KR101040066B1 - 강관을 이용한 지하터널 시공방법 - Google Patents

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홍익컨스텍(주)
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Abstract

본 발명은 굴착될 터널의 윤곽선에 맞춰 다수 개의 강관을 삽입한 후에, 굴착될 터널의 횡방향 윤곽선 전체에 걸쳐 굴착작업을 실시하되, 터널의 종방향(길이방향)으로 전체 구간을 동시에 굴착하지 않고, 터널의 길이방향으로 일정 구간에 대해서만 굴착작업을 수행하고, 굴착된 해당 구간 내에 형폐된 지지구조물(수직 및 수평지지보)을 설치하여 굴착구간에 대한 보강을 완료한 후에, 다시 일정 구간만큼 굴착작업과 구조물 설치작업을 실시하는 작업을 반복적으로 수행하면서 지하터널을 점진적으로 시공하도록 하여, 굴착구간에서 충분히 응력에 견디도록 구조물(지지보)을 설치하면서 단계적으로 지하터널을 시공하는 지하터널 시공방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 터널 시공방법은, 일부 구간만을 굴착하여 해당 굴착구간에 지지구조물을 설치하되, 수직지지보와 상부 수평지지보 및 바닥 수평지지보가 형폐구조를 이루면서 굴착구간을 지지하기하기 때문에 토압에 견디는 강성이 매우 커 굴착구간의 침하를 방지할 수 있으며,
선두 구간에서는 터널 굴착작업을 수행하고, 중간 구간에서는 지지구조물 설치를 수행하고, 후속구간에서는 철근배근 작업과 콘크리트 타설이 가능하므로, 터널 굴착과, 구조물 설치 및 마감시공(철근배근과 콘크리트 타설)의 병행시공이 가능하다.

Description

강관을 이용한 지하터널 시공방법{Method of constructing non-excavation type tunnel}
본 발명은 굴착될 터널의 경계를 따라 다수 개의 강관을 삽입한 후에, 굴착될 터널의 횡방향 윤곽선 전체에 걸쳐 굴착작업을 실시하되, 터널의 종방향(길이방향)으로 전체 구간을 동시에 굴착하지 않고, 터널의 길이방향으로 일정 구간에 대해서만 굴착작업을 수행하고, 굴착된 해당 구간 내에 형폐된 지지구조물(수직 및 수평지지보)을 설치하여 굴착구간에 대한 보강을 완료한 후에, 다시 일정 구간만큼 굴착작업과 구조물 설치작업을 실시하는 작업을 반복적으로 수행하면서 지하터널을 점진적으로 시공하도록 하여, 굴착구간에서 충분히 응력에 견디도록 구조물(지지보)을 설치하면서 단계적으로 지하터널을 시공하는 지하터널 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 지하구조물을 설치하기 위해서는 상기 지하구조물이 축조될 위치의 외부에서 가해지는 각종 응력에 대해 충분히 지지 가능하도록 구조적으로 계산을 한 후에 작업에 들어가게 된다.
종래에는 상기와 같은 지하구조물을 축조하기 위해서 다수의 대구경 강관을 지중으로 압입한 후에 상기 강관 내부에 콘크리트를 타설하고, 타설된 콘크리트의 양생이 완료된 후에 굴착 가능한 깊이까지 굴착을 실시하였다.
상기와 같이 진행되는 종래의 지하구조물 공사는 강관 내에 거푸집을 설치한 후에 철근조립 및 콘크리트를 타설하기 위한 작업 공간이 협소하여 작업자의 작업 환경이 악화와 함께 공기 지연의 문제점과 공사비용이 증가되는 문제점이 발생되었다.
또한, 콘크리트의 양생이 완료될 때까지 지나치게 많은 시간이 소요되어 전체 작업 공기가 길어지고 굴착 도중에 지반이 약할 경우에는 지반 또는 암반 등이 붕괴되거나 낙하할 염려가 매우 높아서 안전 사고의 발생위험이 항상 도사리고 있었다. 따라서, 작업간의 인력과 장비의 효율적인 사용이 어려우며 안전사고에 대한 발생위험이 있는 등 여러 가지 문제점을 안고 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 한국 등록특허 제10-0713787호에서는 압입된 강관의 하부를 굴착하고, 상기 강관의 내측으로 빔 조립체가 설치 가능하도록 상기 빔 조립체가 삽입될 위치에 맞추어 강관 내부에서 강관의 횡방향으로 슬롯홀을 절단한 후에 강관 내부를 보강하는 빔 조립체를 설치하는 공법이 개시된 바 있다.
