KR101211486B1

KR101211486B1 - 현수식 해중터널

Info

Publication number: KR101211486B1
Application number: KR1020100104138A
Authority: KR
Inventors: 박우선; 한상훈
Original assignee: 한국해양연구원
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2012-12-18
Also published as: KR20120042443A

Abstract

현수식 해중터널 및 그 시공방법이 개시된다. 본 발명의 현수식 해중터널은 해저지반에 소정의 간격으로 배치되는 해저주탑; 상기 각 해저주탑에 아치형으로 설치되는 현수 케이블; 부력이 중량보다 크도록 구성되어 서로 연결되는 터널 유닛들로 이루어진 터널; 및 상기 각 터널 유닛들과 현수 케이블을 연결하여 각 터널 유닛들을 계류시켜 고정하기 위한 다수의 인장부재를 포함하여 이루어지고, 이러한 현수식 해중터널은 a) 해저지반에 복수개의 해저주탑을 소정의 간격으로 시공하는 단계; b) 상기 각 해저주탑에 현수 케이블을 연결하여 결합하는 단계; 및 c) 부력이 자중보다 크도록 구성된 터널 유닛을 입수시킨 후 상기 터널 유닛과 상기 현수 케이블을 인장부재들로 연결하여 터널을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

현수식 해중터널{SUBMERGED FLOATING TUNNEL}

본 발명은 현수식 해중터널에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 해중터널을 현수 케이블로 계류시킴으로써 계류지점을 현저하게 줄일 수 있고, 시공비용을 절감할 수 있으며, 시공성이 우수하고, 구조적 안정성도 확보할 수 있는 현수식 해중터널에 관한 것이다.

일반적으로 육지와 육지를 연결하거나 또는 육지와 섬, 섬과 섬 등을 연결하는 수단으로 공지된 공법에 의해 교량을 시공하게 되는 데, 교량설치 구간이 길고 수심이 깊은 경우에 교량을 시공하기 위해서는 막대한 시공비용이 소요될 뿐만 아니라 시공기간 또한 상당히 오랜 기간이 소요된다. 따라서, 이러한 경우는 해저터널을 이용하게 된다.

이러한 문제점으로 교량 시공시 보다 비교적 비용이 저렴한 해저터널을 시공하고 있는 추세에 있으나, 종래 해저터널을 시공하기 위한 시공방법인 굴착식과 침매식은 실제 시공을 통하여 기술적으로 많은 노하우가 쌓여 있는 상태이기는 하나 아직 해결해야 될 많은 문제점을 안고 있는 것이 사실이며, 상당히 까다롭고 많은 시공비용이 소요되는 문제점을 가지고 있다. 특히, 해저터널 출입구의 경사가 완만해야 하는 조건 때문에 터널의 길이가 길어져 공사비가 증대되는 문제점을 안고 있다.

최근, 대륙간 연결 등을 위한 초장대 터널에 대한 관심이 집중되면서 해중터널에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 해중터널은 부력을 갖는 터널 본체를 케이블로 해저지반에 고정하는 구조로, 이를 복합적으로 이용하면 기존의 해저터널이 안고 있는 상기의 문제점을 해결할 수 있다. 그러나, 기존의 해저터널 형식은 터널 본체를 해저에 고정하기 위해서 수많은 케이블과 앵커를 해저에 시공하거나, 터널 본체를 대형 부체에 연결하고 이를 다시 해저에 설치된 대형 앵커에 고정하도록 고안되어 있어 많은 앵커를 설치해야 하는 문제점과 대형 부체 설치에 따른 파랑 및 바람 하중 등에 취약한 문제점을 안고 있다.

본 발명의 기술적 과제는, 상기한 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 기존의 해중터널의 계류방식에 비하여 계류지점을 현저하게 줄일 수 있고, 경제성 및 시공성이 우수하고, 구조적 안정성도 우수한 현수식 해중터널을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제는, 본 발명에 따라, 현수식 해중터널로서,

해저지반에 등간격으로 배치되는 해저주탑;

상기 각 해저주탑에 아치형으로 설치되는 현수 케이블;

부력이 중량보다 크도록 구성되어 서로 연결되는 터널 유닛들로 이루어진 터널; 및

상기 각 터널 유닛들과 현수 케이블을 연결하여 각 터널 유닛들을 계류시켜 고정하기 위한 다수의 인장부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 현수식 해중터널에 의하여 달성된다.

이때, 상기 터널에는,

상기 터널의 횡방향 부하에 저항하기 위한 횡방향 계류장치가 구비되되,

상기 횡방향 계류장치는,

상기 해저주탑의 양측과 거리를 유지하여 해저지반에 각각 구비되는 앵커부재; 및

상기 터널 유닛의 양측과 각 앵커부재를 연결하는 횡방향 인장부재들로 이루어지는 것이다.

상기 터널에는,

상기 터널 유닛의 내부를 환기시키기 위한 환기구가 유연하게 구성되어 구비되는 것이다.

상기 해저주탑의 기초는 석션파일로 이루어지는 것이다.

