KR101750273B1

KR101750273B1 - 터널 굴착면 보강구조체 및 이를 이용한 터널 보강 방법

Info

Publication number: KR101750273B1
Application number: KR1020160073922A
Authority: KR
Inventors: 이평우; 조태준
Original assignee: 주식회사 성우사면; 이평우; 주식회사 수성엔지니어링
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2017-06-27

Abstract

터널 굴착면 보강구조체 및 이를 이용한 터널 보강 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 터널 굴착면 보강구조체는, 강재로 이루어지며, 터널의 단면 모양에 대응되는 형상으로 구성되며, 상기 굴착면과 마주하는 외측 주면, 반대편 내측 주면, 상기 외측 주면과 내측 주면 사이의 림부 중 어느 하나 또는 하나 이상에 길이방향에 걸쳐 일정한 간격으로 원호형의 고정홈 또는 고정홀이 형성된 지보재 및 외측 주면의 일부가 상기 지보재의 고정홈 또는 고정홀에 접하도록 상기 지보재에 결속되며, 일측 개구는 터널 입구를 향하고 반대편 개구는 굴착 예정 지반의 상부를 향하도록 상기 지보재 상에 터널의 굴착 방향으로 상향 경사지게 배치되어 천공방향을 설정하고 천공 시작점까지 천공비트의 이동을 안내하는 원형 안내관을 포함하여 구성되는 것을 요지로 한다.

Description

터널 굴착면 보강구조체 및 이를 이용한 터널 보강 방법{Tunnel Reinforcement structure and Tunnel Reinforcement methods using the same}

본 발명은 터널 굴착면 보강구조체 및 이를 이용한 터널 보강 방법에 관한 것으로, 특히 굴착면을 보강하여 이완을 방지하고 굴착 예정 지반의 상부 지반을 강관 그라우팅을 이용해 미리 보강하여 굴착 과정에서 지반 붕괴나 변위를 막을 수 있도록 한 터널 굴착면 보강구조체 및 이를 이용한 터널 보강 방법에 관한 것이다.

터널 시공에 있어 굴착면 상반부 지반 보강을 위해 일반적으로 사용되는 공법이 강관형 보강재를 이용한 강관 그라우팅 공법이다. 이는 연약 지반에 터널을 굴착하는 경우 널리 채택되는 보강 공법으로, 굴착 되지 않은 굴착 예정 지반의 주변을 그라우팅을 통해 지반 내에 정착되는 강관형 보강재로 미리 강화하여 굴착 과정에서 지반 붕괴나 변위를 막는데 있어 효과적인 공법이다.

강관 그라우팅을 이용한 터널 보강에 있어서는 일반적으로, 굴착면 상반부 주변을 터널 길이방향으로 천공하고, 천공에 의한 홀 내부에 강관 보강재를 설치한다. 그리고 강관 보장재를 통하여 강관 보강재 내부와 강관 보강재와 천공홀 벽면 사이, 그리고 천공홀 벽면 주변의 지반 내부를 가압 그라우팅함으로써 굴착면 상반부를 보강하게 된다.

천공에는 드릴비트를 갖춘 전용 천공장비가 이용되며, 천공홀의 내부에 강관 보강재를 삽입한 뒤에는 천공홀 입구를 코킹주머니나 급결제를 이용하여 밀폐하는 코킹을 실시한다. 그런 다음 그라우트호스를 통하여 그라우트재를 가압식으로 주입함으로써 굴착 예정 지반 주위의 이완을 막고 인장 강도를 증가시켜 전단 저항이 강화되도록 하는 것이다.

한편, 터널 굴착에 있어 일반적으로 이용되고 있는 NATM 공법(New Austrian Tunneling Method)은, 굴착된 막장 자유면(굴착면)에 즉시 가설재로서 H빔 또는 앵글형 지보인 강지보를 설치한 후, 강지보를 포함하여 그 주변을 일정 두께로 숏크리트 타설함으로써 굴착면 상부 지반을 보강하고 이완을 신속하게 중지시켜 굴착면에 대한 안정화를 도모하는 공법이다.

NATM 공법을 이용하여 터널 굴착 시 강관 그라우팅으로 굴착면 상부 지반을 보강함에 있어서는, 굴착면 상부 지반에 소정의 각도로 상향 설치된 강관 보강재의 일측 단부(터널 굴진 방향을 기준으로 했을 때 후단부)가 강지보 바로 위쪽에 위치하여 상기 강지보의 지지를 받는 구조이어야 보강효과를 극대화할 수 있다. 강지보 사이의 간격은 지반 상태에 따라 차이는 있으나 대략 0.5m~1.2m를 유지한다.

터널 설계 단계에서 지반 상태나 지질을 고려하여 터널 굴착 주변부의 적절한 범위 내에서 강관 그라우팅의 범위를 결정한다. 좀 더 구체적으로는, 강관 그라우팅으로 굴착 주변부를 보강함에 있어서는 설치되는 강관의 규격, 길이, 그리고 간격과 각도(설치 각도가 크면 중첩 길이가 작아져 보강 효과가 저하됨) 등을 주요 설계 파라미터로 삼아 설계를 하게 된다.

그러나 굴착 예정 지반 상부 보강을 위해 강관 그라우팅을 수행함에 있어 제한된 공간에서 작업을 수행해야 하는 현장 여건상 천공장비의 드리프터와 강지보 사이의 간섭, 강지보와 인접 강지보 사이의 짧은 거리, 그리고 강관 자체의 길이 등으로 인하여 표준 설계 시방서에서 요구하는 각도(숏크리트 면에 대해 약 15°정도 각도)를 그대로 적용하기가 어렵다는 문제가 있다.

시방서의 요구 각도를 맞추기 위해, 터널 굴착 후 강지보를 설치하고 숏크리트를 타설한 다음, 숏크리트 면 하단에서 설계된 각도로 천공하고 강관 보강재를 설치하는 방법을 사용하기도 한다. 그러나 굴착이 진행됨에 따라 노출되는 강관 보강재와 이후 설치되는 강지보 사이의 간섭으로 강관 보강재의 일부를 절단해야만 하며, 이로 인해 설계 요구 값보다 강관 보강재가 짧은 길이로 설치되는 문제가 있다.

최근에는 예정된 강관 보강재의 설치 위치보다 1 내지 2 막장 앞까지 터널을 굴착한 다음 굴착면에 강지보를 설치하고 숏크리트를 타설한 후, 기 설치된 강지보와 숏크리트 아래쪽에서 굴착 예정 지반를 향하여 터널 진행 방향으로 소정의 각도로 상향 천공을 하고 강관 보강재를 설계된 위치에 설치하는 방식으로 터널을 보강하는 기술이 대안 기술로 제안된 바 있다.

