KR100768473B1 - 직진성 및 유도배수가 가능한 지중압입체를 이용한지하구조물 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도배수가 가능한 지하구조물 시공방법이 개시되며, 강상자체로 제작된 상부 및 하부 지중압입체는 경사진 상판 및 외측판의 겹쳐진 돌출부위를 통해 자연스러운 배수가 가능할 뿐만 아니라 강상자체 위, 아래의 돌출판이 인접 강상자체 압입 시 압입의 직진성 확보를 위한 가이드판 역할을 하게 되며, 지중압입체의 압입과 더불어 내부에 충전된 콘크리트로 합성되어 지하구조물 자체로서 기능할 수 있어 불필요한 가시설 시공을 생략할 수 있어 경제적이며, 최적화된 지중압입체의 설치로 시공성이 증진된 지하터널 또는 지하차도와 같은 지하구조물 시공이 가능하게 된다.

지하구조물, 비개착, 압입

Description

직진성 및 유도배수가 가능한 지중압입체를 이용한 지하구조물 시공방법{UNDERGROUND STRUCTURE CONSTRUCTION METHOD AVAILABLE OF GUIDED DRAINAGE AND STRAIGHT MOVING}

도 1a 및 도 1b는 종래의 비개착 지하구조물의 시공방법을 도시한 것이다.

도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d 및 도 2e는 본 발명의 지하구조물 단면형태들의 예를 도시한 것이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 개략적인 시공상태도를 도시한 것이다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명의 상부 및 하부지중압입체의 사시도, 평면도 및 지하구조물 단면형태도이다.

도 5a, 도 5b, 도 5c 및 도 5d는 본 발명의 지하구조물의 시공순서를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100:상부 지중압입체 110:상부 중앙 지중압입체

120,130:상부 최측방 지중압입체

140:상부 중앙 지중압입체의 선도지중압입체

150:상부 최측방 지중압입체의 선도지중압입체

200:하부 지중압입체 500:내부충전재

본 발명은 직진성 및 유도배수가 가능한 지중압입체를 이용한 지하구조물 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 지하차도 또는 지하터널과 같은 지하구조물을 시공하기 위하여 지중압입체 다수를 강제 압입시킨 후, 압입된 지중압입체를 이용하여 지하구조물을 시공하는 비개착식 지하구조물 시공방법에 관한 것으로서, 지중압입체의 상판 및 외측판에 임의적인 경사구배가 형성되어 있으며, 측방으로 돌출 연장된 지중압입체 상판, 하판이 서로 접하도록 압입되어 선 압입되는 지중압입체가 후 압입되는 지중압입체의 가이드 역할을 할 수 있는 지중압입체를 이용한 지하구조물 시공방법에 관한 것이다.

현재 보편적으로 적용되고 있는 대표적인 비개착식 지하구조물 시공공법으로는 함체견인공법, 강관 단면루프공법, NTR공법 등을 들 수 있다.

먼저, 함체견인공법은 함체가 통과할 지중에 미리 소구경 함체지지용 가설용 강관 단면을 수평으로 압입 관통시킨 후 지중을 횡단하여 이어진 다수의 P.C.강선을 현장에서 제작된 함체와 결속한 후 견인하여 함체내의 내부토사를 제거하고, 이와 같은 견인과 굴착작업을 반복하여 지중에 구조물을 설치하는 공법으로, 이 공법은 함체 추진공사 중 추진함체와 강관 단면의 수평압입시 발생한 시공오차에 의한 가설 강관 단면과의 틈새만큼 함체 상부의 도로나 지장물에 침하가 발생할 우려가 있으며, 또한 함체가 미리 제작되어 견인 설치되므로 상부 토피가 깊은 경우 함체 를 이루는 부재치수가 커지게 되어 견인이 곤란해지며 작업장의 규모가 큰 편이므로 심도가 깊은 지하공간에서의 적용성이 희박하다.

강관루프 공법은 구조물이 형성될 지중에 미리 가설용 소형 강관을 순차적으로 압입 연결하여, 강관 루프를 형성하고, 강관 루프의 안쪽의 내부 토사를 제거하면서 지지보와 가설기둥을 설치하며 그 내부공간에 콘크리트를 타설하여 구조물을 축조하게 된다. 따라서 상부 토피가 깊을 경우 1차적으로 강관 루프와 지지보 등 가설재가 상부하중을 지지해야하므로 가시설의 규모가 커지는 문제점이 있다.

NTR공법(New Tubular Roof Method)은 대한민국특허 제 217845호(비개착의 지하에 구조물의 새로운 축조방법)에 개시되어 있는 공법으로서 본 발명과 가장 유사한 공법이라 할 수 있다. 이는 도 1a와 같이 지하구조물의 단면형태로 강관(10)을 이격시켜 먼저 압입시키게 된다. 다음으로는 강관과 강관의 연결상부에 누수 및 토사붕괴 방지를 위한 방지하기 위하여 소구경 파이프(21)를 이용하여 그라우팅부(20)를 형성시키고, 내측지주를 설치하여 강관을 보강시킴과 더불어 압입된 강관의 측면을 절개한 후 연결강판(30)으로 강관과 강관을 서로 연결시키고, 콘크리트(40)를 충전시킴으로서 지하구조물의 외측을 둘러싸는 콘크리트강관으로 제작된 외측주열부(50)를 형성시키게 된다.

