와 수평면이 이루는 각도.
θ4 : 평면(P1)과 수평면이 이루는 각도.
θ5 : 평면(P2)과 수평면이 이루는 각도.The method of claim 3,
The stratification is formed to be inclined on the membrane face of the tunnel,
Cutting of the steps (b1), (b3) is made in a direction perpendicular to the stratification, step (b1) further comprises the step of forming a cutting groove (63) forming a lower surface of the heart block (BL1),
An oscillation-free tunnel excavation method using cutting and splitting of a rock, characterized in that the angles θ1, θ2, θ3, θ4, and θ5 satisfy the following equations 1 and 2.
[Equation 1]
θ1 + θ2 = 90˚
When θ1 <30 ° or θ2 <30 °
The angle (θ4 or θ5) between the plane P2 (P1) and the horizontal plane associated with the smaller angle among θ1 and θ2 is 40 ° or more.
[Equation 2]
θ1 + θ2 = 90˚
When 30˚ <θ1 <60˚,
40˚≤θ3, 40˚≤θ4, 40˚≤θ5
In the above formula,
θ1: The angle formed by the horizontal plane and the plane P2 formed by the cutting groove 62 in the direction perpendicular to the stratification.
θ2: The angle formed by the horizontal plane and the plane P1 formed by the cutting groove 63 in the laminar direction.
θ3: The angle formed by the horizontal plane where the edge E formed by the two planes P2 and P1 meet.
θ4: The angle formed between the plane P1 and the horizontal plane.
θ5: The angle formed between the plane P2 and the horizontal plane.

연약층(SR)과 경암층(HR)이 모두 존재하는 터널 막장면을 무진동 굴착하는 방법이고, 연약층(SR)은 연암 이하의 암반으로 이루어지고 경암층(HR)은 연약층(SR) 보다 큰 강도를 가진 암반으로 이루어지며,
(c1) 연약층(SR)을 유압 브레이커 또는 진동 리퍼를 이용하여 제거하는 단계; 및,
(c2) 경암층(HR)을 층리 방향과 교차되는 방향으로 커팅한 후, 상기 커팅과 층리에 의해 형성된 주변 블록(BL2)을 스플리팅으로 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 스플리팅은 상기 커팅으로 형성된 커팅홈 또는 층리 사이에 쐐기(40)를 삽입한 상태에서 쐐기(40)를 타격하거나 벌어지게 함으로써, 주변 블록(BL2)의 하부에 인장 파괴를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 암반의 커팅과 스플리팅을 이용한 무진동 터널굴착 방법. It is a method of vibration-free digging of the tunnel face where both the soft layer SR and the hard rock layer HR exist. The soft layer SR is composed of rock of sub-soft rock and the hard rock layer HR has a greater strength than the soft layer SR Made of rock with
(c1) removing the weak layer SR using a hydraulic breaker or a vibration ripper; And,
(c2) cutting the hard rock layer HR in a direction crossing the laminar direction, and then removing the peripheral block BL2 formed by the cutting and delamination by splitting.
The splitting may cause tensile failure in the lower portion of the peripheral block BL2 by striking or opening the wedge 40 while the wedge 40 is inserted between the cutting grooves or the stratification formed by the cutting. Vibration-free tunnel excavation method using rock cutting and splitting.

제6항에 있어서,
상기 (c1) 단계는,
(c1-1) 연약층(SR)을 층리 방향과 교차되는 방향으로 커팅하여 심발 블록(BL1)을 형성하는 단계;
(c1-2) 상기 (c1-1) 이후에, 심발 블록(BL1)을 제거하는 단계; 및,
(c1-3) 상기 (c1-2) 이후에, 심발 블록(BL1) 주변의 연약층(SR)을 유압 브레이커 또는 진동 리퍼를 이용하여 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 암반의 커팅과 스플리팅을 이용한 무진동 터널굴착 방법. The method of claim 6,
Step (c1),
(c1-1) cutting the weak layer SR in a direction crossing the laminar direction to form a heart attack block BL1;
(c1-2) after (c1-1), removing the heart attack block BL1; And,
(c1-3) after (c1-2), the step of removing the soft layer (SR) around the heart block block (BL1) using a hydraulic breaker or a vibration ripper; Vibration-free tunneling method using splitting.