이 기술은 계획된 깊이의 단계별 터널 굴착에 앞서 강관 보강재를 시공하기 때문에 터널 굴착에 따라 노출되는 강관 보강재의 길이가 짧아 강관 보강재 절단과 같은 문제가 발생되지 않으나, 천공 길이가 불필요하게 길어져 강관 보강재 설치를 위한 천공작업과 그라우팅 작업에 비용 소요가 커서 경제성 측면에서 경쟁력을 확보하기 어렵고, 많은 시간이 소요되는 단점이 있다.

또한, 굴착 전에 굴착 예정 상부 지반을 향하여 선 천공하는 방식이기 때문에, 설치되는 강관 보강재의 후단부(터널 입구 측을 향하는 강관 보강재의 일측 개구단) 위치가 일정하지 못하며, 이에 따라 굴착 후 굴착면을 따라 설치되는 강지보와 강관 보강재를 일체화함에 있어 곤란함이 수반되며, 강지보에 강관 보강재를 일체화시키지 못할 경우 구조적으로 취약해지는 문제가 있다.

한국특허등록 제10-1234814호 (등록일 2013. 2. 13)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 지반 상태에 따라 지보재와 인접 지보재 사이의 거리를 작게 해야 하는 경우라도 선행 지보재와 강관 보강재 또는 선행 지보재와 천공장비 사이의 간섭을 회피하여 표준 설계 시방서에서 요구되는 강관 보강재 설치 각도(15° 이하)로 터널 굴착면 상부 지반에 대한 강관 보강이 가능하게 하는 터널 굴착면 보강구조체를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 정확한 천공 지점에 정확한 천공 각도로 강관 보강을 위한 천공홀을 형성시킬 수 있고, 강관 보강재를 절단할 필요가 없는 터널 굴착면 보강구조체를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 강관 보강재의 선단부가 지보재 상의 정해진 위치에 정확하게 위치하도록 안내할 수 있고, 따라서 구조적으로 안정된 터널 보강을 구현할 수 있는 터널 굴착면 보강구조체를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 굴착 예정 지반에 도달하기 전에 강관 보강재 설치를 위한 천공 지점을 앞당겨 천공하고 강관 그라우팅을 먼저 수행한 후 굴착 예정 지반까지 단계별 굴착을 실시함으로써, 표준 설계 시방서에서 요구되는 강관 보강재 설치 각도(15° 이하)로 터널 굴착면 상부 지반에 대한 강관 보강이 가능한 터널 보강 방법을 제공하고자 하는 것이다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

터널 보강을 위해 굴착면에 설치되는 터널 굴착면 보강구조체로서,

강재로 이루어지며, 터널의 단면 모양에 대응되는 형상으로 구성되며, 상기 굴착면과 마주하는 외측 주면, 반대편 내측 주면, 상기 외측 주면과 내측 주면 사이의 림부 중 어느 하나 또는 하나 이상에 길이방향에 걸쳐 일정한 간격으로 원호형의 고정홈 또는 고정홀이 형성된 지보재; 및

외측 주면의 일부가 상기 지보재의 고정홈 또는 고정홀에 접하도록 상기 지보재에 결속되며, 일측 개구는 터널 입구를 향하고 반대편 개구는 굴착 예정 지반의 상부를 향하도록 상기 지보재 상에 터널의 굴착 방향으로 상향 경사지게 배치되어 천공방향을 설정하고 천공 시작점까지 천공비트의 이동을 안내하는 원형 안내관;을 포함하는 터널 굴착면 보강구조체를 제공한다.

본 발명의 일 측면에서 상기 고정홈 또는 고정홀의 안내관이 접하는 면은 터널의 굴착 방향으로 상향 경사지게 형성될 수 있다.

바람직하게는, 고정홈 또는 고정홀의 안내관이 접하는 면은 5° 내지 15° 각도로 경사지게 형성될 수 있다.

또한, 상기 지보재의 고정홈 또는 고정홀에 원형 안내관이 U자형 볼트, U자형 클램프, 용접 등의 결속수단을 이용하여 고정될 수 있다.

그리고 상기 원형 안내관은, 상기 지보재의 고정홈 또는 고정홀 상에 고정되며, 지보재가 매립될 수 있는 두께로 굴착면에 타설되는 숏크리트에 의해 상기 지보재와 함께 숏크리트 내에 매립되는 고정관부와, 상기 고정관부로부터 터널 입구를 향하여 연장되며, 상기 숏크리트 타설 후 숏크리트 면 밖으로 일측의 개구부가 노출되도록 설치되는 유도관부로 이루어진 구성일 수 있다.

이때, 상기 고정관부와 유도관부가 커플러(coupler)로 서로 연결되거나 나사 결합 방식으로 서로 연결될 수 있다.

또한, 상기 유도관부의 외측 주면에는 상기 숏크리트 면 밖으로 노출된 유도관부의 일부를 쉽게 제거할 수 있도록 원호방향으로 연속되거나 단속(斷續)적으로 형성되는 파단부가 1개 이상 형성될 수 있으며, 상기 고정관부와 유도관부의 외측 주면에는 상기 숏크리트와의 접촉면적을 증대시켜 숏크리트 내에 안정적으로 고정될 수 있도록 홈 또는 돌기가 형성되거나, 불규칙한 표면 모폴로지를 갖는 부착물이 설치될 수 있다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

굴착 예정된 터널 굴착면 상부를 강관 보강재(20)로 미리 보강한 후 계획된 깊이로 터널을 굴착하며, 굴착면에 지보재(40)를 설치하고 숏크리트(50)를 타설하여 터널을 보강하는 터널 보강 방법에 있어서,

계획된 단계별 깊이로 굴착 예정 지반을 굴착하는 굴착 단계(S100);

상기 굴착면에 지보재(40)를 설치하고, 지보재의 고정홈 또는 고정홀에 원형 안내관이 안착되어 고정되도록 전술한 일 측면에 따른 터널 굴착면 보강구조체를 굴착면에 설치하는 보강구조체 설치 단계(S200);

상기 지보재(40)는 매립되고 원형 안내관의 선단 일부는 터널 안쪽으로 노출될 수 있는 두께로 상기 굴착면에 숏크리트(50)를 타설하여 굴착면을 보강하고 정리하는 숏크리트 타설 단계(S300);

상기 원형 안내관을 통해 굴착 예정 지반의 천공지점까지 천공비트를 진입시켜 이미 굴착된 지반의 굴착단면으로부터 굴착 예정 지반 상부를 향하여 상향 경사지게 천공홀(H)을 형성하는 천공 단계(S400);

상기 천공홀(H)에 강관 보강재(20)를 삽입하고 가압 그라우팅을 통해 강관 보강재(20)를 천공홀(H)에 정착시키고 공벽을 보강하는 그라우팅 단계(S500);로 이루어지는 터널 보강 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 측면에서 천공과 동시에 천공홀(H)에 강관 보강재(20)를 밀어 넣는 직천공방식으로 상기 천공홀(H)에 강관 보강재(20)를 삽입할 수 있다.

