KR101211689B1 - 중앙터널부의 선 시공에 의한 3아치터널 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대단위 터널단면으로 시공되는 3아치터널을 시공함에 있어 중도갱 시공, 락볼트 설치 및 해체 등에 의한 시공성, 작업성, 경제성 및 공기관리에 매우 효과적인 중앙터널부의 선시공에 의한 3아치터널 시공방법에 관한 것으로써,
상기 3아치터널 시공방법은 3아치터널의 대단위 중앙터널부를 먼저 시공하고, 상기 대단위 중앙터널부의 내측에 중간기둥을 시공하고, 상기 대단위 중앙터널부의 좌측 및 우측으로 본선 터널부를 시공하는 단계를 포함하게 된다.

Description

중앙터널부의 선 시공에 의한 3아치터널 시공방법{3-ARCH TUNNEL CONSTRUCTION METHOD PRE-CONSTRUCTION CENTER TUNNEL PART}

본 발명은 중앙터널부의 선 시공에 의한 3아치터널 시공방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 대단위 터널단면으로 시공되는 3아치터널을 시공함에 있어 중도갱 시공, 락볼트 설치 및 해체 등에 의한 시공성, 작업성 및 공기관리에 매우 효과적인 중앙터널부의 선시공에 의한 3아치터널 시공방법에 관한 것이다.

통상 터널을 병렬로 한 쌍으로 시공할 경우에는 터널 상호 간의 시공과정에서의 영향, 굴착지반의 이완 등을 고려하여 수평방향으로 서로 일정거리 이격시켜 설치하는 것이 일반적이다.

하지만, 도심지 지하철의 터널식 정거장과 같이 승강장의 위치 등을 고려하여 대단위 단면 터널의 필요성이 있지만 터널을 서로 횡방향으로 이격시켜 시공하는 것이 불합리 할 때는 2아치 또는 3아치 터널시공방식을 따르게 된다.

이에 종래 3아치터널의 시공순서를 도 1a 내지 도 1g를 기준으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 1a와 같이 2개의 선진터널(10,20)을 시공하게 된다. 이러한 선진터널은 위치를 기준으로 하여 좌측 중도갱(10), 우측 중도갱(20)이라고 지칭하기도 한다.

여기서 중도갱은 최종 터널 단면을 형성시키기 이전에 형성시키는 터널을 의미한다.

이와 같이 굳이 한 쌍의 중도갱(10,20)을 따로 따로 형성시키는 이유는 3아치터널은 대단위 단면 터널(터널 폭이 30m 정도)이기 때문에 굴착해야하는 터널단면의 크기가 커질 수밖에 없어, 이러한 대단위 단면 터널을 시공하기 위하여 막장을 한꺼번에 굴착하게 되면 적절한 보강수단(지보공으로써 락볼트,30)을 사용한다 할지라도 터널 단면이 매우 불안정해질 수밖에 없어 붕괴의 위험성을 항상 감안해야 하기 때문이다.

또한, 도심지 지하철과 같은 터널식 정거장은 터널 상부에 빌딩, 도로, 철도 등과 같은 기존 구조물이 시공된 경우가 많기 때문에 막장 굴착 시 지표면 침하 등이 우려되므로 소단위 단면의 중도갱(터널 폭이 7m 정도)을 적절한 보강수단(락볼트)을 사용하여 시공하여 자칫 대형안전사고를 발생시킬 수 있는 지표면의 침하현상을 최대한 억제하면서 대단위 단면의 3아치터널을 최종 시공할 수 있도록 하기 위함이라 할 수 있다.

