KR101069706B1 - 암반 경계층의 지하터널 형성용 구조물 설치방법 - Google Patents

암반 경계층의 지하터널 형성용 구조물 설치방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널 굴착부의 토사를 미리 파내지 않고 먼저 지중에 터널 형성용 구조물을 설치하여 사전에 충분히 응력에 견디도록 한 다음 구조물 내측을 굴착하여 지하터널을 형성하도록 하는 지하터널 형성용 구조물 설치방법에 관한 것으로, 터널 예정면의 루프에 해당하는 토사층에 강관을 압입하는 공정과, 아치형 또는 4각형상으로 압입된 강관을 강관하부에 거더로 된 구조체를 설치하는 공정과, 강관의 옆면을 절단한 후 상부 방수판과 하부 지지대를 설치한 후 강관과 강관 사이를 그라우팅 실시하는 공정과, 굴착된 터널의 바닥면에서 양측 강관 하측 암반 부분에 수직벽으로 된 구조체를 형성하는 공정과, 터널 내에 남아 있는 암반 및 토사층을 굴착제거하는 공정과, 거푸집을 설치하고 철근을 배근하여 콘크리트를 타설하여 바닥층을 완성하는 공정으로 된 터널 구조물 설치방법에 있어서,
상기 구조체를 형성하는 공정은, 터널의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 분리되게 암반을 부분적으로 1차 굴착하고, 1차 굴착된 공간내에 거푸집을 설치하고 공간 외측면과 바닥면을 방수판으로 방수처리하고 철근을 배근하며, 상기 거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 1차 부분 수직벽을 형성하며, 상기 1차 부분 수직벽의 콘크리트 양생 후 거푸집을 분리하고 양측 강관 하측의 1차 수직벽의 나머지 부분을 굴착하는 2차 굴착하고, 2차 굴착된 공간내에 거푸집을 설치하고 1차 수직벽의 방수판 및 철근과 연속되게 방수판 및 철근을 설치 배근하며, 상기 거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 2차 부분 수직벽을 1차 수직벽과 연속으로 이어지게 형성하며,
상기 바닥층을 완성하는 공정에서, 터널내 바닥면에 방수판을 이어 방수처리 후 거푸집을 설치하고 철근을 배근하여 콘크리트를 타설하여 바닥층을 완성하는 공정으로 이루어 지므로서,
굴착된 바닥면에서 강관의 압입 갯수를 줄여 공사비를 줄일 수 있고 작업공간의 분할로 동시 작업이 가능하여 공사기간이 단축될 수 있으면서도 토사와 암반경계 부분의 터널을 용이하게 시공할 수 있는 것이다.
암반경계층, 지하터널, 구조물

Description

암반 경계층의 지하터널 형성용 구조물 설치방법 {Method for constructing structure for forming underground tunnel on boundary of rock bed}
본 발명은 터널 굴착부의 토사를 미리 파내지 않고 먼저 지중에 터널 형성용 구조물을 설치하여 사전에 충분히 응력에 견디도록 한 다음 구조물 내측을 굴착하여 지하터널을 형성하도록 하는 지하터널 형성용 구조물 설치방법에 관한 것으로,
특히, 암반 경계층에 지하터널을 구성함에 있어서, 토사로 형성된 상부층은 강관을 압입하여 그 내부의 콘크리트 타설에 의하여 루프를 형성한 후 암반으로 된 하부층은 부분 굴착방식으로 수직 공간부를 형성하여 이에 콘크리트 측벽을 형성하므로서 암반층에 대하여 용이한 굴착이 가능하게 한 암반 경계층의 지하터널 형성용 구조물 설치방법에 관한 것이다.
