KR101655217B1 - 터널 갱구부 개착 구축공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, H파일과 프리캐스트강합성아치를 이용하여 아치터널을 구축하는 터널 갱구부 개착 구축공법으로서, 구축하고자 하는 터널을 따라 2열로, 복수의 상기 H파일을 항타하여 설치하거나, 또는 복수의 파일삽입공을 형성하고 상기 파일삽입공에 상기 H파일을 삽입한 후 그 하부를 그라우팅으로 고정하는 파일설치단계; 상기 2열의 H파일 사이를 버팀보로 지지하거나, 상기 H파일을 쉬트파일로 그 외측 지반에 고정하거나, 상기 H파일을 앵커로 그 외측 지반에 고정하거나, 또는 상기 H파일을 연결부재로 그 외측 지지부재에 고정하면서, 상기 H파일의 사이를 개착으로 굴착하는 제1굴착단계; 상기 제1굴착단계에 의한 굴착부의 하부를 추가 굴착하는 제2굴착단계; 상기 H파일의 내측에 돌출되도록 받침을 고정하는 받침고정단계; 상기 양 받침을 지지점으로 상기 프리캐스트강합성아치를 설치하는 아치설치단계; 및 상기 제2굴착단계에 의한 굴착부의 하부를 추가 굴착하는 제3굴착단계;를 포함하고, 상기 H파일의 하부와 상기 프리캐스트강합성아치를 터널 구조물로 이용하는 터널 갱구부 개착 구축공법에 관한 것이다.
본 발명을 통해, H파일과 프리캐스트강합성아치를 이용하여 단일의 아치터널, 2아치터널, 근접병렬터널 등의 터널 구조물을 구축함으로써, 터널을 신속하고 경제적이며 효율적으로 시공할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

Description

터널 갱구부 개착 구축공법{Construction method for open cutting in tunnel portal area}

본 발명은 터널 갱구부 개착 구축공법, 특히 단일의 아치터널(대단면 1아치터널도 포함할 수 있다), 2아치터널, 또는 근접병렬터널 등을 개착(오픈컷, Opencut)으로 구축하는 터널 갱구부 개착 구축공법에 관한 것이다.

최근 터널 입구의 도로폭 증대를 최소화하고, 터널 입구의 자연사면의 훼손을 최대한 방지하고자 대단면 1아치터널, 2아치터널 또는 근접병렬터널이 종종 적용되고 있다.

이 경우 터널 갱구부는 일반적으로 토사지반이므로 강관다단 등 터널굴착 보조공법을 쓰더라도 토피의 확보가 어려워, 도 1a 내지 도 1d에 도시된 바와 같이 터널 갱구부의 안전성을 위해서는 대규모의 사면 발생이 불가피하다. 이에 따라 공사비가 증가하고, 터널 갱구부 주위의 사면이 불안정해지며, 대규모 절취사면의 안정을 위해 상당한 면적의 용지가 추가 소요되므로 사면 조성 공사비가 과다 소요된다. 또한, 대규모 자연환경의 훼손과 이로 인한 NGO 및 지자체의 반대 민원 등으로 터널 건설에 많은 어려움이 있다. 또한, 양 터널의 안전성을 확보하기 위해서는 상하행 양방향 터널을 상당히 이격하여 시공해야 하므로 터널 입구의 도로폭이 확대되어 도로용지의 최소화와 자연사면 훼손방지가 어려운 것이 현실이다.

대한민국 등록특허 제10-0289256호는 "토피가 얕은 지역의 터널구축방법"을 개시하고 있다(도 1e 참조). 이 종래기술은 터널의 입출구나 계곡부 등의 토피가 얕은 지역에 구축되는 터널의 구축방법으로서, 특히 사면을 안정시키면서 터널시공에 따른 토공량을 대폭적으로 줄여 줄 뿐만 아니라, 가급적 자연환경을 훼손하지 아니하고 보존할 수 있게 하고, 또한 터널 내부의 지반을 이용하여 터널을 시공할 수 있는 토피가 얕은 지역의 터널구축방법에 관한 것으로서, 터널구축지점의 좌우측에 일정간격으로 H-말뚝들을 박고, 상기 H-말뚝들의 내측 사이에 단면이 반원형상의 바탕지반을 형성하도록 만곡지게 절토하되, 상기 H-말뚝의 배면에 토사붕괴방지용 토류판들을 끼워가면서 적절한 깊이까지 작업공간을 확보해 나가면서 절토하고, 상기 확보된 작업공간 내부의 소정깊이에서 상기 H-말뚝들에 지지되도록 연결빔들을 길이방향으로 설치한 후, 터널의 외주면을 이루도록 작업공간을 충진체로 채우고, 만곡진 바탕지반 및 충진체의 표면에는 유연성이 좋은 거푸집을 설치한 후, 콘크리트를 타설하여 반원아치형의 라이닝콘크리트를 형성하고, 상기 라이닝콘크리트가 경화된 후에 그 내부지반의 굴토 및 충진체를 제거하고 내,외부 거푸집판을 탈형해 냄으로써 가터널을 구축하고, 그 하측에 본터널을 구축함을 특징으로 한다.

그러나, 상기 종래기술은 본터널의 구축 이전에 가터널을 먼저 구축하고, 이후 본터널을 구축하는 이중적인 시공이 필요하므로 시공시간이 많이 소요되고, 시공비용이 증가한다.

또한, 가터널의 구축을 위해 바탕지반의 절토시 바탕지반의 외주면 형상이 터널상부단면의 외주면과 같은 형상으로 만곡지게 절토해야 하므로 절토 작업이 까다롭고 어렵다.

