KR101437439B1 - 터널 굴착 장치 - Google Patents

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KR101437439B1 KR1020130018763A KR20130018763A KR101437439B1 KR 101437439 B1 KR101437439 B1 KR 101437439B1 KR 1020130018763 A KR1020130018763 A KR 1020130018763A KR 20130018763 A KR20130018763 A KR 20130018763A KR 101437439 B1 KR101437439 B1 KR 101437439B1
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Abstract

본 발명은 터널의 내측면에 압착되면서 지지력을 주는 지압벽(40)에 의존되는 외부 추진잭(50)에 의해 TBM(10)이 추진되면서 굴진되도록 함으로써 TBM(10)과 지압벽(40) 사이의 거리만큼 외부 추진잭(50)이 위치될 수 있게 되어 선행기술문헌 1에 비해 굴진 거리[TBM(10) 헤드(12)의 1 STROKE 당 약 1.5∼2.7m]를 더 멀리하여 굴진 속도를 훨씬 더 빠르게 할 수 있고, 이에 따라 공사기간의 단축을 기할 수 있는 터널 굴착 장치에 관한 것이다.

Description

터널 굴착 장치{APPARATUS FOR BORING TUNNEL}
본 발명은 터널 굴착 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굴진 속도를 더 빠르게 할 수 있음과 동시에 공사기간의 단축을 기할 수 있는 터널 굴착 장치에 관한 것이다.
일반적으로 터널 굴착은 도수로[농업용수의 취수(取水)시설에서 물을 끌어오기 위해 설치하는 수로]나 도로 또는 철로 등을 개설함에 있어서 각 구간의 땅속을 굴착하여 터널링을 하는 것을 말한다.
도 1은 종래의 제 1 기술에 따른 터널 굴착 방법을 나타내는 공정도이다.
종래의 제 1 기술에 따른 터널 굴착 방법은 도 1에 도시된 바와 같이 땅속을 초기 굴진하여 터널을 예비로 구축하고(S11), 후방벽에 추진잭(J)을 설치한 후 이 추진잭(J)의 전방으로 제1추진관(C1), 제2추진관(C2), …, 제N추진관(Cn)을 굴진 길이만큼 전체적으로 밀어내면서 굴진머신(G)으로 하여금 땅속을 굴진할 수 있도록 하는 방법(S12)이 동원되고 있다.
그런데, 종래의 제 1 기술에 따른 터널 굴착 방법은 굴진머신(G)이 제1추진관(C1) 내지 제N추진관(Cn) 전체를 통해 후방벽에 설치된 추진잭(J)의 추진력을 전달받아 굴진할 수 있도록 설계되어, 초기 땅속의 굴진은 무리가 없으나 굴진의 길이가 길면 길수록 추진잭(J)이 제1추진관(C1) 내지 제N추진관(Cn) 모두를 추진할 수 있어야만 하여 설비비용이 지나치게 많이 요구될 뿐만 아니라 충분한 길이의 굴진을 할 수 없는 한계를 안고 있다.
도 2는 종래의 제 2 기술에 따른 터널 굴착 방법을 나타내는 공정도이다.
종래의 제 2 기술에 따른 터널 굴착 방법은 도 2에 도시된 바와 같이 땅속을 초기 굴진하여 터널을 예비로 구축하고(S21), 후방벽에 제1세그먼트(S1)를 위치시킨 후 굴진 길이만큼 제2세그먼트(S2), 제3세그먼트(S3), …, 제N세그먼트(Sn)를 설치함과 동시에 TBM(T)으로 하여금 제1세그먼트(S1)에서부터 제N세그먼트(Sn)에 지지되면서 땅속을 굴진할 수 있도록 하는 방법(S22)이 동원되고 있다.
그런데, 종래의 제 2 기술에 따른 터널 굴착 방법은 TBM(T)의 굴진시 후방벽에 제1세그먼트(S1)에서부터 제N세그먼트(Sn)까지 차례로 설치하면서 전진할 수 있도록 설계되어 굴진 길이만큼의 제N세그먼트(Sn)가 필요로 하여 설비비용의 과다와 더불어 굴진 속 역시 현저히 떨어지는 한계를 안고 있다.
