KR101303448B1 - 선도관 추진장치 및 이를 이용한 지하구조물의 비개착 관로 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선도관의 추진력을 감소시키고 관로 추진의 연장을 꾀할 수 있도록 한 선도관 추진장치 및 이를 이용한 지하구조물의 비개착 관로 시공방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 비개착 관로를 시공하기 위한 선도관 추진장치의 적절한 실시 형태는, 지하구조물을 비개착 공법으로 시공하기 위해 발진기지로부터 선도관을 추진시킨 후 후속관을 가압시키기 위한 장치에 있어서, 상기 발진기지의 반력벽에 지지되어 후속관을 가압시키는 후속관 가압잭과; 상기 선도관의 바로 후미에 위치되는 후속관의 선단부 내면에 정착되어 선도관의 추진 방향을 안내하는 슬리브 관과; 상기 슬리브 관의 내면에 일정 간격마다 장착되어 있는 다수 개의 잭 고정용 브라켓과; 상기 잭 고정용 브라켓에 연결 고정되어 있는 선도관 가압잭과; 상기 선도관의 후단측 내면에 상기 선도관 가압잭의 가압력을 전달받기 위해 선도관 가압잭의 작동 방향에 대응되는 위치에 설치된 가압브라켓을 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

선도관 추진장치 및 이를 이용한 지하구조물의 비개착 관로 시공방법{Leading pipe propulsion device and non-open cut pipe installation method of underground structures using the same}

본 발명은 비개착 관로 시공에 사용되는 선도관 추진장치 및 이를 이용한 지하구조물의 비개착 관로 시공방법에 관한 것으로, 특히 선도관의 추진력을 감소시키고 관로 추진의 연장을 꾀할 수 있도록 한 선도관 추진장치 및 이를 이용한 지하구조물의 비개착 관로 시공방법에 관한 것이다.

지하구조물을 시공하기 위한 비개착공법 중의 하나인 TRCM(Tubular Roof Construction Method) 공법은 작업구에서 종,횡단 구배에 따라 선형을 조정할 수 있도록 선도관과 후속관 사이에 유압식 조정장치를 장착한 강관을 가압잭으로 압입한 후 강관 내부 굴착, 철근배근 및 콘크리트를 타설하여 상부슬래브를 완성시키고, 프리캐스트 및 서포트 잭을 이용하여 지중 수직벽을 설치한 후 터널 내부를 굴착하여 구조물의 터널을 축조하는 공법이다.

이 공법은 작업구 및 반력벽 설치, 갤러리관 추진 및 굴착, 슬래브관 추진 및 굴착, 거더굴착 및 거푸집설치, 상부 슬래브 콘크리트 타설, 벽체 설치 및 콘크리트 타설(벽체트렌치 굴착, 프리캐스트 패널 및 서포트 잭을 이용하여 토압지지, 벽체내 철근콘크리트 타설, 갤러리관 콘크리트 타설), 터널 굴착 및 구조물 설치의 순으로 시공된다.

이 공법은 토질변화에 대한 대처 능력이 우수하고, 강관을 본 구조물로 사용하므로 공사비가 저렴하고 공기 단축이 가능한 이점을 갖는다.

이같이 TRCM 공법에는 선도관의 추진을 위한 추진용 잭을 필요로 한다. 또한 추진용 잭을 지지하기 위해 발진 기지에는 반력벽이 설치된다. 추진용 잭은 후방에서 강관을 밀고 나아가야 하는 추진력을 발생시키기 위해 대용량의 것을 사용한다. 따라서 반력벽은 추진력에 저항할 수 있는 강도를 갖기 위해 증가된 두께를 갖는 큰 규모로서 설치된다.

