KR101020856B1 - 지중 강관 구조물 및 이 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중 강관 구조물 및 이 시공 방법에 관한 것으로, 철근 콘크리트를 대체하여 강관으로만 구조물을 시공할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

본 발명에 의한 지중 강관 구조물 시공 방법은, 지중 구조물의 형태를 따라 다수의 강관을 전후 방향을 압입 추진하여 강관 루프 구조체를 시공하는 제1단계와; 상기 제1단계에 의해 시공된 강관 루프 구조체의 안쪽 토사를 굴토하여 지중 구조물의 공간을 형성하는 제2단계와; 상기 제2단계 이후 상기 강관 루프 구조체의 저면에 상기 강관 루프 구조체의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 상기 강관 루프 구조체와 직교하는 방향으로 루프구조체 지지수단을 시공하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 설치된 루프구조체 지지수단들의 사이를 마감하는 제4단계를 포함하고, 상기 제3단계에서 상기 루프구조체 지지수단은 지지강관의 내부에 강선을 삽입한 후 이 강선을 인장하여 선하중을 가한 상태에서 상기 지지강관 내부에 콘크리트를 타설하고 상기 지지강관의 외부로 돌출된 상기 강선을 절단하여 제조된다.

강관, 구조체, 비개착, 강선

Description

지중 강관 구조물 및 이 시공 방법{UNDERGROUND STEEL PIPE STRUCTURE AND CONSTRUCTING METHOD THEREOF}

본 발명은 지중 강관 구조물 시공 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 강관을 지중에 전후 종방향으로 압입 추진하고, 이 강관의 안쪽에 좌우 횡방향으로 지지수단을 배열하여 횡방향에 대한 강성을 확보함으로써 철근 콘크리트 구조물을 대체할 수 있는 지중 강관 구조물 및 이 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 지중에 구조물을 축조하는 방식으로 개착 및 비개착에 의한 구조물 축조방식이 있다.

기존 도로 및 철도 하부를 횡단해서 하수암거나 지하차도, 터널구조물 등을 설치해야 하는 경우 공사에 따른 지장물의 이전이 곤란하거나, 지장물 저촉, 차량 소통 장애 등으로 개착이 불가능하여 비개착공법이 요구되는데, 비개착에 의한 구조물 축조 공법에는 횡단하는 도로나 저장물의 양측으로 작업구 개념의 전진기지와 도달기지가 필수적이며, 대표적인 비개착식 지중구조물 축조공법으로는 함체견인공 법과 강관루프공법 등을 들 수 있다.

함체견인공법은 함체가 통과할 지중에 미리 600mm 내외의 함체지지용 가설용 강관을 전진기지에서 도달기지 방향으로 수평으로 압입 관통시킨 후, 견인할 함체의 반대측 도달기지로부터 지중을 횡단하여 이어진 다수의 PC 강선을 현장에서 제작된 함체와 결속한 후, 견인하여 함체내의 내부토사를 제거하고, 이와 같은 견인과 굴착작업을 반복하여 지중에 구조물을 설치하는 공법이다.

그러나, 이러한 공법은 함체추진시 함체의 추진하중이나 추진함체와 이미 지중에 설치된 가설강관과의 틈에 의해 함체 상부의 도로나 지장물에 침하가 발생할 우려가 있으며, 또한 함체가 미리 제작되어 견인 설치되므로 함체의 규모가 커지게 되면 견인에 제약이 따르게 되고 작업장의 규모가 큰 편이므로 심도가 깊은 지하공간에서의 작업이 곤란한 문제점이 있다.

또한, 함체간의 연결부 처리가 미흡하게 되면 누수 등이 발생할 우려가 있었는 바, 이러한 함체견인공법의 단점 등에 의하여 비개착식 지중구조물 축조공법으로는 강관루프 공법이 많이 적용되고 있는 실정이다.

도 1은 종래 기술에 의한 강관 루프체의 일 예를 도시한 것으로, 종래 기술에 의한 강관 루프 구조체(1)는, 다수의 강관(2)들이 구조물의 형태를 따라 배열되어 조립되고, 강관(2)의 조립체 안쪽에 철근 콘크리트 박스(3)가 시공되어 이루어진다.

즉 강관(2)의 조립체는 구조물이 아니라 철근 콘크리트 박스(3)를 시공하기 위한 가시설인 것이다.

이와 같은 강관 루프 구조체(1)의 시공 방법은, 강관(2)을 압입 추진하여 조립체 시공 - 강관(2)의 조립체 안쪽을 굴토하여 철근 콘크리트 박스(3)의 시공을 위한 공간 확보 - 강관(2)의 조립체 안쪽에 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설 양생하여 철근 콘크리트 박스(3) 시공의 공정으로 이루어진다.