또한, 가터널을 구축하기 위해 좌, 우측에 연결빔을 설치하기 위한 작업공간의 확보, 가터널의 내,외부 거푸집판을 설치하기 위한 충진체의 충진, 가터널의 구축 후 충진체의 제거 등의 작업으로 시공이 매우 번거롭고 복잡하다.

또한, 가터널을 시공하기 위해 작업현장에서 내,외부 거푸집판을 설치하여 콘크리트를 타설하므로 내,외부 거푸집판의 설치, 콘크리트의 양생, 콘크리트의 양생 후 내,외부 거푸집판의 제거 등 작업이 복잡하며, 많은 시간이 소요되고, 작업 공정이 많아 비경제적이다.

또한, 가터널을 구축하기 위해 설치하는 H-말뚝과 그 상측에 설치되는 가터널은 본터널과는 전혀 관계없는 것이므로, 구조적으로 매우 비효율적이다.

또한, 본터널은 가터널의 하측에 시공되므로 본터널의 상측 외부를 방수할 수 없는 구조이다. 따라서 터널 외부에서의 방수가 불가능하거나 어려워 터널 방수가 불완전할 가능성이 많다.

특허 1 : 대한민국 등록특허 10-0289256

상기한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 H파일과 프리캐스트강합성아치를 이용하여 단일의 아치터널(대단면 1아치터널도 포함할 수 있다), 2아치터널, 근접병렬터널 등의 터널 구조물을 구축함으로써, 터널을 신속하고 경제적이며 효율적으로 시공할 수 있는 터널 갱구부 개착 구축공법을 제공하고자 한다.

또한, 파일설치단계, 제1굴착단계, 제2굴착단계, 받침고정단계, 아치설치단계, 및 제3굴착단계를 포함하여 단일의 아치터널, 2아치터널, 근접병렬터널 등을 구축함으로써, 토사지반 등에서도 터널 갱구부의 구축면적을 최소화할 수 있어 사면을 대규모로 형성하지 않아도 되므로 토공량이 절감되며, 터널 갱구부 주위의 사면이 안정되고, 자연사면의 훼손이 방지되며, 도로폭이 거의 확장되지 않으므로 사면용지뿐 아니라 도로용지도 대폭 감소되어 공사비가 절감되고, 공사기간이 단축되는 경제적인 터널 갱구부 개착 구축공법을 제공하고자 한다.

또한, 프리캐스트강합성아치를 아치형상의 H강재와, 상기 H강재 사이에 삽입 합성되는 프리캐스트콘크리트패널로 구성하고 이를 현장에서 조립하여 설치함으로써, 터널을 신속하고 안전하며 효율적으로 시공할 수 있는 터널 갱구부 개착 구축공법을 제공하고자 한다.

또한, 프리캐스트강합성아치의 H강재의 하부플랜지의 단부에 누수방지부재를 구비함으로써, 공용 중 그 상측에 설치한 방수층이 손상되더라도 터널 내부로의 누수를 효과적으로 배제할 수 있는 터널 갱구부 개착 구축공법을 제공하고자 한다.

또한, H파일과 프리캐스트강합성아치의 접촉지점에 고정강재를 삽입함으로써, H파일과 프리캐스트강합성아치의 접촉지점의 결합을 강화하는 터널 갱구부 개착 구축공법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일례에 따른 터널 갱구부 개착 구축공법은, H파일과 프리캐스트강합성아치를 이용하여 아치터널을 구축하는 터널 갱구부 개착 구축공법으로서, 구축하고자 하는 터널을 따라 2열로, 복수의 상기 H파일을 항타하여 설치하거나, 또는 복수의 파일삽입공을 형성하고 상기 파일삽입공에 상기 H파일을 삽입한 후 그 하부를 그라우팅으로 고정하는 파일설치단계; 상기 2열의 H파일 사이를 버팀보로 지지하거나, 상기 H파일을 쉬트파일로 그 외측 지반에 고정하거나, 상기 H파일을 앵커로 그 외측 지반에 고정하거나, 또는 상기 H파일을 연결부재로 그 외측 지지부재에 고정하면서, 상기 H파일의 사이를 개착으로 굴착하는 제1굴착단계; 상기 제1굴착단계에 의한 굴착부의 하부를 상기 프리캐스트강합성아치의 설치공간을 확보하기 위해 추가 굴착하는 제2굴착단계; 상기 H파일의 내측에 돌출되도록 받침을 고정하는 받침고정단계; 상기 받침을 지지점으로 상기 프리캐스트강합성아치를 연속되게 설치하는 아치설치단계; 및 상기 제2굴착단계에 의한 굴착부의 하부를 추가 굴착하는 제3굴착단계;를 포함하고, 상기 H파일의 하부와 상기 프리캐스트강합성아치를 터널 구조물로 이용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일례에 따른 터널 갱구부 개착 구축공법은, H파일과 프리캐스트강합성아치를 이용하여 2아치터널을 구축하는 터널 갱구부 개착 구축공법에 있어서, 구축하고자 하는 터널을 따라 3열로, 복수의 상기 H파일을 항타하여 설치하거나, 또는 복수의 파일삽입공을 형성하고 상기 파일삽입공에 상기 H파일을 삽입한 후 그 하부를 그라우팅으로 고정하는 파일설치단계; 상기 H파일의 사이사이를 버팀보로 지지하거나, 양 외측열의 상기 H파일을 쉬트파일로 그 외측 지반에 고정하거나, 또는 양 외측열의 상기 H파일을 앵커로 그 외측 지반에 고정하면서, 상기 H파일의 사이사이를 개착으로 굴착하는 제1굴착단계; 상기 제1굴착단계에 의한 굴착부의 하부를 상기 프리캐스트강합성아치의 설치공간을 확보하기 위해 추가 굴착하는 제2굴착단계; 상기 H파일의 내측에 돌출되도록 받침을 고정하는 받침고정단계; 상기 받침을 지지점으로 상기 프리캐스트강합성아치를 연속되게 설치하는 아치설치단계; 및 상기 제2굴착단계에 의한 굴착부의 하부를 추가 굴착하는 제3굴착단계;를 포함하고, 상기 H파일의 하부와 상기 프리캐스트강합성아치를 터널 구조물로 이용할 수 있다.

