KR101025075B1

KR101025075B1 - 연속압출방식의 지중터널 구조물 및 그의 시공방법

Info

Publication number: KR101025075B1
Application number: KR1020080126067A
Authority: KR
Inventors: 조재열; 박정일
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2011-03-25
Anticipated expiration: 2028-12-11
Also published as: KR20100067484A

Abstract

본 발명에서는, 한쪽 육상의 터널입구(101)로부터 지중으로 굴착구(100)를 굴착해 들어가고; 이와 병행하여 육상의 터널입구(101)에 설치된 제작장(2)에서 터널의 노반을 이루는 바닥판 유닛(210)들을 상기 굴착구(100)와는 별개로 제작하여 연속적으로 잇대어 가면서 상기 굴착구(100) 안으로 밀어 넣어 바닥판 구조물(200)을 압출하며, 한쪽 육상의 입구로부터 반대편 육상의 터널출구까지 상기 굴착구(100)와 바닥판 구조물(200)이 관통할 때까지 상기한 굴착공정과 압출공정을 계속 수행하여 굴착구(100) 안에 별개로 제작된 바닥판 구조물(200)이 깔린 형태의 지중터널 구조물을 완성하는 지중터널 및 그의 시공방법을 개시한다. 이러한 본 발명은 굴착구와 바닥판 구조물을 별개로 형성하는데, 바닥판 구조물을 미리 터널 밖에서 단계별로 제작하여 잇대어가면서 굴착구 안으로 연속 압출함으로써 터널 내부에서 추가적으로 노반을 타설할 필요가 없고, 콘크리트 레미콘의 반입, 콘크리트 양생, 추가적인 부대 시설 등의 복잡하고 시간이 많이 걸리는 공정이 필요 없고 시공이 간단하여 전체 터널시공의 공사기간과 공사비를 획기적으로 줄일 수 있다.

지중터널, 해저터널, 바닥판, 연속압출, 드라이 도크, TBM, 발파

Description

연속압출방식의 지중터널 구조물 및 그의 시공방법{A Underground Tunnel and the Construction Method thereof}

본 발명은 지중터널 구조물 및 그의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지중터널을 굴착하고 그 안에 노반을 이루는 바닥판 구조물을 별도로 제작하여 연속압출공법에 의해 압출(삽입)함으로써 해저터널의 시공이 극히 간단하고 시공 기간과 비용을 획기적으로 감축할 수 있는 지중터널 구조물 및 그의 시공방법에 관한 것이다.

