KR101035067B1 - 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크 및 이를이용한 터널구축방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중(수저) 터널과 수중 터널(교량)을 수중에서 쉽게 연결하여 하나의 연속적인 터널을 구축할 수 있는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크 및 이를 이용한 터널구축방법에 관한 것이다.

본 발명은 해안가의 수중에 안착되고, 상부 측으로는 개방구가 형성된 중공형의 본체; 상기 본체의 후방에서 지중 터널측으로 향하여 개방된 후면 도어; 상기 본체의 전반에서 수중 터널측으로 향하여 개방된 전면 도어; 및 상기 전면 도어의 테두리에 형성된 씨일;을 포함하고, 상기 본체의 내부에서 연결용 터널 유닛의 후단이 지중 터널과 대기(大氣) 중에서 연결되며, 본체의 전방에서 상기 연결용 터널 유닛의 전단이 수중 터널과 수중(水中)에서 연결되도록 구성된 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 제공한다.

본 발명에 의하면 지중 터널과 수중 터널을 쉽게 연결할 수 있음으로써 해저 터널 연결 공정을 단기간 내에 마칠 수 있고, 그에 따른 공사비용을 크게 절감시킬 수 있다. 뿐만 아니라 해저 터널 시공이 완료된 후에는 수중 드라이 도크를 인공섬으로 활용할 수 있어서 다양한 용도로의 활용이 가능한 효과가 얻어진다.

지중(수저) 터널, 수중 터널(교량), 수중 드라이 도크, 터널, 인공섬

Description

지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크 및 이를 이용한 터널구축방법{Immersed dry dock for connecting an underground tunnel to an immersed tunnel and the tunnel construction method by using it}

본 발명은 지중(수저) 터널과 수중 터널(교량)이 연결되는 혼합식 해저터널의 시공시 사용되는 수중 드라이 도크 및 그것을 이용한 터널 구축방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지중(수저) 터널(이하, 간략히 "지중 터널"로만 기재한다)과 수중 터널(교량)(이하, 간략히 "수중 터널"로만 기재한다)을 수중에서 쉽게 연결하여 하나의 연속적인 터널을 구축할 수 있는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크 및 이를 이용한 터널구축방법에 관한 것이다.

일반적으로 수중 터널은 강이나 바다 밑에 트렌치(trench)를 굴착해 놓고, 작업장에서 수중 터널 유닛을 만들어서 수중 터널이 설치될 장소로 운반한 다음, 미리 다수 배치된 받침대(7) 위에 수중 터널 유닛을 설치한 뒤, 서로 연결하여 수중 터널(5)을 완성시키게 된다.

이와 같은 수중 터널(5)은 도 1에 도시된 바와 같이, 보통 육상의 지중 터널(10)과 연결되어 하나의 긴 해저 터널(20)을 이루고 그 내부에서 자동차, 또는 기차와 같은 차량이 육상의 지중 터널(10)과 해저의 수중 터널(5)을 통행하게 된다.

이와 같이 수중 터널(5)과 지중 터널(10)이 서로 연결되는 혼합식 수중 터널 구조에서 종래에는 수중 터널(5)과 지중 터널(10)을 각각 별개로 건설하고, 이들을 최종적으로 연결하게 되는데, 종래의 이와 같은 터널 연결공정은 기술적으로 복잡하여 고도의 기술을 필요로 하고, 공사비용 또한 많이 소요되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 지중 터널과 수중 터널을 수중에서 쉽게 연결하여 하나의 연속적인 터널을 구축할 수 있음으로써 터널 연결 공정을 단기간 내에 마칠 수 있고, 그에 따른 공사 비용의 절감을 크게 이룰 수 있는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크 및 이를 이용한 터널구축방법을 제공함에 있다.

그리고 본 발명은 다른 목적으로서 터널 연결 공정을 마치고 터널 시공이 완료된 상태에서는 인공섬으로 활용할 수 있어서 다양한 용도로의 활용이 가능한 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크 및 이를 이용한 터널구축방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지중 터널과 수중 터널의 연결을 위한 장치에 있어서,

해안가의 수중에 안착되고, 상부 측으로는 개방구가 형성된 중공형의 본체;

상기 본체의 후방에서 지중 터널측으로 향하여 개방된 후면 도어;