이때, 좌측 중도갱의 우측면과 우측 중도갱의 좌측면 사이 공간은 필러 공간이라고 하는데 이러한 필러 공간(F)은 수평방향(횡방향)으로 거리가 크지 않기 때문에 통상 중도갱들(10,20)의 내측면에서 주위 지반쪽으로 방사형으로 설치되는 락볼트(30)가 간섭되므로 락볼트를 설치하지 못하고 필러공간에서의 락볼트는 필러 공간(F)을 관통하여 좌측 중도갱(10)의 우측면과 우측 중도갱(20)의 좌측면 내측에 양 단부가 고정되도록 하는 타이볼트(40)로 락볼트를 시공할 수밖에 없어 이를 설치하기 위한 공종이 추가될 수밖에 없기 때문에 추가 공종에 따른 자재투입, 공기 확보에 큰 노력이 요구될 수밖에 없었다.

나아가 중도갱의 시공을 발파 시공에 의할 경우 필러공간이 좁아 발파 시 주위 지반의 이완에 따른 터널 안정성에 영향을 줄 수 있다는 문제점이 있었다.

다음으로는 도 1b와 같이 각각의 중도갱(10,20)에 기둥구조물을 설치하여 최종 3아치 터널의 중간기둥(50)을 시공하게 된다. 이러한 중간기둥(30)은 결국 대단위 터널 단면의 중간 상면을 하부 지반에 지지시켜 안전한 터널 단면 시공을 위한 것이라 할 수 있으며, 통상 3아치터널은 2개의 중간 기둥을 설치하게 된다.

하지만 중도갱(10,20) 내측에서 각각의 중간기둥(30)을 설치하는 작업이 좁은 공간에서 이루어지다보니 아무래도 시공성이 떨어질 수밖에 없다는 문제점이 있었다.

다음으로는 도 1c와 같이 중도갱(10,20) 사이의 필러공간(F) 상부 지반을 굴착하여 중앙터널부(60)를 시공하게 된다.

이때, 좌측 중도갱(10)과 우측 중도갱(20)의 필러공간(F)에 설치된 타이볼트는 제거해야 하고, 굴착장비 등을 동원하여 중앙터널부를 시공하고 중앙터널부 주위 지반에 방사형으로 락볼트(30)를 추가 시공하게 된다.

물론 필러 공간도 제거해야 하며, 필러공간과 접하고 있는 중도갱의 좌, 우 측면부도 함께 제거되는데 이러한 제거 작업이 좁은 공간에서 이루어지다보니 시공성 및 작업성이 저하될 수 밖에 없었다.

나아가, 발파에 의한 중앙터널부 시공이 가능하지만 필러공간이 좁아 발파 시 파편 등 비석에 의하여 중도갱 중간기둥의 손상이 우려되는 등 시공에 제한이 많고, 별도의 방호시설을 설치해야 하는 문제점이 있게 된다.

다음으로는 도 1d와 같이 좌측 및 우측 중도갱(10,20)의 좌측과 우측면에 해당하는 좌측 및 우측 본선 터널부(70,80)를 추가로 시공하고 역시 좌측 및 우측 본선터널부 굴착 시 이완된 주위 지반에 대하여 방사형으로 락볼트를 역시 추가 시공하게 된다.

이때, 좌측 중도갱과 우측 중도갱의 좌측면과 우측면에 형성된 락볼트를 제거하면서 결국 좌측 중도갱과 우측 중도갱에 의한 굴착면은 모두 제거됨을 알 수 있다.

이로써, 3아치터널단면에 있어 중앙터널부와 좌측 및 우측 본선터널부가 최종 시공됨을 알 수 있다.

다음으로는 도 1e와 같이, 중앙터널부(60)와 좌측 및 우측 본선터널(70,80)에 라이닝 콘크리트(90)를 시공하여 3아치터널단면을 완성시키게 된다.

이에 3아치터널을 시공하기 위해서 2개의 중도갱, 중앙터널부 및 2개의 본선터널부와 같이 5번의 터널굴착, 지보공 공종이 소요됨을 알 수 있어 시공공종이 매우 복잡해져 이로 인한 시공비용 증가 등의 문제가 발생함을 알 수 있다.