따라서 종래 TRCM 공법에서는 후속관(강관)의 계속적인 연결 후 압입시 압입에 저항하는 저항력이 계속 커지므로 추진 연장의 어려움이 따르고 반력벽을 큰 규모로 제작해야 함으로 시공비가 증가되는 문제가 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 창안된 것으로, 선도관의 추진력을 감소시키고 관로 추진의 연장을 꾀할 수 있도록 한 선도관 추진장치 및 이를 이용한 지하구조물의 비개착 관로 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 비개착 관로를 시공하기 위한 선도관 추진장치의 적절한 실시 형태는,

지하구조물을 비개착 공법으로 시공하기 위해 발진기지로부터 선도관을 추진시킨 후 후속관을 가압시키기 위한 장치에 있어서,

상기 발진기지의 반력벽에 지지되어 후속관을 가압시키는 후속관 가압잭과;

상기 선도관의 바로 후미에 위치되는 후속관의 선단부 내면에 정착되어 선도관의 추진 방향을 안내하는 슬리브 관과;

상기 슬리브 관의 내면에 일정 간격마다 장착되어 있는 다수 개의 잭 고정용 브라켓과;

상기 잭 고정용 브라켓에 연결 고정되어 있는 선도관 가압잭과;

상기 선도관의 후단측 내면에 상기 선도관 가압잭의 가압력을 전달받기 위해 선도관 가압잭의 작동 방향에 대응되는 위치에 설치된 가압브라켓을 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 후속관에는 슬리브 관의 후퇴 이동을 억제하는 스톱퍼가 더 설치될 수 있다.

또한, 슬리브 관의 일정 부분은 선도관 가압잭의 신장 가압시 선도관의 추진 이동을 안내하기 위해 선도관의 후방부 내면에 삽입되어 있는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 선도관 추진장치를 이용한 비개착 관로 시공방법은,

(a) 지상에서 일정 깊이로 지하를 굴착하여 발진작업구를 형성한 후 반력벽과 강관 레일을 설치하는 단계;

(b) 반력벽에 후속관 가압잭을 설치시켜 놓는 단계;

(c) 후속관 가압잭을 신장시켜 선도관을 시공예정된 지하구조물의 길이 방향으로 압입시켜 놓는 단계;

(d) 후속관 가압잭과 선도관의 사이에 제1후속관을 배치하되, 제1후속관의 전단부 내면에 다수개의 선도관 가압잭의 일단을 고정시켜 놓고 그의 타단을 선도관(10)에 연결시켜 놓는 단계와;

(e) 다수개의 선도관 가압잭을 동시 또는 선택적으로 작동시켜 후속관에서 일정 거리 떨어진만큼 선도관을 가압 전진시키는 단계와;

(f) 후속관 가압잭을 작동시켜 선도관의 후미에 이격되어 있는 제1후속관을 선도관(10)에 밀착시키는 단계와;

(g) 선도관(10)이 도달기지에 도달될 때까지 (e),(f)단계를 반복함과 동시에 중간에 후속관 가압잭과 제1후속관의 사이에 추가적으로 제2후속관을 위치시켜서 시공되는 것을 특징으로 한다.

또한, 선도관에는 선도관 가압잭의 가압력을 전달받는 가압브라켓이 설치되어 시공이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 선도관 가압잭은 선도관의 전단부 내면에 고정 설치된 슬리브 관에 지지되어 시공이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 선도관에는 슬리브 관의 후방 이동을 억제하는 스톱퍼가 구비되어 시공이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 선도관 가압잭은 슬리브 관의 내면에 일정 간격마다 장착되어 있는 다수 개의 잭 고정용 브라켓에 피봇 연결되어 시공이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선도관 추진장치 및 이를 이용한 지하구조물의 비개착 관로 시공방법에 의하면, 먼저 선도관을 추진시키고 이후에 후속관을 압입하는 방식이므로 선도관의 추진력을 감소시킬 수 있고, 선도관에 의해 형성된 토공을 따라 후속관의 관입이 이루어지므로 후속관의 압입 저항력이 적어져 관로의 추진을 더 연장할 수 있다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 선도관 추진장치를 이용한 관로 시공 상태도.
도 2a는 도 1에서 선도관 추진전의 요부확대도.
도 2b는 도 1에서 선도관 추진후의 요부확대도.
도 3은 도 2a의 A-A선에서 본 측단면도.
도 4는 본 발명에 적용되는 선도관 가압잭의 설치상태도.
도 5는 본 발명에 따른 선도관 추진장치를 이용한 관로 시공의 공정흐름도.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명에 따른 선도관 추진장치는 도 1과 같이 강관을 이용하여 지하구조물(예로 터널)을 시공할 시 후속관(12)에서 선도관(10)을 추진시켜 선도관을 추진시키는데 필요한 추진력을 감소시킬 수 있다. 여기서 선도관(10)은 그의 선단에 커팅헤드를 갖는 것으로 이 분야에서 주지의 기술이므로 상세한 구조는 생략한다.