이에 도 1b와 같이, 외측주열부(50) 내측의 지반(내측토)을 굴착함과 더불어 특정형태의 지하구조물(60)을 외측주열부(50)와 함께 설치하게 된다. 이러한 지하구조물은 일종의 철근콘크리트 구조물로 설치될 수 있다.

이러한 NTR공법은 지하구조물의 유지관리에 있어 가장 큰 문제가 될 수 있는 방수처리가 가능하다는 장점은 있으나 이 또한 시간이 경과함에 따라 누수가 방지됨은 마찬가지이며, 방수를 위하여 도 1a와 같은 별도의 그라우팅부(20)를 형성시켜야 하므로 시공이 복잡하고, 강관 측벽부의 절개와 연속적인 내부 공간 확보를 위한 반복적인 연결강판 설치작업 그리고 강관 내부의 내측지주 설치와 같은 강관 보강작업, 및 외측주열부(50) 내측에 지하구조물 설치를 위한 거푸집과 철근 설치 작업과 콘크리트 타설 등과 같이 협소한 공간에서 많은 복잡한 작업을 수행하여야 하므로 품질관리과 용이하지 않으며, 시공성이 매우 떨어지고 공사비도 상당히 고가라는 문제점이 있다.

본 발명의 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서,

본 발명의 목적은 어느 한 지중압입체 압입 후 인접 지중압입체 압입 시 지중압입체 들이 서로 격리 또는 이탈되지 않도록 직진성을 확보할 수 있는 지하구조물 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 지하구조물 시공완료 후 유지관리에 있어 가장 문제로 대두되는 누수문제를 근본적으로 해결할 수 있는 유도배수가 가능한 지하구조물 시공방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 지중에 압입되는 압입체의 단면형태를 최적화하여 공종을 단순시킴과 더불어, 지중압입체 자체를 구조체로 기능하도록 하여 작업공종을 대폭 줄일 수 있어 시공성이 뛰어나고, 보다 경제적으로 지하구조물을 시공할 수 있는 유도배수가 가능한 지하구조물 시공방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은

첫째, 지중압입체 압입 시, 인접 지중압입체와 격리 또는 이탈되지 않도록 지중압입체 상, 하판을 측방으로 돌출되게 제작하여 그 돌출부위가 인접 지중압입체 돌출부위를 내접하는 형태로 유도하여, 별도의 가이드장치 없이도 지중압입체 굴진의 직진성이 확보되면서, 완성된 지하구조물의 누수를 방지하기 위하여 경사구배가 형성된 지하구조물의 상판을 흘러 지하구조물의 외측판으로 지하수를 포함한 유수가 흘러 자연 배수될 수 있도록 하였다.

이를 위해 본 발명은 지하구조물을 구성하는 상부, 하부 지중압입체(100,200)를 제작, 시공함에 있어서 상판에 횡방향 경사가 형성된 상부 지중압입체의 돌출부위가 서로 끼어 내접하도록 압입하되, 상부 지중압입체(100)의 상판이 서로 겹쳐지도록 하여 유수가 누수 됨이 없이 상기 상판을 따라 연속하여 자연스럽게 외측으로 배수될 수 있도록 하였다. 또한 상부 지중압입체의 상판으로부터 유도 배수된 유수가 하부 지중압입체(200)의 외측판을 따라 역시 누수 없이 흘러 내려 배수처리 될 수 있도록 하부 지중압입체를 상부 지중압입체 저면에 접하여 압입되도록 하되, 지중압입체의 돌출된 외측판이 서로 겹쳐지도록 하였다.

둘째, 상부 및 하부 지중압입체(100,200)를 최종 지하구조물 단면형태에 있어 구분된 세그먼트 지중압입체 형태로 제작하여 순차적으로 압입시키는 경우 최종 지하구조물 단면형태가 자연스럽게 완성될 수 있도록 하였다.

이를 위해 본 발명은 각 지중압입체의 단면형태가 제형 강상자체로 제작되도 록 하여 종래와 같이 지하구조물 제작을 위한 불필요한 가시설 설치공종이 생략될 수 있도록 하였으며, 압입된 제형 강상자체 내부는 토사가 배제된 상태에서 지하구조물용 거푸집 역할을 하도록 하되 콘크리트와 합성되어 지하구조물 본체가 구축되고, 철근,철골,트러스 등과 같은 보강재가 상기 콘크리트와 함께 합성되도록 하였다. 또한 강 상자체의 단면크기에 있어 작업자의 작업공간 확보를 위한 단면크기를 확보하고, 압입 시 직진성, 좌굴, 비틀어짐을 방지하기 위하여 다양한 보강재 및 압입수단이 설치될 수 있도록 하였다.

셋째, 각 지중압입체의 압입 시, 직진성을 확보하면서 좌굴, 비틀어짐을 방지하기 위하여 압입수단으로서 상부 지중압입체의 경우 상부 중앙 지중압입체를 먼저 압입시키고, 양 측에 측방 상부 지중압입체를 순차 압입시키되 지반의 붕괴를 방지하면서도 토압을 이용하여 서로 밀착될 수 있도록 하였고, 각 지중압입체는 선도지중압입체가 전면에 설치되도록 하였다.

이에 본 발명은 상부 중앙 지중압입체의 선도 지중압입체는 강 상자체로서 상판으로부터 전방으로 돌출부; 및 상자체 초입 내측에 형성된 돌출턱으로 구성되도록 하였고, 측방 상부 지중압입체는 선도 지중압입체를 강 상자체로써 횡방향으로 비대칭단면으로 전면이 구성되도록 하였다.