상기 본체의 전반에서 수중 터널측으로 향하여 개방된 전면 도어; 및

상기 전면 도어의 테두리에 형성된 씨일;을 포함하고, 상기 본체의 내부에서 연결용 터널 유닛의 후단이 지중 터널과 대기(大氣) 중에서 연결되며, 본체의 전방에서 상기 연결용 터널 유닛의 전단이 수중 터널과 수중(水中)에서 연결되도록 구성됨을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 본체는 바닥면에 압출 유닛을 구비하여 상기 연결용 터널 유닛을 전후방으로 이동시키도록 구성된 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 압출 유닛은 수중 드라이 도크 내에 종으로 배치된 다수의 수직 유압 잭 및 상기 수중 드라이 도크 내에 횡으로 배치된 다수의 수평 유압 잭을 포함하는 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 본체는 그 내부에 연결용 터널 유닛을 이동시키기 위한 견인장치를 구비한 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 견인장치는 상기 연결용 터널 유닛의 상부에 일측이 연결된 와이어 로프와, 상기 와이어 로프의 타측을 당기는 윈치(winch) 및 와이어 로프가 통과하는 다수의 도르래들을 포함하는 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 씨일은 상기 본체의 전면 도어 외측 테두리를 따라서 위치되는 "ㄱ"형 단면의 외측 링과 상기 전면 도어 중간 테두리를 따라서 위치되는 내측 링을 포함하고, 상기 외측 링과 내측 링들은 고무재료로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 본체는 그 내부에 다수의 받침 롤러들을 구비하여 연결용 터널 유닛을 슬라이딩 가능하게 지지하는 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 본체는 그 전방 측에 수중 터널 유닛들이 놓여지는 안착대를 구비하고, 상기 안착대의 상부 면에는 다수의 롤러들을 구비하여 수중 터널 유닛의 전후 슬라이딩 이동이 가능한 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 안착대의 롤러 전방 측으로는 수중 터 널의 진행 구간을 따라서 일정간격으로 다수의 압출 장치들이 배치되고, 상기 압출 장치들은 각각 종(縱)으로 배치된 다수의 수직 유압 잭 및 횡(橫)으로 배치된 다수의 수평 유압 잭을 포함하며, 상기 다수의 압출장치들은 서로 동기화(synchronize) 하여 수중 터널을 압출 전진(Incremental Launching) 시키는 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 제공한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 지중 터널과 수중 터널의 연결하여 하나의 긴 해저터널을 형성하기 위한 터널 구축방법에 있어서,

지중 터널을 착공하는 단계;

지중 터널과 수중 터널의 연결 지점에 수중 드라이 도크를 설치하는 단계;

수중 드라이 도크의 내부에 연결용 터널 유닛을 설치하는 단계;

수중 터널을 착공하는 단계;

지중 터널 및 수중 터널을 각각 병행하여 별개 시공하는 단계;

상기 연결용 터널 유닛을 전진시켜 수중에서 수중 터널에 연결하는 단계; 및

연결용 터널 유닛의 후방을 대기 중에서 지중 터널에 연결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 구축방법을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 지중 터널을 시공하는 단계는 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법을 이용하여 이루어지는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법을 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 수중 드라이 도크의 내부에 연결용 터 널 유닛을 설치하는 단계는 수중 드라이 도크의 전방에 연결용 터널 유닛을 거치한 다음, 수중 드라이 도크의 전면 도어를 통하여 내부로 밀어넣고, 수중 드라이 도크의 내부를 펌핑(pumping) 하여 대기상태를 유지시키는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 수중 터널을 착공하는 단계는 육상 드라이 도크에서 제작된 수중 터널 유닛들을 해상 운반하여 수중 드라이 도크 전방의 안착대에 거치하고, 압출장치를 통하여 압출하는 ILM(Incremental Launching Method) 공법으로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법을 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 압출장치는 수중 터널의 구간을 따라서 다수 배치되고, 서로 동기화(synchronize) 하여 수중터널을 압출 전진(Incremental Launching) 시키는 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 압출 장치는 2~5㎞ 구간별로 동기화되어 수중 터널을 압출 전진시키는 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 연결용 터널 유닛을 전진시켜 수중에서 수중 터널에 연결하는 단계는 수중 드라이 도크의 내측에 구비된 견인장치를 이용하여 수중 드라이 도크의 전방으로 전진시키는 공정을 포함하며, 상기 견인장치는 상기 연결용 터널 유닛의 상부에 와이어 로프를 연결하고 윈치를 이용하여 당기는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 연결용 터널 유닛을 전진시켜 수중에서 수중 터널에 연결하는 단계는 상기 연결용 터널 유닛을 떠받치는 압출 유닛을 추가 포함하며, 상기 압출 유닛은 수중 드라이 도크 내에 종으로 배치된 다수의 수직 유압 잭 및 상기 수중 드라이 도크 내에 횡으로 배치된 다수의 수평 유압 잭을 포함하고, 상기 수직 유압 잭을 이용하여 상기 연결용 터널 유닛을 들어올리고, 상기 수평 유압 잭을 이용하여 연결용 터널 유닛을 전진시키는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법을 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 연결용 터널 유닛을 전진시켜 수중에서 수중 터널에 연결하는 단계는 상기 수중 드라이 도크의 하부 면에 롤러를 설치하여 연결용 터널 유닛을 슬라이딩 이동시키는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 연결용 터널 유닛의 후방을 대기 중에서 지중 터널에 연결하는 단계는 수중 드라이 도크의 후면 도어를 통하여 지중 터널 측으로 지반을 굴삭하고, 지중 터널에 연결하는 공정을 추가 포함하는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법을 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 연결용 터널 유닛을 지중 터널에 연결하는 단계 이후에는 상기 연결용 터널 유닛의 내부에 마련된 차수 문을 제거하는 공정을 추가 포함하는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법을 제공한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 지중 터널과 수중 터널의 연결하여 하나의 긴 해저터널을 형성하기 위한 터널 구축방법에 있어서,

