KR101022382B1

KR101022382B1 - 비개착식 지하터널 축조 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101022382B1
Application number: KR1020100078585A
Authority: KR
Inventors: 박길석
Original assignee: (주)정토지오텍
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2011-03-22

Abstract

본 발명은 비개착식 지하터널 축조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터널 시공 위치의 토질 분류에 따른 공법 적용표를 작성하여, 해당 토질에 적합한 터널구조체의 구성부품들을 선택하여, 최적의 구조해석, 시공성, 품질확보를 유도할 수 있도록 한 비개착식 지하터널 축조 장치 및 방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 도심지 건축물 하부 통과터널, 도로 하부 통과터널, 철도 하부 통과터널, 하천박스 하부 통과터널 등, 지상 및 지중의 구조물 하부를 통과하는 터널 및 지하공간 축조공사와 관련하여, 신설되는 터널상부의 구조물을 존치시킨 상태에서 비개착식의 방법으로 지하구조물 시공시 현장조건(지층조건, 지하수위, 근접시공 등)에 따라 적합한 시공방법(각 현장조건별로 매뉴얼화된 설계 및 시공방법)을 제공함으로써, 설계와 시공의 차이점을 최대한 줄여 원활하고 안전한 시공을 유도할 수 있고, 작업 중 발생될 수 있는 위험요소를 제거할 수 있으며, 설계와 실제 현장조건의 변화에 기인하는 작업대기 시간을 줄여 공사기간 및 공사비를 절감할 수 있는 비개착식 지하터널 축조 장치 및 방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

비개착식 지하터널 축조 장치 및 방법{Precast Horizontality Tubular Roof and Tunnel construction method using the same}

본 발명은 비개착식 지하터널 축조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터널 시공 위치의 토질 분류에 따른 공법 적용표를 작성하여, 해당 토질에 적합한 터널구조체의 구성부품들을 선택하여, 최적의 구조해석, 시공성, 품질확보를 유도할 수 있도록 한 비개착식 지하터널 축조 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 지중에 터널 구조물을 축조하는 방식으로서, 개착방식과 비개착방식에 의한 구조물 축조 방식이 있다.

도로 및 철도 하부를 횡단하는 지하차도, 하수 암거, 지하터널 구조물 등을 시공하는 경우, 공사로 인한 상부 지장물의 이전이 불가하거나 철도 또는 차량 통행으로 인하여 개착공법이 불가능하여, 비개착식 공법이 요구된다.

종래의 비개착식 터널 구조물 설치 방법은 파이프 루프(Pipe Roof)공법, STS공법, 대구경 강관다단공법, 프론트 재킹(Front Jacking)공법, TRcM공법, NTR공법, TR&T공법, U-PRS공법 등을 들 수 있다.

상기 파이프 루프(pipe roof)공법(도 24 참조)은 소구경의 수평 천공으로 관내토사를 오거로 배토시키면서 추진하는 공법으로서, 소구경 강관 추진으로 흙의 이완이나 변화는 줄여줄 수 있는 장점은 있지만, 강관 압입공법이 아닌 지층의 수평천공방식으로 터널의 연장에 제약을 받아 약 50m이상인 경우 시공이 어렵고, 강관 압입 후, H-Beam을 이용한 가설 강구조 지지보 설치가 어려운 단점이 있다.

또한, 상부에 놓이는 수평 H-Beam으로 인하여 본체 콘크리트 구조물 시공시 높이의 제약을 받게 되며, 이로 인하여 합성보로 설계하면 상부 철근 배근의 시공 상에 문제가 있고, 전석층의 지층조건에서는 수평천공작업이 어려운 단점이 있다.

상기 프론트 재킹(Front Jacking)공법(도 25 참조)은 도로와 철도의 하부 통로 차도공사에 많이 적용되는 방법으로서, 구조물 박스를 먼저 제작하여, 박스의 내부 토사 굴착과 동시에 유압잭을 이용하여 기 제작된 콘크리트 구조물을 압입하는 방법으로이며, 콘크리트 구조물의 품질이 우수하고, 대형 붕괴의 위험이 없으며, 시공 중 별도의 반력벽 설치가 필요하지 않다는 장점이 있지만, 1) 장시간 터널 시공이 불가능하고, 2) 상부 강관과 콘크리트 구조물의 유격으로 상부 잔류침하가 크며, 3) 철도나 도로 하부 시공시 상부 토피가 타 공법보다 커야 하며, 4) 기 제작된 콘크리트 구조물을 압입하는 방식으로 추진기지가 매우 넓은 부지가 소요되며, 5) 타 공법에 비교하여 비경제적인 단점이 있다.

상기 TR&T공법은 NTR공법을 개선한 공법(도 26 참조)으로서, 먼저 추진기지에서 반력벽을 설치한 상태에서 대형 강관을 수평방향으로 유압잭을 이용하여 압입한 다음, 강관 속에서 측면으로 소구경의 강관을 설치하는 공법이며, 작은 강관 주변 보강 후렌지와 방수철판, 토류방지블럭, 응력부담재 Ø250강관, 고정키로 구성되어 있다.

그러나, TR&T공법은 1) 풍화대의 균등한 토질조건에서 가능한 공법으로, 응력부담재 사이 공간으로 흘러내리는 토사를 차단하는 것이 어렵고, 2) 암반층 천공시 대구경 천공 및 응력 부담재 천공이 어려우며, 3) 수위가 높은 지역에서는 공사 중 방수가 매우 어렵고, 4) 인력으로 토류방지블럭을 끼워 넣으므로 지중에 여굴이 발생되어 부등침하여 원인으로 작용하게 되어, 암반층에서의 아치형태의 구조물로는 가능하지만, 공사기간이 길고 공사비가 상대적으로 높은 단점이 있다.

상기 PRS공법(도 27 참조)은 NTR공법을 개선한 공법으로, 강관루프 구조는 각각 일측에 수평방향으로 수평홈이 형성되고, 상기 수평홈의 내측으로는 이 수평홈에 의해 하중에 따라 찌그러지는 것을 방지하도록 일정간격을 두고 상하에 걸쳐 복수의 지지대가 설치되며, 상기 수평홈의 타측에는 이 수평홈과 대응하는 앵글이 설치된 다수의 강관들이 상호 정렬된 상태로 측방향 결합되는 방식으로서, 상부 하중을 견디기 위한 횡방향지지보를 두지 않아도 된다는 장점이 있지만, 1) 상기 플랜지와 걸쇠강판에 의해 형성된 폐압공간은 작업이 가능한 공간이 되지 않음으로써, 그 내부의 토사를 밖으로 빼내고 콘크리트나 몰탈을 충전하는 것은 작업상 불가능하고, 2) 강관루프는 강관 내부로 콘크리트나 몰탈 충전 후 양생 전에는, 플랜지와 걸쇠강판이 연결된 부위로만 횡방향 강성을 가지게 되는 바, 이것만으로는 상부측 토사의 하중을 견디지 못하여 결국 별도의 횡방향 지지보가 필요하며, 3) 설혹 별도의 횡방향 지지보 없이 횡방향 강성을 가진다 하더라도, 상기 강관의 플랜지와 인접하는 강관의 걸쇠강판이 연결된 부위로 토사의 압력이 집중됨으로써, 강관루프가 횡방향 즉 수평방향으로 정렬된 상태를 이루지 못함으로써, 원활한 시공이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.

