KR100558260B1 - 메서쉴드 굴착장치 및 메서쉴드공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 확대(또는 축소)굴착을 위한 메서쉴드 굴착장치와 이를 이용한 메서쉴드공법에 관한 것으로, 소정의 단면크기를 갖는 토사터널을 메서쉴드 굴착장치로 시공함에 있어, 터널내에서 그 단면을 확대(또는 축소)하여 굴착하는 것이 필요한 경우에, 종래와 같이 개착시공하지 않고서 확장판(25)을 구비한 메서플레이트(20')를 폭방향으로 또는 높이를 확대시켜 연결할 수 있도록 함으로써, 터널의 단면을 자유자재로 확대 또는 축소하여 시공성의 향상 및 안정성을 확보할 수 있게 된다.

Description

메서쉴드 굴착장치 및 메서쉴드공법{Messer shield excavating apparatus and messer shield method}

도 1a 및 도 1b는 종래의 메서쉴드 굴착장치를 이용한 시공개념도 및 이 메서쉴드 굴착장치를 도시한 도면이다.

도 2a는 본 발명에 따른 메서쉴드 굴착장치를 구성하는 메서플레이트의 사시도이다.

도 2b는 도 2a의 A-A선 단면도이다.

도 2c는 도 2a의 B-B선 단면도이다.

도 3a는 본 발명에 따른 메서쉴드 굴착장치에 구비되는 보강파이프의 사시도이다.

도 3b는 도 3a의 A-A선 단면도이다.

도 3c는 도 3a의 B-B선 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 메서쉴드공법을 설명하기 위해 개략적으로 도시한 시공순서도이다.

도 5는 본 발명에 따른 메서쉴드공법을 이용하여 확대 중인 터널을 개략적으로 도시한 평면도이다.

본 발명은 토사터널내를 확대(또는 축소)굴착하는 메서쉴드 굴착장치와 이를 이용한 메서쉴드공법에 관한 것이다.

더욱 구체적으로는, 소정의 단면크기를 갖는 토사터널을 메서쉴드 굴착장치를 이용하여 시공함에 있어서, 터널내에서 그 단면을 확대 또는 축소하여 굴착하는 것이 필요한 경우에, 종래와 같이 개착시공하지 않고서 메서쉴드 굴착장치를 구성하는 메서플레이트를 폭방향으로 또는 높이를 확대시켜 연결할 수 있도록 함으로써, 터널의 단면을 자유자재로 확대 또는 축소하여 시공성의 향상 및 안정성을 확보할 수 있는 메서쉴드 굴착장치 및 메서쉴드공법에 관한 것이다.

메서쉴드 굴착장치를 이용한 메서쉴드공법은 메서플레이트를 사용해서 토사터널의 굴착면의 외주쪽에 압입시키면서 지반을 굴착하고 지보공을 설치한 후, 지반의 안정을 위해 1차 복공을 하여 필요한 2차 구조물(전력구, 터널 등)을 설치하는 지중터널굴착공법이다.

더욱 상세히 설명하자면, 도 1a에 도시된 바와 같이 수직갱을 적어도 2개소(A,B)를 형성시키고 수직갱을 서로 연결시키는 수평갱(C)을 굴착할 때에, 수직갱(A)의 발진작업구에다 입구를 굴착한 후, 굴착단면의 형태에 따라 강재 지보공(10)을 설치하고, 이 지보공(10)의 외주쪽에 다수의 메서플레이트(Messer Plate;20)를 병렬로 설치한 다음, 굴착되어야 할 방향으로 상기 메서플레이트(20)를 추진시키면서 지중굴착을 진행시킴과 동시에 일정간격(예컨대, 60cm ~ 80cm)을 두고 새로운 지보공을 설치해 나가는 굴착공정을 반복하여, 최종적으로 수직갱(B)의 도달작업구까지 수평갱(C)을 형성시키는 공법이다.

상기 메서플레이트(20)는 도 1b에서와 같이 유압잭 등과 같은 추진수단(30)에 의하여 추진되고, 굴착에 의하여 새로운 막장굴착면이 형성되면 막장막이(40)를 설치하여 막장을 지보시키며, 추가 지보공(10)을 설치한다. 이러한 방식으로 굴착공정이 반복되어 최종 목표지점까지 지중터널을 위한 굴착 및 지보작업이 진행되게 된다.

