KR100989984B1 - 매립식 지보재 루프식 터널 공법 - Google Patents

매립식 지보재 루프식 터널 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널 시공을 위해 압입 추진되는 강관의 내측으로 강재 지보공을 매립하여 강관의 지지력의 확보가 가능한 파이프 루프를 형성할 수 있도록 하는 매립식 지보재 루프식 터널 공법을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 터널의 추진 기지 및 도달 기지를 축조한 상태에서, 추진 기지로부터 도달 기지까지 파이프 루프(Pipe Roof)를 형성하기 위해 터널의 계획단면을 따라 토피층에 강관을 압입 추진하는 단계와, 상기 압입 추진된 각 강관의 내부에 터널의 계획단면 방향을 향하여 일정 간격으로 지보용 캡을 고정 부착하고, 강관 내부에 모르타르를 그라우팅 타설하는 단계, 터널의 계획단면을 굴착하면서 상기 강관의 지보용 캡이 부착된 부위를 절개하여 지보용 캡에 의해 모르타르가 침범하지 않은 빈공간으로 이루어진 절개공을 형성하고, 각 강관의 절개공을 따라 상기 강관에 대해 종방향으로 강재 지보공을 삽입하여 매설하는 단계 및, 터널 계획단면의 굴착 및 강재 지보공의 매설이 완료되면, 굴착부의 내부에 터널 구조물을 추진하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

매립식 지보재 루프식 터널 공법{Bult-In Timbering Roof Type Tunnel Method}
본 발명은 터널 시공을 위해 압입 추진되는 강관에 강재 지보공을 매립하여 파이프 루프를 지지해 줄 수 있도록 함에 의해, 토압에 대한 강관의 지지력 확보가 가능하고 최소의 굴착 단면으로 안정적인 터널 굴착이 가능하도록 하는 매립식 지보재 루프식 터널 공법에 관한 것이다.
일반적으로, 터널과 같은 비개착 지하 구조물의 시공시에는 터널의 입출갱구가 확보된 상태에서 터널 입구로부터 출구까지 굴착 부위 주변을 따라 다수의 강관을 압입하여 관통 설치한 상태에서, 해당 강관의 설치부 내측의 계획 단면에 대한 내부 굴착을 진행하도록 되어 있다.
즉, 도 1은 종래의 일반적인 터널의 굴착 구조를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 터널을 시공할 입굴 갱구의 추진 기지 및 도달 기지를 축조한 상태에서, 그 추진 기지로부터 도달기지까지 다수개의 강관(50)을 각각 압입 추진하게 되고, 각 추진 강관(50)의 내부에 시멘트 모르타르를 그라우팅 타설한 다음에, 다수개의 강관(50)에 의해 형성된 계획 단면의 내부에 대해 굴착기를 이용하여 내부 굴착을 진행하면서 강지보재(52)를 각각 설치하는 반복 작업을 수행한다.
계획 단면의 내부 굴착과 강지보재(52)의 설치 작업이 반복됨에 의해, 추진 기지로부터 도달 기지까지의 굴착이 완료되면, 공장에서 미리 제작된 터널 박스(54)를 설치한 다음에, 상기 터널 박스(54)와 강지보재(52) 사이의 여굴 부위에 모르타르 그라우팅 타설을 진행하여 터널을 완성하게 된다.
이러한 파이프 루프 공법에 의해 시공되는 터널의 경우에는, 강관을 추진하여 루프(Roof)를 형성한 이후에 터널 굴착을 진행하기 때문에, 별도의 도로 철거 및 복구가 불필요하고, 추진 기지의 규모가 작아서 작업 공간을 확보하기가 유리하다는 장점이 있다.
그러나, 이러한 종래의 파이프 루프 공법에 의해 시공되는 일반적인 터널의 경우에는, 터널 시공시 추진되는 강관에 의한 루프가 터널 굴착 부위를 충분히 유지시킬만한 지지력을 갖고 있지 못하기 때문에 부득이하게 내부 굴착을 진행하면서 강지보공을 설치해야 하는 반복 작업을 진행해야 하므로, 강지보공 설치의 병행 작업을 진행함에 따른 공사 기간의 장기화가 불가피하다는 문제점이 있고, 터널 굴착시에 시공되는 강지보공의 강재가 토사에 의해 사장되기 때문에 강재 손실이 많다는 문제점이 있다.