상기 NTR공법(도 28 참조)은 구조적으로는 우수한 공법이지만, 설계에 반영된 도면과 동일한 현장시공이 어려운 공법으로서 다음과 같은 문제점이 있다.

1) 대형 강관 압입시, 초연약지반에서는 굴착과정에서 상부에 부등침하 현상이 발생된다.

2) 대형 강관 압입시 0.25㎥ 페이로우더 사용으로 굴진속도가 느리고, 강관내 굴착토사 반출시 매번 유압잭, 가이드 빔을 해체하여야 하므로 실제 작업시간보다 작업대기시간이 너무 길어 공사기간이 길어진다.

3) 대형 강관 압입시 전석층, 풍화대 및 암반층에서는 선도관에서 과다굴착이 발생되어 상부의 부등침하 현상이 발생된다.

4) 연암, 경암층 등의 암반층에서의 강관압입시 협소한 작업공간에서의 굴착 및 암반 발파가 불가능하고, 현재의 방법(hand breaker)으로는 근본적으로 작업이 불가능하다.

5) 추진기지의 설계는 토질조건 및 현장의 여건과 상관없이 일률적으로 벽체의 강성이 약한 H-Beam+토류판을 이용한 가설공사로 지지보의 스트럿(strut)의 배치가 어렵고, 가설 스트럿 사이로 대형 강관을 이동하여야 하므로, 현장에서는 설계서와 동일한 시공이 어렵다.

6) 추진기지 전면부 가설벽체에 어스앵커 시공시, 강관추진 시 간섭을 피하기 위하여 수평으로 어스앵커를 설치함으로 어스앵커 본래의 토압지지력을 발휘가 어렵다.

7) 추진기지와 도달기지 시공시 아래와 같은 현장조건으로, 심각한 문제가 발생될 수 있는 문제점이 있다.

즉, 전면 수평 어스앵커 시공시 공압천공기를 사용하여 천공하면, 토질조건에 따라 지층의 이완현상으로 순간적인 즉시침하가 발생하게 되며, 특히 모래, 자갈, 전석층 등 조립토의 지층조건에서는 심각한 문제가 야기될 수 있다.

또한, 추진기지와 도달기지 가시설 벽체의 강성이 약하므로, 스트럿, 지지보의 배치간격이 좁아져야 하고, 지지보, H-Beam 스트럿의 설치로 인하여 강관압입 작업에 제약을 받게 되는 문제점이 있다.

또한, 앵커 정착장에 근접하여 대형 강관을 압입함으로 인하여 토질조건에 따라 추진기지 전면부의 변형 및 붕괴의 원인이 될 수 있다.

8) 앞서 기술한 바와 같이, 다수의 공법이 가지고 있는 문제점과 마찬가지로 NTR공법 또한 강관압입이 주요 공정인 공법이다.

이때, 토질조건에 따라 압입시 상부지반의 부등침하 현상이 발생되거나, 강관내부에서 인력에 의한 굴착 및 토사반출의 시간이 오래 걸려 공사기간이 매우 길어진다.

9) 토류방지판을 설치하도록 설계에 반영되어 있으나, 실제 현장에서는 토류방지판 설치가 까다롭고, 설치시 배면의 여굴이 발생되어 더 큰 위험을 초래할 수 있다.

10) 강관 내부에서 강관측면부를 절개한 후 토압 받침용 상하부 용접작업은 현장에서 가장 어려운 작업으로, 강관 절개 단면 사이에 있는 토사 및 암반을 굴착하는 것 또한 오랜 시간이 요구된다.

11) 보강대로 강관 파이프를 사용하여 설치함으로 인하여, 구체 콘크리트와 강관의 이질 재료 사용으로 인하여 영구 방수가 어렵고, 공사 완료 후 가장 큰 누수의 원인으로 작용하게 된다.

12) 하부 거푸집 설치 후, 구조물 철근을 조립설치하게 되면, 사람은 들어갈 수 없는 공간이 형성되며, 장지간의 터널 구조에서는 콘크리트 타설 상태를 육안으로 확인하면서 타설이 불가능하여, 익스텐션 조인트(Expansion joint)를 두어 타설하기가 어렵고, 콘크리트 타설시 진동을 주지안고 무압으로 충전되어 콘크리트의 재료분리현상이 발생되어 구조체의 강도 및 누수현상의 문제가 발생될 수 있다.

13) 강관 압입시 보강 후레임이 토압을 지지할 수 있도록 설계되어 구조적으로 매우 우수한 구조로 되어 있으나 현장에서 보강 후레임을 설치하면 강관압입시 장비가 들어갈 수 없어 시공이 불가능하다.

또한, 보강 후레임을 설치하는 것은 크기와 무게로 인하여 매우 어려운 실정이다.

14) NTR 공법은 강관 압입 후 수평 절단이 발생되면, 토압은 안정된 원형구조에서 수직압으로 변화되며, 이때 상부와 측면 토압은 아치형 강관 상부에 작용하게 되어 보강지지대를 통하여 하부의 절개된 강관에 전달되게 된다.