도 1에서와 같이 본 발명의 선도관 추진장치는 발진작업구(2)의 반력벽(3)에 지지되어 후속관(12)을 가압시키는 후속관 가압잭(5)이 설치된다.

선도관(10)의 바로 후미에 위치되는 후속관(12)의 선단부 내면에는 도 2a 내지 도 4와 같이 슬리브 관(100)이 설치된다. 따라서 슬리브 관(100)의 외경은 후속관(12)의 내경과 같거나 작게 구성된다.

이때 슬리브 관(100)은 그의 일정 부분이 후술할 선도관 가압잭(120)의 신장 가압시 선도관(10)의 추진 이동을 안내하기 위해 선도관(10)의 후방부 내면에 삽입될 수 있는 여유길이를 갖는다.

슬리브 관(100)의 내면에는 일정 간격마다 다수 개의 잭 고정용 브라켓(110)이 고정 설치되어 있다. 잭 고정용 브라켓(110)은 용접 또는 체결볼트를 통하여 고정될 수 있다. 잭 고정용 브라켓(110)은 후술할 선도관 가압잭(120)의 가압 작동시 변형 및 파괴가 일어나지 않도록 충분한 구조적 강도를 갖는다. 잭 고정용 브라켓(110)은 도 4에 예시된 형상에 한정되지 않는다.

다수개의 잭 고정용 브라켓(110)에는 각기 일대일 대응되는 선도관 가압잭(120)이 연결 고정되어 있다. 선도관 가압잭(120)은 유압으로 작동되는 것으로 본 발명에서 선도관(10)의 진행 방향을 조절할 수 있도록 4개 이상 설치됨이 바람직하다. 이때 선도관 가압잭(120)들의 총용량의 합은 선도관(10)을 추진시키기에 충분한 힘을 발휘할 수 있도록 약간의 여유를 더 두어 고려한다.

선도관(10)의 후단측 내면에는 선도관 가압잭(120)의 가압력을 전달받기 위해 선도관 가압잭(120)의 작동 방향에 대응되어 가압브라켓(130)이 고정 설치되어 있다. 따라서 선도관 가압잭(120)과 가압브라켓(130)은 일직선상에 위치된다. 가압브라켓(130)은 용접 또는 볼트에 의해 선도관(10)에 고정될 수 있다. 가압브라켓(130)은 선도관 가압잭(120)의 가압력이 발휘될 때 변형 및 파괴가 일어나지 않도록 충분한 구조적 강도를 갖는다. 가압브라켓(130)은 예시된 구조에 한정되는 것은 아니다.

이때 선도관 가압잭(120)의 작동단은 가압브라켓(130)에 피봇핀(132)으로 연결됨이 바람직하다. 따라서 선도관 가압잭(120)들을 선택적으로 작동시켜 선도관(10)의 추진 방향을 상하 좌우로 조정할 수 있다.

한편, 후속관(12)에는 슬리브 관(100)의 후퇴 이동을 억제하는 스톱퍼(13)가 더 설치될 수 있다. 스톱퍼(13)는 후속관(12)에 용접으로 고정되어 있다. 스톱퍼(13)는 후속관(12)의 둘레를 따라 일정 간격마다 블럭 단위로 설치되거나 링 형태로 설치될 수 있다. 본 실시 예에서 스톱퍼(13)는 사각단면으로 구성하였으나 이러한 구조에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 이같이 스톱퍼(13)를 설치하게 되면 슬리브 관(100)의 고정력을 작게 할 수 있는 장점을 갖게 되고, 선도관 가압잭(120)의 가압 작동시 슬리브 관(100)의 반력 지지를 크게 할 수 있다.

이와 같이 구성된 선도관 추진장치를 이용하여 지하구조물을 제작하기 위한 비개착관로를 시공하는 방법에 대하여 도 5를 참께 참조하여 살펴본다.

먼저, 지상에서 일정 깊이로 지하를 굴착하여 발진작업구(2)를 형성한 후 반력벽(3)과 강관 지지 레일(4)을 설치한다(S10). 이때 굴착은 굴삭기 등의 굴착 장비가 이용될 수 있다. 이때 반력벽(3)이 안정된 자세로 세워져 있도록 지지시켜 놓는다.

