KR101176268B1 - 비 개착식 터널 압입공법에서의 선단 구조체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 콘크리트 관이나 강관, 사각 콘크리트 박스(box) 등 여러 형태의 구조물을 압입하여 터널을 구성하는데 있어서 압입되는 터널과 지중과의 마찰력을 최소화하기 위한 터널압입공법에 사용되는 선단 구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선단 구조체의 내부에서 제공되는 철판 또는 와이어 망이 선단 구조체의 외주면으로 방출되어 선단 구조체와 철판 또는 와이어망이 서로 마찰되도록 함으로써 터널 구조체와 지중과의 마찰력을 최소화한 선단 구조체에 관한 것이다.
본 발명은 지중에 터널을 비개착식으로 매설 시공하는 경우에, 매설되는 터널 추진체의 전방에 설치되어 터널 추진체의 지중 진행을 유도하는 비개착실 터널 압입공법에서의 선단 구조체에 있어서, 상기 선단 구조체의 내주면 소정위치에는, 상기 선단 구조체의 외주면과 접하게 되는 지중과의 마찰을 감소시키는 마찰력 감소수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 비개착식 터널 압입공법에서의 선단 구조체를 제공한다.
본 발명은 터널 추진체에 작용하는 마찰력을 최소화하여 안전하고 정확한 시공이 가능한 장점을 가지며, 또한 터널 추진체가 철판이나 와이어망의 하부에 위치함으로써, 터널 추진체의 손상을 방지하고, 터널 추진체가 쉽게 압입될 수 있으며, 그라우팅 등의 별도의 공정이 필요하지 않으므로 공정의 간소화로 공기를 단축하며 공사비용을 절감할 수 있다는 장점을 가진다.
터널, 압입, 터널 추진체, 선단 구조체, 롤러, 롤 장치, 콘크리트 구조물, 마찰력, 철판, 와이어
Description
본 발명은 콘크리트 관이나 강관, 사각 콘크리트 박스(box) 등 여러 형태의 구조물을 압입하여 터널을 구성하는데 있어서 압입되는 터널과 지중과의 마찰력을 최소화하기 위한 터널압입공법에 사용되는 선단 구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선단 구조체의 내부에서 제공되는 철판 또는 와이어 망이 선단 구조체의 외주면으로 방출되어 선단 구조체와 철판 또는 와이어망이 서로 마찰되도록 함으로써 터널 구조체와 지중과의 마찰력을 최소화한 선단 구조체에 관한 것이다.
비 개착식 터널 압입공법이라 함은 지하보도나 고속도로의 터널 등을 시공하는 경우와 같이 지중으로 터널을 시공하여야 하는 경우, 터널 형성을 위해 지중으로 일정한 공동을 형성한 후에 터널을 시공하는 것이 아니라, 터널 추진체를 만들고 상기 터널 추진체를 유압잭 등을 이용하여 지중으로 압입하여 터널을 형성하는 공법을 말한다.
종래에 지중에 터널을 구축하기 위한 콘크리트 구조물이나 지중파이프 등을 매설하거나 지중에 특정한 경로를 따라 지정된 여러 형태의 단면적을 갖는 터널을 형성하기 위하여 다수의 터널 굴착 공법과 굴착용 장비들이 사용되어 왔다. 대구경과 장거리 추진을 원활하게 하기 위하여 추진체 외면에 벤토나이트(bentonite)와 기타 윤활제를 주입하거나 추진체의 외면에 그라우팅(grouting)함으로써 추진체에 작용하는 토압의 작용을 감소시키는 노력을 해왔다.
종래에 제시되었던 벤토나이트와 기타 윤활제를 주입하는 방법과 그라우팅 방법은 공정 자체의 효과가 불명확하고, 투여되는 윤활제 등의 가격때문에 공사비도 많이 들어가는 단점이 있었으며, 또한 주입액이 액체화되어 있어서 토질에 따라서는 주변의 토사의 정도에 따라 다르지만 토사에 흡수되고, 특히 지하수가 동반되는 토질에서는 그 효과가 현저히 떨어질 뿐만 아니라 토사 및 지하수의 오염을 유발한다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 방법들은 추진체를 추진할 때 추진체 외면에 각종 토질이 접하게 됨으로써 발생되는 마찰력에 의한 토압으로 인하여 과도한 추진력이 필요하게 되며, 과도한 추진력에 의해 콘크리트 구조물 등을 압입하다 보면 콘크리트 구조물의 파손이 발생할 수 있다는 문제점도 안고 있다.