선행기술문헌 1(10-2000-0042833; 3차원적 다단계 터널 굴착 방법 및 장치) 도 3a는 선행기술문헌 1에 따른 터널 굴착 장치의 전체 구성을 나타낸 개략도이다. 선행기술문헌 1에 따른 터널 굴착 장치는 도 3a에 도시된 바와 같이 전진 이동하면서 파일롯 터널(1)의 굴진 작업을 수행하는 TBM 본체(100), TBM 후속트레일러(101) 및 TBM 후속설비(102)로 이루어진다. 이때, 미 설명부호 400은 버럭이송장치이며, 도면 부호 500은 버럭이송수단이다. 도 3b는 선행기술문헌 1에 따른 터널 굴착 장치의 헤드를 나타내는 정면도이고, 도 3c는 선행기술문헌 1에 따른 터널 굴착 장치의 외측 켈리를 나타내는 사용상태도이다. 선행기술문헌 1에 따른 TBM 본체(100)는 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이 고속으로 회전하여 암석을 분쇄하기 위한 다수의 커터(112)와, 커터(112)에 의해 발생된 버럭(muck)을 후방으로 배출시키기 위한 다수의 버켓(bucket; 114)이 구비되어 헤드재킷(116)으로 둘러싸인 헤드(110)와, 헤드(110)의 후방에 장착되며 헤드(110)를 전진시키기 위한 유압실린더(122)와, 헤드(110)에 회전력을 제공하는 구동유닛(124)이 구비된 내측 켈리(inner kelly; 120)와, 내측 켈리(120)의 외주부에 장착되며 파일롯 터널(1)의 벽면을 향해 설치된 다수의 고정패드(132)와, 고정패드(132)를 파일롯 터널(1)의 방사방향으로 이동시키기 위한 다수의 패드 실린더(134)와, 파일롯 터널(1)의 굴진 작업시 헤드(110)를 지지하는 외측 켈리(outer kelly; 130)와, 헤드의 버켓(114)에 담겨진 버럭을 TBM 본체(100)에서 후속 트레일러(101) 후방측으로 반송하기 위한 벨트 컨베이어(141) 및 보조 컨베이어(142)를 구비한 구조로 이루어진다. 도 3d는 도 3a의 A-A'선을 따라 나타낸 단면도이다. TBM 후속 트레일러(101)의 플랫포옴 위치(103)에 장착된 점보드릴(200)은 도 3d에 도시된 바와 같이 발파공 및 락볼트공의 천공작업을 수행하는 드릴(210)과, 드릴(210)을 구동시키기 위한 드리프터(drifter; 220)와, 드리프터(220)를 길이방향으로 전후 이송시키기 위한 피드실린더(230)를 구비한다. 피드실린더(230)는 터널 굴착 단면의 원하는 천공길이 만큼 드릴의 이송길이를 제어하도록 외부 제어부의 제어신호에 의해 구동되도록 설계된다. 그런데, 선행기술문헌 1에 따른 터널 굴착 장치는 TBM 본체(100) 속에 구비된 패드 실린더(134)에 의해 파일롯 터널(1)에 압착되는 고정패드(132)에 지지되면서 헤드(110)가 굴진할 수 있도록 설계되어 도 3a에 도시된 바와 같이 헤드(110)의 굴진 간격이 헤드(110)와 고정패드(132) 사이의 근접한 거리[TBM 헤드의 1 STROKE 당 약 1.2m]만큼 제한되어 굴진 속도가 현저히 떨어지는 한계를 안고 있다. 그리고, 선행기술문헌 1에 따른 터널 굴착 장치는 TBM 본체(100)가 오픈되어 파일롯 터널(1)로부터 낙하되는 버럭이나 토사 등으로 인하여 장비에 손상이 가거나 작업자에게 위험을 줄 수 있는 문제점을 안고 있다. 선행기술문헌 2(10-2010-0079441; 강화 플라스틱 세그먼트 라이닝 공법을 이용한 관로 및 콘크리트 구조물의 보수 보강 공법) 도 4a는 선행기술문헌 2에 따라 보수 보강된 지하 관로를 개략적으로 보여주는 구조도이고, 도 4b는 선행기술문헌 2에 따라 제조된 호형 또는 비호형(준 구형) 강화 플라스틱 세그먼트를 나타내는 구조도이다. 선행기술문헌 2는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 상수관로, 하수관로, 수로, 가스관로, 통신관로, 전력관로 및 수직구 등의 터널과 같은 관로 구조물 및 지상 구조물을 시공할 때 사용되는 세그먼트(20)를 공지하고 있다.
