KR100740200B1 - 선지보 터널 공법 및 이에 적합한 장치 - Google Patents

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    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
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    • E21D19/00Provisional protective covers for working space
    • E21D19/04Provisional protective covers for working space for use in drifting galleries

Abstract

본 발명은 터널 입출구와 도심 터널에서 발생하는 토피가 얕은 토사 터널의 시공 및 대단면 터널내에서 파일럿 터널을 선굴착 관통후 선지보파일을 다수의 위치에서 선지보재를 먼저 천공 설치한 후 대단면 터널 즉 메인 터널의 굴착라인까지 굴착하면서 상기의 라이닝 형성재인 프리캐스트 조각판 철근으로 짜여진 트러스판, 스틸리브 등의 세그먼트를 선지보재와 결합 시공하거나 아주 초연약지반에서 방사상으로 설치하는 선지보재외에 종방향의 파이프루프 강관다단 그라우팅을 조밀하게 해야 할 경우는 시공상 서로 간섭되지 않도록 내부 라이닝 지보재로 굴착라인을 보강하는 선지보 터널 공법 및 이에 적합한 장치에 관한 것으로서, 지표면 또는 파일럿 터널의 내부에서 예정된 터널의 굴착라인을 향하여 다수의 선지보재를 천공 설치하고 그라우팅하는 단계와; 상기 터널의 굴착라인을 따라 터널을 굴착하고, 그 굴착면에 배수재를 설치하는 단계와; 상기 배수재의 하단에 상기 선지보재마다에 조각판을 연속해서 끼워 설치하되, 조각판 들의 측면에 형성된 끼움 돌기와 끼움 홈이 서로 맞물려 라이닝이 형성되도록 설치하는 단계와; 상기 조각판을 관통한 선지보재에 지압판을 대고 정착구를 조여서 압착을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 본 발명은 터널의 굴착 전에 다수의 상기 선지보재(10)를 터널의 굴착라인(20)의 지표면에서 천공 설치하므로, 굴착 작업과 경합되지 않고 시공하므로 공사기간이 단축되고, 종래 터널에서 락볼트를 시공하는 것에 비해 지표 침하가 저감되며, 터널 굴착을 위한 자립시간 증가하며, 터널 주변지반 아치 형 성 효과가 있으며, 지반 개량 효과 및 보형성 효과, 내공의 내압 작용효과, 암괴의 봉합작용 효과가 있다.
또한, 상기 조각판(30)과 선지보재(10)를 연결 조임하여 터널 내공 주변에 압착을 가하므로 라이닝 형성 효과와 짧은 시간에 굴착 천단부 지반을 지압할 수 있으므로 토사 터널에서도 시공이 가능하다. 그리고, 배수재(40)를 터널 굴착면과 조각판(30) 사이에 설치하므로, 배수가 원활하며, 종래 터널의 숏크리트에서 나오는 백화 현상이 없다. 더구나, 도심지나 산악터널의 입출구부에 발생하는 토피가 얕은 천층 터널을 원 지반의 과도한 절취없이 터널을 시공할 수 있게 해주므로써, 자연 환경의 훼손없이 터널을 시공할 수 있으며, 상기 선지보재(10)에 프리스트레스(Prestress)를 가할 경우 그 프리스트레스를 고려하면 아칭과 침하 저감에 효과적이다.

Description

선지보 터널 공법 및 이에 적합한 장치{Tunnelling method using pre-support concept and an adjustable apparatus thereof}
도1a 내지 도1c는 본 발명의 터널 공법에서 터널의 굴착전 지표면에서 예정된 터널의 굴착 라인을 향하여 선지보재를 다양하게 시공한 것을 도시한 단면도,
도1d는 3아치 굴착 2아치 터널의 필라부를 선지보재로 시공한 것을 도시한 단면도,
도2a는 본 발명의 터널 공법에서 선지보재를 시공후 터널을 굴착하고 터널의 굴착 라인에 각 선지보재마다 조각판을 연결 조임처리한 것을 보인 단면도,
도2b는 본 발명의 터널 공법에서 선지보재를 시공후 터널을 굴착하고 터널의 굴착 라인에 각 선지보재마다 철근으로 짜여진 트러스판을 연결 조임처리한 것을 보인 단면도,
도2c는 본 발명의 터널 공법에서 선지보재를 시공하고, 터널의 횡방향으로 일정 간격으로 다수의 파이프 루프(pipe roof)로 보강한 후 터널을 굴착하며, 터널의 굴착 라인에 터널의 종방향으로 일정 간격을 두고 아치형 스틸 리브(steel rib)를 시공한 후, 선지보재와 연결 조임처리한 것을 보인 단면도,
도2d는 본 발명의 터널 공법에서 선지보재를 터널의 굴착 라인의 주변 까지만 도달하게 하여 다수의 파이프 루프(pipe roof)와 간섭되지 않도록 시공한 단면 도,
도2e는 본 발명의 제삼실시예에 의한 터널에서 횡방향으로 일정 간격으로 다수의 파이프 루프(pipe roof)를 시공한 후 터널의 굴착 라인에 터널의 종방향으로 일정 간격을 두고 아치형 스틸 리브(steel rib)를 시공 후 선지보재와 연결 조임처리한 것을 보인 사시도,
도2f는 본 발명의 다수의 스틸 리브를 스틸 플레이트로 연결하는 것을 보인 사시도,
도2g는 도2e의 A-A선에 따른 단면도,
도3은 본 발명의 터널 공법에서 터널의 굴착라인의 하부에서 락볼트를 시공하는 것을 보인 단면도,
도4a는 본 발명의 터널 공법에서 막장 내의 자립 보강을 위해 선지보재를 터널의 굴착라인보다 깊게 천공 설치한 것을 보인 일부 단면도,
도4b는 도4a의 B-B 선에 따른 단면도,
도4c는 도4a의 C -C선에 따른 단면도,
도5a는 본 발명의 터널 공법에서 철근으로 짜여진 트러스판과 숏크리트를 이용하여 라이닝을 형성할 경우 굴착면과 조각판과 굴착면의 사이에 띠형상의 배수재를 터널 주변에 연속해서 설치한 것을 보인 사시도,
도5b는 본 발명의 터널 공법에서 터널의 배수 장치를 도시한 단면도,
도5c는 도5b의 배수 장치를 확대 도시한 단면도,
도5d는 본 발명의 라이닝과 방수막, 부직포, 숏크리트 및 배수장치가 설치된 것을 도시한 단면도,
도5e는 도5a의 조각판에 형성된 구멍에 그라우트 액을 주입하여서 된 것을 도시한 상세 단면도,
도5f는 본 발명의 조각판의 다양한 형태를 도시한 도면,
도6은 본 발명의 터널 공법에서 프리스트레스형 선지보재와 조각판과 같은 쉘 형성 부재를 지압판으로 연결 조임할 때, 선지보재에 프리스트레스를 가함에 따른 효과를 도시한 단면도,
도7은 도6의 D부분의 선단지지 프리스트레스형 선지보재를 상세 도시한 단면도,
도8은 본 발명의 터널 공법에서 토피가 얕은 천층 터널에 시공된 선지보재를 도시한 단면도,
도9a는 본 발명의 터널 공법에서 철근 트러스판을 도시한 사시도,
도9b는 도9a의 X-X선에 따른 단면도,
도9c는 도9a의 Y-Y선에 따른 단면도,
도10a 내지 10e는 본 발명의 터널 공법에서 선지보재의 시공 순서를 도시한 도면,
도11a는 본 발명의 대단면 터널에서 파일럿터널 내에서 방사상으로 천공된 천공홀에 선지보재가 삽입된 상태를 도시한 단면도,
도11b는 본 발명의 대단면 터널에서 선지보재를 시공후 터널을 굴착하고 터널의 굴착 라인에 각 선지보재마다 조각판을 연결 조임처리한 것을 보인 단면도,
도11c는 본 발명의 대단면 터널에서 선지보재를 시공후 터널을 굴착하고 터널의 굴착 라인에 각 선지보재마다 철근으로 짜여진 트러스판을 연결 조임처리한 것을 보인 단면도,
도11d는 본 발명의 대단면 터널에서 선지보재를 시공하고, 터널의 횡방향으로 넓은 간격을 갖는 파이프 루프(pipe roof)를 터널의 진행 방향으로 보강한 후 터널을 굴착하며, 터널의 굴착 라인에 터널의 종방향으로 일정 간격을 두고 아치형 스틸 리브(steel rib)를 시공한 후, 선지보재와 연결 조임처리한 것을 보인 단면도,
도12a는 본 발명의 중공 강봉형 선지보재를 상세 도시한 단면도,
도12b는 도12a의 E-E 선에 따른 단면도,
도12c는 본 발명의 강봉형 선지보재를 상세 도시한 단면도,
도12d는 본 발명의 강선형 선지보재를 상세 도시한 단면도,
도12e는 도12d의 F-F 선에 따른 단면도,
도12f는 도12d의 G-G 선에 따른 단면도,
도13a는 본 발명의 선지보재 삽입관을 도시한 단면도,