또한, 추진체를 압입함에 따라 추진체 주변의 지반이 추진체의 압입방향으로 쏠림현상이 발생하게 되고, 그에 따라 지반의 변이 내지는 교란을 가져와 지반 침하가 발생할 가능성이 있다는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 마찰력 해소를 위해 사용되었던 방법들의 문제점을 해소하고, 터널 추진체에 작용하는 마찰력을 최소화하여 안전하고 정확한 시공이 가능한 비개착식 터널 압입공법에서의 선단 구조체를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 터널 추진체가 철판이나 와이어망의 하부에 위치함으로써, 터널 추진체의 손상을 방지하고, 터널 추진체가 쉽게 압입될 수 있도록 하는 비개착식 터널 압입공법에서의 선단 구조체를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공정의 간소화로 공기를 단축하며 공사비용을 절감할 수 있는 비개착식 터널 압입공법에서의 선단 구조체를 제공함으로 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 터널 추진체가 철판 등의 하부에 위치함으로써, 직접적으로 터널 추진체의 압입에 따른 지반 침하나 교란을 방지할 수 있는 비개착식 터널 압입공법에서의 선단 구조체를 제공함을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해, 지중에 터널을 비개착식으로 매설 시공하는 경우에, 매설되는 터널 추진체의 전방에 설치되어 터널 추진체의 지중 진행을 유도하는 비개착실 터널 압입공법에서의 선단 구조체에 있어서, 상기 선단 구조체는, 몸체와, 몸체와 연결되고 몸체의 전방에 위치하는 유도관과, 유도관과 몸체를 서로 연결하는 외측 보조판과, 유도관의 내부에서 추진력을 분산시키기 위한 내측 보조판으로 구성되고, 상기 몸체 내주면의 상부 소정위치에는, 상기 선단 구조체의 외주면과 접하게 되는 지중과의 마찰을 감소시키는 마찰력 감소수단이 구비되며, 상기 마찰력 감소수단은 상기 몸체의 상부 소정위치에 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀을 통해 연속적으로 방출되어 상기 터널이 압입됨에 따라 상기 선단 구조체의 후방으로 진행하게 되는 철판 또는 와이어와, 상기 관통홀을 통해 상기 철판 또는 와이어를 연속적으로 공급해줄 수 있도록 상기 선단 구조체의 내주면에 장착되는 철판 또는 와이어의 롤(roll)장치로 구성되고, 상기 관통홀의 외측 전방에는 상기 철판 또는 와이어가 원활하게 배출되도록 외측브라켓이 더 부가되는 것을 특징으로 하는 비개착식 터널 압입공법에서의 선단 구조체를 제공한다.
본 발명에서 마찰력 감소수단은, 선단 구조체의 소정위치에 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀을 통해 연속적으로 방출되어 상기 터널이 압입됨에 따라 상기 선단 구조체의 후방으로 진행하게 되는 철판 또는 와이어인 것을 특징으로 한다. 지중과 터널 추진체와의 마찰력을 최소화하여 원활한 시공을 위해서 선단 구조체의 외주면을 통해 구조체의 후방으로 철판 또는 와이어가 방출되도록 한다. 따라서 선단 구조체와 연결된 터널 구조체는 철판의 하부에 위치하고, 토사와는 직접적으로 닿지 않기 때문에 터널의 손상 등을 줄일 수 있게 된다.
또한 본 발명은, 마찰력 감소수단에는 관통홀을 통해 상기 철판 또는 와이어 를 연속적으로 공급해줄 수 있도록 선단 구조체의 내주면에 장착되는 철판 또는 와이어의 롤(roll)장치가 더 부가되는 것을 특징으로 한다. 터널을 압입하면서 연속적으로 철판 또는 와이어를 선단 구조체의 외주면으로 공급해주기 위함이다. 롤 장치에 철판 또는 와이어를 감고 철판 또는 와이어의 끝은 터널 입구에 고정장착하여 터널 추진체가 진행함에 따라 철판 또는 와이어가 자동적으로 풀려 계속적인 공급이 가능하도록 한다.
또한 본 발명은, 롤 장치의 전면에는 상기 철판 또는 와이어가 쉽게 방출되도록 롤러가 더 부가되는 것을 특징으로 한다. 롤러가 구비됨으로 인해서, 롤러를 통해 더 쉽고 원활하게 관통홀을 통해 선단 구조체의 외주면으로 철판 등을 공급할 수 있다.
또한 본 발명은, 롤러의 전방에는 상기 선단 구조체의 내주면과 외주면에 장착되고 상기 선단 구조체가 압입됨에 따라 유입되는 토사의 접촉을 방지하여 철판 또는 와이어의 원활한 방출을 도와주는 외측 브라켓과, 롤러를 보호하기 위한 내측 브라켓이 더 부가되는 것을 특징으로 한다. 토사가 롤러에 직접 닿게 되면 토압으로 인해 철판 등이 계속적으로 선단 구조체의 외주면으로 공급되기 어렵고, 선단 구조체의 외주면에서도 외주면에 있는 철판 등에 직접 토압이 작용하는 경우 철판의 용이한 진행이 어렵기 때문에, 브라켓을 더 부가하여 철판 등의 원활한 진행이 가능하게 한다.
