KR101022013B1

KR101022013B1 - 다중 쿠션재를 이용한 터널구조물 접속부 차수공법

Info

Publication number: KR101022013B1
Application number: KR1020080075973A
Authority: KR
Inventors: 정성남
Original assignee: 정성남; 강릉건설 주식회사
Priority date: 2008-08-04
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2011-03-16
Also published as: KR20080083246A

Abstract

본 발명은 터널, 지하도, 공동구 등의 지중구조물의 시공시 공사구간을 개착하지 않고 지하에서 소정 길이로 분할된 관체를 연속적으로 압입, 추진함으로써 시공하는 추진관 공법에 관한 것으로, 각각의 추진관이 연결되는 접속부 양측의 추진관 단부 사이에 추진관의 시공시 발생될 수 있는 충격을 흡수하는 환상(環狀)의 쿠션재를 설치함에 있어서 서로 다른 직경의 내측쿠션재 및 외측쿠션재를 동심(同心)으로 설치하되 내측쿠션재에는 절개부를 형성하여 주입밸브를 설치하고 추후 이 주입밸브를 통하여 차수제를 가압 주입함으로써 차수효과를 제고할 수 있도록 한 것이다.

또한, 접속부에 모르타르 등의 플러그(plug)재를 충전하여 줄눈을 형성함에 있어서 환형(環形)의 팩커(packer)를 추진관 내부에 투입하여 팽창시킴으로써 접속부 및 그 주변의 추진관 내주면을 압착한 후 플러그재를 가압 주입하여 일층 견고한 줄눈의 시공이 가능하도록 한 것이다.

터널(tunnel), 접속부, 팩커(packer)

Description

다중 쿠션재를 이용한 터널구조물 접속부 차수공법{Leakage prevention method for tunnel using multiple cushion rings}

추진관 공법이란 도 1에서와 같이, 도로터널, 지하도, 공동구(共同溝), 도수(導水)터널, 배수구 등 각종 지하구조물의 시공시, 공사구간의 개착을 최소화하기 위하여 계획 구조물의 종단상 시점 또는 종점에 토류벽(土留壁)(92) 및 반력벽(反力壁)(94) 등이 설치된 추진기지인 작업갱(91)을 구성하고 유압실린더 등의 추진장치(93)를 통하여 프리캐스트 콘크리트(precast concrete)제 또는 강제(鋼製) 기성 관체인 추진관을 압입, 추진하는 동시에 선두 추진관 선단 및 내부의 토사를 굴착하는 공법을 말한다.

이러한 추진관 공법을 통하여 개착 없이도 신속한 지중구조물의 시공이 가능하게 되었으며, 특히 공사구간 상부에 구조물이 많은 도심지 공사나 하천 또는 제방 등의 하부를 통과하는 경우와 같이 개착이 불가능한 구간에도 효과적인 시공이 가능하게 되었다.

도 1 내지 도 3은 프리캐스트 콘크리트제 추진관을 통한 지하 터널구조물의 시공상태를 예시한 것으로, 도 1을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 작업갱(91)을 통하여 계획 선형에 따라 순차적으로 압입되는 추진관의 접속부에는 매입칼라(40), 고무링(60), 쿠션재(50) 등이 결합되며, 추진방향의 전방측 및 후방측의 추진관을 각각 선도관(10) 및 후속관(20)이라 하면, 도 2에서와 같이 선도관(10)의 말단부 및 후속관(20)의 선단부에 각각 그 외경이 축소된 형태의 후미결합부(11) 및 선단결합부(21)가 형성되어, 후미결합부(11)와 선단결합부(21)를 밀착 포위하는 강제(鋼製) 매입칼라(40)가 설치되며 후속관(20)의 선단결합부(21)와 매입칼라(40) 사이에는 시공중 1차적인 차수 기능을 수행하는 고무링(60)이 설치된다.