도13b는 본 발명의 선지보재 삽입관이 조임 작동된 전의 도12a의 "H"부를 상세 도시한 단면도,
도13c는 본 발명의 선지보재 삽입관이 조임 작동된 후의 도12a의 "H"부를 상세 도시한 단면도,
도14a는 본 발명의 중공 강봉형 선지보재에 에어팩커 장치의 작동전 상태를 도시한 단면도,
도14b는 본 발명의 중공 강봉형 선지보재에 에어팩커 장치의 작동후 상태를 도시한 단면도,
도15a는 본 발명에 의한 대단면 터널의 파일럿 터널에서 본선 메인 터널 굴착 라인까지의 천공홀에 장약공을 설치한 것을 도시한 단면도,
도15b는 도15a의 평면도,
도15c는 도15b의 "I"부를 상세 도시한 단면도,
도16a는 본 발명의 대단면 터널의 파이럿터널 내에서 방사상으로 천공홀을 천공하는 천공장치를 도시한 단면도,
도16b는 본 발명의 대단면 터널의 천공장치의 가이드빔에 결합된 천공 롯트가 회전 각도의 변화에 따라 회전하는 것을 도시한 단면도,
도16c는 본 발명의 천공장치를 도시한 평면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 선지보재 11 : 지압판
12 : 정착구 20 : 굴착라인
21 : 파일럿 터널 22 : 천공홀
30 : 조각판 31 : 끼움 돌기
32 : 끼움 홈 33 : 트러스판
34 : 파이프 루프 35 : 스틸 리브
36 : 스틸 플레이트 37 : 숏크리트
40 : 배수재 50 : 락볼트
60 : 프리스트레스형 선지보재 61 : 강봉
62 : 강관파이프 63 : 돌기
65 : 방청윤활유 66 : 그라우팅
67 : 폴리에틸렌 관 70 : 배수 장치
71 : 티자형 연결관 72 : 배수관
73 : 수발관 73a : 통공
74 : 나팔형 깔대기 74a : 그라우팅액
110 : 중공강봉형 선지보재 110a : 나사산
111 : 돌설대 112 : 센터라이저
113 : 커플러 113a : 잠금핀
120 : 팩커수단 121, 124 : 제1, 2 스토퍼
122 : 고무팩커 123 : 단관
123a : 고무패킹 125 : 삽입용 파이프
131 : 중공형 파이프 132 : 에어팩커
133, 135 : 제3, 4 스토퍼 134 : 패커 가압호스
141 : 폴리에틸렌폼 파이프 142 : 전색봉지
142a : 폴리에틸렌폼 142b : 모래
143 : 장약 144 : 모래전색
151 : 본체 152 : 아웃 유압리프트
153 : 중심축 154 : 천공수단
154a : 축회전장치 154b : 가이드빔
154c : 천공롯드 155 : 수준기
156 : 부직포 157 : 방수막
158 : 라이닝 159 : 그라우팅 호스
160 : 주입 파이프 161 : 조각판 구멍
본 발명은 터널 입출구와 도심 터널에서 발생하는 토피가 얕은 토사 터널의 시공 및 대단면 터널내에서 파일럿 터널을 선굴착 관통후 선지보파일을 다수의 위치에서 선지보재를 먼저 천공 설치한 후 대단면 터널 즉 메인 터널의 굴착라인까지 굴착하면서 상기의 라이닝 형성재인 프리캐스트 조각판 철근으로 짜여진 트러스판, 스틸리브 등의 세그먼트를 선지보재와 결합 시공하거나 아주 초연약지반에서 방사상으로 설치하는 선지보재외에 종방향의 파이프루프 강관다단 그라우팅을 조밀하게 해야 할 경우는 시공상 서로 간섭되지 않도록 내부 라이닝 지보재로 굴착라인을 보강하는 선지보 터널 공법 및 이에 적합한 장치에 관한 것이다.
종래에는 시가지 전층 터널의 시공시 미리 지반을 보강하기 위한 그라우팅을 실시하여 지반을 개량하는 보조 공법이 있었으나, 이러한 보조 공법은 투입된 노력에 비해 지반의 지보 효과가 적은 단점이 있다.
또한, 터널 내에서 파이프 루프만으로 선지보하거나 쉴드 터널 개념을 도입한 대형 쉴드를 유압으로 압입하고, 내부를 굴착하는 형이 있었으나, 파이프 루프는 횡방향 보강이 부족하게 되고, 쉴드 형태는 국지적으로 일부 발생하는 터널에 비용이 과다하게 발생하여 대단면에서 적용이 불가능하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명의 목적은 터널 입출구와 도심 터널에서 발생하는 토피가 얕은 토사 터널의 시공을 위한 공법으로 지반 침하를 줄이고, 보다 용이하게 터널 라이닝을 형성하면서 터널 내부를 굴착하는 선지보 터널 공법을 제공하는 데 있다.
따라서, 상기와 같은 목적을 실현하기 위하여 본 발명에 따른 선지보 터널 공법은, 지표면에서 예정된 터널의 굴착라인을 향하여 다수의 선지보재를 천공 설치하고 그라우팅하는 단계와; 상기 터널의 굴착라인을 따라 터널을 굴착하고, 그 굴착면에 배수재를 설치하는 단계와; 상기 배수재의 하단에 상기 선지보재마다에 조각판을 연속해서 끼워 설치하되, 조각판 들의 측면에 형성된 끼움 돌기와 끼움 홈이 서로 맞물려 라이닝이 형성되도록 설치하는 단계와; 상기 조각판을 관통한 선지보재에 지압판을 대고 정착구를 조여 선지보재에 조각판을 압착 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도1a 내지 도1c는 본 발명의 터널 공법에서 터널의 굴착전 예정된 터널의 굴착 라인을 향하여 선지보재를 다양하게 시공한 것을 도시한 단면도, 도1d는 3아치 굴착 2아치 터널의 필라부를 선지보재로 시공한 것을 도시한 단면도, 도2a는 본 발명에 의한 터널 공법에서 선지보재를 시공후 터널을 굴착하고 터널의 굴착 라인에 각 선지보재마다 조각판을 연결 조임처리한 것을 보인 단면도, 도2b는 본 발명에 의한 터널 공법에서 선지보재를 시공후 터널을 굴착하고 터널의 굴착 라인에 각 선지보재마다 철근으로 짜여진 트러스판을 연결 조임처리한 것을 보인 단면도, 도2c는 본 발명에 의한 터널 공법에서 선지보재를 시공하고, 터널의 횡방향으로 일정 간격으로 다수의 파이프 루프(pipe roof)로 보강한 후 터널을 굴착하며, 터널의 굴착 라인에 터널의 종방향으로 일정 간격을 두고 아치형 스틸 리브(steel rib)를 시공한 후, 선지보재와 연결 조임처리한 것을 보인 단면도, 도2d는 본 발명의 터널 공법에서 선지보재를 터널의 굴착 라인의 주변 까지만 도달하게 하여 다수의 파이프 루프(pipe roof)와 간섭되지 않도록 시공한 단면도, 도2e는 본 발명의 터널의 횡방향으로 일정 간격으로 다수의 파이프 루프(pipe roof)를 시공한 후 터널의 굴착 라인에 터널의 종방향으로 일정 간격을 두고 아치형 스틸 리브(steel rib)을 시공 후 선지보재와 연결 조임처리한 것을 보인 사시도, 도2f는 본 발명의 다수의 스틸 리브를 스틸 플레이트로 연결하는 것을 보인 사시도, 도2g는 도2e의 A-A선에 따른 단면도, 도3은 본 발명의 터널 공법에서 터널의 굴착라인의 하부에서 락볼트를 시공하는 것을 보인 단면도, 도4a는 본 발명의 터널 공법에서 막장 내의 자립 보강을 위해 선지보재를 터널의 굴착라인보다 깊게 천공 설치한 것을 보인 일부 단면도, 도4b는 도4a의 B-B 선에 따른 단면도, 도4c는 도4a의 C -C선에 따른 단면도, 도5a는 본 발명의 터널 공법에서 철근으로 짜여진 트러스판과 숏크리트를 이용하여 라이닝을 형성할 경우 굴착면과 조각판과 굴착면의 사이에 띠형상의 배수재를 터널 주변에 연속해서 설치한 것을 보인 사시도, 도5b는 본 발명의 터널 공법에서 또 다른 터널의 배수 구조를 도시한 단면도, 도5c는 도5b의 배수장치를 확대 도시한 단면도, 도5d는 본 발명의 라이닝과 방수막, 부직포, 숏크리트 및 배수장치가 설치된 것을 도시한 단면도, 도5e는 도5a의 조각판에 형성된 구멍에 그라우트 액을 주입하여서 된 것을 도시한 상세 단면도, 도5f는 본 발명의 조각판의 다양한 형태를 도시한 도면, 도6은 본 발명의 터널 공법에서 프리스트레스형 선지보재와 조각판과 같은 쉘 형성 부재를 지압판으로 연결 조임할 때, 선지보재에 프리스트레스를 가함에 따른 효과를 도시한 단면도, 도7은 도6의 D부분의 선단지지 프리스트레스형 선지보재를 상세 도시한 단면도, 도8은 본 발명의 터널 공법에서 토피가 얕은 천층 터널에 시공된 선지보재를 도시한 단면도, 도9a는 본 발명의 터널 공법에서 철근 트러스판을 도시한 사시도, 도9b는 도9a의 X-X선에 따른 단면도, 도9c는 도9a의 Y-Y선에 따른 단면도, 도10a 내지 10e는 본 발명의 터널 공법에서 선지보재의 시공 순서를 도시한 도면이다.
