KR100418378B1 - 터널형성용 터널구조물 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널형성용 터널구조물 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본격적인 터널굴착을 하기 전에 터널을 시공하고자 하는 산악지역이나 지하철설치 지역 등의 지반에 알맞은 특수한 방법으로 견고한 터널구조물을 설치하여 터널구조물이 외부응력을 충분히 견디도록 함으로써 터널굴착이 안전하면서도 손쉽고 빠르게 이루어지도록 하여 공사기간을 단축하도록 함은 물론, 인력과 장비 그리고 자재 등의 소요를 현저하게 감소시켜 경제적으로도 도움을 주도록 하여 무엇보다 터널공사중이거나 터널완공 후 안전한 터널을 오래도록 지탱할 수 있게 하는 터널형성용 구조물을 형성하기 위한 것이다.

상기와 같은 본 발명은 터널을 시공하는데 사용되는 터널형성용 구조물을 형성함에 있어서,

터널을 시공하고자 하는 지형이 상층의 토피가 얇고 토사 및 절리가 발달된 파쇄대가 산재해 있어 공지된 일반적인 공법으로 터널을 형성하기가 어려울 경우, 터널시공전에 터널을 시공하고자 하는 위치의 상층에서 하측으로 콘크리트경화재(40a)와 절삭수(31)와 에어(32)를 동시에 주입할 수 있는 삼중관으로된 천공로드(30)를 이용하여 수직으로 소정깊이만큼 천공한 후, 상측으로 인발하면서 고압의 절삭수(31)로 절삭함과 동시에 에어(32)로 에어코팅층(32a)을 형성하면서 콘크리트경화재(40a)를 강제로 주입하고 양생시켜서,

다수의 콘크리트경화체(40)를 지중에 수직으로 보강형성하여 터널주변을 개량하여서 터널작업이 안전하고 용이하도록 이루어지는 터널형성용 터널구조물 시공방법임을 그 특징으로 한다.

Description

터널형성용 터널구조물 시공방법{Tunnel formation tunnel structure form of construction work}

본 발명은 터널형성용 터널구조물 시공방법에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 본격적인 터널굴착을 하기 전에 터널을 시공하고자 하는 산악지역이나 지하철설치 지역 등의 지반에 알맞은 특수한 방법으로 사전에 견고한 터널구조물을 설치하여 터널구조물이 외부응력을 충분히 견디도록 함으로써 터널굴착이 안전하면서도 손쉽고 빠르게 이루어지도록 하여 공사기간을 단축하도록 함은 물론, 인력과 장비 그리고 자재 등의 소요를 현저하게 감소시켜 경제적으로도 도움을 주도록 하여 무엇보다 터널공사중이거나 터널완공 후 안전한 터널을 오래도록 지탱할 수 있게 하는 터널형성용 구조물을 형성하기 위한 것으로,

주로 터널을 시공하고자 하는 지형이 상층의 토피가 얇고 토사 및 절리가 발달된 파쇄대가 산재해 있어서 공지된 일반적인 공법으로 터널을 형성하기가 어려울 경우에 사용되는 시공방법이다.

일반적으로 터널을 형성하기 위해서는 반드시 터널외부로부터 발생하는 응력에 견딜 수 있도록 터널구조물이 설치되는바, 이와 같은 터널구조물을 설치하기 위한 종래의 터널구조물 설치방법의 일 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

종래에는 터널굴착을 위해 굴착될 터널의 윤곽을 따라 원형형태로 드릴링 작업을 통해 다수의 구멍을 천공하여, 그 후에 보강 재로서 작용하는 일 방향 밸브가 구성되어 있는 튜브를 삽입하고, 상기 튜브 내로 패커(packer)가 선단에 구비된 경화재주입로드를 삽입하여 패커가 강관 끝단에 오도록 한 다음, 상기 패커를 서서히 후퇴시키면서 튜브 내로 그라우트경화재를 주입하여 튜브에 형성된 일 방향밸브를 통해 그라우트경화재가 외부로 흘러나가 지중 내로 분사되도록 하여서, 분사된 그라우트재가 드릴링 작업에 의해 천공된 구멍에서 가장 멀리 떨어진 곳으로부터 가장 가까운 쪽으로 이동함으로써 토질을 석화시키는 작업을 수회 반복하여서 얻어진다.