지중 터널을 착공하는 단계;

지중 터널과 수중 터널의 연결 지점에 수중 드라이 도크를 설치하는 단계;

수중 드라이 도크의 내부에 연결용 터널 유닛을 설치하는 단계;

수중 터널을 착공하는 단계;

지중 터널 및 수중 터널을 각각 병행하여 별개 시공하는 단계;

상기 연결용 터널 유닛의 후방을 대기 중에서 지중 터널에 연결하는 단계; 및

상기 연결용 터널 유닛을 수중에서 수중 터널에 연결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 구축방법을 제공한다.

또한 본 발명은 바람직하게는 상기 연결용 터널 유닛을 수중에서 수중 터널에 연결하는 단계는 상기 연결용 터널 유닛의 전단과 상기 수중 터널의 후단 사이에 수중 터널 유닛을 삽입하고 연결시키는 공정으로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법을 제공한다.

그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 연결용 터널 유닛을 수중 터널에 연결하는 단계 이후에는 상기 연결용 터널 유닛의 내부에 마련된 차수 문을 제거하는 공정을 추가 포함하는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법을 제공한다.

본 발명에 의하면 지중 터널과 수중 터널의 연결지점에 수중 드라이 도크를 설치하고, 이를 이용하여 지중 터널과 수중 터널을 쉽게 연결할 수 있음으로써 해저 터널 연결 공정을 단기간 내에 마칠 수 있고, 그에 따른 공사 비용의 절감을 크게 이룰 수 있는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면 지중 터널과 수중 터널의 연결 공정을 마치고 터널 시공이 완료된 상태에서는 수중 드라이 도크를 인공섬으로 활용할 수 있어서 다양한 용도로의 활용이 가능한 효과가 얻어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크(30)는 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 연결용 터널 유닛(35)이 위치되어 지중 터널(10)과 수중 터널(5)의 연결을 이루게 된다.

본 발명에 따른 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크(30)는 해안가의 수중(水中)에 안착되고, 상부 측으로는 개방구(42)가 형성된 중공형의 본체(40)를 구비한다.

상기 본체(40)는 콘크리트 구조물로 이루어지는데, 이는 해안가의 수중에서 구축되거나, 인근 육상에서 제작된 다음, 수중으로 이동 배치되는 구조일 수 있다.

상기 본체(40)의 상부 측으로 형성된 개방구(42)는 외부로부터 상기 본체(40)의 내부로 각종 시공장비들을 반입시킬 수 있는 반입구의 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라, 수중 드라이 도크(30)의 내부에 담긴 물을 외부로 펌핑(pumping) 처리하는 배수구의 역할도 한다. 뿐만 아니라, 이후에 설명되는 바와 같이 연결용 터널 유닛(35)과 지중 터널(10)을 연결하기 위하여 지중 터널(10) 측으로 지반(12)을 굴삭하는 경우, 토사의 배출을 이룰 수 있는 반출구의 기능도 한다.

그리고 본 발명의 수중 드라이 도크(30)는 상기 본체(40)의 후방에서 지중 터널(10) 측으로 향하여 개방된 후면 도어(50)를 구비한다. 상기 후면 도어(50)는 지중 터널(10)의 외경보다 크게 형성되어 연결용 터널 유닛(35)과 지중 터널(10)을 연결하는 경우, 충분한 시공 공간이 확보될 수 있는 구조이다.

또한 본 발명의 수중 드라이 도크(30)는 상기 본체(40)의 전방에서 수중 터널(5) 측으로 향하여 개방된 전면 도어(55)를 구비한다. 상기 전면 도어(55)는 연결용 터널 유닛(35)이 출입할 수 있는 크기를 갖는데, 상기 전면 도어(55)와 연결용 터널 유닛(35)의 테두리에는 밀봉을 위한 씨일(60)이 장착된다.

상기 씨일(60)은 상기 전면 도어(55)의 테두리에 형성된 것으로서, 상기 본체(40)의 전면 도어(55) 외측 테두리를 따라서 위치되는 "ㄱ"형 단면의 외측 링(62)과 상기 전면 도어(55) 중간 테두리를 따라서 위치되는 내측 링(64)을 포함 하는 이중구조이고, 탄성 복원력이 우수한 고무재료로 이루어진다.

그리고 본 발명은 본체(40)의 바닥면에 압출 유닛(70)을 구비하는데, 이는 수중 드라이 도크(30) 내에 종(縱)으로 배치된 다수의 수직 유압 잭(72) 및 상기 수중 드라이 도크(30) 내에 횡(橫)으로 배치된 다수의 수평 유압 잭(74)을 포함하는 구조이다. 이와 같은 구조의 압출 유닛(70)은 그 상부의 견인장치(80)와 함께 연결용 터널 유닛(35)을 전 후진 이동시키도록 사용가능하다.

