KR100626820B1

KR100626820B1 - 천층 터널 공법

Info

Publication number: KR100626820B1
Application number: KR1020040111686A
Authority: KR
Inventors: 서동현
Original assignee: 서동현
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2006-09-21
Also published as: KR20060072914A

Abstract

본 발명은 도로 또는 철도를 하부에서 횡단하는 천층 터널에서 지표면 침하를 허용하지 않는 천층 터널 공법에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 천층 터널 공법은, 터널의 시공전 천층 터널의 상부의 침하량을 측정하기 위한 로드 익스텐소메터(Rod Extensometer; 11)와 천층 터널의 수평 방향 굴착 중 침하 변형을 측정하기 위한 인클리노메터(Inclinimeter; 12)를 설치하는 단계(S1)와; 상기 인클리노메터(12)의 하부에 터널의 천단부가 위치하는 중앙의 파일럿 터널(21)을 굴착하는 굴착라인과, 상기 중앙의 파일럿 터널(21)의 굴착 라인 양측에 좌우측 파일럿 터널(22, 23)의 굴착 라인에 그 터널의 종방향으로 파일럿 터널용 파이프 루프(30)를 설치하는 단계(S2)와; 상기 중앙 및 좌우측의 파일럿 터널(21, 22, 23)의 굴착 라인을 링컷으로 굴착하고, 그 굴착 라인에 이미 설치된 상기 파이프 루프(30)의 하단 내측에 띠형 배수재(35)를 설치하고, 상기 띠형 배수재(35)의 하단 내측에 스틸리브(40)를 프리로딩잭(50)으로 잭킹하되, 상기 스틸리브(40)는 상기 중앙 및 좌우측의 파일럿 터널(21, 22, 23)의 굴착 라인의 각각의 양측에 좌우측 스틸리브(41)를 양측으로 세우고, 상기 좌우측 스틸리브(41)의 사이에 아치형 스틸리브(42)를 프리로딩잭(50)을 매개로 연결하여 세우는 단계(S3)와; 상기 중앙의 파일럿 터널(21)의 중앙 및 좌우측 파일럿 터널(22, 23)의 각각의 좌우측벽에 기초와 기둥으로 된 필라부(25, 26, 27)를 축조하고, 상기 필라부(25)의 상측인 천단부를 그라우팅하는 단계(S4)와; 상기 중앙의 파일럿 터널(21)의 필라부(25)의 양측으로 상기 좌우측의 필라부(26, 27)에 지지되는 메인 터널(28)을 형성하되, 상기 메인 터널(28)의 굴착라인을 따라 메인터널용 파이프 루프(31)를 종방향으로 선지보되도록 설치하고, 상기 중앙의 파일럿 터널(21)의 필라부(25) 양측과 상기 좌우측 파일럿 터널(22, 23)의 필라부(26, 27)의 내측에 있는 스틸리브(40)와 파일럿 터널용 파이프 루프(30)를 해체하는 단계(S5)와; 상기 메인터널용 파이프 루프(31)를 따라 링컷으로 메인터널(28)을 굴착하고, 상기 메인터널용 파이프 루프(31)의 하단 내측에 띠형 배수재(35)를 설치하며, 상기 띠형 배수재(35)의 하단 내측에 스틸리브(40)를 프리로딩잭(50)으로 잭킹하는 단계(S6)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명은 도로, 철도와 같은 터널상부의 공간이 제한된 상태의 조건에서 원지반 침하를 허용할 수 없는 터널에 주로 적용하기 위한 공법으로, 초 연약지반을 제외한 모든 지반에 적용이 가능하며 특히, 곡선터널도 시공 가능하고, 종래 터널의 특수공법보다 공기와 경제성면에서 유리하며, 터널의 형태를 다아치 터널, 투아치, 원아치, 파일럿 터널이 없는 원아치 터널 등을 다양하게 시공할 수 있다.