또한, 강지보공의 설치를 위한 여유 공간의 확보를 위해 계획 단면을 실제 터널 단면보다 크게 형성해야 하므로, 토피고가 적은 지역에서는 해당 공법을 이용한 터널 시공이 어렵다는 불리함이 있고, 터널 박스와 강지보공 사이의 여굴부위가 발생하여 다량의 모르타르 그라우팅 타설이 이루어져야 하기 때문에, 공사 기간이 길어짐은 물론 자재 비용의 상승이 불가피하다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 터널 시공을 위해 압입 추진되는 강관의 내측으로 강재 지보공을 매립하여 강관의 지지력의 확보가 가능한 파이프 루프를 형성할 수 있도록 하는 매립식 지보재 루프식 터널 공법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따르면, 터널의 추진 기지 및 도달 기지를 축조한 상태에서, 추진 기지로부터 도달 기지까지 파이프 루프(Pipe Roof)를 형성하기 위해 터널의 계획단면을 따라 토피층에 강관을 압입 추진하는 단계와, 상기 압입 추진된 각 강관의 내부에 터널의 계획단면 방향을 향하여 일정 간격으로 지보용 캡을 고정 부착하고, 강관 내부에 모르타르를 그라우팅 타설하는 단계, 터널의 계획단면을 굴착하면서 상기 강관의 지보용 캡이 부착된 부위를 절개하여 지보용 캡에 의해 모르타르가 침범하지 않은 빈공간으로 이루어진 절개공을 형성하고, 각 강관의 절개공을 따라 상기 강관에 대해 종방향으로 강재 지보공을 삽입하여 매설하는 단계 및, 터널 계획단면의 굴착 및 강재 지보공의 매설이 완료되면, 굴착부의 내부에 터널 구조물을 추진하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 매립식 지보재 루프식 터널 공법을 제공한다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 비개착 지하 구조물로서 터널을 시공하는 경우에, 압입 추진되는 강관의 일부를 일정 간격으로 절개하여 강재 지보공을 강관에 대해 종방향으로 규칙적으로 설치할 수 있도록 하여 파이프 루프가 형성될 수 있도록 함에 의해, 강관에 대한 지지력이 확보된 상태에서 터널 굴착이 이루어질 수 있도록 함에 따라, 강관에 강재 지보공을 매립하는 구조로 이루어져 있어서 터널의 시공 면적이 현격히 작아지게 되고, 이로 인해서 도심지나 지장물이 많은 지역에서의 터널 시공성이 우수하게 되고, 최소 토피고를 확보할 수 있게 되어 터널 시공 전/후 공정에 대한 기간 단축 및 비용 절감이 가능하면서 시공 효율이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 터널 시공의 계획 단면이 최소로 줄어들게 되므로 환경 보존 능력이 탁월하게 되며, 강재 지보공을 매립함에 의해 파이프 루프의 형성이 가능하여 현장 타설 콘크리트 및 콘크리트 박스의 시공이 모두 가능하다는 효과를 갖게 된다.
도 1은 종래의 일반적인 터널의 굴착 구조를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 매립식 지보재 루프식 터널 공법에 따라 압입 추진된 강관 내부에 지보용 캡이 부착되어 있는 상태를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 매립식 지보재 루프식 터널 공법에 따라 강관의 지보용 캡 부착 부위를 절개한 상태를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 매립식 지보재 루프식 터널 공법에 따라 강관의 절개 부위에 강재 지보공을 삽입하여 매립하는 상태를 나타낸 도면,
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 매립식 지보재 루프식 터널 공법에 따라 터널을 시공하는 공정을 순서적으로 나타낸 도면,
도 6은 본 발명에 따른 매립식 지보재 루프식 터널 공법의 작용에 대해 설명하는 플로우차트이다.
이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
즉, 도 2는 본 발명의 매립식 지보재 루프식 터널 공법에 따라 압입 추진된 강관 내부에 지보용 캡이 부착되어 있는 상태를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 매립식 지보재 루프식 터널 공법에 따라 강관의 지보용 캡 부착 부위를 절개한 상태를 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 매립식 지보재 루프식 터널 공법에 따라 강관의 절개 부위에 강재 지보공을 삽입하여 매립하는 상태를 나타낸 도면이다.
동 도면에 따르면, 본 발명에 따른 매립식 지보재 루프식 터널 공법에서는, 터널 시공을 위해 압입 추진되는 강관의 내부에 각각 일정 간격으로 지보용 캡을 고정적으로 배설하고, 상기 지보용 캡의 설치 부위를 제외한 강관 내부의 전 영역에 모르타르를 주입하여 타설한 다음에, 강관의 지보용 캡 설치 부위를 절개하여 모르타르가 침범하지 않은 부위를 확보한 상태에서, 절개부 내측으로 강재 지보공을 삽입하여 매설함에 따라, 압입 추진된 강관들에 의해 형성되는 파이프 루프가 지지력을 확보할 수 있도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 터널의 시공을 위해 터널의 입구로부터 출구까지 터널의 굴착 형상을 따라 압입 추진되는 강관(10)의 내부에 일정 간격을 따라 지보용 캡(12)을 고정적으로 부착하게 되는데, 상기 지보용 캡(12)의 부착 위치는 터널의 계획단면을 향해서 부착될 수 있도록 한다.