또한, 상기 제2굴착단계는 상기 제1굴착단계에 의한 굴착부의 하부를

,

,

, 또는

형상으로 굴착할 수 있다.

또한, 상기 제2굴착단계는 상기 H파일과 내측 지반 사이에 경사방향으로 지지바를 설치하는 과정을 포함할 수 있다.

또한, 상기 받침고정단계와 상기 아치설치단계 사이에 상기 받침을 부력방지앵커로 외측 지반에 고정하는 부력방지앵커설치단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제3굴착단계 이후에 상기 받침, 상기 H파일의 하부, 및 상기 프리캐스트강합성아치의 하부가 일체로 매설되도록 콘크리트를 타설하여 상기 터널 하부의 방화벽을 설치하는 방화벽설치단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 방화벽설치단계 이후에 상기 방화벽 상측의 H파일을 절단하고, 상기 프리캐스트강합성아치의 상측을 되메우면서 상기 절단된 H파일을 인발하는 되메우기단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 프리캐스트강합성아치는 터널방향으로 복수로 설치되는 아치형상의 H강재와 상기 H강재 사이사이에 프리캐스트콘크리트패널이 삽입되어 합성되는 구조이고, 상기 H강재의 하부플랜지의 단부에는 누수방지부재가 구비되며, 상기 누수방지부재는 상기 하부플랜지의 상부에 접하는 제1플랜지, 상기 하부플랜지의 하부에 접하는 제2플랜지, 상기 제1플랜지와 상기 제2플랜지를 연결하고 하측으로 더 연장되는 제1웨브, 상기 제1웨브에서 수평방향으로 절곡되는 제3플랜지, 상기 제3플랜지에서 상측으로 절곡되는 제2웨브로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1웨브, 상기 제3플랜지, 및 상기 제2웨브로 구성되는 ㄷ자형 공간에 복수의 투수공이 형성된 호스를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 아치설치단계는 상기 H파일과 상기 프리캐스트강합성아치의 접촉지점에 고정강재를 삽입하는 과정을 더 포함하고, 상기 고정강재는 일측은 상기 H파일에 접하는 평면이고 타측은 상기 프리캐스트강합성아치에 접하는 곡면인 쐐기일 수 있다.

또한, 상기 고정강재는 상기 H파일의 플랜지를 감싸는 제1판과, 상기 프리캐스트강합성아치의 H강재의 플랜지를 감싸는 제2판과, 상기 제1판과 상기 쐐기와 상기 제2판을 연결하는 연결판을 더 포함할 수 있다.

본 발명을 통해, H파일과 프리캐스트강합성아치를 이용하여 단일의 아치터널, 2아치터널, 근접병렬터널 등의 터널 구조물을 구축함으로써, 터널을 신속하고 경제적이며 효율적으로 시공할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 파일설치단계, 제1굴착단계, 제2굴착단계, 받침고정단계, 아치설치단계, 및 제3굴착단계를 포함하여 단일의 아치터널, 2아치터널, 근접병렬터널 등을 구축함으로써, 토사지반 등에서도 터널 갱구부의 구축면적을 최소화할 수 있어 사면을 대규모로 형성하지 않아도 되므로 토공량이 절감되며, 터널 갱구부 주위의 사면이 안정되고, 자연사면의 훼손이 방지되며, 도로폭이 거의 확장되지 않으므로 사면용지뿐 아니라 도로용지도 대폭 감소되어 공사비가 절감되고, 공사기간이 단축되는 경제적인 효과를 제공할 수 있다.

또한, 프리캐스트강합성아치를 아치형상의 H강재와, 상기 H강재 사이에 삽입 합성되는 프리캐스트콘크리트패널로 구성하고 이를 현장에서 조립하여 설치함으로써, 터널을 신속하고 안전하며 효율적으로 시공할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 프리캐스트강합성아치의 H강재의 하부플랜지의 단부에 누수방지부재를 구비함으로써, 공용 중 그 상측에 설치한 방수층이 손상되더라도 터널 내부로의 누수를 효과적으로 배제할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

또한, H파일과 프리캐스트강합성아치의 접촉지점에 고정강재를 삽입함으로써, H파일과 프리캐스트강합성아치의 접촉지점의 결합을 강화하는 효과를 제공할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는, 종래기술을 이용하여 구축하는 터널의 갱구부를 도시하는 평면도 및 측면 단면도이다.
도 1c 및 도 1d는, 도 1a의 A-A, B-B 선에서 본 단면도이다.
도 1e는, 다른 종래기술을 이용하여 구축하는 터널을 도시하는 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는, 본 발명의 일례에 따른 터널 갱구부 개착 구축공법을 이용하여 구축하는 터널의 갱구부를 도시하는 평면도 및 측면 단면도이다.
도 2c 및 도 2d는, 도 2a의 A-A, B-B 선에서 본 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 일례에 따른 아치터널에 대한 터널 갱구부 개착 구축공법을 전체적으로 도시하는 단면도이다.
도 4는, 도 3의 A-A, B-B 선에서 본 단면도이다.
도 5a 내지 도 5g는, 도 3의 시공순서를 도시하는 도면이다.
도 6은, 도 5b의 H파일이 설치된 모습을 도시하는 평면 상세도이다.
도 7은, 도 5d의 프리캐스트강합성아치를 도시하는 사시도이다.
도 8a는, 도 7의 프리캐스트강합성아치에 누수방지부재가 구비된 모습을 도시하는 사시도이다.
도 8b는, 도 5d의 H파일과 프리캐스트강합성아치의 접촉지점의 사이에 고정강재가 구비된 모습을 도시하는 정면도 및 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 일례에 따른 2아치터널에 대한 터널 갱구부 개착 구축공법을 전체적으로 도시하는 단면도이다.
도 10은, 도 9의 평면도이다.
도 11은, 도 9의 필라부 두께가 증가된 모습을 도시하는 단면도이다.
도 12는, 도 9의 필라부 두께가 2개로 나누어진 후 즉, 근접병렬터널의 모습을 도시하는 단면도이다.
도 13a 내지 도 13e는, 도 12의 시공순서를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다.

