KR101335559B1 - 내측 분출형 지중 관추진용 선도관 - Google Patents

내측 분출형 지중 관추진용 선도관 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널, 지하도, 공동구 등의 지중구조물의 시공시 공사구간을 개착하지 않고, 지하에서 강제(鋼製) 추진관(10)을 압입, 추진함으로써 시공하는 관추진 공법의 선도관(先導管)(20)에 관한 것으로, 선도관(20)의 내부에 분출공을 형성하여 선도관(20)내 토사와 선도관(20) 내주면간 공간에 액상 충전재를 분출함으로써, 선도관(20) 및 추진관(10)의 추진저항은 최소화하면서도 선도관(20)내 토립자간 견고한 압축 결속상태를 유지할 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여, 관추진 공법에 의한 지중구조물의 시공시 추진관(10) 선단부의 붕괴를 효과적으로 방지할 수 있으며, 이로써 공사구간 상부 지반의 안정성 또한 확보할 수 있다.

Description

내측 분출형 지중 관추진용 선도관{INNER EJECTION TYPE HEAD PIPE FOR UNDERGROUND PROPULSION PIPE}
본 발명은 터널, 지하도, 공동구 등의 지중구조물의 시공시 공사구간을 개착하지 않고, 지하에서 강제(鋼製) 추진관(10)을 압입, 추진함으로써 시공하는 관추진 공법의 선도관(先導管)(20)에 관한 것으로, 선도관(20)의 내부에 분출공을 형성하여 선도관(20)내 토사와 선도관(20) 내주면간 공간에 액상 충전재를 분출함으로써, 선도관(20) 및 추진관(10)의 추진저항은 최소화하면서도 선도관(20)내 토립자간 견고한 압축 결속상태를 유지함으로써, 선도관(20) 전방측 지반의 급격한 붕괴를 억제한 것이다.
관추진 공법이란 도로터널, 지하도, 공동구(共同溝), 도수(導水)터널, 배수구 등 각종 지하구조물의 시공시, 도 1에서와 같이, 공사구간의 개착을 최소화하기 위하여 구조물 종단의 시점 또는 종점에 토류벽(土留壁)(71) 및 반력벽(反力壁)(72)이 설치된 발진기지를 구성하고 유압실린더 등의 추진장치(73)를 통하여 강제(鋼製) 관체인 추진관(10)을 압입, 추진하는 동시에 추진관(10) 전방측 지반의 토사를 굴착하는 공법을 말한다.
관추진 공법을 통하여 개착 없이도 신속한 지중구조물의 시공이 가능하게 되었으며, 특히 공사구간 상부에 구조물이 많은 도심지 공사나 하천 또는 제방 등의 하부를 통과하는 경우와 같이 개착이 불가능한 경우에도 효과적인 시공이 가능하게 되었다.
관추진 공법의 시공에 있어서, 굴착이 진행됨에 따라 추진관(10)을 발진기지에서 연속적으로 접합하여 압입하게 되며, 이들 추진관(10)의 선두에는 선단부가 예리하게 형성되고 외주면에 분사노즐(30)이 설치된 선도관(20)이 장착되어 굴착대상 지반에 압입되는 것이 일반적이다.
도 1의 타원내 확대부에서와 같이, 선도관(20)의 외주면에 다수 설치되는 분사노즐(30)은 선도관(20) 및 추진관(10)내에 배관된 압송관(31)을 통하여 발진기지에 구축된 압송장치(74)와 연결되며, 믹서 및 펌프 등으로 구성되는 압송장치(74)가 액상 충전재를 압송관(31)으로 압송함에 따라 액상 충전재가 노즐을 통하여 선도관(20) 주변 지반으로 분출된다.
노즐을 통하여 분출되는 액상 충전재로는 벤토나이트(bentonite) 현탁액 등이 적용되는데, 선도관(20) 주변으로 분출된 액상 충전재는 추진시 선도관(20) 및 추진관(10)의 외주면과 주변 지반간의 마찰력으로 인한 추진저항을 저감함과 동시에 굴착과정에서 발생되는 여굴 및 주변 지반의 교란으로 인한 지반 불안요인을 제거하게 된다.
즉, 유동성 벤토나이트(bentonite) 현탁액이 추진관(10)의 추진시 활재(滑材) 역할을 수행함과 동시에, 팽창성 벤토나이트가 여굴부 및 주변 지반의 토립자간 공극에 침투하면서 주변 지반의 안정성을 확보하는 것이다.
이러한 액상 충전재 분출식 지중 추진관(10) 관련 종래기술로는 특허 제912227호를 들 수 있다.