즉, 단순한 보강대가 아니고, 전체 토압의 지지보의 역할을 담당하게 되며, 하단부 아치형 강관은 토압 지지대를 통한 토압으로 양 옆으로 벌어지려는 현상이 발생되게 되며, 이때 강관 하부의 기초지반이 연약하거나 그라우팅에 의한 보강이 미흡할 경우 시공 중 거푸집 형틀의 침하 및 변형이 발생하여 붕괴의 원인이 될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 도심지 건축물 하부 통과터널, 도로 하부 통과터널, 철도 하부 통과터널, 하천박스 하부 통과터널 등, 지상 및 지중의 구조물 하부를 통과하는 터널 및 지하공간 축조공사와 관련하여, 신설되는 터널상부의 구조물을 존치시킨 상태에서 비개착식의 방법으로 지하구조물 시공시 현장조건(지층조건, 지하수위, 근접시공 등)에 따라 적합한 시공방법(각 현장조건별로 매뉴얼화된 설계 및 시공방법)을 제공함으로써, 설계와 시공의 차이점을 최대한 줄여 원활하고 안전한 시공을 유도할 수 있고, 작업 중 발생될 수 있는 위험요소를 제거할 수 있으며, 설계와 실제 현장조건의 변화에 기인하는 작업대기 시간을 줄여 공사기간 및 공사비를 절감할 수 있는 비개착식 지하터널 축조 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 터널 시공을 위한 추진 기지내에 설치되는 반력벽과, 이 반력벽에 설치되는 유압잭을 포함하는 비개착식 지하터널 축조 장치에 있어서, 터널 시공부지의 토질에 적합하게 압입될 수 있는 것으로 선택되어, 상기 유압잭의 추진력에 의하여 터널 시공 위치에 등간격을 이루며 압입되는 다수의 압입관과; 상기 압입관들의 인접 부위를 절단 제거하여 얻어진 연통공간내에 설치되는 토압지지수단과; 상기 압입관의 내부공간에 토사를 제거하기 위하여 설치되는 토사굴착수단과; 상기 압입관의 내부에서 그 외부로 관통 삽입되어, 그라우팅 주입재를 토사층내에 주입하는 그라우팅 주입수단; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 비개착식 지하터널 축조 장치를 제공한다.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 압입관은: 원형 강관과; 원형 강관의 외경에 PC콘크리트관이 일체로 조립된 원형 합성관과; 다각형 강관과, 이 다각형 강관의 외표면에 PC콘크리트관이 일체로 조립된 다각형의 토사층용 합성관과; 내표면에 콘크리트가 일체로 입혀진 외부 다각형 강관과, 이 외부 다각형 강관내에 삽입되어 콘크리트의 내표면과 접하며 조립되는 내부 다각형 강관으로 이루어진 다각형의 암반층용 합성관; 중 선택된 어느 하나 또는 두 개 이상이 조합된 것임을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 토압지지수단은: 압입관과 압입관간의 연통공간에서 그 상면 및 바닥면에 설치되는 상부 및 하부 프리캐스팅 패널과; 상단은 상부 프리캐스팅 패널면에 지지되고, 하단은 하부 프리캐스팅 패널면에 지지되는 토압지지대; 로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 프리캐스팅 패널의 바깥쪽면에서 그 양단부에는 길이방향을 따라 패킹홈이 형성되고, 이 패킹홈내에는 압입관의 절단부위에 밀착되어 기밀 유지를 하는 고무패킹이 삽입되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 토압지지대는 육각 단면 구조로서, 벤토나이트 지수제과, 이 벤토나이트 지수제의 상부 및 하부에 일체로 형성되는 PC콘크리트 재질의 프리캐스팅 서포트와, 프리캐스팅 서포트의 하단에 조립되는 스크류 잭으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 토사굴착수단은: 압입관의 내경면을 따라 고정되는 굴착 거치대와; 상기 굴착 거치대의 하부에 장착되는 이송레일과; 상기 굴착 거치대의 상부에 장착되는 견인레일과; 압입관내의 선단부에 배치되는 이송 컨베이어와; 상단 소정 위치에 견인레일에 걸어지는 견인고리가 형성되고, 전후면에는 대차 연결고리가 형성되며, 저면에는 이송레일에 안착되는 이송바퀴가 장착된 반출용 이동대차; 로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 그라우팅 주입수단은: 선단이 뾰족한 구조로서, 압입관에 천공된 드릴홀을 통하여 토사층으로 압입되는 중공형의 그라우팅 튜브와; 상기 그라우팅 튜브의 후단에 형성된 나사산에 결합되는 지지판과; 상기 압입관의 내부에서 그라우팅 튜브를 통해 주입되는 그라우팅용 주입액 이 토사층으로 분사되도록 그라우팅 튜브의 소정 위치에 형성되는 주입홀과; 상기 그라우팅용 주입액의 분사후, 그라우팅 튜브의 내부에 압입 체결시키는 철근봉; 으로 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 그라우팅 튜브의 길이를 증가 또는 감소 조절하기 위하여, 그라우팅 튜브는 여러개로 절단 구비되고, 그 절단부위가 고무 슬리브에 의하여 결합될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 터널을 시공하고자 하는 장소의 양편에 일정 깊이의 추진기지 및 도달기지를 굴착 형성하는 단계와, 터널 시공 위치의 상측 영역에 걸쳐 다수의 파이프루프를 매설하여 그라우팅을 시공하는 단계와, 상기 추진기지내에 버팀반력벽을 구축한 후, 이 버팀반력벽에 압입 추진수단인 유압잭을 설치하는 단계를 포함하는 비개착식 지하터널 축조 방법에 있어서, 기초지반의 종류에 따른 공법 분류표 및 지반별 수평 선진그라우팅 종류표를 미리 작성하여, 해당 터널 시공 부지에 적합한 구성부품들을 선택하는 단계와; 터널 시공부지의 토질에 적합한 압입관을 선택하여, 추진기지에서 유압잭의 힘으로 터널 시공 위치에 연속적으로 압입하는 단계와; 상기 압입관내의 토사를 굴착하여 반출시키는 단계와; 가장 먼저 압입된 압입관의 앞쪽에서 자갈, 전석층이 굴착됨에 발생된 공동구에 공동충전재를 충전시키는 단계와; 압입관들의 압입 완료후, 서로 등간격으로 배열된 압입관들을 연통시키기 위하여, 압입관들의 인접 부위를 절단하고, 절단된 연통공간의 상하면을 지지하는 토압지지수단을 설치하는 단계와; 상기 압입관의 내부에서 그 외부의 토사층으로 그라우팅 주입 튜브를 관통 삽입하여, 그라우팅 주입액을 토사층에 주입하는 단계와; 서로 연통된 압입관들의 바닥쪽에 바닥형틀을 설치한 후, 그 위에 철근망을 조립한 다음, 콘크리트를 타설하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 비개착식 지하터널 축조 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 압입관의 연통공간에서 그 상하부에 존재하는 토사층에 콘크리트 타설이 이루어진 후, 콘크리트 타설면에 토압지지수단의 바닥패널이 평탄화를 이루며 설치되는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 압입관의 압입시 그 외경면에 토사층과의 원할한 마찰을 유도하는 벤토나이트 윤활막 처리가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 그라우팅 주입액는 물+점토, 물+점토+벤토나이트, 물+벤토나이트+시멘트, 물+벤토나이트, 물+슬래그시멘트 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 지층조건에 따른 토질 분류표와, 기초지반의 종류에 따른 공법 분류표 및 지반별 수평 선진그라우팅 종류표를 미리 작성하여, 해당 터널 시공 부지에 적합한 구성부품들을 선택하여, 토질의 종류와 현장 여건에 따라 최적의 공법을 적용함으로써, 비개착식 지하터널 공사시 설계와 현장의 시공성을 가장 근접화시켜 터널을 시공할 수 있다.