Description

천층 터널 공법{Shallow overbuden tunnel construction method}

도1은 일반적인 관추진 공법의 개요도,

도2는 본 발명에 의한 천층 터널에서 스틸리브를 프리로딩잭으로 연결한 상태를 도시한 사시도이고,

도3은 본 발명에 의한 천층 터널에서 스틸리브를 프리로딩잭으로 연결한 또 다른 상태를 도시한 사시도이며,

도4는 도2 및 도3의 배수재를 도시한 분해 사시도이며,

도5는 본 발명에 의한 프리로딩잭으로 연결된 스틸리브에 작용하는 힘의 합력과 분포를 도시한 도면이며,

도6a는 프리로딩잭을 분해 도시한 사시도이며,

도6b는 도6a의 조립 사시도이며,

도6c는 도6b의 측면도이며,

도7은 터널의 시공전 천층 터널의 상부의 침하량을 측정하기 위한 로드 익스텐소메터(Rod Extensometer)와 천층 터널의 수평 방향 굴착 중 침하 변형을 측정하기 위한 인클리노메터(Inclinimeter)를 설치하는 단계를 도시한 도면이며,

도8은 파일럿 터널의 굴착 라인에 소구경 파이프루프를 설치하는 단계를 도시한 도면이며,

도9는 파일럿 터널의 굴착 라인을 링컷으로 굴착하고 굴착 라인을 따라 스틸리브를 프리로딩잭으로 잭킹하는 단계를 도시한 도면이며,

도10은 파일럿 터널 내에 기초와 기둥을 축조하고, 천단부는 그라우팅하는 단계를 도시한 도면이며,

도11은 본 발명에 의한 메인 터널의 굴착라인에 파이프 루프를 종방향으로 선지보되도록 설치하고, 파일럿 터널의 스틸리브와 파이프 루프를 일부 해체하는 단계를 도시한 도면이며,

도12는 메인 터널을 링컷으로 굴착하면서 파일럿 터널의 양측벽을 되메우는 단계를 도시한 도면이며,

도13은 드레인재와 방수지를 숏크리트로 형성된 라이닝에 설치하고, 최종 라이닝하는 단계를 도시한 도면이며,

도14는 工자형 단면을 가진 스틸리브끼리의 연결 구조를 도시한 사시도이며,

도15는 본 발명에 의한 천층 터널에서 스틸리브 사이에 잭킹 압력을 가할 경우에 발생되는 잭킹량과 축력과의 관계를 도시한 그래프이며,

도16은 본 발명에 의한 천층 터널에서 터널의 상부에 계측기가 설치된 상태를 보인 사시도이며,

도17은 도16의 B-B 선에 따른 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11 : 로드 익스텐소메터 12 : 인클리노메터

21 : 중앙의 파일럿 터널 22, 23 : 좌우측의 파일럿 터널

25, 26, 27 : 필라부 28 : 메인 터널

30 : 파일럿 터널용 파이프 루프 31 : 메인 터널용 파이프 루프

40 : 스틸리브 41 : 좌우측 스틸리브

42 : 아치형 스틸리브 50 : 프리로딩잭

본 발명은 도로 또는 철도를 하부에서 횡단하는 천층 터널에서 지표면 침하를 허용하지 않는 천층 터널 공법에 관한 것이다.

최근, 도시화의 진행에 따라 전기 통신구, 상하수도, 철도, 도로, 도시가스 등 각종 기반 시설의 수요가 증대하고 있으며, 이에 따른 시공 공법 기술 향상과 시공 장비의 개선이 요구되고 있는 실정이다. 그러한 가운데, 환경 보존, 안정성 및 경제적인 측면 뿐만 아니라, 복잡한 현장 여건 속에서 지하 매설물 시공에 따른 도심지 교통 소통 문제점을 최소화하면서 지하 공간을 확보하기 위한 목적으로 개발된 것이 세미실드(Semi-Shield) 공법이다.