그러나, 상기 한국 등록특허 제10-0713787호의 시공방법은 슬롯홀 가공작업이 어려울 뿐만 아니라, 빔 조립체를 설치한 후에 지하터널 전체 구간을 굴착하고, 그 다음 공정으로 강관의 하부를 모두 절단한 후에, 지하 구조물이 축조될 바닥과 좌우 양측 및 상측에 철근 배근 및 콘크리트를 타설하는 공정으로 진행되기 때문에, 터널 시공에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라, 터널 시공의 작업능률이 떨어지는 문제점이 있다.
KR 10-0713787 B1 KR 10-0505301 B1 KR 10-0551685 B1 KR 10-0442712 B1 KR 20-0430278 Y1
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 압입된 강관들에 의해 형성된 터널의 횡단면 윤곽선에 대해, 일부 구간만을 굴착한 상태에서 해당 굴착구간에 지지구조물을 설치하되, 수직지지보와 상부 수평지지보 및 바닥 수평지지보가 형폐구조를 이루도록 지지구조물을 형성하여 토압에 견디는 강성이 매우 커 굴착구간의 침하를 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하며,
인접한 두 강관 사이의 틈새로 토사 또는 지하수 유출을 최소화하면서 지하터널을 점진적으로 터널을 시공하는 지하터널 시공방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 지하터널 시공방법은,
압입된 강관들에 형성되는 굴착공간을 일정 구간만큼(시공할 하수암거, 지하차도 또는 터널의 폭과 높이에 따라 달라지겠지만 대략 1~2m 정도)만 굴착한 다음에, 강관의 일부(굴착공간에 해당되는 부분)를 일정 구간만큼만 절단하고, 굴착공간의 좌우 양쪽 가장자리에 수직 지지보를 세워 설치하고, 상부 수평지지보의 양단이 터널 상부 양측의 강관 내벽에 밀착된 상태로 상기 수직 지지보에 결합되며, 바닥 수평지지보의 양단이 터널 하부 양측의 강관 내벽에 밀착된 상태로 상기 수직 지지보에 결합되도록 시공하면서 터널 전구간에 대해 굴착과 지지보 설치를 병행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 터널 시공방법은, 일부 구간만을 굴착한 상태에서 해당 굴착구간에 지지구조물을 설치하되, 수직지지보와 상부 수평지지보 및 바닥 수평지지보가 형폐구조를 이루도록 지지구조물을 형성하기 때문에 토압에 견디는 강성이 매우 커 굴착구간의 침하를 방지할 수 있다. 이는 상기 수직지지보가 터널 상하부 양단의 강관 내벽을 수직방향으로 견고하게 지지하고, 상부 수평지지보 및 하부 수평지지보가 각각 터널 상하부 양측의 강관 내벽을 수평방향으로 견고하게 지지하기 때문에 가능한 것이다.
더 나아가, 본 발명에 따른 지하터널 시공방법은, 일정 구간만큼 굴착한 후에 지지구조물 설치를 완료한 다음, 다시 일정구간만큼 더 굴착하여 지지구조물을 설치하는 작업을 반복하여 실시하는 공법으로서, 선두 구간에서는 터널 굴착작업을 수행하고, 후속 구간에서는 지지구조물 설치와, 또 그 후속구간에서는 철근배근 작업과 콘크리트 타설이 가능하므로, 터널 굴착과, 구조물 설치 및 마감시공(철근배근과 콘크리트 타설)의 병행시공이 가능하다.
도 1은 강관 압입 공정을 설명하는 종단면도로서, 반력벽이 설치된 상태에서 강관을 압입하는 공정을 설명하는 종단면도이다.
도 2는 강관을 압입하는 순서를 설명한 횡단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 지하터널 시공방법을 설명하는 횡단면도이며,
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 지하터널 시공상태를 도시한 종단면도이며,
도 5는 터널의 좌측 강관들과 수직지지보와의 결합관계를 도시한 입체 사시도이다.
도 6은 본 발명에 적용된 수직지지보 및 상하 수평지지보들이 결합됨으로써 지반 토압을 지지하는 형폐 지지구조물의 사시도이다.
도 7a 내지 7b은 본 발명에 따른 지하 터널 시공방법을 순서대로 도시한 설명도이다.
