KR101170011B1 - 터널시공장치 및 이를 이용한 급속 터널시공방법 - Google Patents

터널시공장치 및 이를 이용한 급속 터널시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지반을 터널의 형상으로 절개하여 터널의 내면(1)과 심부지반(2) 사이에 절개부(10)를 형성하도록, 전방에 굴진부(110)가 설치되고, 전후방 구동을 위한 구동부(120)를 구비한 절개장치(100); 절개부(10)에 위치하여 터널의 내면(1)과 심부지반(2)을 분리하도록, 절개장치(100)의 후방에 설치된 임시 지보재(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널시공장치를 제시함으로써, 시공기간을 획기적으로 단축할 수 있고, 작업이 간편하며, 안전하고, 경제적이면서도, 주변 환경에 대한 영향을 최소화할 수 있도록 한다.

Description

터널시공장치 및 이를 이용한 급속 터널시공방법{CONSTRUCTION APPARATUS FOR TUNNEL AND CONSTRUCTION METHOD FOR TUNNEL USING THE SAME}
본 발명은 토목 분야에 관한 것으로서, 상세하게는 터널의 시공방법에 관한 것이다.
터널을 굴착함에 있어 터널공법의 선정은 굴착 대상부의 지질상태에 기초한 시공의 안전성, 경제성, 시공의 편이성 등을 종합적으로 검토하여 이루어져야 한다.
최근 가장 선호하는 터널공법으로는 재래식의 공법과 함께 NATM(New Austrian Tunnel Method) 공법, TBM(Tunnel boring Machine) 공법을 예로 들 수 있다.
NATM 공법은 재래식 공법에 비해서 월등한 경제성과 안정성이 입증되어 도심지 및 산악지역의 대부분 터널에 적용되고 있다.
재래식 공법이 철재 스틸 립(Steel Rib)과 콘크리트 라이닝(터널내벽을 보호하는 콘크리트 보강벽체)을 주요한 지보재(支保材)로 사용한다면, NATM 공법은 지반 자체가 주요한 지보재로서 숏크리트(Shotcrete), 락 볼트(Rock Bolt)를 사용하여 굴착 표면을 강화시켜 암질이 연약한 부위에서도 효과적으로 공사를 수행할 수 있다.
상기 NATM 공법은 지주를 세우지 않더라도 전술한 바와 같이 터널 주변의 지반 자체로 하여금 지주 역할을 하도록 하여 막대한 하중을 견디게 하므로, 토질과 지반의 영향에 관계 없이 터널시공을 할 수 있다는 장점을 가진다.
그러나 발파에 의한 낙반사고나 주변 자연환경의 파괴 및 심각한 소음발생 등의 단점이 있고, 다량의 지보재(락 볼트, 숏크리트)가 요구되며, 발파 장비, 지보재 등 다수의 장비가 요구되어 작은 단면을 가진 터널굴착에는 부적합하다는 단점이 있다.
TBM(Tunnel boring Machine) 공법은 정상적인 화약장전에 의한 발파 작업이 불가능한 지역(해저터널, 지반이 약한 지역)에서 터널 시공 시 주로 이용하는 방법이다.
이 TBM 공법은 TBM(Tunnel boring Machine)이라는 터널굴착기계를 이용한 방식으로 무발파, 무진동으로 전단면 굴착이 가능하다.
따라서 자산 변형을 최소화할 뿐 아니라 비발파 작업으로 안전하고 청결한 갱내 작업환경을 유지시킬 수 있다는 장점이 있다.
그러나 고가의 굴착기계 및 이 기계를 운용할 수 있는 전문 기능공이 요구되는 공법으로 상기 NATM 공법에 비해 경제적인 면에서 불리하다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 시공기간을 획기적으로 단축할 수 있고, 작업이 간편하며, 안전하고, 경제적이면서도, 주변 환경에 대한 영향을 최소화할 수 있도록 하는 터널시공장치 및 이를 이용한 급속 터널시공방법을 제시하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 과제의 해결을 위하여, 본 발명은 지반을 터널의 형상으로 절개하여 터널의 내면(1)과 심부지반(2) 사이에 절개부(10)를 형성하도록, 전방에 굴진부(110)가 설치되고, 전후방 구동을 위한 구동부(120)를 구비한 절개장치(100); 상기 절개부(10)에 위치하여 상기 터널의 내면(1)과 심부지반(2)을 분리하도록, 상기 절개장치(100)의 후방에 설치된 임시 지보재(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널시공장치를 제시한다.
상기 절개장치(100)는 상기 절개부(10)에 위치하여 상기 심부지반(2)을 덮는 형상으로 형성된 본체(130);를 구비하고, 상기 굴진부(110)는 상기 본체(130)의 전방에 열지어 배치된 다수의 비트(111);를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 임시 지보재(200)는 상기 절개부(10)에 위치하여 상기 심부지반(2)을 덮도록, 만곡진 판 형상으로 형성된 것이 바람직하다.
상기 심부지반(2)의 굴착 시, 상기 임시 지보재(200) 및 터널의 내면(1)을 보호하도록, 상기 임시 지보재(200)의 내면에는 보호부재(210)가 탈착가능하게 설치된 것이 바람직하다.
상기 절개장치(100) 및 임시 지보재(200)는 아치형 단면 구조로 형성된 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 터널시공장치를 이용한 급속 터널시공방법으로서, 상기 절개장치(100)의 굴진부(110)에 의해 지반을 터널의 형상으로 절개하여, 터널의 내면(1)과 심부지반(2) 사이에 절개부(10)를 형성하고, 상기 임시 지보재(200)가 상기 절개부(10)에 위치하도록 하는 굴진단계; 상기 심부지반(2) 중 상기 임시 지보재(200)의 내부에 위치한 영역(a)을 굴착하는 굴착단계; 상기 굴착단계에 의해 형성된 공간에 해당하는 터널의 내면(1)에 라이닝 구조물(20)을 설치하는 라이닝 구조물 설치단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 급속 터널시공방법을 함께 제시한다.
상기 굴착단계는 발파작업 또는 와이어쏘 작업에 의해 수행되는 것이 바람직하다.