본 발명에 의한 선지보재 및 조각판으로 지지되는 선지보 터널 공법에 프로세스를 설명하면, 먼저, 도1a 내지 도1d와 같이, 터널 내에서 지반을 향하여 방사상으로 설치하는 락볼트와 같은 선지보재(10) 터널의 예정된 지표면에서 터널의 굴착라인(20)을 향하여 터널 굴착전에 천공 설치하고, 그라우팅(66)한다. 도1a는 터널의 굴착라인을 향하여 방사상으로 선지보재(10)를 시공한 것을 도시한 도면이고, 도1b는 터널의 굴착라인을 향하여 연직 방향으로 선지보재(10)를 시공한 것을 도시한 도면이며, 도1c는 터널의 굴착라인을 향하여 연직 및 방사상의 방향을 혼합하여 선지보재(10)를 시공한 것을 도시한 도면이며, 도1d는 3아치 굴착 2아치 터널의 필라부를 선지보재로 시공한 것을 도시한 도면이다. 이를 구분하여 설명하면, 도1a는 비교적 터널 상부의 표면이 넓거나 아치 형태일 경우에 사용하고, 도1b는 도심터널에서 터널 지표면의 횡방향 공간이 한정될 때, 사용하는 것이며, 도1c는 터널의 굴착 라인의 양측면의 안정이 추가적으로 필요할 때, 적용되며, 양측면의 수직인 선지보재를 시공 기면 하부까지 근입시킴으로써, 터널 측벽의 토류 저항체 역할을 하며, 도1d는 3아치 굴착 2아치 터널에서 필라부 위치에 설치되는 수직 선지보재를 강관으로 사용하여 터널의 필라부 역할을 할 수 있도록 하며, 이 수직 선지보재에 철판(13)과 앵글(14)로 용접 연결하여 일체화시켜 선지보 터널을 형성한다.
상기와 같이 선지보재(10)를 시공 후 터널을 굴착하게 되는 바, 도2a 내지 도2g에 도시된 바와 같이, 상기 선지보재(10)의 시공은 예정된 터널의 굴착라인(20)의 상부면, 즉, 지표면으로부터 방사상의 방향으로 터널의 굴착라인(20)을 향하여 다수의 선지보재(10)를 천공한 후, 터널을 굴착하게 된다. 도2a와 같이 터널의 굴착라인(20)에는 일측과 타측에 각각 끼움 돌기(31)와 끼움 홈(32)이 형성된 조각판(30)이 퍼즐처럼 서로 끼움 결합되어 있다. 그리고 각 선지보재(10)마다의 위치에 맞게 구멍이 천공된 조각판(30)이 지압판(11)으로 결합 조임되어 있다. 또한, 상기 조각판(30)과 터널의 굴착면 사이에는 배수재(40)가 삽입 설치되어 있다. 그리고, 상기 조각판(30)과 터널의 굴착면 사이의 틈을 메우기 위한 배면 그라우팅은 종래의 터널 공법과 같이, 두 겹의 쉘을 설치시 조각판 전면에 배수 필터와 방수지를 설치하기 전에 지압판(11)을 댄 천공된 구멍을 통해서 시공된다.
도2b는 상기한 조각판(30) 대신 철근으로 짜여진 트러스판(33)을 지지판으로 사용하는 예가 도시되어 있는 바, 상기 선지보재(10) 마다 상기 트러스판(33)을 각각 연결 부착하고 그 내부를 숏크리트하게 된다. 도2c 내지 도2g는 상기한 조각판(30) 대신 터널의 횡방향으로 일정 간격을 갖는 파이프 루프(34; Pipe Roof)를 터널의 진행 방향으로 설치한 후, 터널을 굴착하고 그 굴착면에 배수재(40)를 설치하고, 이 파이프 루프(34)의 하단에는 터널의 횡방향 아치형상의 스틸 리브(35; Steel Rib)을 종방향, 즉 터널의 진행방향으로 설치하며, 상기 다수의 스틸 리브(35) 사이 사이에는 스틸 플레이트(36)가 설치되어 이들 스틸 리브(35)를 서로 결착하고 있다. 그리고, 상기 파이프 루프(34)와 스틸 플레이트(36)와의 사이에는 숏 크리트(37)를 타설하게 되어 있다. 즉, 도2a 내지 도2g에서 보는 바와 같이, 쉘을 형성하는 부재는 프리캐스트 조각판(30), 철근 트러스판(33), 스틸 리브(35) 중 하나가 지반 조건에 따라 선택적으로 설치되는 것이다.
도2c에서와 같이, 락볼트시 지압판을 터널의 굴착 라인을 지압하여 국부적인 붕괴를 방지하는 것이 개시되어 있으나, 도2d는 본 발명의 터널 공법에서 선지보재를 터널의 굴착 라인의 주변까지만 도달하게 하여 다수의 파이프 루프(pipe roof)와 간섭되지 않도록 시공한 것이 개시되어 있다. 즉, 터널의 진행 방향으로 파이프 루프(34)와 간섭되지 않도록 터널의 굴착 라인의 상측면 까지만 도달하도록 한 것이다.
도3에서는 상기와 같이, 터널 굴착후 조각판(30)으로 선지보재(10)를 터널의 굴착라인(20) 내에서 지압판(11)으로 결합 조임한 후, 굴착라인(20)의 하부 양측, 비교적 굴착이 쉬운 부분은 터널의 내부에서 락볼트(50)와 조각판(30)을 시공하는 것을 도시하고 있다.
도4a 내지 도4c에 도시된 바와 같이, 막장의 자립 보강을 위해 상기 선지보재(10)를 굴착라인(20) 보다 깊게 천공 설치한 것을 도시한 도면으로, 이와 같이 상기 선지보재(10)를 굴착라인(10) 보다 깊게 천공 설치하면, 막장을 전단 보강하는 결과가 된다.
도5a는 본 발명의 터널 공법에서 철근으로 짜여진 트러스판과 숏크리트를 이용하여 라이닝을 형성할 경우, 터널의 굴착면과 조각판(30)의 사이에 설치된 띠형상의 배수재(40)를 도시한 사시도로서, 이 배수재(40)를 터널 주변에 연속해서 설 치함으로써, 배수를 원활하게 한다.
