KR101233794B1

KR101233794B1 - 다중 훠폴링 보강에 의한 터널천장부 보강공법

Info

Publication number: KR101233794B1
Application number: KR1020100084251A
Authority: KR
Inventors: 이승수
Original assignee: 이승수; (주)하경엔지니어링
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2013-02-18
Also published as: KR20120020570A

Abstract

터널 굴착 시 형성되는 굴착면의 후방으로부터 굴착면 전방의 터널천장부를 강관을 포함한 주입관 및 충진재를 이용하여 굴착면 전방의 터널 천장부를 선 보강(훠폴링 공법)한 후 굴착을 진행할 수 있도록 한 굴착면 전방의 터널 천장부 보강방법에 있어, 상기 굴착면 전방의 지반이 취약하여 기존의 선보강으로 굴착의 안정성 확보가 곤란한 경우에도 굴착면으로부터 다중의 선보강으로 보강길이를 증대시키고 여러층으로 선행 보강함에 따라 안전하면서도 경제적으로 터널을 시공할 수 있도록 한 것이다.

Description

다중 훠폴링 보강에 의한 터널천장부 보강공법{TUNNEL REINFORCING METHOD BY MULTI-FOREPOLING}

본 발명은 다중 훠폴링(FOREPOLING) 보강에 의한 터널천장부 보강공법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 터널 굴착 시 형성되는 굴착면의 후방 터널천장면로부터 굴착면 전방 터널천장부를 주입관(강관) 및 충진재(그라우팅재)를 이용하여 보강하는 터널천장부 보강방법(훠폴링 공법)에 있어서, 상기 굴착면 전방의 지반이 취약하여 기존의 훠폴링 공법으로 안정성 확보가 곤란한 경우 터널 내부, 즉 굴착면에서 굴착면 전방으로 다중의 훠폴링으로 터널 천장부 연약지반을 원거리까지 여러 층으로 선 보강하여 터널 주위 지반 보강과 느슨함을 방지하여 안전하면서도 경제적으로 터널을 시공할 수 있도록 한 다중 훠폴링 보강에 의한 터널천장부 보강공법에 관한 것이다.

터널에서 보조공법의 적용은 지반조건이 점착력이 적거나 파쇄 혹은 팽창성 등이 심하여 굴착면의 자립시간이 짧은 지반에서 지보재(록 볼트, 숏 크리트, 강지보 등)만으로 터널의 안정성 확보가 곤란할 경우, 지보재와 병용하여 사용되는 공법이다.

말하자면 터널은 발파 등에 의한 지반 굴착 후 지보재를 시공할 때 까지의 무지보 구간은 안정성을 유지하면서 자립할 수 있어야 한다. 굴착면의 자립성과 자립시간은 원지반의 상태, 터널 굴착단면의 크기 등에 좌우되며 무지보 구간이 커질수록 자립시간은 짧아진다. 따라서 지보시공을 위한 자립시간이 충분하지 않을 때는 일반적으로 분할굴착 등을 시행하게 된다.

그러나 원지반 상태와 자립성이 매우 불량하여 원지반과 지보재(숏크리트, 록볼트, 강지보재)의 지보능력만으로 터널의 안정성을 확보하기 곤란할 경우 보조공법과 같은 적극적인 보강대책을 수립하여야 한다.

통상 터널 보조공법의 적용 대상은 토피가 작은 경우, 지반조건이 연약하여 지반 자립성이 낮은 경우, 터널 인접 구조물 보호를 위하여 지표침하나 지중변위를 억제하여야 할 경우, 용수로 인한 지반 열화 및 이완 진행방지를 위한 경우, 편토압 및 이방성 지반 등 특수조건에서 터널을 시공할 경우에 적용하게 된다.

이에 상기 터널 보조공법의 종류로는 터널천장부 보강과 굴착면 보강공법으로 대별되며 터널천장부 보강공법으로 훠폴링(Forepoling), 강관을 포함한 주입관 다단 그라우팅(소구경/대구경), 굴착면 보강용으로 굴착면 숏크리트, 굴착면 록볼트, 경사록볼트, 주입재, 지지코아 공법 등이 있으며, 특히 터널 천장부 보강 공법으로 주로 적용되는 훠폴링 공법, 강관을 포함한 주입관 다단 그라우팅 공법에 대한 내용은 다음과 같다.

