KR100569703B1 - 지중 구조물을 축조하는 강관루프 공법에 적용되는 강관의구조 및 그를 적용한 강관루프 구조체 및 그 강관루프공법 - Google Patents

지중 구조물을 축조하는 강관루프 공법에 적용되는 강관의구조 및 그를 적용한 강관루프 구조체 및 그 강관루프공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비개착공법이 요구되는 지중에 구조물을 축조하는 비개착 강관루프 공법에 적용되는 강관의 구조, 및 그를 적용한 강관루프 구조체에 관한 것이다. 강관의 외부 일측면에 상하 2개의 제1플랜지가 부착되고 타측면에는 타강관의 제1플랜지와 대응 연결되는 제2플랜지가 상하로 부착되고, 강관의 일측부 중앙부에는 걸쇠 고리가 형성되고, 타측 중앙부에는 타강관의 걸쇠고리와 연결되는 T자형 플랜지가 형성되고, 상기 강관의 양측면에 인접한 강관을 서로 결합하는 정착철물을 관통설치하기 위한 다수의 관통공이 형성된다. 플랜지의 끝단은 일자형으로 형성되고 플랜지끼리 상호 겹치거나 맞대기 형식으로 구성된다. 관통공을 관통한 정착철물은 인접한 강관에 형성된 정착철물 관통공을 관통하여 설치된다. 이후 강관의 내부 및 인접한 강관의 상하플랜지에 의해 형성되는 폐합공간에 몰탈이나 콘크리트를 충전한다. 이로써, 견고한 횡방향 강성으로 인해 별도의 횡방향 지지보의 설치없이 가설기둥만 설치하여 내부의 토공 작업이 가능하므로, 가설루프의 규모가 줄어들고 시공공정도 단순하게 된다. 토공작업시 루프구조체내에서 구분굴착을 실시하여 시공중 터널의 안전성을 확보하고, 구조물이 설치될 부위만을 선택적으로 굴착하여 구조물을 설치한 후 상부하중을 지탱하고 있는 잔여부에 대한 토공작업이 이루어지므로 시공 중에 지반변위억제와 안정성확보 뿐만 아니라 공기단축 및 시공비절감을 이룬다.

Description

지중 구조물을 축조하는 강관루프 공법에 적용되는 강관의 구조 및 그를 적용한 강관루프 구조체 및 그 강관루프공법{Structure of steel pipe applied to steel pipe roof construction method for building underground structure, and steel pipe roof structure therefor using the same, and steel roof construction method thereof}
도 1은 기존 비개착 구조물 축조 공법을 설명하기 위한 일반도.
도 2 내지 도 5는 기존 강관루프 공법의 시공순서를 설명하기 위한 단면도.
도 6은 기존 공법의 강관의 연결구조 상세도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따라서, 강관의 양측부에 상하 플랜지가 부착되어 인접한 강관의 플랜지끼리 상호 맞대기 형식으로 결합되고, 중앙부 양측에 걸쇠고리 및 T자형 플랜지가 부착되어 인접한 강관끼리 상호 고리결합되고 다수의 정착철물 설치용 관통공이 형성되어 인접한 강관이 상호 관통결합됨을 도시하는 강관의 상호 연결관계를 도시한 상세 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따라서, 강관의 양측부에 상하 플랜지가 부착되어 인접한 강관의 플랜지끼리 상호 겹치기 형식으로 결합되고, 중앙부 양측에 걸쇠고리 및 T자형 플랜지가 부착되어 인접한 강관끼리 상호 고리결합되고 다수의 정착철물 설치용 관통공이 형성되어 인접한 강관이 상호 관통결합됨을 도시하는 강 관의 상호 연결관계를 도시한 상세 단면도이다.
도 9는 본 발명의 비개착 강관루프 구조체를 이용한 지중 구조물을 도시한 단면도.
도 10 내지 도 15는 본 발명의 비개착 강관루프 구조체를 이용한 지중 구조물의 축조 공법의 시공 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
10...강관, 12, 100...제1 및 제2 플랜지
15...강관 내부, 20...걸쇠고리
22...T자형 플랜지, 40...가설기둥
50...가설용 파일, 60...상부 슬래브
65...벽체, 70, 75...버팀보
80...하부 슬래브, 130...정착철물
135...정착철물 관통공, 150...폐합공간
본 발명은 기존 도로 및 철도 하부를 횡단해서 하수암거나 지하차도, 터널구조물 등을 설치해야 하는 경우 공사에 따른 지장물의 이전이 곤란하거나, 지장물 저촉, 차량 소통의 장애 등으로 개착이 불가능하여 비개착공법이 요구될 경우 지중에 구조물을 축조하는 강관루프공법에 적용되는 강관의 구조, 및 그를 적용한 강관 루프구조체, 및 그 강관루프공법에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은 루프를 형성하는 강관과 강관의 측면연결부가 구조적 연속성을 확보할 수 있도록 각 강관의 외측부 상하단에 플랜지 및 외측중앙부에 걸쇠연결부를 구비하고 강관 외측면에 정착철물 관통설치용 관통공을 형성한 강관, 및 그 강관을 지중에 압입한 후 서로 연결시켜 강관의 내부를 통해 정착철물을 설치하여 형성되는 강관루프 구조체, 및 그 강관루프공법에 관한 것이다. 이렇게 축조된 루프 구조체의 견고한 횡방향 강성으로 인해 별도의 횡방향 지지보의 설치없이 가설기둥만 설치하여 내부의 토공 작업이 가능하도록 하여 강관루프공법을 적용할 때, 가설루프의 규모가 줄어들고 시공 공정도 단순하게 되는 효과가 있다.