전체 추진관의 추진이 완료되거나 소정의 계획 공구 추진이 완료된 경우 도 3에서와 같이, 각 추진관의 선단 및 말단 내주면에 요입(凹入) 형성된 줄눈홈(31)에 급결성 모르타르 등의 플러그(plug)재를 충전(充塡)함으로써 줄눈(30)을 형성하고 이후 도 1의 상단 타원내 확대부 및 도 3에서와 같이 접속부 주변의 추진관에 주입공(39)을 천공하여 쿠션재(50)와 매입칼라(40) 사이의 공간에 합성수지제, 시멘트계 또는 물유리계 그라우트제 등의 팽창성 차수제(35)를 주입함으로써 지하수의 누출(leakage)을 차단하게 된다.

이렇듯 줄눈(30)의 형성 및 차수제(35)의 충전은 공히 추진관이 추진된 상태, 즉 지하에서 이루어지는 공정으로서 기본적으로 추진관간 접속부를 통한 지하 수 누출이 진행되는 상태에서 작업이 이루어진다.

이에 줄눈(30)을 구성하는 플러그재 및 주입공(39)을 통하여 주입되는 차수제(35) 모두 급결성 재료를 사용하여 신속한 차수효과를 발현하도록 하고 있으나, 접속부 및 주입공(39)을 통한 지속적인 지하수 누출로 인하여 줄눈(30)의 정밀하고 견고한 성형 및 양생이 어려울 뿐 아니라, 차수제(35)의 균일한 주입 및 경화 또한 어려운 문제점이 있었다.

또한 차수제(35)를 주입하기 위하여 구조체인 추진관에 다수의 주입공(39)을 천공하여야 하는 바, 시공과정이 복잡하고 공기가 지연될 뿐 아니라 이들 주입공(39)이 구조적 취약부로 작용할 수 있는 심각한 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 다수의 기성 추진관을 지반에 압입하는 터널 공법에 있어서, 선도관(10)의 후미와 후속관(20)의 선단 사이에 내측쿠션재(52) 및 외측쿠션재(51)를 동심(同心)으로 설치하되 내측쿠션재(52)에는 절개부(53)를 형성하여 주입밸브(80)를 설치하고, 이 주입밸브(80)를 통하여 차수제(35)를 가압 주입하여 내측쿠션재(52)와 외측쿠션재(51) 사이의 공간에 충전함을 특징으로 하는 다중 쿠션재를 이용한 터널구조물 접속부 차수공법이며, 상기 선도관(10)의 후미와 후속관(20)의 선단 내주면에는 각각 줄눈홈(31)이 형성되고 선도관(10)과 후속관(20)의 접속부 내측에는 유체압의 인가 및 해제에 따라 팽창 및 수축하는 환형팩커(環形packer)(70)가 투입되되, 이 환형팩커(70)는 환 상(環狀)의 프레임(72) 외주면에 가요성(可撓性) 환형튜브(71)가 결합되고 이들 프레임(72) 및 환형튜브(71)를 관통하는 통관부(74)가 형성되어 구성되며, 환형팩커(70)가 팽창함에 따라 접속부의 줄눈홈(31) 및 그 주변에 환형팩커(70)의 외주면이 밀착되고, 통관부(74)를 통하여 플러그(plug)재를 주입하여 줄눈홈(31) 내부를 충전함을 특징으로 하는 다중 쿠션재를 이용한 터널구조물 접속부 차수공법이다.

또한, 상기 선도관(10)의 후미 및 후속관(20)의 선단에 각각 그 외경이 축소된 후미결합부(11) 및 선단결합부(21)가 형성되고 이들 후미결합부(11)와 선단결합부(21)를 밀착 포위하는 강제(鋼製) 매입칼라(40)가 설치되며 후속관(20)의 선단결합부(21)와 매입칼라(40) 사이에는 고무링(60)이 설치되되, 후속관(20)의 선단결합부(21)에는 결합요홈(22)이 형성되고 이 결합요홈(22)에 고무링(60)이 결합됨을 특징으로 하는 다중 쿠션재를 이용한 터널구조물 접속부 차수공법이며, 상기 환형팩커(70)의 프레임(72)은 한쌍의 호형프레임(75)으로 구성되되, 이들 호형프레임(75)의 일단은 회동축(76)에 의하여 회동가능하도록 연결되고, 타단은 암나사와 수나사가 결합되어 그 연장이 조절되는 신축봉(77)으로 연결됨을 특징으로 하는 다중 쿠션재를 이용한 터널구조물 접속부 차수공법이다.