본 발명의 다른 측면의 상기 그라우팅 단계(S500)에서는, 길이를 달리하는 복수 개의 그라우트호스(26)와 공기 배출용 에어밴트호스(28)를 이용하여 동시 가압 그라우팅하거나, 수축/팽창 가능한 패커가 달린 그라우트호스를 천공홀(H) 선단에서부터 단계적으로 천공홀(H) 입구 측으로 이동시키는 다단 가압 그라우팅 방식으로 그라우팅이 행해질 수 있다.

또한, 계획된 단계별 깊이로 터널 입구에서부터 첫 번째 굴착 예정 지반 굴착 후 상기 터널의 입구 전방에 복수의 지보재를 추가 설치하고, 추가 설치된 지보재와 지보재 사이에 철근 또는 와이어 메쉬를 배근하고 콘크리트 또는 숏크리트를 타설하여 터널 입구에 갱구부를 형성하는 갱구부 형성 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 보강구조체 설치 단계(S200)에서는, 상기 지보재의 위치에 대응되는 터널 바닥 모서리에 터널 바닥에서부터 지면 아래쪽으로 하향 보강재를 설치하고, 상기 하향 보강재의 상단부에 지보재 하단부를 결속시켜 지보재를 고정시킴으로써, 지보재가 안정적으로 터널 바닥 측에 지지되고 고정되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 굴착 단계(S100)단계에서는 직전에 굴착된 굴착면에 비해 굴착 반경을 10 내지 20㎝ 크게 굴착 예정 지반을 굴착하고, 상기 보강구조체 설치 단계(S200)에서는 직전의 지보재에 비해 반경이 10 내지 20㎝ 큰 지보재를 사용하여 굴착면을 보강하고, 상기 지보재의 내측 주면의 고정홈에 원형 안내관의 외측 주면 일부가 접하도록 결속시킬 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 의한 터널 굴착면 보강구조체에 따르면, 천공비트의 진입을 안내하고 천공비트의 이탈을 막는 원형 안내관이 지보재에 결착되고, 원형 안내관의 일부가 지보재와 함께 숏크리트 내에 매립됨으로써, 정확한 천공 지점에 정확한 천공 각도로 천공홀을 형성시킬 수 있으며, 이에 따라 시방서에서 요구되는 강관 보강재 설치 각도(15° 이하)로 터널 굴착면 상부 지반에 대한 강관 보강이 수행될 수 있다.

또한, 지반 상태에 따라 지보재와 인접 지보재 사이의 거리가 짧게 형성되더라도 지보재(강지보)의 내/외측 주면(또는 림부)에 형성되는 고정홈(고정홀)으로 인하여 선행 지보재와 원형 안내관 사이의 간섭을 회피할 수 있어 시공의 용이함을 도모할 수 있고, 강관 보강재가 원형 안내관을 따라 이동되어 지보재에 지지를 받아 구조적인 안정을 도모할 수 있는 정해진 위치에 정확하게 설치될 수 있는 장점이 있다.

또한, 강관 보강재가 원형 안내관에 의해 계획된 위치까지 삽입될 수 있기 때문에, 가압 그라우팅으로 강관 보강재를 천공홀에 정착시킨 후 굴착 예정 지반을 굴착하더라도 강관 보강재가 숏크리트 밖으로 노출되지 않기 때문에 종래 기술과 같이 굴착 과정 중 노출되는 강관 보강재의 일부를 절단해야 하는 부가적인 작업을 생략할 수 있고, 설계 요구 값보다 강관 보강재가 짧아지는 문제 또한 해소될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 의한 터널 보강 방법에 의하면, 굴착 예정 지반에 도달하기 전에 강관 보강재 설치를 위한 천공 지점을 앞당겨 천공하고 강관 그라우팅을 먼저 수행한 후 굴착 예정 지반까지 단계별 굴착을 실시함으로써, 표준 설계 시방서에서 요구되는 강관 보강재 설치 각도(15° 이하)로 터널 굴착면 상부 지반에 대한 강관 보강이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 터널 굴착면 보강구조체의 정면도.
도 2는 도 1에 도시된 터널 굴착면 보강구조체의 측면도.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 지보재의 다양한 실시 예를 도시한 도면.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 원형 안내관의 다양한 실시 예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 측면에 따른 터널 굴착면 보강구조체의 다양한 시공 예를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 다른 측면에 따른 터널 보강 방법의 블록도.
도 7 내지 도 13은 터널 보강 방법의 단계별 시공 상세도.
도 14는 터널 입구 갱구부를 예시한 도면.
도 15는 하향 보강재를 이용하여 지보재 하단부를 터널 바닥 측에 고정시키는 모습을 나타낸 본 발명의 다른 측면에 따른 터널 보강 방법의 바람직한 다른 실시 예를 예시한 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

첨부도면을 참조하여 본 발명의 일 측면에 따른 터널 굴착면 보강구조체의 구성에 대해 먼저 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 터널 굴착면 보강구조체의 정면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 터널 굴착면 보강구조체의 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 터널 굴착면 보강구조체(1)는 터널 보강을 위해 굴착면에 설치되는 구조체로서 크게, 터널의 굴착 단면 모양에 대응되는 형상, 바람직하게는 아치형으로 형성되어 상기 굴착면에 설치되는 지보재(10)와, 지보재(10)에 결속되어 천공장비의 천공비트 및 강관 보강재(20)가 정해진 지점에 위치할 수 있도록 안내하는 원형 안내관(12)으로 구성된다.