도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 본 발명의 일례에 따른 터널 갱구부 개착 구축공법은, 구축하고자 하는 터널을 따라 H파일(11)을 복수개 설치하고 상기 H파일(11)들 사이에 토류판(15)을 설치함으로써 굴착에 따른 지반의 붕괴를 방지하고, 상기 H파일(11)에 사전 제작한 프리캐스트강합성아치(61)를 조립하여 일체로 시공함으로써 터널을 신속하고 경제적이며 효율적으로 구축하고자 한다.

따라서, 본 발명은 종래기술(도 1a 내지 도 1d 참조)에 비해, 토사지반 등에서도 사면을 대규모로 형성하지 않고, 터널 갱구부의 구축면적을 최소화하여 터널을 구축할 수 있으므로, 토공량이 절감되고, 터널 갱구부 주위의 사면이 안정되며, 자연사면의 훼손이 방지된다. 또한, 도로폭이 거의 확장되지 않으므로 사면용지뿐 아니라 도로용지도 대폭 감소되어 공사비가 절감되고, 공사기간이 단축된다.

본 발명은 단일의 아치터널(대단면 1아치터널을 포함할 수 있다)을 구축하거나, 2개의 아치터널이 필라부를 중심으로 양측에서 접하는 2아치터널을 구축하거나, 2개의 아치터널의 이격 간격이 근접한 근접병렬터널을 구축하는데 적용될 수 있다. 또한, 터널의 갱구부에서 먼저 2아치터널을 구축하고, 터널의 길이방향을 따라 필라부의 두께를 점증시킨 후 근접병렬터널을 거쳐 터널의 본선에서는 터널이 완전히 분리된 병렬터널을 구축하는데에도 적용될 수 있다.

먼저, 도 3 내지 도 8b를 참조하여 본 발명의 터널 갱구부 개착 구축공법을 단일의 아치터널에 적용하는 실시예에 대해 설명한다. 터널을 완전히 분리하여 병렬터널로 구축하는 것은 단일의 아치터널을 완전히 분리하여 시공하는 것과 같은 것이므로 이에 대한 설명은 생략한다. 또한, 근접병렬터널은 단일의 아치터널이 매우 근접하여 시공되는 것이므로 본 실시예에서 간단히 언급할 것이다.

본 발명의 일례인 단일의 아치터널에 대한 터널 갱구부 개착 구축공법은, H파일(11)과 프리캐스트강합성아치(61)를 이용하여 아치터널을 구축하는 공법으로서, 파일설치단계와, 제1굴착단계와, 제2굴착단계와, 받침고정단계와, 아치설치단계와, 제3굴착단계를 포함할 수 있다. 이하에서 내측은 터널의 내부쪽을 지칭하고, 외측은 터널의 외부쪽을 지칭한다.

파일설치단계는 도 5a에 도시된 바와 같이, 구축하고자 하는 터널을 따라 H파일(11)을 2열로 설치하는 단계이다. H파일(11)의 설치는 H파일(11)을 항타하여 설치하거나, 파일삽입공을 보링 등으로 먼저 형성하고 이 파일삽입공에 H파일(11)을 삽입하여 설치할 수 있고, 또한 상기 H파일(11)의 하부는 그라우팅(13)으로 고정할 수도 있다.

H파일(11)의 하부를 그라우팅(13)하는 것은 H파일(11)의 선단부에 그라우팅(13) 호스를 결속하여 H파일(11)을 삽입한 후 그라우트를 가압 주입하거나, 파일삽입공에 그라우팅(13)한 후 H파일(11)을 삽입할 수도 있다.

파일삽입공을 형성하여 H파일(11)을 삽입하는 경우에는 파일삽입공에 모래를 충진하는 것이 좋다. 이 경우 모래를 충진한 후 H파일(11)을 어느 정도 타격하면 H파일(11)의 지지강도가 증가하고, 동시에 모래가 파일삽입공과 H파일(11)의 사이에 촘촘히 충진됨으로써 H파일(11)의 횡방향 지지력도 증가한다. 이 충진된 모래는 터널 시공 후 외부의 빗물이나 지하수 등을 터널 하부의 배수구 등으로 배수되도록 하여 터널의 배수성을 증진시키게 된다.

제1굴착단계는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 2열의 H파일(11)을 고정하면서 그 사이를 개착으로 굴착(21)하는 단계이다. 이 단계에서 H파일(11)들의 사이에는 토류판(15) 등을 설치하여 벽체를 형성하게 된다.