본 발명의 목적은 지압벽에 의존되는 외부 추진잭에 의해 TBM이 추진되면서 굴진되도록 하여 굴진 속도를 훨씬 더 빠르게 할 수 있음과 동시에 공사기간의 단축을 기할 수 있는 터널 굴착 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 지압 스킨플레이트에 의해 서포터를 비롯한 지압잭이 내장될 수 있도록 지압벽을 완성하여 버럭이나 암석으로부터 철저하게 보호받을 수 있는 터널 굴착 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 지지체에 외부 추진잭이 조립되어 일측지압판 및 타측지압판이 확장될 경우 보다 강력한 지지력으로 외부 추진잭을 추진시킬 수 있도록 할 수 있는 터널 굴착 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 일측지압판 또는 타측지압판이 확장될 때 터널의 연약지반으로 인하여 지지력이 저하될 경우를 대비하여 그라우팅 홀을 통해 그라우팅재를 충진할 수 있는 터널 굴착 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 목적은 TBM, 외부 추진잭, 컨트롤박스 나아가 지압벽까지 각각의 TBM 스킨플레이트, 추진 스킨플레이트, 컨트롤 스킨플레이트 및 지압 스킨플레이트로 쉴드될 수 있도록 함으로써 더욱 안전하게 땅속을 굴착할 수 있는 터널 굴착 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
땅속을 굴진하여 터널을 구축하면서 버럭을 퍼내는 TBM과, 상기 TBM의 굴진에 의해 얻어진 버럭을 후방으로 실어내는 컨베이어를 포함하는 터널 굴착 장치에 있어서,
상기 TBM의 굴진으로 만들어진 터널의 내측면에 압착되면서 지지력을 주는 지압벽과,
상기 TBM 및 지압벽 사이에 위치되며 상기 지압벽에 지지되어 반발되면서 상기 TBM의 굴진방향으로 추진력을 주는 외부 추진잭과,
상기 지압벽의 후방에 위치되어 상기 TBM의 굴진 동작, 상기 외부 추진잭의 추진 동작 및 상기 지압벽의 지압 동작을 각각 제어하는 컨트롤박스를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터널 굴착 방법은,
땅속을 초기 굴진하여 터널을 예비로 구축하는 스텝과,
상기 터널 속에 TBM, 컨베이어, 외부 추진잭, 지압벽, 컨트롤박스 및 화차를 세팅시키는 스텝과,
상기 터널의 내측면을 지압벽으로 압착시킨 상태에서 상기 외부 추진잭을 추진시켜 상기 컨트롤박스의 제어에 의해 상기 TBM으로 하여금 굴진되도록 하다가 상기 TBM의 굴진을 멈춘 후 상기 터널의 내측면으로부터 상기 지압벽의 압착을 해제한 상태에서 상기 외부 추진잭을 끌어당겨 상기 지압벽 및 컨트롤박스를 견인하는 동작을 반복하여 터널을 구축하는 스텝과,
상기 터널의 구축으로 발생된 버럭을 상기 컨베이어를 통해 후방으로 실어 나르는 스텝과,
상기 컨베이어를 통해 후방으로 실어낸 버럭을 화차로 배출시키는 스텝을 포함하는 것을 그 기술적 방법상의 기본 특징으로 한다.
