KR100514303B1 - 터널 굴착 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 굴착 공법에 관한 것으로, 추진기지의 터파기를 하고 추진기지 내에 압력잭을 설치하는 단계와; 파이프 매설 경로를 따라 드릴로 파이롯트 홀을 시공하는 단계와; 매설 파이프의 전단에 파이프보다 지름이 작고 그 지름이 점진적으로 줄어드는 적어도 하나 이상의 유도관을 연결하고, 압력잭을 이용하여 유도관과 함께 매설 파이프를 차례로 파이롯드 홀을 따라 압입하며, 이때 파이프가 압입됨에 따라 유입되는 토사등의 지반 물질은 계속하여 밖으로 제거하는 단계로 구성된다. 매설 파이프의 압입을 위하여는 추진수단이 사용될 수 있으며, 유도관과 함께 매설파이프를 압입함에 있어 도달기지에서 연장된 유도수단에 의하여 그 경로를 유도 견인할 수도 있다.

이러한 구성의 터널 굴착 공법은 시공 경로를 따라 정확하고, 안전한 시공이 가능할 뿐 아니라, 시공 기간을 단축하고 모래나 자갈층 등의 지반에서도 시공이 가능한 장점이 있다.

Description

터널 굴착 공법 {Method for Digging a Tunnel}

본 발명은 터널 굴착 공법에 관한 것이다.

지하에 관을 매설하는 등의 경우에 있어 터널 형성을 위해 다수의 터널 굴착 공법과 굴착용 장비들이 사용되어 왔다.

최근에 자주 사용되는 공법중 하나로는 파이프 압입 굴착 공법이 있는데, 이는 터널 굴착 방향의 뒤쪽에서 압력잭 등을 이용하여 매설 파이프를 압입하고, 스크류나 그밖의 장비들을 이용해 파이프 내로 들어오는 토사 등을 파이프 외부로 제거해가며 굴착을 진행시켜 나가는 방식이다. 이 공법을 시행하기 위해서는, 터널이 시작되는 지점과 끝나는 지점에 각각 추진기지와 도달기지의 작업구 형성을 위해 터파기를 실시하고, 추진기지 내에 압력잭 등의 장비를 갖추어야 한다.

이 공법은 설치가 용이하고, 작업 과정이 단순한 장점이 있으나, 굴착 도중 진행 방향 변경이 거의 불가능하고, 토사를 배출하기 위해 사용되는 스크류의 작동으로 인한 편심력의 영향 등으로 인하여 굴착 방향의 정밀한 설정이 어려울 뿐 아니라 시공 기간이 상대적으로 길다는 단점이 있다. 또한 매설 파이프의 전단이 지반에 오픈되어 있어 연약지반이거나 지하수 등을 동반한 지반인 경우 지반이 무너져 내릴 위험이 크다.

파이프 압입 공법을 응용하여 곡선의 터널을 형성할 수 있는 변형 공법들이 연구되어 왔다. 이 중 H.J.S (Head Jacking Shield) 공법이라는 것이 사용되고 있다. 이는 방향 변경이 가능하고 위치 센서가 부착된 헤드를 파이프 선단에 위치시킴으로써 굴착 도중의 방향 설정이 가능하도록 한 것이다. 이 공법에 의한 시공의 예가 도 1a 내지 도 1d에 도시되어 있다. 기본적으로 H.J.S. 공법 또한 파이프 압입 굴착 공법의 일종으로, 첨부된 도면을 참조하여 H.J.S. 공법과 함께 파이프 압입 굴착 공법에 대해 설명한다.

H.J.S. 공법에 의한 파이프 압입 굴착을 위해서는, 도 1a에 도시된 바와 같이 추진기지(1) 내에 압력잭(10)을 설치한 후, 헤드(20)를 추진기지(1)에서 도달기지(2) 방향을 향하여 위치시킨다. 그 후 도 1b에 도시된 바와 같이 압력잭(10)이 헤드(20)를 밀도록 압력을 가하면, 헤드 내로 토사 등이 밀려 들어오고, 이러한 토사는 터널의 규모에 적합한 각종 방식을 통해 헤드 및 파이프 밖으로 제거한다. 그 후 도 1c에 도시된 바와 같이 일정 위치만큼 헤드(20)가 밀려 들어가면, 여기에 매설 파이프(30)를 크레인(70) 등을 이용하여 헤드(20) 뒤쪽에 위치시키고, 이 파이프(30)를 다시 압력잭(10)이 미는 과정을 반복해 나간다. 최후에, 도 1d에 도시된 바와 같이 도달기지(2)까지 매설 파이프(30)가 관통하여 설치되면, 헤드(20)는 파이프와 분리되어 크레인등을 이용해 도달기지(2)에서 제거된다.

