KR101289391B1 - 비개착식 터널굴착공법의 선단구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널을 형성하는데 있어서 지중으로 압입되는 선단구조체와 지반과의 마찰력을 최소화하기 위한 비개착식 터널굴착공법에 사용되는 선단 구조체 및 그에 의한 터널굴착공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선단 구조체에서 내부에서 외부로 계속적으로 회전되는 철판을 이용하여 선단 구조체의 외주면과 철판 이 서로 마찰되도록 함으로써 터널 구조체와 지중과의 마찰력을 최소화한 비개착식 터널굴착공법의 선단 구조체 및 그에 의한 터널굴착공법에 관한 것이다.
본 발명은 비개착식 터널굴착공법에 사용되는 선단구조체에 있어서, 상기 선단구조체는, 소정형상의 몸체; 상기 몸체의 내부에 장착되는 다수의 유압잭; 상기 몸체의 상부 내주면의 소정위치에 설치되는 한 쌍의 로울러; 및 상기 한 쌍의 로울러에 장착되어 상기 몸체의 내측 및 외측으로 회전하는 철판;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비개착식 터널굴착공법의 선단구조체를 제공한다.
본 발명은 종래의 마찰력 해소를 위해 사용되었던 방법들의 문제점을 해소하고, 선단구조체에 작용하는 마찰력을 최소화하여 안전하고 정확한 시공이 가능하다는 장점을 가진다. 또한, 선단구조체가 철판의 하부에 위치함으로써, 선단구조체의 손상을 방지하고, 선단 구조체가 쉽게 압입될 수 있다는 장점을 가진다.

Description

비개착식 터널굴착공법의 선단구조체{The front structure for tunnel pressing method}

본 발명은 터널을 형성하는데 있어서 지중으로 압입되는 선단구조체와 지반과의 마찰력을 최소화하기 위한 비개착식 터널굴착공법에 사용되는 선단구조체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선단 구조체에서 내부에서 외부로 계속적으로 회전되는 철판을 이용하여 선단 구조체의 외주면과 철판 이 서로 마찰되도록 함으로써 터널 구조체와 지중과의 마찰력을 최소화한 비개착식 터널굴착공법의 선단구조체에 관한 것이다.

비개착식 터널굴착공법이라 함은 지하보도나 고속도로의 터널 등을 시공하는 경우와 같이 지중으로 터널을 시공하여야 하는 경우, 터널 형성을 위해 지중으로 일정한 공동을 형성한 후에 터널을 시공하는 것이 아니라, 터널 추진체를 만들고 상기 터널 추진체를 유압잭 등을 이용하여 지중으로 압입하여 터널을 형성하는 공법을 말한다.

종래에 지중에 터널을 구축하기 위한 콘크리트 구조물이나 지중파이프 등을 매설하거나 지중에 특정한 경로를 따라 지정된 여러 형태의 단면적을 갖는 터널을 형성하기 위하여 다수의 터널 굴착 공법과 굴착용 장비들이 사용되어 왔다. 대구경과 장거리 추진을 원활하게 하기 위하여 추진체 외면에 벤토나이트(bentonite)와 기타 윤활제를 주입하거나 추진체의 외면에 그라우팅(grouting)함으로써 추진체에 작용하는 토압의 작용을 감소시키는 노력을 해왔다.

종래에 제시되었던 벤토나이트와 기타 윤활제를 주입하는 방법과 그라우팅 방법은 공정 자체의 효과가 불명확하고, 투여되는 윤활제 등의 가격 때문에 공사비도 많이 들어가는 단점이 있었으며, 또한 주입액이 액체화되어 있어서 토질에 따라서는 주변의 토사의 정도에 따라 다르지만 토사에 흡수되고, 특히 지하수가 동반되는 토질에서는 그 효과가 현저히 떨어질 뿐만 아니라 토사 및 지하수의 오염을 유발한다는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 방법들은 추진체를 추진할 때 추진체 외면에 각종 토질이 접하게 됨으로써 발생되는 마찰력에 의한 토압으로 인하여 과도한 추진력이 필요하게 되며, 과도한 추진력에 의해 콘크리트 구조물 등을 압입하다 보면 콘크리트 구조물의 파손이 발생할 수 있다는 문제점도 안고 있다.