본 발명은 터널의 내측면에 압착되면서 지지력을 주는 지압벽에 의존되는 외부 추진잭에 의해 TBM이 추진되면서 굴진되도록 함으로써 TBM과 지압벽 사이의 거리만큼 외부 추진잭이 위치될 수 있게 되어 굴진 거리[TBM 헤드의 1 STROKE 당 약 1.5∼2.7m]를 더 멀리하여 굴진 속도를 훨씬 더 빠르게 할 수 있고, 이에 따라 공사기간의 단축을 기할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 TBM의 굴진 도중 연약지반이 나타날 경우 일렉터를 통해 세그먼트를 가설토록 하여 보다 안전한 터널링 작업을 가능케 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 지압 스킨플레이트에 의해 서포터를 비롯한 지압잭이 내장될 수 있도록 지압벽을 완성하여 버럭이나 암석으로부터 철저하게 보호받을 수 있고, 지지체에 외부 추진잭이 조립되어 일측지압판 및 타측지압판이 확장될 경우 보다 강력한 지지력으로 외부 추진잭을 추진시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 일측지압판 또는 타측지압판이 확장될 때 터널의 연약지반으로 인하여 지지력이 저하될 경우를 대비하여 그라우팅 홀을 통해 그라우팅재를 충진할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 TBM, 외부 추진잭, 컨트롤박스 나아가 지압벽까지 각각의 TBM 스킨플레이트, 추진 스킨플레이트, 컨트롤 스킨플레이트 및 지압 스킨플레이트로 쉴드될 수 있도록 함으로써 더욱 안전하게 땅속을 굴착할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 터널의 내측면을 지압벽으로 압착시킨 상태에서 외부 추진잭을 추진시켜 컨트롤박스의 제어에 의해 TBM으로 하여금 굴진되도록 하다가 TBM의 굴진을 멈춘 후 터널의 내측면으로부터 지압벽의 압착을 해제한 상태에서 외부 추진잭을 끌어당겨 지압벽 및 컨트롤박스를 견인하는 동작을 반복하여 터널을 구축토록 함으로써 굴진 속도를 상대적으로 더 빠르게 할 수 있고, 이에 따라 공사기간의 단축을 기할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 TBM의 굴진에 의해 뚫려진 터널의 내측면에 숏크리트를 타설하여 연약지반의 강화를 도모토록 할 수 있고, 나아가 숏크리트 속에 락 볼트를 설치하여 더욱 강화된 터널을 보장토록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 제 1 기술에 따른 터널 굴착 방법을 나타내는 공정도.
도 2는 종래의 제 2 기술에 따른 터널 굴착 방법을 나타내는 공정도.
도 3a는 선행기술문헌 1에 따른 터널 굴착 장치의 전체 구성을 나타낸 개략도.
도 3b는 선행기술문헌 1에 따른 터널 굴착 장치의 헤드를 나타낸 정면도.
도 3c는 선행기술문헌 1에 따른 터널 굴착 장치의 외측 켈리를 나타낸 사용상태도.
도 3d는 도 1a의 A-A'선을 따라 나타낸 단면도.
도 4a는 선행기술문헌 2에 따라 보수 보강된 지하 관로를 개략적으로 보여주는 구조도.
도 4b는 선행기술문헌 2에 따라 제조된 호형 또는 비호형(준 구형) 강화 플라스틱 세그먼트를 나타내는 구조도.
도 5는 본 발명에 따른 터널 굴착 장치를 나타내는 전체 구성도.
도 6은 본 발명에 따른 터널 굴착 장치에 적용된 TBM의 헤드를 나타내는 정면도.
도 7a는 도 5의 A-A선 단면도.
도 7b는 도 5의 B-B선 단면도.
도 7c는 도 5의 C-C선 단면도.
도 7d는 도 5의 D-D선 단면도.
도 7e는 도 5의 E-E선 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 터널 굴착 장치에 적용된 세그먼트를 설명하기 위하여 특허출원 제2010-0124356호를 인용 참조한 조립 상태도.
도 9는 본 발명에 따른 터널 굴착 장치에 적용된 지압벽을 나타내는 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 터널 굴착 방법을 나타내는 흐름도.
도 11a는 본 발명에 따른 터널 굴착 방법 중 땅속을 초기 굴진하여 터널을 예비로 구축한 모습을 나타내는 구조도.
도 11b는 본 발명에 따른 터널 굴착 방법 중 TBM, 컨베이어, 외부 추진잭, 지압벽, 컨트롤박스, 일렉터 및 화차를 세팅시키는 모습을 나타내는 구조도.
도 11c는 본 발명에 따른 터널 굴착 방법 중 땅속의 굴착모습을 나타내는 구조도.
도 11d는 본 발명에 따른 터널 굴착 방법 중 땅속의 굴착 진행모습을 나타내는 구조도.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 터널 굴착 방법을 설명하기 위하여 TBM, 외부 추진잭 및 지압벽의 동작을 개략적으로 나타내는 공정도.
도 13a는 본 발명에 따른 터널 굴착 방법에 적용된 숏크리트 타설 모습을 나타내는 구조도.
