KR101804474B1

KR101804474B1 - 세미쉴드 공법의 시공방법

Info

Publication number: KR101804474B1
Application number: KR1020170013527A
Authority: KR
Inventors: 조광래
Original assignee: 주식회사 하이제트이엔지
Priority date: 2017-01-31
Filing date: 2017-01-31
Publication date: 2017-12-14

Abstract

본 발명은 세미쉴드 공법의 시공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 세미쉴드 공법에 의한 굴착 작업시 작업구의 외부에서 굴착기와 추진관의 내부에 추진장치를 끼워 작업구로 투입하고 추진장치의 추진잭을 작업구의 내벽에 설치한 반력벽에 체결한 상태에서 추진잭이 반력벽을 밀어내는 역추진력을 이용하여 굴착기와 추진관을 굴착공의 내부로 압입함으로써 도심 등 작업공간이 작은 장소에서 터널 굴착 작업시 굴착작업을 가능하게 하는 세미쉴드 공법의 시공방법에 관한 것이다.

Description

세미쉴드 공법의 시공방법{Construction method of semi-shield method}

일반적으로 세미쉴드공법은 지하철이나 도시의 기반시설인 상하수도, 전기, 통신선로, 가스관 등을 설치하기 위한 터널을 지반 내부에 시공하는 공법으로, 세미쉴드머신을 추진장치로 추진시켜 지반을 굴착한 후 상기 추진장치를 후진시켜 추진장치와 세미쉴드머신의 사이에 추진관을 설치하고 다시 추진장치로 세미쉴드머신과 함께 추진관을 추진시켜 지반을 굴착하는 공법이다. 이러한 세미쉴드 공법은 굴진속도가 빠르고 굴진공정이 단순하여 공기를 단축시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 여기서 세미쉴드공법에 사용되는 세미쉴드머신은 선단에 설치된 커터헤드가 회전되면서 토사나 암괴 등을 파쇄하면서 지반을 굴착하게 된다.

이러한 세미쉴드 공법은 굴착 즉시 작업구내의 유압잭에 의해 추진관을 압입하는 일련의 작업이 연속적으로 진행되기 때문에 붕괴위험성이 없으며, 터널 작업중에 교통장애, 소음, 분진, 진동등이 거의 없다는 장점이 있다. 또한 별도 보조공법이 필요없이 연약지반 통과가 용이하며 반복작업으로 공사가 단순하고 시공관리가 용이하고 안전성과 정밀성이 우수하여 거의 모는 토질의 지반에 응용이 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 세미쉴드 공법을 나타낸 것으로서, 종래의 세미쉴드 공법은 지반을 수직 굴착하여 작업구를 형성한 후, 터널입구 전방에 굴착기를 배치시키고 후방의 반력벽에 설치한 유압 추진잭의 신장운동으로 굴착기를 앞으로 이동시키면서 굴착하게 된다. 이때 상기 굴착기와 추진잭 사이에 추진관을 끼워 넣어 굴착과 동시에 터널내로 추진관의 압입이 이루어진다. 즉 종래의 세미쉴드 공법은 수직 작업구내에 추진관과 실린더를 포함한 유압잭과 반력벽이 한 공간내에 같이 존재하는 구조이다.