해양 바닥지반을 뚫고 지나가는 해저터널이나 강, 하천 바닥지반을 뚫고 지나가는 하저터널과 같이 지하를 직접 뚫고 지나가는 지중터널을 시공하는 종래의 방법으로서는, 주로 재래의 TBM(Tunnel Boring Machine)이나 발파에 의해 굴착하고, 그 굴착 내면에 1차 및 2차 콘크리트 라이닝을 포설하는 시공 방법을 사용한다. 이는 한쪽 육상의 터널입구로부터 반대쪽 육상의 터널출구 끝까지 한쪽 방향으로 굴착해나가면서 콘크리트 라이닝 2중으로 포설하고, 그 바닥에 다시 노반을 콘크리트 타설하여야 하는 것이기 때문에, 지중터널의 연장길이가 길어질수록 라이닝 용 콘크리트 레미콘의 반입이나 굴착암석의 반출 등의 어려움이 있고, 콘크리트 타설을 위한 거푸집을 일일이 설치하여야 하며, 콘크리트의 추가적인 양생 기간도 필요할 뿐만 아니라, 노반이나 내부 시설도 모두 추가적인 공정으로 시설해야함으로써 전체 터널시공의 공기와 터널 공사비가 기하급수적으로 늘어난다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명의 첫 번째 목적은 굴착구와 바닥판 구조물로 이루어지는데, 상기 바닥판 구조물은 터널 밖의 제작장에서 미리 단계별로 제작하여 잇대어가면서 터널 안으로 연속 압출함으로써, 복잡한 터널 내부에서 노반을 추가로 타설할 필요가 없고, 콘크리트 레미콘의 반입, 콘크리트 양생, 추가적인 부대 시설 등의 복잡하고 시간이 많이 걸리는 공정이 필요 없고 시공이 간단하여 전체 터널시공의 공사기간과 공사비를 획기적으로 줄일 수 있는 지중터널 구조물 및 그의 시공방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 두 번째 목적은 지중터널 굴착구간 중간 중간에 수직터널과 지중 드라이 도크를 미리 굴착하고, 상기와 같이 터널 밖에서 바닥판 구조물을 터널입구로부터 굴착구 안쪽으로 연속압출하는 것에 병행하여 지중 드라이 도크로부터도 바닥판 구조물을 제작하여 압출을 행함으로써 터널 시공 기간을 수직터널의 개수가 늘어나는 만큼 더 획기적으로 줄일 수 있는 지중터널 구조물 및 그의 시공방법을 제공하는 것에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 지중터널은, 양쪽 육상 부분에 터널입구와 터널출구를 가지면서 지반을 속을 뚫고 지나가는 형태로 형성되는 굴착구; 세그먼트 형태의 바닥판 유닛들을 터널입구 또는 출구의 제작장에서 상기 굴착구와는 별개로 사전에 제작하여 연속적으로 잇대어 굴착구 안으로 압출하여 삽입한 형태로 이루어져서 상기 굴착구의 바닥과는 별도의 구조물로서 설치되어 노반을 이루는 바닥판 구조물; 및 상기 굴착구의 바닥과 상기 바닥판 구조물의 하면 사이에서 상기 바닥판 구조물의 이송을 안내하는 가이드 롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 지중터널에 있어서, 상기 지중터널의 굴착 경로 중간에는 상기 굴착구와 대기를 통하게 연결하는 하나 이상의 수직터널을 서로 간격을 유지하여 설치하고, 상기 수직터널의 아래에는, 상기 터널입구 쪽 제작장과 병행하여 바닥판 유닛을 제작하여 압출하기 위한 지중 드라이 도크를 설치하는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명의 지중터널에 있어서, 상기 가이드 롤러는 상기 굴착구 바닥에 설치되거나, 또는 상기 바닥판 구조물의 하면에 설치될 수 있다.

상기한 본 발명의 지중터널에 있어서, 상기 굴착구의 내벽에는 숏크리트에 의한 라이닝을 더 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 지중터널 시공방법은, 한쪽 육상의 터널입구로부터 지중으로 굴착구를 굴착해 들어가는 공정(s1); 상기 공정(s1)과 병행하여, 육상의 터널입구에 설치된 제작장에서 터널의 노반을 이루는 바닥판 유닛들을 상기 굴착구와는 별개로 제작하여 연속적으로 잇대어 가면서 상기 굴착구 안으로 밀어 넣어 바닥판 구조물을 압출하는 공정(s2); 한쪽 육상의 입구로부터 반대편 육상의 터널출구까지 상기 굴착구와 바닥판 구조물이 관통할 때까지 상기 굴착공정(s1)과 상기 압출공정(s2)을 계속 수행하여 굴착구 안에 별개로 제작된 바닥판 구조물이 깔린 형태의 지중터널 구조물을 완성하는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명의 지중터널 시공방법에 있어서, 상기 공정(s2) 전에 상기 굴착구의 바닥에 바닥판 구조물의 압출을 안내하기 위한 가이드 롤러를 설치하거나, 또는 상기 공정(s2)에서 육상 제작장에서 상기 바닥판 유닛을 제작할 때, 상기 바닥판 유닛의 하면에 가이드 롤러를 설치할 수 있다.

상기한 본 발명의 지중터널 시공방법에 있어서, 상기 공정(s1)과 상기 공정(s2) 사이에 상기 굴착구의 내벽면에 숏크리트에 의한 라이닝을 더 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 방향에 따른 지중터널 시공방법은, 육상의 터널입구로부터 지중으로 제1굴착구를 굴착해 들어가는 공정(s11); 상기 공정(s11)과 병행하여, 육상의 터널입구에 설치된 제작장에서 터널의 노반을 이루는 별도의 바닥판 유닛을 제작하여 연속적으로 잇대어 가면서 상기 제1굴착구 안으로 밀어 넣어 제1 바닥판 구조물을 압출하는 공정(s12); 상기 굴착공정(s11)의 전 또는 후에, 또는 상기 압출공정(s12) 전 또는 후에, 또는 상기 굴착공정(s11) 또는 상기 압출공정(s12)과 병행하여, 지중터널의 굴착 경로 중간의 하나 이상의 지점에 수직터널을 내려 설치하고, 상기 수직터널 내부 아래를 더 굴착해 내려가서 지중 드라이 도크를 구축하는 공정(s13); 상기 지중 드라이 도크 중 어느 하나 이상의 드라이 도크로부터 지중터널의 출구방향, 또는 입구방향, 또는 출구방향과 입구방향 모두로부터 제2굴착 구를 굴착하고, 상기 지중 드라이 도크에서 별도의 제2 바닥판 유닛을 제작하여 연속적으로 잇대어 가면서 상기 제2굴착구 안으로 밀어 넣어 제2 바닥판 구조물을 압출하는 공정(s14); 및 상기 하나 이상의 지중 드라이 도크 내에서 만나는 양측의 바닥판 구조물의 단부를 서로 연결하는 공정(s15)을 포함한다.