훠폴링 공법은 도 1a와 같이 터널의 암피복층이 얇거나, 터널이 파쇄대 통과 시 국부적인 붕락 방지를 위하여 기 설치된 강지보(지보재로써 H-형강, 격지지보)를 지지점으로 굴진장의 2∼3배 길이(2∼4m)의 강관을 포함한 주입관 또는 철근을 터널 종방향으로 설치하여 터널 천장부에 아치형의 빔 형성으로 터널천장부의 안정을 도모하고, 굴진면 전방의 지반보강 및 느슨함을 방지하는 역할을 하게 된다.

훠폴링의 설치 간격은 굴진면 상황이나 지질조건에 따라 다르지만 터널천장부에 아치형태로 300∼600mm 간격으로, 타설 범위는 60°∼120°의 각도로 터널어깨부에 시공하며,

종방향(터널 굴착방향) 설치각도는 10°∼15°, 종방향 설치간격은 매 막장 또는 2막장마다 설치하여 상호 중첩 효과로 터널 위쪽 지반의 강성을 증대하며 천공홀은 그라우팅 등으로 여굴 및 느슨함을 방지하게 된다.

훠폴링 공법의 시공순서를 살펴보면 도 1b와 같다.

즉, 먼저, 터널천장부까지 연장되는 소정의 직경을 가진 천공홀(11)을 형성시키게 된다.

다음으로는 상기 천공홀(11) 내부에 제작된 강관을 포함한 주입관(12)을 삽입하게 된다.

다음으로는 강관을 포함한 주입관(12) 내부에 그라우팅용 주입호스를 이용하여 예컨대 그라우팅재를 포함한 충진재(13)를 주입하여 천공홀(11)을 채워 마감함으로써 결국 터널천장부를 강관을 포함한 충진재 주입에 의한 보강이 이루어지도록 하게 된다.

도 1c는 풍화암, 토사, 발파암에 있어 훠폴링의 길이, 설치간격, 설치범위 등에 대한 한국도로공사 규정이 표시되어 있어, 통상 터널천장부에 훠폴링의 설치구분을 알 수 있다.

또한 터널 보조공법으로써 이용되는 강관을 포함한 주입관 다단 그라우팅(20) 공법은 도 1d와 같이 터널 굴착에 따른 변위를 최대한 억제하고 상부 시설물 보호 및 터널 안정성 확보를 위해 적용하는 공법으로 터널천장부에 천공 후 강관을 포함한 주입관(예컨대 내경 50.8mm, 또는 114.0mm)을 일정간격으로 설치하고 그라우팅재와 같은 충진재를 주입하여 지반과 일체가 되도록 하여 강관을 포함한 주입관의 아치형 빔 형성에 의해 지반을 보강하는 공법이다.

이때 상기 강관을 포함한 주입관의 길이는 6m이상, 횡방향 설치간격은 300∼600mm, 횡방향 설치범위는 90°∼180°를 적용한다.

종방향 설치각도는 5°∼15°로 갱구부는 가능한 수평이 되도록 설치하게 되며, 이러한 강관을 포함한 주입관 다단 그라우팅 공법은 터널 굴착에 선행하여 터널 굴착 예정 단면 방향으로 강관을 포함한 주입관을 일정간격의 아치형으로 설치하고 강관을 포함한 주입관 내에 패커를 설치, 다단으로 주입재를 주입하여 강관을 포함한 주입관을 정착시키며 주입재의 침투 효과에 의해 차수 및 주변지반을 보강하는 공법으로 사질토, 점성토, 풍화토, 파쇄대, 풍화암 등 다양한 지반에 적용할 수 있고, 특히 지하철 터널구간 및 철도횡단, 상부구조물 횡단 등 시공이 곤란한 지하 구조물에 대한 안정성 확보 및 차수효과가 크다는 장점이 있다.

강관을 포함한 주입관 다단 그라우팅 공법의 시공순서를 살펴보면 도 1e와 같다. 먼저, 역시 터널천장부까지 연장되는 소정의 직경을 가진 천공홀(21)을 형성시키게 된다.

