KR100998649B1 - 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 및 그 시공방법 - Google Patents

지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 및 그 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지중 굴착구와 튜브터널의 사이에는 물을 채워 넣어서 터널 시공이 이루어진 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 및 그 시공방법에 관한 것이다.
본 발명은, 해저 지중에 굴착 형성되고 내부면에는 라이닝층이 형성된 지중 굴착구; 상기 지중 굴착구의 내부에 설치되고, 내부에는 차도 또는 인도가 형성되는 튜브 터널; 상기 지중 굴착구와 튜브 터널 사이 공간에 형성되는 물 충전층; 및 상기 물 충전층에 물을 공급하기 위하여 상기 지중 굴착구의 상부 측에서 해수면까지 연장되는 물 유입구;를 포함하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 및 그 시공방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 충전된 물로 인하여 튜브 터널을 무중력에 가깝게 유지시키고, 압출작동(ILM: Incremental Launching Method)을 이룰 수 있다. 또한 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 충전된 물이 유체 완충 댐퍼의 역할을 함으로써 구조적으로 안정되고, 지진과 같은 외력에 대해서도 수중 튜브터널이 안전하게 유지된다.
Figure R1020080074924
지중 굴착구, 튜브터널, 수중튜브터널, 라이닝층, ILM 방식

Description

지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 및 그 시공방법{The Tube Tunnel Constructed in An Underground Tunnel and Its Construction Method}
본 발명은 해저의 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 및 그 시공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해저에 지중 굴착구를 TBM 방식으로 시공한 다음, 지중 굴착구의 내부로 튜브터널을 압입시키면서 지중 굴착구와 튜브터널의 사이에는 물을 채워 넣음으로써 튜브터널의 압출(ILM: Incremental Launching Method)이 용이하게 이루어지고, 굴착구의 붕괴를 방지하며, 지중 굴착구 내의 물이 유체 완충 댐퍼 역할을 함으로써 내진특성도 우수하게 이루어진 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 및 그 시공방법에 관한 것이다.
일반적인 터널 시공공법으로는 재래식 공법(ASSM 공법), NATM 공법, TBM(Tunnel Boring Method) 공법, 침매(沈埋) 공법등이 사용되고 있다. ASSM 공법은 철재 지보공(Steel Rib)과 콘크리트 라이닝을 지보재로 사용하여 터널 내벽을 지지한다.
이에 비하여, NATM 공법은 터널을 굴진하면서 암반에 숏크리트(Shotcrete)를 타설하고, 락 볼트(Rock Bolt)를 이용하여 조이는 공법으로서, 암반이 주요한 지보재이고, 솟크리트와 락볼트를 이용하여 터널 내벽을 지지한다.
즉, NATM 공법은 원 암반에 숏크리트를 실시하여 원 암반의 이완을 방지하고 지지력을 증대시켜 최소한의 지보재를 이용하여 터널을 시공할 수 있다. 이와 같은 NATM 공법은 가장 보편화되어 있고, 시공 경험도 풍부하여 기술이 많이 축적되어 있다.
이와 같은 NATM 공법은 다음과 같은 순서로 시공이 이루어진다. 먼저 지중의 천공 및 굴착이 이루어진다. 그리고 1차 숏크리트의 타설이 이루어지고, 락 볼트의 시공이 이루어진 다음, 2차 숏크리트의 타설이 이루어지고, 방수막을 시공한 다음, 라이닝 콘크리트의 타설이 이루어진다. 그리고 마지막으로는 타일 등의 내장재 시공 및 마무리 작업이 이루어진다.
그러나 이와 같은 종래의 공법으로 제작된 터널은 지진과 같은 외력에 대해서 상대적으로 취약한 구조로 이루어진다. 특히 하천, 강 또는 근해에 시공되는 지중터널의 경우, 이와 같은 외력에 저항하기 위하여 터널의 벽체 두께를 상대적으로 두껍게 시공하여야 하는 등 여러 가지 대응책이 강구되고 있으나, 마땅한 해결책을 찾기 어려운 것이었다.
뿐만 아니라 근해에는 많은 수중 교량이나 수중 터널들이 시공되고 있는데, 이와 같은 종래의 수중 교량이나 수중 터널들은 해저에 그 구조물이 노출된 상태로 시공되고 있다.
이와 같은 수중 교량이나 수중 터널들은 그 구조물이 수중에 위치하는 것이기 때문에, 근해에서 운행중인 잠수함 또는 선박들이 충돌할 가능성이 매우 높다. 이와 같은 해양사고가 발생하는 경우에는 구조물에 치명적인 손상이 가해질 뿐만 아니라, 많은 인명사고가 발생하는 문제점을 내포하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 수중 튜브터널의 시공이 용이하게 이루어지고, 구조적으로 안전하여 지중 굴착구의 붕괴를 방지할 수 있으며, 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 담긴 물이 유체 완충 댐퍼 역할을 함으로써 지진과 같은 외력에 대해서도 수중 튜브터널이 안전하게 유지될 수 있는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 및 그 시공방법을 제공함에 있다.