이때 주입된 그라우트재와 절삭토가 서로 희석되어 배출되므로 토양 오염을 시키는 심각한 문제가 유발되었다.

또한 종래의 터널구조물 구조를 볼 것 같으면 모두 석화기둥이 각각 소정의 간격을 두고 띄엄띄엄 형성되어 있음은 물론 삽입된 파이프 속에서 밸브 작동이 원활하지 못하여 상층의 개량효과가 기대에 못 미쳤고 틈새 폭이 크고 넓기 때문에 보다 안정된 지반을 얻기가 어려우며, 상기 틈새로 지하수가 유출되어 차수 역할을 전혀 할 수 없는 관계로 터널굴착작업을 시행할 시 굴착도중에는 물론이고 굴착 후 가 시설공사 시에 지반 또는 암반 등이 붕괴하거나 낙반될 염려가 매우 높아서 항상 안전사고의 발생위험이 있었다.

이에 틈새를 없애기 위해서는 더욱 많은 수의 석화기둥을 형성하는 작업을 하여야 하거나, 또는 터널내부시설을 더욱 견고하게 하여야 하므로 많은 인력과 장비 및 자재가 소요되어 작업이 비능률적이고 비경제적이었으며, 터널구조물의 지구력의 취약점 때문에 항상 터널붕괴 및 안전사고의 발생위험으로부터 벗어날 수 가 없는 등의 여러 가지 문제점을 안고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 터널구조물 설치공법에서 발생하는 제반 문제점들을 해결하기 위해서 안출한 것으로, 터널을 시공하고자 하는 산악지역이나 지하철시공지역 등의 지반조건을 고려하여 개량체를 형성하고자 하는 부위에 토층을 절삭하며 이때 절삭되어 외부로 배출되는 절삭토를 시멘트고화재와 배합하여 콘크리트경화재를 만들어서 절삭된 지중에 재 충진하므로 개량체를 형성하도록 한 특수한 방법을 이용하여 터널주변에 소정깊이로 수직으로 균등한 개량경 및 균질한 개량체를 조성하여 터널형상과 일치하도록 원형형상의 견고하고 튼튼한 터널구조물을 시공설치 할 수 있는 시공방법을 제공하여서, 터널구조물이 외부응력을 충분히 견디도록 함은 물론, 배토된 절삭토를 다시 시멘트 고화재와 교반하여 재 주입함으로 환경오염을 방지 할 수 있도록 하고, 토사유출 및 차수 역활을 완벽하게 수행함으로써, 터널굴착이 안전하면서도 손쉽고 빠르게 이루어지도록 하여 공사기간을 단축하도록 함은 물론 인력과 장비 그리고 자재 등의 소요를 현저하게 감소시켜 경제적으로도 도움을 주도록 하였으며, 스라임을 재 사용함으로 환경 친화적이고 무엇보다도 터널완공 후 안전한 터널을 오래도록 지탱할 수 있도록 함에 그 목적을 둔 것이다.

도1은 본 발명의 일실시예로서 터널상측 지반에 수직으로 콘크리트경화체를 조성하여 터널굴착 지반을 개량하는 지반의 종단면의 구성상태 예시도.

도2는 본 발명의 요부인 콘크리트경화체 조성상태 예시도.