본 발명을 통하여 차수 및 마감 공정에 있어서 추진관의 훼손을 최소화할 수 있을 뿐 아니라 공정을 간소화하여 공기를 단축하고 나아가 공사비를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

또한 차수제의 충전효율을 극대화하고 충전밀도를 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 줄눈의 시공품질 및 차수 안정성도 확보하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 상세한 구성 및 수행과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 4는 본 발명의 시공과정을 개략적으로 도시한 것으로 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는 선도관(10)과 후속관(20) 사이에 하나의 쿠션재(50)가 설치되는 것이 아니라 서로 다른 직경의 외측쿠션재(51) 및 내측쿠션재(52)가 동심(同心)으로 설치된다.

즉 도 5에서와 같이 추진관의 접속 및 추진에 있어서 선도관(10)의 후미결합부(11)에 매입칼라(40)를 결합하고 후속관(20)의 선단면에 외측쿠션재(51) 및 내측쿠션재(52)를 동심으로 부착한 후 접속 및 추진함으로써 선도관(10)의 후단면, 후속관(20)의 선단면, 외측쿠션재(51)의 내주면 및 내측쿠션재(52)의 외주면으로 둘러싸인 공간을 형성하는 것이다.

이렇게 형성된 공간에는 추후 차수제(35)가 가압 주입되어 충전되며, 이때 주입구를 형성하기 위하여 내측쿠션재(52)에는 절개부(53)를 형성하게 된다.

한편, 도 4의 타원내 확대부 및 도 5를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 후속관(20)의 선단결합부(21)에는 고무링(60)이 설치되어 선도관(10)과 후속관(20)의 접속 및 추진시 이 고무링(60)의 외주면과 매입칼라(40)의 내주면이 밀착되어 누수 방지효과를 발현하게 되는데, 선단결합부(21) 외주면에 결합요홈(22)을 형성하고 이 결합요홈(22)에 고무링(60)을 결합하여 고무링(60)의 탄성으로 견고한 결합이 가능하도록 함으로써 추진관의 접속 및 추진과정에서 고무링(60)이 정위치에서 이탈되거나 불요(不要) 변형되는 것을 방지하였다.

본 발명에서는 외측쿠션재(51)와 내측쿠션재(52) 사이의 공간에 차수제(35)를 가압 주입하는 것 외에도, 모르타르 등의 플러그재를 줄눈홈(31)에 충전하여 줄눈(30)을 시공함에 있어서도 가압 충전 및 양생 기법을 적용하는 바, 이를 위하여 플러그재의 주입 및 양생간 줄눈홈(31)을 일종의 주형(鑄型) 형태로 밀폐하는 수단이 필요하다.

이에 도 5에서와 같이, 선도관(10)과 후속관(20)의 접속부 내측에 유체압의 인가 및 해제에 따라 팽창 및 수축하는 환형팩커(環形packer)(70)를 투입하여 팽창시킴으로써 줄눈홈(31)을 폐쇄하는데, 이러한 환형팩커(70)의 기본 구조가 도 6에 도시되어 있다.

환형팩커(70)는 그 사전적 의미에서와 같이, 고리 형상의 팩커(packer)로서 압축공기 또는 물 등의 유체압 인가 및 해제에 따라 팽창 및 수축하게 되며, 팽창시 추진관 접속부의 내주면에 밀착되어 줄눈홈(31)을 밀폐하게 된다.