도 13b는 본 발명에 따른 터널 굴착 방법에 적용된 락 볼트 설치 모습을 나타내는 구조도.
본 발명에 따른 터널 굴착 장치의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하기로 하며, 그 실시예로는 다수 개가 존재할 수 있으며, 이러한 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 더욱 잘 이해할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 터널 굴착 장치를 나타내는 전체 구성도이다.
본 발명에 따른 터널 굴착 장치는 도 5에 도시된 바와 같이 땅속을 굴진하여 터널을 구축하면서 버럭(muck)을 퍼내는 TBM(10)과, 이 TBM(10)의 굴진에 의해 얻어진 버럭을 후방으로 실어내는 컨베이어(30)를 기본적으로 포함한다.
도 6은 본 발명에 따른 터널 굴착 장치에 적용된 TBM(10)의 헤드(12)를 나타내는 정면도이다.
TBM(10)은 Tunnel Boring Machine으로 도수로나 도로 또는 철로 등을 개설함에 있어서 각 구간의 땅속을 굴착하여 터널링하는 기기를 말하고, 이러한 TBM(10)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 내부 추진잭(15)의 추진력을 받아 롤러 커터(Roller Cutter; 13)나 바이트 커터(Bite Cutter; 14)를 회전시키면서 굴진할 수 있도록 설계되어 있다.
도 7a는 도 5의 A-A선 단면도로서 내부 추진잭(15) 및 TBM 스킨플레이트(11)를 보여주고 있고, 도 7b는 도 5의 B-B선 단면도로서 외부 추진잭(50) 및 추진 스킨플레이트(51)를 보여주고 있고, 도 7c는 도 5의 C-C선 단면도로서 외부 추진잭(50)과 지압벽(40)의 결합된 모습 그리고 서포터(43), 지압잭(44) 및 지압 스킨플레이트(41)를 더불어 보여주고 있고, 도 7d는 도 5의 D-D선 단면도로서 서포터(43)에 지지되는 지압잭(44)의 푸싱에 의해 일측통공(41a) 및 타측통공(41b)을 경유하여 일측지압판(45) 및 타측지압판(46)이 터널의 내측면을 향해 확장되는 모습을 보여주고 있고, 도 7e는 도 5의 E-E선 단면도로서 컨베이어(30) 및 화차(70)를 보여주고 있다.
본 발명에 따른 터널 굴착 장치는 도 5 내지 도 7e에 도시된 바와 같이 TBM(10)의 굴진으로 만들어진 터널의 내측면에 압착되면서 지지력을 주는 지압벽(40)과, TBM(10) 및 지압벽(40) 사이에 위치되며 지압벽(40)에 지지되어 반발되면서 TBM(10)의 굴진방향으로 추진력을 주는 외부 추진잭(50)과, 지압벽(40)의 후방에 위치되어 TBM(10)의 굴진 동작, 외부 추진잭(50)의 추진 동작 및 지압벽(40)의 지압 동작을 각각 제어하는 컨트롤박스(60)를 핵심 구성으로 포함한다.
터널의 내측면에 압착되면서 지지력을 주는 지압벽(40)에 의존되는 외부 추진잭(50)에 의해 TBM(10)이 추진되면서 굴진되도록 함으로써 TBM(10)과 지압벽(40) 사이의 거리만큼 외부 추진잭(50)이 위치될 수 있게 되어 선행기술문헌 1에 비해 굴진 거리[TBM(10) 헤드(12)의 1 STROKE 당 약 1.5∼2.7m]를 더 멀리하여 굴진 속도를 상대적으로 더 빠르게 할 수 있고, 이에 따라 공사기간의 단축을 기할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명에 따라 터널의 길이가 길어질수록 컨베이어(30)에 의해 이송된 버럭을 후방으로 배출시키는 화차(70)를 더 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 터널 굴착 장치에 적용된 세그먼트(20)를 설명하기 위하여 특허출원 제2010-0124356호(프리스트레스 강선을 이용한 실드터널 세그먼트 구조 및 이를 이용한 실드터널 세그먼트 라이닝 체결시스템)를 인용 참조한 조립 상태도로서, 세그먼트(20)를 공지로 하고 있음과 동시에 이 세그먼트(20)를 설치하기 위한 일렉터(21)를 더불어 공지로 활용하고 있음을 알려주고 있다.