또한, 토압(응력)에 대한 대처 방안 및 협소한 강관 내부굴착으로 인한 시공속도 증진 방안을 현실적이면서 경제적으로 실현할 수 있고, 작업 중 및 작업 후 공용 단계에서의 안전성이 높은 공법으로 우수한 품질의 터널구조물을 축조할 수 있다.

또한, 종래의 공법들에 비해 보다 적은 인력, 장비, 자재를 투입하여 가장 경제적이고, 시공효율이 높아 시공속도가 빠르며, 구조적으로 안전하고 견고한 비개착식 터널을 축조할 수 있다.

도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 비개착식 지하터널 축조 장치중 지반의 토질에 따라 선택되는 압입관의 종류를 나타내는 도면,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 비개착식 지하터널 축조 장치의 원형 압입관의 압입 및 시공 상태를 나타내는 도면,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 비개착식 지하터널 축조 장치의 정사각형 압입관의 압입 및 시공 상태를 나타내는 도면,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 비개착식 지하터널 축조 장치의 직사각형 압입관의 압입 및 시공 상태를 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 비개착식 지하터널 축조 장치의 추진기지 설치 모습을 설명하는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 비개착식 지하터널 축조 장치의 압입관을 압입할 때, 벤토나이트 윤활막을 조성하는 모습을 설명하는 도면,
도 7은 본 발명에 따른 비개착식 지하터널 축조 장치의 압입관을 압입한 후, 토사층내에 그라우팅 주입재를 주입한 상태를 나타내는 도면,
도 8a 내지 도 8e는 본 발명에 따른 비개착식 지하터널 축조 장치의 토사굴착수단을 설명하는 도면,
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 비개착식 지하터널 축조 장치의 공동구 충전재를 충전하는 것을 설명하는 도면,
도 10a 내지 도 10d는 본 발명에 따른 비개착식 지하터널 축조 장치의 그라우팅 주입수단을 설명하는 도면,
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 비개착식 지하터널 축조 장치의 토압지지수단을 설명하는 도면,
도 12는 본 발명에 따른 비개착식 지하터널 축조 장치의 콘크리트 타설 모습을 설명하는 도면,
도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 비개착식 지하터널 축조를 위하여 미리 작성된 데이터로서, 각각 토질 분류표와, 기초지반의 종류에 따른 공법 분류표와, 지반별 수평 선진그라우팅 종류표를 나타낸 도면,
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압입관을 나타내는 사시도,
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압입관을 나타내는 단면 사시도,
도 18은 도 16의 A-A선 단면도,
도 19는 도 16의 B-B선 단면도,
도 20은 도 19의 C-C선 단면도,
도 21은 도 19의 D-D선 단면도,
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압입관 시공 방법을 나타내는 단면도,
도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압입관 시공 완료 상태를 나타내는 단면도.
도 24 내지 도 28은 종래의 비개착식 지하터널 시공법을 설명하는 개략도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 토질의 종류와 현장 여건에 따라 다양하게 적용할 수 있는 공법으로 구성하여, 비개착식 지하터널 공사시 설계와 현장의 시공성이 가장 근접할 수 있도록 하고, 토압(응력)에 대한 대처 방안 및 협소한 강관 내부굴착으로 인한 시공속도 증진 방안을 현실적이면서 경제적으로 실현할 수 있으며, 작업 중 및 작업 후 공용 단계에서의 안전성이 높은 공법으로 우수한 품질의 터널구조물을 축조할 수 있도록 함으로써, 종래의 공법들에 비해 보다 적은 인력, 장비, 자재를 투입하여 가장 경제적이고, 시공효율이 높아 시공속도가 빠르며, 구조적으로 안전하고 견고한 비개착식 터널을 축조할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

이를 위해, 본 발명은 우선 지층조건에 따른 토질 분류표를 도 13에 나타낸 바와 같이 작성하여 그 분류 영역에 따라 적합한 공법을 정리하고, 해당 부지에 대한 가장 유용하고 효과적인 터널 시공 방법을 선택한다.

특히, 첨부한 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 기초지반의 종류에 따른 공법 분류표 및 지반별 수평 선진그라우팅 종류표를 미리 작성하여, 해당 터널 시공 부지에 적합한 구성부품들을 선택한다.

상기 터널 시공을 위한 본 발명의 구성품중 터널의 시공 위치에 압입되는 압입관(20)을 구비하는 바, 이 압입관(20)은 해당 터널 시공 위치의 지반 종류에 따라 서로 다른 형태의 것을 선택하게 된다.

첨부한 도 1a 내지 도 1e는 본 발명에 따른 비개착식 지하터널 축조 장치중 지반의 토질에 따라 선택되는 압입관의 종류를 나타내는 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 원형 압입관의 압입 및 시공 상태를, 도 3a 및 도 3b는 정사각형 압입관의 압입 및 시공 상태를, 도 4a 및 도 4b는 직사각형 압입관의 압입 및 시공 상태를 나타내는 도면이다.

본 발명의 압입관(20)은 기본적으로 SD 400 재질의 원형강관(21)으로 채택되지만, 지반 종류에 따라 원형 합성관(23)과, 다각형의 토사층용 합성관(25)과, 다각형의 암반층용 합성관(28) 등을 선택 사용하는 것이 바람직하다.

상기 원형 합성관(23)은 토사층에 적합한 것으로서, PC콘크리트관(22)의 양끝단에 부착되는 철판과 원형 강관(21)의 외경간을 용접으로 연결하는 동시에 PC콘크리트관(22)과 원형 강관(21)을 스터드볼트로 체결함으로써, 원형 강관(21)의 외경에 PC콘크리트관(22)이 일체로 조립된 원형 합성관(23)으로 구비된다.

상기 다각형의 토사층용 합성관(25)도 토사층에 적합한 정사각형 또는 직사각형 단면 구조를 갖는 것으로서, 다각형의 PC콘크리트관(22)의 양끝단에 부착되는 철판과 다각형 강관(24)의 외경간을 용접으로 연결하는 동시에 PC콘크리트관(22)과 다각형 강관(24)을 스터드볼트로 체결함으로써, 원형 강관(21)의 외경에 PC콘크리트관(22)이 일체로 조립된 다각형의 토사층용 합성관(25)으로 구비된다.

상기 다각형의 암반층용 합성관(28)은 보다 강도가 우수한 압입관으로서, 내표면에 콘크리트가 일체로 입혀진 외부 다각형 강관(26)과, 이 외부 다각형 강관내에 삽입되어 콘크리트의 내표면과 접하며 조립되는 내부 다각형 강관(27)으로 구성되며, 서로 연접하는 부위를 용접으로 연결하여 일체화된다.

이렇게 구비된 압입관(20)들을 터널 시공부지의 지반 종류에 따라 선택하여 터널 시공 위치에 압입시키게 된다.