그리고 본 발명의 다른 목적으로서 바다와 같은 해저에 시공되는 경우, 해상에서 운항중인 선박이나 잠수함들이 충돌하지 않도록 지중에 설치됨으로써 해상사고로부터 안전하게 유지될 수 있는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 및 그 시공방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지중에 구축되는 터널에 있 어서,
해저 지중에 굴착 형성되고 내부면에는 라이닝층이 형성된 지중 굴착구;
상기 지중 굴착구의 내부에 설치되고, 내부에는 차도 또는 인도가 형성되는 튜브 터널;
상기 지중 굴착구와 튜브 터널 사이 공간에 형성되는 물 충전층; 및
상기 물 충전층에 물을 공급하기 위하여 상기 지중 굴착구의 상부 측에서 해수면까지 연장되는 물 유입구;를 포함하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 지중 굴착구의 내측면에는 튜브 터널의 압출시 슬라이딩이 이루어지도록 하기 위한 롤러를 내장한 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 튜브 터널의 외측면에는 튜브 터널의 압출시 슬라이딩이 이루어지도록 하기 위한 롤러를 내장한 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 튜브 터널이 중력식일 경우, 상기 롤러는 상기 지중 굴착구의 하부 라이닝층 또는 튜브 터널의 하부면에 형성된 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 튜브 터널이 부력 식일 경우, 상기 롤러는 상기 지중 굴착구의 상부 라이닝층 또는 튜브 터널의 상부면에 형성된 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 튜브 터널의 외면에는 지중 굴착구와의 사이에서 일정 간격을 유지하기 위한 완충 받침을 갖는 스페이서를 포함하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 스페이서는 튜브 터널이 부력식 구조물로 작용하는 경우, 튜브 터널의 외측면 상부 및 양측에 다수의 요홈들이 형성되고, 그 각각의 요홈 내측에는 완충 받침이 위치되며, 상기 완충 받침의 하단에는 유압 잭이 위치되어 상기 유압 잭의 작동으로 완충 받침이 상기 튜브 터널의 상부 측을 지중 굴착구에 대해 일정 간격으로 지지하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 스페이서는 튜브 터널이 중력식 구조물로 작용하는 경우, 튜브 터널의 외측면 하부 및 양측에 다수의 요홈들이 형성되고, 그 각각의 요홈 내측에는 완충 받침이 위치되며, 상기 완충 받침의 하단에는 유압 잭이 위치되어 상기 유압 잭의 작동으로 완충 받침이 상기 튜브 터널의 하부 측을 지중 굴착구에 대해 일정 간격으로 지지하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 스페이서는 상기 완충 받침의 외측으로 요홈의 내측 공간을 외부와 차단하는 신축식 방수 고무링이 장착되고, 상기 요홈의 내측 공간에는 고강도 무수축 몰타르가 충전된 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 튜브 터널의 전단 외측에는 다단 방수링 이 설치되어 튜브 터널의 전방으로 물의 유입을 차단하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 물 유입구는 내부로 유입되는 물 흐름을 조절하기 위한 차단장치를 구비한 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 물 유입구는 그 상단으로 수면위까지 연장하는 환기구를 추가 포함하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지중에 터널을 구축하는 방법에 있어서,
해저 지중을 굴착하고 그 내부면에는 라이닝층을 형성하여 지중 굴착구를 구축하는 단계;
상기 지중 굴착구의 내부로 튜브 터널을 압출하는 단계;
상기 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 물을 채우는 단계;
상기 지중 굴착구와 튜브 터널을 원하는 길이까지 구축하는 단계; 및
상기 튜브 터널과 지중 굴착구의 사이에 스페이서를 통하여 일정 간격을 유지하고 정착시키는 단계;를 포함하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 지중 굴착구를 구축하는 단계는 TBM 공법 을 통하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 지중 굴착구를 구축하는 단계는 TBM 굴착 후에 후속하여 라이닝층을 타설하여 진행하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 물을 채우는 단계는 상기 지중 굴착구의 상부 측으로 해수면까지 연장되는 물 유입구를 통하여 튜브 터널의 압출 후마다 이루어지는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 튜브 터널을 압출하는 단계는 지중 굴착구와의 사이에 롤러가 개재되어 슬라이딩작동으로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법을 제공한다.
또한 본 발명은 바람직하게는 상기 튜브 터널과 지중 굴착구의 사이를 정착시키는 단계는 튜브 터널에 마련된 완충 받침을 이용하여 지중 굴착구와의 사이 간격을 고정하고, 고강도 무수축 몰타르가 충전하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법을 제공한다.