다음으로는 상기 천공홀(21) 내부에 제작된 유공강관을 포함한 주입관(22)을 삽입하게 된다.

다음으로는 유공강관을 포함한 주입관(22) 내부에 그라우팅재를 포함하는 충진재(23)를 천공홀 내부에 분사할 수 있는 에어패커(24)를 설치하고, 유공강관을 포함한 주입관(22)의 주입구에 코킹 및 실링처리 한 후, 충진재(23)를 유공강관을 포함한 주입관(22) 내부로 고압 분사시켜 결국 천공홀(21)주변 지반에 상기 충진재(23)가 압입되어 주변 지반을 함께 보강할 수 있도록 하게 된다.

이에 도 1f는 훠폴링과 강관을 포함한 주입관 다단그라우팅 공법의 비교를 도시한 것이다.

이에 강관을 포함한 주입관다단그라우팅 공법은 훠폴링 공법과 대비하여 터널천장부등의 보강효과 등은 우수하지만 설비 등의 운용과정에서 경제성이 떨어질 수밖에 없다는 한계가 있었다.

도 1g는 특히 종래 훠폴링 공법의 적용을 살펴본 것인데,

굴착면(A)을 기준으로 후방의 터널천장면(B)으로부터 상방 연장되어 굴착면(A) 전방의 터널천장부(C)까지 연장되도록 천공홀(11)이 형성되어 있고, 천공홀 내부에 강관을 포함한 주입관(미도시) 및 그라우팅재를 포함하는 충진재(미도시)가 주입 및 마감되어 있음을 알 수 있다.

이에 상기 굴착면(A)을 굴착하여 터널굴착을 진행하려 할 때, 전방의 상방 지반(D) 굴착면(A) 전방에 형성될 터널천장면(E) 상부의 원거리 연약 지반이 붕괴될 우려가 있는 경우 특히 상기 지반(D)의 붕괴 범위가 넓게 분포되어 있는 경우라면 터널 굴착 자체가 어렵게 된다.

이에 굴착을 진행하면서 종래 훠폴링 공법을 적용하는 것은 안전사고의 우려가 매우 크기 때문에 종래 훠폴링 공법을 적용할 수 없게 됨을 알 수 있다.

이에 본 발명은 종래 터널천장부 보강목적으로 적용되는 훠폴링 공법을 연약지반이 출현하여 붕락이 예상되는 지반에 터널 굴착면(A)에서 다중의 훠폴링을 시공하는 것으로 개선하여 선행 보강길이 증대와 지반조건이 불량한 토사, 풍화암 구간에서 그라우팅 공법을 병행하여 터널 안정성을 증대시켜 종래 터널천장부의 강관을 포함한 주입관 다단그라우팅 공법에 비해 경제성 향상을 도모할 수 있는 다중 훠폴링 보강에 의한 터널 천장부 보강방법 제공을 그 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

본 발명은 상기 종래 훠폴링 공법에 의한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 기본적으로 굴착면(A)의 전방의 지반이 취약하여 굴착 작업시 붕괴위험이 있을 경우, 경제적인 방법으로 상기 지반(D)를 보강한 후, 훠폴링 공법을 적용하기 위한 것으로써,

본 발명은 이를 달성하기 위하여

터널 내부의 굴착면(A) 후방의 터널천장면(B)으로부터 굴착면 전방의 터널천장부(C)까지 상방 연장되도록 천공홀을 형성시키고, 상기 천공홀에 걸쳐 강관을 포함한 주입관을 삽입한 후, 상기 주입관 내부에 그라우팅재를 포함하는 충진재를 주입하여 마감하는 훠폴링 보강에 의한 터널천장부 보강방법에 있어서,

상기 굴착면(A)으로부터 전방에 형성될 터널천장면(E) 상부의 지반(D)까지 다수의 천공홀을 추가로 연장 형성시켜 선보강 길이를 증대시키는 단계; 및 상기 다수의 천공홀 내부에 충진재를 주입 및 마감시켜 다중 훠폴링 보강하는 단계를 포함시켜, 상기 굴착면(A) 전방의 지반(D)을 다중 훠폴링 보강에 의한 선 보강이 가능하도록 하는 다중 훠폴링 보강에 의한 터널천장부 보강공법을 제공하게 된다.