즉, 도 5에서 보듯이 터널 시공을 위한 추진 기지(10)내에 반력벽(12)이 설치되고, 이 반력벽(12)에 설치되는 유압잭(14)의 추진력을 받으면서 해당 터널 시공 위치에 압입관(20)을 압입하게 된다.

이때, 가장 먼저 압입된 압입관(20)의 내부에서 그 앞쪽의 토사층을 작업자가 굴착할 때, 부피가 큰 자갈 또는 전석층이 압입관이 압입될 외경방향으로부터 굴착되면, 토사층에 공동구(62)가 생기게 되므로, 이 공동구(62)내에 공동충전재(60)를 충전시키는 것이 바람직하다.

보다 상세하게는, 첨부한 도 9a 및 도 9b에 나타낸 바와 같이 부직포로 만든 봉지체내에 석분, 모래, 마사토 등이 혼합된 충전재를 넣어 밀봉한 후, 공동구(62)에 채워주게 된다.

이에, 후공정으로서 압입관(20)의 내부에서 그 외경방향의 토사층에 대한 그라우팅시 그라우팅 재료인 벤토나이트 또는 시멘트 현탁액이 공동충진재(60)에 흡수되어 고결됨에 따라, 지반층이 치밀하게 조성될 수 있다.

한편, 도 6에서 보는 바와 같이 상기 압입관(20)을 압입할 때, 압입관(20)의 외경면이 토사층과의 원할한 마찰을 하여 용이하게 압입될 수 있도록 압입관(20)의 외경면에 벤토나이트 윤활막(67) 처리를 하는 것이 바람직하다.

이렇게 압입관(20)들의 압입과정과 함께 압입관(20)내의 토사를 굴착하게 되는데, 토질별 굴착 방법을 달리 실시하게 된다.

즉, 연역지반의 경우(도 8a 참조), 작업자가 직접 일반공구를 이용하여 굴착하고, 일반토사-풍화암의 경우(도 8b 참조)에는 작업자가 핸드 브레이커를 이용하여 굴착하는 것이 좋으며, 암반(연암-경암)의 경우(도 8c 참조)에는 B/H 코어 천공기와 할암기 등을 이용하여 굴착하게 된다.

이때, 토사굴착수단(40)으로서, 도 8e에서 잘 볼 수 있듯이 상기 압입관(20)의 내경면에는 그 길이방향을 따라 환형프레임이 연속적으로 이어진 형태의 굴착 거치대(41)가 설치되고, 이 굴착 거치대(41)의 하부에는 굴착 거치대의 전후 이동을 위한 이송바퀴(42)가 장착되며, 굴착 거치대(41)의 상부에는 견인레일(43)이 설치된다.

또한, 상기 이동대차(48)의 상단 소정 위치에 견인레일(43)에 걸어지는 견인고리(45)가 형성되고, 전후면에는 대차 연결고리(46)가 형성되며, 저면에는 이송바퀴(47)가 장착된다.

따라서, 도 8a 내지 도 8d에 나타낸 바와 같이 상기 이송 컨베이어상의 굴착된 토사가 이동대차(48)내에 충진 완료되면, 전기자동차와 같은 소형 차량을 이용하여 이동대차(48)를 외부방향으로 이송시키게 되고, 빈 상태의 이동대차(48)는 견인레일(43)에 매달려서 다시 압입관(20)내의 굴착장소로 이동된다.

즉, 토사가 충진 완료된 이동대차(48)는 전기자동차에 의하여 견인되면서 외부로 이동하게 되고, 빈 상태의 이동대차(48)는 견인레일(43)에 매달리는 동시에 이송바퀴(42)로 이동하는 굴착 거치대(41)가 압입관(20)의 안쪽으로 이동하여 빈 상태의 이동대차(48)를 내려놓게 된다.

이렇게 이동대차(48)를 반복 순환식으로 구동시켜, 굴착된 토사를 외부로 신속하게 반출시킬 수 있다.

다음으로, 압입관(20)들의 압입 완료후, 서로 등간격으로 배열된 압입관(20)들을 연통시키기 위하여, 압입관(20)들의 인접 부위를 절단하여, 압입관(20)들을 서로 연통시키는 단계가 진행된다.

이어서, 압입관(20)들의 연통공간(16)은 그 상하에 토사층이 노출되는 상태가 되므로, 연통공간(16)의 상하면에 토사층을 지지하는 토압지지수단(30)을 설치하게 된다.

첨부한 도 11a 및 도 11b에서 잘 볼 수 있듯이, 상기 토압지지수단(30)은 압입관(20)과 압입관(20)간의 연통공간(16)에서 그 상면 및 바닥면에 설치되는 상부 및 하부 프리캐스팅 패널(31,32)과, 상단은 상부 프리캐스팅 패널(31)면에 지지되고, 하단은 하부 프리캐스팅 패널(32)면에 지지되는 토압지지대(33)로 구성된다.

보다 상세하게는, 상기 프리캐스팅 패널(31,32)은 평평한 판넬 형상으로서, 그 바깥쪽면에서 양단부에는 길이방향을 따라 패킹홈(34)이 형성되고, 이 패킹홈(34)내에는 압입관(20)의 절단부위에 밀착되어 기밀 유지를 하는 고무패킹(35)이 삽입된다.

이에, 상기 프리캐스팅 패널(31,32)이 압입관(20)과 압입관(20)간의 연통공간(16)에서 그 상면 및 바닥면에 설치되되, 패킹홈(34)내에 삽입된 고무패킹(35)이 압입관(20)의 절단면에 밀착되어 압입관(20)내로 수분 내지 토사 등이 침투되는 것을 방지하게 된다.

이때, 상기 프리캐스팅 패널(31,32)중 상부쪽에 배치되는 상부 프리캐스팅 패널(31)은 그라우팅을 실시한 후에 장착되고, 하부쪽에 배치되는 하부 프리캐스팅 패널(32)은 콘크리트를 타설한 후에 장착된다.

또한, 상기 토압지지수단(30)의 구성중 토압지지대(33)는 육각 단면 구조로서, 그 중앙부에는 벤토나이트 재질로 성형된 고강도의 벤토나이트 지수제(36)가 메꾸어지는 홈이 형성되고, 이 벤토나이트 지수제(36)를 중심으로 그 상부 및 하부에는 PC콘크리트 재질의 프리캐스팅 서포트(37)가 일체로 성형된 구조로 제작되며, 하부 프리캐스팅 서포트(37)의 하단에는 토압지지대(33)의 상하 길이 조절을 위한 스크류 잭(38)이 장착된다.