2열의 H파일(11) 사이를 굴착(21)하는 경우, 2열의 H파일(11) 사이에 버팀보(23)를 설치하여 지지하거나, 또는 H파일(11)의 외측에 쉬트파일(25)을 설치하여 상기 H파일(11)들을 그 외측 지반에 고정하거나, 또는 앵커를 이용하여 H파일(11)들을 그 외측 지반에 고정하거나, 또는 연결부재를 이용하여 H파일(11)들을 그 외측에 설치된 지지부재(27)에 고정할 수 있다. 상기의 H파일(11) 고정 방법은 하나의 방법만 선택하여 적용하거나, 복수개의 방법을 선택하여 함께 적용할 수도 있다.

버팀보(23)를 설치하는 경우 H파일(11)과 버팀보(23)의 사이에 띠장을 설치하거나 잭을 설치하는 것은 통상의 방법으로 할 수 있다. 즉, 띠장과 버팀보(23)는 토압을 지지하기 위한 어떤 것도 가능하다.

H파일(11)을 고정하기 위해 쉬트파일(25)을 이용하는 경우에는 먼저 H파일(11)의 외측으로 쉬트파일(25)을 설치하여 미리 굴착면과 그 주변 지반을 보강한 후에 2열의 H파일(11) 사이를 개착으로 굴착(21)하며, 이 경우 양 H파일(11)의 사이에 버팀보(23) 등 부재의 설치가 최소화되므로 굴착(21) 및 후술할 프리캐스트강합성아치(61)를 설치할 때 그 시공성이 증대된다. 이때, H파일(11)과 쉬트파일(25), 또는 쉬트파일(25)과 쉬트파일(25)이 연결되는 부분에는 요철 등으로 서로 연결(도 6 참조)될 수 있다.

또한, H파일(11)을 고정하기 위해 버팀보(23), 앵커, 또는 연결부재를 이용하는 경우에는 굴착(21)과 보강을 동시에 진행한다. 즉, 2열의 H파일(11) 사이를 개착으로 굴착(21)하면서 버팀보(23), 앵커, 또는 연결부재를 설치하여 굴착(21)시 지반의 붕괴를 방지한다. 버팀보(23)를 이용하여 H파일(11)을 고정하는 경우 H파일(11)의 내측면에는 띠장과 잭 등을 설치하고 버팀보(23)를 설치하며, 연결부재를 이용하여 H파일(11)을 고정하는 경우 지지부재(27)는 별도로 설치를 할 수도 있지만, 인접한 아치터널의 H파일(11)을 지지부재(27)로 이용할 수도 있다. 이때, 연결부재는 강재, 강선 등을 사용할 수 있다.

상기와 같이 H파일(11)과 토류판(15)이 굴착면을 유지하고, 버팀보(23), 쉬트파일(25), 앵커, 또는 연결부재 등이 토압을 지지하도록 하며, 제1굴착단계에서는 2열의 H파일(11) 사이의 상측 일부를 개착으로 굴착(21)하고, 후술할 제2굴착단계와 제3굴착단계를 단계적으로 실시하여 터널의 하측까지 굴착을 하게 된다.

제2굴착단계는 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 제1굴착단계에 의한 굴착부의 하부를 추가 굴착(31)하는 단계이다. 상기 제2굴착단계는 제1굴착단계에 의한 굴착부의 하부를

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,

, 또는

형상으로 굴착(31)할 수 있으며, 이에 따라 굴착부에 후술하는 지지바(33)를 설치하고, 후술할 받침(41)의 고정과 프리캐스트강합성아치(61)의 설치를 위한 공간을 확보할 수 있다. 그러나 제2굴착단계의 굴착면의 형상은 상술한 형상들에 한정되지 아니하고, 상기 요건을 충족할 수 있으면 모두 가능하다. 즉, 지반 특성이나 H파일(11)의 고정 상태 등을 고려할 때 지지바(33)의 추가 설치가 필요하지 않은 경우에는 중앙에 볼록한 부분 없이 굴착(31)하는 것도 가능하다. 또한, 중앙이 볼록하고 양측이 오목한 형상의 경우에도 상기 형상들에 한정되지 아니하고, 편리한 것으로 변형이 가능하다.

상기 제2굴착단계는 H파일(11)과 내측의 지반 사이에 경사방향으로 지지바(33)를 설치하는 과정을 더 포함할 수 있다. 경사방향의 지지바(33)는 H파일(11)에 대한 지지력을 확보하고, 동시에 버팀보(23), 쉬트파일(25), 앵커 등으로 H파일(11)을 과하게 고정할 필요가 없도록 하기 위함이다. 즉, 가장 효율적으로 H파일(11)을 고정하고, 필요한 경우에 지지바(33)를 추가로 설치함으로써, 굴착면에 대한 보강을 최소화하면서도 토압을 효율적으로 지지하여 구조적인 안정성을 확보할 수 있다.

받침고정단계는 도 5d에 도시된 바와 같이, H파일(11)의 내측에 돌출되도록 터널의 길이방향으로 받침(41)을 고정하는 단계이다. 받침(41)은 구축하고자 하는 터널의 높이, 굴착깊이 등에 따라 H파일(11)의 내측 하부의 적정한 높이에 설치한다. 상기 받침(41)은 H파일(11)의 내측에 용접, 볼트, 리벳 등으로 결합하며, 그 형상은 ㄱ자형강이나 ㄷ자형강 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 받침고정단계 후에는 부력방지앵커설치단계를 더 실시할 수도 있다. 부력방지앵커설치단계는 상기 받침고정단계에서 고정 설치한 받침(41)을 부력방지앵커(51)로 외측 지반에 고정하는 단계로서, 지하수 등에 의한 수압으로 인해 H파일(11)에 과다한 부력이 작용할 경우 그 부상, 변위 등을 방지할 수 있다.