또한 바람직하게는 상기 충진재를 주입 및 마감시키는 단계는

천공홀에 강관을 포함한 주입관을 삽입하되 상기 주입관은 상기 굴착면(A)으로부터 지반(D)까지만 배치시키는 단계;

상기 주입관 내부에 충진재를 주입 및 마감시켜 상기 굴착면(A) 전방의 지반(D)을 선 보강시키는 단계;

상기 굴착면(A)으로부터 배치된 주입관 사이의 천공홀에는 주입관 없이 몰탈을 포함하는 채움재를 주입 및 마감시키는 단계;

상기 채움재로 마감된 천공홀을 제거하면서 상기 굴착면 전방으로 지반을 굴착하여 새로운 굴착면(A1)을 형성시키는 단계를 포함하는 다중 훠폴링 보강에 의한 터널천장부 보강공법을 제공하게 된다.

이에 상기 새로운 굴착면(A1) 이후의 굴착면들에도 필요 시 추가로 다중 훠폴링(111) 보강을 반복하여 실시하여 보강범위를 계속 연장할 수 있다.

즉, 굴착면을 기준으로 후방에서는 종래 훠폴링 공법을 그대로 적용하고 굴착면 전방의 취약 지반(D)를 다중 훠폴링 보강 공법에 의한 원거리 선 보강후, 굴착을 안전하게 진행할 수 있도록 한 것이다.

또한 바람직하게는 상기 주입관은 설치대 및 천공홀삽입관으로 구분시킨 것을 사용하되, 상기 설치대의 선단부는 연결부로 형성시키고, 상기 연결부가 천공홀삽입관의 후단부에 삽입되도록 한 상태에서,

상기 주입관을 천공홀에 삽입하여 천공홀삽입관의 선단부 외주면에 장착된 스토퍼에 의하여 천공홀삽입관이 천공홀에 고정되도록 하고,

상기 설치대를 천공홀삽입관으로부터 분리하여 상기 천공홀삽입관이 굴착면 전방에 형성될 터널천장면(E)으로부터 지반(D)까지만 배치되도록 하는 다중 훠폴링 보강에 의한 터널천장부 보강공법을 제공하게 된다.

즉, 본 발명은 강관과 같은 주입관을 굴착면 전방의 지반(D)까지 연장시키게 되므로 굴착시 주입관을 제거해야 하는 문제점을 해결하기 위하여주입관의 배치형태를 조정한 것이라 할 수 있다.

또한 바람직하게는 상기 주입관에 주입되어 마감되는 충진재는 천공홀 또는 천공홀 주위 지반까지 압입되어 형성되도록 할 수 있는 다중 훠폴링 보강에 의한 터널천장부 보강공법을 제공하게 된다.

즉, 본 발명은 천공홀 내부에 충진재를 주입 및 마감시킬 수 있도록 할 수 있으나 보강효과 증대를 위하여 천공홀 주위 지반까지 충진재가 압입되어 지반이 보강될 수 있도록 하게 된다.

본 발명에 의하여 종래 훠폴링 공법을 적용하기 어려웠던 지반보강을 가능하도록 하였기 때문에 터널 천장부 보강의 어려움을 해결할 수 있고, 이러한 보강방법은 다른 공법에 비해 비교적 공사비가 크지 않아 보다 경제적이고 효율적인 터널 굴착시공이 가능하게 된다.

이는 결국 본 발명은 터널내부(굴착면)로부터 전방의 터널 천장부까지의 천공에 의한 보강 길이(천공길이 증대)를 증대시킬 수 있고, 굴착면 선행부 즉 취약 지반(D)이 다중으로 미리 보강되어 종래 훠폴링 공법의 취약성을 극복하면서, 공사비 측면에서 종래 주입관 다단그라우팅 공법에 대비하여 비용이 작아 경제적인 터널 보강이 가능하도록 하게 된다.

또한 지반의 여건에 따라 충진재를 천공홀 주위 지반까지 압입시켜 보강시킬 수 있도록 하여 지반보강 증대효과를 충분히 확보할 수 있도록 하게 된다.