지보재(10)는 굴착된 막장 자유면(굴착면)의 변형을 막기 위해 굴착 즉시 설치되는 가설재이다. 지보재(10)는 H빔 또는 각형 단면의 강재(steel material)로 이루어질 수 있으며, 터널의 단면 모양에 대응되는 형상, 바람직하게는 아치형으로 형성될 수 있다. 지보재(10)는 원호방향으로 연속되는 일체형 구조일 수 있으며, 곡선상의 단위 지보재를 서로 연결하여 하나의 지보재를 형성시킨 조립식 구성일 수도 있다.

도 3에는 도 1 및 도 2에 도시된 지보재의 다양한 실시 예가 예시되어 있다.

도 3에 예시된 바와 같이, 지보재(10)에는 상기 원형 안내관(12)이 설치되는 홈 또는 홀이 형성될 수 있다. 바람직하게는, 굴착면과 마주하는 외측 주면(도 3의 (A))이나 반대편 내측 주면(도 3의 (B)), 또는 외측 주면과 내측 주면 사이의 림부(도 3의 (C))에 지보재(10) 길이방향으로 일정 간격에 걸쳐 원호형의 고정홈(102 또는 104) 또는 원형의 고정홀(106)이 형성될 수 있다.

하나의 지보재(10)에 고정홈(102, 104)과 고정홀(106)이 모두 형성되거나, 내측 주면과 외측 주면 각각에 고정홈(102, 104)이 형성된 구성 또는 주면(외측 주면 또는 내측 주면)과 림부에 고정홈(102 또는 104)과 고정홀(106)이 하나씩 형성될 수도 있다. 이 경우 고정홈(102)과 고정홈(104) 또는 고정홈(102 또는 104)과 고정홀(106)은 지보재(10)의 반경 방향(터널경 방향)에 대해 동일 선상에 위치하도록 형성될 수 있다.

고정홈(102 또는 104) 또는 고정홀(106)은 상기 원형 안내관(12)이 지보재(10)의 원호방향에 대해 유동 없이 안정적으로 안착될 수 있도록 안착면을 제공한다. 또한 지질 또는 지반 상태에 따라 지보재(10)와 지보재(10) 사이의 거리가 짧게 설계될 경우, 선행 지보재(10)와의 간섭 발생 없이 시방서에서 요구되는 강관 보강재(20) 설치 각도로 강관 보강을 위한 천공 작업이 이루어질 수 있도록 천공 각도를 확보함에 있어 중요한 역할을 한다.

고정홈(102, 104) 또는 고정홀(106)이 없다면 굴착 방향으로 상향 경사지게 천공을 행함에 있어 선행 지보재(10)와 후행 지보재(10) 사이의 거리가 짧을 경우, 선행 지보재(10)와 천공장비의 드릴링 로드 간 간섭이 생겨 설계에서 요구되는 각도(약 15 이하, θ)로 천공홀을 뚫을 수가 없기 때문이다. 상기 고정홈(102, 104)(또는 고정홀(106))은 상기 원형 안내관(12)의 외측 주면에 대응되는 곡률을 가진 곡선상의 원호 또는 원으로 형성될 수 있다.

고정홈(102)(또는 고정홀)의 상기 원형 안내관(12)이 접하는 면은 도 3의 요부 확대도와 같이, 터널의 굴착 방향으로 상향 경사지게 형성될 수 있다. 바람직하게는, 고정홈(102)(또는 고정홀)의 상기 원형 안내관(12)이 접하는 면은 터널 바닥면과 평행한 횡축선(L1)에 대하여 터널 굴착 방향으로 15° 이하(바람직하게는, 5° 내지 15°)의 각도로 상향 경사지게 형성될 수 있다.

원형 안내관(12)은 굴착 예정된 터널 굴착면 상부 지반을 강관 보강재(20, 도 12 참조)로 미리 보강한 후 계획된 깊이로 터널을 굴착함에 있어 선행되는 천공 작업 시 천공방향을 설정하고 천공 시작점까지 천공비트의 이동을 안내하는 역할을 한다. 원형 안내관(12)은 금속 또는 합성수지 재질의 중공관 구조로서, 외측 주면의 일부가 상기 지보재(10)의 고정홈(102) 또는 고정홀(106)에 접하도록 상기 지보재(10)에 결속될 수 있다.

원형 안내관(12)은 바람직하게, 일측의 개구가 터널 입구를 향하고 반대편 타측 개구는 굴착 예정 지반의 상부를 향하도록 상기 고정홈(102) 또는 고정홀(106) 상에 터널의 굴착 방향으로 상향 경사지게 설치될 수 있다(도 2 참조). 구체적으로는, 터널 바닥면과 평행한 횡축선에 대하여 터널 굴착 방향으로 15° 이하(바람직하게는, 5° 내지 15°)의 각도로 상향 경사지게 상기 지보재(10) 상에 고정될 수 있다.

도 4에는 도 1 및 도 2에 도시된 원형 안내관의 다양한 실시 예가 예시되어 있다.

도 4를 참조하면, 원형 안내관(12)은 고정관부(12b)와 유도관부(12a)로 구성될 수 있다. 고정관부(12b)는 상기 지보재(10)의 고정홈(102) 또는 고정홀(106) 상에 고정되며, 지보재(10)가 매립될 수 있는 두께로 굴착면에 타설되는 숏크리트(50)에 의해 상기 지보재(10)와 함께 숏크리트 내에 매립된다. 그리고 유도관부(12a)는 상기 고정관부(12b)로부터 터널 입구를 향하여 연장되고, 상기 숏크리트 타설 후 숏크리트 면 밖으로 일측의 개구부가 노출되도록 설치된다.

고정관부(12b)와 유도관부(12a)는 환형(環形)의 커플러(coupler)를 통해 동축 배치를 이루도록 서로 연결되어 하나의 원형 안내관(12)을 이루거나, 한쪽 관부에 다른 한쪽 관부의 일부가 삽입되거나 나사 체결되는 나사 결합 방식으로 서로 연결된 구성일 수 있다. 고정관부(12b)는 상기 지보재(10)의 고정홈(102) 또는 고정홀(106)에 원형 안내관(12)이 U자형 볼트, U자형 클램프, 용접과 같은 결속수단 또는 결속방법으로 고정될 수 있다.

또한, 유도관부(12a)를 고정관부(12b)로부터 분리 가능한 원형 또는 다각 기둥모양의 블록(Block) 형태로 구성하고, 숏크리트(50) 타설 후 고정관부(12b)로부터 분리시켜 제거함으로써, 유도관부(12a)가 있던 자리에 천공장비가 진입할 수 있는 중공부가 형성되도록 하고, 상기 중공부를 통해 고정관부(12b)까지 천공장비가 안정적으로 진입하도록 구성할 수도 있다.

