WO2013105725A1 - 고 에너지 압착형 록볼트 - Google Patents

고 에너지 압착형 록볼트 Download PDF

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WO2013105725A1
WO2013105725A1 PCT/KR2012/009562 KR2012009562W WO2013105725A1 WO 2013105725 A1 WO2013105725 A1 WO 2013105725A1 KR 2012009562 W KR2012009562 W KR 2012009562W WO 2013105725 A1 WO2013105725 A1 WO 2013105725A1
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WO
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rock bolt
pipe
bending
compression type
bending pipe
Prior art date
Application number
PCT/KR2012/009562
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English (en)
French (fr)
Inventor
정윤영
조상호
Original Assignee
주식회사 에스오씨엔지니어링
전북대학교산학협력단
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.)
Filing date
Publication date
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/002—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection using explosives charges
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
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    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D21/00—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection
    • E21D21/0026—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts
    • E21D21/0033—Anchoring-bolts for roof, floor in galleries or longwall working, or shaft-lining protection characterised by constructional features of the bolts having a jacket or outer tube

Definitions

  • the present invention relates to a high energy compression type rock bolt, and more particularly, to a high energy compression type rock bolt capable of instant installation without additional devices using a high energy internal reactant and generating immediate support force after installation. It is about.
  • rock bolts are installed to disperse the concentrated stress of the rock having a dynamic discontinuous surface, thereby preventing rock collapse and enhancing stability.
  • Swellex rock bolt has the advantage of easy installation because the compressed pipe is expanded by making the high pressure water pressure compressed by the compressor into the omega shape.
  • the swellex rock bolt has to be constructed by connecting a compressor (compressor) for generating water pressure with a pipe, the compressor driving and connection time takes a lot of trouble and hassle.
  • the inherent omega shape can cause excessive fatigue loads in pipe processing and may cause problems in pipe durability depending on the manufacturer's processing capacity.
  • the purpose of the present invention for solving the above problems of the prior art is to secure a high-energy compression type rock bolt that not only secures immediate support after installation, but also requires no equipment other than rock bolts, which shortens the construction period and reduces construction costs. To provide.
  • the high energy compression type rock bolt of the present invention has a mounting space formed therein, a bending pipe bent inward at equal intervals, a protective cap connected to one end of the bending pipe, installed in the mounting space, and dynamic expandability
  • a solid expansion unit having a solid powder, a rock bolt coupling connected to the other end of the bending pipe, and a trigger connected to the solid powder through the rock bolt coupling, when detonated by the trigger; As the solid powder reacts instantaneously, the bending pipe is recovered into a circular pipe, and the diameter of the bending pipe is expanded to cause an effect of being pressed onto the perforated surface.
  • the bending pipe has at least three bending parts at equal intervals by press working or cold rolling.
  • the solid expansion unit is configured to be fixed by the inner surfaces of the at least three bending parts.
  • the smallest inner diameter of the bending pipe is preferably at least 12 mm.
  • the rock bolt coupling is formed integrally with the bending pipe, and may be configured to include a handle part, a cover part, and a connection pipe part.
  • the high energy compression type rock bolt of the present invention does not need other accessory equipment such as a compressor and a hose other than the rock bolt because the diameter is expanded by the pressure due to its expansion force, thereby reducing the installation time and cost.
  • the high-energy crimped rock bolt of the present invention can be fixed immediately after mounting the rock bolt in the drilling only by the triggering, it is possible to secure a fast bearing capacity after fixing, the construction time is reduced There is this.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a high energy compression type rock bolt according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the high energy compression type rock bolt shown in FIG.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view taken along line IV-IV of FIG. 1
  • FIG. 3B is a cross-sectional view as shown in FIG. 3A or another embodiment of a bending pipe 30 'for bending five places;
  • FIG. 4 is a schematic view of a tunnel drilled through a perforation
  • FIG. 5 is a view for explaining a process of mounting the high energy compression type rock bolt shown in FIG.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the shape after the high energy compression type rock bolt of FIG. 1 is expanded;
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VIII-VIII of FIG. 6.