상기 라이닝 단계는 상기 터널의 내면(1)에 다수의 프리캐스트 패널(21)을 설치하는 단계; 상기 프리캐스트 패널(21)과 터널의 내면(1) 사이에 충전재(22)를 충전하여 고정하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 시공기간을 획기적으로 단축할 수 있고, 작업이 간편하며, 안전하고, 경제적이면서도, 주변 환경에 대한 영향을 최소화할 수 있도록 하는 터널시공장치 및 이를 이용한 급속 터널시공방법을 제시한다.
도 1 이하는 본 발명의 실시예를 도시한 것으로서,
도 1은 터널시공장치의 사시도.
도 2는 도 1의 A-A 단면도.
도 3 내지 9는 터널시공방법의 공정도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
도 1 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 터널시공장치는 기본적으로, 지반을 터널의 형상으로 절개하여 터널의 내면(1)과 심부지반(2) 사이에 절개부(10)를 형성하도록, 전방에 굴진부(110)가 설치되고, 전후방 구동을 위한 구동부(120)를 구비한 절개장치(100); 절개부(10)에 위치하여 터널의 내면(1)과 심부지반(2)을 분리하도록, 절개장치(100)의 후방에 설치된 임시 지보재(200);를 포함하여 구성된다.
이를 이용한 터널시공방법은 다음과 같은 공정에 의해 구성된다.
절개장치(100)의 굴진부(110)에 의해 지반을 터널의 형상으로 절개하여, 터널의 내면(1)과 심부지반(2) 사이에 절개부(10)를 형성하고, 임시 지보재(200)가 절개부(10)에 위치하도록 한다(도 3,4).
즉, 터널의 형성을 위해 지반을 굴착하되, 터널의 전단면을 굴착하는 것이 아니라, 터널의 외곽형상에 해당하는 영역만을 절개하여 절개부(10)를 형성하고, 이를 통해 절개장치(100) 및 임시 지보재(200)가 전진하는 것이다.
심부지반(2) 중 임시 지보재(200)의 내부에 위치한 영역(a)을 발파 등에 의해 굴착한다(도 6,7).
이때, 상기 절개부(10)의 형성에 의해 이미 터널의 내면(1)과 심부지반(2)은 완전히 분리되어 있고, 그 사이 절개부(10)에 임시 지보재(200)가 위치하게 되므로, 심부지반(2)의 발파에 의한 영향이 터널의 내면(1)에 거의 미치지 않게 된다.
굴착단계에 의해 형성된 공간에 해당하는 터널의 내면(1)에 라이닝 구조물(20)을 설치한다(도 8).
여기서, 터널의 내면(1)은 발파에 의해 형성되는 것이 아니라 상술한 절개장치(100)의 굴진작업에 의해 형성되는 것이므로, 표면이 깨끗하게 형성될 것인바, 별도의 숏크리트, 지보재 작업 등이 필요없고, 바로 라이닝 작업에 들어가면 되는 것이다.
즉, 본 발명에 의한 터널시공방법은 절개장치(100) 및 임시 지보재(200)가 지속적으로 굴진하면서, 위 공정(심부지반 굴착, 라이닝)을 반복하여 터널을 시공할 수 있으므로, 종래의 공법에 의해 대단히 급속시공이 가능하여 공사기간을 획기적으로 단축할 수 있다는 효과가 있다..
절개장치(100)는 구체적으로, 절개부(10)에 위치하여 심부지반(2)을 덮는 형상으로 형성된 본체(130);를 구비하고, 굴진부(110)는 본체(130)의 전방에 열지어 배치된 다수의 비트(111);를 포함하는 구성을 취하는 것이 바람직하다(도 1).
비트(111)는 회전식, 타격식 등 지반을 굴착하여 절개부(10)를 형성할 수 있는 구성이면 어느 것이나 관계없고, 비트(111)에 회전력, 타격력을 인가하는 모터 등은 본체(130)에 장착된다.
임시 지보재(200)는 절개장치(100)의 후방에 설치되어 터널의 내면(1)을 보호하는 역할을 담당하는데, 강재 빔의 조립에 의한 프레임 구조를 취할 수도 있으나, 절개부(10)에 위치하여 심부지반(2)을 덮도록 만곡진 판 형상(강재 등)으로 형성되는 것이 더욱 완벽한 보호를 위해 바람직하다(도 1,2).
이는 절개장치(100)의 전후진과 함께 전후진 구동을 해야 하므로, 저면에 바퀴(201)가 장착되는 것이 바람직하다(도 1).
상술한 바와 같이, 심부지반(2)의 굴착을 위하여 임시 지보재(200)의 내부 영역(a)에서 발파 작업 등이 수행되는데, 이때 임시 지보재(200) 및 터널의 내면(1)을 더욱 안전하게 보호하기 위해서는, 임시 지보재(200)의 내면에 고무판과 같은 보호부재(210)가 탈착가능하게 설치되는 것이 바람직하다.
절개장치(100) 및 임시 지보재(200)는 터널의 형상에 맞추어 형성하면 되며, 일반적인 터널의 형상과 같이 아치형 단면 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
심부지반(2)의 굴착을 위하여 반드시 발파작업을 할 필요는 없고, 경우에 따라 와이어쏘 작업에 의해 이를 수행할 수도 있는데, 본 발명에 의한 공법은 터널의 외곽을 따라 절개부(10)를 먼저 형성하므로, 이 공간을 이용하여 와이어쏘 작업 또한 원활하게 수행할 수 있다는 장점이 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 공법에 의해 형성되는 터널의 내면(1)은 깨끗하게 형성되므로, 별도의 숏크리트, 지보재 작업 등이 필요 없이, 바로 라이닝 작업에 들어갈 수 있다.
라이닝 구조물(20)은 통상의 거푸집과 현장타설 방식에 의해 수행할 수도 있으나, 터널의 내면(1)에 결합구(미도시)를 이용하여 다수의 프리캐스트 패널(21)을 설치하고, 프리캐스트 패널(21)과 터널의 내면(1) 사이에 몰탈 등의 충전재(22)를 충전하여 고정하는 방식을 취하는 것이 시공속도를 증대하면서도 안정적인 구조를 이룰 수 있다는 측면에서 바람직하다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께 하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
1 : 터널의 내면 2 : 심부지반
10 : 절개부 20 : 라이닝 구조물
21 : 프리캐스트 패널 22 : 충전재
100 : 절개장치 110 : 굴진부
120 : 구동부 130 : 본체
200 : 임시 지보재 210 : 보호부재