도 8은 굴착과 지지구조물 설치가 완료된 해당구간에서 바닥 철근배근과 하부 콘크리트 타설이 완료된 상태를 도시한 단면도이다.
도 9는 벽체 철근과 상부 철근배근을 완료하고 콘크리트를 타설한 상태를 도시한 단면도이다.
도 10은 시공이 완료된 지하 터널의 상태를 도시한 단면도이다.
도 11은 발명의 지하터널 시공방법에 적용될 수 있는 차단부재를 구비한 강관의 바람직한 실시예이며,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 차단부재가 구비된 강관이 서로 연결된 상태로 압입된 상태를 도시한 횡단면도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 지하터널 시공방법을 첨부도면을 기준으로 하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 굴착작업을 시행하기 위한 추진기지를 설치한다. 추진기지 설치를 위한 굴착작업은 엄지말뚝(1)을 설치한 후에 토사를 소정 깊이까지 굴착한다. 서로 마주보는 두 엄지말뚝(1) 사이에는 버팀보(3)를 설치하여 토압에 의한 엄지말뚝의 변형을 방지한다. 굴착 후, 지하수 용출 및 작업환경을 고려하여 바닥콘크리트를 타설할 수도 있다. 그리고, 굴착될 지반의 반대편 위치에 반력벽(2)을 설치한다. 반력벽(2)은 정확한 위치를 결정하여 설치하게 된다. 이 단계를 시공준비단계라 한다.
다음 단계로서, 반력벽에 추진장비(4)를 밀착시킨 후 추진강관을 설치하고 강관 압입작업을 개시한다. 첫번째 삽입될 강관의 위치에 유압잭을 설치한 후에 강관 압입작업을 개시한다. 도 1은 강관을 압입하는 공정을 도시한 종단면도이다.
강관(10)의 압입순서는 도 2에 도시된 바와 같이, 터널의 양단 하부에 위치되는 강관(10a)(10b)부터 압입을 시작하며, 순차적으로 그 상부의 강관(10c)(10d)을 각각 압입 시공한다. 시공될 터널의 상단부를 형성하는 강관(10g)은 맨 마지막에 압입되도록 하는 것이 굴착 지반의 토압 영향을 덜 받아 시공효율을 높일 수 있어 유리하다.
이와 같이, 시공할 터널의 윤곽선을 따라 다수 개의 강관을 압입하는 단계를 강관 압입단계라 한다. 강관의 압입작업은 매 1m 단위마다 선형을 확인하는 작업이 필요하며, 강관 압입단계에서 강관 내부의 토사 제거작업이 동시에 이루어진다. 강관 압입이 완료되면, 강관의 길이방향을 따라 일정 간격으로 강관 내부를 상하로 지지하는 막대형 지지부재(미도시)를 설치하여, 터널 시공에 소요되는 장기간 동안에 강관의 변형을 미연에 방지할 수 있도록 보강하는 것이 바람직하다.
다음 단계는 강관들의 사이를 보강하는 단계로서, 강관의 외부를 그라우팅하여 보강한다. 이 단계는 강관 압입이 이루어지는 지반이 연약지반 또는 지반 변화가 발생되기 쉬운 상태일 경우에 상기 강관의 외측부에 그라우팅을 실시하여 지반을 보강하는 공정으로서, 이 단계를 그라우팅 보강단계라 한다. 그라우팅 보강단계는 지반 특성에 따라서 생략될 수도 있으며, 후술하게 될 본 발명의 차단부재의 도입을 통해 안접한 두 강관 사이로부터의 토사유출을 방지할 수도 있다.
상기 시공준비단계, 상기 강관 압입단계 및 상기 그라우팅 보강단계는 일반적으로 시공되고 있는 종래의 기술과 동일한 과정이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명에 따른 지하터널 시공방법은 강관 압입단계 이후의 작업공정에 특징이 있다.
