KR101181094B1 - 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 길이 방향으로 지면을 유압 추진방식으로 굴착하여 함체를 설치하기 위한 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조 개선을 통해 유압 추진시 지반과의 충격을 줄여 토압의 변화와 지반의 거동을 방지하여 안정적인 굴착이 가능하도록 함으로써 공사효율성 향상과 더불어 공기를 단축시킬 수 있도록 한 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 굴착시 토사를 수용하여 배출할 수 있도록 이송로가 형성되므로 유압 추진시 지반과의 충격을 줄여 토압의 변화와 지반의 거동을 방지하여 안정적인 굴착이 가능하도록 함으로써 공사효율성 향상과 더불어 공기를 단축시킬 수 있도록 하는 효과를 나타낸다.

Description

함체를 이용한 터널 축조용 선도함체{The lead container to build the tunnel which uses the container}

본 발명은 터널 길이 방향으로 지면을 유압 추진방식으로 굴착하여 함체를 설치하기 위한 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조 개선을 통해 유압 추진시 지반과의 충격을 줄여 토압의 변화와 지반의 거동을 방지하여 안정적인 굴착이 가능하도록 함으로써 공사효율성 향상과 더불어 공기를 단축시킬 수 있도록 한 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체에 관한 것이다.

일반적으로, 터널은 흙이나 바위를 파서 지표면 아래에 만든 공간으로 거의 수평이며 가는 모양의 긴 통로를 말하는 것으로, 차나 보행자의 통행을 위해 널리 사용되고 있다. 이러한, 터널은 위쪽에서 재래지반을 남기고 땅속을 파 들어가 만들어진 것이 보통이지만, 지표에서부터 홈모양으로 파고 들어가 그 속에 터널구조물을 만든 다음 다시 묻는 개착공법에 의한 것도 터널에 포함된다.

이 공법은 도시내의 도로 아래에 비교적 얕은 지하철도를 만들 때 이용된다. 오늘날에는 터널의 용도나 양상이 다양화되어 지하발전소용, 지하의 자동차 주차장이나 각종 창고, 지하 정유시설이나 지하도로 등 흙이나 바위 등이 붕괴하여 떨어지는 것을 막으면서 땅속을 파서 공간을 만들고, 영구적으로 재래지반을 지지하는 구조물을 건설하는 것도 넓은 뜻으로 터널이라 한다.

대표적인 것으로, 본 출원인이 출원하여 등록받은 바 있는 대한민국특허등록번호 제0991630호의 함체 슬리브관 추진방식 터널 건조공법이 있다.

이 공보에 의하면, 지표에서 수직으로 터널의 시공위치까지 수직갱을 형성시킨 후 다수의 갤러리관을 터널 길이 방향으로 유압 추진하여 굴착시킨 뒤, 양 측에 설치된 갤러리관에 안내되도록 하여 선도함체 및 상기 선도함체 후단부에 슬라이딩 가능하게 결합되는 함체를 위치시켜 그 사이에 추진용 잭을 구비하여 추진용 잭의 추진 작동에 의해 선도함체가 일정 길이로 굴착되면서 전진하고, 그 전진된 길이 만큼 다시 함체를 후측에서 추진하여 이동시키는 과정을 반복하여, 터널의 천정이 될 함체를 연결하는 방식으로 반복 추진하게 된다.

이때, 상기 선도함체는 선단부에서 유압 추진 방식으로 지면을 파고 들어가는 즉, 굴착하는데 사용되는 것으로, 그 선단부에는 비강비트가 구비된 구성이다.

