KR100949774B1 - 상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법에 관한 것으로써, 특히 굴착구간 중 하부를 굴착한 후 상부를 굴착하던 방식에서 발생하던 침하 및 이로 인한 공기(工期) 지연 문제를 해결하기 위해 메사실드 공법을 이용하여 상부에서 하부의 순서로 굴착하는 상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법에 관한 것이다.

본 발명의 구성은, 메사를 관입시켜 터널을 굴착한 후, 굴착구간의 양 측면에 일정 간격으로 지보재를 설치하며, 상기 지보재 간에 L형강을 결합시키고, 상부와 측부에 복공재를 설치하여 터널을 굴착하는 메사실드(Messer Shield) 공법을 이용한 메사터널 구축방법에 있어서, 상기 메사실드 공법에 의하여 적어도 두 개의 상, 하부 구간으로 나누어진 굴착구간 중 상기 굴착구간의 상부에서 하부의 순서로 굴착을 하며, 상기 상부 굴착 후 상부에 설치된 다수 개의 상기 지보재 하단부에 상기 다수 개의 지보재와 상호 고정결합되는 지지부재를 결합하고, 상기 메사실드 공법에 의해 상기 굴착구간의 하부를 굴착하며, 상기 굴착구간 중 최초 상부의 굴착시에만 상기 복공재를 설치하고, 상기 지지부재는 다수 개의 상기 지보재와 결합되되, 연이어 형성되는 것을 특징으로 한다.

메사실드, 터널 굴착

Description

상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법{MESSER TUNNEL CONSTRUCTION METHOD USING UPPER FIRST EXCAVATION METHOD}

본 발명은 상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴착구간의 상부를 먼저 굴착한 후 하부를 굴착함으로써 침하문제로 인한 공기(工期) 지연문제를 해결하였으며, 복공재 등과 같은 추진자재의 중복사용을 방지하여 작업비용을 절감시키고, 작업 효율성을 향상시킨 상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법에 관한 것이다.

일반적으로, 메사실드(Messer Shield) 공법에 의해 터널을 구축하는 방법은, 메사(Meser, 鋼失板)를 추진시켜 굴진 작업을 한 뒤 일정간격으로 철강지보공을 세우고, 상기 인접한 지보공 상부로 터널의 형상에 따라 메사가 진행됨에 따라 일정간격으로 설치한 지보공과 지보공 사이에 토류판을 끼워 굴착면에 따라 받쳐가는 공법으로써, 이 공법은 막장 굴착과 토류판 설치 및 지보공 설치 등의 작업이 메사라는 복공철갑 내에서 연속적으로 안전하게 이루어진다는 점에서 실드 공법과 산악 터널 공법의 조합공법이라 할 수 있는 바, 이러한 메사실드 공법은 대형굴착공사나 하수로관 등을 매설하는 공사 등 각종 굴착공사를 무소음, 무진동으로 시공할 수 있고, 높은 안전성과 정확한 굴진, 신속한 작업진행, 굴착면과의 공간을 없애줌으로써 굴착면 침하의 극소화, 다양한 굴착공사에 응용가능, 작업장비의 단순화, 공사방법 용이 및 경제적인 시공 가능 등 그 효과가 매우 좋은 것으로 평가된다.

그러나, 이러한 방식은 지보공과 토류판 등 막대한 지보재가 라이닝 콘트리트 속으로 매몰됨으로 인해 지보재의 낭비를 가져오고, 다량의 지보재를 운반하거나 설치하는데 따른 공사비의 부담이 컸으며, 시공과정이 복잡하여 공사가 어렵고 공기(工期)가 지연되는 등의 문제점이 있었다.

이를 위하여 국내특허등록공고 1990-0007883호에 소개된 바와 같이 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 토사층에다 메사를 막장 내로 압입 전진시키면서 지하터널을 구축함에 있어서, 메사(1)를 전진시키면서 다수 개의 지보공(2a, 2b, 2c, …)을 차례로 설치하고, 이들 지보공(2a)과 지보공(2b) 사이에 결합홈(3)과 결합돌기와 같은 연결부위를 갖춘 콘크리트 세그먼트(5)를 연속적으로 끼워 결속하여 벽체를 형성시킨 다음, 막장(6)을 굴착해 나감에 따라 발진기지측 즉, 상기 메사(1)의 뒷쪽에 설치된 지보공(2a, 2b, 2c, …, 2f)을 차례로 해체하고, 이들 해체된 지보공(2a, 2b, 2c, …, 2f)을 메사(1)의 앞쪽에 새로이 굴착된 막장(6)에 차례로 설치하여 새로운 지보공(2a', 2b', 2c', …, 2f')으로 재사용하면서 이들 사이에 콘크리트 세그먼트(5)를 끼워 굴착작업을 계속해 나가는 한편, 상기와 같이 지보공(2a, 2b, 2c, …, 2f)이 해체되고 콘크리트 세그먼트(5)만이 연속조립되어 일련의 벽체 로 남게된 콘크리트 세그먼트(5)에 단 한 번의 라이닝콘크리트를 시공함으로써 굴착공사를 마무리한다.