따라서, 상기 토압지지대(33)의 상부 및 하부 프리캐스팅 서포트(37)가 각각 상부 프리캐스팅 패널(31)과 하부 프리캐스팅 패널(32)에 지지됨에 따라, 압입관(20)과 압입관(20)간의 연통공간(16)에 대한 토압 지지력이 발휘되어진다.

한편, 상기 압입관(20)의 연통공간(16)에 상부 및 하부 프리캐스팅 패널(31,32)을 설치하기 전에 연통공간(16)의 상하부에 존재하는 토사층에 콘크리트 타설을 먼저 실시하여, 토사층을 치밀하게 하는 동시에 평평한 콘크리트 타설면(68)에 토압지지수단(30)의 하부 프리캐스팅 패널(32)을 설치하는 것이 바람직하고, 상부에는 그라우팅을 실시한 후에 상부 프리캐스팅 패널(31)을 설치하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 7 및, 도 10a 내지 도 10d에서 보는 바와 같이, 상기 압입관(20)의 내부에서 그 외부의 토사층으로 그라우팅재를 주입하기 위한 그라우팅 주입수단(50)를 관통 설치하여, 그라우팅 주입액을 토사층에 주입함으로써, 토사층에 대한 그라우팅이 이루어져 토사층이 치밀한 밀도를 유지하는 동시에 견고한 강도를 유지하며 응고된 상태가 되도록 한다.

보다 상세하게는, 상기 그라우팅 주입수단(50)의 주된 구성으로서, 선단이 뾰족하게 가공된 중공형의 그라우팅 튜브(51)를 압입관(20)에 천공된 드릴홀을 통하여 토사층으로 압입되어, 그라우팅 튜브(51)를 통해 토사층으로 그라우팅재가 주입된다.

이때, 상기 그라우팅 튜브(51)의 후단에는 나사산(52)이 형성되는 바, 이 나사산(52)에는 압입관(20)의 내경면에 밀착 지지되는 지지판(53)이 체결된다.

또한, 상기 그라우팅 튜브(51)는 그 길이를 증가 또는 감소 조절하기 위하여, 여러개가 분리 가능하게 체결된 튜브로서, 그 절단부위에 고무 슬리브(56)를 체결하여 여러개가 분리 가능하게 조립될 수 있다.

또한, 상기 그라우팅 튜브(51) 또는 고무 슬리브(56)에는 그라우팅용 주입액이 토사층으로 주입되도록 한 주입홀(54)이 형성된다.

이때, 상기 그라우팅 주입액은 물+점토, 물+점토+벤토나이트, 물+벤토나이트+시멘트, 물+벤토나이트, 물+슬래그시멘트 중 선택된 어느 하나를 사용한다.

이렇게 상기 압입관(20)의 외부에 존재하는 토사층에 그라우팅 주입액을 주입하여, 토사층을 치밀하게 다져줌으로써, 토사층이 치밀한 밀도를 유지하는 동시에 견고한 강도를 유지하게 되며, 암반층의 경우에는 그라우팅용 주입액의 주입후에 그라우팅 튜브(51)의 내부에 철근봉(55)을 압입시켜 그라운팅 튜브(51)의 압축 방지 및 강도 증가를 도모하는 것이 바람직하다.

다음으로, 첨부한 도 12에서 보는 바와 같이 서로 연통된 압입관(20)들의 바닥쪽에 바닥형틀(63)을 설치한 후, 그 위에 철근망(64)을 조립한 다음, 콘크리트(66)를 타설하는 단계가 진행된다.

즉, 서로 연통된 하나의 연통공간(16)내에서 그 바닥에 동바리와 합판을 이용하여 바닥형틀(63: 거푸집)을 설치하되, 바닥형틀(63)의 높이는 토압지지대(33)의 하단에 구비된 스크류잭(38)의 상단끝 수준으로 설치하게 된다.

연이어, 서로 연통된 하나의 연통공간(16)내에 철근망(64)을 조립한 후, 콘크리트타설 파이프를 통하여 콘크리트(66)를 타설하고, 콘크리트(66)를 양생시킨다.

최종적으로, 압입관들의 안쪽 공간(터널의 통로가 되는 공간)에 존재하는 토사층을 걷어내고, 토사층을 걷어냄에 따라 노출되는 압입관들의 바닥판을 제거하고, 그 안쪽의 바닥형틀(63) 및 스크류잭(38) 등을 제거함으로써, 도 2a 내지 4b에서 보는 바와 같이 콘크리트(66)의 내면이 터널면으로서 노출된다.

여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압입관 및 그 시공 방법을 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 16 내지 도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압입관의 구조를 설명하는 도면이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 압입관은 스틸관 및 콘크리트관이 조합된 합성관(70)으로서, 외경부는 스틸관(71)으로 형성되고, 내경부에는 콘크리트관(72)으로 형성되며, 두 개의 원형 압입관이 마치 아라비아 숫자 "8"과 같이 서로 연통되는 구조로 구비된다.

상기 합성관(70)의 중앙 연통부에는 길이방향을 따라 토압지지대(33)가 등간격으로 배열되고, 각 토압지지대(33) 사이에는 보강빔(73)이 더 배열된다.

상기 보강빔(73)은 스크류 잭(38)에 의하여 지지되는 복수개의 수직방향 H빔(73a)과, 수직방향 H빔(73a)의 상단간에 연결되는 수평방향 H빔(73b)으로 구성된다.

특히, 상기 합성관(70)의 내부에서 그 양측 벽면은 분리형 콘크리트판(74)으로 구성된다.

여기서, 상기와 같이 제작된 본 발명의 다른 실시예에 따른 압입관에 대한 시공 방법을 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압입관 시공 방법을 순서대로 나타낸 단면도이고, 도 23은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압입관 시공 완료 상태를 나타내는 단면도이다.

먼저, 터널 시공을 위한 추진 기지에서 유압잭의 추진력을 이용하여 해당 터널 시공 위치에 합성관(70)을 압입하게 된다(도 22의 (a)도면 참조).

이때, 선행 압입된 합성관(70)의 바로 옆에 다른 합성관(70)을 인접되게 압입시킨다(도 22의 (b)도면 참조).

다음으로, 압입된 합성관(70)의 콘크리트관(72) 양측 벽면에서 분리형 콘트리트판(74)을 떼어내어 분리시킴으로써, 외경부에 위치된 스틸관(71)의 양측 벽면이 노출되는 상태가 되도록 한다(도 22의 (b)도면 참조).

이어서, 상기 분리형 콘크리트판(74)을 분리함에 따라 노출된 스틸관(71)의 양측 벽면 즉, 서로 인접하는 합성관(70)의 스틸관(71)의 양측 벽면을 절개시켜 관통시킴으로써, 서로 인접하는 합성관(70)이 서로 연통되는 상태가 되도록 한다(도 22의 (c)도면 참조).