상기 견인장치(80)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연결용 터널 유닛(35)의 상부에 일측이 연결된 와이어 로프(82)와, 상기 와이어 로프(82)의 타측을 당기는 윈치(winch)(84) 및 와이어 로프(82)가 통과하는 다수의 도르래(86) 들을 포함하는 구조인데, 상기 윈치(84)의 동력을 이용하여 상기 연결용 터널 유닛(35)을 전 후방측으로 이동시킬 수 있다.

또한 본 발명은 상기 본체(40)의 내부에 다수의 받침 롤러(78)들을 구비하여 연결용 터널 유닛(35)을 슬라이딩 가능하게 지지할 수도 있는 것이다.

또한 상기 본체(40)는 그 전방 측에 수중 터널 유닛(5a)들이 놓여지는 안착대(90)를 구비하는데, 상기 안착대(90)는 콘크리트 재료로서 상기 본체(40)의 전방 측에 구축되고, 그 상부 면에는 다수의 롤러(92)들을 구비하여 수중 터널 유닛(5a)의 전후방 슬라이딩 이동이 가능하며, 상기 다수의 롤러(92)들이 배치된 높이는 바람직하게는 상기 본체(40)의 전면 도어(55)의 하부 테두리 높이에 일치한다. 따라 서 상기 안착대(90) 위에 올려진 연결용 터널 유닛(35)은 쉽게 본체(40)의 전면 도어(55)를 통하여 이동가능한 상태로 위치된다.

그리고 본 발명은 상기 안착대(90)의 롤러 전방 측으로는 수중 터널(5)의 진행 구간을 따라서 일정간격으로 배치된 다수의 압출 장치(95)들을 포함한다. 이와 같은 압출 장치(95)들은 각각, 도 4에 도시된 바와 같은 종(縱)으로 배치된 다수의 수직 유압 잭(97) 및 횡(橫)으로 배치된 다수의 수평 유압 잭(99)을 포함하며, 상기 다수의 압출 장치(95)들은 서로 동기화(synchronize) 하여 일정 구간의 수중 터널(5)을 압출 전진(Incremental Launching) 시켜서 수중 터널(5)을 원하는 구간까지 해저에 설치하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 수중 드라이 도크(30)는 본체(40)의 내부로 연결용 터널 유닛(35)이 전면 도어(55)를 통하여 도 2에 도시된 바와 같이 삽입된 다음, 지중 터널(10)과 수중 터널(5)들이 각각 정해진 구간에 걸쳐서 시공된다.

그리고 상기 연결용 터널 유닛(35)의 후단이 본체(40)의 내부에서 지중 터널(10)과 대기(大氣) 중에서 연결되며, 본체(40)의 전방으로 돌출된 연결용 터널 유닛(35)의 전단은 수중 터널(5)과 수중(水中)에서 연결되어 수중 터널(5)과 지중 터널(10)을 서로 하나로 연결한다.

이하, 본 발명의 터널 구축방법(100)에 대하여 보다 상세히 설명한다. 본 발 명에 따른 터널 구축방법은 도 8에 도시된 바와 같이, 먼저 지중 터널(10)을 착공하는 단계(110)가 이루어지는데, 상기 지중 터널(10)을 착공하는 단계(110)는 예를 들면, TBM(Tunnel Boring Machine) 공법을 이용하여 이루어진다.

그리고 다음으로는 지중 터널(10)과 수중 터널(5)의 연결 지점에 수중 드라이 도크(30)를 설치하는 단계(120)가 이루어지는데, 이와 같은 수중 드라이 도크(30)는 해안가의 수중에서 직접 구축되거나, 인근 육상에서 제작된 다음, 수상 견인되어 정해진 위치에 이동 배치되는 구조일 수 있다.

그리고 다음으로는 상기 수중 드라이 도크(30)의 내부에 연결용 터널 유닛(35)을 설치하는 단계(130)가 이루어진다. 이와 같은 단계(130)는 수중 드라이 도크(30)의 전방에 연결용 터널 유닛(35)을 거치한 다음, 전면 도어(55)를 통하여 수중 드라이 도크(30)의 내부로 밀어 넣고, 수중 드라이 도크(30)의 내부를 펌핑(pumping) 하여 대기상태를 유지시키는 것이다. 이와 같은 경우, 상기 연결용 터널 유닛(35)은 도 2에 도시된 바와 같이, 육상제작 -> 해상운반 -> 수중바닥에 가라앉혀져서 안착대(90) 위에 놓여진다.