세미실드 공법은 도1에 도시된 바와 같이, 세미실드 머신이라는 강재 원통형의 굴착기계를 수직 작업구 내에 투입 시켜 기계 선단부에 장착되어 있는 토사 굴착용 커터 헤드를 회전시키면서 지반을 굴착하고, 각종 보조 공법으로 막장면의 붕괴를 방지함과 동시에 추진기(1)의 후방에 추진관(2)를 유압잭키(3)로 압입, 추진시키면서 설치하는 것을 반복하여 터널을 굴착한다. 세미실드 공법은 관추진 공법 으로도 불리우며, 굴착한 흙을 배토, 이송시키기 위한 슬러리 공급 및 배토 처리 장치(4), 유압잭키(3)가 후방으로 밀리지 않도록 지지하는 반력벽(5) 등의 관련 설비를 필요로 한다.

상기한 바와 같은 관추진 공법은 대구경일 경우 막장부에서 유압잭으로 밀 때, 원지반의 융기가 발생하거나 막장의 흙을 과도하게 제거할 경우, 침하가 발생하고, 복합곡선터널은 시공이 불가능하며, 단곡선 터널에서도 관추진 선단의 슈와 본관사이의 틈에 의해 침하가 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 목적은 토사층 원지반에서 토피가 얕으면서 상부에 도로 및 철도가 횡단하는 교통하중이 있는 경우의 천층터널에서 소규모 보조공법인 강관다단 그라우팅 또는 소구경 파이프루프 공법과 종래의 스틸리브를 사용하여 스틸리브에 축력을 가함으로써 침하를 상쇄시키도록 한 천층 터널 공법을 제공하는 데 있다.

따라서, 상기와 같은 목적을 실현하기 위하여 본 발명에 따른 천층 터널 공법은, 터널의 시공전 천층 터널의 상부의 침하량을 측정하기 위한 로드 익스텐소메터와 천층 터널의 수평 방향 굴착 중 침하 변형을 측정하기 위한 인클리노메터를 설치하는 단계와; 상기 인클리노메터의 하부에 터널의 천단부가 위치하는 중앙의 파일럿 터널을 굴착하는 굴착라인과, 상기 중앙의 파일럿 터널의 굴착 라인 양측에 좌우측 파일럿 터널의 굴착 라인에 그 터널의 종방향으로 파일럿 터널용 파이프 루프를 설치하는 단계와; 상기 중앙 및 좌우측의 파일럿 터널의 굴착 라인을 링컷으 로 굴착하고, 그 굴착 라인에 이미 설치된 상기 파이프 루프의 하단 내측에 띠형 배수재를 설치하고, 상기 띠형 배수재의 하단 내측에 스틸리브를 프리로딩잭으로 잭킹하되, 상기 스틸리브는 상기 중앙 및 좌우측의 파일럿 터널의 굴착 라인의 각각의 양측에 좌우측 스틸리브를 양측으로 세우고, 상기 좌우측 스틸리브의 사이에 아치형 스틸리브를 프리로딩잭을 매개로 연결하여 세우는 단계와; 상기 중앙의 파일럿 터널의 중앙 및 좌우측 파일럿 터널의 각각의 좌우측벽에 기초와 기둥으로 된 필라부를 축조하고, 이 필라부의 상측인 천단부를 그라우팅하는 단계와; 상기 중앙의 파일럿 터널의 필라부의 양측으로 상기 좌우측의 필라부에 지지되는 메인 터널을 형성하되, 상기 메인 터널의 굴착라인을 따라 메인터널용 파이프 루프를 종방향으로 선지보되도록 설치하고, 상기 중앙의 파일럿 터널의 필라부 양측과 상기 좌우측 파일럿 터널의 필라부의 내측에 있는 스틸리브와 파일럿 터널용 파이프 루프를 해체하는 단계와; 상기 메인터널용 파이프 루프를 따라 링컷으로 메인터널을 굴착하고, 상기 메인터널용 파이프 루프의 하단 내측에 띠형 배수재를 설치하며, 상기 띠형 배수재의 하단 내측에 스틸리브를 프리로딩잭으로 잭킹하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도2는 본 발명에 의한 천층 터널에서 스틸리브를 프리로딩잭으로 연결한 상태를 도시한 사시도이고, 도3은 본 발명에 의한 천층 터널에서 스틸리브를 프리로딩잭으로 연결한 또 다른 상태를 도시한 사시도이며, 도4는 도2 및 도3의 배수재를 도시한 분해 사시도이며, 도5는 본 발명에 의한 프리로딩잭으로 연결된 스틸리브에 작용하는 힘의 합력과 분포를 도시한 도면이며, 도6a는 프리로딩잭을 분해 도시한 사시도이며, 도6b는 도6a의 조립 사시도이며, 도6c는 도6b의 측면도이며, 도7은 터널의 시공전 천층 터널의 상부의 침하량을 측정하기 위한 로드 익스텐소메터(Rod Extensometer)와 천층 터널의 수평 방향 굴착 중 침하 변형을 측정하기 위한 인클리노메터(Inclinimeter)를 설치하는 단계를 도시한 도면이며, 도8은 파일럿 터널의 굴착 라인에 소구경 파이프루프를 설치하는 단계를 도시한 도면이며, 도9는 파일럿 터널의 굴착 라인을 링컷으로 굴착하고 굴착 라인을 따라 스틸리브를 프리로딩잭으로 잭킹하는 단계를 도시한 도면이며, 도10은 파일럿 터널 내에 기초와 기둥을 축조하고, 천단부는 그라우팅하는 단계를 도시한 도면이며, 도11은 본 발명에 의한 메인 터널의 굴착라인에 파이프 루프를 종방향으로 선지보되도록 설치하고, 파일럿 터널의 스틸리브와 파이프 루프를 일부 해체하는 단계를 도시한 도면이며, 도12는 메인 터널을 링컷으로 굴착하면서 파일럿 터널의 양측벽을 되메우는 단계를 도시한 도면이며, 도13은 드레인재와 방수지를 숏크리트로 형성된 라이닝에 설치하고, 최종 라이닝하는 단계를 도시한 도면이며, 도14는 工자형 단면을 가진 스틸리브끼리의 연결 구조를 도시한 사시도이며, 도15는 본 발명에 의한 천층 터널에서 스틸리브 사이에 잭킹 압력을 가할 경우에 발생되는 잭킹량과 축력과의 관계를 도시한 그래프이며, 도16은 본 발명에 의한 천층 터널에서 터널의 상부에 계측기가 설치된 상태를 보인 사시도이며, 도17은 도16의 B-B 선에 따른 단면도이다.