  • first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • the high energy compression type rock bolt 10 according to an embodiment of the present invention, the bending pipe 30, the protective cap 34, rock bolt coupling 20, solid Expansion unit (13), trigger (22).
  • the bending pipe 30 is obtained by pressing or drawing a galvanized steel pipe, and as shown in FIG. 3A, the pipe is formed by bending or rolling drawing at equal intervals of 90 degrees in four directions, and the four bending parts. As the 36 is bent into the inside of the pipe, some microcracks occur at the edge portions 11 and 61. Zinc plating has the effect of suppressing the corrosion of the pipe.
  • the distance between the opposite inner edges determines the diameter of the mounting space 51, and the distance D3 between the inner edges 61 is machined to have an inner diameter of 12 mm or more so that the solid expansion unit 13 of at least 12 mm can be mounted. .
  • the bending part 36 is preferably bent at four locations at intervals of 90 degrees, or bent at five locations at 72 degree intervals. Because when bending four or five places at equal intervals as shown in Figs. 3a and 3b, the diameter decreases by about 10% -12% from the diameter of the original pipe, and the diameter is suitable for insertion into the perforation 16 and the dynamic This is because after expansion, it can return to its original diameter and can be pressed against the perforation appropriately.
  • the perforation may be 40 mm in internal diameter or 45 mm in internal diameter. For example, when the inner diameter of the perforation is 40 mm, as shown in FIG.
  • FIG. 3A when a pipe having an outer diameter of 42 mm is bent at 90 degree intervals, the outer diameter D2 is 38 mm. Since the inner diameter D1 of the punched hole 16 (see FIG. 4) is 40 mm, it is easy to insert a pipe having an outer diameter of 38 mm into the punched hole 16, and the low-expansion of the solid expansion unit 13 is achieved. After induction of the dynamic reaction, the original outer diameter is increased to 42 mm, which is about 2 mm larger than the inner diameter D1 of the perforation 16, so as to be properly compressed to the perforated surface 15.
  • Figure 3b is another embodiment of the bending pipe (30 ') to bend five places when the inner diameter of the perforation is punched to 45mm.
  • the pipe 30 ′ having an outer diameter of 48 mm is processed at a 72 degree interval as shown in FIG. 3B, the pipe 30 ′ is close to an outer diameter of 42 mm.
  • the blasting bit (bending pipe) of the tunnel is applied to the drilling hole (see FIG. 4)
  • the inner diameter of the drilling hole is drilled to 45 mm, so that it is easy to insert a pipe having an outer diameter of 42 mm into the drilling hole 16.
  • the original expansion diameter is increased to 47 to 48 mm, which is about 2 mm larger than the inner diameter of the perforation 16, and thus is properly compressed to the perforated surface 15. do.
  • 3a and 3b are different in the shape of the point or the round shape of the cross-section, which is because the pipe processing method is different and this processing method is already known technology, detailed description thereof will be omitted.
  • the solid expansion unit installed inside the bending pipe 30 ′ is omitted for convenience of description.
  • the protective cap 34 is connected to one end of the bending pipe 30.
  • the protective cap 34 is very small in diameter compared to the bending pipe 30. Therefore, there is a reducing portion 32 which gradually decreases the diameter of the bending pipe 30, and is fixedly coupled thereto.
  • the protective cap 34 protects the solid expansion unit 13 mounted inside the bending pipe 30 and makes it easier to insert the lock bolt 10 into the drilling hole 16.
  • the lock bolt coupling 20 includes a handle part 24, a cover part 26, and a connection pipe part 28.
  • the handle portion 24 is a portion that the user grasps when the lock bolt 10 is inserted into the perforation 16
  • the cover portion 26 is a portion covering the perforation 16
  • the connection pipe portion 28 is
  • the inner pipe coupled with the bending pipe 30 is an empty pipe.
  • Rock bolt coupling 20 is preferably configured integrally with the bending pipe (30). That is, the connection pipe portion 28 and the bending pipe 30 is preferably made of one body.
  • the solid expansion unit 13 is a unit containing the dynamic expandable solid powder 40 in a predetermined density inside the tube 38.
  • the solid powder 40 is a low-expansion dynamic expandable solid powder.