이 때에, 지보공과 지보공 사이에는 타이로드를 이용하여 지보공을 서로 연결시켜 지보공을 안정시키고 토류판(50,60b)을 삽입시켜 지보공과 지보공 사이의 굴착면을 메우게 되며, 지보공 상부에는 토류판이 굴착면에 밀착되도록 쐐기목(60a)을 설치하여 상부의 지보공과 접한 지반으로부터 전달되는 하중(토압 등)을 지보공이 적절하게 지지하도록 함과 더불어, 상부지반보강용 그라우팅 및 1차 복공을 통해 굴착진행시의 막장안정과 용수처리 및 지반침하를 방지하게 된다. 이에 굴착면에 필요한 단면의 2차 콘크리트 구조물(전력구, 암거 등)을 형성시킴으로써 최종적으로 용도에 적합한 지중터널을 완성하게 된다.

이러한 메서쉴드공법을 이용한 지중굴착에 있어서, 기존 구조물에 연결시공하거나, 터널내에서 선형이 급격히 꺽이는 굴절터널 등 복잡한 형태의 구조물을 형성할 때에는 수평갱(C)이 확대되어야 할 필요가 있는데, 이러한 경우에 지상에서 개착시공하여 추가적인 지중굴착이 이루어지게 된다.

하지만, 이러한 확대굴착에서는 메서플레이트의 벌어짐 현상이 발생하여 메 서플레이트 굴진작업시 누수 및 지반침하현상이 발생하게 되어 시공성이 매우 저하될 뿐만 아니라, 공기(工期) 및 공사비 증가요인이 커질 수밖에 없었고, 무엇보다도 굴착단면이 일정한 단면으로 형성되지 않고 굴착이 진행됨에 따라 굴착단면의 형상이 변형될 수밖에 없어 응력불균형으로 인한 구조적인 불안정에 대처하기 위해 부가적인 단면보강 등을 고려해야 하는 등 효율적이고 경제적인 시공이 이루어지지 못한다는 문제점이 있었다.

또한, 지상의 개착시공에서는 지상에 있는 각종 방해물에 의한 간섭과, 도심지에서 개착시공되는 경우에 발생되는 교통체증 및 민원으로 인해 시공이 어렵게 되거나 늦추어지는 문제점이 있게 되었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 메서쉴드공법에 의한 지중굴착에 있어서 확대가 필요한 경우에 별도의 보강시설 및 개착시설 없이 메서쉴드 굴착장치를 구성하는 메서플레이트를 폭방향으로 또는 높이를 확대시켜 연결할 수 있도록 함으로써, 터널의 단면을 자유자재로 확대(또는 축소)하여 시공성의 향상 및 안정성을 확보할 수 있는 메서쉴드 굴착장치 및 메서쉴드공법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 확대굴착에 따른 추가 지보재를 사용할 필요성이 없으며, 메서플레이트의 벌어짐 현상에 의한 누수 및 지반침하, 변형된 굴착단면에 작용하는 응력불균형에 의한 구조적인 불안정 등에 관한 문제가 없어, 안정적이고 효율적이며 경제적인 지중굴착이 가능하도록 된 메서쉴드 굴착장치 및 메서쉴드공 법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 성취하기 위한 본 발명은, 메서쉴드 굴착장치를 구성하는 메서플레이트 위에 확장판이 구비되어 있고서 메서플레이트들 사이에 이 확장판을 지지하기 위한 보강파이프가 추가로 설치되는 새로운 메서쉴드 굴착장치를 이용하여 터널의 단면을 자유자재로 확대 또는 축소할 수 있게 된다.

이하, 첨부도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 장치와 공법에 대해 상세히 설명하되, 이들 도면에서 유사한 부재는 유사한 참조부호로 표시되어 있다.

도 2a는 본 발명에 따른 메서쉴드 굴착장치를 구성하는 메서플레이트의 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 A-A선 단면도, 도 2c는 도 2a의 B-B선 단면도이다. 이들 도면에는 본 발명에 따른 메서쉴드공법에 이용되는 새로운 메서쉴드 굴착장치의 메서플레이트(20')가 도시되어 있는 바, 이 메서플레이트(20')는 토질과 굴착단면의 크기 등에 따라 소정의 길이로 제작되는 메서플레이트로서, 종래의 메서플레이트(20)와 유사하다. 즉, 선단은 뾰족하고, 저부에는 유압잭 등과 같은 추진수단(30:도 1b 참조)을 취부하여 압입전진시키는 다수의 추진공(21)이 뚫려 있으며, 한쪽 측면의 단부와 반대쪽 측면의 단부에는 하향절곡부(22a) 및 상향절곡부(22b)가 각각 형성되어 상향절곡부(22b) 또는 하향절곡부(22a)가 인접한 다른 메서플레이트의 하향절곡부 또는 상향절곡부에 맞물려 걸리는 방법으로 옆으로 연속하여 연결되도록 되어 있다. 이러한 종래의 메서플레이트(20)에 덧붙여, 본 발명의 메서플레이트(20')는 그 폭방향으로 소정의 너비로 뻗고서 다수의 나사구멍(23)을 갖춘 확장판 (25)이 메서플레이트(20')의 상부 일측면에 용접으로 부착되어 있는 점이 상이하다.