특허 제912227호를 비롯한 종래의 액상 충전재 분출식 지중 추진관(10)은 도 1의 타원내 확대부에서와 같이, 액상 충전재가 선도관(20) 또는 추진관(10)의 외측으로만 분사되는 방식으로서, 추진관(10) 외측 여굴부 충전 및 추진관(10)의 외주면 마찰로 인한 추진저항의 감소에 주안점을 둔 것이라 할 수 있다.
즉, 도 1의 타원내 확대부 및 도 2의 상단부 도면에서와 같이, 종래의 관추진 공법에서는 추진관(10)을 압입하여 추진함과 동시에, 선도관(20) 내부를 굴착하게 되는 바, 선도관(20) 또는 추진관(10)의 외주면과 주변 지반간 마찰력을 액상 충전재를 통하여 저감함으로써 추진저항을 극복할 수 있는 것이다.
그러나, 이러한 종래의 관추진 공법에서는 도 2의 상단부 도면에서와 같이, 선도관(20)내 토사를 충분히 제거하여야 선도관(20) 내주면과 굴착 대상 지반간 마찰력을 제거할 수 있으므로, 동 도면에 도시된 바와 같이, 굴착면이 선도관(20)의 선단부에 최대한 근접하도록 작업할 수 밖에 없으며, 이는 도 2의 중간부 도면에서와 같이, 선도관(20) 전방측 지반의 급격한 붕괴를 유발할 수 있다.
특히, 공사구간 중 주변에 비하여 토질의 점착력이 낮거나 함수비가 높은 구간에 선도관(20)이 도달할 경우 선도관(20)의 개방된 선단부를 통하여 토사가 급격히 유입되는 붕괴사고가 발생될 위험이 크다.
이러한 붕괴사고는 작업자의 안전 측면에서 뿐 아니라, 추진관(10) 선단부가 붕괴됨에 따라 상부 지반 또한 함몰될 수 있으므로, 상부 구조물의 안전에도 심각한 문제를 야기할 수 있으며, 특히 관추진 공법이 인구가 밀집된 도심지에서 빈번하게 진행됨을 고려할 때 대규모 인명피해를 유발할 수 있어, 이에 대한 대책이 절실한 실정이다.
이에, 도 2의 하단부 도면에서와 같이, 굴착면을 선도관(20)의 선단부에 근접하여 형성하지 않고 최대한 후퇴하여 형성함으로써 선도관(20)내 압입된 지반이 일종의 지지벽체 역할을 수행하도록 하는 방식을 고려할 수 있으나, 이 경우 선도관(20)내 압입된 지반과 선도관(20) 내주면간의 마찰력으로 인하여 과도한 추진저항이 발생되고, 그에 따라 고출력의 추진장치(73)가 소요될 뿐 아니라 추진관(10)의 소요 단면이 확대되는 등 시공성이 심각하게 저하되는 문제점이 야기된다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 관추진 공법의 선두 추진관(10)에 결합되는 선도관(先導管)(20)에 있어서, 선도관(20)의 내주면에는 다수의 내측분출공(24)이 형성되고, 선도관(20) 내부에는 상기 내측분출공(24)과 선도관(20) 후단부를 연결하는 압송관(31)이 형성되어, 압송관(31)을 통하여 압송된 액상 충전재가 내측분출공(24)을 통하여 분출되어 선도관(20) 내부로 압입된 지반과 선도관(20) 내주면 사이에 충전됨을 특징으로 하는 내측 분출형 지중 관추진용 선도관이다.
또한, 상기 선도관(20)은 선단부에 굴착대상 지반에 압입되는 압입관(21)이 형성되고 후단부에는 추진관(10)이 결합 연결되는 연결관(25)이 형성되며, 압입관(21)과 연결관(25) 사이에는 내부에 공동(空洞)이 형성된 중공링(22)이 접합되고, 중공링(22)의 내주면 및 연결관(25)측 면에는 각각 다수의 내측분출공(24) 및 외측분출공(23)이 천공되며, 연결관(25) 내부에는 상기 중공링(22)내 공동과 연결관(25) 후단부를 연결하는 압송관(31)이 형성되고, 연결관(25)의 중공링(22)측 단부에는 외경이 확대된 확경부(26)가 형성되며 중공링(22)의 외측분출공(23) 천공지점에 접하는 확경부(26)에는 분출홈(27)이 형성되어, 압송관(31)을 통하여 압송된 액상 충전재가 내측분출공(24)을 통하여 분출되어 선도관(20) 내부로 압입된 지반과 선도관(20) 내주면 사이에 충전됨과 동시에, 외측분출공(23) 및 분출홈(27)을 통하여 분출되어 선도관(20) 주변 지반과 선도관(20) 외주면 사이에 충전됨을 특징으로 하는 내측 분출형 지중 관추진용 선도관이다.