일반적으로, 지중에 구조물을 축조하는 방식으로 개착 및 비개착에 의한 구조물 축조방식이 있다. 기존 도로 및 철도 하부를 횡단해서 하수암거나 지하차도, 터널구조물 등을 설치해야하는 경우 공사에 따른 지장물의 이전이 곤란하거나, 지장물 저촉, 차량 소통의 장애 등으로 개착이 불가능하여 비개착공법이 요구되는데, 비개착에 의한 구조물 축조공법에는 횡단하는 도로나 지장물의 양측으로 작업구 개념의 전진기지와 도달기지가 필수적이며, 대표적인 비개착식 지중구조물 축조공법으로는 함체견인공법과 강관루프공법 등을 들 수 있다.
함체견인공법은 함체가 통과할 지중에 미리 600mm내외의 함체지지용 가설용 강관을 전진기지에서 도달기지 방향으로 수평으로 압입 관통시킨 후 견인할 함체의 반대 측 도달기지로부터 지중을 횡단하여 이어진 다수의 P.C.강선을 현장에서 제작된 함체와 결속한 후, 견인하여 함체내의 내부토사를 제거하고, 이와 같은 견인과 굴착작업을 반복하여 지중에 구조물을 설치하는 공법이다. 이 공법은 함체추진시 함체의 추진하중이나 추진함체와 이미 지중에 설치된 가설강관과의 틈에 의해 함체 상부의 도로나 지장물에 침하가 발생할 우려가 있으며, 또한 함체가 미리 제작되어 견인 설치되므로 함체의 규모가 커지게 되면 견인에 제약이 따르게 되고 작업장의 규모가 큰 편이므로 심도가 깊은 지하공간에서의 작업이 곤란하다. 그리고 함체간의 연결부의 처리가 미흡하게 되면 누수 등이 발생할 우려가 있다. 이러한 함체견인공법의 단점 등에 의하여 비개착식 지중구조물 축조공법으로는 강관루프 공법이 많이 적용되는 편이다.
본 발명의 강관은 주로 비개착 방식의 루프 공법에 적용되는 것이므로, 기존의 비개착 강관루프 공법 및 강관루프 구조체에 대한 예를 설명함으로써 발명의 이해를 도모할 것이다.
이하 종래의 강관루프 공법 및 강관루프 구조체에 대하여 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. 종래의 강관루프 공법은 구조물이 형성될 지중에 미리 강관(1)을 순차적으로 압입 연결하여, 강관 루프를 형성하고, 강관 루프의 안쪽의 내부 토사를 전부 제거하고 구조물을 축조하게 되는데, 도 1에 도시된 바와 같이 굴착 시 발생하는 상부나 측면하중은 횡방향 지지보(4) 및 가설기둥(5)등의 가설재로 지지된다.
강관루프의 축조과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저 전진기지에서 조성할 구체의 크기를 고려하여 구체 외곽 면에 600-800mm 정도의 가설용 강관(1)을 수평 압입하고 강관 내에 콘크리트를 타설하여, 강관 루프를 형성한다(도 2). 전진기지로부터 구조물이 축조될 루프내부를 굴착하게 되는데 굴착은 상부하중과 측압에 대한 안전성을 고려하여 상층의 루프 강관 부위로부터 하향으로 단계별로 굴착이 이루어지게 된다. 굴착은 1차로 강관 루프하면을 3m내외의 심도로 굴착하게 되는데 루프에 사용된 강관(1)과 강관(1)은 도 6에 도시한 바와 같이 단순한 고리형태(2, 3)로 연결되어 있으므로, 강관루프 하면과 측면에 강관과 직각방향으로 H형 강재로 횡방향 지지보(4)를 설치하고 다수의 가설기둥(5)으로 받쳐, 전 구간에 걸쳐 하중을 지지시켜야 한다(도 3). 다시 말하면 기존의 강관루프는 도 6에 도시한 바와 같이, 강관 측면 중앙부에 한 쌍의 ㄱ 자형 고리(2)와 T 자형 걸쇠(3)가 부착된 요철의 연결구조로 기 압입된 강관들을 상호 고리형태로 연결하여 시공함으로써 하중에 견디는 역할보다는 강관의 위치 이탈을 방지하기 위한 개념에 불과하다.