연약층(SR)과 경암층(HR)이 함께 나타나는 터널 막장면을 무진동 굴착하는 방법이고, 연약층(SR)은 보통암 이상의 암반으로 이루어지고 경암층(HR)은 연약층 보다 큰 강도를 가진 암반으로 이루어지며,
(d1) 경암층(HR)을 커팅하여 심발 블록(BL1)을 형성하는 단계;
(d2) 심발 블록(BL1)을 제거하는 단계;
(d3) 심발 블록(BL1) 주변의 경암층(HR)을 층리와 교차하는 방향으로 커팅하여 주변 블록(BL2)을 형성하는 단계;
(d4) 심발 블록(BL1)과 동일한 층에 있는 주변 블록(BL2)을 스플리팅으로 제거하는 단계; 및,
(d5) 상기 (d4) 단계에서 제거된 층의 위, 아래 연약층(SR)을 유압 브레이커 또는 진동 리퍼를 이용하여 제거하는 단계; 및,
(d6) 상기 (d5) 단계에서 제거된 연약층(SR)의 위, 아래 경암층(HR)을 스플리팅으로 제거하는 단계;를 포함하고,
상기 스플리팅은 상기 커팅으로 형성된 커팅홈(62) 또는 층리 사이에 쐐기(40)를 삽입한 상태에서 쐐기(40)를 타격하거나 벌어지게 함으로써, 층리와 커팅홈(62)에 의해서 형성된 블록(BL1)(BL2)의 하부에 인장 파괴를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 암반의 커팅과 스플리팅을 이용한 무진동 터널굴착 방법. Vibration-free excavation of the tunnel face where the soft layer (SR) and hard rock layer (HR) appear together. Lose,
(d1) cutting the hard rock layer HR to form a heart hair block BL1;
(d2) removing the heart block block BL1;
(d3) forming the peripheral block BL2 by cutting the hard rock layer HR around the heart attack block BL1 in a direction crossing the stratification;
(d4) splitting the peripheral block BL2 on the same layer as the heart attack block BL1 by splitting; And,
(d5) removing the weak layer (SR) above and below the layer removed in step (d4) using a hydraulic breaker or a vibration ripper; And,
(d6) splitting the hard rock layer HR above and below the soft layer SR removed in step (d5) by splitting; and
The splitting is performed by hitting or opening the wedge 40 in a state in which the wedge 40 is inserted between the cutting groove 62 or the lamination formed by the cutting, thereby forming a block formed by the lamination and the cutting groove 62 ( A vibration-free tunnel excavation method using cutting and splitting of a rock, characterized in that a tensile failure is generated under the BL1) BL2.

제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
층리와 터널 진행 방향이 이루는 각도(β)가 60˚ 이상인 경우에는 막장면과 커팅선(Cutting line)이 터널 진행 방향에 대해 각각 상기 각도(β)를 이루고,
상기 각도(β)가 30˚ 이상 60˚ 미만인 경우에는 막장면을 상부와 하부로 구분하여 계단식으로 굴착하되, 상부부터 커팅-스플리팅을 적용하여 굴착한 후 하부에 커팅-스플리팅을 적용하여 굴착하며,
상기 각도(β)가 0˚ 미만인 경우에는 막장면이 수직이 되도록 굴착하는 것을 특징으로 하는, 암반의 커팅과 스플리팅을 이용한 무진동 터널굴착 방법. The method according to any one of claims 3 to 8,
When the angle β between the stratification and the tunnel traveling direction is 60 ° or more, the face and the cutting line form the angle β with respect to the tunnel traveling direction, respectively.
When the angle β is more than 30˚ and less than 60˚, the membrane surface is divided into upper and lower portions and is excavated in a stepwise manner. After cutting and applying the cutting-splitting from the upper side, the cutting-split is applied to the lower portion. Excavation,
When the angle (β) is less than 0 °, excavation so that the face is vertical, rock-free tunnel excavation method using the cutting and splitting of the rock.