그러나, 이 선도함체는 사각 박스 형태로서 굴착이 용이하도록 선단부가 경사져 있지만 굴착시 그 선단부 전체가 지면과 직접 닿으면서 지표에 대한 충격이 비교적 많이 발생되어 토압의 변화와 지표의 거동으로 인해 지표가 함몰되는 경우도 발생되며 이러한 문제로 인해 공기의 단축이 어려운 단점도 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 구조 개선을 통해 유압 추진시 지반과의 충격을 줄여 토압의 변화와 지반의 거동을 방지하여 안정적인 굴착이 가능하도록 함으로써 공사효율성 향상과 더불어 공기를 단축시킬 수 있도록 한 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체를 제공하고자 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지표에서 수직방향으로 형성된 수직갱에서 터널 길이 방향으로 굴착 형성된 한 쌍의 갤러리관 사이에 안내되어 후단부에 슬라이딩 가능하게 결합되는 함체의 선단부에 지지된 추진용 잭에 의해 유압 추진방식으로 수평방향으로 지면을 굴착하는 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체에 있어서, 상기 한 쌍의 갤러리관 사이에 안내되며, 좌우 방향으로 관통된 이송로가 형성된 몸체; 상기 몸체 선단부에서 돌출 형성되어 유압 추진시 땅을 굴착하며, 굴착 과정에서 토사의 일부가 유입되어 상기 이송로로 이송될 수 있도록 전후 방향으로 관통된 유입로가 형성된 적어도 2개 이상의 돌출부; 및 상기 몸체의 후단부 상하측에서 후방으로 연장 형성되어 그 내부로 상기 함체의 선단부가 전후 슬라이딩될 수 있도록 결합되되, 내벽에는 상기 함체의 슬라이딩 동작시 안정되게 동작할 수 있도록 가이드레일이 다수 형성되어 상기 추진용 잭을 커버하면서 추진되기 위한 결합부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 의하면, 굴착시 토사를 수용하여 배출할 수 있도록 이송로가 형성되므로 유압 추진시 지반과의 충격을 줄여 토압의 변화와 지반의 거동을 방지하여 안정적인 굴착이 가능하도록 함으로써 공사효율성 향상과 더불어 공기를 단축시킬 수 있도록 하는 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체를 보인 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 도 1의 a-a선 단면도.
도 3의 "가" 및 "나"는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체의 사용 상태를 보인 개략적 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체를 보인 사시도.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 도 4의 b-b선 단면도이.
도 6의 "가" 및 "나"는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체의 사용 상태를 보인 개략적 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체를 보다 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 일실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체를 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 도 1의 a-a선 단면도이며, 도 3의 "가" 및 "나"는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체의 사용 상태를 보인 개략적 단면도이다.

먼저, 도 1 및 2를 참조로 하면, 본 발명의 선도함체(100)는 크게 몸체(110), 돌출부(120) 및 결합부(130)를 포함하여 구성된다. 상기 몸체(110)는 여기서는 미도시 되었으나 터널 길이 방향으로 설치되는 한 쌍의 갤러리관 사이에 안내되며, 좌우 방향으로 관통된 이송로(112)가 형성된다.

그리고, 상기 돌출부(120)는 상기 몸체(110) 선단부에서 돌출 형성되며, 유압 추진시 토사의 일부가 유입되어 상기 이송로(112)로 이송될 수 있도록 전후 방향으로 관통된 유입로(122)가 형성된다. 즉, 상기 몸체(110)와 돌출부(120)에 형성된 이송로(112) 및 유입로(122)는 연통되게 형성되는 것이며, 이러한 돌출부(120)는 몸체(110)의 길이에 따라 형성되는 개수를 달리 할 수 있으나 통상 2 ~ 3개 정도 형성되는 것이 바람직하다. 이렇게 이송로(112) 및 유입로(122)가 연통되게 형성되면 굴착과정에서 상기 유입로(122)로 유입된 토사는 연통된 이송로(112)로 유입 수용될 것이며, 작업자가 이송로(112)를 통해 유입되는 토사를 외부로 배출할 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기 몸체(110) 및 돌출부(120) 내부에는 미도시 하였으나 견고성을 향상시키기 위해 보강재를 설치할 수도 있다. 또한, 상기 몸체(110)의 전면에서 상기 돌출부(120)가 형성되지 않은 면에도 각각 유입로(122)를 추가로 형성하여 토사의 유입을 유도하는 것도 좋다.

그리고, 상기 결합부(130)는 상기 몸체(110)의 후단부 상하측에서 후방으로 연장 형성되어 그 내부로 여기서는 미도시된 함체의 선단부가 전후 슬라이딩될 수 있도록 결합하여 상기 함체의 선단부에 구비되는 추진용 잭을 커버하여 굴착시 토사가 내부로 유입되는 것을 방지하면서 추진되기 위해 형성되는 것이다. 이때, 상기 결합부(130)의 내벽에는 다수의 가이드레일(132)을 형성하여 상기 함체가 이 가이드레일(132)을 따라 결합되도록 하여 안정적으로 슬라이딩될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 물론, 여기서는 미도시 되었으나 상기 가이드레일(132)이 형성되는 경우 상기 함체에도 레일홈이 형성되어 서로 결합되는 것은 너무나 당연하다. 그리고, 상기 결합부(130)의 내면에는 반력대(134)를 설치하여 추진용 잭을 설치할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 이러한, 상기 결합부(130)를 형성하는 방법은 상기 몸체(110)를 연장 형성하거나 별도의 소재를 부착하여 형성하는 등의 방법이 있다.