따라서 상기 강관루프의 연결부간에 횡방향 강성을 확보할 수 없는 단점이 있다. 이에 따라서 횡방향 지지보(4)와 보다 많은 갯수의 가설기둥(5)이 설치되어야 하며, 지지보(4)만큼 이격되어 구조물이 설치되어야 하므로 가시설의 규모가 커지는 문제점이 있다. 이후 2차, 3차로 굴진하면서 이미 설치된 가설기둥(5)을 조심스럽게 하향으로 연장하여(5', 5") 구조물의 설치심도까지 내부의 토사 굴착을 완료한 후(도 4 및 도 5) 최종으로 상부슬래브(60), 벽체(65), 및 하부슬래브(80) 등을 위한 철근과 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하여 도 5에 도시한 바와 같이 지중축조물의 구조체를 완성한다. 이렇게 축조되는 종래의 강관루프 공법은 이미 설치된 가설기둥을 굴착한 후, 설치심도까지 하향으로 연장 설치해야 하는 문제점으로 인해 시공 중 침하의 우려가 높고, 기존에 설치된 가설재(4, 5)와의 저촉문 제로 공사 속도가 늦어진다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 인접한 강관을 측부 상하의 플랜지 및 측부중앙부의 걸쇠연결부로 연결하고 횡방향의 인장력을 감당하게 되는 정착철물을 설치하고, 강관내부 및 상하 플랜지에 의해 형성되는 폐합공간에 몰탈 또는 콘크리트 타설토록 함으로써, 횡방향지지력을 확보하게 하는 강관구조를 제공함을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 횡방향 지지력을 향상시킨 강관루프를 이용한 지중 축조물 공사 시에 지중 축조물 공사의 규모나 심도에 관계없이 별도의 횡방향 지지보의 설치없이 가설 기둥만 설치하여 시공 가능하게 하여, 가설루프의 규모가 줄어들고 시공 공정도 단순하고 용이하게 될 수 있도록 하는 강관루프 구조체, 및 그를 이용한 강관루프공법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 지중에 구조물을 축조하는 강관루프 공법에 적용되는 강관에 있어서, 횡단할 도로나 지장물의 양측에 작업구를 설치한 후 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 순차적으로 압입 설치되는, 외부 일측면에 상하 2개의 제1플랜지가 부착되고 타측면에는 타강관의 제1플랜지와 대응 연결되는 제2플랜지가 상하로 부착되고, 강관의 일측부 중앙부에는 강관 압입시 이탈을 방지하기 위한 걸쇠 고리가 형성되고, 타측 중앙부에는 타강관의 걸쇠고리와 연결되는 걸쇠플랜지가 형성되고, 상기 강관의 양측면에 인접한 강관을 서로 결합하는 정착철물을 관통설치하기 위한 관통공이 다수개 형성되는 강관을 제공한다.
바람직하기로는 상기 제1 및 제2 플랜지의 끝단은 일자형으로 형성되고 인접한 강관의 플랜지끼리 상호 겹치거나 맞대기 형식으로 결합하여 폐합공간을 형성함을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 지중에 구조물을 축조하는 강관루프 공법에 적용되는 강관루프 구조체에 있어서, 횡단할 도로나 지장물의 양측에 작업구를 설치한 후 외부 일측면에 상하 2개의 제1플랜지가 부착되고 타측면에는 타강관의 제1플랜지와 대응 연결되는 제2플랜지가 상하로 부착되고, 강관의 일측부 중앙부에는 걸쇠 고리가 형성되고, 타측 중앙부에는 타강관의 걸쇠고리와 연결되는 걸쇠플랜지가 형성되고, 상기 강관의 양측면에 인접한 강관을 서로 결합하는 정착철물을 관통설치하기 위한 관통공이 다수개 형성되는 강관을 준비하여, 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 순차적으로 압입 설치할 때, 상기 강관을 지중에 오거로 굴착을 병행하면서 한 강관의 걸쇠고리가 타강관의 걸쇠플랜지와 고리결합되고, 한 강관의 제1 플랜지가 타강관의 제2플랜지에 겹치거나 맞대기 형식으로 결합하여, 순차적으로 압입 설치하고, 정착철물 관통공을 통해 정착철물을 관통삽입하여 강관들을 연결시킨 후, 상기 강관내부 및 상기 플랜지에 의해 형성된 폐합공간에 