상기한 도면에 도시된 바와 같이, 토사층 원지반에서 토피가 얕으면서 상부 에 도로 및 철도 등과 같은 교통 하중이 있는 경우에 인접한 쌍굴 터널을 시공하는 예를 단계별로 설명한다.

본 발명에 의한 천층 터널 공법은, 먼저, 도7에서 도12의 시공 순서도에 의하면, 터널의 시공전 천층 터널의 상부의 침하량을 측정하기 위한 로드 익스텐소메터(Rod Extensometer; 11)와 천층 터널의 수평 방향 굴착 중 침하 변형을 측정하기 위한 인클리노메터(Inclinimeter; 12)를 설치하고, 상기 인클리노메터(12)의 하부에 터널의 천단부가 위치하도록 다수의 파일럿 터널을 굴착하게 되는 바, 중앙의 파일럿 터널(21)을 굴착하는 굴착라인과, 상기 중앙의 파일럿 터널(21)의 굴착 라인 양측에 좌우측 파일럿 터널(22, 23)의 굴착 라인에 그 터널의 종방향으로 소구경 파일럿 터널용 파이프 루프(30)를 설치하며, 상기한 중앙 및 좌우측의 파일럿 터널(21, 22, 23)의 굴착 라인을 링컷으로 굴착하고, 그 굴착 라인에 이미 설치된 상기 파이프 루프(30)의 하단 내측에 띠형 배수재(35)를 설치하고, 상기 띠형 배수재(35)의 하단 내측에 스틸리브(40)를 프리로딩잭(50)으로 잭킹하게 되는 바, 여기서 스틸리브(40)는 상기 중앙 및 좌우측의 파일럿 터널(21, 22, 23)의 굴착 라인의 각각의 양측에 좌우측 스틸리브(41)를 양측으로 세우고, 상기 좌우측 스틸리브(41)의 사이에 아치형 스틸리브(42)를 프리로딩잭(50)을 매개로 연결하여 세우게 된다. 여기서, 상기 좌우측 스틸리브(41)는, 그 하단에 지압판(41a)을 대고 그 위에 세우게 된다.