지하터널을 형성하기 위해서는 터널 외부로부터 발생하는 응력에 견딜 수 있는 터널 구조물이 설치되는바 종래의 설치방법을 보면,
강관압입전 터널시공예정면을 따라 강관압입 위치를 정확하게 측량하고 직경 이 1m~3m정도 되는 대구경의 강관선단에 토류방지판투입구가 형성되있고 압입방향조정장치가 형성된 선도관을 결합하여 강관압입을 위한 준비작업을 완료하는 강관압입 위치측량 및 선도관설치공정과,
강관을 추진위치에 정확하게 고정시킨후 유압 잭(JACK) 및 추진보조관을 이용하여 단계적으로 압입하며 매 1M마다 위치측량을 실시하고 선도관에 형성된 압입방향조정장치를 이용하여 최소의 오차범위에 시공되도록 하는 강관압입 공정과,
거드 및 상판등을 설치하기 위해 강판측면을 절개할 때 토압을 견딜 수 있도록 강관내부에 보강판 및 보강후레임 등을 설치하는 강관보강공정과,
상기 강관압입공정에서 강관을 압입할 시 선도관에 형성된 토류방지판투입구를 통해 주변 흙을 파낸다음 토류방지판을 순차적으로 투입연결하는 토류방지판 설치공정과,
상기 강관압입 및 토류방지판의 설치가 완료되면 매 강관마다 설치되어 있는 그라우팅주입밸브를 통해 토류방지판 주변 및 강관주변을 그라우팅하여 강관하부 절개시 토사유출을 방지하도록 함은 물론 차수역활을 하도록 하는 갱외 그라우팅 공정과,
상기 갱외 그라우트가 완료 및 강관압입이 완료되면 강관 측면을 절개하여 파이프삽입공을 형성하고 이에 토압을 횡으로 전달시키는 거드 또는 빔을 설치하는 공정과,
양측 최하단에 빔 또는 측벽등을 설치하고자 하는 소정위치를 절개하고 절개면을 통해 흙을 파내며 측벽형성용 토류판을 소정폭으로 설치하는 측벽형성용 토류 판설치공정과,
터널형성부 및 구조물 크기에 따라 강관내측에 거푸집을 설치하는 강관내 거푸집설치공정과,
상기 강관내부와 측벽형성용 토류판내에 철근배근을 하는 철근배근 공정과,
상기 강관내부 및 측벽형성용 토류판내에 콘크리트를 주입하여 강관내부 및 측벽형성용 토류판에 콘크리트 타설공정과,
상기 강관 내부 및 측벽 형성용 토류판에 주입된 콘크리트가 양생되면 강관과 측벽 내측의 터널면을 굴착하는 터널면 굴착공정으로 되는 지하터널 형성용 구조물 설치방법이 있다.
전기한 종래의 터널 구조물 설치방법 중 전자의 강관 압입과 이의 연결에 의한 방식은 견고하고 안정적인 설치물을 얻을 수 있으나 구경이 1.5~3m로 형성되는 강관이 비교적 고가인데다가 그 압입방식이 상당한 기술을 요하는 것이어서 설치비가 과다하고 공사기간이 길어지는 문제가 있고, 암반층의 경우는 그 강관의 압입이 거의 불가능하여 시공자체가 어려운 문제가 있다.
본 발명은 전기한 터널의 구조물 형성방법의 문제점에 착안하여 암반 경계층의 상부 토사층에는 터널의 루프를 강관의 압입에 의해 종전의 방식으로 형성하되, 그 내부공간을 굴착한 후 하부 암반층에 대하여 측벽의 형성시에 일정 거리 마다 부분 굴착하여 그 내측에 콘크리트를 타설하여 1차 측벽을 형성한 후 나머지 부분을 굴착하여 기존의 콘크리트벽과 이어지게 콘크리트를 타설하여 2차 측벽을 형성하여 전체적으로 이어지게 연결하므로서 강관의 압입 갯수를 줄이면서도 안전한 굴착이 가능하여 암반 경계층에 대한 터널 형성이 용이하면서도 공사기간을 단축할 수 있는 터널 구조물 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.