도5b 및 도5c는 본 발명의 터널 공법에서 프리캐스트 조각판과 굴착면 사이의 공간에 설치된 배수 장치(70)를 도시한 것으로, 상기한 배수 장치(70)는 상기 조각판(30)과 터널의 굴착라인(20)의 사이에 설치되어 일정 간격으로 티자형 연결관(71)을 매개로 연결된 배수관(72)과, 상기 굴착라인(20)에 대하여 상기 배수관(72)의 티자형 연결관(71)에 방사상으로 연결되어 외주면에 다수의 통공(73a)이 형성된 수발관(73)과, 상기 수발관(73)의 통공(73a)이 형성되지 않은 부분인 하부 외주면에 삽입되어 그라우팅액(74a)이 상부의 상기 통공(73a) 측으로 흘러들어 가는 것을 방지하도록 설치된 나팔형 깔대기(74)와, 상기 수발관(73)의 상부면을 커버하는 캡(75)으로 구성되어 있다. 이와 같은 배수 장치(70)는 터널 내의 용출수에 의한 지반 침식 및 여굴을 감소시킬 수 있으며, 조각판(30) 배면의 그라우팅시에 그라우팅액(74a)이 상기 수발관(73)의 통공(73a)을 막는 것을 방지하도록 수발관(73) 하단 외주면에 설치된 나팔형 깔대기(74)가 체크 밸브의 역할을 하여 배수관(72)이 막힐 염려가 없어 배수가 원활하다. 상기 도5a의 제일실시예의 배수장치 및 도5b의 제이실시예의 배수 장치는 서로 병용하거나 선택적으로 하나의 장치만 지반 조건과 라이닝 조건에 따라 적용한다.
도5d는 기존터널의 라이닝을 본 선지보 터널 공법에 적용하는 또다른 실시예로 지표면 또는 대단면 터널의 천단부 곡률반경의 중심점에 설치된 파이롯트 터널에서 예정된 터널의 굴착라인을 따라 터널을 굴착하고 그 굴착면에 배수장치(70)를 설치하거나 부분적으로 배수재(40)를 설치하며 용출수가 없을 경우는 당연히 생략 가능하다.
그 다음 굴착면에 숏크리트를 타설하는 단계로 선지보재의 지압판과 정착구는 숏크리트에 묻히게 되며 여기까지 시공한 후 터널을 사용할 수 있으며 보다더 완벽한 시공을 위해 상기 숏크리트면에 배수재와 방수재를 설치하는 단계로 배수재는 부직포가 많이 사용되고 방수재는 쉬트 방수지가 사용될 수 있으며 그 다음단계로 터널 라이닝을 설치한다. 터널의 라이닝을 콘크리트 라이닝과 조각판 라이닝을 포함한다.
또 다른 실시예로 조각판 형태의 라이닝을 적용할 경우 굴착면 또는 숏크리트면과의 틈에 그라우팅하는 것은 지표면 또는 대단면 터널의 천단부 곡률반경의 중심점에 설치된 파일럿 터널에서 예정된 터널의 굴착라인을 향하여 다수의 선지보재를 천공설치하는 단계와, 상기 단계에서 형성된 방사상의 천공홀에 선지보재를 삽입한 후 그라우팅하고 양생하는 단계와, 터널의 굴착 라인을 따라 터널을 굴착하고 그 굴착면에 배수장치(70)를 설치하는 단계와, 상기 배수장치 하단에 상기 선지보재마다 조각판을 설치하는 단계와, 상기 조각판을 관통한 선지보재에 지압판을 대고 정착구를 조여 압착 고정하는 단계와, 상기 조각판을 압착하는 지압판(11) 위치의 조각판에 도5e에 도시된 바와 같이 지압판에 설치된 주입 파이프(160)와 천공된 구멍(161)을 통해서 그라우팅을 실시한다.
선지보터널 공법의 선지보재와 결합되는 조각판은 조각판 측면의 결합부가 평평하거나 원형 돌기 또는 원형의 요부 형태의 다양한 결합이 형성되며 원형의 요부의 경우에는 고무패킹 또는 우레탄 폼을 주입 발포하여 방수되도록 하고 조각판 뒷면의 그라우팅할 수 있도록 밀실하게 결합되어야 한다. 선지보재는 설치 위치가 일정하지 않으므로 조각판에 현장에서 구멍위치를 천공하여 지압판을 선지보재에 삽입 후 정착구를 압착 고정한다.
도7은 프리스트레스를 가할 수 있는 프리스트레스형 선지보재(60)를 도시한 단면도로서, 도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 상기 프리스트레스형 선지보재(60)는 인장재인 강봉(61)으로 구성되고, 그 외주면에 설치된 폴리에틸렌 관(67) 내에 삽입된 상태로 외주면에 돌기(63)가 돌설된 강관파이프(62) 내에 위치하도록 되어 있 다. 상기 강관파이프(62)와 강봉(61)의 사이에는 방청 윤활유(65)를 도포하여 방청 및 인장 변형이 자유롭도록 하였다. 상기한 프리스트레스형 선지보재(60)의 도입은 유압잭으로 지압판(11)을 밀면서 인장재인 강봉(61)을 당기고, 정착구(12)로 조이거나 너트의 토크치로 인장을 줄 수 있다. 원지반의 프리스트레스형 선지보재(60)의 정착은 돌기(63)가 돌설된 강관파이프(62)와 그라우팅(66) 마찰력에 의해 고정되도록 한다.
본 발명의 선지보재(10)와 조각판(30)과 같은 쉘 형성 부재를 지압판(11)으로 연결 조임할 때, 선지보재(10)에 프리스트레스(Prestress)를 가함으로써, 지반 침하를 저감하고 아칭 효과를 증대시키게 되는 것이다.
도10a 내지 도10e에서는 본 발명에 의한 선지보 터널의 시공 순서를 도시하고 있는 바, 먼저, 지상에서 예정된 터널의 굴착 라인(20)을 향하여 선지보재(10)를 방사상 및 연직 방향으로 천공하고(도10a), 터널의 굴착 라인을 따라 터널의 상부 단면을 굴착하며(도10b), 아칭 라인에 있는 상기 선지보재(10) 마다에 조각판(30)을 지압판(11)과 정착구(12)로 연결 조임하며(도10c), 터널의 하부 반단면에 터널 내에서 락볼트(50)를 시공하며(도10d), 이 락볼트(50) 마다에 조각판(30)을 지압판(11)과 정착구(12)로 연결 조임하여 시공을 완료한다(도10e).
도8에 도시된 5∼6미터 이내의 토피를 갖는 초 천층 터널은 터널 상부 지표면에 설치된 조각판(30) 또는 콘크리트 슬래브(80)에 상기 프리스트레스형 선지보재(60)의 강봉(61)을 고정하고, 상기 프리스트레스형 선지보재(60)의 한쪽 단을 갱내에서 굴착하면서 조각판(30)을 대고 조임으로써, 프리스트레스가 발생되도록 한 다. 이와 같은 공법은 토사 터널에서 선지보재의 주변에서 발생하는 마찰력을 충분히 확보하지 못하는 토사 지반에 적용하고, 터널 주변의 완벽한 아칭 효과와 전단 강도의 증가, 침하 저감을 가져오도록 하기 위한 것이다.
도11a는 본 발명의 대단면 터널에서 파일럿터널 내에서 방사상으로 천공된 천공홀에 선지보재가 삽입된 상태를 도시한 단면도이고, 도11b는 본 발명의 대단면 터널에서 선지보재를 시공후 터널을 굴착하고 터널의 굴착 라인에 각 선지보재마다 조각판을 연결 조임처리한 것을 보인 단면도이며, 도11c는 본 발명의 대단면 터널에서 선지보재를 시공후 터널을 굴착하고 터널의 굴착 라인에 각 선지보재마다 철근으로 짜여진 트러스판을 연결 조임처리한 것을 보인 단면도이며, 도11d는 본 발명의 대단면 터널에서 선지보재를 시공하고, 터널의 횡방향으로 일정 간격으로 다수의 파이프 루프(pipe roof)로 보강한 후 터널을 굴착하며, 터널의 굴착 라인에 터널의 종방향으로 일정 간격을 두고 아치형 스틸 리브(steel rib)를 시공한 후, 선지보재와 연결 조임처리한 것을 보인 단면도이다.