이와 같은 연결용 터널 유닛(35)은 그 내측 전단에 차수문(35a)이 설치되어 있는데, 먼저 안착대(90)상에 올려진 상태에서 견인장치(80)의 와이어 로프(82)가 상부 측에 연결된 다음, 윈치(84) 작동으로 본체(40)의 전면 도어(55)를 통하여 물이 가득찬 상태의 본체(40) 내부로 삽입된다.

이와 같은 경우, 상기 안착대(90)의 롤러(92) 레벨은 본체(40)의 전면 도 어(55) 하단 테두리에 일치하므로 윈치(84) 작동으로 연결용 터널 유닛(35)은 전면 도어(55)를 통하여 본체(40)의 내부로 쉽게 이동하며 본체(40)의 내부로 진입한다.

따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 본체(40)의 내측에 연결용 터널 유닛(35)이 위치되면, 상기 연결용 터널 유닛(35)과 전면 도어(55)의 사이에는 씨일(seal)(60)이 2중으로 배치되어 있고, 그리고 전면에는 차수문(35a)이 설치되어 있기 때문에, 상기 연결용 터널 유닛(35)이 일단 본체(40)의 전면 도어(55)를 통과하여 내부에 삽입된 다음에는 본체(40) 측으로 추가적인 물의 유입은 없게 되고, 펌핑 과정을 거쳐서 수중 드라이 도크(30) 내의 물을 외부로 제거하면 본 발명의 수중 드라이 도크(30)는 건조된 상태를 유지한다.

그리고 다음으로는 수중 터널(5)을 착공하는 단계(140)가 이루어지는데, 상기 수중 터널(5)을 착공하는 단계(140)는 육상 드라이 도크(미 도시)에서 제작된 수중 터널 유닛(5a)들을 해상 운반하여 수중 드라이 도크(30) 전방의 안착대(90)에 거치하고, 압출 장치(95)를 통하여 압출하는 ILM(Incremental Launching Method) 공법으로 이루어진다.

이와 같은 경우 상기 압출 장치(95)는 예를 들면, 각각 도 4에 도시된 바와 같은 종(縱)으로 배치된 다수의 수직 유압 잭(97) 및 횡(橫)으로 배치된 다수의 수평 유압 잭(99)을 포함하는데, 상기 수직 유압 잭(97)은 수중 터널 유닛(5a)을 상승시키고, 수평 유압 잭(99)은 수중 터널(5)을 전진시킨 다음, 수직 유압 잭(97)을 이용하여 수중 터널(5)을 하강시키고, 수평 유압 잭(99)을 통하여 상기 수직 유압 잭(97)을 원위치시키는 동작을 반복한다.

이와 같은 압출 장치(95)는 수중 터널(5)의 구간을 따라서 다수 배치된 받침대(7) 들의 사이사이에 배치되고, 서로 동기화(synchronize) 하여 수중 터널(5)을 압출 전진(Incremental Launching) 시킨다. 이와 같은 압출 장치(95)는 수중 터널(5)의 길이가 초장대화하는 경우, 그 전체를 일시에 들어올려 압출시키기 어렵기 때문에 2~5Km 구간별로 동기화되어 수중 터널(5)을 차례차례 압출 전진시키게 된다.

그리고 본 발명은 다음으로 지중 터널(10) 및 수중 터널(5)을 각각 병행하여 별개 시공하는 단계(150)가 이루어진다. 즉 지중 터널(10)은 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법을 이용하고, 수중 터널(5)은 ILM(Incremental Launching Method) 공법을 이용하여 원하는 길이의 구간을 시공 완료하고, 도 5에 도시된 바와 같이 연결 구간만을 남겨 둔다.

또한 다음으로 상기 연결용 터널 유닛(35)을 전진시켜 수중에서 수중 터널(5)에 연결하는 단계(160)가 이루어지는데, 이 단계(160)는 수중 드라이 도크(30)의 내측에 구비된 견인장치(80)를 이용하여 수중 드라이 도크(30)의 전방으로 전진시키는 공정을 포함한다. 상기 견인장치(80)는 수중 드라이 도크(30)의 본체(40) 내부에 윈치(84)와 다수의 도르래(86) 들을 설치하고 상기 연결용 터널 유닛(35)의 상부에 와이어 로프(82)를 연결하며, 윈치(84)를 이용하여 당겨서 수중 드라이 도크(30) 내에 위치된 연결용 터널 유닛(35)을 전방으로 당기게 된다.

이와 같은 경우 상기 연결용 터널 유닛(35)을 떠받치기 위하여 압출 유닛(70)을 사용하게 되는데, 상기 압출 유닛(70)은 수중 드라이 도크(30) 내에 배치된 다수의 수직 유압 잭(72) 및 다수의 수평 유압 잭(74)을 포함하여 상기 수직 유압 잭(72)으로서 연결용 터널 유닛(35)을 들어올리고, 상기 수평 유압 잭(74)을 이용하여 견인장치(80)의 윈치(84) 작동과 함께 연결용 터널 유닛(35)을 전진시키게 된다.