본 발명을 보다 명확하고 용이하게 설명하기 위해서 이하 본 발명의 최선의 실시예를 첨부도면에 의하여 상세하게 설명하며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 설명되는 실시예에 한정되지 않는다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 상부 및 하부 지중압입체로 완성된 지하구조물의 단면형태의 예들을 도시한 것이며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 개괄적인 시공방법 및 최종 지하구조물 단면형태를 도시한 것이고, 도 4a,도4b 및 도 4c는 본 발명의 상부 세그먼트 지중압입체의 압입 시 상태를 평면도,사시도 및 지하구조물 단면 비교도이며, 도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 시공방법 공종을 순서대로 도시한 것이다.

먼저, 지하구조물의 일예로서 도 3a 및 도 3b와 같은 최종 지하구조물 단면을 구성하는 다수의 상부 및 하부 지중압입체(100,200)를 종 방향으로 연속하여 압입시킴에 있어, 공사 시점부(A)에 있어 상기 지중관입체 압입시공을 위한 작업공간을 확보하기 위하여 지반을 수직으로 굴착하고, 지하구조물 연장길이에 따른 공사 종점부(B)에도 역시 지반을 수직으로 굴착하여 결국 상부 및 하부 지중압입체의 압입공사를 위한 공사 시점부(A)와 종점부(B)를 먼저 형성시키게 된다.

특히 상기 공사시점부(A)에는 상부 및 하부 지중압입체를 압입시키기 위한 압입수단(유압잭,410)과 반력대(420)가 설치되며, 내측하부에는 가설동바리를 포함한 가시설(430)이 설치된다.

이에 도 4a와 같이 선도지중압입체(140,150)가 전면에 설치된 상부 중앙 및 최측방 지중압입체(110,120,130)를 먼저 압입시키고, 먼저 압입된 상부 중앙 및 최측방 지중압입체(110,120,130)의 후면에 도 3a와 같이 반복적으로 상부 세그먼트 지중압입체(100a)를 연결시켜 가면서 최종 공사 종점부(B)까지 종방향(굴진방향)으로 압입될 수 있도록 한다. 이에 본원 발명에 있어 상부 지중압입체(100)는 선도지중압입체(140,150)가 전면에 설치된 상부 중앙 및 최측방 지중압입체(110,120,130)와 상부 세그먼트 지중압입체(100a)를 포함하는 것으로 하며, 하부 지중압입체(200)도 도 3b와 같이 하부 세그먼트 지중압입체(200a) 다수를 포함하는 것으로 한다.

다음으로는 도 3b와 같이 이미 압입된 상태의 상부 지중압입체(100)의 하면 에 접하여 다수의 하부 세그먼트 지중압입체(200a)가 연결 압입되어 형성된 하부 지중압입체(200)를 시공할 수 있도록 가시설을 일부 해체하면서 최종 종점부(B)까지 하부 지중압입체(200)가 종방향(굴진방향)으로 압입될 수 있도록 한다.

도 2a에서 본 발명의 상부 및 하부 지중압입체(100,200)의 압입에 의하여 하부가 개방된 비폐쇄형 사각단면 형태의 지하구조물이 설치될 수 있음을 알 수 있으며, 상부 및 하부 지중압입체(100,200)는 상부 및 하부 세그먼트 지중압입체(100a,200a)를 다수 연결하면서 종방향으로 압입시켜 설치된다. 이러한 상부 및 하부 지중압입체는 지하구조물의 크기, 형태에 따라 각 상부, 하부 세그먼트 지중 압입체의 형태, 크기, 개수는 얼마든지 변경이 가능하다.

즉, 아래 도 2b 내지 도 2e와 같이 여러 다양한 단면형태로 구성시킬 수도 있다.

구체적으로 살펴보면, 도 2b와 같이 폐쇄형 사각단면형태로 지하구조물 단면형태로 구성될 수 있으며,

도 2c와 같이 폐쇄형 원형형태로 지하구조물 단면형태로 구성될 수 있으며,

도 2d와 같이 비폐쇄형 아치(Arch)형태로 지하구조물 단면형태로 구성될 수 있으며,

삭제

도 2e는 비폐쇄형 사각단면형태로 지하구조물 단면형태로 구성시키되 중앙부에 추가적으로 지중압입체를 더 형성시킨 경우로서 굴착폭이 큰 경우에 이용될 수 있다.

더 나아가 도 2a 내지 도 2e에서 살펴본 것에 더하여, 다른 여러 형태의 단면형태로도 지하구조물을 설치할 수 있으며, 이는 상부 및 하부 지중압입체의 형상을 다소 변경함으로써 충분히 가능하므로 이로써 본 발명은 지하구조물의 다양한 설치형태에 대응한 적용성이 확장될 수 있음을 알 수 있다.

본 발명에서는 이해의 편의상 도 2a와 같은 비 폐쇄형 사각단면 형태의 지하구조물을 기준으로 구체적으로 살펴본다.

이러런 지하구조물은 크게 상부 지중압입체(100) 및 하부 지중압입체(200)로 구성되며, 상부 지중압입체(100)는 상부 중앙 지중압입체(110) 및 2개의 상부 최측방 지중압입체(120,130)에 있어 측방으로 연장 돌출된 부위가 서로 내접하도록 되어 있으며, 양 최측방에 하부 세그먼트 지중관입체(200a)가 서로 연결 압입된 하부 지중관입체(200)가 상기 상부 최측방 지중압입체(120,130)의 하면에 서로 내접하도록 형성되어 있다.