본 발명은 터널 추진체에 작용하는 마찰력을 최소화하여 안전하고 정확한 시공이 가능한 장점을 가진다.
또한, 본 발명은 터널 추진체가 철판이나 와이어망의 하부에 위치함으로써, 터널 추진체의 손상을 방지하고, 터널 추진체가 쉽게 압입될 수 있으며, 그라우팅 등의 별도의 공정이 필요하지 않으므로 공정의 간소화로 공기를 단축하며 공사비용을 절감할 수 있다는 장점을 가진다.
또한, 본 발명은 터널 추진체가 철판 등의 하부에 위치함으로써, 직접적으로 터널 추진체의 압입에 따른 지반 침하나 교란을 방지할 수 있으므로, 주변의 지반 침하 등으로 발생하는 건물 등의 손상이나 지반 침하에 따른 사고의 발생 등을 방지할 수 있는 효과를 가진다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.
우선, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기에 앞서, 본 발명의 여러 실시예에 있어서 기술적 특징이 동일한 구성에 대하여는 동일한 부호를 사용함을 미리 밝혀둔다.
도 1은 마찰력 감소수단이 부착되지 않은 터널추진체의 단면도 및 정면도이고, 도 2는 마찰력 감소수단이 부착되지 않은 터널추진체의 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 실시예의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 실시예의 사용상태도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 터널추진체(1)의 구성을 설명하기로 한다. 터널추진체(1)는 터널구조체(10)와 선단구조체(20)로 구성된다. 터널 구조체(10)는 콘크리트 또는 파이프로 구성될 수 있다. 콘크리트인 경우 원형의 콘크리트, 박스형태의 콘크리트 모두 가능하다. 다만 선단구조체(20)의 형상만을 변경하면 되므로, 터널구조체의 형상에는 한정되지 않는다. 선단구조체(20)는 철판으로 제작되며, 원형 또는 사각형으로 형성된다. 선단구조체(20)가 좀더 효과적으로 지중으로 진입될 수 있도록 도 1 및 도 2와 같이 몸체(21)와, 몸체와 연결되고 몸체의 전방에 위치하는 유도관(23)과, 유도관(23)과 몸체(21)를 서로 연결하는 외측 보조판(22)과, 유도관(23)의 내부에서 추진력을 분산시키기 위한 내측 보조판(25)과, 일정방향으로 진행되도록 장착되는 방향가이드 파이프(24)로 형성될 수 있다. 터널추진체(1)는 또한 터널 추진체의 외측 하방에 부등침하 방지겸용 파이프(30)를 구비할 수 있다. 터널추진체(1)가 진행하면서 하방으로 침하되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 터널추진체(1)의 상부에는 추진체의 추진력을 분산시키기 위한 추진 보조 파이프(40)가 부가될 수 있다. 선단구조체는 단순히 박스형이나 파이프로 구성될 수도 있다. 따라서, 유도관이나 방향가이드 파이프가 없어도 선단구조체의 역할을 수행할 수 있다. 선단구조체(20)는 터널구조체(10)와 조인(join)되며, 조인된 상태에서 후방의 유압잭으로 밀어줌으로 인해 전방으로 추진될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기한 보조 추진 파이프(40)나 부등침하 방지겸용 추진 보조 레일에 대한 부분은 그 설명을 생략한다. 이러한 보조 추진 파이프나 부등침하 방지겸용 추진 보조 레일의 부가하는 것은 단순할 설계변경에 불과한 것으로 자명한 사항에 해당된다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예에 따른 마찰력 감소수단(100)은 철판 또는 와이어 롤장치(101)와 롤러(102) 및 롤러(102)로 구성되고, 롤러와 철판 등을 보호하기 위한 브라켓(26,27)이 몸체(21)에 장착된다. 롤장치(101)에서 철판 등이 회전하면서 외측부로 빠져나갈 수 있도록 롤장치(101)의 전방에 롤러(102)가 장착된다. 롤러(102)의 원활한 회전을 위하여 롤러(102)의 전방에는 롤러 보호용 내측 브라켓(bracket)(26)이 몸체(21)의 내측에 장착된다. 내측 브라켓(26)은 롤러 보호를 위해 적당한 각도를 가지고 설치된다. 외측으로 빠져나온 철판 등이 토압에 의한 영향을 적게 받고, 원활하게 진행할 수 있도록 철판(103)보다 약간 높은 외측 브라켓(27)을 몸체(21)의 외측에 장착한다. 외측 브라켓(27)의 단부는 상방향으로 소정각도로 기울어져 형성되어 철판이 롤러로부터 쉽게 이탈될 수 있도록 할 수 있다. 터널구조체(10)와 선단 구조체(20)는 서로 고정될 수 있도록 설치된다. 