또는 이와 다르게 상기 연결용 터널 유닛(35)을 전진시키는 공정은 상기 압출 장치(95) 대신에 수중 드라이 도크(30)의 하부 면에 롤러(78)를 설치하여 연결용 터널 유닛(35)을 슬라이딩 이동시킬 수도 있다. 이와 같은 경우, 연결용 터널 유닛(35)은 견인장치(80)의 윈치(84) 작동으로 롤러(78) 상에서 안정된 상태로 전진하게 되고, 수중 드라이 도크(30)의 전면 도어(55)를 통하여 전진하여 수중 터널(5)의 후단에 그 전단이 밀착하도록 한다.

그리고 이와 같은 상태에서 수중에서 연결용 터널 유닛(35)의 전단과 수중 터널(5)의 후단을 죠인트 연결하는 것이다. 이와 같이 수중에서 연결용 터널 유닛(35)의 전단과 수중 터널(5)의 후단을 죠인트 연결하는 방식은 통상적인 해저 터널 연결 방식을 이용하면 되므로 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략한다.

다음으로 본 발명은 상기 연결용 터널 유닛(35)의 후방을 대기 중에서 지중 터널(10)에 연결하는 단계(170)를 포함한다. 이와 같이 상기 연결용 터널 유닛(35)이 전진하여 수중 터널(5)에 연결되면 수중 드라이 도크(30)의 내부에는 연결용 터 널 유닛(35)과 지중 터널(10)의 연결 구간이 남게 되는데, 이때에는 상기 수중 드라이 도크(30)의 후면 도어(50)를 통하여 지중 터널(10)측으로 지반(12)을 굴삭하고, 지중 터널(10)의 전단에 죠인트 연결하게 되며, 이와 같은 연결작업은 수중 드라이 도크(30) 내의 대기(大氣) 중에서 이루어진다.

그리고 마지막으로는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 연결용 터널 유닛(35)의 내부에 마련된 차수 문(35a)을 제거하여 수중 터널(5)과 지중 터널(10)을 하나의 터널로서 관통시키는 것이다.

한편, 본 발명의 터널 구축방법은 상기와 같은 공정 순서에서 수중 터널(5)보다 지중 터널(10)을 먼저 연결하는 순서로 이루어질 수 있다. 이와 같은 본 발명의 터널 구축방법(200)이 도 9에 도시되어 있으며, 이와 같은 터널 구축방법(200)에서는 수중 드라이 도크(30) 내의 연결용 터널 유닛(35)을 별도로 이동시키지 않아도 된다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 지중 터널(10)은 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법을 이용하고, 수중 터널(5)은 ILM(Incremental Launching Method) 공법을 이용하여 원하는 길이의 구간을 시공 완료한 상태에서, 먼저 연결용 터널 유닛(35)의 후방을 대기 중에서 지중 터널(10)에 연결하는 단계(210)가 이루어진다. 이와 같은 단계(210)의 이전은 도 8에 도시된 것과 같은 유사한 단계를 이용하면 되므로 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략한다.

그리고 다음으로는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 연결용 터널 유닛(35)을 수중에서 수중 터널(5)에 연결하는 단계(220)를 포함하는데, 이와 같은 경우에는 상기 연결용 터널 유닛(35)의 전단과 상기 수중 터널(5)의 후단 사이에 새로운 수중 터널 유닛(5a)을 삽입하고 연결시키게 된다.

즉 이와 같이 수중 터널(5)과 연결용 터널 유닛(35)을 결합시키는 단계(220)는 수중(水中)에서 각각 이루어지게 되고, 이와 같은 죠인트 연결 방식도 통상적인 해저 터널 연결 방식을 이용하면 되므로 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략한다.

또한 이와 같은 수중 터널(5)에 연결하는 단계(220) 이후에는 상기 연결용 터널 유닛(35)의 내부에 마련된 차수 문(35a)을 제거하여 도 6에 도시된 바와 같이, 수중 터널(5)과 지중 터널(10)을 하나의 터널로서 관통시키는 것이다.

이와 같은 본 발명의 터널 구축방법에 따르면 지중 터널(10)과 수중 터널(5)의 연결지점에서 수중 드라이 도크(30)를 설치하고, 상기 지중 터널(10)과 수중 터널(5)을 각각 병행으로 동시에 시공한 다음, 수중 드라이 도크(30)를 이용하여 지중 터널(10)과 수중 터널(5)을 쉽게 연결할 수 있음으로써 해저 터널 연결 공정을 단기간 내에 마칠 수 있고, 그에 따른 공사비용의 절감을 크게 이룰 수 있다.

그리고 상기와 같이 지중 터널(10)과 수중 터널(5)의 연결 공정을 마치고 터널 시공이 완료된 상태에서는 수중 드라이 도크(30)를 인공섬으로 활용할 수 있어서 다양한 용도로의 활용도 가능하게 된다.