그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 튜브 터널과 지중 굴착구의 사이를 정착시키는 단계는 상기 튜브 터널과 지중 굴착구의 사이에 물을 유지시켜 자연생태환경을 조성하는 공정을 포함하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 물이 충전되고 튜브 터널의 압출이 이루어지면 물에 의해서 튜브 터널에 부력이 가해지게 되고, 이와 같은 부력을 통하여 튜브 터널을 무중력에 가깝게 유지시키고, 압출작동(ILM: Incremental Launching Method)을 이룰 수 있다. 따라서 수중 튜브터널의 시공이 용이하게 이루어질 수 있다.
그리고 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 충전된 물이 상당한 수압으로 지중 굴착구의 라이닝층을 내부에서 밀어 떠받칠 수 있기 때문에, 구조적으로 안전하여 지중 굴착구의 붕괴를 효과적으로 방지할 수 있다.
뿐만 아니라 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 충전된 물이 유체 완충 댐퍼의 역할을 함으로써 지진과 같은 외력에 대해서도 수중 튜브터널이 구조적으로 안전하게 유지될 수 있는 것이다.
또한 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 충전된 물에는 자연 생태계가 구축될 수 있어서 자연 수족관으로 활용될 수 있는 것이다.
그리고 본 발명의 수중튜브터널은 바다와 같은 해저에 시공되는 경우, 지중에 설치됨으로써 해상에서 운항중인 선박이나 잠수함들이 충돌하지 않게 되어 해상사고로부터 안전하게 유지될 수 있는 효과가 얻어지는 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널(1)은 도 1에 도시된 바와 같이, 해저 지중에 지중 굴착구(5)가 형성되는데, 이와 같은 지중 굴착구(5)는 육상으로부터 해저 지중으로 굴착 형성되고, 지중 굴착구(5)의 내부면에는 라이닝층(7)이 형성된다. 이와 같은 지중 굴착구(5)는 예를 들면, TBM(Tunnel Boring Machine) 장치(10)를 이용하여 연속적으로 해저 지중에 설치될 수 있다.
그리고 이와 같이 연속 형성되는 지중 굴착구(5)에는 내면에 최대한 얇은 두께의 방수 라이닝층(7)이 형성된다. 이와 같은 방수 라이닝층(7)은 예를 들면, 지중 굴착구(5)의 내면에 1차 시멘트 콘크리트층을 분무 형성하고, 상기 1차 시멘트 콘크리트층 상에는 플라스틱 또는 고무 시트를 포함하는 방수 시트(미도시)를 부착 설치하며, 상기 방수 시트의 접착층 상에 콘크리트 라이닝층(7)을 설치하는 과정을 통하여 지중 굴착구(5)의 내부에 시공가능하다.
이와 같은 콘크리트 라이닝층(7)은 지중 굴착구(5) 내의 TBM(Tunnel Boring Machine) 장치(10) 후방에 이동식 라이닝 시공장치(12)를 설치하여 지중 굴착구(5)의 형성 후에 뒤이어서 연속으로 시공된다.
그리고 상기 지중 굴착구(5)의 내부에는 튜브 터널(20)이 구축되는데, 이와 같은 튜브 터널(20)은 내부에 차도 또는 인도가 형성되는 구조이다.
이와 같은 튜브 터널(20)은 별도의 육상 제작장에서 각각의 단위 유닛으로 제작된 다음, 육상에 마련된 드라이 도크(dry dock)(22)와 같은 구조물 내로 이송되고, 예를 들면 대형 유압 실린더와 같은 별도의 압출 장치(25)를 통한 연속 압출 공법으로 지중 굴착구(5)의 라이닝층(7) 내부로 삽입된다.
이와 같은 경우, 상기 튜브 터널(20)은 지중 굴착구(5)의 내부로 슬라이딩 유입되는데, 이와 같은 슬라이딩이 원활하게 이루어지도록 상기 지중 굴착구(5)의 라이닝층(7)에는 튜브 터널(20)의 압출시 슬라이딩이 이루어지도록 하기 위한 다수의 롤러(27)들을 그 길이방향을 따라서 일정간격으로 설치할 수 있다.
한편 이와는 다르게는 상기 지중 굴착구(5)의 라이닝층(7)은 매끈한 표면을 형성하고, 이와 같이 매끈한 콘크리트 라이닝층(7)의 표면에 접촉하여 슬라이딩이 이루어지도록 도 2에서 도시된 바와 같이, 상기 튜브 터널(20)의 외측면에 롤러(27)를 내장할 수도 있는 것이다. 이와 같은 구조의 어느 방식이라도, 지중 굴착구(5)의 내부에서 튜브 터널(20)의 압출시에는 롤러(27)들이 그 마찰 저항을 줄여서 원활한 슬라이딩이 이루어지도록 할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 지중 굴착구(5) 내에 구축된 수중튜브터널(1)은 상기 지중 굴착구(5)와 튜브 터널(20)의 사이 공간에 충전되는 물 충전층(30)이 형성된다.