유도관부(12a)의 외측 주면에는 숏크리트 타설 시 그 타설 두께에 따라 상기 숏크리트 면 밖으로 노출되는 일부를 쉽게 제거할 수 있도록, 원호방향으로 연속되거나 단속(斷續)적으로 형성되는 파단부(120), 예컨대 노치(notch)가 1개 이상 형성될 수 있으며, 고정관부(12b)와 유도관부(12a)의 외측 주면에는 상기 숏크리트(50)와의 접촉면적을 증대시켜 숏크리트(50) 내에 안정적으로 고정될 수 있도록 마찰력 증대부(미도시)가 형성될 수 있다.

마찰력 증대부는 예시하지는 않았으나, 상기 고정관부(12b)와 유도관부(12a) 표면을 소정의 깊이로 규칙 또는 불규칙적으로 절삭 가공하여 형성되는 홈 또는 고정관부(12b)와 유도관부(12a) 표면에 소정의 높이로 규칙 또는 불규칙한 간격으로 형성되는 돌기에 의해 구현될 수 있다. 또한 고정관부(12b)와 유도관부(12a) 표면에 부착되는 불규칙한 표면 모폴로지(morphology)를 갖는 부착물에 의해 구현될 수 있다.

도 5에는 본 발명의 일 측면에 따른 터널 굴착면 보강구조체의 다양한 시공 예가 도시되어 있다.

굴착 대상부의 지질 또는 지반 상태에 따라 지보재(10)와 지보재(10) 사이의 거리는 대략 0.5m ~ 1.2m 범위 내에서 유동적으로 설계될 수 있다. 도 5의 (A)는 지질 또는 지반 상태가 무르거나 양호하지 못해 지보재(10)와 지보재(10) 사이의 거리를 최대한 짧게 할 경우 보강구조체의 시공 예시도이며, 도 5의 (B)는 지질 또는 지반 상태가 충분히 단단한 경우 보강구조체의 시공 예시도를 나타내고 있다.

도 5의 (A)와 같이 지질 또는 지반 상태가 무르거나 양호하지 못해 지보재(10)와 지보재(10) 사이의 거리가 짧게 설계될 경우에는, 선행 지보재(10)와의 간섭 발생 없이 설계상 요구되는 강관 보강재 설치 각도로 천공 작업이 이루어질 수 있도록, 원형 안내관(12)의 일측은 후행 지보재(10-2)의 외측 주면의 고정홈(102)에 고정시키고 타측은 선행 지보재(10-1)의 내측 주면의 고정홈(104)에 고정시키는 형태의 시공으로 요구 천공 각도를 만족시킬 수 있다.

지질 또는 지반 상태가 충분히 단단한 경우에는 지보재(10)와 지보재(10) 사이의 거리를 제한된 범위(대략 0.5m ~ 1.2m) 내에서 최대한 길게 할 수 있기 때문에, 도 5의 (B)와 같이 원형 안내관(12)의 일측을 후행 지보재(10-2)의 외측 주면 고정홈(102) 또는 림부의 고정홀(106)을 통과하도록 하는 형태의 시공만으로 시방서가 요구하는 천공 각도로 원형 안내관(12)을 기울어지게 배치시킬 수 있다.

전술한 일 측면에 따른 터널 굴착면 보강구조체를 이용하여 수행되는 터널 보강 방법에 대해 살펴보기로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 터널 보강 방법은, 굴착이 예정된 터널 굴착면 상부를 강관 보강재를 이용한 강관 그라우팅으로 미리 보강한 뒤 계획된 깊이로 터널을 굴착하고, 굴착면에 강지보 설치 및 숏크리트를 타설하여 터널을 보강하되, 굴착 예정 지반을 강관 그라우팅으로 미리 보강함에 있어 설계 안에서 제시하는 강관 설치 각도(대략 5°~ 15°)를 만족시킬 수 있는 방법을 제안한다.

도 6은 본 발명의 다른 측면에 따른 터널 보강 방법의 블록도이다. 이를 참조하여 터널 보강 방법을 이용한 보강 과정에 대해 개략적으로 먼저 살펴보기로 한다.

도 6를 참조하면, 본 발명에 따른 터널 보강 방법은 크게, 계획된 단계별 깊이로 굴착 예정 지반(A)을 굴착하는 굴착 단계(S100), 굴착면을 전술한 터널 굴착면 보강구조체 및 숏크리트를 이용하여 보강하고 안정화시키는 보강구조체 설치 단계(S200) 및 숏크리트 타설 단계(S300), 그리고 굴착 전인 굴착 예정 상부 지반을 강관 보강재(20)로 보강하는 천공 단계(S400)와 그라우팅 단계(S500)를 포함한다.

굴착 단계(S100)는 계획된 깊이로 굴착 예정 지반(A)을 굴착한다. 이때 굴착 대상부의 상부 지반은 앞선 시공에서 이미 강관 보강재(20)를 통해 보강이 완료된 상태이며, 이 상태에서 계획된 깊이로 굴착 예정 지반(A)을 굴착하게 된다. 계획된 굴착 깊이는 지질, 지반 상태, 그리고 상부 지반 하중을 고려한 설계를 통해 도출되며, 굴착에는 화약 굴착 또는 굴착전문장비를 이용한 굴착 등 공지의 모든 방법이 사용될 수 있다.

보강구조체 설치 단계(S200)에서는 굴착을 통해 계획된 깊이와 모양으로 굴착이 완료된 후 굴착면에 지보재(10)와 원형 안내관(12)으로 구성된 보강구조체를 설치하여 굴착면의 변형을 막고 구조 강성을 보강하는 단계이며, 숏크리트 타설 단계(S300)는 지보재(10)와 원형 안내관(12)의 일부를 제외한 나머지 부분이 매립될 수 있는 두께로 숏크리트(50)를 타설하여 원지반의 이완을 막고 굴착면을 보강하는 단계이다.

보강구조체 설치 단계(S200)를 전후하여 후술하게 될 강관 보강재(20)가 설치되지 않는 굴착면 측부와 하부에 굴착면의 법선 방향으로 보강재(도시 생략), 예를 들어 락볼트, 타이볼트, 네일, 앙카, 강관, 그라우팅 등을 이용하여 굴착면을 보강하고 안정화하는 보강재 설치 단계가 더 포함될 수 있는데, 지반이 연약한 경우 이러한 보강재 설치 단계는 필수적으로 추가된다.