한편, a) 해저지반에 복수개의 주탑을 소정의 간격으로 시공하는 단계;

b) 각 주탑에 현수 케이블을 연결하여 결합하는 단계; 및

c) 부력이 자중보다 크도록 구성된 터널 유닛을 입수시킨 후 상기 터널 유닛과 상기 현수 케이블을 인장부재들로 연결하여 터널을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 현수식 해중터널 시공방법에 의해 달성된다.

이때, 상기 c) 단계는,

상기 터널이 횡력에 저항하도록 횡방향 계류장치를 설치하되, 상기 주탑의 양측과 거리를 유지하여 해저지반에 앵커부재를 각각 시공하는 단계; 및

상기 터널 유닛의 양측과 각 앵커부재를 횡방향 인장부재들로 각각 연결하여 각 터널 유닛을 양측에서 지지하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것이다.

상기 c)단계는,

상기 터널의 내부를 환기시키기 위한 환기구를 유연하게 구성하여 상기 터널 유닛에 설치하되, 상단부가 해상으로 노출되도록 설치하는 단계를 더 포함하는 것이다.

본 발명에 의하면, 주탑 사이에 현수 케이블을 시공한 후 이 현수 케이블에 각 터널의 유닛을 인장부재로 고정함으로써 터널을 계류시키기 위한 계류지점을 최소화시킬 수 있어서 해중터널 건설비를 대폭 절감할 수 있고, 시공이 용이하고 신속하게 이루어질 수 있으며, 구조적 안정성을 확보할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 현수식 해중터널을 도시한 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 현수식 해중터널을 도시한 개략도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

첨부된 도면 중에서 도 1은 본 발명에 따른 현수식 해중터널을 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 현수식 해중터널을 도시한 개략도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 현수식 해중터널은 해저지반에 등간격으로 배치되는 해저주탑(10)과, 각 해저주탑(10)에 아치형으로 설치되는 현수 케이블(30)과, 부력이 자체의 중량보다 크도록 구성되어 서로 연결되는 터널 유닛(22)들로 이루어진 터널(20)과, 각 터널 유닛(22)들과 현수 케이블(30)을 연결하여 각 터널 유닛(22)들을 계류시켜 고정하기 위한 다수의 인장부재(40)로 이루어진다.

이를 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

해저주탑(10)의 기초 구조물은 터널(20)에 의해 발생되는 인발력에 적절하게 대응할 수 있도록 인발 저항력이 크고 깊은 수심에서 시공이 용이한 석션파일로 구성한다.

현수 케이블(30)은 터널(20)을 계류하여 고정하기 위한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 아치형으로 설치된다. 즉, 양단이 양측의 해저주탑(10)에 각각 견고하게 고정되고, 중간부가 상부로 만곡지게 곡선을 그리게 된다.

터널(20)은 부력이 자체의 중량보다 크도록 형성된 것으로, 중공형으로 형성되고, 이중구조를 갖으며, 내부에는 철도 또는 차량이 운행할 수 있는 구조로 구성된다. 이러한 터널(20)은 각각의 터널 유닛(22)이 서로 수평방향으로 연결됨으로써 이루어진 것이다.

인장부재(40)는 터널(20)의 각 터널 유닛(22)과 현수 케이블(30)을 연결한 것으로, 금속봉 형태 또는 금속케이블 형태로 구성될 수 있다.

한편, 터널(20)에는 터널(20)이 조류 등에 의해 횡방향으로 유동될 때, 이 횡력에 저항하기 위한 횡방향 계류장치(50)가 구비된다.

횡방향 계류장치(50)는 해저주탑(10)의 양측과 거리를 유지하여 해저지반에 각각 구비되는 앵커부재(54)와, 터널 유닛(22)의 양측과 각 앵커부재(54)를 연결하는 횡방향 인장부재(52)들로 이루어진다. 이때, 각 앵커부재(54)들이 해저주탑(10)과 이격되어 있으므로, 횡방향 인장부재(52)는 도 2에 도시된 바와 같이 경사지게 설치된다. 따라서, 터널(20)은 조류 등에 의한 횡력에 저항할 수 있게 된다. 이때, 앵커부재(54)들의 기초 구조물은 터널(20)에 의해 발생되는 인발력에 적절하게 대응할 수 있도록 인발 저항력이 크고 깊은 수심에서 시공이 용이한 석션파일(suctionpile)로 구성한다.

한편, 터널 유닛(22)에는 터널(20) 내부를 환기시키기 위한 환기구(60)가 구비된다. 이 환기구(60)는 일단이 터널 유닛(22)과 연통되고, 상단은 해상으로 노출되도록 설치되며, 조류 등에 의해 유동될 수 있도록 유연한 구조로 형성된다. 이를 위해서, 해상에 부유체를 설치한 후, 이 부유체와 터널 유닛(22)을 플랙시블한 구조의 환기구(60)로 연결하여 부유체의 움직임에 대응할 수 있도록 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 현수식 해중터널의 시공방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 해저지반에 석션파일을 시공하여 해저주탑(10)의 기초 구조물을 형성한 한 후, 이 기초 구조물에 해저주탑(10)을 형성한다. 이러한 해저주탑(10)을 각각 등간격으로 유지하여 시공한다. 이때, 해저주탑(10)의 개수나 거리 등은 설계조건에 따라 달라질 수 있을 것이다.