여기서, H.J.S. 공법이 일반적인 파이프 압입 굴착 공법과 다른 점은, 진행 방향 변경이 가능한 특수한 헤드를 사용한다는데 있다. 즉, 헤드(20)는 두 부분으로 나뉘어지고, 뒷부분과 앞부분에 유압으로 작동하는 잭의 양단이 각각 고정되어 있어, 각 유압잭의 길이를 다르게 함으로써 헤드 앞부분을 진행 방향에 대해 일정 정도 기울어지게 하는 것이 가능하다. 굴착은 헤드(20)의 기울어진 방향으로 진행되고, 이에 따라 곡선의 터널 형성이 가능해진다. 더욱이, 헤드 표면에 위치 센서가 부착되어 있어 위치를 확인해가며 방향을 수정하는 것도 가능하다.

그러나, 일반적인 압입 굴착 공법에 비하여 어느 정도의 방향설정은 가능하나 다양한 곡선 시공을 위해서는 한계가 있고, 또한 주변 여건, 토질 등에 따라 그러한 방향 조절이 시공 공정과 품질에 큰 지장을 초래할 수 있다. 또한, 시공 기간이 긴 것을 비롯해 그밖의 파이프 압입 굴착 공법의 단점들은 여전히 존재하였다.

이러한 파이프 압입 굴착 공법들과는 다른 방식으로서, 터널 굴착시 곡선 형성을 자유롭고 정확하게 시공하는 공법이 알려져 있다. 일반적으로 H.D.D 공법(Horizontal directional Drill Method)이라 불리는 이 방식은, 앞선 방식이 매설 파이프 뒤에서 압력을 가해 압입하는 방식임에 반해, 매설 파이프를 터널 형성 진행 방향의 앞쪽에서 견인하는 방식이다. H.D.D 공법에 의하면 지면에 수직의 작업구를 형성하지 않고도 굴착 작업이 가능하다.

도 2a 내지 도 2c에는 이 공법에 의한 공정이 도시되어 있다. 먼저 도 2a에 도시된 바와 같이 컴퓨터 제어에 의해 드릴(41)로 지하에 파이롯트 홀(3)을 형성한 후, 도 2b에 도시된 바와 같이 파이롯트 홀(3)을 리머(Reamer)(42)에 의한 리머링을 반복하여 확공하고, 도 2c에 도시된 바와 같이 매설 파이프(30)를 그 직경보다 큰 적절한 크기로 확공된 상태의 홀(4)을 통하여 진행 방향 앞쪽에서 끌어당겨 터널을 완성한다.

상기 리머링은 리머(42)와 이에 연결된 드릴 로드(44)의 회전에 의해 수행된다. 또한 워시 로드(43)를 통해서 물과 함께 벤토나이트가 공급되어 리머(42)로 부터 진행 방향을 향해 분사되기 때문에, 높은 점성을 가지고 겔화되는 벤토나이트의 요변성(搖變性, thixotropy)으로 인해 굴착속도가 현저히 증가되고, 굴착 벽면의 붕괴를 방지할 수 있게 된다.

이러한 H.D.D. 공법은 우선적으로 파이롯트 홀을 형성한 후 정확하게 형성된 파이롯트 홀을 따라 터널 굴착 시공을 하기 때문에, 곡선시공의 조작성 및 정확성이 다른 공법에 비해서 탁월하게 우수하고, 별도의 작업구를 설치하지 않아도 되며, 구조물의 깊이에 따른 추가부담이 없고, 컴퓨터 제어 시스템에 의한 정밀시공이 가능하다는 장점이 있다.