또한, 추진체 전체를 압입함에 따라 추진체 주변의 지반이 추진체의 압입방향으로 쏠림현상이 발생하게 되고, 그에 따라 지반의 변이 내지는 교란을 가져와 지반 침하가 발생할 가능성이 있다는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 마찰력 해소를 위해 사용되었던 방법들의 문제점을 해소하고, 터널 추진체에 작용하는 마찰력을 최소화하여 안전하고 정확한 시공이 가능한 비개착식 터널굴착공법의 선단구조체를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 선단구조체가 철판의 하부에 위치함으로써, 선단구조체의 손상을 방지하고, 선단 구조체가 쉽게 압입될 수 있도록 하는 비개착식 터널굴착공법의 선단구조체를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 공정의 간소화로 공기를 단축하며 공사비용을 절감할 수 있는 비개착식 터널굴착공법의 선단구조체를 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 선단 구조체가 철판 등의 하부에 위치하고 선단구조체만이 지중으로 압입됨에 따라, 지반 침하나 교란을 방지할 수 있는 비개착식 터널굴착공법의 선단구조체를 제공함을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 터널 외벽(21)과, 상기 터널 외벽(21)의 내측에 터널 외벽(21)을 지지하기 위한 반력빔(23)과, 상기 터널 외벽(21)의 내측에 콘크리트로 형성되는 터널내벽(23)으로 구성되는 터널단위체(20)와, 상기 터널단위체(20)의 터널 외벽(21)의 외측에 형성되어 전방으로 압입되는 비개착식 터널굴착공법에 사용되는 선단구조체에 있어서, 상기 선단구조체(10)는, 터널의 형상에 따라 형성되는 소정형상의 몸체(11); 상기 몸체(11)의 내부에 장착되어 상기 반력빔(23)에 의해 지지되는 다수의 유압잭(17); 상기 몸체(11)의 상부 내주면의 소정위치에 설치되는 한 쌍의 로울러(14); 및 상기 한 쌍의 로울러(14)에 장착되어 상기 유압잭(17)의 구동에 의해 몸체(11)가 전방으로 이동함에 따라 상기 몸체(11)의 내측 및 외측으로 회전하는 철판(15);으로 구성되고, 상기 선단구조체(10)가 전방으로 압입됨에 따라 터널단위체(20)가 다수로 연결 형성되어 터널을 형성하는 것을 특징으로 하는 비개착식 터널굴착공법의 선단구조체를 제공한다.

본 발명에서 선단구조체의 몸체는 터널 형상에 따라 형성되고, 상기 철판은 상기 몸체가 전방으로 이동함에 따라 회전될 수 있다. 본 발명의 선단구조체는 선단구조체만이 전방으로 이동하고, 선단구조체의 후방에 위치한 터널단위체는 고정된다. 선단구조체는 터널의 형상이 사각형인 경우에는 사각형상으로, 타원형인 경우에는 타원형으로, 다각형상인 경우에는 다각형으로 형성할 수 있다.

본 발명의 선단구조체에는 선단구조체의 몸체의 하부 내주면의 소정위치에 설치되는 한 쌍의 로울러와, 상기 한 쌍의 로울러에 장착되어 상기 몸체의 내측 및 외측으로 회전하는 철판을 더 포함할 수 있다. 선단구조체의 상부 및 하부에 철판을 회전할 수 있도록 함으로써 선단구조체가 이동함에 따라 몸체의 상하부와 지반과의 마찰을 줄이기 위함이다.

본 발명에서 선단구조체 몸체의 전방에는, 터널의 방향을 조절하기 위한 방향구조체가 더 포함될 수 있다. 방향구조체는 터널의 진행방향을 조절하기 위함이다. 방향구조체는, 상기 선단구조체의 몸체와 같은 형상으로 형성되는 전방몸체와, 상기 전방몸체의 내측에 일측이 고정되고, 타측은 상기 선단구조체의 몸체에 고정되는 유압잭으로 구성될 수 있다. 선단구조체의 전방에 방향구조체를 설치하여, 터널의 진행방향을 자유로이 조절할 수 있도록 하기 위함이다. 터널은 항상 직선형으로 형성되는 것이 아니기 때문에, 터널의 진행방향을 조절하기 위한 것이다. 선단구조체의 전방에 방향구조체를 장착하고, 방향구조체를 유압잭으로 조절하여 터널이 소정의 회전반경을 가지면서 진행할 수 있도록 한다.