또한, 위에서 살펴본 것과 같이 2개의 중도갱에는 중간기둥이 설치되는데 비교적 좁은 공간에 장비를 동원하여 중간기둥을 시공해야 하기 때문에 시공성이 매우 떨어질 수밖에 없다는 문제점이 있으며, 중앙터널부를 시공하기 위한 장비 반입에 중간기둥이 간섭되는 등 효율적인 장비활용이 매우 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 중도갱에 설치되는 락볼트 등은 시공 후 모두 제거되어야 하는데 이는 자재의 효율적 이용에 반하게 되어 공사비 증가요인이 될 수 밖에 없었다.

또한, 3아치터널의 라이닝 콘크리트 시공 시 대단위 단면을 한꺼번에 시공하다 보니, 라이닝 콘크리트 시공에 의하여 공기가 결정될 수 밖에 없어 공종의 효율적인 관리가 어렵다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 종래 3아치터널 시공방식을 탈피하여 보다 안정적이면서도 공기를 단축할 수 있고, 시공성 및 작업성이 뛰어나 경제적인 3아치터널 시공이 가능한 시공성이 개선된 3아치터널 시공방법 제공을 해결하고자 하는 과제로 한다.

이에 본 발명은
3 아치터널을 시공하기 위한 것으로서 대단위 중앙터널부를 먼저 시공하되 상기 대단위 중앙터널부의 내측면에서 주위 지반에 방사형으로 락볼트를 시공하여 대단위 중앙터널부의 안정성을 충분히 확보할 수 있도록 하고,
상기 대단위 중앙터널부의 내측에 중간기둥을 대단위 중앙터널부의 상면과 하부지반 사이에 서로 횡방향으로 이격되도록 설치하여 대단위 중앙터널부의 안정성을 확보하도록 하고,
상기 대단위 중앙터널부의 좌측 측면에 설치된 락볼트와 대단위 중앙터널부의 좌측 측면을 제거하면서 좌측 본선터널부를 시공하되 상기 좌측 본선터널부의 주위 지반에 방사형으로 락볼트를 추가 시공하고,
상기 대단위 중앙터널부의 우측 측면에 설치된 락볼트와 대단위 중앙터널부의 우측 측면을 제거하면서 우측 본선터널부를 시공하되 상기 우측 본선터널부의 주위 지반에 방사형으로 역시 락볼트를 추가 시공하되,
상기 대단위 중앙터널부의 중간기둥 시공 후 대단위 중앙터널부의 내측면에 라이닝 콘크리트를 일부 선시공하고, 좌측 본선터널부와 우측 본선터널부 시공 후, 좌측 본선 터널부 및 우측 본선 터널부에 라이닝 콘크리트를 후시공하는 중앙터널부의 선시공에 의한 3아치터널 시공방법을 제공한다.

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즉, 종래와 같이 한 쌍의 중도갱 설치 공종을 완전히 배제하고 대단위 중앙터널부를 먼저 시공한 후, 상기 중앙터널부의 좌,우측에 본선 터널부를 직접 시공하는 방식을 채택한 것이다.

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나아가 종래에는 중도갱 시공에 의하여 터널 단면의 시공 공종이 마지막에 완성되기 때문에 라이닝 콘크리트를 한꺼번에 형성시켜 콘크리트의 타설 및 양생기간이 절대적으로 필요하게 되지만, 본 발명의 경우에는 중앙터널부를 먼저 시공하여 완성시키기 때문에 라이닝 콘크리트를 중앙터널부 시공 완료 시 즉시 시공하여 적어도 중앙터널부 라이닝 시공에 의하여 공사 전체의 공사기간이 영향받지 않도록 하였다.

본 발명에 의하여

첫째, 종래 중도갱을 설치하지 않기 때문에 중도갱 시공을 위한 공기, 장비운용, 자재의 투입을 배제할 수 있게 된다.

둘째, 중도갱의 시공시 설치되는 락볼트, 타이볼트 등을 제거할 필요가 없으므로 이러한 지보재 해체에 따른 공기의 지연, 해체 시 발생할 수 있는 각종 안전사고 등의 문제 발생을 최소화할 수 있게 된다.