상부 지중압입체(100)의 앞부분은 상부 중앙 지중압입체(110)와 상부 최측방 지중압입체(120,130)로 크게 구성되며, 상부 중앙 지중압입체(110)와 상부 최측방 지중압입체(120,130)는 각각 동일한 단면크기 및 형태를 가지는 상부 세그먼트 지중압입체(100a) 다수가 종방향으로 서로 연결 압입되어 시공된다.

하부 지중압입체(200)는 하부 세그먼트 지중압입체(200a) 다수가 역시 종방향으로 서로 연결 압입되어 시공된다.

상기 상부 중앙 지중압입체(110)는 도 4a 및 도 4b와 같이 최 선단에 선도지중압입체(140)가 더 설치된 상태에서 폐쇄된 전면과 후면이 개방된 사다리꼴 단면의 상자체로 제작되며, 강판을 가공하여 제작할 수 있다.

상기 상부 중앙 지중압입체(110)는 임의로 횡방향 경사구배를 가지도록 형성된 상판(111); 상기 상판 단부 측 안쪽에 하방으로 연장된 양 외측판(112); 및 상기 외측판 하면에 형성된 하부판(113);을 포함하며, 상기 상판(111)과 하부판(113)의 단부가 외측판(122)을 기준으로 횡방향으로 연장 돌출되도록 형성된다. 구체적으로 살펴보면,

특히 상판(111)의 경우, 중앙부를 기준으로 유수가 별도의 수단이 부가됨이 없이 자연적으로 흐를 수 있도록 횡방향 경사구배(화살표 참조)가 형성되어 일종의 경사진 지붕역할을 하게 되며 바람직하게는 1%~2% 정도의 경사구배가 형성되도록 하여 본 발명의 핵심적인 기술적 특징인 유수의 자연배수가 가능하게 된다.

외측판(112)은 상판(111)의 양 단부 측에 수직 하방으로 설치되는데, 특히 상판(111)이 외측판(112)을 기준으로 횡방향으로 돌출연장 되도록 상판의 단부 측 안쪽에 형성되도록 한다.

이렇게 상판(111)과 하부판(113)의 단부를 돌출된 형태로 형성시키는 이유는, 횡방향 연장돌출된 상판과 하판 내측에 상부 최측방 지중압입체(120,130)의 상판 및 하판이 끼워져 내접하도록 설치됨으로서 상기 횡방향 연장돌출된 상판과 하판이 일종의 가이드판 역할을 하여 굴진성을 확보함과 더불어, 상부 중앙 지중압입체(110)의 상판(111)과 상부 최측방 지중압입체(120,130)의 상판(121,131)이 도 4a와 같이 상하로 겹쳐져 형성된 상판 연결부에 있어 유수가 누수 됨이 연속적으로 배수될 수 있도록 하기 위함이다.

하부판(113)도 상기 외측판(112)를 기준으로 횡방향으로 연장돌출되도록 형성됨을 알 수 있다.

이러한 전면과 후면이 개방된 사다리꼴 단면의 상자체로 상부 중앙 지중관입체(110)를 제작하는 이유는 종래와 같이 지중압입체로서 원형 강관을 이용하는 경우 최종 지하구조물의 단면형태를 완성하기 위한 복잡한 추가공정이 요구되고, 누수에 취약하기 때문이다.

즉, 도 1b와 같이 종래 지하구조물을 시공하기 위하여 원형강관을 각각 별도로 압입시키는 경우, 압입된 상태에서는 횡방향으로 서로 연결되어 있지 않기 때문에, 각 원형강관의 측면을 절개하여 원형강관의 연결강판으로 측면을 서로 연결시켜 주어야 하는데,

다수의 원형강관의 측면을 절개하고 연결시켜 주는 작업은 시공성이 매우 낮고 공사비 증대의 주요 요인이 될 수밖에 없었으며, 별도로 거푸집, 콘크리트 타설을 통해 원하는 지하구조물을 추가로 형성시키기 때문에 좁은 공간에 있어 복잡한 작업공종이 반복되므로 지하구조물 시공에 있어 시공성이 저하될 수밖에 없고 공기가 지연되는 문제점이 있었다.

또한 그라우팅과 같은 방법으로 원형강관의 상부연결부를 별도 처리하지 않으면 원형강관의 상부로부터 유수가 누수 될 수밖에 없다는 문제점이 있었으며, 설사 그라우팅을 한다 할지라도 시간이 경과함에 따라 그라우팅부에 문제가 생기면 누수가 발생할 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명에서는 상부 중앙지중압입체(110) 및 2개의 상부 최측방 지중압입체(120,130)를 포함하여 구성된 상부 지중압입체(100)를 상판이 경사진 상자체로 제작하여 일단 상판에 있어 연속된 횡방향 자연배수가 가능하도록 한 것이다.

결국 종래 원형강관 형태로는 위와 같은 연속된 경사를 확보하는 것이 용이하지 않기 때문에 본 발명의 지중압입체를 상자체로 제작하고, 상판이 횡방향으로 연속적으로 경사져 형성될 수 있도록 한 것이라 할 수 있다.

