KR101206996B1 - 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 구축방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선단슈를 이용하여 터널부재 외주부 내면에 파이프 루프 대용의 선단 루프셀을 슬라이딩면까지 확보하여 선단 루프셀과 선단슈를 설치하여 터널부재 견인이나 추진시 사용하면 종래의 파이프 루프의 사용 없이 터널부재를 목적한 위치까지 안전성을 확보한 상태에서 설치할 수 있도록 한 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 구축방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 구축방법은 종횡으로 프레임을 교차하여 선단슈를 설치하고, 상기 선단슈의 상부에 단면박스형의 선단 루프셀을 계획 터널 단면의 필요부분에 맞춰서 병렬시켜서 발진갱으로부터 순차 접속하면서 소요길이 지중에 압입하고, 이 선단 루프셀 후단에 터널부재 전단을 대향함과 동시에 근접시키고, 상기 선단 루프셀의 후단에 중압잭을 설치하여 터널부재의 높이에 따른 지반의 슬라이딩면을 확보한 길이만큼 선단 루프셀을 굴착하여 추진함을 특징으로 한다.

Description

선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 구축방법{The tunnel construction method for which point moving roof cell was used}
본 발명은 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 구축방법에 관한 것으로(통칭하여 MRC공법이라 함: Moving Roof Cell Method), 특히 선로나 도로 하부에 열차나 자동차의 운행과 보행자들의 통행에 지장을 주지 않고, 직접 선단 루프셀과 선단슈를 이용하여 구조물을 지중에 설치하는 터널 구축방법에 관한 것이다.
일반적으로 장거리 터널 굴착공법은 NATM(New Austrian Tunneling Method), TBM(Tunnel Boring Machine), SHIELD 등의 공법이 주로 선호되고 있으며, 단거리 터널굴착공법의 경우에는 비개착공법으로는 파이프루프(pipe roof)공법, 프론트 잭킹(Front jacking)공법 등이 주로 사용되었으나, 최근 국내에는 TRCM(Tubular Roof Construction Method), NTR(New Tubular Roof Method), STS(Steel Tube Slab), PRS(Pipe Roof Structures), U-PRS(Upgrade Pipe Roof Structures Method) 등의 공법이 개발되어 왔다.
단거리를 상부의 철도나 도로 하부에 비개착공법으로 지하 보차도, 공동구, 상하수도, 전력구 등의 터널을 구축하는 목적으로 상기의 공법이 적용되고 있다.
모든 공법이 각 공법상 차이는 있지만 강관을 지중에 설치하여 그 강관이 상부의 활하중과 사하중을 받아주는 가설 지보재의 역할을 하며 지중에 목적한 구조물이 완성되면 지중에 매몰시킨다.
즉, 공사하는 동안에는 상재하중을 받아주는 중요한 가설재의 역할을 하지만, 지중의 터널부재가 양생이 된 후에는 철거가 불가능한 지중의 지장물이 되고 있다.
위에 나열한 장거리, 단거리의 터널공법에서 터널부재의 시공방법의 차이점은 장거리 터널 공법 중 SHIELD(SEMI-SHIELD 포함)는 세그먼트, 추진관 단거리 터널 공법의 프론트 잭킹공법은 외부에서 제작한 프리캐스트 구조물을 지중에 설치하지만, NATM, TBM, TRCM, NTR, STS, PRS, U-PRS, 파이프루프공법 등은 내부 굴착 후 좁은 공간에서 터널부재를 현장 타설하여 제작하는 것에 근본적인 차이점이 있다.
여기서, 상기 프리캐스트 구조물이 현장 타설 구조물에 비해 양호한 품질을 만들 수 있고, 구조물의 내구성 또한 높다.
현재, 프론트 잭킹공법에서 강관을 이용한 파이프루프의 경우 터널부재가 추진이나 견인될 위치 상부 및 측벽의 전체 거리에 설치하고 발진대에 선단슈 및 터널부재를 제작 양생한 후, 선단슈를 지중에 압입한 후 터널부재를 견인 및 추진하고 있다.