그러나, 기본적으로 리머링에 의해 확공된 홀의 직경은 매설 파이프의 직경보다 커야만 파이프를 홀 내부를 따라 견인할 수 있고, 이를 위해 파이프의 직경보다 홀의 직경이 커질때까지 직경이 조금씩 큰 리머를 연속적으로 교체해 가면서 수회의 리머링을 실시하여야 하는 단점이 있으며, 따라서 대구경 터널 형성에는 많은 어려움이 있다. 더욱이 연약 지반일 경우, 파이프를 매설하기 위해서는 일반 지반보다 더 많은 횟수의 리머링을 하여야 할 뿐만 아니라, 모래나 자갈층에서는 벤토나이트 등에 의한 벽면 붕괴 방지가 보장되지 않으므로 H.D.D. 공법에 의한 시공 자체가 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 공법들의 문제점들을 해결하여, 긴 거리의 터널을 굴착함에 있어서도 정밀한 시공이 가능하고, 굴착 방향설정이 자유로운 터널 굴착 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명 다른 목적은 적은 횟수의 리머링으로 파이프의 매설이 가능하여 시공 기간이 짧을 뿐 아니라 연약 지반이나 모래, 자갈층 등에서도 시공중 벽면 붕괴를 방지하여 안전성을 확보할 수 있는 터널 굴착 공법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 추진기지와 도달기지의 터파기를 하고 상기 추진기지 내에 압력잭을 설치하는 단계와, 상기 추진기지와 도달기지 사이에 파이프 매설 경로를 따라 드릴로 파이롯트 홀을 시공하는 단계와, 상기 파이롯트 홀을 리머를 이용하여 확공하는 과정을 적어도 1회 이상 반복하는 단계와, 매설 파이프의 전단에 상기 파이프보다 지름이 작고 그 지름이 점진적으로 줄어드는 적어도 하나 이상의 유도관을 연결하고, 상기 압력잭을 이용하여 상기 유도관과 함께 매설 파이프를 차례로 파이롯드 홀을 따라 압입함과 동시에, 상기 유도관 선단부에는 도달기지로 부터 연장된 유도수단을 연결하여 매설 경로를 따라 유도하며, 이때 상기 파이프가 전진함에 따라 유입되는 토사등의 지반 물질은 계속하여 밖으로 제거하는 단계로 구성된다.

그리고, 도달기지를 형성할 수 없는 경우에는, 추진기지의 터파기를 하고 상기 추진기지 내에 압력잭을 설치하는 단계와, 파이프 매설 경로를 따라 드릴로 파이롯트 홀을 시공하는 단계와, 매설 파이프의 전단에 상기 파이프보다 지름이 작고 그 지름이 점진적으로 줄어드는 적어도 하나 이상의 유도관을 일렬로 연결하고, 상기 압력잭을 이용하여 상기 유도관과 함께 매설 파이프를 차례로 파이롯드 홀을 따라 압입하며, 이때 상기 파이프가 압입됨에 따라 유입되는 토사등의 지반 물질은 계속하여 밖으로 제거하는 단계로 구성되는 방법에 의한다.

상기 방법들 중 파이프를 직접 매설하는 단계에 있어서는, 압력잭에 의하여 압입하는 대신 추진수단을 이용할 수도 있다.

또한, 내경이 점진적으로 줄어드는 하나 이상의 유도관 또는 그러한 유도관 열은 그 전단이 원뿔형태로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 유도수단은 드릴 로드와 리머로 구성될 수 있다.

이하, 본 발명을 도면을 참조한 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 터널 굴착 공법의 일 실시예를 도시한 것이다.

도 3a에는 본 발명에 의한 굴착 공법을 시행 하기 위해 추진기지(1)와 도달기지(2)의 터파기가 행해진 후, 드릴(41)로 파이롯트 홀(3)을 형성하고 있는 상태가 도시되어 있다. 도면에는 지면에 수직인 작업구를 형성한 도달기지가 도시되어 있으나, 드릴에 의한 파이롯트 홀을 형성하는 데에 있어서 도달기지로서 이러한 수직 작업구가 필수적인 것은 아니다.

추진기지(1)에는 매설 파이프(30,도 4c 참조)의 방향을 가이드하기 위한 가이드라인(60)과 압력잭(10)이 설치된다. 압력잭(10)으로서는 고정식과 이동식 유압 시스템이 사용될 수 있다. 고정식 압력잭은 그 위치가 고정되어 있는데 반하여, 이동식 유압 시스템의 경우, 이동 가능한 전진 압력잭(10)을 고정된 가이드라인의 일정 위치에서 위치를 변경해 가며 착탈 고정하는 것이 가능하므로, 파이프가 전진해 감에 따라 잭의 위치를 간단히 변경시켜주는 것만으로 계속적인 파이프의 압입 작업을 할 수 있어 중소 규모의 터널 굴착에 흔히 사용되는 장치이다. 도 3a 내지 도 3c에는 이러한 이동식 유압 시스템에 의한 압력잭(10)이 도시되어 있다.

컴퓨터 시스템 등을 이용해 파이롯트 홀이 굴착하고자 하는 정확한 경로로서 형성되면, 도 3b에 도시된 바와 같이 리머(42)에 의한 파이롯트 홀(3)의 확공을 수행한다. 그러나, 후술하는 바와 같이 파이프 압입 단계를 결합한 본 발명에 의한 터널 굴착 공법에서는 매설되는 파이프보다 확공된 홀(4)의 직경이 작아도 시공이 가능하므로 리머(42)에 의한 리머링의 회수를 현저하게 줄일 수 있다.