콘크리트를 타설함으로써 이루어지는 강관루프 구조체를 제공한다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 지중에 구조물을 축조하기 위한 강관루프 공법에 있어서, 토공작업의 시공 전에 구조물의 안전성을 확보하 기 위하여, 먼저 지중구조물의 크기에 맞추어 측부 상하 연결 플랜지와 중앙 걸쇠 연결부를 부착한 강관을 준비하여, 상호 인접한 상하플랜지의 유간을 맞추고, 강관끼리의 걸쇠 연결부를 연결하여 센터위치를 맞춘 채 압입하고, 상호 인접 강관의 상하 플랜지를 연결하여 폐합공간을 형성하고, 강관에 형성한 정착철물 설치용 관통공을 통하여 강관 내측으로부터 관통한 정착철물을 이용하여 인접 강관들을 연결하고, 상기 강관내부 및 강관 연결 플랜지에 의해 형성된 폐합공간에 몰탈이나 콘크리트를 타설하여 강관루프구조체를 형성하는 단계; 굴착을 통해 장비통로를 확보하는 단계; 장비통로를 확보한 후 횡방향지지보를 설치하지 않고 필요시 가설기둥만을 설치하는 단계; 필요시 가설용 파일을 설치하고 다음 굴착부위인 벽체와 기둥부에 장비를 투입하여 다음 굴착을 실시하는 단계; 및 상부 슬라브 및 좌우 벽체 기둥 등 구조물을 축조한 후 최종적으로 마지막 토공작업을 실시한 후 바닥슬라브를 축조하는 단계를 포함하는 강관루프공법을 제공한다.
이하 본 발명의 실시예에서는 비개착 강관루프 공법에 적용되는 강관구조 및 그를 적용한 강관루프 구조체, 및 그를 적용한 강관루프공법의 바람직한 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명이 이에 반드시 제한되는 것은 아니고, 당업자에게 많은 변형 및 수정이 가능하다.
본 발명에서는 도 7 및 도 8을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 강관의 구조 및 강관의 연결관계를 도시한 것이다. 도 7의 상세 단면도에서, 강관의 양측부에 상하 플랜지가 부착되어 인접한 강관의 플랜지끼리 상호 맞대기 형식으로 결합되고, 중앙부 양측에 걸쇠고 리 및 T자형 플랜지가 부착되어 인접한 강관끼리 상호 고리결합되어 강관 상호간의 일정위치를 확보하게 되고, 또한 다수의 정착철물 설치용 관통공이 형성되어 인접한 강관이 상호 관통결합됨을 도시하는 강관의 상호 연결관계가 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 강관(10)의 외부 일 측면에 제1 플랜지(12)가 상하로 부착되고 타 측면에는 인접한 강관의 제1 플랜지(12)와 맞대기 형식으로 연결되어 폐합공간(150)을 형성하는 제2 플랜지(100)가 상하로 부착되어 있다. 상기 제1 및 제2 플랜지(12, 100)의 끝단은 일자형으로 압입하기 좋은 구조로 형성된다. 그러나, 반드시 플랜지의 끝단이 일자형이어여 하는 것은 아니며, 압입하기 좋은 구조이면, ㄱ자이던 T자이던 관계없다. 또한, 강관의 일측부 중앙부에는 걸쇠 고리(20)가 형성되고, 타측 중앙부에는 타강관의 걸쇠고리(20)와 연결되는 T자형 플랜지(22)가 형성되고, 상기 강관(10)의 양측면의 상하부에는 인접한 강관을 서로 결합하는 정착철물(130)을 관통설치하기 위한 관통공(135)이 다수개 형성된다. 상기 관통공은 강관의 양측부의 상하에 구비될 수 있으나, 일측 또는 일부에만 구비될 수도 있다. 도시된 바와 같이, 정착철물(130)은 일단이 한 강관의 관통공(135) 관통한 후 다른 강관의 관통공(135)을 통과한 후 나사와 결합되는 구조로 되는 것이 바람직하나, 양단이 볼트헤드 구조 또는 나사구조로 이루어지는 대신에 볼트머리없는 구조이거나, 나사결합되지 않고 적어도 일측이 머리없는 텐션볼트형태의 정착철물이 관통공(135)에 관통결합되는 구조로 일어질 수도 있다.
한편, 강관(10)의 내부(15) 및 인접한 강관의 제1 및 제2 플랜지(12, 100)의 맞대기 이음에 의해 형성된 폐합공간(150)에 몰탈이나 콘크리트를 충전함으로써 상 부 토사 하중을 보다 잘 지탱할 수 있는 일체화된 횡방향 연속 가설 루프구조체를 형성할 수 있도록 한다.