본 발명의 환형팩커(70)는 도 6에서와 같이, 기본적인 형상을 유지하는 구조체로서 강제 프레임(72)이 구성되며, 이 프레임(72) 외주면에 고무 또는 합성수지 등 가요성(可撓性) 소재의 환형튜브(71)가 결합되고, 이들 프레임(72) 및 환형튜브(71)를 관통하는 통관부(74)가 형성된다.

또한 환형튜브(71)에는 외부의 유체압이 인가되는 가압부(73)가 연결되는데, 이 가압부(73)를 통하여 압축공기 또는 물이 주입 및 배출됨에 따라 환형튜브(71)가 팽창 및 수축하게 된다.

도 7 및 도 9는 전술한 환형팩커(70)를 통한 줄눈(30)의 성형 및 외측쿠션재(51) 및 내측쿠션재(52)간 차수제(35) 주입과정을 도시한 것으로, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이 내측쿠션재(52)에 형성된 절개부(53)에 주입밸브(80)를 결합한 후 줄눈(30)을 성형하고, 줄눈(30)의 양생 후 매입된 주입밸브(80)를 통하여 외측쿠션재(51) 및 내측쿠션재(52) 사이의 공간에 차수제(35)를 주입함으로써 일층 밀실한 차수제(35)의 충전이 가능하다.

도 7의 좌측 도면 및 우측 도면은 각각 추진관의 종단면 및 횡단면을 부분 발췌한 도면으로서, 상단의 주입밸브(80) 결합에서 하단의 줄눈(30) 양생 완료에 이르는 과정을 도시하고 있다.

우선 내측쿠션재(52)의 절개부(53)에 주입밸브(80)를 결합하고, 수축상태의 환형팩커(70)를 이동하여 선도관(10)과 후속관(20)의 접속부에 위치시킨 후 팽창시켜 접속부 주변의 추진관 내주면과 환형튜브(71)의 외주면을 밀착시킨다.

이때 환형팩커(70)의 통관부(74)가 선도관(10)과 후속관(20)의 접속부에 형성된 줄눈홈(31)에 위치하도록 설치하며, 환형튜브(71)의 팽창이 완료되면 통관부(74)를 통하여 급결성 모르타르 등의 플러그(plug)재를 주입하여 줄눈홈(31)을 충전함으로써 줄눈(30)을 형성한다.

도 7에 도시된 실시예에서는 상, 하 2개소의 통관부(74)가 형성된 환형팩 커(70)가 적용되었는데 이 경우 하나의 통관부(74)를 플러그재의 주입구로 사용하고, 나머지 통관부(74)를 플러그재의 주입과정에서 줄눈홈(31) 내부에 잔류된 공기 또는 지하수를 배출하는 배출구로서 또한 충전이 완료된 후 잉여 플러그재의 유출을 확인할 수 있도록 하는 확인구로서 사용하면 더욱 효과적인 줄눈(30)의 시공이 가능하다.

줄눈홈(31)에 플러그재의 충전이 완료되면 환형팩커(70)를 결합한 상태에서 양생하며, 소정 수준으로의 양생이 완료되면 환형팩커(70)를 수축시킨 후 다음 지점으로 이동한다.

한편, 도 7의 상단 도면에서와 같이 줄눈(30)의 성형에 앞서 내측쿠션재(52)에 형성된 절개부(53)에 추진관 내부와 내, 외측쿠션재(52. 51) 사이의 공간을 연결하는 주입밸브(80)를 결합하는데, 이러한 주입밸브(80)의 구체적인 실시예와 결합상태가 도 8에 도시되어 있다.

주입밸브(80)는 줄눈(30)의 성형시 줄눈(30)에 매입되는 관체(管體)형 요소로서, 도 8에 도시된 바와 같이, 절개부(53)에 삽입, 결합되는 삽입관(81)과 내측쿠션재(52) 내주면에 밀착되는 밀착판(84)과 추진관 내측으로 돌출된 노출관(82) 및 노출관(82)에 결합되는 덮개(83)로 구성된다.