도 3c는 본 발명에 의한 터널 굴착 공법의 핵심적인 공정을 도시한다. 즉, 매설되는 파이프들(30)의 전방부에는 유도관(51)을 연결하고, 이 유도관(51)의 선단을 도달기지(2)로 부터 연장된 유도수단에 연결한다. 그리고, 압력잭을 이용하여 유도관과 함께 매설 파이프를 차례로 압입함과 동시에, 유도수단으로 매설 경로를 따라 유도관과 파이프를 유도 견인한다.

상기 유도관과 파이프의 연결부분이 도 4a에 보다 상세히 도시되어 있다. 유도관(51)은 선단부가 뾰족한 원뿔형태로 형성되고, 그 직경은 매설되는 파이프들(30)의 직경보다 작게 형성되며, 바람직하게는 파이프(30) 직경의 1/4 내지 4/3 정도가 적절하다. 그 길이는 작업환경에 따라 달라질 수 있다. 유도관은 2 이상의 연결선에 의하여 파이프(30) 선단부의 적어도 두지점 이상에 연결되며, 이때 유도관(51)과 파이프(30) 사이에는 토사등이 유입될 수 있도록 일정 공간을 두고 연결된다. 유도관(51)의 선단은 쇠 파이프 등의 강도가 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 연결선(31)은 강도가 높은 철판 등을 적당한 길이로 가공하여 사용할 수 있다.

이러한 유도관(51)은 매설 경로를 따라 파이프를 유도하여 정확한 시공이 가능하게 하고, 파이프가 추진될 때 지반의 작업 부분이 무너져 내리지 않도록 지지하여 안전성을 확보해 준다. 특히, 곡선 형태의 경로를 지나는 경우에 있어서, 이러한 유도관이 없다면, 매설되는 파이프(30)의 앞쪽 턱이 꺾어지는 홀 내에 걸려 파이프(30) 진행을 저해할 수 있다. 그러나, 도시된 바와 같은 선단부가 뾰족하고 그 직경이 매설되는 파이프(30)보다 작은 유도관(51)을 파이프 앞에 위치시켜 유도함으로써, 이러한 현상을 방지할 수 있다. 또한, 각 연결선(31)들 사이로 파이프(30) 내부로 물질의 출입이 가능하여, 파이프(30)가 전진할 때 토사가 파이프(30)내로 유입될 수 있으며, 이러한 구성에 의하여 확공된 홀(4)이 파이프(30)의 직경보다 작더라도 파이프(30) 내로 토사등이 유입되면서 파이프(30)의 유도 견인 및 압입을 계속하여 실행할 수 있다.

이러한 유도관(51)은 매설되는 파이프의 크기, 토질, 주변환경에 따라 복수개가 연결되어 사용될 수 있으며, 이러한 예가 도 4b에 도시되어 있다. 이와 같이 복수개의 유도관을 사용하는 경우에는 그 직경이 도달기지 방향으로 단계적으로 줄어들도록 배치하는 것이 바람직하며, 최선단 유도관(51a)의 선단부만 원뿔형상을 가지고, 나머지 유도관(51b)은 파이프 형상으로 만들어 전체적으로 측면이 계단식으로 단차진 깔대기 형상을 갖도록 한다. 그리고, 각각의 유도관(51a,51b) 사이 및 유도관(51b)과 파이프(30) 사이에는 일정 공간을 두고 연결선(31a,31b)을 이용하여 연결된다. 따라서, 유도관이 파이프와 함께 추진됨에 따라 토사 등이 연결선들 사이로 유입된다. 각 유도관의 크기나 간격 등은 토질이나 주변환경에 따라 적절히 결정될 수 있다.

상기 유도수단은 매설 경로를 따라 유도관(51) 및 파이프(30)를 유도 견인하기 위한 것으로, 본 실시예에서는 드릴 로드(44)와 리머(42)로 구성되어, 일단은 도달기지(2)에 연결되고, 타단은 유도관(51)의 선단부에 연결된다. 이때 리머(42)와 유도관(51)의 연결부(46)는 드릴 로드(44) 및 리머(42)의 회전으로부터 파이프(30)가 독립적일 수 있도록, 즉 드릴 로드(44) 및 리머(42)의 회전에도 불구하고 파이프(30)에는 그 회전력이 전달되지 않도록 회전 가능한 베어링 연결부(46)로 형성되는 것이 바람직하다. 유도관(51) 및 파이프(30)를 유도 견인하기 위한 유도수단으로는 도시된 드릴 로드(44)와 리머(42) 외에도 강도가 높은 케이블 등을 이용할 수 있다.