제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
터널 외곽을 커팅하는 단계;를 더 포함하고,
터널 외곽의 커팅은 터널 외곽의 곡률 반경(R)과 동일한 곡률 반경(R)을 갖는 커터(30)에 의해서 이루어지되, 커터(30)가 터널 바깥을 향해서 15˚ ~ 20˚로 경사진 상태에서 커팅이 이루어지는 것을 특징으로 하는, 암반의 커팅과 스플리팅을 이용한 무진동 터널굴착 방법. The method according to any one of claims 1 to 8,
Cutting the outer periphery of the tunnel;
Cutting outside the tunnel is made by a cutter 30 having a radius of curvature R equal to the radius of curvature R of the tunnel, while the cutter 30 is inclined at an angle of 15 ° to 20 ° toward the outside of the tunnel. Vibration-free tunnel excavation method using the cutting and splitting of the rock, characterized in that the cutting is made.

적어도 두 개의 자유면(F1)(F2)을 갖는 암반 사면을 무진동 굴착하는 방법으로서,
(e1) 층리와 교차되는 방향으로 제1 자유면(F1)을 커팅하여 블록(BL4)을 형성하는 단계; 및,
(e2) 블록(BL4)을 스플리팅으로 순차적으로 제거하는 단계;를 포함하며,
상기 스플리팅은 커팅으로 형성된 커팅홈(62) 또는 층리 사이에 쐐기(40)를 삽입한 상태에서 쐐기(40)를 타격하거나 벌어지게 하여 블록(BL4)의 하부에 인장 파괴를 발생시켜서 이루어지고,
상기 (e1) 단계에서, 커팅은 주향 방향으로 이루어지며,
상기 (e2) 단계에서, 스플리팅은 제2 자유면(F2)과 가까운 블록(BL4)부터 제거하는 것을 특징으로 하는, 암반의 커팅과 스플리팅을 이용한 무진동 사면 굴착 방법. A method of vibration-free drilling a rock slope having at least two free surfaces F1 and F2,
(e1) forming the block BL4 by cutting the first free surface F1 in a direction intersecting with the stratification; And,
(e2) sequentially removing the blocks BL4 by splitting;
The splitting is performed by generating a tensile failure in the lower portion of the block BL4 by hitting or opening the wedge 40 in a state where the wedge 40 is inserted between the cutting grooves 62 or the stratification formed by cutting. ,
In the step (e1), the cutting is made in the main direction,
In the step (e2), the splitting is removed from the block (BL4) close to the second free surface (F2), the vibration-free slope excavation method using the cutting and splitting of the rock.

제1항 내지 제8항 및 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
쐐기(40)의 하단부는 5˚~10˚의 각도(A)를 갖되, 쐐기(40)의 폭(wc)과 길이(CL)는 아래의 식 3을 만족하고,
커팅홈(61)(62)의 깊이(d)와 블록(BL)의 폭(w)과 길이(s)는 아래의 식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는, 암반의 커팅과 스플리팅을 이용한 무진동 사면 굴착 방법.
[식 3]
0.8d ≤ CL ≤ 1.2d
0.8w ≤ wc ≤ 0.9w
[식 4]

,

위의 식 3, 4에서,
CL : 쐐기의 길이
wc : 쐐기의 폭
d : 커팅홈의 깊이
w : 쐐기가 삽입되는 방향의 블록 모서리의 길이
s : 쐐기가 삽입되는 방향과 수직되는 방향의 블록 모서리의 길이 The method according to any one of claims 1 to 8 and 11,
The lower end of the wedge 40 has an angle A of 5 ° to 10 °, but the width wc and the length CL of the wedge 40 satisfy the following Equation 3,
The depth d of the cutting grooves 61 and 62 and the width w and the length s of the block BL satisfy the following Equation 4, using rock cutting and splitting. Vibration-free slope excavation method.
[Equation 3]
0.8d ≤ CL ≤ 1.2d
0.8w ≤ wc ≤ 0.9w
[Equation 4]

,

In equations 3 and 4 above,
CL: length of wedge
wc: width of the wedge
d: depth of cutting groove
w: length of the edge of the block in the direction in which the wedge is inserted
s: length of the edge of the block in the direction perpendicular to the direction in which the wedge is inserted