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 기술 사상 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 발명이 적용되는 지중 터널과 수중 터널이 연결된 해저 터널을 도시한 측면도;

도 2는 본 발명에 따른 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 도시한 측 단면도;

도 3은 본 발명에 따른 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 이용하여 해저 터널을 시공하는 과정을 도시한 설명도;

도 4는 본 발명에 따른 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크에 구비된 압출 장치를 확대하여 도시한 측면도;

도 5는 본 발명에 따른 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 이용하여 연결용 터널 유닛을 전방으로 전진시키고 수중 터널에 연결하는 단면도;

도 6은 본 발명에 따른 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 이용하여 해저 터널을 건설하고, 수중 드라이 도크를 인공섬으로 사용하는 측 단면도;

도 7은 본 발명에 따른 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크를 수중 드라이 도크 내에 고정하고 새로운 수중터널 유닛을 이용하여 수중터널과 연결되는 상태를 도시한 단면도;

도 8은 본 발명에 따른 터널 구축방법을 단계적으로 도시한 공정도;

도 9는 본 발명에 따른 터널 구축방법의 변형 예를 단계적으로 도시한 공정도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

5: 수중 터널 5a: 수중 터널 유닛

7: 받침대 10: 지중 터널

30: 수중 드라이 도크 35: 연결용 터널 유닛

35a: 차수 문 40: 본체

42: 개방구 50: 후면 도어

55: 전면 도어 60: 씨일(seal)

62: 외측 링 64: 내측 링

70: 압출 유닛 72,97: 수직 유압 잭

74,99: 수평 유압 잭 78: 받침 롤러

80: 견인장치 82: 와이어 로프

84: 윈치(winch) 86: 도르래

90: 안착대 92: 롤러

100,200: 본 발명에 따른 터널 구축방법

110: 지중 터널을 착공하는 단계

120: 지중 터널과 수중 터널의 연결 지점에 수중 드라이 도크를 설치하는 단계

130: 수중 드라이 도크의 내부에 연결용 터널 유닛을 설치하는 단계

140: 수중 터널을 착공하는 단계

150: 지중 터널 및 수중 터널을 각각 병행하여 별개 시공하는 단계

160: 연결용 터널 유닛을 전진시켜 수중에서 수중 터널에 연결하는 단계

170,210: 연결용 터널 유닛의 후방을 대기 중에서 지중 터널에 연결하는 단계

220: 연결용 터널 유닛을 수중에서 새로운 수중터널 유닛에 연결하는 단계

Claims (23)

1. 지중 터널과 수중 터널의 연결을 위한 장치에 있어서,

   해안가의 수중에 안착되고, 상부 측으로는 개방구가 형성된 중공형의 본체;

   상기 본체의 후방에서 지중 터널측으로 향하여 개방된 후면 도어;

   상기 본체의 전반에서 수중 터널측으로 향하여 개방된 전면 도어; 및

   상기 전면 도어의 테두리에 형성된 씨일;을 포함하고, 상기 본체의 내부에서 연결용 터널 유닛의 후단이 지중 터널과 대기(大氣) 중에서 연결되며, 본체의 전방에서 상기 연결용 터널 유닛의 전단이 수중 터널과 수중(水中)에서 연결되도록 구성됨을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크.
2. 제1항에 있어서, 상기 본체는 바닥면에 압출 유닛을 구비하여 상기 연결용 터널 유닛을 전후방으로 이동시키도록 구성된 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크.
3. 제2항에 있어서, 상기 압출 유닛은 수중 드라이 도크 내에 종으로 배치된 다수의 수직 유압 잭 및 상기 수중 드라이 도크 내에 횡으로 배치된 다수의 수평 유압 잭을 포함하는 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크.
4. 제2항에 있어서, 상기 본체는 그 내부에 연결용 터널 유닛을 이동시키기 위한 견인장치를 구비한 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크.
5. 제4항에 있어서, 상기 견인장치는 상기 연결용 터널 유닛의 상부에 일측이 연결된 와이어 로프와, 상기 와이어 로프의 타측을 당기는 윈치(winch) 및 와이어 로프가 통과하는 다수의 도르래들을 포함하는 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크.
6. 제1항에 있어서, 상기 씨일은 상기 본체의 전면 도어 외측 테두리를 따라서 위치되는 "ㄱ"형 단면의 외측 링과 상기 전면 도어 중간 테두리를 따라서 위치되는 내측 링을 포함하고, 상기 외측 링과 내측 링들은 고무재료로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크.
7. 제1항에 있어서, 상기 본체는 그 내부에 다수의 받침 롤러들을 구비하여 연결용 터널 유닛을 슬라이딩 가능하게 지지하는 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크.
8. 제1항에 있어서, 상기 본체는 그 전방 측에 수중 터널 유닛들이 놓여지는 안착대를 구비하고, 상기 안착대의 상부 면에는 다수의 롤러들을 구비하여 수중 터널 유닛의 전후 슬라이딩 이동이 가능한 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크.
9. 제8항에 있어서, 상기 안착대의 롤러 전방 측으로는 수중 터널의 진행 구간을 따라서 일정간격으로 다수의 압출 장치들이 배치되고, 상기 압출 장치들은 각각 종(縱)으로 배치된 다수의 수직 유압 잭 및 횡(橫)으로 배치된 다수의 수평 유압 잭을 포함하며, 상기 다수의 압출 장치들은 서로 동기화(synchronize) 하여 수중 터널을 압출 전진(Incremental Launching) 시키는 것임을 특징으로 하는 지중 터널과 수중 터널의 연결용 수중 드라이 도크.
10. 지중 터널과 수중 터널을 연결하여 하나의 긴 해저터널을 형성하기 위한 터널 구축방법에 있어서,