도11b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 선지보 터널 공법은 대단면 터널 내에 파일럿 터널(21)을 굴착하는 단계와, 상기 파일럿 터널(21) 내에서 선지보재(10)를 설치하기 위하여 방사상으로 다수의 천공홀(22)을 형성하는 단계와, 상기 단계에서 형성된 방사상의 천공홀(22)에 선지보재(10)를 삽입한 후, 그라우팅하고 양생하는 단계와, 상기 대단면 터널의 굴착라인(20)을 따라 터널을 굴착하고, 그 굴착면에 배수재(40)를 설치하는 단계와, 상기 배수재(40)의 하단에 상기 선지보재(10)마다에 조각판(30)을 연속해서 끼워 설치하되, 조각판(30) 들의 측면에 형성된 끼움 돌기(31)와 끼움 홈(32)이 서로 맞물려 라이닝이 형성되도록 설치하는 단계와, 상기 조각판(30)을 관통한 선지보재(10)에 지압판(11)을 대고 정착구(12)를 조여 선지보재(10)에 조각판(30)을 압착 고정하는 단계로 이루어진다.
도11c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 선지보 터널 공법은 대단면 터널 내에 파일럿 터널(21)을 굴착하는 단계와, 상기 파일럿 터널(21) 내에서 선지보재(10)를 설치하기 위하여 방사상으로 다수의 천공홀(22)을 형성하는 단계와, 상기 단계에서 형성된 방사상의 천공홀(22)에 선지보재(10)를 삽입한 후, 그라우팅하고 양생하는 단계와, 상기 대단면 터널의 굴착라인(20)을 따라 터널을 굴착하고, 그 굴착면에 배수재(40)를 설치하는 단계와, 상기 배수재(40)의 하단에 상기 선지보재(10)마다에 철근으로 짜여진 트러스판(33)을 연속해서 설치하되, 상기 트러스판(33)을 관통한 선지보재(10)에 지압판(11)을 대고 정착구(12)를 조여 상기 철근 트러스판(33)을 압착 고정하는 단계와, 상기 트러스판(33) 내에 숏크리트(37)를 타설하는 단계로 이루어진다.
도11d에 도시된 바와 같이, 대단면 터널 내에 파일럿 터널(21)을 굴착하는 단계와, 상기 파일럿 터널(21) 내에서 선지보재(10)를 설치하기 위하여 방사상으로 다수의 천공홀(22)을 형성하는 단계와, 상기 단계에서 형성된 방사상의 천공홀(22)에 선지보재(10)를 삽입한 후, 그라우팅하고 양생하는 단계와, 상기 대단면 터널의 횡방향으로 일정 간격을 갖는 파이프 루프(34)를 터널의 진행 방향으로 먼저 설치한 후, 터널을 굴착하면서 상기 파이프 루프(34)의 하단면에 배수재(40)를 설치하고, 상기 배수재(40)를 사이에 두고 상기 파이프 루프(40)의 하단으로는 터널의 횡 방향으로 아치 형상의 스틸 리브(35)를 터널의 진행 방향으로 설치하며, 상기 다수의 스틸 리브(35) 사이사이에는 스틸 플레이트(36)가 설치되어 이들 스틸 리브(35)를 서로 결착시킨 후 지압판(11)과 정착구(12)를 조여 압착 고정하는 단계와, 상기 파이프 루프(34)와 스틸 플레이트(36)의 사이에 숏크리트(37)를 타설하는 단계로 이루어진다.
상기에서 선지보재라 함은 강봉형과 강선형, 프리스트레스형 선지보재로 구분되는 바, 도12a는 본 발명의 중공강봉형 선지보재를 상세 도시한 단면도이고, 도12b는 도12a의 E-E 선에 따른 단면도이다.
상기한 중공강봉형 선지보재를 이용한 가압 그라우팅 장치에 대하여 상세히 설명한다. 선지보 터널을 굴착시공하기 위하여 파일럿 터널(21) 내에서 방사상으로 천공된 천공홀(22)에 선지보재(10)를 삽입 설치하여 천공홀(22) 내를 가압 그라우팅하는 가압 그라우팅 장치는, 외주면에 나사산(110a)이 형성된 봉 형상이고, 중간 외주면에 천공홀(22)의 센터 간격을 유지하기 위한 외측으로 볼록하게 돌설된 다수의 돌설대(111)를 가진 센터라이저(112)가 삽입되며, 커플러(113)에 의해 다수개 연결되며, 상기 천공홀(22) 내의 내측면으로 그라우팅액(74a)을 주입하여 압력 그라우팅하는 중공강봉형 선지보재(110)와; 상기 천공홀(22)의 입구측에 위치한 중공강봉형 선지보재(110)의 나사산에 결합되어 상기 중공강봉형 선지보재(110)를 통하여 상기 천공홀(22) 내부에 그라우팅액(74a)을 주입하여 충진시킨 후, 천공홀(22)의 입구를 패킹하는 팩커수단(120)을 포함하여 구성된다.
상기 팩커수단(120)은 중공강봉형 선지보재(110)의 나사산(110a)에 결합된 도너츠형의 제1 스토퍼(121)와, 상기 제1 스토퍼(121)의 일측인 선지보재(110)의 나사산(110a)에 결합되어 천공홀(22)의 입구측을 향하도록 설치된 고무나팔관을 가진 고무팩커(122)와, 상기 고무팩커(122)의 일측인 중공강봉형 선지보재(11)의 외주면에 삽입되어 이동하면서 상기 고무팩커(122)의 고무나팔관을 천공홀(22)의 내주면에 밀착되도록 쇄기형 고무패킹(123a)이 외주면에 삽입된 단관(123)과, 상기 고무패킹(123a)의 일측이면서 상기 단관(123)의 외주면에 삽입되어 쇄기형 고무패킹(123a)에 일측면이 걸리도록 상기 고무패킹(123a)을 고무팩커(122)의 고무나팔관 내로 밀착시키는 역할을 하는 도너츠형의 제2 스토퍼(124)와, 상기 단관(123)의 일측에서 고무패킹(123a)이 상기 고무팩거(122)의 고무나팔관을 향해 이동하도록 상기 중공강봉형의 선지보재(110)의 나사산(110a)에 나사 결합된 삽입용 파이프(125)를 포함하여 구성된다.
상기 커플러(113)는 중공강봉형 선지보재(110)를 다수개 연결하는 부분인 나사산(110a) 외주면에 설치되어 상기 선지보재(110)의 연결 상태가 풀리지 않도록 그 내주면에 잠금핀(113a)이 삽입되어 있다.
한편, 도12c는 본 발명의 강봉형 선지보재를 상세 도시한 단면도이며, 도12d는 본 발명의 강선형 선지보재를 상세 도시한 단면도이고, 도12e는 도12d의 F-F 선에 따른 단면도이며, 도12f는 도12d의 G-G 선에 따른 단면도이다.
도12c에서 강봉형 선지보재(114)는 중공홀이 없으므로, 그라우팅액(74a)을 천공홀(22) 내로 주입하는 그라우트 호스(114a)가 강봉형 선지보재(114)의 측면을 따라 결합되어 있다.
그리고, 도12d 내지 도12f에서 보는 바와 같이, 강선형 선지보재(115)는 천공홀(22)의 중앙을 통과하는 그라우트 호스(114a)가 제1 및 제2 스페이서(115a, 115b)의 중앙홀에 삽입 지지되어 있고, 상기 제1 및 제2 스페이서(115a, 115b)의 외주면에 다수의 강선(115c)이 삽입된 것이 개시되어 있다.
도13a는 삽입용 파이프(125)를 도시한 단면도로서, 상기 삽입용 파이프(125)는 중공강봉 선지보재(110)의 중공홀을 통하여 그라우팅액이 주입되어 천공홀(22) 내에 충진한 후, 고무패킹(123a)을 가진 단관(123)을 도13c와 같이 고무팩커(122)의 고무나팔관 내측으로 밀착시키도록 상기 중공강봉형의 선지보재(110)의 나사산(110a)에 나사 결합되고, 그라우팅액의 양생이 종료되면, 그 나사 결합을 해체하여야 하는 바, 이러한 작동을 용이하도록 하기 위해서 삽입용 파이프(125)의 내부면에는 윤활유(125a)로 방청되어 있고, 다수의 풀림방지용 커플러(125b)로 연결 결속되어 있다. 그리고, 파일럿 터널(21) 내에 위치하는 삽입용 파이프(125)의 단부에는 삽입용 파이프(125)를 해체시 돌리도록 풀림레버(125c)가 결합되어 있다.