  • the solid expansion unit 13 is connected to the trigger 22, and may use various oxidative solid powders 40, but it is most appropriate to use a Nonex solidified chemical cartridge sold as a ready-made product as a result of the experiment. I knew that. Solidified chemical cartridges sold under the Nonex trademark are currently used for rock crushing. However, when using 12mm, 13mm, and 28mm cartridges, pressures of about 300 bar or more are instantaneously generated and four bends are formed. It has been found that the most suitable pressure is exerted to expand the bending pipe 30 with the instantaneously into its original state.
  • one end of the trigger 22 protrudes to one side of the handle 24, and the other end of the trigger 22 is connected to the dynamically expandable solid powder 40.
  • FIG. 4 shows a tunnel 12 through which the rail rail 18 passes, and a plurality of perforations 16 are formed on one sidewall of the tunnel 12.
  • the perforations 16 are installed not only on the side wall but also on the top wall and are evenly mounted on all surfaces in the tunnel 12 where stress dispersion is required.
  • FIG. 5 is a view illustrating a state in which one rock bolt 10 is mounted in one punched hole 16 by the above-described embodiment, and a protective cap 34 is inserted into a hole and the bending pipe 30 is clothed. Mount deep enough to fully insert into the cavity 16.
  • the dynamic expandable solid powder 40 of the solid expansion unit 13 When triggered in response to the electric primer or other type of initiator acting as the trigger 22 in the mounted state as shown in Figure 5, the dynamic expandable solid powder 40 of the solid expansion unit 13 causes an intrinsic dynamic expansion reaction
  • the solid powder 40 generates a harmless gas while generating an internal pressure of 300 bar or more in an instant (pressure in the direction of the arrow in FIG. 7).
  • 6 and 7 expands to the shape having the original pipe diameter D4 by the internal pressure, compresses to the perforated surface 15 (FIG. 3A), supports the ground, and transmits a shear force to the tunnel wall to stress Disperse
  • the high energy compression type rock bolt 10 according to the embodiment of the present invention described above has an advantage of significantly shortening air than the rock bolt of the prior art.
  • the construction period can be considerably shorter than that of Swellex rock bolts equipped with rock bolts, connecting with compressors, and operating compressors to transmit pressure.
  • good supporting force can be ensured, and the function of the rock bolt is fully exhibited.
  • the high energy compression type rock bolt of the present invention can be widely used in the construction and civil engineering fields, such as being used as a support used for rock in tunnel construction.

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Abstract

고 에너지 압착 형 록볼트가 개시된다. 개시된 고 에너지 압착 형 록볼트는, 내부에 장착공간이 형성되며, 등 간격으로 내부로 굽어진 굽힘가공파이프, 상기 굽힘가공파이프의 일 단부에 연결된 보호캡, 상기 장착공간에 설치되며, 동적팽창성 고체분말을 구비한 고체팽창유닛, 상기 굽힘가공파이프의 타 단부에 연결된 록볼트커플링 및, 상기 록볼트커플링을 관통하여 상기 고체분말에 연결된 트리거를 포함하며, 상기 트리거에 의해 기폭되면, 상기 고체분말이 순간적으로 반응하여 상기 굽힘가공파이프가 원형 파이프로 회복되면서 상기 굽힘가공파이프의 직경을 확장시키는 것을 특징으로 한다.

Description

고 에너지 압착형 록볼트
본 발명은 고 에너지 압착형 록볼트에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 고 에너지의 내부 반응물을 이용하여 부가적인 장치없이 즉각적인 설치가 가능하고 설치 후 즉각적인 지지력을 발생시킬 수 있는 고 에너지 압착형 록볼트에 대한 것이다.
일반적으로 터널 공사 시에 암반을 굴착한 후에는 암반의 균열, 절리 등의 변형이 발생되므로 록볼트를 설치하여 역학적인 불연속면을 갖는 암반의 집중응력을 분산시킴으로써 암반의 붕괴를 막고 안정성을 강화시킨다.