이렇게 구성된 선도함체(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 사용되는데, 이에 앞서 도 3의 "가"에 도시된 바와 같이 함체(400)를 이용한 터널 축조를 하기 위해서는 지면에서 수직 방향으로 수직갱(D)을 형성하고, 그 내부에서 터널 길이 방향으로 갤러리관(300)을 추진하여 구비하게 되는데, 상기 갤러리관(300)은 터널의 폭 만큼 이격된 한 쌍이 설치된다. 갤러리관(300) 추진 설치시 내부로 유입된 토사는 외부로 배출하여 작업자가 출입할 수 있도록 한다. 이러한, 갤러리관(300) 등의 설치 공법은 종래기술에도 상술하고 있는 바 본 발명에서는 간략하게 살펴보았다.

이렇게 하여 한 쌍의 갤러리관(300)이 설치되면, "나"에 도시된 바와 같이 상기 한 쌍의 갤러리관(300) 사이에 선도함체(100)의 몸체(110) 선단부에 형성된 돌출부(120)를 앞쪽으로 하여 위치시키되, 미도시 하였으나 상기 갤러리관(300)의 대응되는 곳에는 상기 선도함체(100)를 안내하기 위한 가이드홈을 형성하여 이 가이드홈에 상기 선도함체(100)의 양 측면이 안내되도록 설치하는 것이다. 이 가이드홈은 종래기술에서도 언급하고 있으며, 설치된 갤러리관(300) 내부에서 작업자가 내벽을 절개하고 용접하는 등의 방식으로 형성하게 되는 것이 일반적이다.

그리고, 몸체(110) 후단부에 형성된 결합부(130)로 함체(400)를 전후 슬라이딩 가능한 상태로 결합하면서 사이에 추진용 잭(210)을 설치하고, 상기 함체(400) 후단부에 유압잭(200)을 설치하여 후방으로 밀려나지 않도록 지지토록 한 다음, 추진용 잭(210)을 이용하여 선도함체(100)를 일정거리 추진시킨 뒤 함체(400) 후단부를 지지하는 유압잭(200)을 통해 함체(400)를 선도함체(100)가 이동한 거리만큼 다시 슬라이딩 시킨다. 이와 같은 굴착 동작을 몇 회 반복한 뒤 다른 함체(400)를 후단부에 연결하고 유압잭(200)이 상기 함체(400) 후단부를 지지하도록 하여 동일한 추진 동작을 시켜서 굴착하는 방식으로 다수의 함체(400)를 순차적으로 설치하게 되며, 함체(400)가 설치 완료되면 선도함체(100)는 제거되어 진다.

이때, 상기 선도함체(100)의 경우 굴착 과정에서 몸체(110)에서 돌출 형성된 돌출부(120)가 먼저 굴착 작동을 하게 되므로 충격을 줄일 수 있게 되고, 특히 돌출부(120)에 형성된 유입로(122) 및 몸체(110)의 전면에 형성된 유입로(122) 통해서 굴착시 일부 토사가 내부로 유입 수용되므로 지면이 받는 충격을 크게 줄여 토압의 변화와 지반의 거동을 방지하여 안정적인 굴착이 가능하게 한다. 그리고, 상기 유입로(122)로 유입된 토사는 몸체(110)에 형성된 이송로(112)로 이송되므로 작업자가 갤러리관(300)에 안내되는 양 측면을 통해 외부로 배출하면서 반복 추진하여 함체(400)를 설치하게 되는 것이다. 결국, 굴착시 지반의 충격을 줄일 수 있으므로 작업 효율성을 향상시킴과 더불어 공기를 단축시킬 수 있게 되는 효과를 기대할 수 있게 되는 것이다.

또한, 선도함체(100)의 추진과 결합부(130) 내부에 결합되어 이를 뒤따르는 함체(400)의 전후 슬라이딩 동작시 결합부(130) 내벽에 형성된 가이드레일(132)을 따라 작동되므로 안정적인 추진이 가능한 장점이 있다.