상기 도달기지(2) 방향으로 매설되는 파이프(30)는, 도시된 바와 같이 선단에 유도관이 연결된 채로, 후방에서는 압력잭(10)에 의하여 압입되는 동시에, 전방에서는 유도수단에 의하여 유도 견인된다. 즉, 파이프의 압입과 동시에 파이프를 유도 견인하여 정확한 시공이 가능하게 하는 것이다. 도 3c에 도시된 바와 같이 크레인(70)등을 이용해 매설 될 파이프(30)를 추진기지(1) 내로 이동하여 상기 과정을 반복하게 되며, 파이프(30)가 도달기지(2)까지 관통 설치되면 터널 굴착 공정이 완료된다.

파이프가 추진기지에서 도달기지로 추진되는 과정에서 파이프 내로 유입되는 토사 등의 지반 물질은 계속하여 작업장 밖으로 제거되는데, 제거 방법은 터널의 규모에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 직경이 작은 파이프의 경우에는 파이프 내에 스크류 장치를 삽입하여 스크류의 회전에 의해 연속적으로 토사를 파이프 밖으로 배출하도록 할 수 있으며, 큰 규모의 시공의 경우에는 포크레인, 오거스크류 등의 장비를 이용할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예는 지반 또는 여러 작업여건 상 도달기지를 형성할 수 없는 경우에 사용될 수 있는 공법으로, 여기서 제 1 실시예와 동일한 구성은 동일한 참조부호를 사용하였으며, 중복 설명은 생략한다.

본 실시예에서는 도달기지가 형성되지 않는다는 것이 제 1 실시예와 다른 점이며, 따라서 리머링 및 전방에서의 유도 견인이 불가능하다. 즉, 추진기지에서 매설 경로를 따라 파이롯트 홀을 형성하게 되며, 이때 되도록 굵은 드릴을 사용하여 직경이 큰 파이롯트 홀을 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 매설되는 파이프 선단에 상기 실시예에서 설명된 바와 같은 하나 이상의 유도관을 설치하고, 압력잭을 이용하여 이 유도관과 함께 매설 파이프를 차례로 파이롯드 홀을 따라 압입한다. 본 실시예에서는 도달기지를 형성할 수 없어 유도관 전방에서 유도관과 파이프를 유도 견인하지 못하기는 하나, 유도관을 이용함에 따라, 동일한 작업 환경에서 종래의 방법들에 비하여 정확하여 안전하며 신속한 시공이 가능한 장점이 있다.

도 6a와 도 6b는 본 발명의 제 3 실시예를 도시한 것이다. 본 실시예에서 추진기지(1)와 도달기지(2)의 터파기를 하고 추진기지(1) 내에 압력잭을 설치하는 단계, 상기 추진기지(1)와 도달기지(2) 사이에 파이프 매설 경로를 따라 드릴(41)로 파이롯트 홀(3)을 형성하는 단계, 파이롯트 홀(3)을 리머(42)를 이용하여 확공하는 과정을 적어도 1회 이상 반복하는 단계는 상기한 제 1 실시예와 동일한다. 여기서 제 1 실시예와 동일한 구성은 동일한 참조부호를 사용하였으며, 중복 설명은 생략한다.

도시된 바와 같이 본 실시예에서는 매설 파이프를 압입함에 있어 추진수단(53)을 사용한다. 상기 추진수단(53)은 제 1 원통관(53a)과 제 2 원통관(53b)으로 이루어지며, 제 2 원통관(53b)의 내경은 제 1 원통관(53a)의 외경과 거의 같도록 형성된다. 제 1 원통관(53a)과 제 2 원통관(53b)은 일체로 형성되거나 용접 등 적절한 방법으로 연결되며, 그 경계면에는 걸림턱이 형성된다.

추진수단의 제 1 원통관(53a) 선단에는 제 1 실시예에서 이미 설명된 유도관(51)을 하나 이상 설치하게 되며, 매설 파이프(30)를 압입하기 전 먼저 유도관(51)과 함께 추진수단(53)을 압력잭(10)을 이용하여 압입한다. 이와 동시에 유도관(51)의 선단에는 도달기지로부터 연장된 유도수단을 연결하여 매설경로를 따라 유도관(51) 및 파이프(30)를 유도 견인한다.

유도관(51) 및 추진수단(53)이 압입된 후, 매설되는 파이프(30)를 압입하게 되는데, 먼저 추진수단의 제 2 원통관(53b) 내에 하나의 파이프(30)를 압력잭(10)으로 압입하고, 이어서 압입된 파이프(30) 뒤에서 다른 매설 파이프(30)를 하나 더 압입한다. 이 파이프(30) 또한 압력잭(10)으로 압입하는데 이때는 추진수단(53)과 제 2 원통관(53b) 내의 파이프(30) 및 그 뒤의 파이프(30) 모두가 추진된다. 이와 동시에 상기한 바와 같이 유도관(51)은 계속해서 유도수단에 의하여 유도 견인된다.