이와 같은 물 충전층(30)은 상기 지중 굴착구(5)의 외면과 수중튜브터널(1)의 내면 사이에서 형성되는데, 이와 같은 물 충전층(30)으로는 이후에 설명되는 물 유입구(35)를 통하여 외부로부터, 예를 들면 해수가 유입되며, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 튜브 터널(20)의 전단 외측 둘레에는 다단 방수링(40)이 설치되어 상기 지중 굴착구(5)와 튜브 터널(20)의 사이 공간에 한정하여 물을 충전하게 되고, 튜브 터널(20)의 전방으로는 물의 유입을 차단하는 구조이다.
한편 본 발명은 상기 물 충전층(30)에 물을 공급하기 위한 물 유입구(35)를 구비하는데, 이와 같은 물 유입구(35)는 상기 지중 굴착구(5)의 상부 측에서 해수면까지 연장되는 수직 통로 형태이고, 해저면에 케이슨(37)을 시공하여 구축된다.그리고 이와 같은 물 유입구(35)에는 내부로 유입되는 물 흐름을 조절하기 위한 차단장치, 예를 들면 밸브장치(38)들을 구비한 구조이다.
따라서, 이와 같은 물 유입구(35)는 밸브 장치(38)의 개방을 통하여 상기 지중 굴착구(5)와 튜브 터널(20) 사이 공간에 해수, 즉 물을 충전할 수 있는데, 이와 같은 물을 충전하는 시기는 상기 튜브 터널(20)의 전단이 상기 물 유입구(35)의 하부를 지나서 상기 튜브 터널(20)의 전단에 마련된 다단 방수링(40)이 튜브 터널(20)의 전방 측으로 물의 유입을 차단할 수 있을 때에 이루어진다.
또한 상기 물 유입구(35)는 그 상단으로 수면 위까지 연장하는 환기구(39)를 포함하는데, 이와 같은 환기구(39)는 물 유입구(35)의 상부측으로 연장되어 수면 위로 그 상단이 노출됨으로써 인공섬의 기능을 할 수 있을 뿐만 아니라, 필요한 경우, 최종 환기구(39) 및 인명 탈출구로의 기능도 할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 지중 굴착구(5) 내에 구축된 수중튜브터널(1)은 지중 굴착구(5)와의 사이에서 튜브 터널(20)이 일정 간격을 유지하기 위한 스페이서(50)를 구비한다.
이와 같은 스페이서(50)는 도 2에서 확대도로 도시된 바와 같이, 완충 받침(55)을 포함하는 구조인데, 상기 스페이서(50)는 튜브 터널(20)의 외측면에 다수의 요홈(52)들을 형성하고, 그 각각의 요홈(52) 내측에는 완충 받침(55)을 구비한다.
이와 같은 완충 받침(55)은 탄성력 및 복원력이 우수한 고무재료로 이루어지는 것으로서, 그 완충 받침(55)의 하단에는 유압 잭(57)이 위치되어 상기 유압 잭(57)의 작동으로 완충 받침(55)이 상기 튜브 터널(20)의 외측으로 돌출한다.
상기 유압 잭(57)은 튜브 터널(20)의 내측으로 연결되는 유압 잭 라인(57a)을 통하여 로드(57b)의 전 후진이 이루어져서 상기 유압 잭(57)의 작동으로 완충 받침(55)이 승 하강하며, 유압 잭(57)에 의해서 들어 올려지면 튜브 터널(20)의 외면으로부터 지중 굴착구(5)의 내면으로 완충 받침(55)이 돌출한다.
그리고 이와 같은 스페이서(50)는 상기와 같이 완충 받침(55)이 외측으로 돌출한 다음, 그 위치를 고정하기 위해서 상기 요홈(52)의 내부에 고강도 무수축 몰타르(60)가 충전되는데, 이를 위하여 상기 요홈(52)의 일측에는 몰타르 충전구(62)가 형성되고, 타측에는 공기 배출구(64)가 형성되며, 상기 완충 받침(55)의 외측으로는 요홈(52)의 내측 공간을 외부와 차단하는 신축식 방수 고무링(66)이 장착된 구조이다.
이와 같은 구조를 통하여 상기 요홈(52)의 내측 공간은 그 외부와 격리된 것이고, 몰타르 충전구(62)를 통하여 고강도 무수축 몰타르(60)가 투입되면서 공기 배출구(64)를 통해서는 요홈(52) 공간 내의 공기가 배출되어 요홈(52) 내에 몰타 르(60)가 충전된다.