다음, 반력벽(3)에 후속관 가압잭(5)을 지지시켜 놓고, 후속관 가압잭(5)을 유압 유닛(도시안됨)과 연결시켜 놓는다(S11).

그 다음, 후속관 가압잭(5)을 작동 신장시켜 선도관(10)을 시공예정된 지하구조물의 길이 방향으로 압입시켜 놓는다(S12).

그 다음, 후속관 가압잭(5)과 선도관(10)의 사이에 제1후속관(12)을 배치하고, 제1후속관(12)의 전단부 내면에 슬리브 관(100)을 설치하고 다수개의 선도관 가압잭(120)의 일단을 슬리브 관(100)에 고정시켜 놓고 그의 타단을 선도관(10)에 연결시켜 놓는다. 이때 선도관 가압잭(120)의 몸체는 도 2a와 같이 잭 고정용 브라켓(110)에 고정 시키고 작동단은 선도관(10)측 가압브라켓(130)에 피봇핀(132)으로 연결시켜 놓는다.

여기서 슬리브 관(100)과 선도관 가압잭(120)은 발진작업구(2)에 인입되기 전에 제1후속관(12)에 미리 설치되어 선도관(10)의 후미에 배치될 수 있다.

그 다음, 다수개의 선도관 가압잭(120)을 동시 또는 선택적으로 작동시켜 후속관(12)의 지지력으로 도 1의 (가)와 같이 선도관(10)을 가압 전진시킨다(S14). 따라서 선도관(10)은 제1후속관(12)의 선단에서 일정 거리만큼 전진 위치에 도달해 있게 된다. 이때 선도관(10)은 제1후속관(12)에 고정되어 있는 슬리브 관(100)에 지지되어 추진이 이루어지고, 선도관 가압잭(120)의 가압력은 가압브라켓(130)을 매개로 선도관(10)에 전달되어진다. 여기서 슬리브 관(100)은 스톱퍼(13)에 지지되어 있어 후방 이동이 억제된다.

그 다음, 후속관 가압잭(5)을 작동(S15)시켜 선도관(10)의 후미에 이격되어 있는 제1후속관(12)을 선도관(10)에 밀착시키는 작업을 한다. 이때 선도관 가압잭(120)은 무부하로 수축 동작된다.

이같이 선도관 가압잭(120)과 후속관 가압잭(5)을 동작시키는 잭킹 작업은 인입 간격 확인 단계(S16)에 의해 제1후속관(12)과 후속관 가압잭(5)의 사이에 제2후속관(12a)이 위치될 수 있는 빈 간격이 형성될까지 반복된다. 이때 제1후속관(12)은 선도관(10)이 추진되면서 만들어진 토공을 따라 진행되므로 쉽게 추진이 이루어진다.

따라서 제1후속관(12)과 후속관 가압잭(5)의 사이에 제2후속관(12a)이 위치될 수 있는 빈 간격이 형성되면 제2후속관(12a)이 제1후속관(12)과 후속관 가압잭(5)의 사이에 놓여진다(S18).

그 다음, 상기한 바와 같이 제2후속관(12a)과 후속관 가압잭(5)의 사이에 또 다른 후속관이 위치될 수 있는 빈 간격이 만들어질때까지 선도관 가압잭(120)과 후속관 가압잭(5)을 동작시키는 잭킹 작업이 반복(S15,S16)해서 이루어진다.

여기서 후속관이 추가 설치될때마다 후속관 내부의 토사를 제거하는 작업이 병행되고, 토사작업 후 후속관들은 접합면의 사이에서 용접이 이루어져 연결된다.

이같이 하여 제1후속관(12)이 도달기지에 이르렀는지 확인(S17) 되면 후속관의 압입 작업은 완료된다.

이와 같이 본 발명은 관로의 시작단에 위치하는 선도관(10)을 1차적으로 선도관 가압잭(120)을 통해 가압 이동시켜 토공을 형성한 후 후속관(12,12a)을 후속관 가압잭(5)을 통하여 2차적으로 압입시키는 방법을 사용하므로 후속관(12)의 압입 저항력이 작아진다. 따라서 후속관 가압잭(5)의 용량을 작게 할 수 있고, 후속관(12)의 추진력이 감소되어 반력벽(3)의 크기(두께와 면적)를 축소시킬 수 있다. 또한 시공될 관로의 추진 길이를 증대시킬 수 있는 이점을 갖게 된다.