다음으로, 서로 인접하는 합성관(70)의 연통부분에 토압지지수단으로서, 상단에는 방수철판(75)이 배열되고, 하단에는 프리캐스팅 패널(76)이 배열되며, 방수철판(75)과 프리캐스팅 패널(76) 사이에는 프리캐스팅 서포트(77)가 지지되며 배치된다.

이렇게 합성관(70)을 압입하고, 분리형 콘크리트판(74) 및 스틸관(71)의 양측 벽면을 제거하는 등의 작업을 반복함으로써, 첨부한 도 23에 도시된 바와 같이 압입관의 시공이 완료되어진다.

이후, 상기와 같이 서로 연통된 합성관(70)들의 바닥에 바닥형틀을 설치하는 동시에 철근망을 조립한 후, 콘크리트를 타설함으로써, 터널 시공이 완료되어진다.

10 : 추진 기지 12 : 반력벽
14 : 유압잭 16 : 연통공간
20 : 압입관 21 : 원형 강관
22 : PC콘크리트관 23 : 원형 합성관
24 : 다각형 강관 25 : 토사층용 합성관
26 : 외부 다각형 강관 27 : 내부 다각형 강관
28 : 암반층용 합성관 30 : 토압지지수단
31 : 상부 프리캐스팅 패널 32 : 하부 프리캐스팅 패널
33 : 토압지지대 34 : 패킹홈
35 : 고무패킹 36 : 벤토나이트 지수제
37 : 프리캐스팅 서포트 38 : 스크류 잭
40 : 토사굴착수단 41 : 굴착 거치대
42 : 이송바퀴 43 : 견인레일
44 : 이송 컨베이어 45 : 견인고리
46 : 대차 연결고리 47 : 이송바퀴
48 : 이동대차 50 : 그라우팅 주입수단
51 : 그라우팅 튜브 52 : 나사산
53 : 지지판 54 : 주입홀
55 : 철근봉 56 : 고무 슬리브
60 : 공동충전재 62 : 공동구
63 : 바닥형틀 64 : 철근망
66 : 콘크리트 67 : 벤토나이트 윤활막
68 : 콘크리트 타설면 70 : 합성관
71 : 스틸관 72 : 콘크리트관
73 : 보강빔 73a : 수직방향 H빔
73b : 수평방향 H빔 74 : 분리형 콘크리트판
75 : 방수철판 76 : 프리캐스팅 패널
77 : 프리캐스팅 서포트