상기 스틸리브(40)는 도14에 도시된 바와 같이, 工자형 단면을 가진 형강으로서, 스틸리브(40)끼리 볼트형 강봉(43)으로 엇갈리게 되도록 연결 설치하되, 스 틸리브(40)의 양면에 지압판(44)을 대고 슬립 너트(45)로 고정 결착한다.

그리고, 상기 중앙의 파일럿 터널(21)의 중앙 및 좌우측 파일럿 터널(22, 23)의 각각의 좌우측벽에 기초와 기둥으로 된 필라부(25, 26, 27)를 축조하고, 이 필라부(25)의 상측인 천단부는 그라우팅한다.

상기 중앙의 파일럿 터널(21)의 필라부(25)의 양측으로 상기 좌우측의 필라부(26, 27)에 지지되는 메인 터널(28)을 형성하게 되는 바, 이 메인터널(28)의 굴착라인을 따라 메인터널용 파이프 루프(31)를 종방향으로 선지보되도록 설치하고, 상기 중앙의 파일럿 터널(21)의 필라부(25) 양측과 상기 좌우측 파일럿 터널(22, 23)의 필라부(26, 27)의 내측에 있는 스틸리브(40)와 파일럿 터널용 파이프 루프(30)를 해체하며, 상기 메인터널용 파이프 루프(31)를 따라 링컷으로 메인터널(28)을 굴착하고, 상기 메인터널용 파이프 루프(31)의 하단 내측에 띠형 배수재(35)를 설치하며, 상기 띠형 배수재(35)의 하단 내측에 스틸리브(40)를 프리로딩잭(50)으로 잭킹하게 된다. 상기 필라부(25)의 상면으로는 양측에 각각 한 피스의 스틸리브와 상기 필라부(26, 27)의 상면에는 메인터널(28)의 굴착 라인을 형성하는 방향으로 한 피스의 스틸리브가 설치된다. 잭킹전에 스틸리브끼리 볼트형 강봉으로 엇갈리게 되도록 지압판(44)을 대고 슬립너트(45)로 고정 연결 설치한다. 이들 스틸리브는 프리로딩잭(50)을 매개로 잭킹을 한다. 다음 단계로 스틸리브의 사이에 숏크리트를 타설하고, 숏크리트가 양생되면, 숏크리트 면에 매입해 놓은 파이프를 통해 숏크리트와 스틸리브 배면 그라우팅을 실시한다. 상기 숏크리트로 형성된 라이닝에 드레인재와 방수지를 설치하고, 다음 단계로 최종 라이닝을 타설한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 천층 터널 공법에 대한 작용 및 효과를 설명하면, 터널내 굴착중의 침하변형을 정확히 알기 위해 터널 천단부 상부지반 50㎝∼200㎝ 이내의 높이에 터널의 진행방향으로 평행하게 경사계 유도파이프를 천공설치하고, 유도파이프와 천공홀 사이는 벤토나이트와 물과 시멘트를 교반한 실링재를 주입한다. 상기 유도파이프는 상하 좌우 홈이 파인 파이프이며, 이 홈을 따라서 측정프로브가 이동하면서 각 변위를 위치마다 읽어서 지반의 침하 변위를 읽게 된다. 계측기는 터널 굴착 전에 초기치를 읽고 그것을 기준으로 터널을 굴착하면서 비교하여 침하를 분석하여 스틸리브에 가하는 축력 변형량을 결정하게 된다. 본 계측에 더해서 지표면에서 수직으로 로드 익스텐소메터(11)를 설치해 지중 변위를 같이 계측할 경우는 터널 진행방향에 대하여 평행으로 설치한 인클리노메터(12)와 연계해 오차를 분석할 수 있다. 곡선터널이거나 도로나 철도횡단이 아닌 긴 터널에서는 연직 방향의 지중 변위계를 사용하여 설치하여 터널굴착중의 도로 침하를 분석한다.