본 발명은 종래의 마찰력 해소를 위해 사용되었던 방법들의 문제점을 해소하고, 선단구조체에 작용하는 마찰력을 최소화하여 안전하고 정확한 시공이 가능하다는 장점을 가진다.

또한, 본 발명은 선단구조체가 철판의 하부에 위치함으로써, 선단구조체의 손상을 방지하고, 선단 구조체가 쉽게 압입될 수 있다.

또한, 본 발명은 터널구조체 전체를 압입하는 것이 아니라 선단구조체만을 압입함으로써, 공정의 간소화로 공기를 단축하며 공사비용을 절감할 수 있는 장점을 가진다.

또한, 본 발명은 선단구조체가 철판 등의 하부에 위치하고 선단구조체만이 지중으로 압입됨에 따라, 지반 침하나 교란을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 선단구조체의 측면도.
도 2는 본 발명의 일실시예인 선단구조체의 A-A선 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예인 선단구조체의 측면도.
도 4는 본 발명의 실시예의 사용상태도.
도 5는 본 발명의 실시예의 사용상태도.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하는 것은 아니다.

우선, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기에 앞서, 본 발명의 여러 실시예에 있어서 기술적 특징이 동일한 구성에 대하여는 동일한 부호를 사용함을 미리 밝혀둔다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 선단구조체의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예인 선단구조체의 A-A선 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예인 선단구조체의 측면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예의 사용상태도이고, 도 5는 본 발명의 실시예의 사용상태도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예인 선단구조체의 구조에 대해서 상세하게 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 터널구조체(1)는 선단구조체(10)와 터널 단위체(20)로 구성된다. 본 발명에 따른 일실시예인 선단구조체(10)의 구성은, 소정형상의 몸체(11)와, 상기 몸체(11)의 내부에 장착되는 다수의 유압잭(17)과, 상기 몸체(11)의 상부 내주면의 소정위치에 설치되는 한 쌍의 로울러(14)와, 상기 한 쌍의 로울러(14)에 장착되어 상기 몸체(11)의 내측 및 외측으로 회전하는 철판(15)으로 구성된다. 또한, 선단구조체(10)의 전방 단부에는 경사판(12)이 형성되고, 상기 경사판(12)에 의해 선단구조체의 내부로 유입되는 토사가 직접적으로 철판(15) 및 유압잭(17)에 닿지 않도록 할 수 있다. 철판(15)은 한 쌍의 로울러(14)에 장착되고, 선단구조체(10)가 전방으로 이동함에 따라 몸체(11)의 외주면에서 지반과 함께 철판(15)은 움직이지 않게 되고, 철판(15) 하부에 위치한 몸체(11)가 이동됨으로써 몸체(11)와 지반과의 마찰력을 줄일 수 있게 된다. 유압잭(17)은 몸체(11)의 내주면에 고정된 유압잭 고정판(16)에 일측이 고정 장착된다. 유압잭(17)의 타측에 장착된 압력판(18)은 터널 단위체(20)의 내부에 고정된 반력빔(22)을 밀게 되어 선단구조체(10)가 전방으로 이동할 수 있게 한다. 유압잭(17)은 모서리 부분에 설치될 수 있으며, 필요에 따라서는 더 많은 수의 유압잭(17)이 몸체(11)의 내주면에 설치될 수 있다. 터널 단위체(20)는 터널외벽(21)과 터널내벽(23) 및 반력빔(22)으로 구성된다. 터널외벽(21)은 철판으로 구성되고, 터널외벽(21)의 내부에 형성되는 터널내벽(23)은 콘크리트로 형성된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예인 선단구조체의 측면도이다. 