또한, 프론트 잭킹공법에서 각관을 이용한 파이프루프의 경우 터널부재의 상부 슬래브 상단의 위치에 루프를 전체 거리에 설치한 후 발진대에 선단슈 및 터널부재를 제작 양생하여 선단슈를 지중에 압입하며 각관 파이프루프를 도달기지 쪽으로 밀어내면서 터널부재를 견인 및 추진하고 있다.
여기서, 상기 선단슈는 터널부재 선단에 설치하여 지중에 압입한 후 각각의 선단슈에서 굴착하는 목적으로 사용하고 있다.
도 1은 종래의 강관루프를 이용한 프론트 잭킹공법을 도시한 종단면도이고, 도 2는 종래의 강관루프를 이용한 프론트 잭킹공법을 도시한 단면도이며, 도 3은 종래의 각관루프를 이용한 프론트 잭킹공법을 도시한 종단면도이며, 도 4는 종래의 각관루프를 이용한 프론트 잭킹공법을 도시한 단면도이다.
상기한 종래의 프론트 잭킹공법은 터널부재 상부에 상재하중이 있을 경우 강관이나 각관을 미리 지중에 설치한 후 터널부재를 견인 및 압입을 하는 방식이다.
현재 프론트 잭킹공법에서 사용하는 파이프 루프의 역할은 상부하중(사하중+활하중)에 대처하여 견인시 구조물 상부의 지반의 급격한 붕락을 제어하는 목적의 가시설로 사용하고 있으며, 시공규모에 차이가 있으며 전체공사비의 20~40%를 차지하고 있다.
또한, 공사기간의 비중도 30% 정도를 차지하고 있는 주요 공정 중의 하나이다.
한편, 타공법은 파이프 루프가 상재하중을 받친 상태에서 내부굴착을 종료한 후 구조물 제작 양생이 끝날 때까지의 가설지보 목적으로 사용하고 있다.
즉, 프론트 잭킹공법과 타 공법에서의 파이프 루프의 역할은 동일하나 프론트 잭킹공법에서는 구조물 굴착 시 전단면 슬라이딩면까지의 안전성 확보를 위하여 보조공법으로 사용하지만 타공법은 주공법으로 사용하는 것이 차이점으로 볼 수 있다.
따라서, 종래의 프론트 잭킹공법이나 타 공법에서는 파이프 루프가 전체 공사비의 20~40%를 차지할 뿐만 아니라 공사기간의 비중도 30% 정도를 차지하고 있으므로 파이프 루프를 대체할 수 있는 새로운 공법에 대한 기술개발이 요구되고 있는 실정이다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 제문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 선단슈를 이용하여 터널부재 외주부 내면에 파이프 루프 대용의 선단 루프셀을 슬라이딩면까지 확보하여 선단 루프셀과 선단슈를 설치하여 터널부재 견인이나 추진시 사용하면 종래의 파이프 루프의 사용 없이 터널부재를 목적한 위치까지 안전성을 확보한 상태에서 설치할 수 있도록 한 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 구축방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 구축방법은 종횡으로 프레임을 교차하여 선단슈를 설치하고, 상기 선단슈의 상부에 단면박스형의 선단 루프셀을 계획 터널 단면의 필요부분에 맞춰서 병렬시켜서 발진갱으로부터 순차 접속하면서 소요길이 지중에 압입하고, 이 선단 루프셀 후단에 터널부재 전단을 대향함과 동시에 근접시키고, 상기 선단 루프셀의 후단에 중압잭을 설치하여 터널부재의 높이에 따른 지반의 슬라이딩면을 확보한 길이만큼 선단 루프셀을 굴착하여 추진함을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 구축방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 기존의 파이프루프의 시공이 불필요하므로 공사비 및 공사기간을 대폭적으로 감소시킬 수 있다.