본 발명에 있어서, 상기 스틸리브(40)에 축력을 가하는 상기 프리로딩잭(50)의 작용 및 효과를 하기에서 설명하면, 상기한 프리로딩잭(50)으로 축력을 가할 수 있는 장치는 도6a 내지 도6c에 도시된 바와 같이, 하부 몸체(54) 내에 유압실린더(51)를 넣어 잭킹하고, 상기 유압 실린더(51)의 상면에 스크류(52)와 멈춤 너트(53)로 잭킹력이 고정되도록 구성되고, 상기 멈춤 너트(53)의 상부에 연결되는 상부몸체(55)에 스틸리브(40)가 연결되도록 되어 있다. 상기 스틸리브(40)의 잭킹 위치는 스틸리브와 주변지반의 마찰을 고려하여 축변형을 주어야 하는 스틸리브의 아치부를 균등하게 분할하는 위치가 효과적이며, 스틸리브의 잭킹위치는 가능한 한 위치에 몰리지 않도록 1m 정도 엇갈리게 설치하는 것이 구조적으로 스틸리브의 휨모멘트 손실을 최소화할 수 있게 된다. 상기한 바와 같은 연결 구조를 보강할 경우는 잭킹후 잭을 제거 후 외측에 철판조각을 대고 용접 보강하면 된다. 스틸리브에 상기 장치로 잭킹 압력을 가할 경우에 발생되는 변형(잭킹량)과 축력과의 관계를 그래프로 도시하면 도15와 같다.

단, 상기 도15의 그래프는 개념을 나타내기 위한 것이며, 그래프의 직선부가 완만한 곡선이 될 수도 있다. 여기서, 변형량 ε_A는 스틸리브와 굴착면 즉, 파이프 루프가 설치된 면과의 틈에 의한 변형량과, 스틸리브에 수직으로 설치된 볼트형 강봉의 유격에 따른 스틸리브의 좌굴 변형량을 합한 것이 된다. 그리고, 변형량 ε_B는 터널내 굴착으로 인한 주변지반의 이완에 따른 침하량을 상쇄시키는 변형량이다. 변형량 ε_C는 터널 주변지반을 스틸리브가 압력을 가하여 원지반이 압축되는 단계이며, 변형량 ε_D는 스틸리브가 항복하지 않는다면 스틸리브에 가해진 축력이 터널의 굴착 라인에 하중으로 작용하여 터널의 토피하중보다 월등히 큰 하중을 스틸리브가 주변지반에 가하여, 융기하여 원지반이 파괴되는 상태이다.

본 발명의 공법은 스틸리브에 B와 C사이에 잭킹량이 발생하도록 축력을 가하는 공법이며, 스틸리브는 이 축력에 대해 구조적으로 좌굴이 발생해서는 안되도록 설계한다. 따라서, 상기와 같은 스틸 리브의 좌굴을 방지하기 위하여, 두 개 내지 세 개씩 볼트형 강봉(43)과 슬립 너트(45)로 연결하여 工자형의 스틸리브의 좌굴을 방지한다. 스틸리브가 지지되는 기초는 침하되지 않도록 기초 처리되거나 지압판 (44)을 받쳐야 하며, 특히, 다(多) 아치터널에서의 필라부는 기초의 지내력이 충분하도록 설계한다.

그리고, 본 발명의 천층 터널에서 그 굴착면의 배수는 굴착면과 스틸리브 사이에 도4와 같은 띠형 배수재(35)를 스틸리브 배면에 테이프로 부착하여 일정간격(50㎝∼100㎝)마다 설치한다. 물의 용출량이 거의 없는 지반에서는 띠형 배수재 만으로 배수역할을 하고, 싱글쉘로서 터널을 완성할 수 있다. 용출수가 많고, 스틸리브와 파이프 루프 사이에 틈이 많을 경우, 스틸리브에 숏크리트 타설시 그라우팅관을 매설해 놓거나 숏크리트 양생 후 숏크리트를 천공하여 배면 그라우팅을 실시하여 터널주변의 2차 침하를 방지한다. 이와 같은 경우는 종래 국내에 사용되는 터널공법과 같이 숏크리트 타설 완료 면에 부직포와 방수쉬트를 설치하고, 2차 라이닝 콘크리트를 타설하여 완료한다.