셋째, 중앙터널부 시공에 있어 종래 중도갱 사이의 필러공간에 대한 보강문제, 중도갱을 측면부를 해체하면서 발생하는 발파 비산문제 등을 해결할 수 있어 시공성 및 작업성이 크게 증진됨을 알 수 있다.

넷째, 라이닝 콘크리트 시공의 경우 중앙터널부 시공이 완료된 이후에 선시공하여 라이팅 콘크리트 선시공에 따른 공기관리에 매우 효율적이게 됨을 알 수 있다.

다섯째, 종래 3아치터널은 좌우 중도갱 굴착, 타이볼트 설치, 중앙터널 굴착, 중간기둥설치의 복잡한 시공단계를 거쳐야 하지만 본 발명의 경우에는 중앙터널 굴착, 중간기둥 설치로 시공단계를 매우 단순화시킬 수 있어 시공 싸이클타임의 대폭적인 단축에 의한 경제성이 크게 향상됨을 알 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 및 도 1e는 종래 3아치터널의 시공순서도,
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 의한 3아치터널의 시공순서도,
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 의한 3아치터널의 시공단면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 3아치터널의 시공방법을 순서대로 도시한 것이다.

먼저 도 2a와 같이 3아치터널의 중앙터널부(100)를 종래 좌측 및 중도갱의 시공없이 선 시공하게 된다.

이러한 중앙터널부(100)는 발파, 기계굴착 어떠한 방법을 이용하더라도 종래 좌측 및 중도갱이 시공되지 않아 달리 주위 지반에 영향을 주지 않게 되며, 이에 본 발명의 3아치터널 시공방법은 좌측 및 중도갱의 시공공종이 배제되도록 함을 알 수 있다.

물론, 이러한 중앙터널부(100)의 내측면에서 주위 지반에 방사형으로 락볼트(110)를 시공하여 중앙터널부(100)의 안정성을 충분히 확보할 수 있도록 하게 된다.

다음으로는 중앙터널부(100)의 내측에 중간기둥(120)을 서로 횡방향으로 이격되도록 하여 시공하게 된다. 이러한 중간기둥(120)은 중앙터널부(100)의 상면과 하부지반 사이에 설치되어 중앙터널부의 안정성을 추가 확보할 수 있도록 하게 된다.

이에 본 발명의 경우 중간기둥(120)을 설치하되 비교적 굴착단면이 큰 중앙터널부(100)에서 중간기둥(120)의 시공이 가능하므로 종래 좁은 공간의 중도갱에서의 시공성 저하 문제를 충분히 해결할 수 있게 됨을 알 수 있다.

다음으로는 도 2b와 같이 중앙터널부(100)의 좌측 본선터널부(200)를 시공하게 되는데 이는 중앙터널부(100)의 좌측 측면에 설치된 락볼트(110)와 중앙터널부(100)의 좌측 측면을 제거하면서 시공하게 되며, 좌측 본선터널부(200)의 주위 지반에 방사형으로 락볼트(110)를 추가 시공하게 된다.

따라서 본 발명은 중앙터널부(100)의 좌측 측면만 제거하기 때문에 종래와 같이 기 시공된 터널단면의 제거작업이 현저하게 감소하게 됨을 알 수 있다.

다음으로는 중앙터널부(100)의 우측 본선터널부(300)를 시공하게 되는데 이도 역시 중앙터널부(100)의 우측 측면에 설치된 락볼트(110)와 중앙터널부(100)의 우측 측면을 제거하면서 시공하게 되며, 우측 본선터널부(300)의 주위 지반에 방사형으로 역시 락볼트(110)를 추가 시공하게 된다.

이에 본 발명은 중앙터널부(100)의 우측 측면만 제거하기 때문에 종래와 같이 기 시공된 터널단면의 제거작업이 현저하게 감소하게 됨을 알 수 있다.

다음으로는 도 2c와 같이 이에 최종 라이닝 콘크리트(130)를 3아치터널 전체 단면에 걸쳐 시공하여 최종 3아치터널의 시공이 완료될 수 있음을 알 수 있다.