즉, 본 발명에 따른 터널 시공방법은, 강관 압입과 그라우팅 보강이 완료된 후에, 굴착공간을 일정 구간만큼(시공대상(하수암거, 지하차도 또는 터널)의 폭과 높이, 지반 특성 등에 따라 달라지겠지만 대략 1~2m 정도)만 굴착한 다음에, 압입된 강관들의 일부(굴착구간에 해당되는 강관의 노출부분)를 일정 구간만큼만 절단(이하 '강관 노출부 절단단계'라 한다)하고, 노출된 강관과 강관 사이의 틈새를 차폐판으로 막아 용접으로 결합하는 차폐판 설치단계와, 굴착구간 내에서 좌우측 양 단의 상부 강관과 하부강관을 각각 맞대어 지지하는 수직지지보를 좌우에 각각 설치하는 수직지지보 설치단계와, 굴착구간 내에서 좌우측 양 단의 두 상부 강관을 서로 맞대어 지지하는 상부 수평지지보를 설치하고, 굴착구간 내에서 좌우측 양 단의 두 하부 강관을 서로 맞대어 지지하는 하부 수평지지보를 설치하는 수평지지보 설치단계를 포함하여 구성되는 '일부 굴착구간 내에서의 지지구조물 설치단계'를 반복적으로 실시하는 데에 그 특징이 있다.
이하에서는 본 발명의 특징적 구성에 해당하는 '일부 굴착구간 내에서의 지지구조물 설치단계'를 첨부도면을 기준으로 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 지하터널 시공방법을 설명하는 횡단면도이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 지하터널 시공상태를 도시한 종단면도로서, 일부 구간에 대해 굴착을 실시한 후에, 굴착구간에서의 지지구조물이 설치된 상태를 도시한 것이다. 도 4a는 첫번째 수직지지보(20') 설치가 완료된 상태이며, 도 4b는 추가적인 일부 구간에 대해 굴착작업을 실시한 후에, 다시 두번째 수직지지보(20") 설치작업을 완료하고, 세번째 수직지지보를 설치하기 위해 또다시 추가적인 일부 구간에 대해 굴착을 실시하는 상태를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 지하터널 시공방법을 설명하기 위해 터널의 좌측 강관과 수직지지보와의 결합관계를 도시한 입체 사시도이며, 도 6은 본 발명에 적용된 수직지지보 및 상하 수평지지보들이 결합됨으로써 지반 토압을 지지하는 형폐 지지구조물의 사시도이다.
본 발명에 따른 지하터널 시공방법을 도 7a 내지 도 7c에서 순차적으로 도시하였다. 먼저, 강관 압입이 완료된 후에 시공대상(하수암거, 지하차도 또는 터널)의 폭과 높이, 지반 특성 등에 따라 일정 구간(대략 1~2m 정도)에 대해서만 굴착을 실시하며, 해당 구간의 굴착에 의해 노출된 상기 압입 강관(10a~10g)들에 대해, 도 7a에 도시된 바와 같이 굴착된 구간 내에서 노출된 길이(굴착 깊이)를 따라 일정 구간만큼 절단한다. 상기 강관 노출부 절단단계에서, 강관을 절단하는 경우에는 시공될 터널의 윤곽을 고려하여, 도 3에 도시된 횡단면도에서와 같이 적정한 원호를 갖도록 각 강관들을 절단하게 된다.
상기 강관 노출부 절단단계 후에, 도 7a에 도시된 바와 같이, 인접한 두 강관의 틈새(G) 사이로 토사가 유출되는 것을 차단하기 위해 차폐판(50)이 인접한 두 강관의 절단면에 용접으로 결합된다. 인접한 두 강관의 틈새에는 그라우팅 보강시공이 이루어지는 것이 일반적이므로 토압에 의한 토사유출 또는 지하수 유출이 일어나지 않지만, 혹시라도 발생될 토압에 대한 저항력을 지지하기 위해 상기 차폐판(50)은 버팀부재(55)에 의해 후술하게 될 수직지지보(20)의 측면에 견고히 밀착되어 결합되는 것이 바람직하다.
특히, 터널의 좌우측에 인가되는 토압은 양측 강관과, 강관 사이에 결합된 차폐판에 집중되므로, 상기 버팀부재(55:55a,55b)는 도 7b 및 도 7c에 도시되어 있는 바와 같이, 인접한 두 강관의 절단면(즉, 차폐판의 상단부와 하단부)에 각각 나란히 평행하게 배열하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 상기 두 개의 버팀부재(55a)(55b)는 강관과 차폐판(50)을 토압에 저항하도록 지지하는 기능을 가진다. 아울러, 상기 차폐판(50)과 수직지지보(20)의 사이에는 이들 두 버팀부재(55a)(55b)에 의해 도 3에 도시된 바와 같은 공간(S)이 형성되어, 후술하게 될 터널 측벽 시공을 위한 수평철근을 배근하기 위한 여유 공간으로서 유리한 역할을 할 수도 있게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 수직지지보(20) 및 수평지지보(40)(50)를 설치하는 단계를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 7b 및 도 7c에 도시되어 있는 바와 같이, 수직지지보(20)를 설치한다. 좌우 양쪽 가장자리에 수직지지보(20)를 세워 설치하되, 상기 수직지지보(20)의 하단에는 받침판(22)을 하부 강관(10a)의 내면에 설치하고, 이 받침판(22) 위에 유압잭(23)을 설치한 후, 이 유압잭(23)의 상부에 상기 수직지지보(20)를 세운다. 상기 유압잭(23)을 상승시켜 상기 수직지지보(20)의 상단부(20b)가 좌측 상부 모서리 강관(10e)의 내면 상부에 견고히 밀착되도록 설치한다. 이렇게 설치된 좌우 양측의 수직지지보(20a)(20b)는 상부 양측 강관(10e)(10f)의 침하를 방지한다.