강관 루프 구조체는 설계가 요구하는 종,횡방향 강성을 확보하여야 한다. 강관의 특성상 종방향 강성은 아주 큰데 비해 횡방향 강성을 확보하기 위해서는 강관과 강관을 연결하여 일체가 되어야 하나 구조적인 설계요건을 충족시키기 위해서는 강관의 직경이 아주 커져야 한다. 이것은 비경제적일뿐더러 상부 토피하고도 영향이 있어 현실적으로 사용이 불가하여 강관 루프 구조체는 가설재로 사용되고 이 경우 강관 루프 구조체가 갖는 종방향 강성은 무시되고 모든 설계 하중은 철근 콘크리트 공종으로 계산되어 시공된다.

이 경우 철근 콘크리트의 최소 두께는 80cm 이상의 수치가 요구되고 시공은 일반 철근 콘크리트공의 반대 순서로 시공하여야 하므로 경제적인 면과 품질 및 공기 등 시공에 어려움이 따르는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다수의 강관이 전후 종방향으로 배열되어 이루어진 강관 루프 구조체에 철근 콘크리트의 기능을 대체할 수 있는 좌우 폭방향 보를 시공하여 철근 콘크리트 구조물로 사용할 수 있는 지중 강관 구조물 및 이 시공 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 지중 강관 구조물은, 지중에 지중 구조물의 형태를 따라 시공되는 강관 루프 구조체와; 상기 강관 루프 구조체의 안쪽에 상기 강관 루프 구조체와 직교하는 좌우 횡방향으로 설치되는 다수의 루프구조체 지지수단과; 상기 루프구조체 지지수단들의 사이를 막아 상기 강관 루프 구조체가 노출되지 않도록 하는 마감재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 지중 강관 구조물 시공 방법은, 지중 구조물의 형태를 따라 다수의 강관을 전후 방향을 압입 추진하여 강관 루프 구조체를 시공하는 제1단계와; 상기 제1단계에 의해 시공된 강관 루프 구조체의 안쪽 토사를 굴토하여 지중 구조물의 공간을 형성하는 제2단계와; 상기 제2단계 이후 상기 강관 루프 구조체의 저면에 상기 강관 루프 구조체의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 상기 강관 루프 구조체와 직교하는 방향으로 루프구조체 지지수단을 시공하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 설치된 루프구조체 지지수단들의 사이를 마감하는 제4단계를 포함하고, 상기 제3단계에서는 상기 루프구조체 지지수단은, 지지강관의 내부에 강선을 삽입한 후 이 강선을 인장하여 선하중을 가한 상태에서 상기 지지강관 내부에 콘크리트를 타설하고 상기 지지강관의 외부로 돌출된 상기 강선을 절단하여 제조된 것이 시공되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 지중 강관 구조물 및 이 시공 방법에 의하면, 강관 루프 구조체를 통해 종방향 강성을 확보하고, 루프구조체 지지수단을 통해 횡방향 강성을 확보하여 강관 루프 구조체가 가설재가 아닌 루프구조체 지지수단과 함께 지중 구조물을 구성할 수 있으므로 강관 루프 구조체 안에 지중 구조물인 철근 콘크리트를 시공하지 않아도 구조체로서 충분히 사용 가능하다. 따라서, 철근 콘크리트의 시공에 따른 비용을 절감할 수 있고 공기를 단축할 수 있다.

그리고, 루프구조체 지지수단이 프리플랙스로 이루어져 외부로부터 전가되는 하중에 대한 버팀강성을 발휘하여 루프구조체 지지수단의 사용 본수를 줄일 수 있고 구조물의 구조적 안정을 도모할 수 있는 등의 효과가 있다.

도 2와 도 3에서 보이는 것처럼, 본 발명에 따른 지중 강관 구조물(100)은, 지중에 전후 종방향을 따라 압입 추진되어 이루어진 강관 루프 구조체(10)와, 강관 루프 구조체(10)의 저부에 좌우 횡방향으로 설치되어 강관 루프 구조체(10)를 지지하는 루프구조체 지지수단(20)과, 루프구조체 지지수단(20)들의 사이를 마감하는 마감재로 구성된다.

강관 루프 구조체(10)는 다수의 강관(11)(종방향으로 배열되는 강관을 말함)으로 구성된다. 강관(11)은 지중 강관 구조물의 시공을 위해 각각 일측 작업구에서부터 타측의 종방향으로 압입 추진되며, 다수의 강관(11)은 좌우 폭방향을 따라 일렬로 배열 및 근접되는 것들과 서로 연결된다. 강관(11)의 연결구조, 압입 방법 등은 본 출원인에 의해 출원된 것 등 현재 사용되고 있는 모든 것이 적용 가능하다.