그러나, 이러한 방식 역시 메사실드 공법의 특성상 막장(6) 부분의 지반이 약하거나 모래재질인 경우, 막장의 토사가 흘러내려 작업자가 작업이 어렵고 토사를 파내는 작업과 메사(1)를 전진시키는 작업을 동시에 수행할 수 없는 문제점이 있었다.

특히, 도 2에 도시된 바와 같이 굴착 구간을 하단, 중단, 상단으로 나누었을 때 하단→중단→상단의 순서로 굴착이 되었기 때문에 하단 굴착, 중단 굴착, 상단 굴착시 각각 크고 작은 침하가 수차례 발생하여 지상의 주요 시설물 등에 영향을 주거나 건물의 전도 등 대형사고의 원인이 되기도 하였다.

또한, 굴착을 위한 상부 추진자재의 중복사용으로 인한 경제적 손실이 발생하였다.

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로써, 본 발명의 주된 목적은 종래의 침하 문제로부터 야기된 안전성을 확보하고, 공기(工期)를 앞당길 수 있는 상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 메사실드 공법에 의한 추진자재의 중복사용을 근절하여 공사비용을 절감시킨 상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법은, 메사를 관입시켜 터널을 굴착한 후, 굴착구간의 양 측면에 일정 간격으로 지보재를 설치하며, 상기 지보재 간에 L형강을 결합시키고, 상부와 측부에 복공재를 설치하여 터널을 굴착하는 메사실드(Messer Shield) 공법을 이용한 메사터널 구축방법에 있어서, 상기 메사실드 공법에 의하여 적어도 두 개의 상, 하부 구간으로 나누어진 굴착구간 중 상기 굴착구간의 상부에서 하부의 순서로 굴착을 하며, 상기 상부 굴착 후 상부에 설치된 다수 개의 상기 지보재 하단부에 상기 다수 개의 지보재와 상호 고정결합되는 지지부재를 결합하고, 상기 메사실드 공법에 의해 상기 굴착구간의 하부를 굴착하며, 상기 굴착구간 중 최초 상부의 굴착시에만 상기 복공재를 설치하고, 상기 지지부재는 다수 개의 상기 지보재와 결합되되, 연이어 형성됨으로써 달성된다.

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또한, 상부를 소정 깊이 굴착한 후에 하부를 동시에 굴착하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 메사실드 공법을 이용한 상부에서 하부로의 굴착진행순서로 인하여 빈번히 발생하였던 침하 문제 등을 방지함은 물론, 이로 인한 대형사고의 발생을 예방하였으며, 개착 구간에서의 굴착작업이 완료되기 이전에 적정선에서 하부 굴착이 이루어짐으로써 공사착수의 대기기간이 없어져 공사기간이 단축되고, 종래 개착 구간마다 설치되던 복공재 등을 상부 굴착시 단 1회만 설치하여 작업함으로써 공사비용을 절감시킬 수 있으며, 작업효율성을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 메사실드 공법을 보인 단면도이고, 도 2는 일반적인 메사실 드 공법에 의한 굴착 진행 순서를 보인 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법의 일실시예에 의한 굴착 진행 순서를 보인 도면이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법의 일실시예에 의한 굴착 작업 과정을 보인 도면이며, 도 7은 도 4의 굴착 진행 방향에서 본 도면이다.

본 발명을 설명하기에 앞서, 메사(100)는 원지반에 압입되는 절토용 판넬이며, 복공재(400)는 상기 메사(100)의 후단부에 설치되는 것으로 토류판, 각파이프, RC판넬 등을 사용할 수 있고, 지보재(200)는 H형강으로 토압을 받도록 설계된 규격에 따라 제작 및 설치하게 되며, L형강(300)은 상기 지보재(200) 간에 결합되어 상기 지보재(200)를 견고히 결속시킨다.

한편, 선행되는 상단 굴착부는 상단 굴착용 가시설과 보강용 가시설로 구성되는데 즉, 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상단 굴착용 가시설은 굴착 단면의 규격에 맞도록 제작되어 굴착중 외력(외부에서 가해지는 토압)에 견디도록 설계된 지보재(支保材 : H형강)와 강결체(鋼結體)가 되도록 하는 부수자재(L형강과 볼트 및 너트)와 지보재(200)의 외부에 설치되어 원지반에 압입되는 메사(100), 그리고 상기 메사(100)의 후방에 굴착 진행과 함께 설치되는 복공재(覆工材 : 토립자의 유실을 막기 위한 토류판, 각파이프, RC판넬 등)로 구성된다.