이와 같이 상기 요홈(52)의 내부에 몰타르(60)가 충전되면, 상기 완충 받침(55)의 돌출 위치를 그대로 정착시켜서 튜브 터널(20)과 지중 굴착구(5) 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 것이다. 이와 같은 몰타르(60) 충전과정은 튜브 터널(20)의 압출 작동이 완료된 다음, 지중 굴착구(5)와의 사이 간격을 일정하게 유지시키고자 하는 경우에 실행된다.
한편, 이와 같은 스페이서(50)는 상기 튜브 터널(20)이 중력식 구조물 또는 부력식 구조물인지의 여부에 따라서 그 장착위치가 다르게 되는데, 이에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 튜브 터널(20)이 지중 굴착구(5)의 내부로 압출 삽입된 구조에서 지중 굴착구(5)의 사이와 튜브 터널(20)과의 사이 공간에 물이 충전되면 부력이 튜브 터널(20)에 작용하게 되는데, 튜브 터널(20)의 중력이 부력보다 크게 되면 튜브 터널(20)은 지중 굴착구(5)의 내부에서 침강하게 되고, 지중 굴착구(5)의 하부측 라이닝층(7) 면을 따라서 슬라이딩이 이루어지며, 이와 같은 구조를 중력식(重力式)이라 한다.
한편 이와는 다르게 튜브 터널(20)의 중력이 부력보다 작게 되면 튜브 터널(20)은 지중 굴착구(5)의 내부에서 떠오르게 되며, 이러한 경우에는 튜브 터널(20)이 지중 굴착구(5)의 상부측 라이닝층(7) 면을 따라서 슬라이딩이 이루어지고, 이와 같은 구조를 부력식(浮力式)이라 한다.
따라서 튜브 터널(20)이 지중 구조물의 내부에서 중력식인가, 또는 부력식인가의 여부에 따라서 압출 작동 중에 튜브 터널(20)과 지중 굴착구(5)가 접촉하는 부분이 달라지게 되는데, 중력식인 경우에는 지중 굴착구(5)의 하부측 라이닝층(7)에서 접촉이 이루어지고, 이와 같은 경우에는 슬라이딩 마찰을 줄이기 위하여 지중 굴착구(5)의 하부측 라이닝층(7), 또는 튜브 터널(20)의 외측면 하부에 롤러(27)가 배치된다.
반면에 부력식인 경우에는 튜브 터널(20)의 압출 작동 도중에 지중 굴착구(5)의 상부측 라이닝층(7)에서 접촉이 이루어지고, 이와 같은 경우에는 슬라이딩 마찰을 줄이기 위하여 지중 굴착구(5)의 상부측 라이닝층(7), 또는 튜브 터널(20)의 외측면 상부에 롤러(27)가 배치되는 것이다.
뿐만 아니라, 이와 같이 튜브 터널(20)이 중력식인가 또는 부력 식인가의 여부에 따라서 스페이서(50)의 위치도 다르게 되는데, 상기 스페이서(50)는 튜브 터널(20)이 중력식 구조물로 작용하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 튜브 터널(20)의 외측면 하부 및 양측에 각각 배치되어 상기 튜브 터널(20)의 하부 측을 지중 굴착구(5)에 대해 일정 간격으로 지지하게 된다.
또한 튜브 터널(20)이 부력식인 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 튜브 터널(20)의 외측면 상부 및 양측에 각각 배치되어 상기 튜브 터널(20)의 하부 측을 지중 굴착구(5)에 대해 일정 간격으로 지지하게 된다.
이와 같은 구조의 본 발명에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널(1)은 도 5에 도시된 바와 같이, 전체적으로 해저의 지중에 형성되는 구조이며, 지중 굴착구(5)의 내부에 튜브 터널(20)이 설치되고, 지중 굴착구(5)와 튜브 터널(20)의 사이에는 물 충전층(30)이 형성되는 구조이다.
이와 같은 구조를 통하여 시공 완료 후에 지중 굴착구(5)와 튜브 터널(20)의 사이에 충전된 물이 상당한 수압으로 지중 굴착구(5)의 라이닝층(7)을 내부에서 밀어 떠받칠 수 있기 때문에, 외력에 대한 저항력을 크게 할 수 있고, 구조적으로 안전하게 된다. 따라서 지중 굴착구(5)의 지지력을 크게 증가시키고, 얇은 두께의 라이닝층(7)을 통해서도 지중 굴착구(5)의 붕괴를 효과적으로 방지할 수 있다.
뿐만 아니라 지중 굴착구(5)와 튜브 터널(20) 사이에 충전된 물이 유체 완충 댐퍼의 역할을 함으로써 지진과 같은 외력에 대해서도 수중 튜브터널(1)이 구조적으로 안전하게 유지될 수 있는 것이다.
그리고 이와 같은 본 발명에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널(1)은 바다와 같은 해저에 시공되는 경우, 지중에 구축되어 해저에 노출되지 않음으로써 해상에서 운항중인 선박이나 잠수함들이 충돌하지 않게 되고 해상사고로부터 안전하게 유지될 수 있는 것이다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널의 시공방법(S)을 단계적으로 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법(S)은 도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 해저 지중을 굴착하고 그 내부면에는 라이닝층(7)을 형성하여 지중 굴착구(5)를 구축하는 단계(S10)가 이루어진다.