도면에서는 강관 루프 구조체(10)가 박스 형태로 시공되는 것으로만 도시하였으나, 강관 루프 구조체(10)는 아치형태로 시공될 수도 있는 것이다.

루프구조체 지지수단(20)은 강관 루프 구조체(10)의 저부(상부일 수도 있음)에 좌우 폭방향으로 배열되어 강관 루프 구조체(10)의 단점인 횡방향 강성을 확보한다.

도 3과 도 4에서처럼, 루프구조체 지지수단(20)은 내부가 중공인 강관일 수도 있겠지만, 자체 강성을 증대하여 본 발명에 의한 강관 루프 구조체(10)를 가시설이 아닌 영구 구조물로 사용될 수 있도록 하고 사용 본수를 줄일 수 있도록 구성되며, 예컨대, 지지강관(21)(루프구조체 지지수단(20)을 구성하는 강관을 말함)의 내부에 강선(22)을 삽입한 후 이 강선(22)을 인장하여 선하중을 가한 상태에서 지지강관(21) 내부에 채움재(23) 예를 들어 콘크리트를 타설하고 지지강관(21)의 외부로 돌출된 강선(22)을 절단하여 제조될 수 있다.

루프구조체 지지수단(20)은 강관 루프 구조체(10)의 형상에 따라 시공되며, 강관 루프 구조체(10)가 박스형인 경우 직선형태로 이루어져 천정을 형성하고 강관 루프 구조체(10)가 아치형인 경우 아치형태로 벤딩되어 시공된다.

이와 같은 루프구조체 지지수단(20)은 지면에 지지되는 지주(24)를 통해 강관 루프 구조체(10)의 저부에 맞닿도록 세워진다.

지주(24)는 내부가 중공인 강관일 수 있으며, 루프구조체 지지수단(20)과 마찬가지로 내부에서 강선이 인장되어 외부로부터 가해지는 하중에 대한 버팀력을 갖도록 구성되고 콘크리트가 타설되는 구성일 수 있다. 이와 같은 구성의 지주(24)는 루프구조체 지지수단(20)의 좌우 양측 단부에만 설치될 수도 있고, 루프구조체 지지수단(20)의 중간에 세워져 루프구조체 지지수단(20)들을 연결하면서 루프구조체 지지수단(20)들의 마주하는 단부를 지지할 수도 있다. 강관 루프 구조체(10)가 아치형인 경우 지주(24)는 루프구조체 지지수단(20)들의 사이에만 세워질 수 있다.

루프구조체 지지수단(20)과 지주(24)는 소켓(25)을 매개로 하여 연결된다.

소켓(25)은 루프구조체 지지수단(20)과 지주(24)가 각각 삽입되는 하나 이상의 삽입부(25a,25b)를 갖는다.

강관 루프 구조체(10)와 루프구조체 지지수단(20)의 사이에 틈이 존재하면 강관 루프 구조체(10)로부터 전가되는 하중을 루프구조체 지지수단(20)에 전가 분산하지 못할 수 있으며, 강관 루프 구조체(10)와 루프구조체 지지수단(20) 사이에 틈이 생기지 않도록 스페이서(26)(도 2의 원호 참고)가 더 적용될 수 있다. 스페이서(26)는 강관 루프 구조체(10)와 루프구조체 지지수단(20)의 밀착력을 크게 하기 위하여 탄성 변형 가능한 탄성재질로 이루어지는 것이 바람직하며 그 형상은 도면에 도시된 것에 한정되지는 않는다.

상기 마감재는 루프구조체 지지수단(20)과 강관 루프 구조체(10)가 노출되지 않도록 마감하여 지중 구조물을 이용하는 이용자로 하여금 불쾌감을 주지 않도록 하는 것으로, 마감판(30)(도 5 참고), 숏크리트(40)(도 7 참고)일 수 있다.

도 5에서처럼, 마감판(30)은 루프구조체 지지수단(20)들의 사이에 개재되어 루프구조체 지지수단(20) 사이를 막는 것으로, 루프구조체 지지수단(20)에 고정되거나 소켓(25)에 고정될 수 있으며, 루프구조체 지지수단(20)보다는 소켓(25)의 구성 변경이 용이할 것이므로 소켓(25)을 이용하여 고정되는 것을 예로 들어 설명한다.