아치설치단계는 도 5d에 도시된 바와 같이, 상기 받침고정단계에서 설치한 양 받침(41)을 지지점으로 프리캐스트강합성아치(61)를 연속되게 설치하는 단계이다. 즉, 2열의 H파일(11) 각각의 내측에 설치한 2열의 받침(41)을 양 지지점으로 하여 프리캐스트강합성아치(61)를 설치하며, 이때 H파일(11)과 프리캐스트강합성아치(61)는 용접, 볼트, 리벳 등으로 결합한다. 한편, 상기 제2굴착단계에서 경사방향의 지지바(33)를 설치하는 경우에는 이를 제거하면서 프리캐스트강합성아치(61)를 설치한다.

상기 프리캐스트강합성아치(61)는 터널방향으로 복수로 설치되는 아치형상의 H강재(62)와, 상기 H강재(62)의 사이사이에 삽입되는 프리캐스트콘크리트패널(63)의 합성 구조(도 7 참조)로서, 터널방향으로 H강재(62)의 사이에 프리캐스트콘크리트패널(63)을 삽입하여 합성하므로 H강재(62)가 이웃한 프리캐스트콘크리트패널(63)을 구조적으로 연결한다. 또한, 콘크리트 타설을 위한 거푸집, 콘크리트의 양생 등이 불필요하므로 설치 작업이 매우 신속하며, 프리캐스트의 특성으로 인해 균열 발생이 최대한 억제되므로 종래기술에 비해 안전하다. 따라서 H강재(62)와 프리캐스트콘크리트패널(63)을 현장에서 조립하여 설치함으로써, 터널 라이닝을 효율적이고 용이하게 시공할 수 있다.

상기 프리캐스트강합성아치(61)는 원호방향으로 아치의 단면을 복수개 나눈 단면으로 구성될 수 있는데, H강재(62)와 프리캐스트콘크리트패널(63)은 1/2원호, 1/4원호 또는 더 적은 단위의 원호로 형성하여 이들을 조립할 수 있다. 상기 복수개의 단면으로 구성된 프리캐스트강합성아치(61)는 아치의 정상부인 크라운의 상측에 프리캐스트빔(65)을 덧대고, 이를 프리캐스트강합성아치(61)와 볼트 등으로 강결하여 치밀성과 강성을 증대시킴으로써 구조적인 안정성을 확보할 수 있다.

또한, 상기 프리캐스트강합성아치(61)의 H강재(62)에는 하부플랜지의 단부에 누수방지부재(67)를 구비(도 8a 참조)할 수 있다. 공용 중 프리캐스트강합성아치(61)의 상측에 설치한 방수층이 손상되어 상측으로부터 빗물이나 지하수 등이 침투하는 경우, 상기 빗물이나 지하수 등은 H강재(62)와 프리캐스트콘크리트패널(63)의 접면을 따라 흐르게 되고, 결국 H강재(62)의 하부플랜지 쪽으로 누출이 된다. 따라서 H강재(62)의 단부에 누수방지부재(67)를 설치하여 유로를 형성함으로써, 침투된 빗물이나 지하수 등이 상기 유로를 따라 배출되도록 하여 터널 내부로 떨어지는 등의 문제점을 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 누수방지부재(67)는 H강재(62)의 하부플랜지의 상부에 접하는 제1플랜지(671), H강재(62)의 하부플랜지의 하부에 접하는 제2플랜지(672), 상기 제1플랜지(671)와 제2플랜지(672)를 연결하면서 하측으로 더 연장되는 제1웨브(673), 상기 제1웨브(673)에서 수평방향으로 절곡되는 제3플랜지(674), 상기 제3플랜지(674)에서 상측으로 절곡되는 제2웨브(675)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1플랜지(671)와 제2플랜지(672), 및 이들을 연결하는 제1웨브(673)에 의해 ㄷ자형상의 요홈이 형성되어 H강재(62)의 하부플랜지에 끼움 결합할 수 있으므로, 누수방지부재(67)를 H강재(62)에 쉽고, 편리하게 설치할 수 있다. 상기 요홈에는 접착제 등을 도포하여 누수방지부재(67)와 H강재(62)가 잘 결합되어 누수가 발생하지 않도록 할 수도 있다.

또한, 상기 제1웨브(673)와 제2웨브(675), 및 이들을 연결하는 제3플랜지(674)에 의해 ㄷ자형 공간의 유로가 형성되어 빗물이나 지하수 등을 용이하게 배출할 수 있다. 상기 ㄷ자형 공간은 그 자체로 배수로의 역할을 할 수 있으나, 콘크리트 조각이나 흙 등이 쌓여 배수의 역할을 수행하지 못하는 것을 방지하기 위해 상기 ㄷ자형 공간에 복수의 투수공이 형성된 호스(677)를 구비할 수 있다. 상기 호스(677)는 고무나 플라스틱 등의 호스(677)에 다수의 구멍이 형성된 것 등 다양한 것이 사용 가능하다. 이때, 제2웨브(675)를 상측으로 더 연장하여 프리캐스트콘크리트에 접하게 할 수도 있다.

또한, 상기 아치설치단계는 H파일(11)과 프리캐스트강합성아치(61)의 접촉지점에 고정강재(69)를 삽입(도 8b 참조)하는 과정을 더 포함할 수 있는데, 이 고정강재(69)는 일측은 H파일(11)에 접하는 평면으로 형성되고, 타측은 프리캐스트강합성아치(61)에 접하는 곡면으로 형성되는 쐐기일 수 있다. 상기 고정강재(69)는 H파일(11)과 프리캐스트강합성아치(61)의 접촉지점에 삽입되어 프리캐스트강합성아치(61)가 2열의 H파일(11) 사이에서 견고하게 지지되게 함으로써, H파일(11)과 프리캐스트강합성아치(61)의 접촉지점의 결합을 강화시키게 된다. 이 고정강재(69)는 삽입된 후 H파일(11)이나 프리캐스트강합성아치(61)에 용접이나 볼트 등으로 추가 결합될 수 있다.