둘째, 본 발명은 선단 루프셀의 재사용이 가능하고 선단슈와 터널부재를 분리하여 제작, 추진 및 견인하므로 선단슈와 구조물로 일체로 제작된 터널부재 구조물보다 손상을 최소로 할 수 있는 이점이 있다.
셋째, 본 발명은 터널부재 상부 슬래브가 높이에 맞추어 선단 루프셀을 시공하므로 계획고를 최대로 올려 시공할 수 있으므로 복토를 최소화할 수 있어 전체 공사비를 최소로 할 수 있고, 계획 종단 선형을 유리하게 할 수 있다.
넷째, 본 발명은 선단 루프셀의 공간 내에서 터널부재 견인, 압입시 필요에 따라 지반 침하 발생시 그라우팅 주입을 할 수 있어, 시방 규정 내로 안전하게 목적물을 설치할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 강관루프를 이용한 프론트 잭킹공법을 도시한 종단면도,
도 2는 종래의 강관루프를 이용한 프론트 잭킹공법을 도시한 단면도,
도 3은 종래의 각관루프를 이용한 프론트 잭킹공법을 도시한 종단면도,
도 4는 종래의 각관루프를 이용한 프론트 잭킹공법을 도시한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 굴착방법을 도시한 종단면도,
도 6은 본 발명에 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 굴착방법을 도시한 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 굴착방법 중 선단 루프셀 프레임을 도시한 종단면도,
도 8은 본 발명에 따른 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 굴착방법 중 선단 루프셀 프레임을 도시한 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 굴착장치의 추진 상세도.
이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 굴착장치를 도시한 종단면도이고, 도 6은 본 발명에 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 굴착장치를 도시한 단면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 굴착장치중 선단 루프셀 프레임을 도시한 종단면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 굴착장치중 선단 루프셀 프레임을 도시한 단면도이며, 도 9는 본 발명에 따른 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 굴착장치의 추진 상세도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 구축장치는 발진갱으로부터 도달갱까지 관통하게 지중에 압입되는 것으로, 종횡으로 프레임(70)을 교차시켜 형성된 선단슈(20)와; 상기 선단슈(20)의 상면과 양측면에 소정길이 절단가능한 단면박스형으로 설치되는 선단 루프셀(61, 62)과; 상기 선단 루프셀(61, 62)의 후단에 설치되는 중압잭(80)으로 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 구축방법은 종횡으로 프레임(70)을 교차하여 선단슈(20)를 설치하고, 상기 선단슈(20)의 상부에 단면박스형의 선단 루프셀(61, 62)을 계획 터널 단면의 필요부분에 맞춰서 병렬시켜서 발진갱으로부터 순차 접속하면서 소요길이 지중에 압입하고, 이 선단 루프셀(61, 62) 후단에 터널부재(10) 전단을 대향함과 동시에 근접시키고, 상기 선단 루프셀(61, 62)의 후단에 중압잭(80)을 설치하여 터널부재(10)의 높이에 따른 지반의 슬라이딩면을 확보한 길이만큼 선단 루프셀(61, 62)을 굴착하여 추진한다.
즉, 본 발명에 따른 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 구축방법은 파이프 루프(30)를 미리 설치하지 않고, 선단슈(20)에 슬라이딩면을 제어할 수 있는 선단 루프셀(61, 62)을 터널부재(10)를 견인 및 추진시 지중에 압입시킨 후, 터널부재(10)를 이어서 압입시키므로 별도의 파이프루프(30) 없이 시공할 수 있다.
여기서, 선단 수평 루프셀(61)의 단면 분할은 인력으로 내부 굴착을 해야 하므로 단면 크기는 800*800mm 이상 크기로 터널부재(10)의 상부 슬래브폭을 분할하고, 선단 수직 루프셀(62)의 단면도 가이드 도갱(40) 상부부터 상부 선단 루프셀(62)의 하단까지 800*800mm 이상의 규모로 터널부재(10)의 외주면의 규모를 맞추어 분할 설치한다.