이와 같이 매설 파이프(30)를 압력잭(10)으로 압압하는 과정은 압력잭(10)의 허용 부하에 따라 수회 반복될 수 있으나, 제 2 원통관(53b)에 압입된 파이프(30)를 포함하여 적어도 두개 이상은 압력잭(10)에 의하여 압입되어야 한다. 적어도 두 개 이상의 파이프가 압력잭(10)에 의하여 압입되어야만 후술하는 바와 같이 매설된 파이프(30)에 지지하여 추진수단(53) 자체의 작동수단(55)으로 추진할 수 있기 때문이다. 즉, 제 2 원통관(53b)에 압입된 파이프(30)를 포함하여 적어도 두개 이상의 파이프(30)가 압력잭(10)에 의하여 압입된 후, 상기 제 1 원통관(53a)의 내부에 설치된 작동수단(55)을 이용하여 추진수단(53)을 추진한다.

상기 작동수단(55)은 추진수단(53) 내에 설치된 것으로 압력잭(10)의 압입에 의하지 않고 이미 매설된 파이프(30)에 지지되어 추진수단(53)을 추진시킨다. 이를 위하여 상기 작동수단(55)으로는 통상의 일반적인 수단이 사용될 수 있으며, 예컨대 피스톤-실린더로 구성되어 유압에 의하여 작동하는 유압잭이 사용될 수 있다. 즉, 복수의 실린더가 제 1 원통관(53a)의 내주면에 고정되고, 피스톤은 이미 매설된 선단 파이프(30)에 착탈 가능하게 설치된 브라켓(56,도 7 참조)에 이어져, 실린더에 유압을 공급하면 추진수단(53)은 이미 매설된 파이프(30)에 지지되어 진행방향으로 추진된다. 이와 동시에 상기한 바와 같이 유도관(51)은 계속해서 유도수단에 의하여 유도 견인된다.

추진수단(53)이 작동수단(55)에 의하여 매설 파이프(30)의 길이 만큼 추진된 후에는, 압력잭(10)에 의하여 파이프(30)가 입입되는 것이 아니라, 제 2 원통관(53b)에 새로 매설될 파이프가 끼워진다. 이때 새로 매설될 파이프는 원형 그대로는 이미 매설된 파이프(30)의 내부를 지나 제 2 원통관(53b)에 끼워질 수 없으므로 길이 방향으로 일부를 잘라내고 가변수단(57)을 이용하여 그 내경을 줄인 후 이미 매설된 파이프(30)의 중공을 통하여 제 2 원통관(53b)으로 삽입한다. 도 7에 이와 같이 길이 방향으로 절개하여 가변수단(57)으로 내경을 줄인 파이프(30a)의 사시도가 도시되어 있다. 가변수단(57)은 길이 방향으로 절개한 파이프(30a)의 내경을 줄일 수 있는 것이면 통상의 일반적인 수단이 사용될 수 있으며, 그 일 예로서 도시된 바와 같이 파이프(30)의 절개 부위에 고정되는 좌우 나사(58a,58b)를 갖는 수동잭(58) 또는 유압으로 작동되는 유압잭 등을 사용할 수 있다.

절개된 파이프(30a)가 제 2 원통관(53b)까지 삽입되면, 가변수단(57)을 제거하여 파이프(30a)를 본래의 구경으로 복귀시킨 후 길이 방향으로 잘라두었던 절개편(30b)을 용접한다. 그리고, 이웃하는 이미 매설된 파이프(30)와도 용접 등의 방법을 연결한다.

이렇게 하여 하나의 새로운 파이프의 매설이 완료되며, 작동수단(55)의 일단을 새로 매설된 파이프(30a,30b)에 부착된 브라켓에 연결하여 이에 지지되어 추진수단(53)을 추진함으로써 다시 새로운 파이프의 매설을 위한 공간을 확보한다. 이러한 과정을 반복하여 도달기지까지 파이프를 매설하며, 도달기지(2)에서 추진수단(53)을 제거함으로써 완료된다. 이러한 과정 중 유도관 및 추진수단(53)의 추진을 위하여 상기 유도수단은 계속해서 이들를 매설경로를 따라 유도 견인한다.