여기서, 상기 공정(s11), 공정(s12) 또는 공정(s13)과 병행하여, 육상의 터널출구에도 제작장을 설치하고, 상기 터널출구로부터 터널입구를 향해 제3굴착구를 굴착해 들어가고, 상기 터널출구의 제작장에서 제3 바닥판 유닛들을 제작하여 연속적으로 잇대어 가면서 상기 제3굴착구 안으로 밀어 넣어 제3 바닥판 구조물을 압출하는 공정을 더 수행할 수 있다.

본 발명에 따른 지중터널 구조물 및 그 시공방법에 의하면, TBM이나 발파로 터널입구로부터 안쪽으로 굴착구를 굴착해 들어가고, 이와 별개로 터널의 노반을 이루는 바닥판 유닛을 터널입구 밖에서 제작할 뿐만 아니라, 바닥판 유닛 상에 노반, 철로 등의 내부공사까지 마무리하여 터널입구로부터 굴착구 안쪽으로 연속 압출할 수 있음으로써, 전체 터널시공의 공기와 터널공사비를 획기적으로 줄일 수 있다.

또한 바닥판 유닛을 터널입구로부터 굴착구 안쪽으로 연속 압출함은 물론, 지중터널의 재난 시 인명탈출 및 환기용 인공섬으로의 기능을 수행하는 수직터널을 통해 수직터널 아래쪽에 미리 굴착해 놓은 지중 드라이 도크로 TBM이나 바닥판 유 닛의 제작과 내부공사에 필요한 장비와 재료를 반입하여 양방향으로 제작 압출함으로써 수직터널(인공섬)의 개수를 증가시키는 만큼 터널 시공기간을 한층 더 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 지중터널의 연장이 길어지면 길어질수록 기하급수적으로 늘어나는 공기와 공사비 문제를 해결하고, 초장대 지중터널도 저렴하면서 짧은 기간 내에 안전한 시공이 가능하다는 인식을 확산시켜, 천문학적인 공사비와 엄청난 공사기간 때문에 경제성이 없다고 주저하고 있는 해저터널의 착공을 앞당겨 활성화하는 효과를 얻을 수 있다.

아래에서, 본 발명에 따른 지중터널과 그의 시공방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하면서 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 연속 압출 공법에 의한 지중터널 구조물을 보여주는 것으로서, 도 1에는 지중터널의 횡단면의 일례를 보여주는 도면이 도시되어 있고, 도 2에는 지중터널의 횡단면의 또 다른 예를 보여주는 도면이 도시되어 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 지중터널은, 양쪽 육상 부분에 터널입구와 터널출구(도시하지 않음)를 가지면서 지반 속을 뚫고 지나가는 형태의 굴착구(100)와, 상기 굴착구(100)의 내부에 상기 굴착구(100)의 바닥과 소정의 간격을 유지하여 상기 굴착구(100) 안에 굴착구(100)와는 별개의 구조물로서 삽입되 는 바닥판 구조물(200)로 구성된다.

이는, 굴착구(100)의 바닥에 직접 콘크리트 타설하여 노반을 형성하는 것이 아니라, 노반을 이루는 바닥판 구조물(200)을 밖에서 별개로 제작하여 굴착구(100) 안으로 연속적으로 압출하여(밀어넣어) 간단한 구조의 해저터널을 구축할 수 있도록 한 지중터널이다. 또한, 바닥판 구조물(200)을 밖에서 제작하여 굴착구(100) 안으로 압출함으로써 제작이 용이하고 굴착구(100)의 굴착에 연속하여 설치할 수 있도록 함으로써 시공이 용이할 뿐만 아니라 시공기간과 비용을 감축할 수 있도록 한 것이다.