또한, 강관(10)의 중앙부에 부착된 T자형 플랜지(22)가 인접강관의 중앙부에 부착된 걸쇠 고리(20)에 걸리게 되어 강관의 압압시 압입에 따른 시공 중의 위치 이탈을 방지하게 된다. 여기서, 걸쇠 고리 및 T자형 플랜지는 걸쇠연결부를 형성하는데, T자형 플랜지는 반드시 T자형일 필요는 없으며, 일자형, ㄱ자형 등 걸쇠고리에 걸리는 구조이면 관계없을 것이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 강관의 구조 및 강관의 연결관계를 도시한 것이다. 도 8의 상세 단면도에서, 강관의 양측부에 상하 플랜지가 부착되어 인접한 강관의 플랜지끼리 상호 겹치기 형식으로 결합되고, 중앙부 양측에 걸쇠고리 및 T자형 플랜지가 부착되어 인접한 강관끼리 상호 고리결합되고 다수의 정착철물 설치용 관통공이 형성되어 인접한 강관이 상호 관통결합됨을 도시하는 강관의 상호 연결관계가 도시되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 강관(10)의 외부 일 측면에 제1 플랜지(12)가 상하로 부착되고 타 측면에는 인접한 강관의 제1 플랜지(12)와 겹치기 형식으로 연결되어 폐합공간(150)을 형성하는 제2 플랜지(100)가 상하로 부착되어 있다. 상기 제1 및 제2 플랜지(12, 100)의 끝단은 일자형으로 압입하기 좋은 구조로 형성된다. 그러나, 반드시 플랜지의 끝단이 일자형이어여 하는 것은 아니며, 압입하기 좋은 구조이면, ㄱ자이던 T자이던 관계없다. 또한, 강관의 일측부 중앙부에는 걸쇠 고리(20)가 형성되고, 타측 중앙부에는 타강관의 걸쇠고리(20)와 연결되는 T자형 플랜지(22)가 형성되고, 상기 강관(10)의 양측면에는 인접한 강관을 서로 결합하는 정착철물(130)을 관통설치하기 위한 관통공(135)이 다수개 형성된다. 상기 관통공은 강관의 양측부의 상하에 구비될 수 있으나, 일측 또는 일부에만 구비될 수도 있다. 여기에서도 마찬가지로, 도시된 바와 같이, 정착철물(130)은 일단이 한 강관의 관통공(135) 관통한 후 다른 강관의 관통공(135)을 통과한 후 나사와 결합되는 구조로 되는 것이 바람직하나, 양단이 볼트헤드 구조 또는 나사구조로 이루어지는 대신에 볼트머리없는 구조이거나, 나사결합되지 않고 적어도 일측이 머리없는 텐션볼트형태의 정착철물이 관통공(135)에 관통결합되는 구조로 일어질 수도 있다.
물론 강관(10)의 내부(15) 및 인접한 강관의 제1 및 제2 플랜지(12, 100)의 겹치기 형식의 결합에 의해 형성된 폐합공간(150)에 몰탈이나 콘크리트를 충전함으로써 상부 토사 하중을 보다 잘 지탱할 수 있는 일체화된 횡방향 연속 가설 루프구조체를 형성할 수 있도록 한다. 여기에서도, 강관(10)의 중앙부에 부착된 T자형 플랜지(22)가 인접강관의 중앙부에 부착된 걸쇠고리(20)에 걸리게 되어 강관의 압압시 압입에 따른 시공 중의 위치 이탈을 방지하게 된다. 여기서, 걸쇠고리 및 T자형 플랜지는 걸쇠연결부를 형성하는데, T자형 플랜지는 반드시 T자형일 필요는 없으며, 일자형, ㄱ자형 등 걸쇠고리에 걸리는 구조이면 관계없을 것이다.
상술한 본 발명의 제1 및 제2 실시예에서와 같이, 본 발명에서 횡방향의 인장력을 지탱하는 개념은 주로 플랜지결합 및 걸쇠연결을 통하여 이루어지는 것은 아니라, 강관 설치 후 강관의 내부에서 측벽에 일정한 간격으로 설치된 정착철물 설치 관통공(135)을 통해 인접한 강관을 텐션볼트와 같은 정착철물(130)을 관통결 합하여 강관을 상호 결합함으로써 대부분 이루어진다. 또한, 이렇게 연속강관의 설치를 완료한 후 강관의 내부(15) 및 인접강관의 플랜지들(12, 100)에 의해 형성된 폐합공간(150)에 몰탈이나 콘크리트를 충전하게 되면 강관루프구조체는 보다 큰 횡방향 강성을 갖는 구조가 되어 기존의 도 1에서와 같은 강관루프공법에서의 루프 밑에 설치하는 횡방향지지보(4)가 불필요하게 된다.