또한, 도 4c와 같이 전면과 후면이 개방된 사다리꼴 단면의 상자체로 상부 지중압입체 및 상부 최측방 지중압입체를 제작하면 최종 지하구조물 단면과 가장 가까운 구분된 단면형태로 그 제작이 가능하다. 즉 도 4c의 위쪽 그림과 같이 종래의 공법은 원형 강관(10) 개략 중앙부위에만 지하구조물(60)을 위한 공간으로 사용될 뿐, 원형강관(10)의 상부는 콘크리트만 충전되어 공간만 차지할 뿐 불필요한 공간으로 남아있어 불필요한 공사와 경제적 손실이 발생하고, 만약 지하구조물 상부 토피고가 부족한 현장여건에 있어서는 공법적용이 불가능한 요인으로 작용할 수 있다는 문제점이 있었으나,

동일한 두께(d)를 기준으로 본 발명은 상붕 중앙 및 최측방 지중압입체(110,120,130)의 상부에 아무런 불필요한 공간을 차지하고 있지 않아 매우 효율적이고, 현장여건에 따라서는 유일한 대안공법으로 적용될 수 있다는 장점이 있다.

또한 지중압입체 내부에 수직 및/또는 수평 스티프너, 지주 또는 트러스 형태의 보강재를 더 설치함으로서 전체적인 강성을 증진시키기가 용이하여, 증진된 강성체로써 대단면으로 제작이 가능하여, 추후 압입 시 굴착 또는 사토작업, 철근 배근작업이 매우 용이할 뿐만 아니라 작은 원형 강관 다수를 설치하는 것과 비교하여 전체적인 강판 등의 재료적 절감도 가능하게 된다.

또한, 내부에 추가적인 철근, PC강선을 포함하는 텐던, 철골을 더 설치한 상 태에서 콘크리트와 같은 내부 충전재(500)가 타설되어 그 자체단면이 지하구조물로 기능할 수 있으므로 종래와 같이 불필요한 가시설의 설치작업 없이도 지하구조물 형성이 가능하게 된다.

상기 선도지중압입체(140)는 도 4a, 도 4b와 같이 상부 중앙 지중압입체(110)의 최 선단에 추가로 설치된 전면과 후면이 개방된 사다리꼴 단면의 상자체서, 특히 선단부는 선도지중압입체(140)의 상판 전면에 돌출된 돌출부(141); 및 상기 상자체 초입 내측에 형성된 돌출턱(142)으로 구성된다.

상기 돌출부(141)는 강판을 가공하여 선도지중압입체(140)의 강 상자체 상판으로부터 종방향(굴진방향)으로 돌출된 판으로 형성되도록 하여, 상부 중앙 지중압입체(110)의 압입 시, 상재토가 무너져 내리지 않도록 하는 역할을 하게 된다.

이러한 선도지중압입체(140)는 압입 시 상당한 압력을 받게 되므로 강 상자체라 할지라도 좌굴, 비틀림과 같은 현상이 발행할 여지가 있다. 이에 내부면에 수직, 수평 스티프너를 설치할 수 있지만 이러한 스티프너는 압입 시 압입에 저항체로 작용할 수 있으므로 특히 상자체 초입 내측면에 돌출턱(142)을 더 형성시켜, 일종의 스티프너 역할을 하면서도 압입시 전방토에 대한 저항력을 현저하게 줄일 수 있도록 하고, 추가적으로 돌출턱(142)에는 추가적인 굴진보강재(143)를 더 설치할 수 있다.

이러한 돌출턱은 바람직하게는 반원형 단면으로 제작된 돌출턱을 이용할 수 있으나, 각목, 채널부재와 같은 잡철물을 그대로 설치하여 형성시킬 수도 있다.

이로써, 상부 중앙 지중압입체(110)는 선도지중압입체(140)에 의하여 일종의 터널 막장붕괴와 같은 현상을 방지할 수 있으며, 압입에 대한 저항력을 최소화 할 수 있게 된다.

또한 상부 최측방 지중압입체(120,130)도 상판(121,131), 외측판(122,132) 및 하부판(123,133)으로 구성된다.
도 4a를 기준으로 살펴보면,
임의로 횡방향 경사구배를 가지도록 형성된 상판(121,131);
상기 상판 단부 측 안쪽에 하방으로 연장된 양 외측판(122,132); 및
상기 외측판 하면에 형성된 하부판(123,133);을 포함하되,
상기 상판의 단부가 외측판을 기준으로 횡방향으로 연장 돌출되도록 하고, 외측판 중 바깥쪽 외측판은 하부판이 안쪽으로 형성되도록 하되 하부판을 기준으로 하방으로 연장돌출 되도록 함과 더불어 외측판 중 안쪽 외측판은 하부판 단부 측 상면 안쪽에 하방 연장되어 마감되도록 함으로서 안쪽 외측판을 기준으로 하부판이 횡방향으로 연장 돌출되도록 구성된 전면과 후면이 개방된 사다리꼴 단면의 상자체로서, 결국, 위에서 살펴본 것과 같이 상부 중앙 지중압입체(110)의 상판(111)과 외측판(112) 내측에 접하도록 위치를 세팅하여 순차적으로 압입시키게 되며, 역시 선도지중압입체(150)가 최선단에 더 설치된다.

이로써, 상부 최측방 지중압입체(120,130)는 상부 중앙 지중압입체(110)의 측방에 끼워져 압입되도록 함으로서 그 직진성이 확보된다.