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 1a는 종래 훠폴링공법의 시공단면도 및 종단면도,
도 1b는 종래 훠폴링공법의 시공순서도,
도 1c는 종래 훠폴링공법의 설치규정표,
도 1d는 종래 강관 다단 그라우팅공법의 시공단면도,
도 1e는 종래 강관 다단 그라우팅공법의 순서도,
도 1f는 종래 훠폴링공법과 강관다단그라우팅의 대비표,
도 1g는 종래 훠폴링공법의 일부 시공단면도,
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 2d는 본 발명에 의한 다중 훠폴링 보강에 의한 터널천장부 보강공법의 순서도,
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 본 발명에 의한 다중 훠폴링 보강공법의 상세 순서도,
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 본 발명에 의한 터널천장부 보강단면도이다.

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 2d는 본 발명에 의한 터널천장부 보강방법 즉, 훠폴링 공법의 개선 방법을 순서대로 도시한 것이다.

먼저, 도 2a에 의하면 본 발명에 의하면 터널을 시공하기 위하여 지반을 굴착하여 굴착면을 형성시키되, 굴착면(A)을 기준으로 그 후방에 종래 훠폴링 공법에 의한 터널천장부 보강수단(10)이 형성되어 있음을 알 수 있다.

즉 본 발명은 종래 훠폴링(10) 공법을 그대로 적용하게 되는데 이러한 공법에 의하면 굴착면(A)을 기준으로 후방의 터널천장면(B)으로부터 상방 연장되어 굴착면(A) 전방의 터널천장부(C)까지 연장되도록 천공홀(11)이 형성되어 있고, 천공홀 내부에 도 1b와 같이 강관을 포함한 주입관(12) 및 그라우팅재(13)가 주입 및 마감되어 있다.

상기 후방의 터널천장면(B)은 미도시된 강지보와 강지보 사이에 형성시킨 숏크리트면이 될 것이다.

이에 상기 굴착면(A)을 굴착하여 터널굴착을 진행하려 할 때, 전방의 상부 지반(D)이 붕괴될 우려가 있는 경우, 특히 상기 지반(D)의 붕괴 범위가 넓게 분포되어 있는 경우라면 터널을 굴착하면서 종래 훠폴링 공법을 적용하기 어렵게 된다.

이에 본 발명에 의한 다중 훠폴링 보강을 적용하여 붕괴우려가 큰 지반을 선 보강하게 된다.

이때 다중의 의미는 굴착면(A)의 후방에는 종래 훠폴링 공법이 터널천장부에 적용되고, 종래 훠폴링 공법이 적용될 수 없었던 상기 굴착면(A) 전방의 터널천장부를 포함한 지반(D)을 본 발명에 의하여 터널내부에서 다중으로 추가 보강한다는 의미라 할 수 있다.

이에 굴착면(A)를 기준으로 후방은 종래 훠폴링공법구간(L1)이라 구분하고 전방은 본 발명에 의한 다중 훠폴링 공법구간(L2)로 구분할 수 있다.

이에 본 발명은 굴착면(A)을 이용하여 붕괴가 우려되는 상부 지반(D)에 다중 훠폴링 공법을 적용하게 된다.

즉, 도 2b와 같이 굴착면(A)으로부터 상방 경사져 상기 굴착면(A) 전방에 형성될 터널천장면 상부 지반(D)까지 천공홀(110)을 추가로 연장 형성시키게 되며, 이러한 천공홀(110)은 전방의 지반조건을 고려한 굴착 시 필요한 보강범위까지 굴착면(A)이 허용하는 한 다수를 설치할 수 있을 것이다.

이에 종래 훠폴링 공법과 대비하면 종래의 훠폴링 공법은 굴착면 후방의 터널 천장면(B)으로부터 천공홀이 굴착면 전방으로 1막장씩 시공되도록 하여 상부지반(D)의 터널 굴착방향으로 선보강영역이 예컨대 1단의 훠폴링 설치길이 만큼만 확보되는 반면,

본 발명은 상기 종래 훠폴링 공법에 더하여 굴착면(A) 전방으로 터널내부(굴착면)에 천공홀(110)이 추가로 시공되어지고, 추가로 시공된 천공홀(110)은 종래 훠폴링 공법에 비해 천공길이가 증대된다. 이는 천공홀의 시작부위가 터널 내부인 굴착면에서부터 시작되도록 하기 때문이다.