이하, 상술한 본 발명의 강관의 구조를 토대로 이루어지는 본 발명에 의한 강관루프 구조체에 대해서 첨부된 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 지중에 구조물을 축조하는 강관루프 공법에 적용되는 강관루프 구조체는 도 7 또는 도 8에 도시한 강관을 적용하여 구축되는 것으로, 우선 외부 일측면에 상하 2개의 제1플랜지(12)가 부착되고 타측면에는 타강관의 제1플랜지와 대응 연결되는 제2플랜지(100)가 상하로 부착되고, 강관의 일측부 중앙부에는 걸쇠 고리(20)가 형성되고, 타측 중앙부에는 타강관의 걸쇠고리(20)와 연결되는 T자형 플랜지(22)가 형성되고, 상기 강관의 양측면에 인접한 강관을 서로 결합하는 정착철물(130)을 관통설치하기 위한 관통공(135)이 다수개 형성되는 강관(10)을 준비하여, 그 후 횡단할 도로나 지장물의 양측에 작업구를 설치한 후 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 순차적으로 압입 설치함으로써 이루어진다. 이 때, 상기 강관을 지중에 오거로 굴착을 병행하면서 한 강관의 걸쇠고리(20)가 타강관의 T자형 플랜지(22)와 고리결합되어 상호 이탈을 방지하면서 센터를 맞추고, 또한 한 강관의 제1 플랜지(12)가 타강관의 제2플랜지(100)에 겹치거나 맞대기 형식으로 연결 고정하여, 순차적으로 압입 설치한 후, 정착철물 관통공(135)을 통해 정 착철물(130)을 관통삽입하여 강관들을 연결시킨다. 그 다음, 상기 강관내부(15) 및 상기 플랜지들(12, 100)에 의해 형성된 폐합공간(150)에 콘크리트를 타설함으로써 이루어지는 강관루프 구조체를 구축한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 비개착 강관루프 공법에 의한 축조된 구조물도 종래의 공법과 마찬가지로 강관루프 구조체하에 상하부 슬래브(60, 80) 및 벽부(65)를 두고 있다. 그러나, 강관루프 구조체에 상부 하중에 견디기 위하여 횡방향지지보(도 5의 4)를 두고 있지 않다. 그 이유는 강관루프 구조체에 적용되는 강관의 구조가 인접한 강관들을 연결하기 위하여 플랜지(12, 100), 걸쇠고리(20) 및 T자형 플랜지(22)에 의해 연결되고, 정착철물(130)이 관통공(135)을 관통하여 연결되고, 강관내부(15) 및 플랜지들(12, 100)에 의해 형성된 폐합공간(150)에 타설된 콘크리트에 의해 일체화되어 횡방향 내하력을 키웠기 때문이다.
이에 따라서 본 발명의 강관을 사용하여 루프구조체를 축조하는 경우, 횡방향 지지보(4)가 필요없게되어 횡방향지지보가 점유한 높이만큼 가설 강관루프의 규모도 줄어들게 되고, 가설강재도 수적으로 적게 사용된다. 또한 루프구조체내의 토공작업에 있어서는 1차 토공작업에 의해 확보된 통로를 이용하여 장비를 투입하여, 벽체와 기둥부에 선택적으로 흙막이 가설용 파일을 설치하고, 2차로 토사를 제거하고 벽체, 기둥, 상부슬라브 등 구조물을 축조한 후 3차로 상부하중을 지탱하고 있는 잔여부에 대한 토공작업을 수행하고 하부슬라브를 축조하므로, 기존 강관루프공법의 루프 내부의 토사를 전부 제거하는 과정에서 불가피하게 발생하는 지반침하 등이 발생치 않아 시공 중의 안정성 확보 뿐만 아니라 가시설의 규모가 축소되어 시공 공기 단축 및 시공비 절감을 이룰 수 있다.
본 발명에서는 강관루프 구조체를 지중 구조물의 축조시 먼저 상술한 구조의 강관을 지중구조물의 작업구에서 압입하여 형성하게 되는데, 이러한 강관루프 구조체 및 그를 적용한 비개착 강관루프 공법을 이하 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 10 내지 도 15는 본 발명의 강관 및 강관루프구조체를 적용한 비개착 강관루프 공법의 시공 순서도이다. 시공순서를 통해 본 공법의 상세한 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 10에 도시한 바와 같이, 제1단계로 상술한 구조의 강관을 압입하고 연결한 후 강관내부에 몰탈이나 콘크리트를 충전한다. 즉, 횡단할 도로나 지장물의 양측에 작업구를 설치한 후 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 플랜지(12, 100)가 달린 강관(10)을 걸쇠고리(20)와 T자형 플랜지(22)를 연결한 채 삽입하여 강관을 오거로 굴착을 병행하면서 압입한다. 압입된 강관 측벽의 정착철물 관통공(135)을 통해 정착철물(130)을 타강관과 관통결합시킨다. 그 후 강관 내부(15) 및 플랜지들(12, 100)에 의해 형성된 폐합공간(150)에 콘크리트 타설 또는 그라우팅을 실시한다.