도14a는 본 발명의 중공 강봉형 선지보재에 에어팩커 장치의 작동전 상태를 도시한 단면도이고, 도14b는 본 발명의 중공 강봉형 선지보재에 에어팩커 장치의 작동후 상태를 도시한 단면도이다. 도14a 및 도14b에 도시된 바와 같이, 상기 팩커수단(120)은 상기 천공홀(22)의 입구측인 중공강봉형 선지보재(110)의 나사산(110a)에 결합된 중공형 파이프(131)와, 상기 중공형 파이프(131)의 외주면에 결합되어 공기를 충진하여서 상기 천공홀(22)의 내주면을 밀착 패킹할 수 있도록 된 에어팩커(132)와, 상기 에어팩커(132)의 일측면에 결합된 도너츠형 제3 스토퍼(133) 와, 상기 천공홀(22)의 입구측인 에어팩커(132)의 타측면에 결합되고, 패커 가압호스(134)를 통하여 상기 에어팩커(132)로 공기를 충진하는 유입구가 형성된 도너츠형 제4 스토퍼(135)로 구성되어 있다.
도15a는 본 발명에 의한 대단면 터널의 파일럿 터널에서 메인 터널 굴착 라인까지의 천공홀에 장약공을 설치한 것을 도시한 단면도이고, 도15b는 도15a의 평면도이며, 도15c는 도15b의 "I"부를 상세 도시한 단면도이다.
대단면 터널의 파일럿 터널(21)에서 메인 터널 굴착 라인(20)까지의 천공홀(22)에 장약을 설치하여 장약공을 발파시 발파에 의해 선지보재(110)가 파손되는 것을 방지하는 선지보재 보호장치는, 상기 메인 터널 굴착 라인(20) 외측에 형성된 천공홀(22)에 삽입된 중공강봉형의 선지보재(110)의 외주면에 있는 단관(123)의 외주면에 폴리에틸렌폼 파이프(141)를 삽입하고, 상기 중공강봉형의 선지보재(110)의 입구측 단부에 파압감쇄를 위한 폴리에틸렌폼(142a)과 모래(142b)가 순차적으로 담겨진 전색봉지(142)를 위치시키며, 상기 전색봉지(142)의 일측에 저속 폭약의 장약(143)과 모래전색(144)을 반복하여 전색하여 발파한다.
도16a는 본 발명의 대단면 터널의 파이럿터널 내에서 방사상으로 천공홀을 천공하는 천공장치를 도시한 단면도이고, 도16b는 본 발명의 대단면 터널의 천공장치의 가이드빔에 결합된 천공 롯트가 회전 각도의 변화에 따라 회전하는 것을 도시한 단면도이며, 도16c는 본 발명의 천공장치를 도시한 평면도이다.
선지보 터널을 굴착시공하기 위하여 파일럿터널 내에 다수개 설치되어 터널의 굴착 라인을 향하여 방사상으로 천공홀을 천공하는 천공장치는 상기 파일럿 터 널의 길이 방향으로 설치된 동력 전달 장치를 가진 본체(151)와, 상기 본체(151)의 양측 전후측에 설치되어 이를 지지하면서 상하로 높이를 조절하는 아웃 유압리프트(152)와, 상기 파일럿 터널(21)의 길이 방향의 중심선상에 위치하면서 상기 본체(151)의 중심부에 회전 가능하게 지지된 중심축(153)과, 상기 중심축(153)의 전방측 일단에 수직으로 결합되어 파일럿 터널(21)의 횡방향으로 회전하면서 방사상으로 다수의 천공홀(22)을 천공하는 천공수단(154)과, 상기 중심축(153)의 후방측 일단에 결합되고, 상기 본체(151)의 수평상태를 체크하여 상기 아웃 유압리프트(152)를 조절하기 위하여 설치된 수준기(155)를 포함하여 구성된다.
상기 천공수단(154)은 상기 중심축(153)의 전방측 일단에 축회전장치(154a)를 매개로 수직으로 결합된 가이드빔(154b)과; 상기 가이드빔(154b)에 결합되어 천공홀(22)을 천공하고, 상기 가이드빔(154b)이 방사상으로 회전하여 수평선을 기준으로 한 회전각도(α)가 둔각이 되면, 상기 축회전장치(154a)에 의해 180도 회전하는 가이드빔(154b)과 함께 회전하는 천공롯드(154c)로 이루어진다.
상기 파일럿 터널(21)은 메인 터널 굴착 라인(20)의 크라운부(20a)의 반경중심점이 파일럿 터널(21)의 크라운부(21a)의 반경중심점과 일치되도록 파일럿 터널(21)의 단면을 굴착한다.
상기 천공장치는 파일럿 터널(21) 내에서 정확히 시스템으로 선지보재를 설치하기 위한 수단으로, 이와 같은 기계화 시공이 되기 위해서는 먼저, 터널 설계시부터 터널 단면은 가능한 하나의 반경으로 설계하는 것이 유리하고, 최소한 120도의 크라운부(20a, 21a) 만큼은 하나의 반경으로 설계되어야 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 선지보 터널 공법 및 이에 적합한 장치에 의하면, 터널의 굴착 전에 다수의 상기 선지보재(10)를 터널의 굴착라인(20)의 지표면에서 천공 설치하므로, 굴착 작업과 경합되지 않고 시공하므로 공사기간이 단축되고, 종래 터널에서 락볼트를 시공하는 것에 비해 지표 침하가 저감되며, 터널 굴착을 위한 자립시간 증가하며, 터널 주변지반 아치 형성 효과가 있으며, 지반 개량 효과 및 보형성 효과, 내공의 내압 작용효과, 암괴의 봉합작용 효과가 있다.
또한, 상기 조각판(30)과 선지보재(10)를 연결 조임하여 터널 내공 주변에 압착을 가하므로 라이닝 효과와 짧은 시간에 굴착 천단부 지반을 지압할 수 있으므로 토사 터널에서도 시공이 가능하다. 지표면에서 수직 파일을 터널의 양측벽에 설치시는 터널 측벽의 토류 저항 역할과 3아치 굴착 2아치 터널에서는 중앙 수직 파일이 필라의 역할을 수행하는 기능이 있다. 그리고, 배수재(40)를 터널 굴착면과 조각판(30) 사이에 설치하므로, 배수가 원활하며, 종래 터널의 숏크리트에서 나오는 백화 현상이 없다. 더구나, 도심지나 산악터널의 입출구부에 발생하는 토피가 얕은 천층 터널을 원 지반의 과도한 절취없이 터널을 시공할 수 있게 해줌으로써, 자연 환경의 훼손없이 터널을 시공할 수 있으며, 특별히 5∼6 미터의 토피가 아주 얕은 터널은 선지보재의 마찰력이 부족하게 되므로, 지표면에 반력빔 역할을 하는 콘크리트 슬래브(80)를 타설하거나 조각판을 대고 압착함으로써, 프리스트레스형 선지보재(60)의 인장재인 강봉(61)에 프리스트레스가 도입되는 효과가 있어서 침하의 저감 효과를 가져오며, 전단 강도도 증가한다.
조각판의 한 종류인 철근 트러스판은 숏크리트와 일체가 되기 쉬운 구조이고, 리바운드 량을 최소화할 수 있으며, 종방향과 횡방향으로 단면 2차 모멘트가 최대화될 수 있는 기하학적인 구조로 설계되었다.
또한, 본 발명의 제이실시예에 의한 배수 장치(70)는 터널 내의 용출수에 의한 지반 침식 및 여굴을 감소시킬 수 있으며, 조각판(30) 배면의 그라우팅시에 그라우팅액(74a)이 상기 수발관(73)의 통공(73a)을 막는 것을 방지하도록 수발관(73) 하단 외주면에 설치된 나팔형 깔대기(74)가 체크 밸브의 역할을 하여 배수관(72)이 막힐 염려가 없어 배수가 원활하다.
또한, 파일럿 터널을 이용하여 선지보재를 설치시는 원 지반이 연약한 곳에서도 대단면 터널을 설치할 수 있으므로, 지하 유류고 저장시설에도 매우 효과적인 공법이며, 천공홀 내 선지보재를 팩커수단에 의해 압력을 주어 그라우팅을 할 수 있도록 하여 리핑암 내지 토사 지반에 맥상 형태나 침투 형태의 그라우팅으로 지반 보강을 할 수 있으며, 완벽히 선지보재 주변이 그라우팅(GROUTING)된 것을 확인 가능토록 중공강봉형의 선지보재 또는 그라우팅 호스를 통해 주입하여 그라우팅액이 오버프로 하는 것을 확인 할 수 있는 구조로 만들었다.