그 다음, 도 7c에 도시된 바와 같이, 상부 수평지지보(30) 및 하부 수평지지보(40)를 설치한다. 상기 상부 수평지지보(30)는 터널윤곽을 이루는 강관들 중에서 상부 양단의 두 강관을 수평방향으로 지지하면서, 상부 중앙의 강관(10g)도 함께 지지하게 된다. 상기 상부 중앙의 강관(10g)의 좌측 절단면은 좌측 차폐판(50) 및 버팀부재에 의해 상부 수평지지보(30) 상면에 지지되고, 상기 상부 중앙의 강관(10g)의 우측 절단면은 우측 차폐판(50) 및 버팀부재에 의해 상부 수평지지보(30) 상면에 지지된다.
상기 하부 수평지지보(40)는 터널윤곽을 이루는 강관들 중에서 하단부 양단의 두 강관을 수평방향으로 지지한다. 상기 두 수평지지보(30)(40)는 양단부가 좌우측 상부 모서리 강관(10e)(10f)의 내면에 견고히 밀착되도록 설치한다. 이렇게 두 수평지지보의 양단이 각각 양단의 두 강관 내면을 수평방향으로 지지하도록 구성함으로써, 상기 두 수평지지보들에 의해 양측 가장자리 강관이 토압에 의해 굴착 공간 안쪽으로 밀려나오는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 상기 하부 수평지지보(40)는 굴착될 터널의 바닥기초를 형성하게 된다.
상기 두 수평지지보(30)(40)를 일체형 H빔으로 제작하는 경우에는 상기 수직지지보(20)에 교차되게 설치한 후, 이 교차위치에서 체결볼트로 수직지지보(20)와 견고히 결합시켜 굴착된 터널 구간에서 지반을 지지하는 형폐 구조물이 되도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 일부 구간만 굴착된 상태이므로, 길이가 긴 수평지지보를 반입한 후에 협소한 굴착공간 내에서 회전시켜서 양단부를 좌우측 상부 모서리 강관(10e)(10f)의 내면에 견고히 밀착되도록 설치하는 작업이 매우 어렵고 힘든 작업일 뿐만 아니라, 수평지지보와 수직지지보를 서로 교차되게 겹쳐서 겹침부위를 용접 또는 체결볼트로 체결하는 것만으로는 충분한 내하력을 확보하기 어렵다.
본 발명에서는 이러한 시공상의 어려움을 해결하기 위해, 상기 두 수평지지보(30)(40)를 각각 메인지지보(31)(41)와 2개의 보조지지보(32a,32b)(42a,42b)로 분할하여 구성하여, 메인지지보(31)(41)는 좌우 수직지지보(20)의 사이에 결합하고, 2개의 보조지지보(32a,32b)(42a,42b)는 강관 내면과 수직지지보 사이를 지지하도록 결합하는 구조를 갖는다.
상기 상부 수평지지보(30)는 메인지지보(31)와 2개의 보조지지보(32a,32b)는 동일 축 선상에 배열되어 상기 수직지지보와 결합되도록 구성하는 것이 내하력 증대에 유리하다. 상기 하부 수평지지보(40)도 마찬가지로 메인지지보(41)와 2개의 보조지지보(42a,42b)가 동일 축 선상으로 배열하여 결합된다.
본 발명에 따른 수직지지보(20)와 상부 수평지지보(30) 및 하부 수평지지보(40)가 상하 좌우로 서로 결합되어, 굴착된 터널 지반을 효과적으로 지지하는 형폐 지지구조물로서의 기능을 하게 되는데, 그 바람직한 실시예를 도 6에 도시하였다.