또한, 상기 고정강재(69)는 H파일(11)의 플랜지를 감싸는 제1판과, 프리캐스트강합성아치(61)의 H강재(62)의 플랜지를 감싸는 제2판과, 상기 제1판, 쐐기, 및 제2판을 연결하는 연결판을 더 포함(도 8b 참조)할 수 있다. 이 고정강재(69)의 구조는 H파일(11)과 프리캐스트강합성아치(61)가 상호 벌어지거나 상호 접근하는 것을 방지함으로써, 상기 양 구성의 결합지점을 완벽하게 결합하게 된다. 이 경우의 고정강재(69)는 한 쌍으로 구성되어 H파일(11)과 프리캐스트강합성아치(61)의 접촉지점 양측에서 끼워지게 하는 것이 더 바람직하다.

제3굴착단계는 도 5e에 도시된 바와 같이, 상기 제2굴착단계에 의한 굴착부의 하부를 추가 굴착(71)하는 단계로서, 제3굴착단계에 의해 터널의 하측까지 굴착이 최종적으로 완료된다. 이 굴착(71) 후에는 터널 바닥에 터널의 배수를 위한 배수층 시공, 배수관 설치 등의 공사를 실시하고, 콘크리트 바닥판, 보도 등을 시공한다.

또한, 상기 제3굴착단계 이후에는 도 5f에 도시된 바와 같이, 방화벽설치단계를 더 실시할 수 있다. 방화벽설치단계는 상기 H파일(11)의 하부, 받침(41), 및 프리캐스트강합성아치(61)의 하부가 일체로 매설되도록 콘크리트를 타설하여 터널 하부의 방화벽(81)을 설치하는 단계이다. 따라서 H파일(11)의 하부와 프리캐스트강합성아치(61)가 일체화되어 터널 구조물로 이용된다.

또한, 상기 방화벽설치단계 이후에는 도 5g에 도시된 바와 같이, 되메우기단계를 더 실시할 수 있다. 되메우기단계는 상기 방화벽(81) 상측의 H파일(11)을 절단하고, 프리캐스트강합성아치(61)의 상부면에 방수층을 형성한 후 토사로 되메우면서(91) 절단된 H파일(11)을 인발하는 단계이다. 상기 인발된 H파일(11)은 재사용할 수 있어 경제적이다.

터널의 갱구부를 상기와 같이 구축한 이후에는 굴진을 통해 나머지 터널의 구축을 위한 공사를 통상적인 방법으로 진행한다.

본 발명의 한 실시예인 근접병렬터널은 상기 단일의 아치터널이 매우 근접하여 병렬로 시공되는 것이다. 즉, 이 근접병렬터널은 상술한 단일의 아치터널과 전체적으로 같고, 다만 도 2d에서 보는 바와 같이 2개의 아치터널이 매우 근접하여 설치되는 것이다. 따라서 중간부의 2개의 H파일(11)이 근접하여 있고, 이 경우 2개의 H파일(11)을 고정하기 위해 상호 연결부재로 고정할 수 있다. 또한, 중앙의 2개의 H파일(11) 사이는 그 간격에 따라 굴착을 하거나 또는 굴착을 하지 않거나 할 수 있는데 이는 시공의 편의성 등을 고려하여 하게 된다. 이 근접병렬터널에 대한 시공순서는 도 13a 내지 도 13e에 도시되어 있다.

다음으로, 본 발명의 터널 갱구부 개착 구축공법을 2아치터널에 적용하는 실시예에 대해 설명한다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 일례인 2아치터널에 대한 터널 갱구부 개착 구축공법은, H파일(11)과 프리캐스트강합성아치(61)를 이용하여 2아치터널을 구축하는 공법으로서, 파일설치단계와, 제1굴착단계와, 제2굴착단계와, 받침고정단계와, 아치설치단계와, 제3굴착단계를 포함할 수 있다. 본 실시예에서도 내측은 터널의 내부쪽을 지칭하고, 외측은 터널의 외부쪽을 지칭한다.

본 실시예는 전술한 실시예와 터널을 구축하는 순서 및 방법 등은 동일하나, H파일(11)을 3열로 설치한다는 점에서 전술한 실시예와 차이가 있다. 따라서 파일설치단계에서는 구축하고자 하는 터널을 따라 H파일(11)을 3열로 설치한다. 이에 따라 제1굴착단계에서는 상기 3열의 H파일(11)의 사이사이, 즉 양 외측열과 그 중간열의 H파일(11) 사이 각각에 버팀보(23)를 설치하여 지지하거나, 또는 양 외측열의 H파일(11)을 쉬트파일(25)로 그 외측 지반에 고정하거나, 또는 양 외측열의 H파일(11)을 앵커로 그 외측 지반에 고정하면서 H파일(11)의 사이사이를 개착으로 굴착(21)한다. 이 외의 설명은 전술한 실시예와 동일하므로 상세한 기재는 생략한다.

따라서, 본 실시예는 사면과 도로용지를 최소로 사용하여 2아치터널을 효율적으로 구축할 수 있으며, 연약지반이나 4차선 이상의 광폭터널에서도 터널 갱구부를 안정적이고 경제적으로 구축할 수 있다. 또한, 터널의 중앙에 필라부를 별도로 설치하지 아니하여도 굴착에 따라 필라부가 형성이 되므로 종래의 2아치터널에 비해 시공이 신속하고 용이하다.