이러한 본 발명은, 지중 굴착구(100)가 붕괴할 염려가 없거나 누수의 염려가 없을 때에 적용하기에 알맞은 간단한 구조의 지중터널을 제공한다. 이 경우, 상기 굴착구(100)의 내벽면에 무수축 모르타르에 의한 숏크리트를 타설하여 1차적인 라이닝(110)을 형성하면 혹시 발생할지 모르는 누수에 간단하게 대비할 수 있다.

바깥 육상의 터널입구(101)에 마련된 제작장(2)에서 바닥판 유닛(210)을 제작할 때, 지중터널의 용도가 자동차 터널이라면 상기 바닥판 유닛(210)의 상면에 최종적인 노반(220)(도 1 참조)을 미리 포설한 채로 제작하여 압출하고, 철도 용도라면 그 상면에 최종적인 철로 구조물(230)(도 2 참조)을 미리 시설한 채로 제작하여 압출하면 터널의 노반이 한꺼번에 간단하게 구축되므로 추가 작업을 극소화할 수 있다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 바닥판 구조물(200)의 이송을 용이하게 하기 위해서, 상기 굴착구(100)의 바닥과 상기 바닥판 구조물(200)의 하 면 사이에는 상기 바닥판 구조물(200)의 이송을 안내하는 가이드 롤러(310)를 설치할 수 있다.

상기 가이드 롤러(310)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 굴착구(100) 바닥에 설치되거나, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 바닥판 구조물(200)의 하면에 설치될 수 있다. 도 1과 같이 굴착구(100)의 바닥에 설치하는 경우에는, 굴착구(100)의 바닥에 먼저 받침구(320)를 지지하고 그 위에 상기 가이드 롤러(310)의 지지 프레임(311)을 장착하는 것이 바람직하다. 도 2와 같이 바닥판 구조물(200)의 하면에 직접 설치하는 경우에는 바닥판 구조물(200)의 하면에 지지 프레임(312)을 매립하고, 해당 지지 프레임(312)에 가이드 롤러(310)를 설치할 수 있다.

상기한 가이드 롤러(310)는 지중터널이 완성된 이후에도 철거하지 않고 계속하여 바닥판 구조물(200)을 지탱하도록 할 수 있다. 또한, 상기 받침구(320)를 건설분야에서 교량받침으로 많이 활용하는 탄성받침(고무와 금속판이 교대로 적층된 형태)으로 구성하면, 받침구(320)가 바닥판 구조물(200)의 거동을 흡수할 수 있기 때문에 지진 등에 대해서도 안정성을 확보할 수 있다. 상기 가이드 롤러(310)와 병행하여, 상기 바닥판 구조물(310)을 유압 또는 공압을 이용한 압출용 잭장치나 윈치 등과 같은 공지의 압출기구(350)를 사용하면 압출을 더욱 쉽게 할 수 있다.

또한, 압출시 상기 바닥판 구조물(200)의 중간 부분은 굴착 암석을 배출하기 위한 컨베이어 장치(240)를 설치할 수 있고, 그 양쪽은 작업 차량이나 작업자가 드나드는 임시 작업로로 활용할 수 있다.

첨부 도면 도 3은 본 발명의 지중터널의 구조 및 시공 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 지중터널은, 양쪽 육상 부분에 터널입구(101)와 터널출구(도시하지 않음)을 가지면서 지반 속을 뚫고 지나가는 형태의 굴착구(100)(이하, 다른 실시예에 따른 굴착구들과 구분하기 위해 '제1굴착구(100a)'라고 칭한다)와, 상기 제1굴착구(100a)의 내부에 별개의 구조물로서 압출하여 설치되는 바닥판 구조물(200)(이하, 다른 실시예에 따른 바닥판 구조물과 구분하기 위해 '제1 바닥판 구조물(200a)'이라고 칭한다)로 구성된다.

이러한 지중터널의 구체적인 시공과정으로서, 상기 제1굴착구(100a)는 한쪽 육상의 지중터널의 입구(101)로부터 재래의 발파방법 또는 TBM 장비 등을 사용하여 반대쪽 육상의 터널출구를 향해 굴착해 나간다.