상기 상부 수평지지보(30)는 터널 윤곽을 이루는 상부 강관의 절단면(즉, 상부 차폐판(50))에 밀착되도록 설치하는 것이 바람직하다. 시공 오차 또는 강관 절단단계에서의 작업오차 등으로 인해 상기 상부 수평지지보와 상부의 차폐판(50) 사이에 틈새가 형성되는 경우에는 이 틈새에 버팀부재(55a)(55b)을 끼워 넣은 후에 용접으로 고정설치하는 것이 특히 바람직하다. 상기 버팀부재에 의해 상부 차폐판(50)과 상부 수평지지보 사이에 형성되는 공간은 천장 철근을 배근하기 위한 여유 공간으로서 유리한 역할을 할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 수직지지보(20)는 좌우측의 상단 강관과 하단 강관의 내면에 견고하게 지지되어 굴착구간에서의 지반을 지지할 뿐만 아니라, 측면 강관(10c)까지도 동시에 지지하게 되며,
상기 수직지지보(20)에 결합된 상부 수평지지보(30) 및 하부 수평지지보(40)에 의해 상부의 좌우측 강관과, 하부의 좌우측 강관까지도 한꺼번에 지지될 수 있다.
특히, 본 발명에 의한 시공방법은 터널의 일부구간만 굴착한 상태에서 터널 지지구조물이 견고한 폐합상태를 이루게 되므로 터널 시공의 안전성이 확보될 뿐만 아니라, 일부 구간에 대해서만 굴착된 상태에서도 굴착구간 내에서 하부 수평지지보 설치까지 완료가 이루어지므로 해당 굴착구간에서 바닥 및 측벽 콘크리트 시공까지도 가능한 정점이 있다.
참고로, 종래의 터널 시공방법은 터널 전체 공간 중에서 좌우 양측 가장자리와 상반부의 공간에 대해서만 굴착을 진행하면서 상부 수평지지보와 수직지지보만을 설치하는 방식으로서, 전 구간에 걸쳐 굴착과 상부 수평지지보 및 수직지지보 설치를 진행한 후에, 다시 전 굴착 구간에 대하여 바닥의 잔여 토사를 2차로 굴착하면서 바닥 수평지지보를 설치하는 2단계 굴착작업방식으로 진행되고 있다.
이에 반해, 본 발명에 따른 터널 시공방법은 일부 구간 단위로 터널의 전체 공간을 굴착하고, 수직 지지보와 상부 수평지지보 및 바닥 수평지지보를 한꺼번에 설치하는 데에 특징이 있다. 이에 따라, 후속으로 진행될 콘크리트 타설작업이 일정 구간단위로 굴착작업과 병행하여 시공을 할 수 있게 된다.
종래기술에서, 터널 공간의 상부만 굴착하면서 수직 지지보와 상부 수평지지보를 터널 전구간에 걸쳐 설치한 후에 다시 바닥을 굴착하는 이유는, 종래기술에서는 터널의 굴착된 공간부를 지지하는 수직 지지보와 수평 지지보가 형폐구조가 아니기 때문에 하중 지지력이 약해 붕괴의 우려가 있기 때문이다. 그러나, 본 발명에 따른 터널 시공방법은 수직지지보와 상부 수평지지보 및 바닥 수평지지보가 형폐구조를 이루기 때문에 토압에 견디는 강성이 클 뿐만 아니라, 상부 수평지지보 및 하부 수평지지보가 터널 상부 양측의 강관 내벽을 수평방향으로 견고하게 지지할 뿐만 아니라, 바닥 수평지지보가 터널 하부 양측의 강관 내벽을 수평방향으로 견고하게 지지하기 때문에 가능한 것이다.
위와 같이 수직지지보와 상하부 수평지지보를 사각으로 형폐한 후, 해당 굴착구간에 대해, 철근 배근 및 콘크리트 타설 등 후속 단계를 간략히 설명하면 다음과 같다.
다음 단계는 바닥 시공단계로서 바닥 철근배근 및 콘크리트 타설이 이루어지는 단계이다. 도 8은 굴착과 지지구조물 설치가 완료된 해당구간에 대해, 바닥 철근배근과 하부 콘크리트 타설이 완료된 상태를 도시한 단면도이다. 도 8에서 좌우 양측벽의 철근배근이 진행되고 있는 상태를 도시하였다.