본 발명에 따른 터널 굴착 장치는 컨트롤박스(60)의 후방에 조립되어 터널 속의 연약지반에 설치키 위한 도 8에 도시된 세그먼트(20)를 가설하는 일렉터(21)를 도 5와 같이 더 포함할 수 있다.
본 발명은 지압벽(40)에 지지되어 추진력을 주는 외부 추진잭(50)에 TBM(10)이 추진되면서 땅속을 신속하게 굴진하는 것을 핵심으로 하는데, 굴진 도중 연약지반이 나타날 경우 일렉터(21)를 통해 세그먼트(20)를 가설토록 하여 보다 안전한 터널링 작업을 가능케 하는 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 터널 굴착 장치에 적용된 지압벽(40)을 나타내는 사시도이다.
본 발명에 따른 터널 굴착 장치에 적용된 지압벽(40)은 도 5, 도 7c, 도 7d 및 도 9에 도시된 바와 같이 일측통공(41a) 및 타측통공(41b)이 뚫려져 터널 속에 위치되는 지압 스킨플레이트(41)와, 외부 추진잭(50)에 지지력을 주도록 지압 스킨플레이트(41)의 전방에 조립된 지지체(42)와, 지압 스킨플레이트(41)의 내측 하부에 직립된 서포터(43)에 지지되며 컨트롤박스(60)의 제어에 의해 일측통공(41a) 및 타측통공(41b)을 경유하여 터널의 내측면을 향해 확장되거나 역으로 수축되는 일측지압판(45) 및 타측지압판(46)을 각각 밀어내거나 끌어당기는 지압잭(44)을 포함한다.
지압 스킨플레이트(41)에 의해 서포터(43)를 비롯한 지압잭(44)이 내장될 수 있도록 지압벽(40)을 완성하여 낙하되는 버럭이나 암석으로부터 철저하게 보호받을 수 있게 되고, 지지체(42)에 외부 추진잭(50)이 조립됨으로써 일측지압판(45) 및 타측지압판(46)이 확장될 경우 보다 강력한 지지력으로 외부 추진잭(50)을 추진시킬 수 있도록 할 수 있다.
한편, 일측지압판(45) 또는 타측지압판(46)은 터널 속에 보강 그라우팅 주입을 위한 그라우팅 홀(47)을 포함할 수 있다.
일측지압판(45) 또는 타측지압판(46)이 확장될 때 터널의 연약지반으로 인하여 지지력이 저하될 경우를 대비하여 일측지압판(45) 또는 타측지압판(46)을 축소시킨 상태에서 그라우팅 홀(47)을 통해 그라우팅재를 충진할 수 있도록 하는 것이다.
그라우팅(Grouting)은 균열이나 공동(空洞) 등의 틈새에 그라우트(주입액)를 주입하거나 충전(充塡)하는 일을 말한다. 즉, 토목공사에서 누수방지 공사나 토질안정 등을 위하여 지반의 갈라진 틈·공동 등에 충전재를 주입하는 일을 말하며, 또한 그때 주입하는 주입재도 그라우트 또는 그라우트재라고 한다. 이는 주입재를 중력이나 펌프를 이용해 충전하거나, 또는 건축물의 균열 부분의 보수, 기초부분의 지지력을 보강할 목적으로 실시한다. 그라우팅의 종류는 시공목적에 따라 지수 그라우팅, 지반개량 그라우팅, 충전 그라우팅, 보강 그라우팅 등이 있고, 주입장소에 따라 공동 그라우팅, 균열 그라우팅, 공극 그라우팅 등이 있다. 그라우트재의 종류는 시멘트계·철분질계·아스팔트계·약액(藥液) 그라우트(케미컬그라우트) 등으로 분류된다.
한편, 본 발명에 따라 TBM(10)은 TBM 스킨플레이트(11), 외부 추진잭(50)은 추진 스킨플레이트(51), 컨트롤박스(60)는 컨트롤 스킨플레이트(61)에 의해 각각 쉴드(Shield)되도록 한다.
TBM(10), 외부 추진잭(50), 컨트롤박스(60) 나아가 지압벽(40)까지 각각의 TBM 스킨플레이트(11), 추진 스킨플레이트(51), 컨트롤 스킨플레이트(61) 및 지압 스킨플레이트(41)로 쉴드될 수 있도록 함으로써 더욱 안전하게 땅속을 굴착할 수 있게 된다.