선지보재를 설치하기 위한 천공홀을 이용하여 굴착시 벤치컷 발파 공법을 위한 장약이 가능하고, 발파시 선지보재의 노출된 두부의 손상을 방지하기 위해 폴리에틸렌폼(P.E. FOAM)파이프를 부착하였고. 기계화 시공이 가능하도록 파일럿 터널 천공 장치의 종축 중심이 터널 크라운부 반지름 중심에 일치되도록 파일럿 터널 위치를 설정하였다.
공사 기간 장대터널의 측면에서는 대단면 터널에서 파일럿 터널을 먼저 굴착 관통 후, 다수의 위치에서 선지보재를 시공할 수 있으며, 굴착 단계에서도 다수의 위치에서 막장을 형성하여 작업이 여러 곳에서 시공되어 공사 기간을 획기적으로 단축할 수 있다.

Claims (26)

  1. 지표면에서 예정된 터널의 굴착라인을 향하여 다수의 선지보재를 천공 설치하고 그라우팅하는 단계와;
    상기 터널의 굴착라인을 따라 터널을 굴착하고, 그 굴착면에 배수재를 설치하는 단계와;
    상기 배수재의 하단에 상기 선지보재마다에 조각판을 연속해서 끼워 설치하되, 조각판 들의 측면에 형성된 끼움 돌기와 끼움 홈이 서로 맞물려 라이닝이 형성되도록 설치하는 단계와;
    상기 조각판을 관통한 선지보재에 지압판을 대고 정착구를 조여 선지보재에 조각판을 압착 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  2. 지표면에서 예정된 터널의 굴착라인을 향하여 다수의 선지보재를 천공 설치하고 그라우팅하는 단계와;
    상기 터널의 굴착라인을 따라 터널을 굴착하고, 그 굴착면에 배수재를 설치하는 단계와;
    상기 배수재의 하단에 상기 선지보재마다에 철근으로 짜여진 트러스판을 연속해서 설치하되, 상기 트러스판을 관통한 선지보재에 지압판을 대고 정착구를 조여 상기 철근 트러스판을 압착 고정하는 단계와;
    상기 트러스판 내에 숏크리트를 타설하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하 는 선지보 터널 공법.
  3. 지표면에서 예정된 터널의 굴착라인을 향하여 다수의 선지보재를 천공 설치하고 그라우팅하는 단계와;
    상기 터널의 횡방향으로 일정 간격을 갖는 파이프 루프를 터널의 진행 방향으로 먼저 설치한 후, 터널을 굴착하면서 상기 파이프 루프의 하단면에 배수재를 설치하고, 상기 배수재를 사이에 두고 상기 파이프 루프의 하단으로는 터널의 횡방향으로 아치 형상의 스틸 리브를 터널의 진행 방향으로 설치하며, 상기 다수의 스틸 리브 사이사이에는 스틸 플레이트가 설치되어 이들 스틸 리브를 서로 결착시킨 후 지압판과 정착구를 조여 압착 고정하는 단계 및;
    상기 파이프 루프와 스틸 플레이트의 사이에 숏크리트를 타설하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 선지보재는 메인 터널 굴착 라인의 상측 주변까지만 설치하여 파이프루프와 간섭되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 터널 굴착후 선지보재를 터널의 굴착라인 내에서 지압판으로 결합 조임한 후, 굴착라인의 하부 양측인 비교적 굴착이 쉬운 부분은 터널의 내부에서 락볼트를 시공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선지보재는 막장의 자립 보강을 위하여 터널의 굴착라인의 하측으로 깊게 천공 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선지보재는 터널 측벽을 보강하기 위하여 터널 측벽에 수직방향으로 터널의 바닥면까지 근입 설치하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선지보재는 지압판을 반력으로 압착을 가할 때, 프리스트레스가 발생하도록 하는 프리스트레스형 선지보재로 시공하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 프리스트레스형 선지보재의 시공은 지표면에서 터널의 굴착 라인을 향해 천공하는 단계와;
    폴리에틸렌 관 내에 삽입된 인장재인 강봉의 일단을 외주면에 다수의 돌기가 돌설된 강관파이프의 내주면에 고정 위치시키고, 상기 강관파이프 내의 강봉이 변형이 자유롭도록 강봉의 외주면과 강관파이프의 내주면에 방청 윤활유를 도포시킨 프리스트레스형 선지보재를 상기 단계에서 천공된 홀 내에 삽입하는 단계 및;
    상기 단계에서 삽입된 상기 프리스트레스형 선지보재의 외주면인 천공된 홀 내에 그라우팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 프리스트레스형 선지보재를 토피가 얕은 터널에서 시공할 때, 상기 프리스트레스형 선지보재의 일단을 지표면에 설치된 콘크리트 슬래브에 고정하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선지보재를 3아치 굴착 2아치 터널에 시공시 지표면에서 상기 선지보재를 터널의 시공 기면보다 더 깊게 설치하되, 3아치 굴착 2아치 터널의 중앙에 수직으로 천공되는 선지보재는 3아치 굴착 2아치 터널의 굴착전에 터널의 필라부를 형성하도록 시공되는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  12. 제2항에 있어서, 상기 트러스판은 터널의 종, 횡방향으로 트러스 형태로 용접되어 있고, 트러스판끼리 철근이 겹이음되어 연속하여 설치하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  13. 지표면에서 예정된 터널의 굴착라인을 향하여 시공된 다수의 선지보재를 터널 내의 굴착라인에 상기 선지보재 마다에 조각판을 연속하여 설치하는 터널에 있어서,
    터널의 굴착라인(20)과 상기 조각판(30)의 사이에 설치되어 일정 간격으로 티자형 연결관(71)을 매개로 연결된 배수관(72)과;
    상기 굴착라인(20)에 대하여 상기 배수관(72)의 티자형 연결관(71)에 방사상으로 연결되어 외주면에 다수의 통공(73a)이 형성된 수발관(73)과;
    상기 수발관(73)의 통공(73a)이 형성되지 않은 부분인 하부 외주면에 삽입되어 그라우팅액(74a)이 상부의 상기 통공(73a) 측으로 흘러들어 가는 것을 방지하도록 설치된 나팔형 깔대기(74); 및
    상기 수발관(73)의 상부면을 커버하는 캡(75)으로 구성된 것을 특징으로 하는 터널의 배수 장치.