또한 상부 최측방 지중압입체(120,130)의 압입은 상부 중앙 지중압입체(110)의 측면과 인접되면서 직진성을 더 확보하기 위하여 선도지중압입체(150)의 전면부(151)가 비대칭으로 횡방향으로 경사져 형성되도록 하였다.

즉, 도 4a와 같이 좌측의 상부 최측방 지중압입체(120)와 우측의 상부 최측방 지중압입체(130)에는 각각 강 상자체로 제작된 선도지중압입체(150)가 설치되며, 상기 선도지중압입체(150)의 전면부는 일측 횡방향으로 비대칭으로 경사져 형성된다.

이는 작용하는 토압에 의하여 상부 최측방 지중압입체(120,130)가 상부 중앙 지중압입체(110)로 밀착되도록 하기 위함이다.

즉, 도 4b와 같이 상부 최측방 지중압입체(120,130)의 선도지중압입체(150)에는 압입 시 선단경사면에 수직방향으로 토압(P)이 발생하게 되는데, 이러한 토압을 분력형태로 표현하면, 수직분력(P2)과 수평분력(P1)로 나눌 수 있다. 이에 수평분력(P1)은 상부 측방 지중압입체(120,130)가 상부 중앙 지중압입체(110)로 밀착시키는 역할을 하게 되어 결국 본 발명의 전면부가 비대칭 경사진 선도지중압입체(150)에 의하여 상부 최측방 지중압입체(120,130)는 상부 중앙 지중압입체(110)에 밀착되면서 압입시킬 수 있게 되며 바람직하게는 선도지중압입체(150)의 비대칭 경사도는 -5%~+5% 정도로 형성시킴이 바람직하다.

하부 지중압입체(200)는 도 5a 및 도 5b와 같이 상부 최측방 지중압입체(120,130)의 바깥쪽 외측판 안쪽에 접하여 설치되는 지중압입체들(210,220)로 구성되며, 역시 전면과 후면이 개방된 사다리꼴 단면의 강 상자체로 제작하여 종방향으로 다수의 하부 세그먼트 지중압입체를 연결시켜 가면서 시점부에서 종점부로 압입시키게 된다. 이에 상기 하부 지중압입체(200)는 상판(211); 하판(213); 및 상기 상판 과 하판 단부 바깥쪽에 상방 및 하방으로 연장 돌출되도록 형성된 양 외측판(212);을 포함하되, 상부 최측방 지중압입체의 하면에 설치되는 하부 지중압입체(210)는 상부 최측방 지중압입체의 하방으로 연장 돌출된 바깥쪽 외측판 안쪽에 하부 지중압입체의 상방으로 돌출된 외측판(222)이 내접되어 끼워지도록 함을 알 수 있다.

이때 상부 중앙 및 최측방 지중압입체(110,120,130)의 상판을 따라 유도 배수된 유수는 압입된 하부 지중압입체(200;210,220) 외측으로 흐르게 되는데 이러한 유수에 의하여도 지하구조물 내부로 누수될 우려가 있으므로, 본 발명에서는 상부 최측방 지중압입체(120,130)의 바깥쪽 외측판(122)을 하방으로 연장돌출 시키고, 그 하단 내측에 하부 지중압입체(220)의 외측판(212,222)이 내접되도록 설치하여, 상기 유수가 하방으로 자연스럽게 유도 배수되도록 한다.

이렇게 압입되는 하부 지중압입체(200)의 개수(210,220)는 지하구조물의 단면크기에 따라 증감될 수 있으며, 도 5b는 양 측에 2개씩 형성되어 있음을 알 수 있다. 이때 도 2b와 같이 폐쇄형 지하구조물의 경우에는 최하단 하부 지중압입체(200) 사이에 상부 지중압입체(100)의 방식으로 추가적인 지중압입체를 더 설치할 수 있을 것이다.

다음으로는 본 발명에 의한 지하구조물을 시공하기 위한 공종을 도 5a 내지 도 5d를 기준으로 구체적으로 살펴본다.

먼저, 지하구조물의 연장길이에 따른 시점부와 종점부를 굴착하고, 반력대 및 가시설을 시점부와 종점부에 설치하게 되며, 미리 소요의 상부 세그먼트 지중압입체 및 하부 세그먼트 지중압입체를 제작한다.

시점부에는 먼저, 도 4a와 같이 선도지중압입체(140)가 부착된 상부 중앙지중압입체(110)를 유압잭으로 먼저 압입시키게 되며, 압입하면서 상부 중앙 지중압입체(110)의 내측토는 인력 또는 기계적인 수단으로 굴착하여 굴착토를 후방으로 배토시켜 지상으로 배출시킨다.

어느 정도 상부 중앙 지중압입체(110)가 압입되면 종방향으로 추가적인 상부 세그먼트 지중압입체의 연결작업을 통하여 종점부까지 상부 중앙 지중압입체를 압입시키게 된다.

다음으로는 도 5a와 같이 상부 중앙 지중압입체(110)의 연장돌출된 상판과 하부판에 상부 최측방 지중압입체(120,130)의 상판과 하판이 내접하도록 동시 또는 한 측방씩 종방향으로 압입시키게 된다.

위와 같이 상부 지중압입체(100)의 압입이 모두 완료되면 도 5b와 같이 상부 최측방 지중압입체(120,130)의 하면에 하부 지중압입체(200;210,220)가 접하도록 압입시키게 된다.