종래기술의 록볼트는, 등록특허 제10-0450636호, 제 10-0896963호, 제10-0515251호, 제 10-0479955호, 제10-0524316호에 개시되어 있다. 종래기술의 록볼트를 정착시킨 후 시멘트 모르타르를 주입하는 방법이 대부분이고 이러한 록볼트는 모르타르가 구멍 밖으로 흘러내리는 등 시공 절차가 복잡하고 시간과 비용이 많이 드는 단점이 있어 현재는 사용을 기피하고 있는 실정이다.
최근에는 시공절차가 간단하고 모르타르 주입이 필요 없는 스웰렉스 록볼트(swellex rock bolt)를 많이 이용한다. 스웰렉스 록볼트(swellex rock bolt)는 오메가 형상으로 압축된 파이프를 압축기로 압축된 고압의 수압을 만들어서 압축된 파이프를 확장시키기 때문에 시공이 간편한 장점이 있다. 그러나, 스웰렉스 록볼트(swellex rock bolt)는 수압을 발생시키기 위한 압축기(compressor)를 파이프와 연결하여 시공해야 하기 때문에 압축기 구동 및 연결 시간이 많이 소요되고 번거로운 문제점이 있었다. 또한 고유의 오메가 형상으로 파이프 가공 시 과도한 피로하중을 유발할 수 있고 생산업체 가공능력에 따라 파이프 내구성에 문제를 야기할 수 있다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 설치 후 즉각적인 지지력을 확보할 뿐 아니라 록볼트 외에 다른 장비가 필요 없어 공사기간이 단축되고 공사비용이 절감되는 고 에너지 압착형 록볼트를 제공하는 데 있다.
본 발명의 고 에너지 압착 형 록볼트는, 내부에 장착공간이 형성되며, 등 간격으로 내부로 굽어진 굽힘가공파이프, 상기 굽힘가공파이프의 일 단부에 연결된 보호캡, 상기 장착공간에 설치되며 동적 팽창성 고체분말을 구비한 고체팽창유닛, 상기 굽힘가공파이프의 타 단부에 연결된 록볼트커플링 및, 상기 록볼트커플링을 관통하여 상기 고체분말에 연결된 트리거를 포함하며, 상기 트리거에 의해 기폭되면, 상기 고체분말이 순간적으로 반응하여 상기 굽힘가공파이프가 원형 파이프로 회복되면서 상기 굽힘가공파이프의 직경이 확장되어 천공면에 압착되는 효과를 유발하는 것을 특징으로 한다.
상기 굽힘가공파이프는 프레스 가공 또는 냉간압연가공에 의해 등 간격으로 적어도 3개의 굽힘가공부를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 고체팽창유닛은, 상기 적어도 3개의 굽힘가공부 내면에 의해 고정되도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 굽힘가공파이프의 가장 작은 내경은 적어도 12mm이상인 것이 바람직하다.
상기 록볼트커플링는, 상기 굽힘가공파이프와 일체로 형성되어 있으며, 손잡이부, 덮개부 및 연결관부를 포함하도록 구성할 수 있다.
본 발명의 고 에너지 압착형 록볼트는, 자체 팽창력에 의한 압력으로 직경이 확장되기 때문에 록볼트 외에 압축기 및 호스 등 다른 부속적인 장비들이 필요하지 않아 설치시간 및 비용이 줄어든다.
또한, 본 발명의 고 에너지 압착형 록볼트는 천공공에 록볼트만 장착한 후 트리거에 의한 기폭만으로 순식간에 록볼트의 정착이 가능하므로, 정착 후 신속한 지지력 확보가 가능하고, 시공시간이 줄어드는 장점이 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 에너지 압착형 록볼트를 도시한 사시도,
도 2는, 도 1에 도시된 고 에너지 압착형 록볼트의 횡단면도,
도 3a는, 도 1의 Ⅳ-Ⅳ선으로 절단한 단면도, 도 3b는 도 3a와 같은 단면도이나 5군데를 굽힘가공하는 굽힘가공파이프(30')의 다른 실시예,
도 4는, 천공공을 뚫어 놓은 터널의 개략도,
도 5는, 도 4의 천공공에 도 1에 도시된 고 에너지 압착형 록볼트를 장착하는 과정을 설명하기 위한 도면,
도 6은, 도 1의 고 에너지 압착형 록볼트가 팽창한 후의 형상을 도시한 사시도,
도 7은, 도 6의 Ⅶ-Ⅶ라인을 따라 절단한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등 물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소로 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 에너지 압착형 록볼트(10)는, 굽힘가공파이프(30), 보호캡(34), 록볼트 커플링(20), 고체팽창유닛(13), 트리거(22)를 포함한다.