바닥 콘크리트 타설이 완료되면, 도 9에 도시된 바와 같이, 벽체 철근과 상부 철근배근을 완료하고 콘크리트를 타설하게 된다.
그리고, 거푸집 해체과정과 및 구조물 벽면 정리작업이 진행되어, 도 10에 도시된 바와 같이 지하 터널의 시공이 완료된다.
본 발명에 따른 지하터널 시공방법은, 강관과 강관 사이의 틈새(도 3에서의 도면부호 G) 사이로 토압에 의한 토사 또는 지하수 유출을 최소화하기 위해, 도 11에 도시한 바와 같이, 인접한 두 강관 사이의 틈새를 차단하는 차단부재를 상기 강관의 외면에 구비한 것을 또 다른 특징으로 한다.
즉, 상기 차단부재(11)는, 인접한 두 강관 중의 어느 한 강관의 외면에 그 길이방향으로 길게 형성되는 제1연결구(12)와, 이에 대응되는 인접 강관의 외면에는 그 길이방향으로 길게 상기 제1연결구(12)에 접하는 제2연결구(14)로 구성된다.
도 11은 본 발명의 지하터널 시공방법에 적용될 수 있는 차단부재를 구비한 강관의 바람직한 실시예를 도시하였다. 도 9에 도시된 제1 연결구(12)는 강관의 외면에서 강관의 길이방향을 따라 직선으로 연결되는 연결부(12a)와 제2연결구에 연결되는 돌기부(12b)로 구성된다. 그리고, 인접 강관에 구비되는 상기 제2 연결구(14)는 강관 외면에 길이방향을 따라 직선으로 연결되는 연결부(14a)와 상기 연결부의 끝단에 형성되어 상기 제1연결구(12)의 돌기부(12b)를 수용하는 오목부(14b)로 구성된다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 차단부재가 구비된 강관이 서로 연결된 상태로 압입된 상태를 도시한 횡단면도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 인접한 두 강관 사이에 설치되는 제1연결구(12)와 제2연결구(14)는 터널공간(굴착부분) 쪽을 향하여 예각(θ)을 이루도록 구성함으로써, 인접한 두 강관 사이에서 터널 공간쪽으로 작용하는 토압에 효과적으로 저항할 수 있도록 한다.
특히, 상기 제1연결구(12)와 제2연결구(14)는 압입되는 강관의 압입진로를 안내하는 역할을 하게 되므로, 강관의 압입위치를 정확하게 확보할 수 있다. 즉, 먼저 압입된 하부강관(10a)의 제1연결구(12)가, 압입되는 상부강관(10c)의 제2연결구(14)에 끼워진 상태에서 전진하게 되므로, 상기 상부강관(10c)은 압입되는 동안에 상기 하부강관(10a)의 제1연결구(12)의 길이방향을 따라 전진하게 되어 두 강관(10a)(10c) 사이의 간격을 일정하게 유지시키면서, 나중에 압입되는 강관(상부강관)이 먼저 압입된 강관(하부강관)의 연결구 방향을 따라 그 진로가 정확한 방향으로 안내될 수 있다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 차단부재를 구비한 강관을 적용함으로써, 본 발명에 따른 지하터널 시공방법은, 그라우팅 보강이나 차폐판(50)의 설치 작업을 생략하더라도 강관 사이의 틈새로 토사 또는 지하수 유출을 근원적으로 차단할 수 있어, 시공성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 국한되지 않으며, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 형태로 다양한 변형예로 구현될 수 있다.