전기한 목적을 이루기 위한 기술수단으로서, 터널 예정면의 루프에 해당하는 토사층에 강관을 압입하는 공정과, 아치형 또는 4각형상으로 압입된 강관을 강관하부에 거더로 된 구조체를 설치하는 공정과, 강관의 옆면을 절단한 후 상부 방수판과 하부 지지대를 설치한 후 강관과 강관 사이를 그라우팅 실시하는 공정과, 굴착된 터널의 바닥면에서 양측 강관 하측 암반 부분에 수직벽으로 된 구조체를 형성하는 공정과, 터널 내에 남아 있는 암반 및 토사층을 굴착제거하는 공정과, 거푸집을 설치하고 철근을 배근하여 콘크리트를 타설하여 바닥층을 완성하는 공정으로 된 터널 구조물 설치방법에 있어서,
상기 구조체를 형성하는 공정은,
터널의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 분리되게 암반을 부분적으로 1차 굴착하고, 1차 굴착된 공간내에 거푸집을 설치하고 공간 외측면과 바닥면을 방수판으로 방수처리하고 철근을 배근하며, 상기 거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 1차 부분 수직벽을 형성하며,
상기 1차 부분 수직벽의 콘크리트 양생 후 거푸집을 분리하고 양측 강관 하측의 1차 수직벽의 나머지 부분을 굴착하는 2차 굴착하고, 2차 굴착된 공간내에 거푸집을 설치하고 1차 수직벽의 방수판 및 철근과 연속되게 방수판 및 철근을 설치 배근하며, 상기 거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 2차 부분 수직벽을 1차 수직벽과 연속으로 이어지게 형성하며,
상기 바닥층을 완성하는 공정에서,
터널내 바닥면에 방수판을 이어 방수처리 후 거푸집을 설치하고 철근을 배근하여 콘크리트를 타설하여 바닥층을 완성함으로 달성할 수 있는 것이다.
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본 발명의 암반 경계층의 지하 터널 형성용 구조물 설치방법은 상부의 토사 층에 대하여 터널 형성 예정면에 따라 강관을 압입한 후 그 강관 내부에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 터널루프를 형성하고 그 내부의 토사층을 굴착하고 굴착된 바닥면에서 강관의 압입 갯수를 줄여 공사비를 줄이면서도 강관 하측의 암반층을 1,2차로 분리하여 부분 굴착하는 방식으로 하부 암반층 부분에 측벽을 형성하는 방법으로 터널을 형성하므로서 작업공간의 분할로 동시 작업이 가능하여 공사기간이 단축될 수 있으면서도 토사와 암반경계 부분의 터널을 용이하게 시공할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의하여 상세히 설명한다.
암반 경계층에 터널을 형성함에 있어서, 먼저 도 1a 및 도 1b의 도시와 같이 터널 예정면의 루프에 해당하는 상부의 토사층(300) 위치에 직경 1.5~3m 정도의 대구경 강관을 압입하는 공정을 실시한다.
여기에서 대구경 강관(100)을 지중에 압입하기 위하여 터널 진입부까지 수직갱을 구축하고 수직갱 내부에 유압에 의한 압입수단을 갖추어 압입방향 조정장치가 형성된 선로관과 강관을 압입하되 후측에서 강관을 새로 공급하여 끼워 넣는 방식으로 터널을 형성코저 하는 길이 만큼 강관을 압입하되, 강관(100)의 압입으로 강관내에 유입되는 흙은 강관 외부로 제거한다.
이와 같은 압입과 굴착방식으로 형성되는 터널 루프는 토사층(300)과 암반층(400) 경계면의 형상이나 루프의 형태에 따라 도 1a의 도시와 같이 대구경 강관(100)(100')을 토사층(300)에 아치형으로 압입하여 형성할 수도 있으며, 도 1b의 도시와 같이 강관(100)(100')의 측면을 절개하여 거더(160)를 설치하는 공정을 추가하여 거더(160)에 의해 연결 결합할 수도 있다.
도 1c의 도시와 같이 강관(100)(100')의 압입을 4각 박스형으로 할 수도 있다.
전기한 루프 형성용 강관압입 공정이 끝난 후, 도 2의 도시와 같이 강관(100)의 옆면을 절단하고 그 상부에 방수판(120)을 설치하고 하부에 지지판(130)을 설치하여 서로를 토압지지대(140)로 지지하므로서 방수 및 토류방지 시키는 공정을 실시한다.
여기서 대구경 강관(100)의 옆면을 절단하고 그 절단면의 상부에 방수판(120)을 결합하고 하부에 지지판(130)를 결합하여 토압지지대(140)에 의해 서로를 지지되게 하므로서 토압에 의한 토류를 방지하면서도 상부에서 누출되는 지하수의 유입을 방지할 수 있는 것이다.
방수판 설치가 완료된 후 갱외 공간에 시멘트 그라우팅을 실시하여 그라우팅부(150)를 형성하는 그라우팅 공정을 하므로서 견고한 터널 루프 형성이 완료되는 것이다.