굽힘가공파이프(30)는, 아연도금 강판 파이프를 프레스 또는 인발가공한 것으로서, 도 3a와 같이, 파이프를 4개의 방향에서 90도의 등 간격으로 굽힘가공 또는 압연인발으로 하여 제작하며, 4개의 굽힘가공부(36)가 파이프의 내부로 굽어지면서 모서리 부분(11,61)에서 약간의 미세균열이 생긴다. 아연도금은 파이프의 부식을 억제하는 효과가 있다. 마주하는 내측 모서리 간의 거리가 장착공간(51)의 직경을 결정하며, 적어도 12mm의 고체팽창유닛(13)이 장착될 수 있도록 내측 모서리(61) 간의 거리(D3)는 12mm이상의 내경을 갖도록 가공된다. 실험결과 굽힘가공부(36)는 90도 간격으로 4군데를 굽힘가공하거나, 또는 72도 간격으로 5군데를 굽힘가공하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 4군데나 5군데를 등 간격으로 도 3a 및 도 3b와 같이 굽힘가공할 경우 원래 파이프의 직경 보다 약 10%-12%의 직경감소를 가져와 천공공(16)에 삽입하기 적당한 직경이 되고 동적팽창 후에는 원래의 직경으로 돌아와 천공공에 적절하게 압착시킬 수 있기 때문이다. 천공공은 내경이 40mm인 경우가 있고 45mm인 경우가 있다. 예를 들어 천공공의 내경이 40mm인 경우에는, 도 3a와 같이 42mm의 외경을 갖는 파이프를 90도 간격으로 굽힘가공하면 38mm의 외경(D2)이 된다. 천공공(16, 도 4 참조)의 내경(D1)이 40mm이므로 38mm의 외경을 갖는 파이프를 천공공(16)에 삽입하는 것이 용이하며, 고체팽창유닛(13)의 저폭속(低瀑涑) 동적반응 유발 후 원래의 외경 42mm로 늘어나서 천공공(16)의 내경(D1) 보다 약 2mm가 더 커져 천공면(15)에 적절하게 압착된다. 또한, 도 3b는 5군데를 굽힘가공하는 굽힘가공파이프(30')의 다른 실시예로서 천공공의 내경이 45mm로 천공한 경우이다. 48mm의 외경을 갖는 파이프(30')를 72도 간격으로 도 3b와 같이 가공하면 42mm의 외경에 근접하게 된다. 통상적으로 터널의 발파공 비트(굽힘가공파이프)를 천공공(도 4 참조)에 적용할 경우에는 천공공의 내경을 45mm로 천공하므로 42mm의 외경을 갖는 파이프를 천공공(16)에 삽입하는 것은 용이하며, 고체팽창유닛(13)의 저폭속(低瀑涑) 동적반응 유발 후 원래의 외경 47~48mm로 늘어나서 천공공(16)의 내경 보다 약 2mm가 더 커져 천공면(15)에 적절하게 압착된다. 도 3a와 도 3b는 단면의 모양이 뽀족하거나 라운드 형태로서 서로 다른데, 이는 파이프 가공방법이 다르기 때문이고 이러한 가공방법은 이미 공지된 기술이므로 자세한 설명을 생략한다. 또한 도3b에서는 설명의 편의를 위해 굽힘가공파이프(30') 내부에 설치된 고체팽창유닛은 생략하고 도시하였다.
보호캡(34)은, 도 1 및 도 2를 참조하면, 굽힘가공파이프(30)의 일 단부에 연결된다. 보호캡(34)은 직경이 굽힘가공파이프(30)에 비하여 매우 작다. 따라서, 굽힘가공파이프(30)의 직경이 서서히 줄어드는 감경부(32)가 있고, 이에 고정 결합된다. 보호캡(34)은 굽힘가공파이프(30)의 내부에 장착된 고체팽창유닛(13)을 보호하고, 천공공(16)에 록볼트(10)의 삽입을 보다 용이하게 한다.