도 10은 본 발명에 따른 터널 굴착 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 11a는 본 발명에 따른 터널 굴착 방법 중 땅속을 초기 굴진하여 터널을 예비로 구축한 모습을 나타내는 구조도이고, 도 11b는 본 발명에 따른 터널 굴착 방법 중 TBM(10), 컨베이어(30), 외부 추진잭(50), 지압벽(40), 컨트롤박스(60), 일렉터(21) 및 화차(70)를 세팅시키는 모습을 나타내는 구조도이고, 도 11c는 본 발명에 따른 터널 굴착 방법 중 땅속의 굴착모습을 나타내는 구조도이며, 도 11d는 본 발명에 따른 터널 굴착 방법 중 땅속의 굴착 진행모습을 나타내는 구조도이다.
본 발명에 따른 터널 굴착 방법은 도 10 내지 도 11d에 도시된 바와 같이 땅속을 초기 굴진하여 터널을 예비로 구축하고(S10), 터널 속에 TBM(10), 컨베이어(30), 외부 추진잭(50), 지압벽(40), 컨트롤박스(60) 및 화차(70)를 세팅시키고(S20), 터널의 내측면을 지압벽(40)으로 압착시킨 상태에서 외부 추진잭(50)을 추진시켜 컨트롤박스(60)의 제어에 의해 TBM(10)으로 하여금 굴진되도록 하다가 TBM(10)의 굴진을 멈춘 후 터널의 내측면으로부터 지압벽(40)의 압착을 해제한 상태에서 외부 추진잭(50)을 끌어당겨 지압벽(40) 및 컨트롤박스(60)를 견인하는 동작을 반복하여 터널을 구축하고(S30), 터널의 구축으로 발생된 버럭을 컨베이어(30)를 통해 후방으로 실어 나르고(S40), 컨베이어(30)를 통해 후방으로 실어낸 버럭을 화차(70)로 배출시키는 공정(S50)으로 이루어진다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 터널 굴착 방법을 설명하기 위하여 TBM(10), 외부 추진잭(50) 및 지압벽(40)의 동작을 개략적으로 나타내는 공정도이다.
본 발명에 따라 도 11c 및 도 11d 그리고 도 12a 내지 도 12c에 도시된 바와 같이 터널의 내측면을 지압벽(40)으로 압착시킨 상태에서 외부 추진잭(50)을 추진시켜 컨트롤박스(60)의 제어에 의해 TBM(10)으로 하여금 굴진되도록 하다가 TBM(10)의 굴진을 멈춘 후 터널의 내측면으로부터 지압벽(40)의 압착을 해제한 상태에서 외부 추진잭(50)을 끌어당겨 지압벽(40) 및 컨트롤박스(60)를 견인하는 동작을 반복하여 터널을 구축토록 함으로써, 즉 터널의 내측면에 압착되면서 지지력을 주는 지압벽(40)에 의존되는 외부 추진잭(50)에 의해 TBM(10)이 추진되면서 굴진되도록 함으로써, TBM(10)과 지압벽(40) 사이의 거리만큼 외부 추진잭(50)이 위치될 수 있게 되어 선행기술문헌 1에 비해 굴진 거리[TBM(10) 헤드(12)의 1 STROKE 당 약 1.5∼2.7m]를 더 멀리하여 굴진 속도를 상대적으로 더 빠르게 할 수 있고, 이에 따라 공사기간의 단축을 기할 수 있게 된다.
이때, 상기 S20 스텝에서 터널 속의 연약지반에 설치키 위한 세그먼트(20)를 가설하는 일렉터(21)를 컨트롤박스(60) 후방에 조립할 수 있고, 바람직하게 상기 S30 스텝은 TBM(10)의 굴진 중 터널 속에 연약지반이 나타날 경우 일렉터(21)를 구동시켜 세그먼트(20)를 가설하는 스텝을 포함토록 할 수 있다.
본 발명에 따라 굴진 도중 연약지반이 나타날 경우 일렉터(21)를 통해 세그먼트(20)를 가설토록 하여 보다 안전한 터널링 작업을 가능케 하는 것이다.