또한, 선단 수평 루프셀(61)의 연장은 터널부재(10) 설치위치의 토질의 내부 마찰각(φ)에 따라 연장을 계산하며 선단 수직 루프셀(62)의 연장은 터널부재(10)의 높이에 따라 변동되므로 터널부재(10)의 높이와 굴착지반의 내부마찰각을 고려하여 계산에 따라 연장을 구하여 설치한다.
즉, 상기 터널부재(10) 하부 슬래브 하단에서 상부 슬래브 상부까지의 높이에 따른 파괴포락선을 안정시킬 수 있는 충분한 거리를 선단 루프셀(62)의 길이로 한다.
또한, 상기 선단 루프셀(61, 62)의 강판 두께는 상재하중에 따른 계산에 따라 두께를 선정하여 구조용 강판을 사용하여 도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이 제작하여 설치한다.
그리고 상기 선단 루프셀(61, 62)의 설치는 터널부재(10) 제작장이 발진대 선단부에 터널부재(10)의 외주면에 맞추어 상부 및 측벽에 선단 루프셀(61, 62)을 조립하고, 도 8에 도시된 바와 같이 선단슈 프레임(70)과 조립하여 상부하중에 충분히 버틸 수 있도록 한다.
또한, 상기 선단 루프셀(61, 62)을 추진할 수 있는 중압잭(80)을 중압잭받침(81)에 설치한다.
그리고 상기 선단 루프셀(61, 62)을 후면에 있는 터널부재(10)를 반력으로 중압잭(80)을 가동시켜 선단 루프셀(61, 62)을 지중에 압입시킨다.
각각의 선단 루프셀(61, 62)에 설치된 작업구(100)로 작업인원은 출입하고 굴착토를 배토한다. 또한, 확인구(90)로 작업상황을 체크한다.
한편, 상기 터널부재(10)의 1회의 추진길이는 40cm 내외로 하며 선단 루프셀(61, 62)은 항상 지중에 30cm 이상은 지중에 압입되어 있어야 한다.
즉, 상기 선단 루프셀(61, 62)의 압입, 선단슈(20) 내부 및 선단 루프셀(61, 62) 내부 굴착을 반복하여 선단 루프셀(61, 62) 후면의 터널부재(10)를 목적한 지중의 소정의 위치에 설치한다.
여기서, 상기 선단 루프셀(61, 62)은 터널부재(10)와 분리된 구조물이므로 외부로 철거를 하므로 자재의 손상이 없는 경우 재사용이 가능함을 밝혀둔다.
10: 터널부재 20: 선단슈
22: 하부 선단슈 플레이트 30: 파이프루프
31: 수직 강관루프 40: 가이드 도갱
51: 수평 각관루프 61: 선단 수평 루프셀
62: 선단 수직 루프셀 70: 프레임
80: 중압잭 81: 중압잭 받침
90: 확인구 100: 작업구
110: 보강플레이트 120: 막장 토류판
130: 중압잭 보강플레이트 140: 스크류잭

Claims (2)

  1. 종횡으로 프레임(70)을 교차하여 선단슈(20)를 설치하고, 상기 선단슈(20)의 상부에 단면박스형의 선단 루프셀(61, 62)을 계획 터널 단면의 필요부분에 맞춰서 병렬시켜서 발진갱으로부터 순차 접속하면서 소요길이 지중에 압입하고, 이 선단 루프셀(61, 62) 후단에 터널부재(10) 전단을 대향함과 동시에 근접시키고, 상기 선단 루프셀(61, 62)과 터널부재(10)의 사이에 중압잭(80)을 설치하여 터널부재(10)의 높이에 따른 지반의 슬라이딩면을 확보한 길이만큼 선단 루프셀(61, 62)을 굴착하여 추진함을 특징으로 하는 선단 루프셀과 선단슈를 이용한 터널 구축방법.
  2. 삭제
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JP2007262748A (ja) 2006-03-28 2007-10-11 Okumura Corp パイプルーフの施工装置

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