방수판 설치 후, 도 3의 도시와 같이 대구경 강관(100)(100')을 서로 관통시 키고 거푸집(170)을 형성하여 철근(180)을 배근하는 공정을 실시한다.
철근 배근 후, 관통된 강관 내부에 콘크리트를 타설하여 터널루프 및 측벽을 형성하는 공정을 실시하므로서 터널루프 및 측벽 등이 종래의 방식으로 최종 완성되는 것이다.
철근 배근시에 하측 강관(100)(100')의 하부를 일정 간격으로 절개하고 그 하측에 터파기를 하여 거푸집을 형성시킨 후 하측으로 철근을 돌출시켜 차후 공정에서 구조체의 철근과 연결시킬 수 있게 한다.
타설된 콘크리트가 양생되면 도 4의 도시와 같이 강관(100)(100') 내측의 터널 내부 공간의 토사층(300)을 굴착한다.
여기서 토사층(300)을 굴착하게 되면 토사층(300)과 경계를 이루고 있는 암반층(400)이 바닥으로 드러나게 되는 것이다.
이와 같이 암반층(400)의 상부면이 터널 내부의 바닥면으로 드러난 상태에서 도 5의 도시와 같이 굴착된 터널의 바닥면에서 양측 강관(100)(100') 하측의 암반층(400)을 굴착하되, 도 6a의 도시와 같이 터널의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 분리되게 부분 굴착하는 1차 굴착공정을 실시하여 1차 굴착부(410)(410')를 형성한다.
여기서 굴착부(410)(410')를 전후 연속형성하지 아니하고 이격되게 분리 형성하는 이유는 굴착되지 아니한 나머지 부분의 암반층에 의해 이미 형성된 터널루프의 상부 토압에 대한 내력을 유지하여 안전한 시공을 하기 위함이다.
이어서 1차 굴착된 굴착부(410)(410') 내에 도 6b의 도시와 같이 그 출착부의 외측면과 바닥면에 방수판(440)을 연결 설치하고 거푸집(420)을 설치하고 철근(430)을 배근한다.
여기서 철근(430)은 상부의 루프 강관 또는 거더의 하측으로 돌출된 철근과 이어주어 루프구조와 수직벽 구조체가 일체화 될 수 있게 한다.
거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 도 6c의 도시와 같이 1차 부분 수직벽(450)(450')을 형성하는 공정을 실시하여 1차 부분 수직벽(450)(450')에 의해 상부의 터널루프 구조물에 대한 토압의 내력을 갖게 한다.
콘크리트 양생 후 거푸집(420)을 분리하고 양측 강관(100)(100') 하측의 1차 수직벽에 의해 터널루프에 버팀 내력이 유지되는 상태에서 도 6d의 도시와 같이 1차 수직벽의 나머지 부분을 굴착하는 2차 굴착을 실시하여 2차 굴착부(460)(460')를 형성한다.
2차 굴착부(460)(460')내에 전기한 1차 공정과 동일하게 2차 굴착된 공간내에 도 6e의 도시와 같이 방수판(440)과 거푸집(420)을 연속 설치하고 1차 수직벽(450)(450')의 철근과 연속되게 철근(430)을 배근한다.
거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 2차 부분 수직벽(470)(470')을 1차 수직벽(450)(450')과 연속으로 이어지게 형성하는 공정을 실시하여 1,2차 수직벽(450)(450')(470)(470')이 연속으로 이어진 수직벽을 얻는 것이다.
이와 같이 완전한 터널루프 하부의 암반층(400)에 대하여 수직벽을 이룬 상태에서 터널 내벽이 굴착된 암반층(400)의 암반을 굴착 제거하여 터널 내부를 완전 굴착한 후, 터널내 바닥면에 방수판 거푸집을 설치하고 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 바닥층을 완성하는 공정으로 되는 암반 경계층의 지하터널 형성용 구조물을 왼성하는 것이다.