도3은 본 발명의 요부인 콘크리트경화체 조성완료상태 예시도.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명♣

30:천공로드 31:절삭수

32:에어 32a:에어커팅층

40:콘크리트경화체 40a:콘크리트경화재

50:응력재파이프 60:지반

61:절삭토 70:목재마개

L:거리

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 터널을 시공하고자 하는 지형이 상층의 토피가 얇고 토사 및 절리가 발달된 파쇄대가 산재해 있어서 공지된 일반적인 공법으로는 터널을 형성하기가 어려울 경우에 사용되는 터널형성용 터널구조물 시공방법에 관한 것으로서 이를 첨부도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 첨부도면 도1에 도시된 바와같이 터널을 시공하고자 하는 지형이 상층의 토피가 얇고 토사 및 절리가 발달된 파쇄대가 산재해 있어서 공지된 일반적인 공법으로는 터널을 형성하기가 어려울 경우에 먼저 터널을 시공하고자 하는 위치의 상층에서 다수의 콘크리트경화체를 수직으로 조성하여 터널주변을 개량함으로서 안정된 지반층을 얻은다음 터널을 굴착하도록 한 것이다.

이렇게 하기 위해서는 먼저 터널을 시공하고자 하는 위치의 상층으로부터 지반내의 소정깊이에 수직으로 입설된 형태의 콘크리트경화체(40)를 소정간격으로 순차적으로 형성하고 그 다음에는 기 시공완료 된 수직으로 입설된 형태의 콘크리트경화체(40)사이에 또 다른 콘크리트경화체(40')를 수직으로 순차적으로 입설시켜서, 콘크리트경화체(40)(40')가 서로 빈틈없이 맞물리도록 하여야 한다.

이와 같은 작업은 첨부도면 도2 내지 도3에 도시된 바와 같이 콘크리트경화재와 절삭수와 에어를 동시에 주입할 수 있는 삼중관으로된 천공로드(30)를 이용하여 지중에 소정깊이로 작업공을 천공하는 천공공정을 수행하고, 상기 천공공정에서 천공공정을 완료한 천공로드(30)를 인발하면서 고압의 에어(32)가 분사되어 이루는 에어통로 내부로 고압의 절삭수(31)를 분사함과 동시에 고압의 에어를 분사하여 에어커팅층(32a)을 형성하면서 절삭된 지중으로 콘크리트경화재(40a)를 강제 압입하여 충진 함으로서, 상기 절삭수(31)에 의하여 절삭된 절삭토(61)는 외부로 배토되면서 지중에는 콘크리트경화체(40)를 조성하는 콘크리트경화체조성공정을 수행하여서 이루어진다.

이때 사용되는 콘크리트경화재(40a)는, 지중으로 부터 배토되는 절삭토를 이수분리하여 시멘트고화재와 단단하게 반죽하여 주입하므로 개량체에서 유출되는 일이 없고, 마지막 마무리 단계에서는 일정거리(L) 만큼은 남겨둔 상태에서 절삭 수 공급을 중단한 상태에서 에어압을 서서히 감압 하다가 중지시켜서 작업을 완성한다.

상기한 공정을 수행시 에어커팅층형성용 에어(32)에 의해 에어커팅층(32a)이 형성되면서 상기 콘크리트경화재(40a)에 절삭토(61)가 침투하여 섞이는 것을 방지하며, 기 충진된 콘크리트경화재(40a)가 배출되는 것 또한 방지하게 된다.

상기와 같이 하여 지반(60) 절삭을 중지한 다음에는 천공로드(30)를 빼내는 작업을 수행하면 콘크리트경화재(40a)가 굳으면서 안정적인 콘크리트경화체(40)(40')를 얻을 수 있는 것이다.

이와같은 본 발명의 일실시예에 의해 완성된 터널구조물은 터널을 시공하고자 하는 지형이 상층의 토피가 얇고 토사 및 절리가 발달된 파쇄대가 산재해 있는 경우 먼저 터널굴착전에 시공하고자 하는 지반의 상층에서 다수의 콘크리트경화체(40)(40')를 수직으로 보강하여 이루어지는 터널형성용 터널구조물으로써, 본 발명의 공법에 의하여 개량강화된 지중에 터널굴착작업을 시행하게 되면, 터널구조물이 외부응력을 충분히 견디도록 선 시공되어 있으므로 토사유출 및 차수역활을 완벽하게 수행토록 함으로써, 터널굴착이 안전하면서도 경제적이며 손쉽고 빠르게 이루어진다.