    지중 터널을 착공하는 단계;

    지중 터널과 수중 터널의 연결 지점에 수중 드라이 도크를 설치하는 단계;

    상기 수중 드라이 도크의 전방에 연결용 터널 유닛을 거치한 다음, 수중 드라이 도크의 전면 도어를 통하여 내부로 밀어넣고, 수중 드라이 도크의 내부를 펌핑(pumping) 하여 대기상태를 유지시키도록 하여 상기 수중 드라이 도크의 내부에 연결용 터널 유닛을 설치하는 단계;

    수중 터널을 착공하는 단계;

    지중 터널 및 수중 터널을 각각 병행하여 별개 시공하는 단계;

    상기 연결용 터널 유닛을 전진시켜 수중에서 수중 터널에 연결하는 단계; 및

    연결용 터널 유닛의 후방을 대기 중에서 지중 터널에 연결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 구축방법.
11. 삭제
12. 삭제
13. 제10항에 있어서, 상기 수중 터널을 착공하는 단계는 육상 드라이 도크에서 제작된 수중 터널 유닛들을 해상 운반하여 수중 드라이 도크 전방의 안착대에 거치하고, 압출 장치를 통하여 압출하는 ILM(Incremental Launching Method) 공법으로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 압출 장치는 수중 터널의 구간을 따라서 다수 배치되고, 서로 동기화(synchronize) 하여 수중 터널을 압출 전진(Incremental Launching) 시키는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 압출 장치는 2~5㎞ 구간별로 동기화되어 수중 터널을 압출 전진시키는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법.
16. 제10항에 있어서, 상기 연결용 터널 유닛을 전진시켜 수중에서 수중 터널에 연결하는 단계는 수중 드라이 도크의 내측에 구비된 견인장치를 이용하여 수중 드라이 도크의 전방으로 전진시키는 공정을 포함하며, 상기 견인장치는 상기 연결용 터널 유닛의 상부에 와이어 로프를 연결하고 윈치를 이용하여 당기는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 연결용 터널 유닛을 전진시켜 수중에서 수중 터널에 연결하는 단계는 상기 연결용 터널 유닛을 떠받치는 압출 유닛을 추가 포함하며, 상기 압출 유닛은 수중 드라이 도크 내에 종으로 배치된 다수의 수직 유압 잭 및 상기 수중 드라이 도크 내에 횡으로 배치된 다수의 수평 유압 잭을 포함하고, 상기 수직 유압 잭을 이용하여 상기 연결용 터널 유닛을 들어올리고, 상기 수평 유압 잭을 이용하여 연결용 터널 유닛을 전진시키는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 연결용 터널 유닛을 전진시켜 수중에서 수중 터널에 연결하는 단계는 상기 수중 드라이 도크의 하부 면에 롤러를 설치하여 연결용 터널 유닛을 슬라이딩 이동시키는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법.
19. 제10항에 있어서, 상기 연결용 터널 유닛의 후방을 대기 중에서 지중 터널에 연결하는 단계는 수중 드라이 도크의 후면 도어를 통하여 지중 터널 측으로 지반을 굴삭하고 지중 터널에 연결하는 공정을 추가 포함하는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법.
20. 제10항에 있어서, 상기 연결용 터널 유닛을 지중 터널에 연결하는 단계 이후에는 상기 연결용 터널 유닛의 내부에 마련된 차수 문을 제거하는 공정을 추가 포함하는 것임을 특징으로 하는 터널 구축방법.
21. 지중 터널과 수중 터널을 연결하여 하나의 긴 해저터널을 형성하기 위한 터널 구축방법에 있어서,

    지중 터널을 착공하는 단계;

    지중 터널과 수중 터널의 연결 지점에 수중 드라이 도크를 설치하는 단계;

    수중 드라이 도크의 내부에 연결용 터널 유닛을 설치하는 단계;

    수중 터널을 착공하는 단계;

    지중 터널 및 수중 터널을 각각 병행하여 별개 시공하는 단계;

    상기 연결용 터널 유닛의 후방을 대기 중에서 지중 터널에 연결하는 단계;

    상기 연결용 터널 유닛을 수중에서 수중 터널에 연결하는 단계; 및

    상기 연결용 터널 유닛의 내부에 마련된 차수 문을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 구축방법.
22. 삭제
23. 삭제

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