그러나 상기에 기술한 종래의 세미쉴드 공법은 수직 작업구를 설치하고 작업구에 추진관을 장착하고 수직 작업구를 반력벽으로 하여 추진잭으로 추진하는 장치의 구조로 되어있고 이러한 추진체가 한 공간의 작업구 내에 같이 존재함으로써 큰 작업공간을 차지하게 된다. 따라서 작업구의 크기가 커지게 되어 중소구경 규모의 작은 소규모공사에는 적용이 힘든 단점이 있다. 특히 종래의 세미쉴드 공법이 도심이나 협소한 공간에 적용될 경우에는 작업공간의 제약 때문에 작업구의 크기가 작아질 필요가 있다. 그러나 반력벽과 실린더의 피스톤로드로 구성되는 추진장치에 의해 작업구가 커지게 되므로 공사비용이 증가하고 공사기간이 길어지는 문제가 발생한다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 작업구 외부에서 추진장치와 추진관을 일체로 조립하여 이를 작업구 내부로 투입하고, 추진장치의 추진잭이 작업구내의 반력벽을 밀어내는 역추진력을 이용하여 추진관이 터널내부로 압입되는 시공방법을 제공함으로서 작업구 내의 반력벽에 추진장치를 고정 설치할 필요가 없어 추진장치가 설치될 공간에 해당하는 면적만큼 작업구의 크기를 줄일 수 있으며, 도심이나 소규모의 공간에서도 원활한 굴착작업이 가능한 세미쉴드 공법의 시공방법을 제공함에 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로, 본 발명은 계획심도까지 수직으로 굴착한 작업구와, 상기 작업구의 터널이 굴착되는 반대편에 설치되는 반력벽과, 상기 반력벽에 설치되는 실린더와 추진로드, 펌프로 이루어지는 유압 추진장치와, 터널을 굴착하는 굴착기와, 굴착공에 터널을 형성하기 위해 압입하는 추진관으로 구성된 통상의 세미쉴드 공법에 있어서, 상기 추진장치는 굴착기 또는 추진관의 내부에 삽입될 수 있는 직경으로 이루어진 외관과 이의 내부에 중간공간부를 두고 내벽에 근접되게 길이방향으로 설치된 실린더와 상기 외관의 후단에 이보다 큰 직경으로서 걸림턱이 형성되도록 일체로 형성된 원판체의 외측으로 인출자재되는 추진로드로 이루어지며, 상기 추진로드는 작업구의 반력벽에 설치된 로드체결부와 체결장치로서 연결 또는 분리됨을 특징으로 하는 세미쉴드 공법의 추진장치를 제공한다.

본 발명은 계획심도까지 수직으로 굴착한 작업구의 터널이 굴착되는 반대편에 로드체결부를 가진 반력벽을 설치하는 제1단계; 지상에서 굴착기의 내부에 추진장치를 삽입하고 이를 고리와 클램프로서 연결한 인양와이어를 매개로 크레인에 의해 작업구에 투입하는 제2단계; 작업구에 투입된 추진장치의 추진로드를 상기 반력벽의 로드 체결부와 체결장치로서 체결하는 제3단계; 추진장치의 추진로드를 인출하여 추진로드가 반력벽을 밀어내는 반발력으로 추진장치를 추진시키면서 굴착기에 의해 터널을 굴착하는 제4단계, 굴착기가 추진장치의 역추진력에 의해 토사를 반출하면서 지중에 강제 압입되면 추진장치 만을 추진로드의 인입작동으로 후퇴시켜 작업구 내에 위치시킨 상태에서 추진로드와 반력벽을 분리하여 추진장치를 지상으로 인양시키는 제5단계, 굴착기의 후단에 연결시켜 터널을 형성하는 추진관의 내부에 인양된 추진장치를 삽입시켜 인양와이어를 매개로 크레인에 의해 작업구에 투입하고 이를 굴착기에 연결시켜 추진장치의 추진로드를 반력벽에 체결한 상태에서 추진장치의 추진로드를 인출하여 반력벽을 밀어내는 반발력으로 추진장치를 역추진시켜 추진관을 지중에 압입함으로써 터널을 형성하는 제6단계로 이루어짐을 특징으로 하는 세미쉴드 공법의 시공방법을 제공한다.

본 발명은 세미쉴드머신의 굴착작업시 추진장치와 추진관을 작업구 외부에서 조립하고 작업구 내부로 투입하여 굴착작업을 진행함으로서 작업구 내부에 고정된추진장치를 설치할 필요가 없으므로 작업구의 크기를 줄일 수 있어 도심이나 소규모의 장소에서도 원활한 세미쉴드공법이 가능할 뿐만 아니라 작업구의 크기가 작아짐으로 인해 공사기간이 단축되며 공사비가 줄어들어 경제적인 이점도 함께 제공하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 세미쉴드 공법에 따른 시공 예시 단면도
도 2는 추진관에 삽입한 추진장치의 피스톤 로드를 반력벽에 연결하기 전 상태의 예시 단면도
도 3은 추진관과 추진장치의 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 추진장치를 추진관에 넣어 추진하는 상태의 평면 단면도
도 5의 (a)(b)(c)(d)(e)(f)는 본 발명에 따른 시공방법을 순서적으로 나타낸 예시 단면도