그리고, 각 해저주탑(10)의 양측에 앵커부재(54)를 각각 시공한다. 이 앵커부재(54)의 기초 구조물도 셕션파일을 이용하여 형성한다.

이어서, 각 해저주탑(10)에 현수 케이블(30)을 연결하여 결합한다. 이때, 현수케이블(30)은 전체적으로 아치형을 이루도록 설치한다. 이는 현수 케이블(30) 전체에 작용하는 부하가 각 해저주탑(10)에 걸리도록 하기 위한 것이다.

이어서, 부력이 자중보다 크도록 충분한 부력을 갖는 각각의 터널 유닛(22)을 입수시킨 후 터널 유닛(22)과 현수 케이블(30)을 인장부재(40)로 연결한다. 이 과정에서 각각의 터널 유닛(22)은 서로 연결되어 터널(20)을 이룬다.

그리고, 해저주탑(10)의 양측에 설치된 각 앵커부재(54)와 터널 유닛(22)의 양측을 횡방향 인장부재(52)들로 연결하여 터널(20)이 횡력에 저항할 수 있도록 한다.

이어서, 터널(20)의 내부를 환기시키기 위한 환기구(60)의 일단은 터널 유닛(22)에 연통되게 설치하고, 타단은 해상으로 노출되ㅋ를 유연하게 구성하여 상기 터널 유닛에 설치하되, 상단부가 해상으로 노출되도록 설치한다.

이와 같이 터널(20)이 각 해저주탑(10)에 설치된 현수 케이블(30)에 지지됨으로써 터널(20)을 계류시키기 위한 계류점이 현저하게 줄어들 수 있고, 이로 인하여 건설비용이 절감될 수 있으며, 해중터널의 시공이 신속하고 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 횡방향 계류장치(50)를 시공함으로써, 터널(20)이 조류와 같은 횡력에 충분히 저항할 수 있다.

이러한 현수식 해중터널은 기존의 지중터널, 침매터널과 병행할 경우 대륙간 연결 장대터널 건설시 경제성을 제고할 수 있다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

10 : 해저터널 20 : 터널
22 : 터널 유닛 30 : 현수 케이블
40 : 인장부재 50 : 횡방향 계류장치
52 : 횡방향 인장부재 54 : 앵커부재
60 : 환기구

Claims

현수식 해중터널로서,
해저지반에 소정의 간격으로 배치되는 해저주탑;
상기 각 해저주탑에 아치형으로 설치되는 현수 케이블;
부력이 중량보다 크도록 구성되어 서로 연결되는 터널 유닛들로 이루어진 터널; 및
상기 각 터널 유닛들과 현수 케이블을 연결하여 각 터널 유닛들을 계류시켜 고정하기 위한 다수의 인장부재를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 현수식 해중터널.
제1항에 있어서,
상기 터널에는,
상기 터널의 횡방향 부하에 저항하기 위한 횡방향 계류장치가 구비되되,
상기 횡방향 계류장치는,
상기 해저주탑의 양측과 거리를 유지하여 해저지반에 각각 구비되는 앵커부재; 및
상기 터널 유닛의 양측과 각 앵커부재를 연결하는 횡방향 인장부재들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 현수식 해중터널.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 터널에는,
상기 터널 유닛의 내부를 환기시키기 위한 환기구가 유연하게 구성되어 구비되는 것을 특징으로 하는 현수식 해중터널.
제1항에 있어서,
상기 해저주탑의 기초는 석션파일로 이루어지는 것을 특징으로 하는 현수식 해중터널.
a) 해저지반에 복수개의 해저주탑을 소정의 간격으로 시공하는 단계;
b) 상기 각 해저주탑에 현수 케이블을 연결하여 결합하는 단계; 및
c) 부력이 자중보다 크도록 구성된 터널 유닛을 입수시킨 후 상기 터널 유닛과 상기 현수 케이블을 인장부재들로 연결하여 터널을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 현수식 해중터널 시공방법.
제5항에 있어서,
상기 c) 단계는,
상기 터널이 횡력에 저항하도록 횡방향 계류장치를 설치하되, 상기 해저주탑의 양측과 거리를 유지하여 해저지반에 앵커부재를 각각 시공하는 단계; 및
상기 터널 유닛의 양측과 각 앵커부재를 횡방향 인장부재들로 각각 연결하여 각 터널 유닛을 양측에서 지지하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 현수식 해중터널 시공방법.
제5항에 있어서,
상기 c)단계는,
상기 터널의 내부를 환기시키기 위한 환기구를 유연하게 구성하여 상기 터널 유닛에 설치하되, 상단부가 해상으로 노출되도록 설치하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 현수식 해중터널 시공방법.