본 발명을 통하여, 관추진 공법에 의한 지중구조물의 시공시 추진관(10) 선단부의 붕괴를 효과적으로 방지할 수 있으며, 이로써 공사구간 상부 지반의 안정성 또한 확보할 수 있다.
또한, 추진관(10)의 추진저항을 최소화함으로써, 시공성을 확보하고, 추진장치(73)를 비롯한 발진기지의 설비 규모를 감축함은 물론 공기를 단축하고 공사비를 절감하는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 관추진 공법 시공방식 설명도
도 2는 종래기술에 의한 관추진 공법에 있어서의 붕괴 사고 상황 설명도
도 3은 본 발명의 부분절단 사시도
도 4는 본 발명의 사용상태 대표단면도
도 5는 중공링이 적용된 본 발명의 일 실시예 사시도
도 6은 도 5 실시예의 부분절단 사시도
도 7은 도 5 실시예의 사용상태 대표단면도
본 발명의 상세한 구성을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 3은 본 발명의 기본적인 구조를 도시한 부분절단 사시도이며, 동 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 관추진 공법의 선두 추진관(10)에 결합되는 선도관(先導管)(20)으로서, 선도관(20)의 내주면에는 다수의 내측분출공(24)이 형성되고, 선도관(20) 내부에는 상기 내측분출공(24)과 선도관(20) 후단부를 연결하는 압송관(31)이 형성된 구조를 가진다.
즉, 활재 및 팽창재 역할을 수행하는 액상 충전재가 선도관(20) 또는 추진관(10)의 외측으로만 분출되는 종래 관추진 공법을 탈피하여, 도 4에서와 같이, 선도관(20) 내부에 형성된 압송관(31) 및 내측분출공(24)을 통하여, 액상 충전재를 선도관(20) 내측으로 분출함으로써, 굴착 대상 지반이 선도관(20) 내부로 충분히 압입된 상태에서도 추진관(10)의 추진저항을 효과적으로 극복할 수 있도록 한 것이다.
도 4에서와 같이, 굴착면을 선도관(20)의 선단부에 근접하여 형성하지 않고 최대한 후퇴하여 형성함으로써 선도관(20)내 압입된 지반이 일종의 지지벽체 역할을 수행할 수 있도록 하면서도, 선도관(20) 내주면과 압입된 지반 사이에 액상 충전재를 분출, 충전하여 선도관(20) 내주면과 선도관(20)내 압입된 지반간 마찰력을 최소화함과 동시에, 선도관(20)내 압입된 지반을 압축하여 일층 견고한 지지체를 구축함으로써 시공성과 구조적 안정성을 일거에 확보한 것이다.
한편, 전술한 바와 같이 액상 충전재를 내측으로 분출하는 본 발명은 압송관(31)을 공유하는 외측 분출 수단을 겸비한 형태로도 변형이 가능하며, 그 구체적인 실시예가 도 5 내지 도 7에 도시되어 있다.
액상 충전재를 선도관(20) 내, 외측으로 동시 분사하는 본 발명의 실시예에 있어서, 선도관(20)은 도 5에서와 같이, 압입관(21), 중공링(22) 및 연결관(25)이 접합되어 구성되고, 여기서 중공링(22)은 내부에 공동(空洞)이 형성된 환상체(環狀體)로서, 내주면 및 후방측 면에 각각 내측분출공(24) 및 외측분출공(23)이 천공되며, 연결관(25) 내부에 형성된 압송관(31)과 중공링(22) 내부가 연통되어 압송된 액상 충전재가 중공링(22) 내부로 유입된 후 상기 내측분출공(24) 및 외측분출공(23)을 통하여 분출된다.
즉, 도 6에서와 같이, 선도관(20)의 선단부에 굴착대상 지반에 압입되는 압입관(21)이 형성되고 후단부에는 추진관(10)이 결합 연결되는 연결관(25)이 형성되며, 압입관(21)과 연결관(25) 사이에는 내부에 공동(空洞)이 형성된 중공링(22)이 접합되는 구조를 가지고, 중공링(22)의 내주면 및 연결관(25)측 면에는 각각 다수의 내측분출공(24) 및 외측분출공(23)이 천공되며, 연결관(25) 내부에는 상기 중공링(22)내 공동과 연결관(25) 후단부를 연결하는 압송관(31)이 형성되어, 도 7에서와 같이, 압송된 액상 충전재가 선도관(20) 내측 및 외측으로 동시에 분출되는 것이다.