본 발명의 공법의 터널내 굴착에 따른 침하량은 지반의 종류에 따라 각기 다르다. 또한 굴착방법에 따라서도 다르다. 따라서, 터널 상부 원지반에서 지중변위계, 즉 익스텐소 메터(Extenso meter)를 터널 천단부 굴착라인 심도까지 설치하여 침하량을 계측하여 잭업(Jack-up)할 변형량을 계산한다. 계산 실시 예는 아치부가 반원이고, Δd 만큼 침하했다면, π×(D-(D-Δd))×0.5 = 0.5π×Δd가 된다. 이 변형량은 상기 도 15의 그래프의 초기 변형량 ε_A+Δd = ε_A+ε_B가 잭킹 총량이 된다. 그러나 토피하중 만큼 더 상향으로 잭업(Jack-up)을 하여도 원지반의 지표면에는 융기가 발생하지 않으므로 안전율을 고려하여 ε_A+Δd+αd 만큼 상향으로 잭킹한 다. 이 때, 침하량을 기준으로 잭킹량을 발생시킬 경우를 변형제어방법이라고 하며, 토피하중을 계산한 값과 스틸리브와 굴착면의 틈으로 발생한 스틸리브의 축 변형량에 따른 축력의 합으로 하중을 잭킹하는 것을 하중제어방법이라 한다.

본 발명에 의한 천층 터널 공법에 의하면, 도로, 철도와 같은 터널상부의 공간이 제한된 상태의 조건에서 원지반 침하를 허용할 수 없는 터널에 주로 적용하기 위한 공법으로, 초 연약지반을 제외한 모든 지반에 적용이 가능하며 특히, 곡선터널도 시공 가능하고, 종래 터널의 특수공법보다 공기와 경제성면에서 유리하며, 터널의 형태를 다아치 터널, 투아치, 원아치, 파일럿 터널이 없는 원아치 터널 등을 다양하게 시공할 수 있다.

Claims

터널의 시공전 천층 터널의 상부의 침하량을 측정하기 위한 로드 익스텐소메터(Rod Extensometer; 11)와 천층 터널의 수평 방향 굴착 중 침하 변형을 측정하기 위한 인클리노메터(Inclinimeter; 12)를 설치하는 단계(S1)와;

상기 인클리노메터(12)의 하부에 터널의 천단부가 위치하는 중앙의 파일럿 터널(21)을 굴착하는 굴착라인과, 상기 중앙의 파일럿 터널(21)의 굴착 라인 양측에 좌우측 파일럿 터널(22, 23)의 굴착 라인에 그 터널의 종방향으로 파일럿 터널용 파이프 루프(30)를 설치하는 단계(S2)와;

상기 중앙 및 좌우측의 파일럿 터널(21, 22, 23)의 굴착 라인을 링컷으로 굴착하고, 그 굴착 라인에 이미 설치된 상기 파이프 루프(30)의 하단 내측에 띠형 배수재(35)를 설치하고, 상기 띠형 배수재(35)의 하단 내측에 스틸리브(40)를 프리로딩잭(50)으로 잭킹하되, 상기 스틸리브(40)는 상기 중앙 및 좌우측의 파일럿 터널(21, 22, 23)의 굴착 라인의 각각의 양측에 좌우측 스틸리브(41)를 양측으로 세우고, 상기 좌우측 스틸리브(41)의 사이에 아치형 스틸리브(42)를 프리로딩잭(50)을 매개로 연결하여 세우는 단계(S3)와;