마감판(30)은 루프구조체 지지수단(20)들 사이에 직접 설치될 수도 있고 별도의 지지판(31)을 통해 설치될 수도 있다. 이때, 마감판(30)의 크기를 크게 하여 루프구조체 지지수단(20)들 사이에 한 장의 마감판(30)을 설치할 수도 있겠지만, 마감판(30)의 크기를 크게 하는데 한계가 있으므로 다수의 마감판(30)을 이용하는 것이 바람직하며, 마감판(30)들은 소켓(25)에 지지되는 지지판(31)을 통해 지지됨으로써 크기의 한계를 벗어날 수 있다.

소켓(25)에는 마감판(30)을 지지하기 위한 지지판(31)이 고정되는 플랜지(27)가 형성된다. 플랜지(27)는 소켓(25)의 성형시 일체화되거나 별도로 제작된 후 용접 등으로 고정될 수 있다.

이와 같은 구성에 의해 2개의 루프구조체 지지수단(20)이 좌우로 나란히 배열되는 경우 지지판(31)을 전후 종방향으로 배열하여 소켓(25)에 안착 볼트나 클램프나 용접 등으로 고정하고, 지지판(31)들 사이에 다수의 마감판(30)을 좌우 폭방향으로 배열하여 지지판(31)에 볼트나 클램프나 용접 등으로 고정한다.

상기 마감재가 숏크리트(40)인 경우 루프구조체 지지수단(20)들 사이에 철망(41)(도 6과 도 7에 도시됨) 등을 설치한 후 숏크리트(40)를 일정 두께로 분사하여 천정을 형성함으로써 루프구조체 지지수단(20)들 사이를 마감한다.

도 7에서 보이는 것처럼, 본 발명에 의한 지중 강관 구조물 시공 방법은 다 음과 같다.

(S10) 강관 루프 구조체 시공.

지중 강관 구조물의 형태에 맞춰 강관(11)을 지중의 일측에서부터 타측으로 압입 추진한다. 강관 루프 구조체(10)의 시공은 기존 방법과 동일한 것이므로 구체적인 설명은 생략한다.

(S20) 굴토.

강관 루프 구조체(10)는 지중에 압입된 것이므로 강관 루프 구조체(10)의 안쪽(강관 루프 구조체(10)와 지면과의 사이)에 있는 토사나 암반 등의 지반을 굴토하여 지중 구조물의 공간을 확보한다. 굴토시 강관 루프 구조체(10)가 붕괴되지 않도록 함과 아울러 루프구조체 지지수단(20)과 강관 루프 구조체(10)의 접촉을 감안하여 굴토한다.

(S30) 루프구조체 지지수단 설치.

강관 루프 구조체(10)의 안쪽에 굴토된 공간에서 루프구조체 지지수단(20)의 시공 작업을 수행한다. 루프구조체 지지수단(20)은 강관 루프 구조체(10)의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 설치되는 것이며, 루프구조체 지지수단(20)의 설치 위치에 지주(24)를 세우고 소켓(25)을 통해 지주(24)에 루프구조체 지지수단(20)을 연결하여 설치한다.

루프구조체 지지수단(20)을 설치할 때 루프구조체 지지수단(20)과 강관 루프 구조체(10)의 사이에 스페이서(26)를 설치하여 루프구조체 지지수단(20)과 강관 루프 구조체(10)들이 서로 밀착 지지되도록 한다.

(S40) 마감.

루프구조체 지지수단(20)만 설치되면 저부에서 볼 때 루프구조체 지지수단(20)과 강관 루프 구조체(10)가 노출되어 미감이 좋지 않을 것이며, 마감판(30)이나 숏크리트(40)를 이용하여 루프구조체 지지수단(20)들의 사이를 막아 강관 루프 구조체(10)가 외부로 노출되지 않으며 천정이 루프구조체 지지수단(20)과 마감재 구분없이 하나로 이루어진 것으로 시공한다.

마감판(30)의 경우, 지지판(31)을 강관 루프 구조체(10)의 길이방향을 따라 배열하여 단부를 플랜지(27)에 볼트 등으로 고정한다. 마감판(30)을 루프구조체 지지수단(20)들과 지지판(31)들 사이에 루프구조체 지지수단(20)과 나란히 배열하여 단부는 지지판(31)에 볼트 등으로 고정한다.

다수의 마감판(30)은 강관 루프 구조체(10)의 하중을 받는 것이 아니라 시각적 노출을 막는 것이기 때문에 강관 루프 구조체(10)와의 사이에 공간이 형성되고 서로 고정되지 않고 지지판(31)에만 고정되어도 무방하다.