록볼트 커플링(20)는, 도 1 및 도 2를 참조하면, 손잡이부(24)와, 덮개부(26) 및 연결관부(28)로 구성된다. 손잡이부(24)는 사용자가 록볼트(10)를 천공공(16)에 삽입할 때 잡는 부분이고, 덮개부(26)는 천공공(16)을 커버하는 부분이고, 연결관부(28)는 굽힘가공파이프(30)와 결합되는 내부가 비어있는 파이프이다. 록볼트커플링(20)는 굽힘가공파이프(30)와 일체로 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 연결관부(28)와 굽힘가공파이프(30)는 하나의 몸체로 이루어진 것이 바람직하다.
고체팽창유닛(13)은, 도 1 내지 도 3b를 참조하면, 튜브(38) 내부에 동적팽창성 고체분말(40)을 일정 밀도로 함유한 유닛이다. 고체분말(40)은 저폭속(低瀑涑)의 동적팽창성 고체분말이다. 고체팽창유닛(13)은 트리거(22)와 연결되어 있으며, 다양한 산화성 고체분말(40)을 사용할 수 있으나, 실험결과 기성품으로 판매되고 있는 노넥스(Nonex) 고체화공약품 카트리지를 사용하는 것이 가장 적절하다는 것을 알았다. 노넥스 상표로 판매되고 있는 고체화공약품 카트리지는 현재 암반의 파쇄공법에 이용되고 있으나, 실험결과, 12mm, 13mm, 28mm 카트리지를 사용할 경우 순간적으로 약 300bar 이상의 압력이 발생되고 4개의 굽힘가공부(36)를 구비한 굽힘가공파이프(30)를 원상태로 순간적으로 확관시키는 데 가장 적절한 압력을 발휘한다는 것을 알았다.
트리거(22)는 도 2와 같이, 일 단이 손잡이(24)의 일 측으로 돌출되고, 타 단은 동적팽창성 고체분말(40)에 연결되어 있다.
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 고 에너지 압착형 록볼트(10)가 터널의 천공공(16)에 장착되고, 설치과정에 대하여 설명한다.
도 4는 철로 레일(18)이 통과하는 터널(12)을 도시한 도면으로서, 터널(12)의 일 측벽에 다수 개의 천공공(16)이 형성되어 있다. 천공공(16)은 측 벽 뿐 만 아니라 상벽에도 설치되며 응력분산이 필요한 터널(12) 내의 모든 면에 골고루 장착된다. 도 5는 상술한 실시 예로써 하나의 록볼트(10)가 하나의 천공공(16)에 장착된 상태를 도시한 도면으로서, 보호캡(34)을 구멍에 넣고 굽힘가공파이프(30)가 천공공(16)에 완전히 삽입되도록 충분히 깊게 장착한다.
도 5와 같이 장착된 상태에서 트리거(22)로 작용하는 전기뇌관 또는 다른 형태의 기폭제에 반응을 유발하면, 고체팽창유닛(13)의 동적팽창성 고체분말(40)이 고유의 동적 팽창 반응을 일으키고, 고체분말(40)은 순식간에 300bar 이상의 내부압력을 발생시키면서 무해한 가스를 발생시킨다(도 7의 화살표 방향의 압력). 내부압력에 의해 도 6 및 도 7의 도면과 같이 원래의 파이프 직경(D4)을 갖는 형상으로 팽창하면서 천공면(15,도 3a)에 압착되어 지반을 받쳐주고 터널 벽에 전단력을 전달하여 응력을 분산시킨다.
상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 고 에너지 압착형 록볼트(10)는, 종래기술의 록볼트 보다 공기를 획기적으로 단축시킬 수 있는 장점이 있다. 모르타르를 주입하고 정착시간이 필요한 종래기술의 록볼트 뿐만 아니라 록볼트를 장착하고 압축기와 연결하고 압축기를 가동하여 압력을 전달시키는 스웰렉스 록볼트 보다도 공사기간을 상당히 단축시킬 수 있다. 또한, 풍화암 이상의 암반에서도 양호한 지지력을 확보할 수 있고 록볼트의 기능을 충분히 발휘한다.