상기 중앙의 파일럿 터널(21)의 중앙 및 좌우측 파일럿 터널(22, 23)의 각각의 좌우측벽에 기초와 기둥으로 된 필라부(25, 26, 27)를 축조하고, 상기 필라부(25)의 상측인 천단부를 그라우팅하는 단계(S4)와;

상기 중앙의 파일럿 터널(21)의 필라부(25)의 양측으로 상기 좌우측의 필라 부(26, 27)에 지지되는 메인 터널(28)을 형성하되, 상기 메인 터널(28)의 굴착라인을 따라 메인터널용 파이프 루프(31)를 종방향으로 선지보되도록 설치하고, 상기 중앙의 파일럿 터널(21)의 필라부(25) 양측과 상기 좌우측 파일럿 터널(22, 23)의 필라부(26, 27)의 내측에 있는 스틸리브(40)와 파일럿 터널용 파이프 루프(30)를 해체하는 단계(S5)와;

상기 메인터널용 파이프 루프(31)를 따라 링컷으로 메인터널(28)을 굴착하고, 상기 메인터널용 파이프 루프(31)의 하단 내측에 띠형 배수재(35)를 설치하며, 상기 띠형 배수재(35)의 하단 내측에 스틸리브(40)를 프리로딩잭(50)으로 잭킹하는 단계(S6)로 이루어진 것을 특징으로 하는 천층 터널 공법.
제1항에 있어서,

상기 스틸리브(40)는 工자형 단면을 가진 형강으로서, 스틸리브(40)끼리 볼트형 강봉(43)으로 엇갈리게 되도록 연결 설치하되, 스틸리브(40)의 양면에 지압판(44)을 대고 슬립 너트(45)로 고정 결착하는 것을 특징으로 하는 천층 터널 공법.
제1항에 있어서,

상기 필라부(25)의 상면으로는 양측에 각각 한 피스의 스틸리브와 상기 필라부(26, 27)의 상면에는 메인터널(28)의 굴착 라인을 형성하는 방향으로 한 피스의 스틸리브가 설치되고, 이들 스틸리브의 사이에 프리로딩잭(50)을 매개로 스틸리브를 잭킹 설치하되, 상기 스틸리브(40)의 사이에 숏크리트를 타설하고 숏크리트 후 면에 매입해 놓은 파이프를 통해 숏크리트와 스틸리브 배면 그라우팅을 실시하고, 상기 숏크리트로 형성된 라이닝에 드레인재와 방수지를 설치하며, 다음 단계로 최종 라이닝을 타설하는 단계(S7)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천층 터널 공법.
제1항에 있어서, 상기 프로로딩잭(50)은 스틸리브(40)에 일회 축력을 가하는 위치에 설치하되, 프로로딩잭(50)의 위치를 엇갈리게 설치하여 종방향 볼트형 강봉(43)의 위치와 상기 스틸리브(40)에 작용하는 좌굴과 휨모멘트에 축력을 가하는 위치의 연결이 구조적으로 유리하게 저항할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 천층 터널 공법.
제4항에 있어서, 터널의 종방향으로 지압판(44)과 슬립 너트(45)를 매개로 스틸리브(40)를 연결하는 볼트형 강봉(43)은 상기 스틸리브(40)에 대하여 엇갈리게 연결된 것을 특징으로 하는 천층 터널 공법.
제1항에 있어서, 상기 단계(S1)에서 상기 로드 익스텐소메터(11)는 터널 굴착전 계획된 터널의 천단부 상부지반에 수직 천공된 홀에 삽입하여 천단부의 침하량을 측정하고, 천층 터널의 수평 방향 굴착 중 침하 변형을 측정하기 위한 인클리노메터(12)는 터널의 천단부 상부지반 50cm~200cm이내에 수평 방향으로 천공된 홀에 삽입한 후 실링을 하고 수평으로 천공된 홀 내의 유도홈을 따라서 측정용 프로 브를 삽입하여 지반변위를 초기 측정하고 터널을 굴착하면서 계속적인 천단부 침하를 관측하여 스틸리브의 축력 변형량을 산정하는 것을 특징으로 하는 천층 터널 공법.