상기 지보용 캡(12)은 강관(10) 내측의 일부 영역(즉, 해당 지보용 캡(12)의 몸체가 차지하는 영역)을 부분적으로 밀폐할 수 있도록 반원 형상의 강재로 제작된다.
상기 지보용 캡(12)은 상기 강관(10)의 내측에서 용접에 의해 고정적으로 부착될 수 있도록 하고, 상기 지보용 캡(12)의 설치 부위 외측으로는 해당 지보용 캡(12)이 설치된 부위임을 가시적으로 파악할 수 있도록 마킹으로 표시하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 지보용 캡(12)의 설치 간격은 터널의 용적이나 터널 굴착 깊이, 토질 등의 시공 조건에 따라 얼마든지 가변적으로 적용할 수 있도록 한다.
상기 지보용 캡(12)이 설치된 각 강관(10)의 내측에는 모르타르가 주입되어 그라우팅 타설되도록 하게 되는데, 상기 지보용 캡(12)의 설치 부위에는 모르타르가 침범하지 못하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 강관(10)의 내부에 모르타르(16)가 그라우팅 타설되어 있는 상태에서, 상기 강관(10)의 지보용 캡(12)이 부착된 강관 일부(10a)를 절개하여 절개공(14)을 형성하게 되는데, 상기 절개공(14)에는 상기 지보용 캡(12)이 차지하는 공간에 의해 모르타르가 침범하지 않게 되어 빈공간으로 남아있다.
상기 절개공(14)의 절개 폭 치수와, 상기 지보용 캡(12)의 폭 치수는, 강재 지보공(18)(도 4 참조)의 폭 치수와 동등하게 되도록 하여, 강재 지보공(18)이 상기 절개공(14)에 충분히 삽입될 수 있도록 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 지보용 캡(12)이 제거된 강관(10)의 절개공(14)에는 각각 강재 지보공(18)이 삽입되어 매립되게 되는데, 상기 강관(10)의 길이 방향을 따라 규칙적으로 절개되어 배열된 절개공(14)마다 각각의 강재 지보공(18)을 삽입하여 규칙적으로 배치될 수 있도록 하고, 상기 강재 지보공(18)에 의해 서로 인접하는 강관(10)들이 서로 연결될 수 있도록 한다.
한편, 상기 강재 지보공(18)의 고정적인 결속을 위해, 상기 강재 지보공(18)과 접촉하는 강관(18)의 부위를 용접 등의 접합 방식에 의해 고정적으로 결합시킬 수 있도록 한다.
이어, 상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 작용에 대해 도 5a 내지 도 5f의 도면 및 도 6의 플로우차트를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 터널의 추진 기지 및 도달 기지를 축조하여 설치한 상태에서(단계 S10), 도 5a에 도시된 바와 같이 터널의 형상 및 크기에 맞추어 추진 기지로부터 도달 기지까지 다수개의 강관(10)을 각각 순서적으로 압입하여 추진하고 나서(단계 S11), 각 강관(10)과 강관(10)의 사이에 강관 연결 앵글(20)을 부착하여 각 강관(10)이 서로 고정적으로 연결될 수 있도록 한다(단계 S12).
여기서, 상기 강관 연결 앵글(20)은 기존에 통상적으로 이용되는 모든 형태의 앵글을 적용할 수 있도록 하게 되는 바, 해당 강관 연결 앵글(20) 측에는 지수재(止水材)를 설치하여 토피층으로부터의 수분이 침투하는 것을 방지하는 방수성을 갖도록 한다.
그 상태에서, 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 압입 추진된 다수개의 강관(10)마다 해당 강관(10)의 내측으로 반원 형상의 지보용 캡(12)을 일정 간격으로 규칙적으로 부착할 수 있도록 하되, 그 부착 위치가 터널의 계획 단면을 향하도록설치(즉, 터널의 상부에 추진된 강관(10)인 경우 강관(10)의 하부, 터널 하부에 추진된 강관(10)인 경우 강관(10)의 상부, 터널의 좌/우 측면에 추진된 강관(10)인 경우 강관(10)의 우/좌 측면 방향으로 설치)하게 된다(단계 S13).