이상에서 살펴본 선도함체(100)는 터널의 천정을 형성하기 위해 사용되는 것을 살펴본 것이고, 하기에서는 다른 실시예에 의해서 터널의 측벽을 형성하는데 사용되는 선도함체를 살펴보기로 한다.

도 4는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체를 보인 사시도이고, 도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 도 4의 b-b선 단면도이며, 도 6의 "가" 및 "나"는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체의 사용 상태를 보인 개략적 단면도이다.

먼저, 도 4 및 5를 참조로 하면, 본 발명의 다른 일실시예에 선도함체(100')는 강관부(140), 바디부(150) 및 결합부(160)를 포함하여 구성된다. 상기 강관부(140)는 전후방으로 관통되어 토사를 외부로 배출할 수 있는 이송로(142)가 형성되고, 상면에는 토사가 유입되는 유입로(144)가 형성되며 선단부는 굴착이 용이하도록 경사진 형상을 가진다.

그리고, 상기 바디부(150)는 상기 강관부(140)의 상면에 형성된 유입로(144)를 감싸는 형태로 수직 방향으로 형성되어 여기서는 미도시된 갤러리관 하측에 안내되어 추진되되, 전측으로 개방된 "ㄷ"자 형상을 가지며, 양 측 선단부가 유압 추진시 땅을 굴착하면서 토사는 상기 유입로(144)로 유입될 수 있도록 형성된다. 또한, 미도시 하였으나 상기 바디부(150) 내면에는 보강재를 부착하여 견고성을 향상시키도록 하는 것이 바람직하며, 중간 부분에는 작업자가 올라서서 작업을 할 수 있는 작업대(152)가 설치되는 것이 좋다. 통상 상기 바디부(150)의 경우에는 그 높이만 3 ~ 4미터 정도로 형성되므로 중간 부분에 작업대(152)를 설치하는 것이 좋다.

그리고, 상기 결합부(160)는 상기 강관부(140) 및 바디부(150)의 후단부 가장자리를 따라 형성되어 그 내부로 여기서는 미도시된 함체가 슬라이딩될 수 있도록 결합하여 상기 함체 선단부에 구비되는 추진용 잭을 커버하여 굴착시 토사가 내부로 유입되는 것을 방지하면서 추진되기 위해 형성된다. 이때, 상기 결합부(160)의 내벽에는 다수의 가이드레일(162)을 형성하여 상기 함체가 이 가이드레일(162)을 따라 결합되도록 하여 안정적으로 슬라이딩될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 물론, 여기서는 미도시 되었으나 상기 가이드레일(162)이 형성되는 경우 상기 함체에도 레일홈이 형성되어 서로 결합되는 것은 너무나 당연하다. 그리고, 상기 결합부(160)의 내면에는 반력대(164)를 설치하여 추진용 잭을 설치할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이렇게 구성된 본 발명의 다른 일실시예에 따른 선두함체(100')는 도 6의 "가" 및 "나"에 도시된 바와 같이 굴착하여 터널의 측벽을 형성하게 된다.

즉, "가"에 도시된 바와 같이 앞서 살펴본 바와 같이 설치된 한 쌍의 갤러리관(300)의 하측에 각각 안내되도록 설치되어 추진되어져 굴착하게 되는데, 상기 갤러리관(300)의 내부에서 하면을 따내거나 용접 등을 통해서 미도시 하였으나 가이드홈을 형성하여 바디부(150)의 상단부가 안내되도록 설치하게 되는 것이다.

이 상태에서, "나"에 도시된 바와 같이 강관부(140)와 바디부(150)의 후단부에 형성된 결합부(160) 내부로 함체(400)를 전후 슬라이딩 가능한 상태로 결합하면서 사이에 추진용 잭(210)을 설치하고, 상기 함체(400) 후단부에 유압잭(200)을 설치하여 후방으로 밀려나지 않도록 지지토록 한 다음, 추진용 잭(210)을 이용하여 선도함체(100')를 일정거리 추진시킨 뒤 함체(400) 후단부를 지지하는 유압잭(200)을 통해 함체(400)를 선도함체(100')가 이동한 거리만큼 다시 슬라이딩 시킨다. 이와 같은 굴착 동작을 몇 회 반복한 뒤 함체(400) 후단부에 터널의 측벽이 될 다른 함체(400)를 결합하고 유압잭(200)이 이 함체(400) 후단부를 지지하도록 하여 동일한 추진 동작을 시켜서 굴착하는 방식으로 다수의 함체(500)를 순차적으로 설치하게 되며, 함체(500)가 설치 완료되면 선도함체(100')는 제거되어 진다.