주입밸브(80)의 밀착판(84)은 내측쿠션재(52)와 밀착되어 줄눈(30)을 구성하는 플러그재의 가압, 주입시 절개부(53)를 통한 내, 외측쿠션재(52, 51) 사이의 공간으로의 플러그재의 유입을 방지함과 동시에 주입밸브(80)를 고정하는 역할을 수행하고, 덮개(83)는 플러그재의 주입시 주입밸브(80)를 통한 플러그재의 유입을 방 지한다.

줄눈홈(31)에 플러그재가 충전되어 줄눈(30)이 형성되면 주입밸브(80)는 줄눈(30)에 매입되는데 줄눈(30)의 양생이 완료된 후 주입밸브(80)의 덮개(83)를 제거함으로써 별도의 천공 공정 없이도 차수제(35)의 주입 통로를 확보할 수 있게 된다.

도 9는 주입밸브(80)를 통하여 외측쿠션재(51)와 내측쿠션재(52) 사이의 공간에 차수제(35)를 주입하는 과정을 예시하고 있는데, 도시된 실시예서는 상, 하 2개소의 주입밸브(80)가 설치되어 균일하고 밀실한 차수제(35)의 충전이 가능하도록 하고 있다.

즉, 상부 주입밸브(80)와 하부 주입밸브(80)가 모두 개방된 상태에서 상부 주입밸브(80)로 차수제(35)를 주입하고 차수제(35)의 충전이 완료되어 하부 주입밸브(80)로의 차수제(35) 유출이 확인되면, 하부 주입밸브(80)를 폐쇄한 후 상부 주입밸브(80)에 차수제(35)를 가압, 주입함으로써 균일하고 밀실힌 차수제(35)의 충전이 가능하도록 하는 것으로, 도시된 실시예에서는 상부 주입밸브(80)로 차수제(35)가 주입되고 있으나 차수제(35)의 주입위치가 제한되는 것은 아니며 현장여건에 따라 변경될 수 있다.

도 10 내지 도 12는 설치 및 이동이 용이하도록 분할 구성된 환형팩커(70)의 일 실시예를 도시한 것으로, 환형팩커(70)의 프레임(72)을 힌지 결합된 한쌍의 호형(弧形)프레임(75)으로 구성함으로써 환형팩커(70)의 이동 및 설치시 환형튜브(71)의 수축 및 팽창 뿐 아니라 호형프레임(75)의 회동을 통한 변형 또한 가능하 도록 한 것이다.

즉, 도 11에서와 같이, 환형팩커(70)의 구조체인 프레임(72)을 일단이 회동축(76)으로 연결되고 서로 대칭인 호형프레임(75)으로 구성하고, 회동축(76)의 타단은 신축봉(77)으로 연결하여 도 12에서와 같이 신축봉(77)이 신축됨에 따라 호형프레임(75)이 회동축(76)을 축으로 회동함으로써 환형팩커(70)가 확장 및 축소될 수 있도록 한 것이다.

도시된 실시예에서 신축봉(77)은 서로 다른 방향의 나선이 형성된 한 쌍의 암나사가 연결되고 이들 암나사에 각각 수나사가 결합된 턴버클(turnbuckle) 형태로 구성되어 암나사를 회전함에 따라 신축된다.

이상에서와 같이, 외측쿠션재(51)와 내측쿠션재(52)의 다중 구조로 쿠션재를 설치하고 이들 사이에 차수제(35)를 가압, 충전함으로써 추진관의 접속부 차수성능을 제고할 수 있으며, 환형팩커(70)를 통한 줄눈(30) 시공으로 견고하고 정밀할 뿐 아니라 신속한 추진관 접속부 시공이 가능하다.