상기와 같은 본 발명은 터널공사를 함에 있어서 미리 터널굴착을 시행하지 않고 공사전이나 공사중에라도 터널을 시공하고자 하는 지형이 상층의 토피가 얇고 토사 및 절리가 발달된 파쇄대가 산재해 있어서 공지된 일반적인 공법으로 터널을 형성하기가 어려울 경우에는, 터널을 시공위치의 상층에서 천공로드를 이용하여 소정깊이까지 수직으로 천공하고 고압수로 절삭하면서 콘크리트경화재를 강제로 주입하고 양생시켜 지중에 콘크리트경화체를 수직으로 보강설치하여서 터널주변을 개량하도록 하는 터널구조물시공방법을 사용하여 터널구조물을 선 시공함으로써,

터널굴착시 터널주변에 콘크리트경화체가 빈틈없이 수직으로 입설되어 있어서 지반이 안정되게 개량된 터널구조물이 외부응력을 충분히 견디도록 선 시공되어 있으므로 토사유출 및 차수역활을 완벽하게 수행함으로써, 터널굴착이 안전하면서도 경제적이며 손쉽고 빠르게 이루어짐은 물론,

콘크리트경화체를 얻기위한 콘크리트경화재 충진작업중에 지중에서 배토된 절삭토와 시멘트고화제를 외부에서 사용목적에 부합 되도록 배합하여 단단하게 반죽된 상태의 충진재를 압력을 가하여 주입하므로 충진된 콘크리트경화재가 유출되는 것을 사전에 억제시킬 수 있므므로 이와같이 하여 조성된 콘크리트경화체가 균등한 개량경을 확보하고 균질한 개량체로 형성되며, 저 강도부터 고 강도까지 임의로 설정하여 시멘트고화제를 알맞게 사용함으로서 시멘트고화제의 수요량을 현저히 줄일 수 있어 경제적이며, 기 주입된 콘크리트경화재와 이녕화된 절삭토 사이에 에어노즐에서 분사된 에어가 에어커팅층을 형성하므로 콘크리트경화재가 배출되는 일이 없어 스라임이 발생되지 않으므로서 환경친화적이고 경제적임은 물론, 콘크리트경화재에 절삭토와 섞이는 일이 없어 지반 내에서 더욱 강건하게 경화되도록 하여 지반이 더욱 튼튼하게 개량 강화된다.

따라서, 본 발명은 지반침하 및 누수로 인해 각종 터널이나 구축물 등이 붕괴위험으로부터 벗어나므로 터널굴착이 안전하면서도 손쉽고 빠르게 이루어지도록 하여 공사기간이 크게 단축되는 것은 물론, 인력과 장비, 자재 등의 소요가 현저하게 감소되어 경제적으로도 도움이 되며, 무엇보다도 터널완공후 안전한 터널을 오래도록 지탱할 수 있도록 하여 수명이 장구하게 되는 등의 여러가지 효과가 있는 매우 획기적인 발명이다.

Claims (1)

1. 터널을 시공하는데 사용되는 터널형성용 구조물을 형성함에 있어서,

   터널을 시공하고자 하는 지형이 상층의 토피가 얇고 토사 및 절리가 발달된 파쇄대가 산재해 있어 공지된 일반적인 공법으로 터널을 형성하기가 어려울 경우, 터널시공전에 터널을 시공하고자 하는 위치의 상층에서 하측으로 콘크리트경화재(40a)와 절삭수(31)와 에어(32)를 동시에 주입할 수 있는 삼중관으로된 천공로드(30)를 이용하여 수직으로 소정깊이만큼 천공한 후, 상측으로 인발하면서 고압의 절삭수(31)로 절삭함과 동시에 에어(32)로 에어코팅층(32a)을 형성하면서 콘크리트경화재(40a)를 강제로 주입하고 양생시켜서,

   다수의 콘크리트경화체(40)를 지중에 수직으로 보강형성하여 터널주변을 개량함을 특징으로 하는 터널형성용 터널구조물 시공방법.