이에 굴착면(A)에 추가로 시공된 천공홀의 천공길이 증대는 굴착면(A)에서 터널 굴착방향으로 붕괴가 우려되는 상부지반(D)까지의 선행보강 길이를 증대할 수 있고 선행부(굴착면 전방 지반(D))에 다중으로 중첩되어 보강되어 있으므로 터널 안정성 확보가 증대하는 것을 알 수 있다.

이러한 굴착면(A)에 형성되는 천공홀 형성 이후 천공홀에 강관을 포함한 주입관을 삽입하고, 그라우팅재를 주입하여 마감하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

즉, 상기 천공홀(110)에 강관을 포함한 주입관(120)을 삽입하기는 하지만 상기 강관을 포함한 주입관(120)은 상기 굴착면(A) 전방에 형성될 터널천장면(E)로부터 지반(D)까지만 연장되도록 배치시키게 된다.

그 이유는 본 발명의 경우 굴착면(A)에 훠폴링 공법을 적용한 후에 전방으로 굴착을 진행하는 과정을 따르게 되므로, 강관을 포함한 주입관이 만약 천공홀 전체 길이에 걸쳐 형성되어 있을 경우 굴착 시 이러한 강관을 포함한 주입관을 일부 제거해야 하는 문제가 발생하기 때문이다.

이에 상기 강관을 포함한 주입관(120)은 도 3a 및 도 3b와 같이 굴착면(A)을 기준으로 전방에 굴착에 의하여 형성될 터널천장면(E)으로부터 상방의 지반(D)까지만 배치되도록 한 것이다.

이러한 강관을 포함한 주입관(120) 설치를 위하여 본 발명은 도 3b와 같이 강관을 포함한 주입관(120)을 설치대(121)와 천공홀삽입관(122)로 구분하여 형성시키고 있음을 알 수 있다.

먼저, 상기 천공홀삽입관(122)은 강관을 포함한 주입관으로써 선단부에 강관을 포함한 주입관을 천공홀에 고정시키는 역할을 하는 판 스프링과 같은 스토퍼(123)가 설치되며, 내부에는 그라우팅재 주입을 위한 주입호스(124)가 연장 설치되어 있음을 알 수 있다.

이러한 천공홀삽입관(122)의 초입부에 삽입되는 방식으로 연결되어 천공홀삽입관(122)을 터널천장면(E)으로부터 지반(D)에 형성된 천공홀(110)에 배치되도록 하는 것이 설치대(121)이다.

이러한 설치대(121)는 역시 강관을 포함한 주입관으로써 천공홀삽입관(122)의 초입부에 삽입 연결될 수 있도록 슬리브 형태의 연결부(125)가 선단부에 형성되어 있어 상기 연결부(125)에 의하여 설치대(121) 선단부에 천공홀삽입관(122)를 임시로 연결하고,

상기 천공홀삽입관(122)의 선단부에 형성된 스토퍼(123)에 의하여 천공홀삽입관(122)이 천공홀(110)에 고정되면, 설치대(121)를 후방으로 빼내어 최종 천공홀삽입관(122)과 굴착면(A) 전방의 터널천장면(E)으로부터 상방의 지반(D)에만 배치될 수 있도록 하게 됨을 알 수 있다.

이때, 도 3c와 같이 상기 천공홀삽입관(122) 내부에 연장설치된 주입호스(124)의 후단부는 굴착면 후방으로 연장되도록 배치시키게 된다.

다음으로는 상기 천공홀삽입관(122) 내부에 그라우팅재를 포함하는 충진재(126)를 주입 및 마감시켜 상기 굴착면 전방의 지반(D)을 선 보강시키게 된다.

즉, 상기 주입호스(124)를 통해 강관을 포함한 주입관 내부로 충진재(126)를 주입시키게 되는데, 천공홀삽입관(122)에만 주입되어 누출되지 않도록 천공홀삽입관의 후단부에는 팩커(127)를 설치하는 것이 바람직하다.