이때, 상기 선도함체(100')의 경우 굴착 과정에서 토사는 강관부(140)의 유입로(144)를 통해서 일부가 이송로(142) 내부로 수용 유입되므로 지면이 받는 충격을 크게 줄여 토압의 변화와 지반의 거동을 방지하여 안정적인 굴착이 가능하게 한다. 그리고, 상기 유입로(144)로 유입된 토사는 강관부(140)에 형성된 이송로(142)로 수집되므로 작업자가 추진 과정에서 함체(400) 하단부를 통해서 진입하여 외부로 배출하면서 반복 추진하여 함체(400)를 설치하게 되는 것이다. 결국, 굴착시 지반의 충격을 줄일 수 있으므로 작업 효율성을 향상시킴과 더불어 공기를 단축시킬 수 있게 되는 효과를 기대할 수 있게 되는 것이다.

또한, 선도함체(100')의 추진과 결합부(160) 내부에 결합되어 이를 뒤따르는 함체(400)의 전후 슬라이딩 동작시 결합부(160) 내벽에 형성된 가이드레일(162)을 따라 작동되므로 안정적인 추진이 가능한 장점이 있다.

한편, 상기 함체(400)의 경우에는 속이 빈 박스 형태로 이미 제조되어져 현장으로 옮겨지는 것으로, 그 외관은 상기 선도함체(100,100')와 유사한 형상의 거푸집 형태이며 설치가 완료된 후 콘크리트 타설로 단단한 벽체를 형성하게 됨은 종래 기술에서와 마찬가지로 동일하다.

전술한 내용은 후술할 발명의 특허청구범위를 보다 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징과 기술적 장점을 다소 폭넓게 개설하였다. 본 발명의 특허청구범위를 구성하는 부가적인 특징과 장점들이 이하에서 상술될 것이다. 개시된 본 발명의 개념과 특정 실시예는 본 발명과 유사 목적을 수행하기 위한 다른 구조의 설계나 수정의 기본으로서 즉시 사용될 수 있음이 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의해 인식되어야 한다.

또한, 본 발명에서 개시된 발명의 개념과 실시예가 본 발명의 동일 목적을 수행하기 위하여 다른 구조로 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 당해 기술분야의 숙련된 사람들에 의한 그와 같은 수정 또는 변경된 등가 구조는 특허청구범위에서 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변화, 치환 및 변경이 가능하다.

100. 100' : 선도함체 110 : 몸체
112, 142 : 이송로 120 : 돌출부
122. 152 : 유입로 130 : 결합부
132, 162 : 가이드레일 134, 164 : 반력대
140 : 강관부 150 : 바디부
160 : 결합부 200 : 유압잭
210 : 추진용 잭 300 : 갤러리관
400 : 함체

Claims (4)

1. 지표에서 수직방향으로 형성된 수직갱에서 터널 길이 방향으로 굴착 형성된 한 쌍의 갤러리관 사이에 안내되어 후단부에 슬라이딩 가능하게 결합되는 함체의 선단부에 지지된 추진용 잭에 의해 유압 추진방식으로 수평방향으로 지면을 굴착하는 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체에 있어서,
   상기 한 쌍의 갤러리관 사이에 안내되며, 좌우 방향으로 관통된 이송로가 형성된 몸체;
   상기 몸체 선단부에서 돌출 형성되어 유압 추진시 땅을 굴착하며, 굴착 과정에서 토사의 일부가 유입되어 상기 이송로로 이송될 수 있도록 전후 방향으로 관통된 유입로가 형성된 적어도 2개 이상의 돌출부; 및
   상기 몸체의 후단부 상하측에서 후방으로 연장 형성되어 그 내부로 상기 함체의 선단부가 전후 슬라이딩될 수 있도록 결합되되, 내벽에는 상기 함체의 슬라이딩 동작시 안정되게 동작할 수 있도록 가이드레일이 다수 형성되어 상기 추진용 잭을 커버하면서 추진되기 위한 결합부;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 함체를 이용한 터널 축조용 선도함체.
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