또한, 연결관(25)의 전방측 즉, 중공링(22)측 단부에는 외경이 확대된 확경부(26)가 형성되고, 연결관(25)의 후방측에는 외경이 추진관(10)의 내경과 일치하는 결합부(28)가 형성되어 결합부(28)가 추진관(10)에 결합되는 방식으로 추진관(10)과 선도관(20)이 연결되며, 추진관(10)의 선단이 연결관(25)의 확경부(26) 후단에 밀착됨으로써, 발진기지내 추진장치(73)의 추진력이 선도관(20)에 효과적으로 전달될 수 있다.
도 6의 타원내 확대부 및 도 7에서와 같이, 중공링(22)의 외측분출공(23) 천공지점에 접하는 연결관(25)의 확경부(26)에는 분출홈(27)이 절개 형성되어 외측분출공(23)을 통하여 분출된 액상 충전재가 분출홈(27)을 경유하여 후방측으로 신속하게 확산될 수 있다.
즉, 도 7에서와 같이, 선도관(20) 배후에 결속되는 추진관(10)에 비하여 확대된 외경을 가지는 압입관(21) 및 연결관(25)의 확경부(26)로 인하여 주변 지반의 충분한 굴착이 이루어짐과 동시에 확경부(26)에 절개된 분출홈(27)을 통하여 액상 충전재가 신속하게 확산될 수 있는 공간이 형성되는 것이다.
이렇듯, 내측분출공(24) 및 외측분출공(23)이 형성된 중공링(22)을 통하여 액상 충전재를 선도관(20) 내, 외측으로 동시에 분사할 수 있으며, 압송관(31)을 통하여 압송된 액상 충전재가 일단 중공링(22) 내부 공동에 충만된 후 내측분출공(24)을 통하여 분출되어 선도관(20) 내부로 압입된 지반과 선도관(20) 내주면 사이에 충전됨과 동시에, 외측분출공(23) 및 분출홈(27)을 통하여 분출되어 선도관(20) 주변 지반과 선도관(20) 외주면 사이에 충전되어, 선도관(20) 내주면 및 외주면의 마찰을 저감하게 된다.
따라서 도 7에서와 같이, 선도관(20) 내주면과 선도관(20)내 압입된 지반간 마찰력을 최소화하고 선도관(20)내 압입된 지반을 압축하여 견고한 지지체를 구축함과 동시에, 선도관(20) 외주면과 주변 지반간 마찰력 또한 저감하여, 관추진 공법의 수행시 추진저항은 최소화하면서도 굴착면의 붕괴를 효과적으로 억제할 수 있다.
10 : 추진관
20 : 선도관
21 : 압입관
22 : 중공링
23 : 외측분출공
24 : 내측분출공
25 : 연결관
26 : 확경부
27 : 분출홈
28 : 결합부
30 : 분사노즐
31 : 압송관
71 : 토류벽
72 : 반력벽
73 : 추진장치
74 : 압송장치

Claims (2)

  1. 관추진 공법의 선두 추진관(10)에 결합되는 선도관(先導管)(20)에 있어서,
    선도관(20)의 내주면에는 다수의 내측분출공(24)이 형성되고;
    선도관(20) 내부에는 상기 내측분출공(24)과 선도관(20) 후단부를 연결하는 압송관(31)이 형성되어, 압송관(31)을 통하여 압송된 액상 충전재가 내측분출공(24)을 통하여 분출되어 선도관(20) 내부로 압입된 지반과 선도관(20) 내주면 사이에 충전됨을 특징으로 하는 내측 분출형 지중 관추진용 선도관.
  2. 청구항 1에 있어서, 선도관(20)은 선단부에 굴착대상 지반에 압입되는 압입관(21)이 형성되고 후단부에는 추진관(10)이 결합 연결되는 연결관(25)이 형성되며, 압입관(21)과 연결관(25) 사이에는 내부에 공동(空洞)이 형성된 중공링(22)이 접합되고;
    중공링(22)의 내주면 및 연결관(25)측 면에는 각각 다수의 내측분출공(24) 및 외측분출공(23)이 천공되며;
    연결관(25) 내부에는 상기 중공링(22)내 공동과 연결관(25) 후단부를 연결하는 압송관(31)이 형성되고;
    연결관(25)의 중공링(22)측 단부에는 외경이 확대된 확경부(26)가 형성되며 중공링(22)의 외측분출공(23) 천공지점에 접하는 확경부(26)에는 분출홈(27)이 형성되어, 압송관(31)을 통하여 압송된 액상 충전재가 내측분출공(24)을 통하여 분출되어 선도관(20) 내부로 압입된 지반과 선도관(20) 내주면 사이에 충전됨과 동시에, 외측분출공(23) 및 분출홈(27)을 통하여 분출되어 선도관(20) 주변 지반과 선도관(20) 외주면 사이에 충전됨을 특징으로 하는 내측 분출형 지중 관추진용 선도관.
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