도 4는 본 발명에 따른 실시예의 마찰력 감소수단을 이용한 사용상태도이다. 상기 도면에서 도시된 바와 같이, 터널추진체(1)는 유압잭(200)을 이용하여 전방으로 추진되고, 유압잭(200)의 후방에는 반력벽(300)을 설치하여, 유압잭(200)이 뒤로 밀리는 것을 방지한다. 또한, 터널추진체(1)의 스타트되는 부분에는 철판 등을 고정시켜 철판이 원활하게 빠져나올 수 있도록 한다. 따라서 철판 고정장치(104)는 철판(103)이 시작단에서 고정되어 터널추진체(1)가 전방으로 추진됨에 따라 철판 등이 후방으로 원활하게 빠져나올 수 있도록 한다. 터널추진체(1)가 본실시예서는 콘크리트 박스형으로 설명되어 있으나, 터널추진체는 파이프 또는 원형으로 된 콘크리트관일 수도 있다. 터널추진체(1)의 내부에 장착되는 마찰력 감소수단(100)은 하나 이상으로 설치된다. 즉, 상하좌우에 모두 설치될 수도 있고, 상부에만 설치될 수도 있다. 터널추진체가 원형인 경우 원주방향으로 하나 이상의 마찰력 감소수단(100)을 장착하여 터널추진체의 원활한 추진을 도모할 수 있다. 또한 마찰력 감소수단의 예로써, 철판, 와이어, 와이어망 및 철망 등이 있을 수 있다. 본 실시예의 철판 대신 상기한 다른 수단을 사용할 수 있음은 당업자에게 자명한 사항이다.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시에는 본 발명의 범주 내에 포함된다고 할 것이다.
도 1은 마찰력 감소수단이 부착되지 않은 터널추진체의 단면도 및 정면도.
도 2는 마찰력 감소수단이 부착되지 않은 터널추진체의 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 실시예의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 실시예의 사용상태도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 터널 추진체
10 : 터널 구조체
20 : 선단 구조체 21 : 몸체
22 : 외측 보조판 23 : 유도관
24 : 방향가이드 파이프 25 : 내측 보조판
26 : 외측 브라켓 27 : 내측 브라켓
삭제
30 : 부등침하 방지겸용 추진 보조 레일 31 : 토출구
40 : 추진 보조 파이프
100 : 마찰력 감소수단 101 : 롤 장치
102 : 롤러 103 : 철판 또는 와이어
105 : 철판 또는 와이어 고정단
200 : 유압 잭 300 : 반력벽
Claims (5)
- 지중에 터널을 비개착식으로 매설 시공하는 경우에, 매설되는 터널 추진체의 전방에 설치되어 터널 추진체의 지중 진행을 유도하는 비개착실 터널 압입공법에서의 선단 구조체에 있어서,상기 선단 구조체는, 몸체와, 몸체와 연결되고 몸체의 전방에 위치하는 유도관과, 유도관과 몸체를 서로 연결하는 외측 보조판과, 유도관의 내부에서 추진력을 분산시키기 위한 내측 보조판으로 구성되고,상기 몸체 내주면의 상부 소정위치에는, 상기 선단 구조체의 외주면과 접하게 되는 지중과의 마찰을 감소시키는 마찰력 감소수단이 구비되며,상기 마찰력 감소수단은 상기 몸체의 상부 소정위치에 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀을 통해 연속적으로 방출되어 상기 터널이 압입됨에 따라 상기 선단 구조체의 후방으로 진행하게 되는 철판 또는 와이어와, 상기 관통홀을 통해 상기 철판 또는 와이어를 연속적으로 공급해줄 수 있도록 상기 선단 구조체의 내주면에 장착되는 철판 또는 와이어의 롤(roll)장치로 구성되고,상기 관통홀의 외측 전방에는 상기 철판 또는 와이어가 원활하게 배출되도록 외측브라켓이 더 부가되는 것을 특징으로 하는 비개착식 터널 압입공법에서의 선단 구조체.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 롤 장치의 전면에는 상기 철판 또는 와이어가 쉽게 방출되도록 롤러가 더 부가되는 것을 특징으로 하는 비개착식 터널 압입공법에서의 선단 구조체.
- 청구항 4에 있어서,상기 롤러의 전방에는 상기 선단 구조체가 압입됨에 따라 유입되는 토사의 접촉을 방지하여 철판 또는 와이어의 원활한 방출을 도와주고 내측의 롤러를 보호하기 위한 내측 브라켓이 더 부가되는 것을 특징으로 하는 비개착식 터널 압입공법에서의 선단 구조체.
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|---|---|---|---|---|
| CN110761801A (zh) * | 2019-12-14 | 2020-02-07 | 哈尔滨工业大学 | 一种模拟移动式小型盾构机施工扰动土体室内装置及方法 |
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