천공 단계(S400)에서는 이미 굴착이 행해진 터널 굴착면으로부터 굴착 예정부의 상부 지반를 향하여 상향 경사지게 천공홀(H)을 뚫는 작업이 수행된다. 천공에는 점보 드릴이나 크롤러 드릴과 같은 공지의 천공장비(110)가 이용될 수 있으며, 이때 천공과 함께 강관 보강재(20)를 밀어 넣은 직천공 방식을 이용하면 천공 후 강관 보강재(20)를 추가적으로 삽입하는 과정이 생략될 수 있다.

천공홀(H)을 천공함에 있어서는 설계 안에서 제시하는 강관 설치 각도 맞춰 지보재(10) 상에 경사 설치된 상기 원형 안내관(12)을 따라 천공장비(110)의 드릴비트(112)를 천공 시작점까지 이동시키고, 드릴비트(112)가 지보재(10)의 지지를 받는 상기 원형 안내관(12)에 둘러싸여 상하좌우 이동이 제한되도록 한 상태로 상기 드릴비트(112)를 회전시켜 계획된 깊이와 각도로 천공을 한다.

즉 드릴비트(112)가 상기 원형 안내관(12)을 따라 이동됨으로써, 계획된 천공 시작점에 정확하게 위치될 수 있으며, 원형 안내관(12)에 둘러싸여 상하좌우 이동이 제한된 상태로 회전을 하기 때문에 드릴비트(112)가 천공과정에서 계획된 위치로부터 벗어나거나 각도가 틀어지지 않고 원형 안내관(12)을 통해 설정된 각도(설계 안에서 제시하는 강관 보강재(20) 설치 각도(약 5°~15°)로 정확하게 천공이 행해질 수 있다.

그라우팅 단계(S500)는 천공이 마무리 된 후 천공홀(H)에 강관 보강재(20)를 삽입하고 그라우팅하여 강관 보강재(20)를 천공홀(H)에 정착시키고 공벽을 보강하여 굴착 예정 상부 지반을 보강하는 단계이다(도 11 및 도 12 참조). 물론 천공과 함께 강관 보강재(20)의 삽입이 동시에 진행되는 직천공 방식으로 천공하는 경우에는 그라우팅 단계에서 강관 보강재(20)를 천공홀(H)에 삽입하는 과정이 생략될 수 있다.

강관 보강재(20)는 천공홀(H)의 정해진 위치까지 삽입된 후 그라우팅을 통해 고정될 수 있다. 바람직하게는, 강관 보강재(20)의 일측 선단부가 지보재(10)와 원형 안내관(12)이 결착되는 부분에 위치하도록 강관 보강재(20)를 삽입한 후 그라우팅을 실시한다. 이 경우 강관 보강재(20)의 선단부를 지보재(10)가 떠받치면서 강관 보강재(20)가 원형 안내관(12)을 매개로 지보재(10)와 일체화되는 구조를 이루기 때문에 구조적으로 매우 안정적일 수 밖에 없다.

강관 보강재(20) 삽입 후 그라우팅을 수행함에 있어서는 길이를 달리하는 복수 개의 그라우트호스와 강관 내부 공간을 분할 구획하는 간격재, 공기 배출용 에어밴트호스 등을 이용한 동시 가압 그라우팅 또는 수축/팽창 가능한 패커가 달린 그라우트호스를 천공홀(H) 제일 깊은 곳에서부터 단계적으로 천공홀(H) 입구 측으로 이동시키면서 그라우팅 하는 공지의 다단 가압 그라우팅 방식을 사용할 수 있다.

한편, 강관 그라우팅을 통해 굴착 대상부 상부 지반에 대한 보강작업이 완료되면, 숏크리트 면 외측으로 노출된 원형 안내관(12)의 일부를 제거한 후 숏크리트로 마무리하여 숏크리트 면이 매끄럽게 정리될 수 있도록 한다. 유도관부에 파단부(도 4 참조)가 형성된 구성의 원형 안내관(12)을 사용할 경우 숏크리트 면 외측으로 노출된 부분을 쉽게 제거할 수 있다.

이하 도 7 내지 도 13의 단계별 시공 상세도를 참조하여 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 7과 같이 계획된 깊이로 굴착 예정 지반(A)을 굴착한다(S100). 굴착 대상부의 상부 지반은 앞선 시공에서 이미 강관 보강재(20)를 통해 보강이 완료된 상태이며, 이 상태에서 계획된 깊이로 굴착 예정 지반(A)을 굴착하게 된다. 굴착 깊이는 지질, 지반 상태, 그리고 상부 지반 하중을 고려한 설계를 통해 도출되며, 굴착에는 화약 굴착 또는 굴착전문장비를 이용한 굴착 등 공지의 모든 방법이 사용될 수 있다.

굴착을 통해 계획된 깊이와 모양으로 굴착이 완료되면, 도 8과 같이 굴착면에 지보재(10)와 원형 안내관(12)으로 구성된 보강구조체(1)를 설치하여 굴착면의 변형을 막고 구조 강성을 보강한다(S200). 그리고 도 9와 같이 지보재(10)와 원형 안내관(12)의 일부를 제외한 나머지 부분이 매립될 수 있는 두께로 숏크리트(50)를 타설하여 원지반의 이완을 막고 굴착면을 보강한다(S300).

숏크리트(50) 타설 전 상기 보강구조체(1)의 설치를 전후하여 강관 보강재(20)가 설치되지 않는 굴착면 측부와 하부에 굴착면의 법선 방향으로 보강재(도시 생략), 예를 들어 락볼트, 타이볼트, 네일, 앙카, 강관, 그라우팅 등을 이용하여 굴착면을 더욱 보강하는 과정이 추가될 수 있다(도시 생략). 이 과정은 지반 상태에 따라 생략 가능하지만, 연약지반인 경우에는 필수적으로 적용된다.

도 10은 다른 실시 예로서, S100단계에서 직전에 굴착된 굴착면에 비해 굴착 반경(R)을 10 내지 20㎝ 크게 굴착 예정 지반(A)을 굴착하고, S200단계에서 직전의 지보재(10-1)에 비해 반경이 10 내지 20㎝ 큰 지보재(10-2)를 사용하여 굴착면을 보강한 후 상기 지보재(10-2)의 내측 주면의 고정홈에 원형 안내관(12)의 외측 주면 일부가 접하도록 결속시킨 상태로 굴착면에 대한 보강이 행해질 수도 있다.