도 3의 구성은 선단구조체(10)의 전방에 방향구조체(30)가 부가된다. 선단구조체(10)의 구성은 일실시예의 구성과 동일하다. 즉, 선단구조체(10)는 소정형상의 몸체(11)와, 상기 몸체(11)의 내부에 장착되는 다수의 유압잭(17)과, 상기 몸체(11)의 상부 내주면의 소정위치에 설치되는 한 쌍의 로울러(14)와, 상기 한 쌍의 로울러(14)에 장착되어 상기 몸체(11)의 내측 및 외측으로 회전하는 철판(15)으로 구성된다. 선단구조체(10)에 장착되는 철판은 하부 내주면 또는 좌우측의 내주면에 설치될 수도 있다. 유압잭(17)은 선단구조체(10)의 후방에 위치한 반력빔(22)을 밀면서 선단구조체(10)를 전방으로 압입시킨다. 따라서 후방에 위치한 반력빔(22)과 반력빔이 설치된 터널 외벽(21)과 터널 내벽(23)은 고정된 상태로 유지된다. 선단구조체(10)의 전방에는 방향구조체(30)가 부가된다. 방향구조체(30)는 선단구조체(10)의 내주면 또는 외주면에 위치하는 전방몸체(31)와, 일측은 전방몸체(31)에 고정 장착되고 타측은 선단구조체의 몸체(11)에 고정 장착되는 다수의 유압잭(34)과, 방향구조체의 전방몸체(31)의 전방에 설치되는 경사판(32)으로 구성된다. 방향구조체(30)의 전방몸체(31)는 선단구조체의 몸체(11)의 외주면으로 삽입되는 형상을 가지는 것이, 토사가 방향구조체(30)와 선단구조체(10)가 연결되는 틈 사이로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 경사판(32)은 토사가 그대로 유입되어 유압잭(34)을 손상시키는 것을 방지하도록 하기 위한 구성이다. 유압잭(34)은, 일측은 방향구조체의 전방몸체(31) 또는 선단구조체의 몸체(11)에 고정되고, 타측은 소정각도로 회전할 수 있도록 회전가능하게 방향구조체의 전방몸체(31) 또는 선단구조체의 몸체(11)에 장착되도록 구성될 수 있다. 일측 또는 타측 중 어느 한 곳에서 회전가능하도록 하면, 유압잭(34)의 조정으로 방향구조체(30)의 방향을 조정할 수 있게 되고, 따라서 선단구조체의 진행방향이 조정될 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 실시예의 사용상태도이다. 상기 도면을 참조하여 본 발명에 따른 선단구조체(10)를 이용한 터널굴착공법을 상세히 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 선단구조체(10)를 이용한 터널굴착공법은, 터널을 시공할 장소의 양편을 굴착하여 소정깊이의 추진기지 및 도달기지를 형성하는 단계와, 터널 단위체(20)와 선단구조체(10)로 구성되는 터널 구조체(1)를 지중에 압입하기 위한 다수의 전진 압입잭(100)을 상기 추진기지에 설치하는 단계와, 상기 전진 압입잭(100)을 이용하여 터널 구조체(1)를 지중으로 압입하는 단계와, 상기 압입된 최초의 터널 단위체(20)에 반력빔(22)을 설치하는 단계와, 상기 터널 단위체(20)의 내부에 콘크리트로 터널 내벽을 형성하는 단계와, 상기 선단구조체(10)의 유압잭(17)을 상기 고정된 터널 단위체(20)의 반력빔(22)에 작용시켜 상기 반력빔(22)을 가압하는 단계와, 상기 반력빔(22)을 가압함으로써 상기 선단구조체(10)가 전방으로 이동하는 단계로 구성된다. 또한, 선단구조체(10)가 전방으로 소정길이만큼 이동하게 되면, 상기 터널 단위체(20)에 철판으로 된 터널 외벽(21)을 용접하여 부착하는 단계와, 상기 부착된 터널 외벽(21)의 내부에 콘크리트로 터널 내벽(23)을 형성하는 단계가 더 부가된다. 또한, 철판으로 구성된 새로 부착된 터널 외벽(21)의 전방에는 반력빔(22)이 부착되고, 이러한 터널 외벽(21)과, 터널 내벽(23) 및 반력빔(22)은 터널 단위체(20)를 형성한다. 또한, 이러한 과정을 반복함으로써 터널 단위체(20)는 지중에 차츰 많이 설치되고, 터널 단위체(20)의 이동 없이 선단구조체(10)만을 이동시킴으로써 터널 단위체(20)를 직접 압입할 필요가 없으므로 공사기간이 단축되고, 공사비용이 절감될 수 있다는 장점을 가질 수 있다.