Claims

삭제
터널 시공을 위한 추진 기지(10)내에 설치되는 반력벽(12)과, 상기 반력벽(12)에 설치되는 유압잭(14)을 포함하는 비개착식 지하터널 축조 장치에 있어서,
터널 시공부지의 토질에 압입될 수 있는 것으로 선택되어, 상기 유압잭(14)의 추진력에 의하여 터널 시공 위치에 등간격을 이루며 압입되는 다수의 압입관(20)과;
상기 압입관(20)들의 인접 부위를 절단 제거하여 얻어진 연통공간(16)내에 설치되는 토압지지수단(30)과;
상기 압입관(20)의 내부공간에 토사를 제거하기 위하여 설치되는 토사굴착수단(40)과;
상기 압입관(20)의 내부에서 압입관(20)의 외부로 관통 삽입되어, 그라우팅 주입재를 토사층내에 주입하는 그라우팅 주입수단(50);
을 포함하여 구성되고,
상기 압입관(20)은:
원형 강관(21)과;
원형 강관(21)의 외경에 PC콘크리트관(22)이 일체로 조립된 원형 합성관(23)과;
다각형 강관(24)과, 상기 다각형 강관(24)의 외표면에 PC콘크리트관(22)이 일체로 조립된 다각형의 토사층용 합성관(25)과;
내표면에 콘크리트가 일체로 입혀진 외부 다각형 강관(26)과, 상기 외부 다각형 강관내에 삽입되어 콘크리트의 내표면과 접하며 조립되는 내부 다각형 강관(27)으로 이루어진 다각형의 암반층용 합성관(28);
외경부는 스틸관(71)으로 형성되고, 내경부에는 콘크리트관(72)으로 형성된 것으로서, 두 개의 원형 압입관이 서로 연통되는 구조로 구비된 합성관(70);
중 선택된 어느 하나 또는 두 개 이상이 조합된 것임을 특징으로 하는 비개착식 지하터널 축조 장치.
터널 시공을 위한 추진 기지(10)내에 설치되는 반력벽(12)과, 상기 반력벽(12)에 설치되는 유압잭(14)을 포함하는 비개착식 지하터널 축조 장치에 있어서,
터널 시공부지의 토질에 압입될 수 있는 것으로 선택되어, 상기 유압잭(14)의 추진력에 의하여 터널 시공 위치에 등간격을 이루며 압입되는 다수의 압입관(20)과;
상기 압입관(20)들의 인접 부위를 절단 제거하여 얻어진 연통공간(16)내에 설치되는 토압지지수단(30)과;
상기 압입관(20)의 내부공간에 토사를 제거하기 위하여 설치되는 토사굴착수단(40)과;
상기 압입관(20)의 내부에서 압입관(20)의 외부로 관통 삽입되어, 그라우팅 주입재를 토사층내에 주입하는 그라우팅 주입수단(50);
을 포함하여 구성되고,
상기 토압지지수단(30)은:
압입관(20)과 압입관(20)을 서로 연통시키는 연통공간(16)의 상면 및 바닥면에 설치되는 상부 및 하부 프리캐스팅 패널(31,32)과;
상단은 상부 프리캐스팅 패널(31)면에 지지되고, 하단은 하부 프리캐스팅 패널(32)면에 지지되는 토압지지대(33);
을 포함하고,
상기 토압지지대(33)는 육각 단면 구조로서, 중간의 홈을 중심으로 상부 및 하부에 일체로 배열되는 PC콘크리트 재질의 프리캐스팅 서포트(37)와, 중간의 홈에 메꾸어지는 벤토나이트 지수제(36)와, 캐스팅 서포트(37)의 하단에 조립되는 스크류 잭(38)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비개착식 지하터널 축조 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 프리캐스팅 패널(31,32) 바깥쪽면의 양단부에는 길이방향을 따라 패킹홈(34)이 형성되고, 상기 패킹홈(34)내에는 압입관(20)의 절단부위에 밀착되어 기밀 유지를 하는 고무패킹(35)이 삽입되는 것을 특징으로 하는 비개착식 지하터널 축조 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 합성관(70) 내부의 양측 벽면에는 분리형 콘크리트판(74)이 부착되고, 상기 합성관(70)의 중앙 연통부에는 길이방향을 따라 토압지지대(33)가 등간격으로 배열되며, 각 토압지지대(33) 사이에는 스크류 잭(38)에 의하여 지지되는 복수개의 수직방향 H빔(73a)과, 수직방향 H빔(73a)의 상단간에 연결되는 수평방향 H빔(73b)으로 구성되는 보강빔(73)이 배치되는 것을 특징으로 하는 비개착식 지하터널 축조 장치.
터널 시공을 위한 추진 기지(10)내에 설치되는 반력벽(12)과, 상기 반력벽(12)에 설치되는 유압잭(14)을 포함하는 비개착식 지하터널 축조 장치에 있어서,
터널 시공부지의 토질에 압입될 수 있는 것으로 선택되어, 상기 유압잭(14)의 추진력에 의하여 터널 시공 위치에 등간격을 이루며 압입되는 다수의 압입관(20)과;
상기 압입관(20)들의 인접 부위를 절단 제거하여 얻어진 연통공간(16)내에 설치되는 토압지지수단(30)과;
상기 압입관(20)의 내부공간에 토사를 제거하기 위하여 설치되는 토사굴착수단(40)과;
상기 압입관(20)의 내부에서 압입관(20)의 외부로 관통 삽입되어, 그라우팅 주입재를 토사층내에 주입하는 그라우팅 주입수단(50);
을 포함하여 구성되고,
상기 토사굴착수단(40)은:
압입관(20)의 내경면을 따라 고정되는 굴착 거치대(41)와;
상기 굴착 거치대(41)의 하부에 장착되는 이송바퀴(42)과;
상기 굴착 거치대(41)의 상부에 장착되는 견인레일(43)과;
압입관(20)내의 선단부에 배치되는 이송 컨베이어(44)와;
상단 소정 위치에 견인레일(43)에 걸어지는 견인고리(45)가 형성되고, 전후면에는 대차 연결고리(46)가 형성되며, 저면에는 이송바퀴(47)가 장착된 반출용 이동대차(48);
로 구성되는 것을 특징으로 하는 비개착식 지하터널 축조 장치.
터널 시공을 위한 추진 기지(10)내에 설치되는 반력벽(12)과, 상기 반력벽(12)에 설치되는 유압잭(14)을 포함하는 비개착식 지하터널 축조 장치에 있어서,
터널 시공부지의 토질에 압입될 수 있는 것으로 선택되어, 상기 유압잭(14)의 추진력에 의하여 터널 시공 위치에 등간격을 이루며 압입되는 다수의 압입관(20)과;
상기 압입관(20)들의 인접 부위를 절단 제거하여 얻어진 연통공간(16)내에 설치되는 토압지지수단(30)과;
상기 압입관(20)의 내부공간에 토사를 제거하기 위하여 설치되는 토사굴착수단(40)과;
상기 압입관(20)의 내부에서 압입관(20)의 외부로 관통 삽입되어, 그라우팅 주입재를 토사층내에 주입하는 그라우팅 주입수단(50);
을 포함하여 구성되고,
상기 그라우팅 주입수단(50)은:
선단이 뾰족한 구조로서, 압입관(20)에 천공된 드릴홀을 통하여 토사층으로 압입되는 중공형의 그라우팅 튜브(51)와;
상기 그라우팅 튜브(51)의 후단에 형성된 나사산(52)에 결합되는 지지판(53)과;
상기 압입관(20)의 내부에서 그라우팅 튜브(51)를 통해 주입되는 그라우팅용 주입액이 토사층으로 분사되도록 그라우팅 튜브(51)의 소정 위치에 형성되는 주입홀(54)과;
상기 그라우팅용 주입액의 분사후, 그라우팅 튜브(51)의 내부에 압입 체결시키는 철근봉(55);
으로 구성된 것을 특징으로 하는 비개착식 지하터널 축조 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 그라우팅 튜브(51)의 길이를 증가 또는 감소 조절하기 위하여, 그라우팅 튜브(51)는 여러개로 절단 구비되고, 상기 그라우팅 튜브(51)의 절단부위는 고무 슬리브(56)에 의하여 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 비개착식 지하터널 축조 장치.
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터널을 시공하고자 하는 장소의 양편에 일정 깊이의 추진기지(10) 및 도달기지를 굴착 형성하는 단계와, 터널 시공 위치의 상측 영역에 걸쳐 다수의 파이프루프를 매설하여 그라우팅을 시공하는 단계와, 상기 추진기지(10)내에 버팀반력벽(12)을 구축한 후, 상기 버팀반력벽(12)에 압입 추진수단인 유압잭(14)을 설치하는 단계를 포함하는 비개착식 지하터널 축조 방법에 있어서,
토질분류표와, 기초지반의 종류에 따른 공법 분류표 및 지반별 수평 선진그라우팅 종류표를 미리 작성하여, 해당 터널 시공 부지에 사용되는 구성부품들을 선택하는 단계와;
터널 시공부지의 지반 종류에 따라 선택한 압입관(20)을 선택하여, 추진기지(10)에서 유압잭(14)의 힘으로 터널 시공 위치에 연속적으로 압입하는 단계와;
상기 압입관(20)내의 토사를 굴착하여 반출시키는 단계와;
가장 먼저 압입된 압입관(20)의 앞쪽에서 자갈, 전석층이 굴착됨에 발생된 공동구(62)에 공동충전재(60)를 충전시키는 단계와;
압입관(20)들의 압입 완료후, 서로 등간격으로 배열된 압입관(20)들을 연통시키기 위하여, 압입관(20)들의 인접 부위를 절단하고, 절단된 연통공간(16)의 상하면을 지지하는 토압지지수단(30)을 설치하는 단계와;
상기 압입관(20)의 내부에서 압입관(20) 외부의 토사층으로 그라우팅 주입 튜브(51)를 관통 삽입하여, 그라우팅 주입액을 토사층에 주입하는 단계와;
서로 연통된 압입관(20)들의 바닥쪽에 바닥형틀(63)을 설치한 후, 상기 바닥형틀(63)의 위에 철근망(64)을 조립한 다음, 콘크리트(66)를 타설하는 단계;
를 포함하고,
상기 압입관(20)의 압입시 압입관(20)의 외경면에 토사층과의 원할한 마찰을 유도하는 벤토나이트 윤활막(67) 처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 비개착식 지하터널 축조 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 그라우팅 주입액은 물+점토, 물+점토+벤토나이트, 물+벤토나이트+시멘트, 물+벤토나이트, 물+슬래그시멘트 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 비개착식 지하터널 축조 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 압입관(20)의 연통공간(16)에 프리캐스팅 패널(32)이 설치되되, 상기 연통공간(16)의 하부에 존재하는 토사층에 콘크리트 타설이 이루어진 후, 콘크리트 타설면(68)에 토압지지수단(30)의 프리캐스팅 패널(32)이 평탄화를 이루며 설치되는 것을 특징으로 하는 비개착식 지하터널 축조 방법.