그리고 상기 제1 바닥판 구조물(200a)은 상기 제1굴착구(100a)의 진행을 따라 연속압출방식에 의해 삽입한다. 구체적으로, 상기 지중터널의 입구(101)에는 제1 바닥판 구조물(200a)의 연속압출을 위한 제작장(2)을 구축하고, 상기 제작장(2)에서 세그먼트 형태로 바닥판 유닛(210)(이하, 다른 바닥판 유닛과 구분하기 위해 '제1 바닥판 유닛(210a)'이라고 칭한다)을 제작하여 뒤쪽으로 계속하여 연결하며, 연결되는 만큼 제1굴착구(100a) 안으로 계속하여 밀어넣는 것이다.

바깥 육상의 터널입구(101)에 마련된 제작장(2)에서는, 상기 제1 바닥판 유닛(210a)의 상면에, 도 1 및 도 2에서 이미 설명한 바와 같이, 노반이나 철로 구조물을 미리 시설한 채로 제작하고, 이들을 일체로 압출하면 추가 작업을 극소화할 수 있다.

이와 같이 굴착구(100)(즉, 제1굴착구(100a))와, 바닥판 구조물(200)(즉, 제 1 바닥판 구조물(200a))을, 한쪽 육상의 터널입구로부터 반대쪽 육상의 터널출구까지 계속적 연속적으로 시공하여 지중터널을 완성한다. 그리고, 필요한 경우, 상기 굴착구(100)의 내벽면에 먼저 무수축 모르타르에 의한 숏크리트를 타설하여 1차적인 라이닝(110, 도 1 및 도 2 참조)을 형성하고 바닥판 구조물(200)을 압출할 수도 있다.

가이드 롤러(310)와 압출기구(350)는 제1 바닥판 구조물(200a)의 중간 여러 지점에 설치하여 안정적으로 안내하고 압출할 수 있도록 한다. 또한, 상기 압출기구(350)는, 도시하지는 않았지만, 제1 바닥판 구조물(200a)의 끝단부에도 설치하여, 제작장(2)의 제1 바닥판 유닛(210a)의 끝단부도 밀수 있도록 한다.

본 발명에서는, 상술한 바와 같이, 한쪽 육상의 터널입구(101)로부터 시작하여 반대쪽 육상의 터널출구에 이르기까지 한 방향으로만 계속하여 굴착과 압출을 수행하는 방법 이외에, 지중터널 굴착 경로 중간 지점에서도 굴착 및 압출하는 방법을 제공한다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 지중터널의 굴착 경로 중간의 하나 이상의 지점에 수직터널(400)을 설치하고, 상기 수직터널(400)의 아래에 지중 드라이 도크(Dry Dock)(500)를 설치하여, 상기 터널입구(101)(도 3 참조) 측의 제작장(2)(도 3 참조)과 병행하여 지중 드라이 도크(500)에서도 바닥판 구조물(200)(이하, 터널입구로부터 압출되는 바닥판 구조물(200a)과 구분하기 위해 '제2 바닥판 구조물(200b)'이라고 칭한다)을 압출함으로써 지중터널을 여러 지점 및 여러 방향에서 굴착 및 압출하여 공사기간을 줄일 수 있도록 하는 것이다.

상기한 지중 드라이 도크(500)의 설치공정 및 그로부터 제2 굴착구(100b)를 굴착하고 제2 바닥판 구조물(200b)을 압출하는 공정은 어느 때라도 관계없이 수행할 수 있다. 즉, 터널입구(101)의 제작장(2)으로부터 제1굴착구(100a) 및 제1 바닥판 구조물(200a)을 시공하는 것과 병행하여 수행하여도 좋고, 또는 그 전이나 직후에 수행하여도 좋다.

상기한 지중 드라이 도크(500)를 해저 지반 아래에 설치할 경우, 상기 수직터널(400)은 육상에서 사전에 제작한 프리캐스트 관을 해상으로 운반하여 수저 지반에 침하시켜 내, 외 간에 해수를 차단하고, 이어서 수직터널(400) 내부의 물을 퍼낸 다음, 내부에 드러난 지반을 굴착해 내려가면서 수직터널(400)을 지층 암반까지 침설한다. 이어서 지층 암반을 더 굴착해 내려가서 수직터널(400) 아래에 크고 넓은 지중 드라이 도크(500)를 형성한다.

상기 지중 드라이 도크(500)가 완성된 이후에는, 수직터널(400)을 통해 드라이 도크(500)로 TBM 장비나 다른 굴착 장치를 내려 출구방향이나 입구방향 또는 출구방향과 입구방향 양쪽으로 제2굴착구(100b)를 굴착해나가고, 그에 후속하여 제2 바닥판 구조물(200b)을 압출한다.