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 세미쉴드 공법의 시공방법을 달성하는 추진장치는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 계획심도까지 수직으로 굴착한 작업구(100)와, 상기 작업구(100)의 터널이 굴착되는 반대편에 설치되는 반력벽(50)과, 상기 반력벽(50)에 설치되는 실린더(1)와 추진로드(2), 펌프(미도시)로 이루어지는 추진장치(200)와, 터널을 굴착하는 굴착기(300)와, 굴착공에 터널을 형성하기 위해 압입하는 추진관(400)으로 구성되고 상기 추진장치(200)는 굴착기(300) 또는 추진관(400)의 내부에 삽입될 수 있는 직경으로 이루어진 외관(3)과 이의 내부에 중간공간부(4)를 두고 내벽에 근접되게 길이방향으로 설치된 실린더(1)와 상기 외관(3)의 후단에 이보다 큰 직경으로서 걸림턱(5)이 형성되도록 일체로 형성된 원판체(6)의 외측으로 인출자재되는 추진로드(2)로 이루어지며, 상기 추진로드(2)는 작업구(100)의 반력벽(50)에 설치된 로드체결부(7)와 체결장치(500)로서 연결 또는 분리되어지도록 되어 있다.

상기 체결장치(500)는 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 로드체결부(7)와 추진로드(2)의 단부에 각각 핀구멍(8)(8')을 뚫어 이를 체결핀(9)으로 일치되게 결합하는 구조가 적용될 수 있으며 이외에도 서로 결합하고 분리하는 통상적인 구조이면 실시 가능하다.

또한, 원판체(6)의 상부에는 인양와이어(10)를 거는 고리(11)가 설치되고 이의 반대편 외관(3) 하측에는 추진장치(200)의 삽탈을 원활하게 하는 활차(12)가 설치된다.

이와같은 추진장치로 이루어진 본 발명의 추진관(400) 추진방법을 순서적으로 설명하면, 도 5의 각 도면에 도시된 바와 같이 계획심도까지 수직으로 굴착한 작업구(100)의 터널이 굴착되는 반대편에 로드체결부(7)를 가진 반력벽(50)을 설치하는 제1단계;
지상에서 굴착기(300)의 내부에 추진장치(200)를 삽입하고 이를 고리(11)와 클램프로서 연결한 인양와이어(10)를 매개로 크레인에 의해 작업구(100)에 투입하는 제2단계;
작업구(100)에 투입된 추진장치(200)의 추진로드(2)를 상기 반력벽(50)의 로드체결부(7)와 체결장치(500)로서 체결하는 제3단계;
추진장치(200)의 추진로드(2)를 인출하여 추진로드(2)가 반력벽(50)을 밀어내는 반발력으로 추진장치(200)를 추진시키면서 굴착기(300)에 의해 터널을 굴착하는 제4단계,
굴착기(300)가 추진장치(200)의 역추진력에 의해 토사를 반출하면서 지중에 강제 압입되면 추진장치(200) 만을 추진로드(2)의 인입작동으로 후퇴시켜 작업구(100) 내에 위치시킨 상태에서 추진로드(2)와 반력벽(50)을 분리하여 추진장치(200)를 지상으로 인양시키는 제5단계,
굴착기(300)의 후단에 연결시켜 터널을 형성하는 추진관(400)의 내부에 인양된 추진장치(200)를 삽입시켜 인양와이어(10)를 매개로 크레인에 의해 작업구(100)에 투입하고 이를 굴착기(300)에 연결시켜 추진장치(200)의 추진로드(2)를 반력벽(50)에 체결한 상태에서 추진장치(200)의 추진로드(2)를 인출하여 반력벽(50)을 밀어내는 반발력으로 추진장치(200)를 역추진시켜 추진관(400)을 지중에 압입함으로써 터널을 형성하는 제6단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