계속해서, 숏크리트(50)가 충분히 양생된 후 도 11과 같이 굴착 예정부의 상부 지반를 향하여 상향 경사지게 천공홀(H)을 뚫게 된다(S400). 천공에는 점보 드릴이나 크롤러 드릴과 같은 공지의 천공장비(110)가 이용될 수 있으며, 이때 천공과 함께 강관 보강재(20)를 밀어 넣은 직천공 방식을 이용하면 천공 후 강관 보강재(20)를 추가적으로 삽입하는 과정이 생략될 수 있다.

천공홀(H)을 형성함에 있어서는 설계 안에서 제시하는 강관 설치 각도 맞춰 지보재(10) 상에 경사 설치된 상기 원형 안내관(12)을 따라 천공장비(110)의 드릴비트(112)를 천공 시작점까지 이동시키고, 드릴비트(112)가 지보재(10)의 지지를 받는 상기 원형 안내관(12)에 둘러싸여 상하좌우 이동이 제한되도록 한 상태로 상기 드릴비트(112)를 회전시켜 계획된 깊이와 각도로 천공을 한다.

드릴비트(112)가 상기 원형 안내관(12)을 따라 이동됨으로써 계획된 천공 시작점에 정확하게 위치될 수 있으며, 원형 안내관(12)에 둘러싸여 상하좌우 이동이 제한이 상태로 회전을 하기 때문에 드릴비트(112)가 천공과정에서 계획된 위치로부터 벗어나거나 각도가 틀어지지 않고 원형 안내관(12)을 통해 설정된 각도(설계 안에서 제시하는 강관 보강재(20) 설치 각도(약 5°~15°)로 정확한 천공이 이루어질 수 있다.

천공 작업이 마무리 되면, 도 12 및 도 13과 같이 천공홀(H)에 강관 보강재(20)를 삽입하고 그라우팅하여 강관 보강재(20)를 천공홀(H)에 정착시키고 공벽을 보강하여 굴착 예정 상부 지반을 보강한다(S500). 물론 천공과 함께 강관 보강재(20)의 삽입이 동시에 이루어지는 직천공 방식으로 천공하는 경우에는 그라우팅 단계에서 강관 보강재(20)를 천공홀(H)에 삽입하는 과정이 생략될 수 있다.

S500 단계에서는 강관 보강재(20)를 원형 안내관(12)을 통해 천공홀(H)의 정해진 위치까지 밀어 넣은 후 그라우팅으로 천공홀(H)에 정착시킨다. 바람직하게는, 강관 보강재(20)의 일측 선단부가 지보재(10-2) 상에 위치하는 위치까지 강관 보강재(20)를 밀어 넣은 후 강관 보강재(20)의 내/외부에 그라우트재가 채워지도록 가압 그라우팅을 통해 굴착 예정 상부 지반을 보강한다.

강관 보강재(20)의 선단부를 지보재(10) 상에 위치시킨 상태로 그라우팅을 실시하면, 지보재(10)가 강관 보강재(20)를 떠받치면서 원형 안내관(12) 내에 채워지는 그라우트재와 원형 안내관(12)을 매개로 지보재(10)와 상기 강관 보강재(20)가 일체화되는 구조를 이룸에 따라 구조적으로 매우 안정되며, 이때 사용되는 강관 보강재(20)로는 강성이 강한 재질의 중공관이 바람직하다. 물론 토목섬유, 강봉, 네일, H형강, FRP 등으로 대체되거나 이들과 함께 병행하여 사용될 수 있다.

강관 보강재(20) 삽입 후 그라우팅을 수행함에 있어서는, 길이를 달리하는 복수 개의 그라우트호스와 강관 내부 공간을 분할 구획하는 간격재, 공기 배출용 에어밴트호스 등을 이용한 동시 가압 그라우팅 또는 수축/팽창 가능한 패커가 달린 그라우트호스를 천공홀(H) 제일 깊은 곳에서부터 단계적으로 천공홀(H) 입구 측으로 이동시키면서 그라우팅 하는 공지의 다단 가압 그라우팅 방식을 사용할 수 있다.

동시 가압 그라우팅으로 그라우팅을 할 경우 준비단계로서 도 13과 같이, 그라우트호스(26)와 에어밴트호스(28)를 강관 보강재(20) 내에 설치한다. 이때 그라우트호스(26)는 길이가 다른 복수로 구비될 수 있으며, 각 그라우트호스(26)의 주입단이 간격재(27)에 의해 구획되는 강관 보강재(20) 내부의 서로 다른 영역에 위치하도록 상기 간격재(27)를 이용하여 강관 보강재(20)의 내부 공간이 분할되도록 할 수도 있다.

그라우트호스(26)와 에어밴트호스(28)를 설치한 다음에는, 그라우트호스(26) 및 에어밴트호스(28)와 원형 안내관(12) 사이의 원형 안내관(12) 입구를 적절한 수단으로 밀폐한다.

원형 안내관(12) 입구 밀폐에 있어서는, 급결제(29)나 발포제, 외부 압력으로 팽창하여 둘레면이 원형 안내관(12)의 입구 측 내측 주면에 밀착됨으로써 상기 입구를 차단하는 코킹주머니, 그라우트호스와 에어밴트호스가 중간에 꺾이지 않고 강관 보강재(20) 측으로 연장되도록 안내하는 복수의 관통홀이 형성된 관형 어댑터를 상기 코킹주머니와 함께 이용하는 방법 과 원형 안내관 입구에 복수개의 관통구가 형성된 뚜껑을 설치하는 방법 등이 고려될 수 있다.

원형 안내관(12) 밖으로 연장된 그라우트호스(26)는 터널 내에 마련되는 그라우트 펌프(미도시)에 연결하고, 원형 안내관(12) 밖의 에어밴트호스(28)에 마련되는 에어밴트밸브(미도시)를 개방시킴으로써 그라우팅 준비가 마무리 된다. 이후 그라우트 펌프에 연결된 그라우트호스(26)를 통하여 강관 보강재(20) 내부 및 강관 보강재(20)와 천공홀(H) 공벽 사이에 그라우트재를 채우는 그라우팅을 실시한다.

강관 보강재(20) 내부 및 천공홀(H)에 그라우트재(290)가 채워지면서 그 공간에 존재하던 공기는 자연스럽게 에어밴트호스(28)를 통해 천공홀(H) 밖으로 배출될 수 있으며, 천공홀(H)과 강관 보강재(20) 내에 그라우트재가 충분히 채워져 에어밴트호스(28)를 통해 그라우트재가 분출되면, 에어밴트밸브를 닫고 그라우트재(290)가 지반 속까지 균일한 압력으로 채워질 수 있도록 가압 그라우팅을 실시한다.