상부 최측방 지중압입체(120,130)의 하면에 접하는 최초 하부 지중압입체(210)의 상방 돌출된 외측판들은 상부 최측방 지중압입체(120,130)의 하방으로 연장 돌출된 외측판(122)의 내측면에 접하도록 한다.

최초 하부 지중압입체(210)의 하면은 양 외측판 하부가 하방으로 연장돌출판에 의해 추가적인 하부 지중압입체(220)의 양 외측판 상부가 내접하여 압입될 수 있도록 한다.

이로서, 도 5b와 같이 상부 지중압입체(100)의 상판(111,121)으로부터 하부 지중압입체(200)의 외측판(212,222)으로 유수가 자연스럽게 배수될 수 있게 된다.

위와 같이 상부 및 하부 지중압입체(100,200)의 압입이 완료되면, 도5c와 같이 상부 및 하부 지중압입체(100,200)에 있어 기둥보강후 서로 접하는 상판, 외측판, 하부판을 절개함으로써 각 지중압입체가 연통될 수 있도록 한다.

이러한 상판등의 절개에 의한 각 지중압입체는 연결판(160)을 통해 서로 구조적으로 일체화되도록 함과 더불어 내부 충전재(500)인 콘크리트 타설 시 콘크리트가 누출되지 않도록 하게 된다.

각 지중압입체는 미도시하였지만 내부에 철골 또는 트러스 형태로 보강재를 설치한 경우에는 이러한 철골, 트러스들을 서로 연결시켜 줄 수 있으며, 철골, 트러스 형태의 보강재가 설치되지 않은 경우라면 철근을 추가적으로 배근시킬 수 있으며, 쉬스관을 설치하여 그 내부에 철골, 텐던을 삽입시켜 프리스트레스가 도입되도록 할 수도 있다.

다음으로는 보강재가 설치된 각 세그먼트 지중압입체에 도 5d와 같이 콘크리트를 포함하는 내부충전재(500)를 타설하여 충전시킨 후 양생되면, 강 상자체와 콘 크리트가 서로 합성되어 최종 지하구조물 단면이 완성될 수 있게 되며, 상기 합성작용을 보완하기 위한 스터드를 지중압입체 내측면에 설치할 수 있다.

이러한 방식으로 지하구조물을 시공하게 되면, 도 4c와 같이 지하구조물과 상관없는 원형강관(10) 내부의 콘크리트 충전부가 형성되지 않으므로 표토가 작거나 지장물이 있는 경우에 불필요한 지하구조물 단면이 발생되지 않으므로 현장여건에 따라서는 공법 적용에 있어 매우 자유로울 수 있다는 장점이 발휘되게 된다.

콘크리트와 보강재로 충전된 각 세그먼트는 토압에 대하여 충분한 강성을 가질 수 있기 때문에 도 5d와 같이 지하구조물 내측토(700)를 굴착하여 지하구조물의 내측공간을 종방향으로 형성시키게 된다.

이때, 지하구조물 하판(600)은 철근(610)콘크리트(RC구조), 철골(620)콘크리트(SRC구조)구조로 추가 형성시킬 수 있으며, 폐쇄형 단면 지하구조물의 경우에는 별도로 상기 하판을 형성시킬 필요는 없다.

지하구조물 내측의 토사를 모두 굴착하게 되면, 지하구조물의 내측면이 그대로 노출되게 되는데, 이러한 내측 노출면의 마감처리를 위하여 추가적인 숏크리트와 같은 마감콘크리트 층을 더 형성시킬 수 있다.

본 발명은 토피고가 충분치 않거나 지반조건이 토사나 풍화토, 풍화암으로 지반의 자립성이 떨어져 기존의 터널 공법인 NATM(New Austrian Tunneling Method)공법으로 터널 축조가 곤란한 지층을 대상으로 이용될 경우,

별도의 누수방지수단을 설치하지 않고서도 지중압입체의 형상에 따른 자연배 수가 가능하여 지하구조물 내부로 누수 되는 현상을 근본적으로 방지할 수 있으며,

내부가 보강된 제형 강 상자체로 제작된 상부, 하부 지중관입체를 이용할 경우, 압입에 따른 좌굴, 비틀림 현상이 방지함과 더불어 선도지중관입체의 설치에 따른 압입시 굴진성, 밀착성을 확보할 수 있도록 하여 보다 효율적이고 경제적인 지하구조물 설치가 가능하게 되며,

지중압입체 내부에 콘크리트를 충전시킨 구조체가 곧 바로 지하구조물로 완성될 수 있으므로 추가적인 지하구조물 설치를 위한 가시설의 설치작업이 필요 없고, 지중압입체를 구성하는 상부 및 하부 세그먼트 지중압입체의 크기를 최적화하는 경우 구조체로서 불필요한 단면이 형성되지 않도록 할 수 있어 지중압입체를 제작하기 위한 강판 등의 재료적 절감 및 여러 복잡한 공종을 생략할 수 있어 공기가 단축되며 이로써 공사비 절감도 가능하게 된다.