도 11에 도시한 바와 같이, 제2단계로 내부 1차 굴착을 하고 가설기둥(40)을 설치한다. 즉, 상기 형성된 강관루프 구조체의 하면을 소형장비가 진입할 수 있는 심도로 굴착하면서 상부 하중을 적당한 간격으로 H-빔(40)(가설기둥)을 설치하여 지지시킨다. 이때 횡방향 지지보는 설치하지 않는다.
도 12에 도시한 바와 같이, 제3단계로 확보된 작업공간을 이용하여 소형 장비를 진입시켜 벽체와 기둥부에 가설용 H-파일(50)을 설치한다.
도 13에 도시한 바와 같이, 제4단계로 2차 토공을 실시하면서 벽체 및 중간 기둥설치용 가시설(버팀보: 75)을 설치하고, 그 설치된 가시설 내에서 철근 및 거푸집을 조립하여 벽체(65) 및 상부 슬래브(60)를 축조한다.
도 14에 도시한 바와 같이, 제5단계로 3차로 내부 잔여 토사 제거 및 가시설을 철거 한 후 바닥 슬래브에 버팀보(70)를 설치하고, 콘크리트를 타설하여 바닥 슬래브(80)를 설치한다.
도 15에 도시한 바와 같이, 제6단계로 중앙벽체 및 슬래브 표면처리를 하고 현장정리를 하여, 원하는 지중 구조물의 축조를 완성한다.
도 10 내지 도 15에 도시한 바와 같이, 본 발명의 강관 및 강관루프구조체를 적용한 비개착 강관루프 공법은 강관루프 구조체로 감싸진 내부 굴착에 있어서는 먼저 소형 장비가 진입할 수 있는 통로를 1차적으로 확보해서 소형 장비를 이용하여 벽체와 기둥이 설치될 부위에 흙막이 가설용 H말뚝을 설치하여 토류 가시설을 축조하고 필요에 따라서 2차, 3차 등의 다단계 토공을 실시 한 후 벽체와 기둥 및 슬래브를 형성하여 원하는 구조물을 조성하게 된다. 이로써, 구조물이 설치될 부위만을 선택적으로 굴착한 후 구조물을 설치하고 이후 상부하중을 지탱하고 있는 잔여부에 대한 토공작업이 이루어지므로 시공 중에 지반의 변위억제와 안정성을 확보 할 수 있다. 따라서 축조된 강관루프내의 토공 작업 시 1차, 2차 등의 단계별로 굴진하면서 기 설치된 기둥의 지지부를 굴착, 부재를 연결하고 루프내의 모든 토사를 제거한 후 구조물을 시공하는 기존 강관루프공법에서 발생하는 침하문제나 안정성 결여가 해소된다.
또한 횡방향으로 인장력을 받을 수 있는 구조시스템은 도 7 또는 도 8에서와 같이 강관의 내부에서 측벽에 일정한 간격으로 설치된 정착철물 관통공(135)을 통해 정착철물(130)을 타강관과 관통결합시기고, 이어 강관내부(15)에 몰탈이나 콘크리트를 충전시키고 강관의 플랜지들(12, 100)에 의해 형성된 폐합공간(150)에 몰탈이나 그라우팅 액을 주입하여 충전시키면 횡방향 강성을 갖는 강관으로 합성된 구조체의 특성을 갖게 된다.
또한, 지금까지는 본 발명을 비개착 강관루프구조체, 그 강관구조에 한정하여 설명되었으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니고, 비개착식 뿐만 아니라 개착식 복공구조의 토공에도 적용될 수 있으며, 강관과 같은 강관 뿐만 아니라 형강도 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 또한 터널작업에도 이용될 수 있음은 당연하므로, 시공용도 및 대상에 관계없이 첨부된 청구범위에 포함되는 범위안에서 다양한 변형 및 수정이 가능함을 이해하여야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 강관과 강관의 연결부에 몰탈이나 콘크리트를 충전할 수 있는 폐합 공간의 형성이 가능하도록 강관의 상하단 외측부에 서로 연결할 수 있는 플랜지(12, 100)가 부착되고, 인접한 강관의 압입시 이탈을 방지하기 위하여 걸쇠고리(20)와 T자형 플랜지(22)를 부착하고, 강관끼리의 횡방향 내하력을 증강시키기 위한 정착철물(130)을 관통연결하기 위한 관통공(135)을 형성하고, 강관의 내부 또는 연결부의 폐합공간에 콘크리트를 충전함으로써, 횡방향으로 결속력을 갖는 강 콘크리트 합성체 루프를 축조함으로써, 구조물 축조를 위한 내부의 토공 작업 시에는 루프 구조체의 횡방향 강성으로 인해 별도의 횡방향 지지보의 설치 없이 가설 기둥만 설치하여 토공작업이 가능하므로 가설루프의 규모가 줄어들고 시공공정도 단순하게 된다.