이와 같은 지중 굴착구(5)를 구축하는 단계(S10)는 먼저 해안가의 육상에서 지중 굴착구(5)를 형성하고, 육상으로부터 해저 지중을 통과하여 지중 굴착구(5)를 구축하면서 그 내부에는 라이닝층(7)을 형성하게 된다.
그리고 다음으로는 이와 같이 구축되는 지중 굴착구(5)의 내부에서 튜브 터널(20)을 연속으로 압출하는 단계(S20)가 이루어지는데, 이와 같은 압출 단계(S20)는 육상의 드라이 도크(22) 내에서 사전에 프리캐스트 제작된 튜브 터널(20) 유닛들을 별도의 압출 장치(25)를 통하여 연속 접속하여 지중 굴착구(5)의 내부로 압출시키게 된다. 상기 압출 장치(25)는 예를 들면, 대형 유압 실린더장치들을 이용할 수 있으며, 통상적인 ILM 방식을 이용하여 연속 압출이 이루어지도록 한다.
이와 같은 경우, 지중 굴착구(5)의 라이닝층(7) 또는 튜브 터널(20)의 외면에는 롤러(27)들이 배치되어 지중 굴착구(5)의 내부에서 튜브 터널(20)이 원활한 슬라이딩이 이루어지도록 하고, 지중 굴착구(5)를 따라서 연속 진입되도록 한다.
그리고 이와 같은 튜브 터널(20)의 압출이 이루어지면서 그 전단이 지중 굴착구(5)에 마련된 물 유입구(35)의 하부 측을 통과하게 되면, 상기 물 유입구(35)를 통하여 상기 지중 굴착구(5)와 튜브 터널(20)의 사이 공간에 물을 채우는 단계(S30)가 이루어지게 된다.
이와 같은 물을 채우는 단계(S30)에서 지중 굴착구(5)와 튜브 터널(20) 사이 공간의 물은 튜브 터널(20)의 전단에 장착된 다단 방수 링(40)들에 의하여 지중 굴착구(5)와 튜브 터널(20)의 사이의 공간에만 한정되어 충전되는데, 해수면(W) 레벨까지 지중 굴착구(5)의 내부를 차오르면서 튜브 터널(20)에 부력을 가하게 된다.
이와 같은 지중 굴착구(5)의 내부로 유입된 물은 통상적으로 해수면(W) 레벨이 육상의 드라이 도크 레벨보다 낮게 되므로, 지중 굴착구(5)의 내부에서 드라이 도크(22)까지 차오르지 않고 라이닝층(7)의 방수 구조로 인하여 외부로 누수없이 유지된다.
또한 이와 같이 지중 굴착구(5)와 튜브 터널(20) 사이 공간에 물이 충전된 상태에서도 TBM 장치(10)를 이용하여 계속적으로 지중 굴착구(5)의 시공이 이루어지고, TBM 장치(10)의 가동 중에 발생된 토사 등은 튜브 터널(20)의 내측 공간을 통하여 외부로 반출되며, 라이닝층(7)의 시공을 위한 재료들도 튜브 터널(20)의 내측 공간을 통하여 현장 반입되어 계속 지중 굴착구(5)의 시공이 가능하게 된다.
그리고 이와 같이 지중 굴착구(5)와 튜브 터널(20)의 사이에 물을 채우는 단계(S30)는 상기 튜브 터널(20)의 압출 후마다 지중 굴착구(5)의 상부 측으로 해수면(W)까지 연장되는 물 유입구(35)를 통하여 이루어지는 것이다.
또한 이와 같은 과정이 일정 구간 지속되어 상기 지중 굴착구(5)와 튜브 터널(20)을 원하는 길이까지 구축하는 단계(S40)가 이루어진다. 이와 같은 단계(S40)에서는 상기에서 설명한 바와 같이, 먼저 지중 굴착구(5)가 시공되어 굴착된 다음, 라이닝층(7)이 형성되고 그 뒤를 이어서 연속하여 튜브 터널(20)이 압출 전진하는 방식이다.
이와 같은 과정에서 상기 튜브 터널(20)은 물에 의해서 부력을 받게 되고, 거의 무중력상태로 유지되어 압출 작동시 쉽게 전진이 이루어지고, ILM 압출 작동이 쉽게 이루어진다.
이와 같은 압출 시공으로 원하는 길이의 지중 굴착구(5) 내에 튜브 터널(20)이 설치되면, 상기 튜브 터널(20)과 지중 굴착구(5)의 사이에 스페이서(50)를 통하여 일정 간격을 유지하고 지중 굴착구(5)의 내부에서 튜브 터널(20)을 정착시키는 단계(S50)가 이루어지게 된다.