Claims (8)

  1. 지반을 터널의 형상으로 절개하여 터널의 내면(1)과 심부지반(2) 사이에 절개부(10)를 형성하도록, 전방에 굴진부(110)가 설치되고, 전후방 구동을 위한 구동부(120)를 구비한 절개장치(100);
    상기 절개부(10)에 위치하여 상기 터널의 내면(1)과 심부지반(2)을 분리하도록, 상기 절개장치(100)의 후방에 설치된 임시 지보재(200);를
    포함하는 것을 특징으로 하는 터널시공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절개장치(100)는 상기 절개부(10)에 위치하여 상기 심부지반(2)을 덮는 형상으로 형성된 본체(130);를 구비하고,
    상기 굴진부(110)는 상기 본체(130)의 전방에 열지어 배치된 다수의 비트(111);를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널시공장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 임시 지보재(200)는 상기 절개부(10)에 위치하여 상기 심부지반(2)을 덮도록, 만곡진 판 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 터널시공장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 심부지반(2)의 굴착 시, 상기 임시 지보재(200) 및 터널의 내면(1)을 보호하도록, 상기 임시 지보재(200)의 내면에는 보호부재(210)가 탈착가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 터널시공장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절개장치(100) 및 임시 지보재(200)는 아치형 단면 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 터널시공장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 터널시공장치를 이용한 급속 터널시공방법으로서,
    상기 절개장치(100)의 굴진부(110)에 의해 지반을 터널의 형상으로 절개하여, 터널의 내면(1)과 심부지반(2) 사이에 절개부(10)를 형성하고, 상기 임시 지보재(200)가 상기 절개부(10)에 위치하도록 하는 굴진단계;
    상기 심부지반(2) 중 상기 임시 지보재(200)의 내부에 위치한 영역(a)을 굴착하는 굴착단계;
    상기 굴착단계에 의해 형성된 공간에 해당하는 터널의 내면(1)에 라이닝 구조물(20)을 설치하는 라이닝 구조물 설치단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 급속 터널시공방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 굴착단계는 발파작업 또는 와이어쏘 작업에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 급속 터널시공방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 라이닝 단계는
    상기 터널의 내면(1)에 다수의 프리캐스트 패널(21)을 설치하는 단계;
    상기 프리캐스트 패널(21)과 터널의 내면(1) 사이에 충전재(22)를 충전하여 고정하는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는 급속 터널시공방법.
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