10(10a~10g): 강관, 20: 수직지지보
30(31,32a,32b): 상부 수평지지보, 40(41,42a,42b): 상부 수평지지보
50: 차폐판

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 터널 굴착을 위한 추진기지와 반력벽을 설치하고, 터널의 횡단면 윤곽선에 맞춰 강관 압입위치를 설정하는 터널시공 준비단계와;
    상기 터널시공 준비단계 후, 반력벽에 추진장비를 설치하고 상기 터널 윤곽선에 맞춰 다수의 강관을 순차적으로 압입하는 강관 압입단계와;
    강관 압입단계 후, 시공될 터널의 길이방향으로 일정 구간에 대해 터널의 횡단면 윤곽선에 맞춰 굴착을 실시하고, 시공될 터널 윤곽선을 따라 상기 압입 강관들의 노출부분에 대해 절단을 실시하는 강관 노출부 절단단계와;
    굴착구간 내에서 좌측의 상부 강관(10e)의 내면과 하단부 강관(10a)의 내면을 맞대어 지지하는 좌측 수직지지보와, 우측의 상부 강관(10f) 내면과 하단부 강관(10b) 내면을 맞대어 지지하는 우측 수직지지보를 각각 설치하는 수직지지보 설치단계와;
    굴착구간 내에서 좌우측 양 단의 두 상부 강관(10e)(10f) 내면을 서로 맞대어 지지하는 상부 수평지지보를 설치하고, 굴착구간 내에서 좌우측 양 단의 두 하부 강관(10a)(10b) 내면을 서로 맞대어 지지하는 하부 수평지지보를 설치하는 수평지지보 설치단계와;
    상기 수직지지보설치단계 및 수평지지보 설치단계 후에, 시공될 터널의 길이방향으로 추가적인 일부 구간에 대해 굴착을 실시하고, 상기 수직지지보 설치단계 및 수평지지보 설치단계를 반복적으로 수행하여 터널을 굴착하는 시공방법으로서,
    상기 강관의 외면에는 인접한 두 강관 사이의 틈새를 차단하는 차단부재가 상기 강관의 길이방향을 따라 길게 구비되어 이루어지되,
    상기 차단부재(11)는,
    인접한 두 강관 중의 어느 한 강관의 외면에 그 길이방향으로 길게 형성되는 제1연결구(12)와,
    상기 제1연결구(12)가 형성된 강관에 인접한 강관의 외면에 그 길이방향으로 길게 형성되는 제2연결구(14)로 구성되며,
    상기 제1 연결구(12)는, 강관 외면에 길이방향을 따라 직선으로 결합된 연결부(12a)와, 상기 제2연결구에 삽입되는 돌기부(12b)로 구성되며,
    상기 제2 연결구(14)는, 강관 외면에 길이방향을 따라 직선으로 연결되는 연결부(14a)와, 이 연결부 끝단에 형성되어 상기 제1연결구(12)의 돌기부(12b)를 수용하는 오목부(14b)로 구성되어,
    상기 제1 연결구(12)가 구비된 강관과 상기 제2 연결구(14)를 구비한 강관을 서로 인접한 위치에 배치하여 지반에 압입할 때, 상기 제1연결구(12)와 제2연결구(14)에 의해 형성되는 터널공간(굴착부분) 쪽을 향한 각도가 예각(θ)을 이루도록 배치하고, 상기 제1연결구(12)의 돌기부(12b)가 인접 강관의 제2연결구(14)의 오목부(14b)에 끼워지도록 하여 강관을 압입함으로써,
    인접한 두 강관 사이를 상기 제1 연결구(12)와 제2 연결구(14)로써 차단하여 두 강관 사이에 작용하는 토압을 지지하고, 압입되는 강관이 먼저 압입된 강관의 연결구를 따라 그 진로가 안내되도록 하는 것을 특징으로 하는 지하터널 시공방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상부 수평지지보(30)는,
    상기 좌우 수직지지보(20)의 사이에서 양단이 각각 상기 두 수직지지보(20)에 결합되어 상부 중앙 강관(10g)을 지지하는 메인지지보(31)와,
    상기 메인지지보(31)와 동일한 축 선상에 배열되며, 일단은 상부 좌측 강관(10e)의 좌측 내면에 밀착되고, 타단은 상기 좌측 수직지지보(20)에 결합되는 좌측 보조지지보(32a)와,
    상기 메인지지보(31)와 동일한 축 선상에 배열되며, 일단은 상부 우측 강관(10f)의 우측 내면에 밀착되고, 타단은 상기 우측 수직지지보(20)에 결합되는 우측 보조지지보(32b)로 구성되며;
    상기 하부 수평지지보(40)는,
    상기 좌우 수직지지보(20)의 사이에서 굴착될 터널 윤곽선의 바닥기초를 형성하는 메인지지보(41)와,
    상기 메인지지보(41)와 동일한 축 선상에 배열되며, 일단은 하부 좌측 강관(10a)의 좌측 내면에 밀착되고, 타단은 상기 좌측 수직지지보(20)에 결합되는 좌측 보조지지보(42a)와,
    상기 메인지지보(41)와 동일한 축 선상에 배열되며, 일단은 하부 우측 강관(10b)의 우측 내면에 밀착되고, 타단은 상기 우측 수직지지보(20)에 결합되는 우측 보조지지보(42b)로 구성되는 것을 특징으로 하는 지하터널 시공방법.
  5. 삭제
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