이와 같은 경우, 상기 튜브 터널(20)과 지중 굴착구(5)의 사이의 정착은 튜브 터널(20)에 마련된 완충 받침(55)을 이용하여 지중 굴착구(5)와의 사이 간격을 고정하는 것인데, 상기 스페이서(50)에 마련된 유압 잭(57)을 작동시키게 되면 완충 받침(55)이 튜브 터널(20)의 외측으로 돌출되며, 그 외면이 지중 굴착구(5)의 라이닝층(7)에 지지되어 일정 간격을 유지한다.
이와 같은 완충 받침(55)은 탄성력 및 복원력이 우수한 고무 재료로 이루어지는 것으로서, 라이닝층(7)과의 접촉시 라이닝층(7)을 손상시키지 않는다.
그리고 이와 같이 상기 튜브 터널(20)과 지중 굴착구(5) 사이의 간격 조절이 이루어진 다음에, 그 간격을 유지하도록 몰타르(60)로서 정착시키게 되는데, 이와 같은 경우, 스페이서(50)의 요홈(52) 공간으로 고강도 무수축 몰타르(60)를 주입하 고, 동시에 공기를 배출하면서 몰타르(60)로 충전하여 완충 받침(55)을 돌출된 레벨로 정착시킨다.
또한 이와 같이 상기 튜브 터널(20)과 지중 굴착구(5)의 사이를 정착시킨 다음에는 상기 튜브 터널(20)과 지중 굴착구(5)의 사이에 물을 유지시켜 자연생태환경을 조성하는 공정이 이루어진다. 이와 같은 공정을 통하여 시공이 완료된 상기 튜브 터널(20)과 지중 굴착구(5)의 사이에는 환경 친화적인 자연생태환경을 구축할 수 있는 것이다.
상기와 같이 본 발명은 지중 굴착구(5)와 튜브 터널(20)의 사이에 물이 충전되고 이와 같은 상태에서 튜브 터널(20)의 압출이 이루어지면 물에 의해서 튜브 터널(20)에 부력이 가해지게 되고, 이와 같은 부력을 통하여 튜브 터널(20)을 무중력에 가깝게 유지시키고, 튜브 터널(20)의 압출 전진시 저항을 크게 줄여서 압출작동(ILM: Incremental Launching Method)을 쉽게 이룰 수 있다. 따라서 수중 튜브터널(1)의 시공이 용이하게 이루어질 수 있다.
그리고 지중 굴착구(5)와 튜브 터널(20) 사이에 충전된 물 충전층(30)이 유체 완충 댐퍼의 역할을 함으로써 지진과 같은 외력에 대해서도 수중 튜브터널(1)이 구조적으로 안전하게 유지될 수 있는 것이다.
뿐만 아니라 본 발명에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널(1)은 바다와 같은 해저에 시공되는 경우, 지중에 구축되어 해저에 노출되지 않음으로써 해상에서 운항중인 선박이나 잠수함들이 충돌하지 않게 되고 해상사고로부터 안전하 게 유지될 수 있다.
본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명의 실시 예를 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 실시 예의 수정 또는 설계변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 중력식으로 시공하는 과정을 도시한 측단면도,
도 2는 본 발명에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 중력식으로 도시한 정단면도,
도 3은 본 발명에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 부력식으로 시공하는 과정을 도시한 측단면도,
도 4는 본 발명에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 부력식으로 시공하는 과정을 도시한 정단면도,
도 5는 본 발명에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널이 해저 지중에 구축된 상태를 도시한 측단면도,
도 6은 본 발명에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법을 단계적으로 도시한 플로우 챠트이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1: 본 발명에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널
5: 지중 굴착구 7: 라이닝층
10: TBM(Tunnel Boring Machine) 장치
12: 이동식 라이닝 시공장치 20: 튜브 터널
22: 드라이 도크(dry dock) 25: 압출 장치
27: 롤러 30: 물 충전층
35: 물 37: 케이슨
38: 밸브장치 39: 환기구
40: 다단 방수 링 50: 스페이서
52: 요홈 55: 완충 받침
57: 유압 잭 57a: 유압 잭 라인
57b: 로드 60: 고강도 무수축 몰타르
62: 몰타르 충전구 64: 공기 배출구
66: 신축식 방수 고무링
S: 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법
S10: 해저 지중에 지중 굴착구를 구축하는 단계
S20: 지중 굴착구의 내부로 튜브 터널을 압출하는 단계
S30: 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 물을 채우는 단계
S40: 지중 굴착구와 튜브 터널을 원하는 길이까지 구축하는 단계
S50: 튜브 터널과 지중 굴착구의 사이를 정착시키는 단계

Claims (19)

  1. 지중에 구축되는 터널에 있어서,
    해저 지중에 굴착 형성되고 내부면에는 라이닝층이 형성된 지중 굴착구;
    상기 지중 굴착구의 내부에 설치되고, 내부에는 차도 또는 인도가 형성되는 튜브 터널;
    상기 지중 굴착구와 튜브 터널 사이 공간에 형성되는 물 충전층; 및
    상기 물 충전층에 물을 공급하기 위하여 상기 지중 굴착구의 상부 측에서 해수면까지 연장되는 물 유입구;를 포함하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지중 굴착구의 내측면에는 튜브 터널의 압출시 슬라이딩이 이루어지도록 하기 위한 롤러를 내장한 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널.