이에 주입호스(124)에 의하여 천공홀삽입관(122) 내부에는 충진재가 주입되고, 팩커에 의한 누출이 방지되면서 천공홀삽입관의 개방된 선단부로 누출되어 강관을 포함한 주입관배치구간에 형성된 천공홀을 채워 결국 굴착면(A) 전방의 지반(D)에 형성된 천공홀은 강관을 포함한 주입관과 충진재에 의하여 마감되어 훠폴링 보강이 이루어지게 됨을 알 수 있다.

다음으로는 도 3d와 같이 상기 굴착면(A)으로부터 설치대 선단부 사이의 천공홀에는 강관을 포함한 주입관 없이 몰탈을 포함하는 채움재(128)를 주입 및 마감시키게 된다.

이는 앞서 살펴본 것과 같이 강관을 포함한 주입관을 상기 천공홀(110)에 삽입시키게 되면 굴착면 전방으로 지반을 굴착할 때 제거해야 하기 때문이며, 채움재(128)는 추후 굴착시 용이하게 제거될 수 있도록 양생 후 강도가 크지 않은 몰탈을 이용하게 된다.

이러한 몰탈과 같은 채움재로 천공홀을 마감하는 이유는 굴착을 진행하면서 바로 제거될 것이기는 하지만 천공홀을 채움재로 마감함으로써 발파시 발파에너지의 누출을 방지하고 천공홀 주변의 지반을 폭넓게 보강할 수 있도록 하기 위함이다.

다음으로는 도 2c 및 도 2d와 같이 상기 채움재(128)로 마감된 천공홀(110)을 제거하면서 상기 터널 굴착면 전방으로 지반을 굴착하여 새로운 굴착면(A1)을 형성시키게 된다.

아울러 상기 새로운 굴착면(A1) 및 그외 추가 선행부에 보강이 필요할 경우 동일한 방법으로 추가 다중 훠폴링 보강(111)을 반복 시행한다.

즉, 굴착면(A)로부터 전방으로 지반을 굴착하면서 터널굴착을 진행하게 되는 것이다.

이때는 본 발명에 의한 다중 훠폴링 보강에 의하여 전방의 지반이 충분히 보강된 상태이므로 굴착을 진행하여도 지반의 붕괴 등을 예방할 수 있게 됨을 알 수 있다.

이에 상기 굴착면(A)은 전방의 굴착면(A1)으로 형성되면서, 상기 굴착면들 사이의 채움재로 채워진 천공홀(110)은 제거됨을 알 수 있고, 제거된 천공홀 위쪽의 터널천장면(E)으로부터 지반(D)은 본 발명에 의한 여러 층으로 보강된 다중 훠폴링(100) 보강이 적용되어 있음을 알 수 있다.

이에 새롭게 형성된 굴착면(A1)을 기준으로 앞서 살펴본 단계 공종을 반복하여 최종 굴착면 전방의 지반을 효과적으로 보강시키게 된다.

이때 상기 지반의 보강을 보다 충분히 이루어지도록 하려면 천공홀 주위 지반까지 충진재가 압입되어 지반보강이 될 수 있도록 하는 그라우팅공법을 추가로 적용하면 된다.

즉, 도 3d와 같이 본 발명의 주입호스(124)에 의하여 주입되는 충진재를 고압으로 분사시키되 천공홀삽입관은 유공강관을 포함한 주입관으로 제작된 것을 이용하되, 상기 천공홀삽입관에 연장된 주입호스의 선단부는 유공강관을 포함한 주입관 내부에 에어패커에 연결되도록 함으로써, 고압으로 압입된 충진재(126)가 에어패커에 의하여 고압으로 주입되면서, 유공강관을 포함한 주입관의 외부로 퍼져나가면서 주위 지반(D)에 까지 침투되도록 하는 것이다.

이럴 경우 천공홀 내부에만 충진재로 채워져 마감되도록 하는 것과 대비하여 천공홀 주위의 지반까지 보강할 수 있으므로 보다 효과적인 터널천장부 보강이 가능하게 된다.