숏크리트(40)의 경우, 철망(41)을 루프구조체 지지수단(20)들 사이에 펼쳐 지지판(31) 등에 고정하고, 철망(41)에 숏크리트(40)를 분사하여 천정을 시공한다.

이상의 공정을 통해 지중 강관 구조물(100)의 시공이 완료된다.

이와 같이 시공된 본 발명에 의한 지중 강관 구조물(100)은 강관 루프 구조체(10)가 종방향 강성을 확보하고 루프구조체 지지수단(20)이 횡방향 강성을 확보함으로써 별도의 철근 콘크리트 구조물과 동일한 기능을 수행할 수 있고, 구조적으로도 철근 콘크리트 구조물처럼 안정적이다.

도 1은 종래 기술에 의한 지중 구조물의 시공 상태도.

도 2는 본 발명에 따른 지중 강관 구조물의 시공 상태 정면도.

도 3은 본 발명에 따른 지중 강관 구조물의 시공 상태 측면도.

도 4는 본 발명에 따른 지중 강관 구조물에 적용된 루프구조체 지지수단의 제조 공정도.

도 5는 본 발명에 따른 지중 강관 구조물에 마감재로 마감판이 적용된 예시도.

도 6은 본 발명에 따른 지중 강관 구조물에 마감재로 숏크리트가 적용된 예시도.

도 7은 본 발명에 따른 지중 강관 구조물 시공 공정도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100 : 지중 강관 구조물, 10 : 강관 루프 구조체

11 : 강관, 20 : 루프구조체 지지수단

22 : 강선, 23 : 채움재

24 : 지주, 25 : 소켓

26 : 스페이서, 30 : 마감판

31 : 지지판, 40 : 숏크리트

41 : 철망,

Claims (6)

1. 지중 구조물의 형태를 따라 다수의 강관(11)을 전후 방향을 압입 추진하여 강관 루프 구조체(10)를 시공하는 제1단계와;

   상기 제1단계에 의해 시공된 강관 루프 구조체의 안쪽 토사를 굴토하여 지중 구조물의 공간을 형성하는 제2단계와;

   상기 제2단계 이후 상기 강관 루프 구조체의 저면에 상기 강관 루프 구조체의 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 상기 강관 루프 구조체와 직교하는 방향으로 루프구조체 지지수단(20)을 시공하는 제3단계와;

   상기 제3단계에서 설치된 루프구조체 지지수단들의 사이를 마감하는 제4단계를 포함하고,

   상기 제3단계에서 상기 루프구조체 지지수단은, 지지강관(21)의 내부에 강선(22)을 삽입한 후 이 강선을 인장하여 선하중을 가한 상태에서 상기 지지강관 내부에 채움재(23)를 채우고 상기 지지강관의 외부로 돌출된 상기 강선을 절단하여 제조되는 것을 특징으로 하는 지중 강관 구조물 시공 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제3단계에서는 상기 강관 루프 구조체의 안쪽에 좌우 폭방향을 따라 일정 간격을 두고 다수의 지주(24)를 세우고, 상기 지주 위에 상기 루프구조체 지지수단을 연결하여 시공하며, 상기 루프구조체 지지수단과 지주는 상기 루프구조체 지지수단과 지주가 각각 삽입되는 삽입부를 갖는 소켓(25)을 매개로 하여 연결되는 것을 특징으로 하는 지중 강관 구조물 시공 방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 제4단계에서는, 상기 소켓에 플랜지(27)를 연장 형성하고, 상기 루프구조체 지지수단들의 사이에 지지판(31)을 개재하면서 상기 지지판의 둘레부를 상기 소켓의 플랜지에 안착 결합하며, 상기 지지판들의 사이에 다수의 마감판(30)을 결합하여 상기 루프구조체 지지수단의 사이를 마감하는 것을 특징으로 하는 지중 강관 구조물 시공 방법.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 제4단계에서는, 상기 소켓에 플랜지를 연장 형성하고, 상기 루프구조체 지지수단들의 사이에 망을 개재하면서 상기 망의 둘레부를 상기 소켓의 플랜지에 안착 결합한 후 상기 망에 숏크리트를 타설하여 상기 루프구조체 지지수단 사이를 마감하는 것을 특징으로 하는 지중 강관 구조물 시공 방법.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제3단계에서는 상기 강관 루프 구조체 중 근접되는 강관과 상기 루프구조체 지지수단의 사이 공간에 스페이서(26)를 개재하는 것을 특징으로 하는 지중 강관 구조물 시공 방법.
6. 청구항 5에 의해 시공된 것을 특징으로 하는 지중 강관 구조물.

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