이 경우, 지중 드라이 도크(500)에서는 양방향 즉, 터널입구(101) 방향과 터널출구 방향의 양쪽 모두를 향해 굴착해나갈 수 있다. 그러나 터널입구(101) 방향으로의 굴착은, 그로부터 굴착해 나가는 TBM 장비와 터널입구(101)로부터 굴착해 들어오는 TBM 장비가 중간지점에서 만나기 때문에 별도의 수단을 강구하지 않으면 그들을 터널 밖으로 반출하기 어렵다. 따라서, 상기 지중 드라이 도크(500)로부터 터널출구 방향으로의 굴착 및 압출만 행하고, 지중 드라이 도크(500)로부터 터널입구(101) 방향으로의 굴착 및 압출은 행하지 않거나, 행하더라도 TBM 장비와 같이 반출이 어려운 장비를 사용하지 않는 예를 들어 재래의 발파 방법 등을 이용하여 굴착하는 것이 좋다.

이와 같은 지중 드라이 도크(500)를 지중터널 경로의 여러 지점에 설치하여 한꺼번에 굴착 및 압출을 시행하면, 지중 드라이 도크(500)의 설치 개수에 비례하여 시공기간을 앞당길 수 있고, 기단 단축에 따라 시공비용도 감축할 수 있다.

첨부 도면 도 5에는 전술한 지중 드라이 도크(500) 안에서 두 개의 바닥판 구조물(200a, 200b)이 연결된 상태가 도시되어 있다. 이에 앞서, 지중 드라이 도크(500)까지 진입한 TBM 등의 굴착장비는 상기한 수직터널(400)을 통해 미리 반출한다.

전술한 바와 같이, 그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 지중 드라이 도크(500) 안에서는 2개의 바닥판 구조물(200a)(200b)이 만난다. 즉, 도 5에서는 해당 지중 드라이 도크(500)로부터 터널출구 방향으로 압출해나가는 제2 바닥판 구조물(200b)의 후단부와 터널입구 방향으로부터 압출해 들어오는 제1 바닥판 구조물(200a)의 선단부가 만나게 된다. 지중 드라이 도크(500)에서는 이들 두 개의 바닥판 구조물(200a)(200b)의 단부를 연결한다.

도 5 및 도 6에는 앞서 설명한 본 발명의 시공방법을 응용한 실시예들을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

우선, 도 5에서는 지중 드라이 도크(500)를 지중터널 경로의 여러 지점에 배 치하고, 가운데의 드라이 도크(500a)로부터 양방향으로 압출함과 더불어, 육상의 터널입구 및 터널출구에서도 동시에 압출함으로써, 공사기간과 비용을 획기적으로 감축할 수 있도록 한 실시예이다.

즉, 지중터널의 경로 중간에 3개의 지중 드라이 도크(500a, 500b, 500c)를 구축하고, 터널입구에 육상 제작장을 설치하며, 터널출구에도 육상 제작장을 설치하여, 터널입구로부터는 제1굴착구(100a)와 제1 바닥판 구조물(200a)을, 가운데의 지중 드라이 도크(500a)에서 양쪽으로는 제2굴착구(100b)와 제2 바닥판 구조물(200b)을, 터널출구로부터는 제3굴착구(100c)와 제3 바닥판 구조물(200c)을 시공해나간다.

중간의 지중 드라이 도크(500a) 양측의 지중 드라이 도크들(500b, 500c)은, 예를 들어 TBM 장비와 같이 뒤따라 들어오는 바닥판 구조물(200)을 거스르는 방향으로는 반출하기 어려운 형태의 장비를 사용하여 굴착하는 경우, 해당 장비를 반출하기 위한 반출구 및 터널의 환기구나 인명탈출구로서 활용된다.

다음으로, 도 6에서는 터널입구(101)와 터널출구 양측에서 가운데 쪽으로 시공해 들어가는 형태의 실시예를 보여준다. 이는 지중터널 경로 중간에 하나의 지중 드라이 도크(500)를 설치한 형태이다. 즉, 터널입구(101)와 터널출구로부터 굴착구(100)와 바닥판 구조물(200)을 시공해 들어가서 가운데의 지중 드라이 도크(500)에서 만나 연결하도록 한 것이다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명은 지중터널의 구조를 굴착구 및 상기 굴착구로부터 간격을 유지하는 바닥판 구조물로 간단하게 구성하고, 굴착구와 바닥판 구조물을 육상의 제작장이나 지중 드라이 도크에서 미리 제작하여 연속적으로 굴착 및 압출함으로써, 전체 지중터널(또는 해저터널)의 공사기간과 공사비용을 획기적으로 줄일 수 있다.