상기 강관(10)의 내측에 지보용 캡(12)이 설치된 이후에는, 시멘트 모르타르의 주입 배관을 강관(10)에 배치하여 모르타르를 주입함에 의해 해당 강관(10)의 내부에 대해 모르타르 그라우팅 타설을 진행한다(단계 S14).
상기 강관(10)의 내부에 대해 모르타르 그라우팅 타설이 이루어지면, 도 5c에 도시된 바와 같이 굴착기를 이용하여 터널의 계획단면에 대한 내부 굴착을 진행하게 되고, 내부굴착에 의해 상기 압입 추진된 강관(10)이 드러날때마다 지보용 캡(12)의 설치 부위를 절개하여 절개공(14)을 형성하게 되는 바, 상기 절개공(14)에는 상기 지보용 캡(12)에 의해 확보된 공간만큼 모르타르가 침범하지 못하게 되어 빈공간이 형성되어 있다(단계 S15).
그 다음에, 도 5d에 도시된 바와 같이 터널의 입구에 대해 입구 마감판(22)을 설치하고서, 상기 절개공(14)이 형성된 위치에 강관(10)의 추진 방향에 때해 종방향으로 강재 지보공(18)을 삽입하여 매설할 수 있도록 하게 되는데, 터널의 상부 및 하부에 압입 추진된 강관(10)과 터널 좌/우측에 압입 추진된 강관(10)에 대해 모두 강재 지보공(18)을 매설할 수 있도록 하여 터널의 전체 단면에 대해 지지력이 확보될 수 있도록 하고, 터널의 굴착 공간 중앙에는 강재로 이루어진 중간 버팀대(24)를 설치할 수 있도록 한다(단계 S16).
상기 강관(10)의 지보용 캡(12) 설치 부위에 대한 절개와, 강재 지보공(18) 및 중간 버팀대(24)의 설치는, 터널의 계획단면에 대한 굴착을 진행하면서 연속적으로 진행이 이루어지게 되는데, 터널의 출구 기지까지 상기 연속적인 작업이 완료되지 않으면(단계 S17에서 NO), 상기 단계 S15 및 단계 S16의 과정을 반복적으로 수행하게 되지만, 상기 연속 작업이 완료되면(단계 S17에서 YES), 도 5e에 도시된 바와 같이 현장에서 바로 콘크리트를 타설하거나, 공장에서 미리 제작된 박스 구조물을 추진하여 터널 구조물(26)을 형성하게 된다(단계 S18).
상기 터널 구조물(26)이 형성된 이후에, 해당 터널의 굴착 공간 중앙에 설치되어 있는 중간 버팀대(24)를 제거함에 의해, 도 5f에 도시된 바와 같이 최종적으로 터널을 완성하게 된다(단계 S19).
상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10:강관, 12:지보용 캡,
14:절개공, 16:모르타르,
18:강재 지보공, 20:연결 앵글,
22:입구 마감판, 24:중간 버팀대.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 터널의 추진 기지 및 도달 기지를 축조한 상태에서, 추진 기지로부터 도달 기지까지 파이프 루프(Pipe Roof)를 형성하기 위해 터널의 계획단면을 따라 토피층에 강관을 압입 추진하고, 상기 압입 추진되는 각 강관 사이를 연결 앵글에 의해 서로 고정적으로 연결하는 제1단계와;
    상기 압입 추진된 각 강관의 내부에 터널의 계획단면 방향을 향하여 일정 간격으로 반원 형상의 지보용 캡을 고정 부착하고, 강관 내부에 모르타르를 그라우팅 타설하는 제2단계;
    터널의 계획단면을 굴착하면서 상기 강관의 지보용 캡이 부착된 부위를 절개하여 지보용 캡에 의해 모르타르가 침범하지 않은 빈공간으로 이루어진 절개공을 형성하고, 각 강관의 절개공을 따라 상기 강관에 대해 종방향으로 강재 지보공을 삽입하여 매설하는 제3단계; 및
    터널 계획단면의 굴착 및 강재 지보공의 매설이 완료되면, 굴착부의 내부에 터널 구조물을 추진하는 제4단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 매립식 지보재 루프식 터널 공법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제3단계는, 상기 터널 계획단면의 중앙부에 중간 버팀대를 일정 간격으로 배치하도록 이루어지고,
    상기 제4단계는, 상기 터널 구조물의 추진 이후에 상기 중간 버팀대를 제거하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 매립식 지보재 루프식 터널 공법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제3단계는, 상기 터널 계획단면의 굴착시마다 노출되는 강관의 지보용 캡의 부착 부위를 절개하고, 강재 지보공을 매설하는 작업이 터널의 도달 기지 굴착시까지 반복적인 연속 작업으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 매립식 지보재 루프식 터널 공법.
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