본 발명의 이와 같이 구성된 공법에 의하여 파이프의 매설 경로를 정밀하게 제어할 수 있고, 안전하고 신속한 시공이 가능함은 물론, 이미 매설된 파이프 전체가 아닌 추진수단만 추진하므로 추진 마찰력을 줄여 파이프 압입을 위한 압력잭(10)의 부하를 줄이고, 더 먼 거리까지 용이하게 파이프를 매설할 수 있다.

상기 단계들을 통하여 추진수단(53)을 추진함에 있어 추진수단 내로 유입되는 토사 등의 지반 물질은 적절한 방법으로 계속하여 작업장 밖으로 제거된다.

본 실시예는 리머링 단계와 유도수단에 의한 유도 견인을 생략하고, 되도록 직경이 큰 파이롯트 홀을 형성하여, 도달기지를 형성할 수 없는 경우에도 적용될 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 터널 굴착 공법은 매설되는 파이프 선단에 하나 이상의 유도관을 연결하여 매설 경로를 따라 정밀한 시공이 가능하고, 지반의 작업부분이 무너져 내리지 않도록 지지하여 안전한 시공이 가능한 장점이 있다.

또한, 전방에서는 유도수단을 이용하여 매설 경로를 따라 유도 견인하고, 후방에서는 압입 등 여러 추진방법으로 파이프를 매설해 나감으로써, 시공시간을 단축하고, 곡선 시공 및 장거리 시공도 더 정확하고 정밀하게 수행할 수 있다. 후방에서 여러 추진방법으로 파이프를 추진하는 것은, 파이롯트 홀을 파이프 직경보다 작은 크기로 확공하여도, 즉 적은 횟수의 리머링만으로도 시공이 가능하도록 하여, 모래나 자갈층 등 종래 시공이 불가능하던 곳도 시공이 가능하다.

그리고, 후방에서 파이프를 매설함에 있어 압력잭에만 의존하지 않고, 추진수단을 이용함으로써 압력잭의 부하를 줄이고, 긴 거리의 터널도 용이하게 시공할 수 있는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능함은 물론이며, 그와 같은 변형은 청구범위의 기재 범위 내에 있게 된다.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 터널 굴착 공법의 하나인 압입 굴착 공법의 일 례로서, H.J.S 공법에 따른 터널 굴착 공정을 도시한 도면,

도 2a 내지 도 2c는 종래의 터널 굴착 공법의 하나인 H.D.D 공법에 따른 터널 굴착 공정을 도시한 도면,

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 터널 굴착 공법의 제 1 실시예를 도시한 도면,

도 4a와 도 4b는 유도관과 파이프의 연결상태를 도시한 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 터널 굴착 공법의 제 2 실시예를 도시한 도면,

도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 터널 굴착 공법의 제 3 실시예를 도시한 도면,

도 7은 도 6의 실시예에서 길이 방향으로 일부를 절단하여 가변수단으로 내경을 줄인 절개 파이프를 도시한 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

1: 추진기지 2: 도달기지

3: 파이롯트 홀 4: 확공된 홀

10: 압력잭 20: 헤드

30: 매설되는 파이프 31: 연결선

41: 드릴 42: 리머

44: 드릴 로드 51: 유도관

53: 추진수단 55: 작동수단

57: 가변수단 70: 크레인

Claims (8)

1. 추진기지의 터파기를 하고 상기 추진기지 내에 압력잭을 설치하는 단계와;

   파이프 매설 경로를 따라 드릴로 파이롯트 홀을 시공하는 단계와;

   매설 파이프의 전단에 상기 파이프보다 지름이 작고 그 지름이 점진적으로 줄어드는 적어도 하나 이상의 유도관을 일렬로 연결하고, 상기 압력잭을 이용하여 상기 유도관과 함께 매설 파이프를 차례로 파이롯드 홀을 따라 압입하며, 이때 상기 파이프가 압입됨에 따라 유입되는 토사등의 지반 물질은 계속하여 밖으로 제거하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 공법.
2. 추진기지와 도달기지의 터파기를 하고 상기 추진기지 내에 압력잭을 설치하는 단계와;

   상기 추진기지와 도달기지 사이에 파이프 매설 경로를 따라 드릴로 파이롯트 홀을 시공하는 단계와;

   상기 파이롯트 홀을 리머를 이용하여 확공하는 과정을 적어도 1회 이상 반복하는 단계와;

   매설 파이프의 전단에 상기 파이프보다 지름이 작고 그 지름이 점진적으로 줄어드는 적어도 하나 이상의 유도관을 연결하고, 상기 압력잭을 이용하여 상기 유도관과 함께 매설 파이프를 차례로 파이롯드 홀을 따라 압입함과 동시에, 상기 유도관 선단부에는 도달기지로 부터 연장된 유도수단을 연결하여 매설 경로를 따라 유도하며, 이때 상기 파이프가 전진함에 따라 유입되는 토사등의 지반 물질은 계속하여 밖으로 제거하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 공법.
3. 추진기지의 터파기를 하고 상기 추진기지 내에 압력잭을 설치하는 단계와;