도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

Claims (11)

1. 전면과 후면이 개방된 사다리꼴 단면의 상자체로 제작된 상부 지중압입체를 먼저 종방향으로 압입시키고, 상부 지중압입체의 하면에 접하도록 전면과 후면이 개방된 사다리꼴 단면의 상자체로 제작된 하부 지중압입체를 종방향으로 순차적으로 압입시킨 후 굴착토를 배토시키고, 콘크리트를 포함하는 내부충전재를 형성시켜 지하구조물을 시공하되,

   상기 상부 지중압입체는 상부 중앙 지중압입체와 상부 최측방 지중압입체가 서로 횡방향으로 인접되어 압입되도록 하고,

   상기 상부 중앙 지중압입체는,

   임의로 횡방향 경사구배를 가지도록 형성된 상판; 상기 상판 단부 측 안쪽에 하방으로 연장된 양 외측판; 및 상기 외측판 하면에 형성된 하부판;을 포함하며, 상기 상판과 하부판의 단부가 외측판을 기준으로 횡방향으로 연장 돌출되도록 하고,

   상기 상부 최측방 지중압입체는 임의로 횡방향 경사구배를 가지도록 형성된 상판; 상기 상판 단부 측 안쪽에 하방으로 연장된 양 외측판; 및 상기 외측판 하면에 형성된 하부판;을 포함하되, 상기 상판의 단부가 외측판을 기준으로 횡방향으로 연장 돌출되도록 하고, 외측판 중 바깥쪽 외측판은 하부판이 안쪽으로 형성되도록 하되 하부판을 기준으로 하방으로 연장돌출 되도록 함과 더불어 외측판중 안쪽 외측판은 하부판 단부 측 상면 안쪽에 하방 연장되어 마감됨으로서 상기 하부판 단부가 안쪽 외측판을 기준으로 횡방향으로 연장 돌출 되도록 하고,

   선 압입된 상부 중앙 지중압입체와 인접하여 후 압입된 상부 최측방 지중압입체는 횡방향으로 연장 돌출된 상판 및 하판들이 내접되어 서로 끼워지도록 하는 것을 특징으로 하는 직진성 및 유도배수가 가능한 지중압입체를 이용한 지하구조물 시공방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 하부 지중압입체는 상판; 하판; 및 상기 상판 과 하판 단부 바깥쪽에 상방 및 하방으로 연장 돌출되도록 형성된 양 외측판;을 포함하되,

   상부 최측방 지중압입체의 하면에 설치되는 하부 지중압입체는 상부 최측방 지중압입체의 하방으로 연장 돌출된 바깥쪽 외측판 안쪽에 하부 지중압입체의 상방으로 돌출된 외측판이 내접되어 끼워지도록 하는 것을 특징으로 하는 직진성 및 유도배수가 가능한 지중압입체를 이용한 지하구조물 시공방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 상부 및 하부 지중압입체는 종방향으로 각각 세그먼트 지중압체를 연결시켜 가면서 압입되도록 하는 것을 특징으로 하는 직진성 및 유도배수가 가능한 지중압입체를 이용한 지하구조물 시공방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 상부 지중압입체는 상부 중앙 지중압입체를 먼저 압입시키고, 양 측에 상부 최측방 지중압입체를 순차 압입시켜 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 직진성 및 유도배수가 가능한 지중압입체를 이용한 지하구조물 시공방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 상부 중앙 지중압입체와 상부 최측방 지중압입체의 선단에는 선도지중압입체가 더 설치되며,

   상기 선도지중압입체는 전면과 후면이 개방된 사다리꼴 단면의 상자체로서, 상부 중앙 및 최측방 지중압입체의 상판 전면 상부에 돌출된 돌출부; 및 상기 상부 중앙 및 최측방 지중압입체 초입 내측에 형성된 돌출턱;이 더 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 직진성 및 유도배수가 가능한 지중압입체를 이용한 지하구조물 시공방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 상부 최측방 지중압입체의 선도지중압입체는 전면과 후면이 개방된 사다리꼴 단면의 상자체로서, 전면이 종방향을 기준으로 횡방향으로 경사진 비대칭단면으로 이루어져 압입에 따른 토압에 의하여 상부 중앙 지중압입체에 상부 최측방 지중압입체가 밀착되면서 압입되도록 하는 것을 특징으로 하는 직진성 및 유도배수가 가능한 지중압입체를 이용한 지하구조물 시공방법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 상부 및 하부 지중압입체에 의한 지하구조물 단면은 적어도 사각, 원형, 아치형 및 다각형 중 어느 하나의 형태로 형성되되, 상기 단면 형태는 폐쇄된 단면구조 또는 적어도 일면이 개방된 비폐쇄 단면구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 직진성 및 유도배수가 가능한 지중압입체를 이용한 지하구조물 시공방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 상부 및 하부 지중압입체에는 내부충전재를 더 충전시키되, 상기 내부충전재는 적어도 철근콘크리트, 철골콘크리트 및 프리스트레스트 콘크리트 중 어느 하나로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 직진성 및 유도배수가 가능한 지중압입체를 이용한 지하구조물 시공방법.
10. 제 9항에 있어서, 상기 상부 및 하부 지중압입체의 상판, 외측판 및 하부판중 적어도 어느 하나를 제거한 후, 내부충전재가 상부 및 하부 지중압입체 내부에 충전되도록 하는 것을 특징으로 하는 직진성 및 유도배수가 가능한 지중압입체를 이용한 지하구조물 시공방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 상부 및 하부 지중압입체에 의하여 완성된 지하구조물 내측토는 굴착된 후, 상부 및 하부 지중압입체의 노출면에 표면마감 콘크리트 층을 더 형성시키는 것을 특징으로 하는 직진성 및 유도배수가 가능한 지중압입체를 이용한 지하구조물 시공방법.

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