상기와 같이 터널의 갱구부에서 2아치터널을 구축한 후 터널의 길이방향을 따라 근접병렬터널과 병렬터널을 구축할 수 있다. 즉, 터널의 갱구부를 2아치터널로 구축하고, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 상기 2아치터널의 필라부 두께를 점차 증가시켜가다가, 터널이 분리되는 근접병렬터널을 거쳐 터널이 완전히 분리되는 병렬터널을 구축할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 구성되거나 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

11 : H파일
13 : 그라우팅
15 : 토류판
21 : 굴착
23 : 버팀보
25 : 쉬트파일
27 : 지지부재
31 : 굴착
33 : 지지바
41 : 받침
51 : 부력방지앵커
61 : 프리캐스트강합성아치
62 : H강재
63 : 프리캐스트콘크리트패널
65 : 프리캐스트빔
67 : 누수방지부재
671 : 제1플랜지
672 : 제2플랜지
673 : 제1웨브
674 : 제3플랜지
675 : 제2웨브
677 : 호스
69 : 고정강재
71 : 굴착
81 : 방화벽
91 : 되메우기

Claims (9)

1. H파일과 프리캐스트강합성아치를 이용하여 2아치터널을 구축하는 터널 갱구부 개착 구축공법에 있어서,
   구축하고자 하는 터널을 따라 3열로, 복수의 상기 H파일을 항타하여 설치하거나, 또는 복수의 파일삽입공을 형성하고 상기 파일삽입공에 상기 H파일을 삽입한 후 그 하부를 그라우팅으로 고정하는 파일설치단계;
   상기 H파일의 사이사이를 버팀보로 지지하거나, 양 외측열의 상기 H파일을 쉬트파일로 그 외측 지반에 고정하거나, 또는 양 외측열의 상기 H파일을 앵커로 그 외측 지반에 고정하면서, 상기 H파일의 사이사이를 개착으로 굴착하는 제1굴착단계;
   상기 제1굴착단계에 의한 굴착부의 하부를 상기 프리캐스트강합성아치의 설치공간을 확보하기 위해 추가 굴착하는 제2굴착단계;
   상기 H파일의 내측에 돌출되도록 받침을 고정하는 받침고정단계;
   상기 받침을 지지점으로 상기 프리캐스트강합성아치를 연속되게 설치하는 아치설치단계; 및
   상기 제2굴착단계에 의한 굴착부의 하부를 추가 굴착하는 제3굴착단계;를 포함하고,
   상기 프리캐스트강합성아치는 터널방향으로 복수로 설치되는 아치형상의 H강재와 상기 H강재 사이사이에 프리캐스트콘크리트패널이 삽입되어 합성되는 구조이고,
   상기 H강재의 하부플랜지의 단부에는 누수방지부재가 구비되며,
   상기 누수방지부재는 상기 하부플랜지의 상부에 접하는 제1플랜지, 상기 하부플랜지의 하부에 접하는 제2플랜지, 상기 제1플랜지와 상기 제2플랜지를 연결하고 하측으로 더 연장되는 제1웨브, 상기 제1웨브에서 수평방향으로 절곡되는 제3플랜지, 상기 제3플랜지에서 상측으로 절곡되는 제2웨브로 구성되고,
   상기 H파일의 하부와 상기 프리캐스트강합성아치를 터널 구조물로 이용하는 터널 갱구부 개착 구축공법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2굴착단계는 상기 제1굴착단계에 의한 굴착부의 하부를

   

   ,

   

   ,

   

   , 또는

   

   형상으로 굴착하는 터널 갱구부 개착 구축공법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2굴착단계는 상기 H파일과 내측 지반 사이에 경사방향으로 지지바를 설치하는 과정을 포함하는 것인 터널 갱구부 개착 구축공법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 받침고정단계와 상기 아치설치단계 사이에 상기 받침을 부력방지앵커로 외측 지반에 고정하는 부력방지앵커설치단계를 더 포함하는 터널 갱구부 개착 구축공법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제3굴착단계 이후에 상기 받침, 상기 H파일의 하부, 및 상기 프리캐스트강합성아치의 하부가 일체로 매설되도록 콘크리트를 타설하여 상기 터널 하부의 방화벽을 설치하는 방화벽설치단계를 더 포함하는 터널 갱구부 개착 구축공법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 방화벽설치단계 이후에 상기 방화벽 상측의 H파일을 절단하고, 상기 프리캐스트강합성아치의 상측을 되메우면서 상기 절단된 H파일을 인발하는 되메우기단계를 더 포함하는 터널 갱구부 개착 구축공법.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1웨브, 상기 제3플랜지, 및 상기 제2웨브로 구성되는 ㄷ자형 공간에 복수의 투수공이 형성된 호스를 더 포함하는 것인 터널 갱구부 개착 구축공법.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 아치설치단계는 상기 H파일과 상기 프리캐스트강합성아치의 접촉지점에 고정강재를 삽입하는 과정을 더 포함하고,
   상기 고정강재는 일측은 상기 H파일에 접하는 평면이고 타측은 상기 프리캐스트강합성아치에 접하는 곡면인 쐐기인 것을 특징으로 하는 터널 갱구부 개착 구축공법.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 고정강재는 상기 H파일의 플랜지를 감싸는 제1판과, 상기 프리캐스트강합성아치의 H강재의 플랜지를 감싸는 제2판과, 상기 제1판과 상기 쐐기와 상기 제2판을 연결하는 연결판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 갱구부 개착 구축공법.
   

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