도 13a는 본 발명에 따른 터널 굴착 방법에 적용된 숏크리트(80) 타설 모습을 나타내는 구조도이고, 도 13b는 본 발명에 따른 터널 굴착 방법에 적용된 락 볼트(90) 설치 모습을 나타내는 구조도이다.
본 발명에 따라 상기 S30 스텝은 TBM(10)의 굴진에 의해 뚫려진 터널의 내측면에 숏크리트(80)를 타설하는 스텝을 포함하여 연약지반의 강화를 도모토록 할 수 있고, 나아가 상기 S30 스텝은 숏크리트(80) 속에 락 볼트(90)를 설치하여 더욱 강화된 터널을 완성토록 할 수 있음은 물론이다.
본 발명은 도수로, 도로 또는 철로 등을 개설함에 있어서 각 구간의 땅속을 굴착하여 터널링을 하는 토목공사 분야에 이용될 수 있다.
10 : TBM 11 : TBM 스킨플레이트
12 : 헤드 13 : 롤러 커터
14 : 바이트 커터 15 : 내부 추진잭
20 : 세그먼트 21 : 일렉터
30 : 컨베이어 40 : 지압벽
41 : 지압 스킨플레이트 41a : 일측통공
41b : 타측통공 42 : 지지체
43 : 서포터 44 : 지압잭
45 : 일측지압판 46 : 타측지압판
47 : 그라우팅 홀 50 : 외부 추진잭
51 : 추진 스킨플레이트 60 : 컨트롤박스
61 : 컨트롤 스킨플레이트 70 : 화차
80 : 숏크리트 90 : 락 볼트

Claims (11)

  1. 땅속을 굴진하여 터널을 구축하면서 버럭을 퍼내는 TBM(10)과, 상기 TBM(10)의 굴진에 의해 얻어진 버럭을 후방으로 실어내는 컨베이어(30)를 포함하는 터널 굴착 장치에 있어서,
    상기 TBM(10)의 굴진으로 만들어진 터널의 내측면에 압착되면서 지지력을 주는 지압벽(40)과, 상기 TBM(10) 및 지압벽(40) 사이에 위치되며 상기 지압벽(40)에 지지되어 반발되면서 상기 TBM(10)의 굴진방향으로 추진력을 주는 외부 추진잭(50)과, 상기 지압벽(40)의 후방에 위치되어 상기 TBM(10)의 굴진 동작, 상기 외부 추진잭(50)의 추진 동작 및 상기 지압벽(40)의 지압 동작을 각각 제어하는 컨트롤박스(60)를 포함하고,
    상기 지압벽(40)은 일측통공(41a) 및 타측통공(41b)이 뚫려져 상기 터널 속에 위치되는 지압 스킨플레이트(41)와, 상기 외부 추진잭(50)에 지지력을 주도록 상기 지압 스킨플레이트(41)의 전방에 조립된 지지체(42)와, 상기 지압 스킨플레이트(41)의 내측 하부에 직립된 서포터(43)에 지지되며 상기 컨트롤박스(60)의 제어에 의해 상기 일측통공(41a) 및 타측통공(41b)을 경유하여 상기 터널의 내측면을 향해 확장되거나 역으로 수축되는 일측지압판(45) 및 타측지압판(46)을 각각 밀어내거나 끌어당기는 지압잭(44)을 포함하고,
    상기 일측지압판(45) 또는 타측지압판(46)은 상기 터널 속에 보강 그라우팅 주입을 위한 그라우팅 홀(47)을 포함하며,
    상기 그라우팅 홀(47)은 상기 일측지압판(45) 또는 타측지압판(46)이 확장될 때 터널의 연약지반으로 인하여 지지력이 저하될 경우를 대비하여 상기 일측지압판(45) 또는 상기 타측지압판(46)을 축소시킨 상태에서 그라우팅재를 충진할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨베이어(30)에 의해 이송된 버럭을 후방으로 배출시키는 화차(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤박스(60)의 후방에 조립되어 상기 터널 속의 연약지반에 설치키 위한 세그먼트(20)를 가설하는 일렉터(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 장치.
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  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 TBM(10)은 TBM 스킨플레이트(11), 상기 외부 추진잭(50)은 추진 스킨플레이트(51), 상기 컨트롤박스(60)는 컨트롤 스킨플레이트(61)에 의해 각각 쉴드되는 것을 특징으로 하는 터널 굴착 장치.
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