천공홀(H)과 강관 보강재(20)는 밀폐된 상태이기 때문에 만약 에어밴트호스(28) 없이 그라우트재(290)를 채우면, 그라우트재(290)가 채워지지 않는 동공부가 천공홀(H) 곳곳에 형성되어 그라우트의 품질 저하가 발생될 수 있다. 즉 그라우팅을 통해 지반 보강을 하더라도 그 보강부가 지반 하중을 견뎌낼 수 있을 정도의 충분한 강성을 가지지 못하게 되기 때문에 에어밴트호스(28)를 반드시 사용한다.

가압 그라우팅이 완료되면, 그라우트호스를 폐합하고 펌프와 분리한 후 그라우트재가 충분히 양생되도록 하며, 그라우트재(290)가 충분히 양생되면 굴착단면에서부터 계획된 깊이로 다음 단 굴착 예정 지반(B)을 굴착하고 굴착 예정 지반(B)에 대한 보강을 반복한다. 즉 전술한 S100단계에서 S500단계를 순서대로 반복하면서 터널 굴착과 굴착 주변부 지반을 보강하는 것이다.

한편, 계획된 단계별 깊이로 터널 입구에서부터 첫 번째 굴착 예정 지반을 굴착하고 보강한 후에, 도 14의 예시와 같이 상기 터널의 입구 전방에 복수의 지보재(10A, 10B)를 추가 설치하고, 추가 설치된 지보재(10A)와 지보재(10B) 사이에 철근 또는 와이어 메쉬(15)를 배근하고 콘크리트 또는 숏크리트를 타설하여 터널 입구에 갱구부(2)를 형성하는 갱구부 형성 단계가 더 포함될 수 있다.

또한, 굴착면에 보강구조체(1)를 설치하는 S200단계에서는, 도 15에 예시된 바와 같이, 터널 굴착면에 터널경 방향으로 설치되는 전술한 지보재(10) 위치에 대응되는 터널 바닥 모서리에 터널 바닥에서부터 지면 아래쪽으로 하향 보강재(30)를 설치하고, 상기 하향 보강재(30)의 상단부에 지보재(10) 하단부를 결속시켜 지보재(10)를 고정시킴으로써, 지보재(10)가 안정적으로 터널 바닥 측에 지지되고 고정되도록 할 수도 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 터널 굴착면 보강구조체 10 : 지보재
12 : 원형 안내관 20: 강관 보강재
22: 주 보강재 24: 보조 보강재
26: 그라우트호스 27: 간격재
28: 에어밴트호스 29: 급결제
40: 강지보 45: 지보재
50: 숏크리트
102, 104 : 고정홈 106 : 고정홀
120 : 파단부

Claims

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굴착 예정된 터널 굴착면 상부를 강관 보강재(20)로 미리 보강한 후 계획된 깊이로 터널을 굴착하며, 굴착면에 지보재(40)를 설치하고 숏크리트(50)를 타설하여 터널을 보강하는 터널 보강 방법에 있어서,
계획된 단계별 깊이로 굴착 예정 지반(A)을 굴착하는 굴착 단계(S100);
상기 굴착면에 지보재(10)를 설치하고, 지보재(10)의 고정홈 또는 고정홀에 원형 안내관(12)이 안착되어 고정되도록 터널 굴착면 보강구조체(1)를 굴착면에 설치하는 보강구조체 설치 단계(S200);
상기 지보재(40)는 매립되고 원형 안내관(12)의 선단 일부만이 터널 안쪽으로 노출될 수 있는 두께로 상기 굴착면에 숏크리트(50)를 타설하여 굴착면을 보강하고 정리하는 숏크리트 타설 단계(S300);
상기 원형 안내관(12)을 통해 굴착 예정 지반의 천공지점까지 천공비트(112)를 진입시켜 굴착 예정 지반(B) 상부를 향하여 상향 경사지게 천공홀(H)을 형성하는 천공 단계(S400);
상기 천공홀(H)에 강관 보강재(20)를 삽입하고 가압 그라우팅을 통해 강관 보강재(20)를 천공홀(H)에 정착시키고 공벽을 보강하는 그라우팅 단계(S500);를 포함하며,
상기 보강구조체 설치 단계(S200)에서는, 상기 지보재(10)의 위치에 대응되는 터널 바닥 모서리에 터널 바닥에서부터 지면 아래쪽으로 하향 보강재(30)를 설치하고, 상기 하향 보강재(30)의 상단부에 지보재(10) 하단부를 결속시켜 지보재(10)가 고정되도록 하는 것을 특징으로 하는 터널 보강 방법.
제 8 항에 있어서,
천공과 동시에 천공홀(H)에 강관 보강재(20)를 밀어 넣는 직천공방식으로 상기 천공홀(H)에 강관 보강재(20)를 삽입하는 것을 특징으로 하는 터널 보강 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 그라우팅 단계(S500)에서는,
길이를 달리하는 복수 개의 그라우트호스(26)와 공기 배출용 에어밴트호스(28)를 이용하여 동시 가압 그라우팅하거나, 수축/팽창 가능한 패커가 달린 그라우트호스를 천공홀(H) 선단에서부터 단계적으로 천공홀(H) 입구 측으로 이동시키는 다단 가압 그라우팅 방식으로 그라우팅을 실시하는 것을 특징으로 하는 터널 보강 방법.
제 8 항에 있어서,
계획된 단계별 깊이로 터널 입구에서부터 첫 번째 굴착 예정 지반 굴착 후 상기 터널의 입구 전방에 복수의 지보재(10A, 10B)를 추가 설치하고, 추가 설치된 지보재(10A)와 지보재(10B) 사이에 철근 또는 와이어 메쉬(15)를 배근하고 콘크리트 또는 숏크리트를 타설하여 터널 입구에 갱구부(2)를 형성하는 갱구부 형성 단계;를 더 포함하는 터널 보강 방법.
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제 8 항에 있어서,
상기 굴착 단계(S100)단계에서는 직전에 굴착된 굴착면에 비해 굴착 반경을 10 내지 20㎝ 크게 굴착 예정 지반을 굴착하고,
상기 보강구조체 설치 단계(S200)에서는 직전의 지보재(10-1)에 비해 반경이 10 내지 20㎝ 큰 지보재(10-2)를 사용하여 굴착면을 보강하고, 상기 지보재(10-2)의 내측 주면의 고정홈에 원형 안내관(12)의 외측 주면 일부가 접하도록 결속시키는 것을 특징으로 하는 터널 보강 방법.