도 4a는 예컨대 1단 선행보강, 도 4b는 2단 선행보강으로 본 발명에 의한 터널 보강단면도를 도시한 것인데, 종래 훠폴링(10) 공법에 의한 보강단면과 대비하여 본 발명에 의한 다중 훠폴링 보강 공법에 의하면 터널천장면(E)를 기준으로 훠폴링에 의한 보강부위가 확장되어 충실한 지반(D)보강이 가능해지고 있음을 알 수 있다.

또한 도 4c에 의하면 종래 훠폴링(10) 공법도 충진재(13)에 의한 지반보강 및 본 발명에 의한 다중 훠폴링(100) 공법에 의한 충진재(126)에 의한 지반보강이 가능하도록 함을 알 수 있다.

100: 다중 훠폴링
110: 천공홀
120: 강관을 포함한 주입관
121: 설치대
122: 천공홀삽입관
123: 스토퍼
124: 주입호스
125: 연결부
126: 충진재
127: 팩커
128: 채움재

Claims

터널 내부의 굴착면(A) 후방의 터널천장면(B)으로부터 굴착면 전방의 터널천장부(C)까지 상방 연장되도록 천공홀을 형성시키고, 상기 천공홀에 걸쳐 강관을 포함한 주입관을 삽입한 후, 상기 주입관 내부에 그라우팅재를 포함하는 충진재를 주입하여 마감하는 훠폴링 보강에 의한 터널천장부 보강방법에 있어서,
상기 굴착면(A)으로부터 전방에 형성될 터널천장면(E) 상부의 지반(D)까지 다수의 천공홀(110)을 추가로 연장 형성시켜 선보강 길이를 증대시키는 단계; 및 상기 다수의 천공홀(110) 내부에 충진재(126)를 주입 및 마감시켜 다중 훠폴링(111) 보강하는 단계를 포함시켜, 상기 굴착면(A) 전방의 지반(D)을 다중 훠폴링 보강에 의한 선 보강이 가능하도록 하며,
상기 충진재를 주입 및 마감시키는 단계는 천공홀(110)에 강관을 포함한 주입관(120)을 삽입하되 상기 주입관(120)은 상기 굴착면 전방에 형성될 터널천장면(E)으로부터 지반(D)까지만 배치시키는 단계; 상기 주입관(120) 내부에 충진재를 주입 및 마감시켜 상기 굴착면(A) 전방의 지반(D)을 선 보강시키는 단계; 상기 굴착면(A)으로부터 배치된 주입관(120) 사이의 주입관이 없는 천공홀(110)에는 몰탈을 포함하는 채움재(128)를 주입 및 마감시키는 단계; 및 상기 채움재(128)로 마감된 천공홀(110)을 제거하면서 상기 굴착면 (A)전방으로 지반을 굴착하여 새로운 굴착면(A1)을 형성시키는 단계;에 의하여 다중 훠폴링(111) 보강을 실시하는 단계로써, 상기 새로운 굴착면(A1) 이후의 굴착면들에도 필요 시 추가로 다중 훠폴링(111) 보강을 반복하여 실시 할 수 있는 것을 특징으로 하는 다중 훠폴링 보강에 의한 터널천장부 보강공법.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 주입관(120)은 설치대(121) 및 천공홀삽입관(122)로 구분시킨 것을 사용하되,
상기 설치대(121)의 선단부는 연결부(125)로 형성시키고, 상기 연결부(125)가 천공홀삽입관(122)의 후단부에 삽입되도록 한 상태에서,
상기 주입관(120)을 천공홀(110)에 삽입하여 천공홀삽입관(122)의 선단부 외주면에 장착된 스토퍼(123)에 의하여 천공홀삽입관(122)이 천공홀(110)에 고정되도록 하고,
상기 설치대(121)를 천공홀삽입관(122)로부터 분리하여 상기 천공홀삽입관(122)이 굴착면 전방에 형성될 터널천장면(E)으로부터 지반(D)까지만 배치되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 훠폴링 보강에 의한 터널천장부 보강공법.
제 1항에 있어서, 상기 주입관(120)에 주입되어 마감되는 충진재는 천공홀(110) 또는 천공홀 주위 지반까지 압입되어 보강되도록 할 수 있는 것을 특징으로 하는 다중 훠폴링 보강에 의한 터널천장부 보강공법.