또한, 도 3a는 본 발명에 따른 메서쉴드 굴착장치에 구비되는 보강파이프의 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 A-A선 단면도, 도 3c는 도 3a의 B-B선 단면도이다. 이들 도면에는 본 발명에 따른 메서쉴드공법에 이용되는 새로운 메서쉴드 굴착장치의 보강파이프(26)가 도시되어 있는 바, 이 보강파이프(26)는 지반으로부터 전달되는 하중에 의해서 상기 메서플레이트들(20') 사이에 있게 되는 확장판(25)에 처짐현상이 발생하지 않도록 확장판(25)의 밑면을 지지하기 위한 것으로, 그 상부면에는 적어도 하나의 나사구멍(27)이 형성되어 있어 상기 확장판(25)과 함께 나사(24:도 3b 및 도 3c 참조)로 결합될 수 있게 되어 있고, 그 하부면에는 상기 나사구멍(27)에 나사(24)를 조일 수 있도록 작업자의 손 또는 공구가 출입할 수 있음은 물론 유압잭 등과 같은 추진수단(30:도 1b 참조)을 취부하여 전진시키는 데에 사용되는 적어도 하나의 구멍(28)이 뚫려 있다. 도 3a 내지 도 3c에서는 보강파이프(26)의 단면형상이 바람직하기로 대략 정사각형으로 도시되어 있지만, 상기 확장판(25)이 처지지 않도록 확장판(25)의 밑면을 충분히 지지할 수 있다면, 이러한 단면형상에 한정되지 않고 다양한 단면형상으로 변경될수 있음은 물론이다.

이제, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 메서쉴드 굴착장치를 이용하여 터널의 단면을 자유자재로 확대(또는 축소)굴착하는 메서쉴드공법을 설명한다.

도 4에는 본 발명에 따른 메서쉴드공법의 시공순서가 개략적으로 도시되어 있는 바, 먼저 도 1a 및 도 1b에서와 같이 수직갱(A)의 발진작업구에서 입구를 굴 착한 후, 종래와 마찬가지로 굴착되어야 할 방향으로 상기와 같은 메서플레이트(20')를 추진시키면서 지중굴착을 진행시킴과 동시에 일정간격을 두고 지보공을 설치해 나가는 굴착공정을 반복하여, 수평갱(C)을 형성시켜 나아간다.

만일 수평갱(C)이 확대되어야 할 필요가 있는 경우에는, 우선 메서플레이트들(20')의 하향절곡부(22a) 및 상향절곡부(22b) 중 하나를 제거하고서, 메서플레이트들(20')의 앞쪽 선단들을 소정의 각도로 벌어지게 추진시키면서 메서플레이트들(20')의 간격을 조금씩 넓힌 후 추가 지보공(10)을 설치하는데, 이 지보공(10)은 이전 지보공보다 소정의 길이만큼 길게 되어 있다. 이 때에, 메서플레이트(20')의 상부면에 부착된 확장판(25)의 자유선단이 인접한 다른 메서플레이트의 상부면에 놓이게 되면서 지반으로부터의 하중을 지지하게 되고, 이로써 메서플레이트의 벌어짐에 의한 누수 및 지반침하 등에 관한 문제가 해소되게 된다.

더구나, 메서플레이트들(20')이 벌어진 채로 더욱 추진된 후 소정의 간격으로 떨어져 있게 되면, 각 확장판(25)의 밑면, 즉 메서플레이트들(20')의 사이에 형성된 공간에는, 지반으로부터의 하중으로 인한 처짐현상이 확장판(25)에 발생하지 않도록 확장판(25)을 지지하는 보강파이프(26)를 위치시키고서 이 보강파이프(26)와 확장판(25)을 각각의 나사구멍(27,23)을 통해 나사(24)로 결합시킨다. 이렇게 함으로써, 구조적인 불안정 등의 문제가 해소되게 된다.

물론, 지보공과 지보공 사이에는 타이로드를 이용하여 지보공을 서로 연결시켜 지보공을 안정시키고 토류판(50,60b)을 삽입시켜 지보공과 지보공 사이의 굴착면을 메우게 되며, 지보공 상부에는 토류판이 굴착면에 밀착되도록 쐐기목(60a)을 설치하여 지반을 지지하게 하는 공정도 반복하게 된다.