   파이프 매설 경로를 따라 드릴로 파이롯트 홀을 시공하는 단계와;

   제 1 원통관과, 이보다 넓은 내경을 가지고 이에 일체로 결합되어 그 경계면에서 걸림턱을 가지는 제 2 원통관 및 상기 제 1 원통관의 내부에 설치되는 작동수단으로 구성되는 추진수단의 전단에, 상기 추진수단보다 지름이 작고 그 지름이 점진적으로 줄어드는 적어도 하나 이상의 유도관을 연결하고, 상기 압력잭을 이용하여 상기 유도관이 구비된 추진수단을 파이롯드 홀을 따라 압입하는 단계와;

   상기 압력잭을 이용하여 상기 제 2 원통관 내에 매설 파이프를 삽입한 후, 이어서 상기 압력잭을 이용하여 하나 이상의 매설 파이프를 상기 유도관을 구비한 추진수단과 함께 추진하는 단계와;

   상기 추진수단을 상기 작동수단을 이용하여 추진하고, 길이방향으로 일부를 절단한 매설 파이프를 가변수단에 의하여 내경을 줄여 상기 추진수단의 제 2 원통관내에 삽입한 후, 상기 가변수단을 제거하여 상기 매설 파이프를 본래의 구경으로 복귀시켜 절개편을 용접하고, 이웃하는 매설 파이프와 용접 연결하는 과정을 반복하는 단계를 포함하여 구성되고,

   상기 단계들을 통하여 상기 추진수단을 추진함에 있어 유입되는 토사 등의 지반 물질은 계속하여 밖으로 제거하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 공법.
4. 추진기지와 도달기지의 터파기를 하고 상기 추진기지 내에 압력잭을 설치하는 단계와;

   상기 추진기지와 도달기지 사이에 파이프 매설 경로를 따라 드릴로 파이롯트 홀을 시공하는 단계와;

   상기 파이롯트 홀을 리머를 이용하여 확공하는 과정을 적어도 1회 이상 반복하는 단계와;

   제 1 원통관과, 이보다 넓은 내경을 가지고 이에 일체로 결합되어 그 경계면에서 걸림턱을 가지는 제 2 원통관 및 상기 제 1 원통관의 내부에 설치되는 작동수단으로 구성되는 추진수단의 전단에, 상기 추진수단보다 지름이 작고 그 지름이 점진적으로 줄어드는 적어도 하나 이상의 유도관을 연결하고, 상기 압력잭을 이용하여 상기 유도관이 구비된 추진수단을 압입함과 동시에 상기 유도관 선단부에는 도달기지로부터 연장된 유도수단을 연결하여 매설 경로를 따라 유도하는 단계와;

   상기 압력잭을 이용하여 상기 제 2 원통관 내에 매설 파이프를 삽입한 후, 이어서 상기 유도관에 연결된 유도수단에 의하여 유도함과 동시에, 상기 압력잭을 이용하여 하나 이상의 매설 파이프를 상기 유도관을 구비한 추진수단과 함께 추진하는 단계와;

   상기 유도관에 연결된 유도수단에 의하여 유도함과 동시에, 상기 추진수단을 상기 작동수단을 이용하여 추진하고, 길이방향으로 일부를 절단한 매설 파이프를 가변수단에 의하여 내경을 줄여 상기 추진수단의 제 2 원통관내에 삽입한 후, 상기 가변수단을 제거하여 상기 매설 파이프를 본래의 구경으로 복귀시켜 절개편을 용접하고, 이웃하는 매설 파이프와 용접 연결하는 과정을 반복하는 단계를 포함하여 구성되고,

   상기 단계들을 통하여 상기 추진수단을 추진함에 있어 유입되는 토사 등의 지반 물질은 계속하여 밖으로 제거하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 공법.
5. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 내경이 점진적으로 줄어드는 상기 하나 이상의 유도관 또는 그러한 유도관 열의 전단은 원뿔형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 공법.
6. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 유도수단은 드릴 로드와 리머로 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 공법.
7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 작동수단은 상기 제 1 원통관의 내주면에 고정되는 복수의 실린더와 상기 실린더에 공급된 유압에 의해 이동 가능한 피스톤을 포함하여 구성되는 유압잭으로 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 공법.
8. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 가변수단은 파이프의 절개 부위에 고정되는 좌우 나사를 갖는 수동잭 또는 유압으로 작동되는 유압잭으로 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 공법.