상기 메사(100)와 상기 복공재(400)는 선행굴착부의 상부 및 측면에 설치되며, 굴착용 가시설의 내부에 설치되는 지지부재(500)는 하부굴착 시 선행 굴착부의 상부굴착용 가시설이 처지거나 변위가 발생하지 않도록 보강하여 하부굴착 시 버텨줄 수 있는 시설물을 말한다.(H-형강 및 각종 강재를 굴착방향으로 즉, 종방향 보강)

먼저, 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명인 터널 굴착 방법에 의하면 메사(100)를 관입시켜 터널을 굴착한 후, 굴착구간의 양 측면에 일정 간격으로 지보재(200)를 설치하며, 상기 지보재(200) 간에 L형강(300)을 결합시키고, 상부에 복공재(400)를 설치하여 터널을 굴착하는 메사실드(Messer Shield) 공법을 이용한 메사터널 구축방법에 있어서, 상기 메사실드 공법에 의하여 적어도 두 개의 상, 하부 구간으로 나누어진 굴착구간 중 상기 굴착구간의 상부에서 하부의 순서로 굴착을 하며, 상기 상부 굴착 후, 상부에 설치된 다수 개의 상기 지보재(200) 하단부에 상기 다수 개의 지보재(200)와 상호 고정결합되는 지지부재(500)를 결합하고, 상기 메사실드 공법에 의해 상기 굴착구간의 하부를 굴착하게 된다.

이때, 상기 굴착구간 중 최초 상부의 굴착시에만 상기 복공재(400)를 설치하며, 상기 지지부재(500)는 다수 개의 상기 지보재(200)와 결합되되, 연이어 형성되도록 설치한다.

즉, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 지지부재(500)는 상부를 소정 깊이 굴착한 후에 하부를 동시에 굴착할 시에 상부에 설치된 상기 지보재(200), 상기 L형강(300), 상기 복공재(400) 등이 하부로 낙하되는 것을 방지하기 위하여 설치하는 것이다.

따라서, 상기 지지부재(500)는 하나의 H형강 등으로 제작하여 결합시키거나, 다수 개의 H형강 등으로 결합시킨 뒤, 용접 등으로 각각 견고하게 연결함으로써 상부의 설치물들이 하부 굴착시 상기 지지부재(500)에 지지되어 낙하되지 않도록 상기 지지부재(500)를 설치하는 것이 바람직하며, 상기 지지부재(500)는 굴착 구간 중 최하단부에는 설치하지 않는다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 최상부를 소정 깊이 굴착한 후, 다수 개의 상기 지보재(200)에 상기 지지부재(500)를 결합한다.

이후, 도 5에 도시된 바와 같이, 중단부를 굴착하며, 이때, 상기 최상부에 설치된 시설물들은 상기 지지부재(500)에 의해 지지되어 하부로 낙하되지 않는다.

이후, 도 6에 도시된 바와 같이, 중단부를 소정 깊이 굴착한 후, 상기 중단부에 설치된 다수 개의 상기 지보재(200)에 상기 지지부재(500)를 결합시키고, 하단부를 굴착하게 된다.

도면 상에는 상단, 중단, 하단의 세 부분으로 나뉘어 있지만, 굴착구간의 규모에 따라 이는 달리 구획하여 시공하게 된다.

이상에서 본 발명을 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정하지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

도 1은 일반적인 메사실드 공법을 보인 단면도,

도 2는 일반적인 메사실드 공법에 의한 굴착 진행 순서를 보인 도면,

도 3은 본 발명에 따른 상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법의 일실시예에 의한 굴착 진행 순서를 보인 도면,

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법의 일실시예에 의한 굴착 작업 과정을 보인 도면,

도 7은 도 4의 굴착 진행 방향에서 본 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 메사 200 : 지보재

300 : L형강 400 : 복공재

500 : 지지부재 600 : 토류판

700 : 지지대

Claims (4)

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3. 메사를 관입시켜 터널을 굴착한 후, 굴착구간의 양 측면에 일정 간격으로 지보재를 설치하며, 상기 지보재 간에 L형강을 결합시키고, 상부와 측부에 복공재를 설치하여 터널을 굴착하는 메사실드(Messer Shield) 공법을 이용한 메사터널 구축방법에 있어서,

   상기 메사실드 공법에 의하여 적어도 두 개의 상, 하부 구간으로 나누어진 굴착구간 중 상기 굴착구간의 상부에서 하부의 순서로 굴착을 하며, 상기 상부 굴착 후 상부에 설치된 다수 개의 상기 지보재 하단부에 상기 다수 개의 지보재와 상호 고정결합되는 지지부재를 결합하고, 상기 메사실드 공법에 의해 상기 굴착구간의 하부를 굴착하며, 상기 굴착구간 중 최초 상부의 굴착시에만 상기 복공재를 설치하고, 상기 지지부재는 다수 개의 상기 지보재와 결합되되, 연이어 형성되는 것을 특징으로 하는 상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법.
4. 제3항에 있어서,

   상부를 소정 깊이 굴착한 후에 하부를 동시에 굴착하는 것을 특징으로 하는 상부 선굴착 방식을 이용한 메사터널 구축방법.

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