이상과 같이 본 발명의 암반 경계층의 지하터널 형성용 구조물 설치방법은 상부의 토사층에 대하여 터널 형성 예정면에 따라 강관을 압입한 후 그 강관 내부에 철근을 배근하고 콘크리트를 타설하여 터널루프를 형성하고 그 내부의 토사층을 굴착하고 굴착된 바닥면에서 강관의 압입 갯수를 줄여 공사비를 줄이면서도
강관 하측의 암반층을 1,2차로 분리하여 부분 굴착하는 방식으로 하부 암반층 부분에 측벽을 형성하는 방법으로 터널을 형성하므로서 작업공간의 분할로 동시 작업이 가능하여 공사기간이 단축될 수 있으면서도 토사와 암반경계 부분의 터널을 용이하게 시공할 수 있는 것이다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명 토사층에 대한 강관 추진 설명도로서
1a는 강관을 아치형으로 압입한 실시예도.
1b는 아치형 강관을 거더에 의해 연결 결합한 실시예도.
1c는 강관을 4각 박스형으로 압입한 실시예도.
도 2는 본 발명 방수판 및 지지대에 의한 강관 연결 설명도
도 3은 본 발명 강관 내부의 철근 배근과 콘크리트 타설 설명도
도 4는 본 발명 터널루프 내측의 토사층 굴착제거 설명도
도 5는 본 발명 터널루프 하측의 암반층 굴착 설명도
도 6a ~ 6f는 본 발명의 암반층의 1,2차 부분 굴착순서 설명도로서
6a는 1차 부분 굴착 설명도
6b는 1차 부분 굴착부에 대한 거푸집 및 철근 배근 설명도
6c는 1차 부분 굴착부에 대한 콘크리트 타설에 의한 부분 측벽 형성 설명도
6d는 나머지 부분에 대한 2차 굴착 설명도
6e는 2차 굴착부에 대한 거푸집 및 철근 배근 설명도
6f는 2차 굴착부에 대한 콘크리트 타설로 연결측벽 형성 설명도
도 7은 본 발명 암반층에 대한 측벽 완성 설명도
도 8은 본 발명 터널 내측의 잔여 암반층의 굴착제거 설명도
도 9는 본 발명 터널 내부의 바닥면 형성 설명도
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,100' : 강관 120 : 방수판
130 : 지지판 140 : 토압지지대
150 : 그라우팅부 160 : 거더
170 : 거푸집 180 : 철근
300 : 토사층 400 : 암반층
410,410' : 1차 굴착부 420 : 거푸집
430 : 철근 440 : 방수판
450,450' : 1차 부분 수직벽 460,460' : 2차 굴착부
470,470' : 2차 부분 수직벽

Claims (6)

  1. 터널 예정면의 루프에 해당하는 토사층에 강관을 압입하는 공정과, 아치형 또는 4각형상으로 압입된 강관을 강관하부에 거더로 된 구조체를 설치하는 공정과, 강관의 옆면을 절단한 후 상부 방수판과 하부 지지대를 설치한 후 강관과 강관 사이를 그라우팅 실시하는 공정과, 굴착된 터널의 바닥면에서 양측 강관 하측 암반 부분에 수직벽으로 된 구조체를 형성하는 공정과, 터널 내에 남아 있는 암반 및 토사층을 굴착제거하는 공정과, 거푸집을 설치하고 철근을 배근하여 콘크리트를 타설하여 바닥층을 완성하는 공정으로 된 터널 구조물 설치방법에 있어서,
    상기 구조체를 형성하는 공정은,
    터널의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 분리되게 암반을 부분적으로 1차 굴착하고, 1차 굴착된 공간내에 거푸집을 설치하고 공간 외측면과 바닥면을 방수판으로 방수처리하고 철근을 배근하며, 상기 거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 1차 부분 수직벽을 형성하며,
    상기 1차 부분 수직벽의 콘크리트 양생 후 거푸집을 분리하고 양측 강관 하측의 1차 수직벽의 나머지 부분을 굴착하는 2차 굴착하고, 2차 굴착된 공간내에 거푸집을 설치하고 1차 수직벽의 방수판 및 철근과 연속되게 방수판 및 철근을 설치 배근하며, 상기 거푸집 내에 콘크리트를 타설하여 2차 부분 수직벽을 1차 수직벽과 연속으로 이어지게 형성하며,
    상기 바닥층을 완성하는 공정에서,
    터널내 바닥면에 방수판을 이어 방수처리 후 거푸집을 설치하고 철근을 배근하여 콘크리트를 타설하여 바닥층을 완성하여 됨을 특징으로 하는 암반 경계층의 지하터널 형성용 구조물 설치방법.
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