이로써, 루프구조체내의 토공작업에 있어서는 1차 토공작업에 의해 확보된 통로를 이용하여 천공장비를 투입, 벽체와 기둥이 축조될 부위에 선택적으로 흙막이 가설용 파일을 설치, 2차로 토사를 제거하고 구조물을 축조한 후 3차로 상부하중을 지탱하고 있는 잔여부에 대한 토공작업이 이루어지므로 기존 강관루프공법의 루프 내부의 토사를 전부 제거하는 과정에서 불가피하게 발생하는 지반침하 등이 발생치 않아 시공 중의 안정성 확보 뿐만 아니라 가시설의 규모가 축소되어 시공 공기 단축 및 시공비 절감을 이룰 수 있다.

Claims (4)

  1. 지중에 구조물을 축조하는 강관루프 공법에 적용되는 강관에 있어서,
    횡단할 도로나 지장물의 양측에 작업구를 설치한 후 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 순차적으로 압입 설치되는, 외부 일측면에 상하 2개의 제1플랜지가 부착되고 타측면에는 타강관의 제1플랜지와 대응 연결되는 제2플랜지가 상하로 부착되고, 강관의 일측부 중앙부에는 걸쇠 고리가 형성되고, 타측 중앙부에는 타강관의 걸쇠고리와 연결되는 걸쇠 플랜지가 형성되고, 상기 강관의 양측면에 인접한 강관 을 서로 결합하는 정착철물을 관통설치하기 위한 관통공이 다수개 형성되는 강관.
  2. 제1항에 있어서, 인접한 강관의 플랜지끼리 상호 겹치거나 맞대기 형식으로 결합하여 폐합공간을 형성함을 특징으로 하는 강관.
  3. 지중에 구조물을 축조하는 강관루프 공법에 적용되는 강관루프 구조체에 있어서, 횡단할 도로나 지장물의 양측에 작업구를 설치한 후 외부 일측면에 상하 2개의 제1플랜지가 부착되고 타측면에는 타강관의 제1플랜지와 대응 연결되는 제2플랜지가 상하로 부착되고, 강관의 일측부 중앙부에는 걸쇠 고리가 형성되고, 타측 중앙부에는 타강관의 걸쇠고리와 연결되는 걸쇠플랜지가 형성되고, 상기 강관의 양측면에 인접한 강관을 서로 결합하는 정착철물을 관통설치하기 위한 관통공이 다수개 형성되는 강관을 준비하여, 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 순차적으로 압입 설치할 때, 상기 강관을 지중에 오거로 굴착을 병행하면서 한 강관의 걸쇠고리가 타강관의 걸쇠플랜지와 고리결합되고, 한 강관의 제1플랜지가 타강관의 제2플랜지에 겹치거나 맞대기 형식으로 결합하여, 순차적으로 압입 설치하고, 정착철물 관통공을 통해 정착철물을 관통삽입하여 강관들을 연결시킨 후, 상기 강관내부 및 상기 플랜지에 의해 형성된 폐합공간에 몰탈이나 콘크리트를 타설함으로써 이루어지는 강관루프 구조체.
  4. 지중에 구조물을 축조하기 위한 강관루프 공법에 있어서,
    토공작업의 시공 전에 구조물의 안전성을 확보하기 위하여, 먼저 지중구조물의 크기에 맞추어 측부 상하 연결 플랜지와 중앙 걸쇠 연결부를 부착한 강관을 준비하여, 상호 인접한 강관끼리의 걸쇠 연결부를 연결하여 센터위치를 맞춘 채 압입하고, 상호 인접 강관의 상하 플랜지를 연결하여 폐합공간을 형성하고, 강관에 형성한 정착철물 설치용 관통공을 통하여 강관 내측으로부터 관통한 정착철물을 이용하여 인접 강관들을 연결하고, 상기 강관내부 및 강관 연결 플랜지에 의해 형성된 폐합공간에 몰탈이나 콘크리트를 타설하여 강관루프구조체를 형성하는 단계;
    굴착을 통해 장비통로를 확보하는 단계;
    장비통로를 확보한 후 횡방향지지보를 설치하지 않고 필요시 가설기둥만을 설치하는 단계;
    필요시 가설용 파일을 설치하고 다음 굴착부위인 벽체와 기둥부에 장비를 투입하여 필요에 따라서 다음 굴착을 실시하는 단계; 및
    상부 슬라브 및 좌우 벽체 기둥 등 구조물을 축조한 후 최종적으로 토공작업을 실시한 후 바닥슬라브를 축조하는 단계를 포함하는 강관루프공법.
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