  3. 제1항에 있어서, 상기 튜브 터널의 외측면에는 튜브 터널의 압출시 슬라이딩이 이루어지도록 하기 위한 롤러를 내장한 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 튜브 터널이 중력식일 경우, 상기 롤러는 상기 지중 굴착구의 하부 라이닝층 또는 튜브 터널의 하부면에 형성된 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 튜브 터널이 부력식일 경우, 상기 롤러는 상기 지중 굴착구의 상부 라이닝층 또는 튜브 터널의 상부면에 형성된 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널.
  6. 제1항에 있어서, 상기 튜브 터널의 외면에는 지중 굴착구와의 사이에서 일정 간격을 유지하기 위한 완충 받침을 갖는 스페이서를 포함하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스페이서는 튜브 터널이 부력식 구조물로 작용하는 경우, 튜브 터널의 외측면 상부 및 양측에 다수의 요홈들이 형성되고, 그 각각의 요홈 내측에는 완충 받침이 위치되며, 상기 완충 받침의 하단에는 유압 잭이 위치되어 상기 유압 잭의 작동으로 완충 받침이 상기 튜브 터널의 상부 측을 지중 굴착구에 대해 일정 간격으로 지지하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널.
  8. 제6항에 있어서, 상기 스페이서는 튜브 터널이 중력식 구조물로 작용하는 경우, 튜브 터널의 외측면 하부 및 양측에 다수의 요홈들이 형성되고, 그 각각의 요 홈 내측에는 완충 받침이 위치되며, 상기 완충 받침의 하단에는 유압 잭이 위치되어 상기 유압 잭의 작동으로 완충 받침이 상기 튜브 터널의 하부 측을 지중 굴착구에 대해 일정 간격으로 지지하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 스페이서는 상기 완충 받침의 외측으로 요홈의 내측 공간을 외부와 차단하는 신축식 방수 고무링이 장착되고, 상기 요홈의 내측 공간에는 고강도 무수축 몰타르가 충전된 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널.
  10. 제1항에 있어서, 상기 튜브 터널의 전단 외측에는 다단 방수링이 설치되어 튜브 터널의 전방으로 물의 유입을 차단하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널.
  11. 제1항에 있어서, 상기 물 유입구는 내부로 유입되는 물 흐름을 조절하기 위한 차단장치를 구비한 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널.
  12. 제11항에 있어서, 상기 물 유입구는 그 상단으로 수면위까지 연장하는 환기구를 추가 포함하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널.
  13. 지중에 터널을 구축하는 방법에 있어서,
    해저 지중을 굴착하고 그 내부면에는 라이닝층을 형성하여 지중 굴착구를 구축하는 단계;
    상기 지중 굴착구의 내부로 튜브 터널을 압출하는 단계;
    상기 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 물을 채우는 단계;
    상기 지중 굴착구와 튜브 터널을 원하는 길이까지 구축하는 단계; 및
    상기 튜브 터널과 지중 굴착구의 사이에 스페이서를 통하여 일정 간격을 유지하고 정착시키는 단계;를 포함하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 지중 굴착구를 구축하는 단계는 TBM 공법을 통하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 지중 굴착구를 구축하는 단계는 TBM 굴착 후에 후속하여 라이닝층을 타설하여 진행하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 물을 채우는 단계 는 상기 지중 굴착구의 상부 측으로 해수면까지 연장되는 물 유입구를 통하여 튜브 터널의 압출 후마다 이루어지는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 튜브 터널을 압출하는 단계는 지중 굴착구와의 사이에 롤러가 개재되어 슬라이딩작동으로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 튜브 터널과 지중 굴착구의 사이를 정착시키는 단계는 튜브 터널에 마련된 완충 받침을 이용하여 지중 굴착구와의 사이 간격을 고정하고, 고강도 무수축 몰타르가 충전하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 튜브 터널과 지중 굴착구의 사이를 정착시키는 단계는 상기 튜브 터널과 지중 굴착구의 사이에 물을 유지시켜 자연생태환경을 조성하는 공정을 포함하는 것임을 특징으로 하는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 시공방법.
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KR20240059719A (ko) 2022-10-26 2024-05-08 한국철도기술연구원 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조 및 그 시공방법

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