  14. 대단면 터널 내에 파일럿 터널을 굴착하는 단계와;
    상기 파일럿 터널 내의 다수의 위치에서 선지보재를 설치하기 위하여 방사상으로 천공홀을 형성하는 단계와;
    상기 단계에서 형성된 방사상의 천공홀에 선지보재를 삽입한 후, 그라우팅하고 양생하는 단계와;
    상기 대단면 터널의 굴착라인을 따라 터널을 굴착하고, 그 굴착면에 배수재를 설치하는 단계와;
    상기 배수재의 하단에 상기 선지보재마다에 조각판을 연속해서 끼워 설치하되, 조각판 들의 측면에 형성된 끼움 돌기와 끼움 홈이 서로 맞물려 라이닝이 형성되도록 설치하는 단계와;
    상기 조각판을 관통한 선지보재에 지압판을 대고 정착구를 조여 선지보재에 조각판을 압착 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  15. 대단면 터널 내에 파일럿 터널을 굴착하는 단계와;
    상기 파일럿 터널 내의 다수의 위치에서 선지보재를 설치하기 위하여 방사상으로 천공홀을 형성하는 단계와;
    상기 단계에서 형성된 방사상의 천공홀에 선지보재를 삽입한 후, 그라우팅하고 양생하는 단계와;
    상기 대단면 터널의 굴착라인을 따라 터널을 굴착하고, 그 굴착면에 배수재를 설치하는 단계와;
    상기 배수재의 하단에 상기 선지보재마다에 철근으로 짜여진 트러스판을 연속해서 설치하되, 상기 트러스판을 관통한 선지보재에 지압판을 대고 정착구를 조여 상기 철근 트러스판을 압착 고정하는 단계와;
    상기 트러스판 내에 숏크리트를 타설하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  16. 대단면 터널 내에 파일럿 터널을 굴착하는 단계와;
    상기 파일럿 터널 내의 다수의 위치에서 선지보재를 설치하기 위하여 방사상으로 천공홀을 형성하는 단계와;
    상기 단계에서 형성된 방사상의 천공홀에 선지보재를 삽입한 후, 그라우팅하 고 양생하는 단계와;
    상기 대단면 터널의 횡방향으로 일정 간격을 갖는 파이프 루프를 터널의 진행 방향으로 먼저 설치한 후, 터널을 굴착하면서 상기 파이프 루프의 하단면에 배수재를 설치하고, 상기 배수재를 사이에 두고 상기 파이프 루프의 하단으로는 터널의 횡방향으로 아치 형상의 스틸 리브를 터널의 진행 방향으로 설치하며, 상기 다수의 스틸 리브 사이사이에는 스틸 플레이트가 설치되어 이들 스틸 리브를 서로 결착시킨 후 지압판과 정착구를 조여 압착 고정하는 단계 및;
    상기 파이프 루프와 스틸 플레이트의 사이에 숏크리트를 타설하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  17. 대단면 터널 내에 파일럿 터널을 굴착하는 단계와;
    상기 파일럿 터널 내의 다수의 위치에서 선지보재를 설치하기 위하여 방사상으로 천공홀을 형성하는 단계와;
    상기 단계에서 형성된 방사상의 천공홀에 선지보재를 삽입한 후, 그라우팅하고 양생하는 단계와;
    상기 대단면 터널의 굴착라인을 따라 터널을 굴착하고, 그 굴착면에 배수재를 설치하는 단계와;
    상기 배수재의 하단에 숏크리트를 타설하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  18. 선지보 터널을 굴착시공하기 위하여 파일럿 터널 내에서 방사상으로 천공된 천공홀에 선지보재를 삽입 설치하여 천공홀 내를 가압 그라우팅하는 가압 그라우팅 장치에 있어서,
    외주면에 나사산(110a)이 형성된 봉 형상이고, 중간 외주면에 천공홀(22)의 센터 간격을 유지하기 위한 외측으로 볼록하게 돌설된 다수의 돌설대(111)를 가진 센터라이저(112)가 삽입되며, 커플러(113)에 의해 다수개 연결되며, 상기 천공홀(22) 내의 내측면으로 그라우팅액(74a)을 주입하여 압력 그라우팅하는 중공강봉형 선지보재(110)와;
    상기 천공홀(22)의 입구측에 위치한 중공강봉형 선지보재(110)의 나사산에 결합되어 상기 중공강봉형 선지보재(110)를 통하여 상기 천공홀(22) 내부에 그라우팅액(74a)을 주입하여 충진시킨 후, 천공홀(22)의 입구를 패킹하는 팩커수단(120)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가압 그라우팅 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 팩커수단(120)은 중공강봉형 선지보재(110)의 나사산(110a)에 결합된 도너츠형의 제1 스토퍼(121)와;
    상기 제1 스토퍼(121)의 일측인 선지보재(110)의 나사산(110a)에 결합되어 천공홀(22)의 입구측을 향하도록 설치된 고무나팔관을 가진 고무팩커(122)와;
    상기 고무팩커(122)의 일측인 중공강봉형 선지보재(11)의 외주면에 삽입되어 이동하면서 상기 고무팩커(122)의 고무나팔관을 천공홀(22)의 내주면에 밀착되도록 쇄기형 고무패킹(123a)이 외주면에 삽입된 단관(123)과;
    상기 고무패킹(123a)의 일측이면서 상기 단관(123)의 외주면에 삽입되어 쇄기형 고무패킹(123a)에 일측면이 걸리도록 상기 고무패킹(123a)을 고무팩커(122)의 고무나팔관 내로 밀착시키는 역할을 하는 도너츠형의 제2 스토퍼(124)와;
    상기 단관(123)의 일측에서 고무패킹(123a)이 상기 고무팩거(122)의 고무나팔관을 향해 이동하도록 상기 중공강봉형의 선지보재(110)의 나사산(11a)에 나사 결합된 삽입용 파이프(125)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가압 그라우팅 장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 커플러(113)는 중공강봉형 선지보재(110)를 다수개 연결하는 부분인 나사산(110a) 외주면에 설치되어 상기 선지보재(110)의 연결 상태가 풀리지 않도록 그 내주면에 잠금핀(113a)이 삽입된 것을 특징으로 하는 가압 그라우팅 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 팩커수단(120)은 상기 천공홀(22)의 입구측인 중공강봉형 선지보재(110)의 나사산(110a)에 결합된 중공형 파이프(131)와;
    상기 중공형 파이프(131)의 외주면에 결합되어 공기를 충진하여서 상기 천공홀(22)의 내주면을 밀착 패킹할 수 있도록 된 에어팩커(132)와;
    상기 에어팩커(132)의 일측면에 결합된 도너츠형 제3 스토퍼(133)와;
    상기 천공홀(22)의 입구측인 에어팩커(132)의 타측면에 결합되고, 패커 가압호스(134)를 통하여 상기 에어팩커(132)로 공기를 충진하는 유입구가 형성된 도너츠형 제4 스토퍼(135)로 구성된 것을 특징으로 하는 가압 그랑우팅 장치.
  22. 대단면 터널의 파일럿 터널(21)에서 메인 터널 굴착 라인(20)까지의 천공홀(22)에 장약을 설치하여 장약공을 발파시 발파에 의해 선지보재(110)가 파손되는 것을 방지하는 선지보재 보호장치에 있어서,
    상기 메인 터널 굴착 라인(20) 외측에 형성된 천공홀(22)에 삽입된 중공강봉형의 선지보재(110)의 외주면에 있는 단관(123)의 외주면에 폴리에틸렌폼 파이프(141)를 삽입하고, 상기 중공강봉형의 선지보재(110)의 입구측 단부에 파압감쇄를 위한 폴리에틸렌폼(142a)과 모래(142b)가 순차적으로 담겨진 전색봉지(142)를 위치시키며, 상기 전색봉지(142)의 일측에 저속 폭약의 장약(143)과 모래전색(144)을 반복하여 전색하여 발파하는 것을 특징으로 하는 선지보재 보호장치.
  23. 선지보 터널을 굴착시공하기 위하여 파일럿터널 내에 다수개 설치되어 터널의 굴착 라인을 향하여 방사상으로 천공홀을 천공하는 천공장치에 있어서,
    상기 파일럿 터널(21)의 길이 방향으로 설치된 동력 전달 장치를 가진 본체(151)와;
    상기 본체(151)의 양측 전후측에 설치되어 이를 지지하면서 상하로 높이를 조절하는 아웃 유압리프트(152)와;
    상기 파일럿 터널(21)의 길이 방향의 중심선상에 위치하면서 상기 본체(151)의 중심부에 회전 가능하게 지지된 중심축(153)과;
    상기 중심축(153)의 전방측 일단에 수직으로 결합되어 파일럿 터널(21)의 횡방향으로 회전하면서 방사상으로 다수의 천공홀(22)을 천공하는 천공수단(154)과;
    상기 중심축(153)의 후방측 일단에 결합되고, 상기 본체(151)의 수평상태를 체크하여 상기 아웃 유압리프트(152)를 조절하기 위하여 설치된 수준기(155)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 천공장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 천공수단(154)은 상기 중심축(153)의 전방측 일단에 축회전장치(154a)를 매개로 수직으로 결합된 가이드빔(154b)과;
    상기 가이드빔(154b)에 결합되어 천공홀(22)을 천공하고, 상기 가이드빔(154b)이 방사상으로 회전하여 수평선을 기준으로 한 회전각도(α)가 둔각이 되면, 상기 축회전장치(154a)에 의해 180도 회전하는 가이드빔(154b)과 함께 회전하는 천공롯드(154c)로 이루어진 것을 특징으로 하는 천공장치.
  25. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파일럿 터널(21)은 메인 터널 굴착 라인(20)의 크라운부(20a)의 반경중심점이 파일럿 터널(21)의 크라운부(21a)의 반경중심점과 일치되도록 파일럿 터널(21)의 단면을 굴착하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
  26. 지표면에서 예정된 터널의 굴착라인을 향하여 다수의 선지보재를 천공설치하는 단계와;
    상기 단계에서 형성된 방사상의 천공홀에 선지보재를 삽입한 후 그라우팅하고 양생하는 단계와;
    터널의 굴착 라인을 따라 터널을 굴착하고 그 굴착면에 배수장치(70)를 설치하는 단계와;
    상기 배수장치 하단에 상기 선지보재마다 조각판을 설치하는 단계와;
    상기 조각판을 관통한 선지보재에 지압판을 대고 정착구를 조여 압착 고정하는 단계 및;
    상기 조각판을 압착하는 지압판(11) 위치의 조각판의 천공된 구멍(161)을 통하여 연결된 주입 파이프(160)에 그라우트 액을 주입하여 그라우팅을 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선지보 터널 공법.
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