이와 같은 공정들을 반복하여 터널의 폭방향으로 또는 높이를 확대시키면서 원하는 크기의 단면을 가진 목표지점까지 굴착 및 지보작업이 진행되는데, 도 5에는 본 발명에 따른 메서쉴드공법을 이용하여 확대 중인 터널이 개략적인 평면도로 도시되어 있다.

다음으로, 원하는 폭 또는 높이를 가진 확대단면의 지점에서부터는, 메서플레이트들(20')을 서로 평행하게 일정한 간격으로 떨어지게 하여 추진시키고, 일정한 길이를 가진 추가 지보공(10)을 설치한 후, 확장판(25)과 그 밑면을 지지하는 보강파이프(26)를 함께 나사결합시킨다. 이로써, 폭 또는 높이가 확대된 단면을 가진 터널이 완성되게 된다.

한편, 확대된 단면의 수평갱(C)이 축소굴착되어야 하는 경우에는, 메서플레이트들(20')의 앞쪽 선단들이 서로 근접하게 되는 각도로 추진시키고, 이전 지보공보다 소정의 길이만큼 짧게 되어 있는 추가 지보공(10)을 설치한 후, 전술된 다음 공정들을 이행함으로써 목표지점까지 굴착 및 지보작업을 진행시키되, 목표지점에 근접하여 메서플레이트들(20')의 간격이 좁아지면 확장판(25)의 밑면을 지지하는 보강파이프(26)를 생략하게 된다. 이렇게 함으로써, 터널의 단면을 축소하면서 시공할 수도 있게 된다.

끝으로, 지중터널 내부에는 필요한 단면의 2차 콘크리트 구조물을 설치하여 용도에 맞는 구조물이 설치될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 지중굴착에 있어 확대가 필요한 경우에 별도의 보강시설 및 개착시설 없이 확장판을 구비한 메서플레이트를 폭방향으로 확대시켜 연결할 수 있도록 함으로써, 터널의 단면을 자유자재로 확대 또는 축소하여 시공성의 향상 및 안정성을 확보할 수 있음과 더불어, 메서플레이트의 벌어짐 현상에 의한 누수 및 지반침하, 변형된 굴착단면에 작용하는 응력불균형에 의한 구조적인 불안정 등에 관한 문제가 없어 안정적이고 효율적이며 경제적인 지중굴착이 가능하게 되는 효과가 있게 된다.

Claims (5)

1. 소정의 길이를 갖고서, 선단은 뾰족하고, 저부에는 추진수단(30)을 취부하여 압입전진시키는 다수의 추진공(21)이 뚫려 있으며, 한쪽 측면의 단부와 반대쪽 측면의 단부에는 하향절곡부(22a) 및 상향절곡부(22b)가 각각 형성되어 있는 메서플레이트로 구성되는 메서쉴드 굴착장치에 있어서,

   상기 메서플레이트(20')에는 그 폭방향으로 소정의 너비로 뻗고서 다수의 나사구멍(23)을 갖춘 확장판(25)이 상부 일측면에 부착되어 있는 한편,

   상기 메서플레이트들(20') 사이에 위치되어 확장판(25)의 밑면을 지지하도록, 그 상부면에는 적어도 하나의 나사구멍(27)이 형성되어 있고 하부면에 적어도 하나의 구멍(28)이 뚫려 있는 보강파이프(26)를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 메서쉴드 굴착장치.
2. 메서쉴드 굴착장치를 이용한 메서쉴드공법에 있어서,

   수평갱(C)이 확대되어야 할 때, 그 폭방향으로 소정의 너비로 뻗은 확장판(25)이 상부 일측면에 부착되어 있는 메서플레이트들(20')의 앞쪽 선단들을 소정의 각도로 벌어지게 추진시키는 단계와;

   이전 지보공보다 소정의 길이만큼 길게 된 추가 지보공(10)을 설치하는 단계;를 추가로 포함하고 이들 단계를 반복하여 목표지점까지 굴진시키도록 된 것을 특징으로 하는 메서쉴드공법.
3. 제2항에 있어서, 상기 메서플레이트들(20')의 사이에 형성되는 공간에 확장판(25)을 지지하는 보강파이프(26)를 위치시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 메서쉴드공법.
4. 제3항에 있어서, 상기 보강파이프(26)와 상기 확장판(25)이 이들 각각에 형성된 나사구멍(27,23)을 통해 나사(24)로 결합되는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 메서쉴드공법.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메서플레이트들(20')을 서로 평행하게 일정한 간격으로 떨어지게 하여 추진시키고, 길이가 일정한 추가 지보공(10)을 설치하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 메서쉴드공법.

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