또한 선도관 가압잭(120)의 선택적인 조작시 슬리브 관(100)에서 선도관(10)의 추진 방향이 전환되어 좌우 상하로 선형 조정을 겸할 수 있는 장점을 갖게 된다.

이와 같은 시공 방법을 통하여 최종적으로 지하의 루프 및 벽체 구조물을 시공할 수 있다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

3: 반력벽
5: 후속관 가압잭
10: 선도관
12,12a,12b: 후속관
13 스톱퍼
100: 슬리브 관
110: 잭 고정용 브라켓
120: 선도관 가압잭
130: 가압브라켓

Claims (8)

1. 지하구조물을 비개착 공법으로 시공하기 위한 상부슬래브를 구축하기 위해 발진기지로부터 선도관(10)을 추진시킨 후 후속관(12)을 가압시키기 위한 장치에 있어서,
   상기 발진기지의 반력벽(3)에 지지되어 후속관(12)을 가압시키는 후속관 가압잭(5)과;
   상기 선도관(10)의 바로 후미에 위치되는 후속관(12)의 선단부 내면에 정착되어 선도관(10)의 추진 방향을 안내하는 슬리브 관(100)과;
   상기 슬리브 관(100)의 내면에 일정 간격마다 장착되어 있는 다수 개의 잭 고정용 브라켓(110)과;
   상기 잭 고정용 브라켓(110)에 연결 고정되어 있는 선도관 가압잭(120)과;
   상기 선도관(10)의 후단측 내면에 상기 선도관 가압잭(120)의 가압력을 전달받기 위해 선도관 가압잭(120)의 작동 방향에 대응되는 위치에 설치된 가압브라켓(130);을 포함하며,
   상기 슬리브 관(100)의 일정 부분은 선도관 가압잭(120)의 신장 가압시 선도관(10)의 추진 이동을 안내하기 위해 선도관(10)의 후방부 내면에 삽입되고,
   상기 후속관(12)에는 슬리브 관(100)의 후퇴 이동을 억제하는 스톱퍼(13)가 설치된 것을 특징으로 하는 비개착 관로를 시공하기 위한 선도관 추진장치.
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4. (a) 지상에서 일정 깊이로 지하를 굴착하여 발진작업구(2)를 형성한 후 반력벽(3)과 강관 레일(4)을 설치하는 단계;
   (b) 반력벽(3)에 후속관 가압잭(5)을 설치시켜 놓는 단계;
   (c) 후속관 가압잭(5)을 신장시켜 선도관(10)을 시공예정된 지하구조물의 길이 방향으로 압입시켜 놓는 단계;
   (d) 후속관 가압잭(5)과 선도관(10)의 사이에 제1후속관(12)을 배치하되, 제1후속관(12)의 전단부 내면에 다수개의 선도관 가압잭(120)의 일단을 고정시켜 놓고 그의 타단을 선도관(10)에 연결시켜 놓는 단계와;
   (e) 다수개의 선도관 가압잭(120)을 동시 또는 선택적으로 작동시켜 후속관(12)에서 일정 거리 떨어진만큼 선도관(10)을 가압 전진시키는 단계와;
   (f) 후속관 가압잭(5)을 작동시켜 선도관(10)의 후미에 이격되어 있는 제1후속관(12)을 선도관(10)에 밀착시키는 단계와;
   (g) 선도관(10)이 도달기지에 도달될 때까지 (e),(f)단계를 반복함과 동시에 중간에 후속관 가압잭(5)과 제1후속관(12)의 사이에 추가적으로 제2후속관(12a)을 위치시켜서 시공되며,
   선도관(10)에는 선도관 가압잭(120)의 가압력을 전달받는 가압브라켓(130)이 설치되고, 선도관 가압잭(120)은 선도관(10)의 전단부 내면에 고정 설치된 슬리브 관(100)의 내면에 일정 간격마다 장착되어 있는 다수 개의 잭 고정용 브라켓(110)에 피봇 연결되며, 후속관(12)에는 슬리브 관(100)의 후방 이동을 억제하는 스톱퍼(13)가 구비되어 시공이 이루어지는 것을 특징으로 하는 선도관 추진장치를 이용한 비개착 관로 시공방법.
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