출원인의 실험결과, 종래기술의 록볼트를 하나 설치하는 데 소요되는 시간을 비교하면 다음과 같다.
표 1
작업내용 종래의 록볼트1(모르타르 충진) 종래의 록볼트2(스웰렉스 록볼트) 본 발명의 록볼트 비교
설치준비 10분 10분 8분 2분 단축
천공시간 7분 7분 7분 동일
공내청소 1분 1분 1분 동일
설치 1. 충진(2분)2. 정착(2분) 삽입, 압축기연결 및 압력전달(3분) 삽입 및 방전(1분) 3분 또는 2분 단축
이동 및 기타 15분 15분 15분 동일
계 37분 36분 32분 4~5분 단축
위 [표 1]에서 확인할 수 있는 바와 같이, 록볼트 하나를 설치하고 다른 록볼트를 설치하기 위해 이동하는 시간을 비교할 때 종래기술1과의 비교에서 설치시간에서 총 5분, 종래기술2와는 총 4분이 단축되는 것을 알 수 있다.
따라서, 종래기술1의 록볼트 대비, 두 막장(2m) 록볼트를 설치할 경우 록볼트 설치 개수를 30개로 가정할 때 5분 Ⅹ 30공 = 150(2.5시간)분 단축된다. 만약 1km의 터널에 설치한다고 가정하면, 총 1250 시간이 단축된다(150분/2m Ⅹ 500m = 1250 시간). 1250 시간을 하루 24시간으로 나누면 약 52일이며, 52일의 작업이 절약되면 약 40번의 터널굴진 비용이 절약된다. 1회의 터널굴진 비용은 약 1,200만원이므로, 1km 터널을 본 발명의 록볼트로 설치할 경우 약 4억 8000만원 이상의 절감효과가 나온다는 것을 알 수 있다(40회 Ⅹ 1,200만원 = 4억8000만원). 이와 같이 종래기술2의 록볼트와 비교하면 41일의 작업시간이 단축되고 32번의 터널굴진비용이 절감되어 약 3억 8000만원 이상의 절감효과가 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정 가능함을 당 업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등 물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
본 발명의 고 에너지 압착형 록볼트는, 터널 공사 등에서 암반에 사용되는 지보로 사용되는 등 건설 및 토목공사분야에 널리 이용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 내부에 장착공간이 형성되며, 등 간격으로 내부로 굽어진 굽힘가공파이프;
    상기 굽힘가공파이프의 일 단부에 연결된 보호캡;
    상기 장착공간에 설치되며, 동적 팽창성 고체분말을 구비한 고체팽창유닛;
    상기 굽힘가공파이프의 타 단부에 연결된 록볼트커플링; 및,
    상기 록볼트커플링을 관통하여 상기 고체분말에 연결된 트리거;를 포함하며,
    상기 트리거에 의해 기폭되면, 상기 고체분말이 순간적으로 반응하여 상기 굽힘가공파이프가 원형 파이프로 회복되면서 상기 굽힘가공파이프의 직경을 확장시키는 것을 특징으로 하는 고 에너지 압착 형 록볼트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 굽힘가공파이프는 프레스 가공 또는 냉간압연가공에 의해 등 간격으로 적어도 3개의 굽힘가공부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 압착 형 록볼트.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 고체팽창유닛은,
    상기 적어도 3개의 굽힘가공부 내면에 의해 고정된 것을 특징으로 하는 고 에너지 압착 형 록볼트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 굽힘가공파이프의 가장 작은 내경은 적어도 12mm이상인 것을 특징으로 하는 고 에너지 압착 형 록볼트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 록볼트커플링은, 상기 굽힘가공파이프와 일체로 형성되어 있으며, 손잡이부, 덮개부 및 연결관부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 압착 형 록볼트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 굽힘가공파이프는 프레스 가공에 의해 등 간격으로 5개의 굽힘가공부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고 에너지 압착 형 록볼트.
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