이에 본 발명에 의한 3아치터널 시공방법은

종래 좌,우측 중도갱의 시공공종이 배제되고, 이에 따라 필러공간에 설치되는 타아볼트의 설치공종도 배제되어 3아치터널 터널 시공공종이 대폭 줄어들게 됨을 알 수 있게 된다.

또한, 중앙터널부와 좌,우 본선부터널을 차례대로 시공하기 때문에 락볼트의 설치, 먼저 시공된 구조물의 간섭문제를 최소화 시킬 수 있어 매우 효율적이고 경제적인 3아치터널 시공이 가능하게 된다.

또한, 라이닝 콘크리트의 경우 중앙터널부 시공 시 중간기둥과 함께 일부 먼저 시공하고, 좌,우 본선부터널 시공 후 라이팅 콘크리트를 최종 완성시킬 수 있어 공기의 단축이 가능하게 된다.

이는 종래의 경우 최종 3아치터널의 단면이 마직막에 완성되기 때문에 라이닝 콘크리트 시공공종이 맨 나중에 실시될 수 밖에 없지만, 본 발명의 경우에는 터널중앙부를 시공하여 먼서 완성시키기 때문에 터널중앙부에 대한 라이닝 콘크리트 시공을 앞당길 수 있어 시공관리에 매우 효율적이게 됨을 알 수 있다.

도 3a는 본 발명에 의한 상대식 3아치터널식 지하철 정거장의 최종시공단면도를 확인할 수 있는데, 좌, 우측 본선터널부(200,300)에 있어 승강장(400)이 마련되며, 중간기둥(120)을 기준으로 철로 등의 선로 또는 도로의 형성이 가능함을 알 수 있다.

도 3b는 본 발명에 의한 섬식 3아치터널식 지하철 정거장의 최종시공단면도를 확인할 수 있는데, 좌, 우측 본선터널부(200,300)에 있어 선로 또는 도로가 마련되며, 중간기둥(120)을 기준으로 좌, 우로 승강장(400)이 형성될 수 있도록 함을 알 수 있다.

100: 중앙터널부
110: 록볼트 200: 좌측 본선터널부
300: 우측 본선터널부 400: 승강장

Claims (2)

1. 3 아치터널을 시공하기 위한 것으로서 대단위 중앙터널부(100)를 먼저 시공하되 상기 대단위 중앙터널부(100)의 내측면에서 주위 지반에 방사형으로 락볼트(110)를 시공하여 대단위 중앙터널부(100)의 안정성을 충분히 확보할 수 있도록 하고,
   상기 대단위 중앙터널부(100)의 내측에 중간기둥(120)을 대단위 중앙터널부(100)의 상면과 하부지반 사이에 서로 횡방향으로 이격되도록 설치하여 대단위 중앙터널부의 안정성을 확보하도록 하고,
   상기 대단위 중앙터널부(100)의 좌측 측면에 설치된 락볼트(110)와 대단위 중앙터널부(100)의 좌측 측면을 제거하면서 좌측 본선터널부(200)을 시공하되 상기 좌측 본선터널부(200)의 주위 지반에 방사형으로 락볼트(110)를 추가 시공하고,
   상기 대단위 중앙터널부(100)의 우측 측면에 설치된 락볼트(110)와 대단위 중앙터널부(100)의 우측 측면을 제거하면서 우측 본선터널부(300)를 시공하되 상기 우측 본선터널부(300)의 주위 지반에 방사형으로 역시 락볼트(110)를 추가 시공하되,
   상기 대단위 중앙터널부의 중간기둥 시공 후 대단위 중앙터널부의 내측면에 라이닝 콘크리트를 일부 선시공하고, 좌측 본선터널부(200)와 우측 본선터널부(300) 시공 후, 좌측 본선 터널부 및 우측 본선 터널부에 라이닝 콘크리트를 후시공하는 것을 특징으로 하는 중앙터널부의 선시공에 의한 3아치터널 시공방법.
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