또한, 선단구조체(10)의 상부에는 마찰력 해소수단을 장착하는 단계가 더 부가될 수 있으며, 마찰력 해소수단은 선단구조체의 몸체(11) 내부에 장착되는 한 쌍의 로울러(14)와 상기 로울러에 장착되어 몸체(11)의 내측과 외측을 회전하는 철판(15)으로 구성된다. 마찰력 해소수단은 상부뿐만 아니라 하부 및 좌우측에도 필요에 따라 더 설치될 수 있다.

또한, 선단구조체(10)의 전방에는 방향구조체(30)를 더 부가하여, 터널의 진행방향을 조정하는 단계를 더 부가할 수 있다. 방향구조체(30)는 선단구조체(10)의 전방에 위치하고, 그 구성은 방향구조체의 몸체(31)와, 일측은 방향구조체의 몸체(31)에 고정 장착되고, 타측은 선단구조체의 몸체(11)에 장착되는 다수의 유압잭(34)과, 전방에 설치되는 경사판(32)으로 구성된다. 경사판(32)은 토사가 유입되더라도 유압잭(34)에는 직접적인 영향을 주지 않도록 하기 위함이다. 방향구조체(30)를 움직이는 유압잭(34)의 일측 또는 타측은 좌우로 회전가능하도록 설치되어야 한다. 좌우로 소정각도 회전가능해야만 선단구조체의 진행방향을 조정할 수 있고, 그에 따라 형성되는 터널 단위체의 진행방향도 조정할 수 있게 된다.

위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서 상술된 실시예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시에는 본 발명의 범주 내에 포함된다고 할 것이다.

1 : 터널구조체
10 : 선단구조체 11 : 몸체
12 : 경사판 13 : 철판 관통홀
14 : 로울러 15 : 철판
16 : 유압잭 고정판 17 : 유압잭
18 : 압력판
20 : 터널단위체 21 : 터널외벽
22 : 반력빔 23 : 터널내벽
30 : 방향구조체 31 : 전방몸체
32 : 경사판 33 : 유압잭 고정판
34 : 유압잭 35 : 유압잭 고정판
100 : 추진유압잭 200 : 반력벽

Claims (5)

1. 터널을 감싸기 위해 철판으로 형성되는 터널 외벽(21)과, 상기 터널 외벽(21)의 내측에 터널 외벽(21)을 지지하기 위한 반력빔(23)과, 상기 터널 외벽(21)의 내측에 콘크리트로 형성되는 터널내벽(23)으로 구성되는 터널단위체(20)와, 상기 터널단위체(20)의 터널 외벽(21)의 외측에 형성되어 전방으로 압입되는 비개착식 터널굴착공법에 사용되는 선단구조체에 있어서,
   상기 선단구조체(10)는, 터널의 형상에 따라 형성되는 소정형상의 몸체(11); 상기 몸체(11)의 내부에 장착되어 상기 반력빔(23)에 의해 지지되는 다수의 유압잭(17); 상기 몸체(11)의 상부 내주면의 소정위치에 설치되는 한 쌍의 로울러(14); 및 상기 한 쌍의 로울러(14)에 장착되어 상기 유압잭(17)의 구동에 의해 몸체(11)가 전방으로 이동함에 따라 상기 몸체(11)의 내측 및 외측으로 회전하는 철판(15);으로 구성되고,
   상기 몸체(11)의 전방에 연결되어 터널의 방향을 조절하기 위한 방향구조체(30)가 포함되어,
   상기 선단구조체(10) 및 방향구조체(30)가 전방으로 압입됨에 따라 터널단위체(20)가 다수로 연결 형성되어 터널을 형성하는 것을 특징으로 하는 비개착식 터널굴착공법의 선단구조체.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 몸체(11)의 하부 내주면의 소정위치에 설치되는 한 쌍의 로울러(14)와, 상기 한 쌍의 로울러(14)에 장착되어 상기 몸체의 내측 및 외측으로 회전하는 철판(15)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비개착식 터널굴착공법의 선단구조체.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 방향구조체(30)는, 상기 선단구조체(10)의 몸체(11)와 같은 형상으로 형성되는 전방몸체(31)와, 상기 전방몸체(31)의 내측에 일측이 고정되고 타측은 상기 선단구조체의 몸체(11)에 고정되는 유압잭(34)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 비개착식 터널굴착공법의 선단구조체.

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