도 1은 종래의 추진관 시공과정 설명도

도 2는 종래의 추진관 분해 사시도

도 3은 종래의 추진관 접속상태 부분절단 사시도

도 4는 본 발명이 적용된 추진관 시공과정 설명도

도 5는 본 발명이 적용된 추진관 분해 사시도

도 6은 본 발명의 환형팩커 부분절단 사시도

도 7은 본 발명의 시공과정 설명도

도 8은 본 발명의 내측쿠션재 및 노출관 발췌 사시도

도 9는 본 발명의 차수제 주입과정 설명도

도 10은 본 발명 환형팩커의 변형된 실시예 사시도

도 11은 도 10의 환형팩커 요부 발췌 사시도

도 12는 도 10의 환형팩커 설치과정 설명도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : 선도관

11 : 후미결합부

20 : 후속관

21 : 선단결합부

22 : 결합요홈

30 : 줄눈

31 : 줄눈홈

35 : 차수제

39 : 주입공

40 : 매입칼라

50 : 쿠션재

51 : 외측쿠션재

52 : 내측쿠션재

53 : 절개부

60 : 고무링

70 : 환형팩커

71 : 환형튜브

72 : 프레임

73 : 가압부

74 : 통관부

75 : 호형프레임

76 : 회동축

77 : 신축봉

80 : 주입밸브

81 : 삽입관

82 : 노출관

83 : 덮개

84 : 밀착판

91 : 작업갱

92 : 토류벽

93 : 추진장치

94 : 반력벽

Claims

다수의 기성 추진관을 지반에 압입하는 터널 공법에 있어서,

선도관(10)의 후미와 후속관(20)의 선단 사이에 내측쿠션재(52) 및 외측쿠션재(51)를 동심(同心)으로 설치하되 내측쿠션재(52)에는 절개부(53)를 형성하여 주입밸브(80)를 설치하고;

주입밸브(80)를 통하여 차수제(35)를 가압 주입하여 내측쿠션재(52)와 외측쿠션재(51) 사이의 공간에 충전함을 특징으로 하는 다중 쿠션재를 이용한 터널구조물 접속부 차수공법.
제1항에 있어서 선도관(10)의 후미와 후속관(20)의 선단 내주면에는 각각 줄눈홈(31)이 형성되고 선도관(10)과 후속관(20)의 접속부 내측에는 유체압의 인가 및 해제에 따라 팽창 및 수축하는 환형팩커(環形packer)(70)가 투입되되;

환형팩커(70)는 환상(環狀)의 프레임(72) 외주면에 가요성(可撓性) 환형튜브(71)가 결합되고, 프레임(72) 및 환형튜브(71)를 관통하는 통관부(74)가 형성되어 구성되며;

환형팩커(70)가 팽창함에 따라 접속부의 줄눈홈(31) 및 줄눈홈(31)의 주변에 환형팩커(70)의 외주면이 밀착되고;

통관부(74)를 통하여 플러그(plug)재를 주입하여 줄눈홈(31) 내부를 충전함을 특징으로 하는 다중 쿠션재를 이용한 터널구조물 접속부 차수공법.
제1항에 있어서 선도관(10)의 후미 및 후속관(20)의 선단에 각각 외경이 축소된 후미결합부(11) 및 선단결합부(21)가 형성되고, 후미결합부(11)와 선단결합부(21)를 밀착 포위하는 강제(鋼製) 매입칼라(40)가 설치되며 후속관(20)의 선단결합부(21)와 매입칼라(40) 사이에는 고무링(60)이 설치되되,

후속관(20)의 선단결합부(21)에는 결합요홈(22)이 형성되고, 결합요홈(22)에 고무링(60)이 결합됨을 특징으로 하는 다중 쿠션재를 이용한 터널구조물 접속부 차수공법.
제2항에 있어서, 환형팩커(70)의 프레임(72)은 한쌍의 호형프레임(75)으로 구성되되,

호형프레임(75)의 일단은 회동축(76)에 의하여 회동가능하도록 연결되고;

타단은 암나사와 수나사가 결합되어 연장이 조절되는 신축봉(77)으로 연결됨을 특징으로 하는 다중 쿠션재를 이용한 터널구조물 접속부 차수공법.