또한, 육상의 제작장이나 지중 드라이 도크에서 바닥판 유닛을 제작할 때, 노반이나 철로 구조물 등의 시설 공사까지 마무리할 수 있고, 지중터널의 경로 중간에 지중 드라이 도크를 설치하여 다방향으로 굴착 및 압출할 수 있으므로 상기한 효과를 극대화할 수 있다.

따라서, 본 발명의 지중터널 및 시공방법에 의하면 기존의 해저터널 시공기술을 한 단계 더 발전시킬 수 있는 기회를 제공하며, 그에 따라 지중터널의 연장 길이가 길어질수록 기하급수적으로 늘어나는 공기와 공사비 문제를 해결하고, 지진 발생시 터널의 파괴에 대한 우려를 해소함으로써, 초장대 지중터널도 저렴하면서 짧은 기간 내에 안전하게 시공할 수 있다는 인식을 확산시켜, 천문학적인 공사비와 엄청난 공사기간 때문에 경제성이 없다고 주저하고 있는 해저터널의 착공을 앞당겨 활성화할 수 있다.

이상에서는 첨부 도면에 도시된 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명하였으나, 이는 본 발명의 바람직한 형태에 대한 예시에 불과한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이상과 같은 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 및 균등한 다른 실시가 가능한 것이며, 이러한 변형 및 균등한 다른 실시예들은 당연히 본 발명의 첨부된 특허청구범위에 속한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지중터널의 횡단면도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지중터널의 횡단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 연속 압출 공법에 의한 지중터널을 보여주는 단면도이다.

도 4는 지중 드라이 도크 안에서 두 개의 바닥판 구조물을 연결하는 공정을 설명하기 위한 주요부 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 시공방법의 응용 형태의 일례를 설명하기 위해 지중터널 구간을 간략하게 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 시공방법의 응용 형태의 다른 예를 설명하기 위해 지중터널 구간을 간략하게 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 제작장 100, 100a, 100b, 100c: 굴착구

101: 터널입구 200, 200a, 200b, 200c: 바닥판 구조물

210, 210a, 210b, 200c: 비닥판 유닛

211: 접속구멍 220 : 노반

230: 철로 구조물 240: 컨베이어 장치

310: 가이드 롤러 장치 320: 받침구

350: 압출기구 400: 수직터널

500, 500a, 500b, 500c: 지중 드라이 도크

Claims

양쪽 육상 부분에 터널입구와 터널출구를 가지면서 지반을 속을 뚫고 지나가는 형태로 형성되는 굴착구;

세그먼트 형태의 바닥판 유닛들을 터널입구 또는 출구의 제작장에서 상기 굴착구와는 별개로 사전에 제작하여 연속적으로 잇대어 굴착구 안으로 압출하여 삽입한 형태로 이루어져서 상기 굴착구의 바닥과는 별도의 구조물로서 설치되어 노반을 이루는 바닥판 구조물; 및

상기 굴착구의 바닥과 상기 바닥판 구조물의 하면 사이에서 상기 바닥판 구조물의 이송을 안내하는 가이드 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중터널 구조물.
제1항에 있어서,

상기 지중터널의 굴착 경로 중간에는 상기 굴착구와 대기를 통하게 연결하는 하나 이상의 수직터널이 서로 간격을 유지하여 설치되고,

상기 수직터널의 아래에는, 상기 터널입구 쪽 제작장과 병행하여 바닥판 유닛을 제작하여 압출하기 위한 지중 드라이 도크가 설치되는 것을 특징으로 하는 지중터널 구조물.
제1항에 있어서,

상기 가이드 롤러는 상기 굴착구 바닥에 설치되거나, 또는 상기 바닥판 구조물의 하면에 설치되는 것을 특징으로 하는 지중터널 구조물.
제1항에 있어서,

상기 굴착구의 내벽에는 숏크리트에 의한 라이닝이 형성되는 것을 특징으로 하는 지중터널 구조물.
한쪽 육상의 터널입구로부터 지중으로 굴착구를 굴착해 들어가는 굴착공정(s1);

상기 굴착공정(s1)과 병행하여, 육상의 터널입구에 설치된 제작장에서 터널의 노반을 이루는 바닥판 유닛들을 상기 굴착구와는 별개로 제작하여 연속적으로 잇대어 가면서 상기 굴착구 안으로 밀어 넣어 바닥판 구조물을 압출하는 압출공정(s2);

한쪽 육상의 입구로부터 반대편 육상의 터널출구까지 상기 굴착구와 바닥판 구조물이 관통할 때까지 상기 굴착공정(s1)과 상기 압출공정(s2)을 계속 수행하여 굴착구 안에 별개로 제작된 바닥판 구조물이 깔린 형태의 지중터널 구조물을 완성하는 것을 특징으로 지중터널 시공방법.
제5항에 있어서,

상기 압출공정(s2) 전에 상기 굴착구의 바닥에 바닥판 구조물의 압출을 안내하기 위한 가이드 롤러를 설치하거나, 또는

상기 압출공정(s2)에서 육상 제작장에서 상기 바닥판 유닛을 제작할 때, 상기 바닥판 유닛의 하면에 가이드 롤러를 설치하는 것을 특징으로 하는 지중터널 시공방법.
제5항에 있어서,

상기 굴착공정(s1)과 상기 압출공정(s2) 사이에 상기 굴착구의 내벽면에 숏크리트 타설에 의한 라이닝을 형성하는 것을 특징으로 하는 지중터널 시공방법.
육상의 터널입구로부터 지중으로 제1굴착구를 굴착해 들어가는 제1굴착구 굴착공정(s11);

상기 제1굴착구 굴착공정(s11)과 병행하여, 육상의 터널입구에 설치된 제작장에서 터널의 노반을 이루는 별도의 바닥판 유닛을 제작하여 연속적으로 잇대어 가면서 상기 제1굴착구 안으로 밀어 넣어 제1 바닥판 구조물을 압출하는 제1바닥판 구조물의 압출공정(s12);

상기 제1굴착구 굴착공정(s11)의 전 또는 후에, 또는 상기 제1바닥판 구조물의 압출공정(s12) 전 또는 후에, 또는 상기 제1굴착구 굴착공정(s11)과 병행하거나 상기 제1바닥판 구조물의 압출공정(s12)과 병행하여, 지중터널의 굴착 경로 중간의 하나 이상의 지점에 수직터널을 내려 설치하고, 상기 수직터널 내부 아래를 더 굴착해 내려가서 지중 드라이 도크를 구축하는 지중 드라이 도크 구축공정(s13);

상기 지중 드라이 도크 중 어느 하나 이상의 드라이 도크로부터 지중터널의 출구방향과 입구방향 중 어느 하나의 방향으로, 또는 지중터널의 출구방향과 입구방향의 양쪽 방향으로 제2굴착구를 굴착하고, 상기 지중 드라이 도크에서 별도의 제2 바닥판 유닛을 제작하여 연속적으로 잇대어 가면서 상기 제2굴착구 안으로 밀어 넣어 제2 바닥판 구조물을 압출하는 제2 바닥판 구조물 압출공정(s14); 및

상기 하나 이상의 지중 드라이 도크내에서 만나는 양측의 바닥판 구조물의 단부를 서로 연결하는 바닥판 구조물 연결공정(s15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 지중터널 시공방법.
제8항에 있어서,

상기 제1굴착구 굴착공정(s11), 제1바닥판 구조물의 압출공정(s12) 또는 지중 드라이 도크 구축공정(s13)과 병행하여, 육상의 터널출구에도 제작장을 설치하고, 상기 터널출구로부터 터널입구를 향해 제3굴착구를 굴착해 들어가고, 상기 터널출구의 제작장에서 제3 바닥판 유닛들을 제작하여 연속적으로 잇대어 가면서 상기 제3굴착구 안으로 밀어 넣어 제3 바닥판 구조물을 압출하는 공정을 더 수행하는 것을 특징으로 하는 지중터널 시공방법.
제8항에 있어서,

상기 제1굴착구 굴착공정(s11)과 상기 제1바닥판 구조물의 압출공정(s12) 사이에 상기 굴착구의 내벽면에 숏크리트 타설에 의한 라이닝을 형성하는 것을 특징으로 하는 지중터널 시공방법.