이와같이 된 본 발명은 전기한 바와 같이 추진장치(200)를 작업구(100) 내의 반력벽(50)에 설치하지 않고 별도로 분리하여 추진관(400)에 끼운 상태에서 작업구(100)의 내부로 투입하여 추진장치(200)를 반력벽(50)에 연결한 상태에서 반력벽(50)을 밀어 역추진하는 방식으로 추진관(400)을 연속 연결시켜 터널을 형성하는 것을 특징으로 하는 바, 본 발명의 추진장치(200)는 굴착기(300) 또는 추진관(400)의 내부에 삽입될 수 있는 직경으로 이루어진 외관(3)과 이의 내부에 중간공간부(4)를 두고 내벽에 근접되게 길이방향으로 설치된 실린더(1)와 상기 외관(3)과 단차가 있도록 일체로 형성된 원판체(6)의 외측으로 인출자재되는 추진로드(2)로 이루어지므로 시공초기에 작업구(100)에 굴착기(300)를 투입할 때에는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 추진장치(200)를 굴착기(300)의 내부에 삽입하게 되는 데 추진장치(200)는 기지한 바와 같이 굴착기(300)의 내부에 삽입될 수 있는 보다 적은 직경의 외관(3)으로 이루어지고 이의 내부에 실린더(1)가 외관(3)의 내벽에 근접되게 길이방향으로 설치되어 중간공간부(4)를 형성하고 있으므로 굴착기(300)의 모터는 상기 중간공간부(4)에 위치되면서 굴착기(300)의 내부에 삽입 장착된다.

이같이 추진장치(200)가 굴착기(300)의 내부에 삽입된 상태로 인양와이어(10)를 추진장치(200)의 원판체(6)에 설치된 고리(11)와 별도의 클램프를 이용하여 걸고 크레인으로 작업구(100)에 투입하여 원판체(6)의 외측으로 인출자재되는 추진로드(2)를 작업구(100) 내에 설치된 반력벽(50)의 로드체결부(7)와 체결하여 추진로드(2)를 인출시키게 되면 추진로드(2)는 반력벽(50)을 밀어내면서 인출되므로 굴착기(300)는 굴착지점을 굴착하면서 전진하여 지중으로 압입된다. (도 5의 (c) 참조)

굴착기(300)가 이와 같은 작업으로 지중으로 완전히 압입되면 굴착기(300)는 지중에 압입된 상태에서 추진장치(200)의 추진로드(2)를 실린더(1) 내로 인입시켜 추진장치(200) 만을 굴착기(300)로 부터 분리하여 작업구(100)에 위치시키고 추진로드(2)와 반력벽(50)의 체결상태를 해제한 상태에서 인양와이어(10)를 걸어 크레인으로 작업구(100)의 밖으로 인양한 다음 터널을 형성할 추진관(400)의 내부로 추진장치(200)를 삽입하여 인양와이어(10)를 걸고 크레인으로 도 5의 (e)와 같이 작업구(100) 내에 투입하여 추진장치(200)의 추진로드(2)를 반력벽(50)의 로드체결부(7)와 체결하고 추진관(400)을 굴착기(300)에 연결시킨 상태에서 추진장치(200)의 추진로드(2)를 반력벽(50)을 밀면서 역추진시키게 되면 추진관(400)이 굴착기(300)에 의해 굴착된 지중으로 압입되어 터널을 형성하게 되며 추진관(400)이 지중으로 압입이 완료되면 전기한 역순으로 추진장치(200)를 추진관(400)으로 부터 빼내어 작업구(100)에 위치시킨 상태에서 다시 작업구(100) 밖으로 인양하고 새로운 추진관(400)의 내부에 추진장치(200)를 삽입시켜 투입하는 방법으로 추진관(400)에 연속 연결시켜 터널을 형성하게 되는 것이다.

여기서, 추진장치(200)를 굴착기(300)와 추진관(400)의 내부에 삽입하여 반력벽(50)을 밀면서 밀어내는 역추진방식으로 굴착기(300)와 추진관(400)을 압입하는 과정에서 추진장치(200)를 구성하는 외관(3)과 후단에 일체로 형성된 원판체(6)와의 사이에 걸림턱(5)이 형성되어 있으므로 굴착기(300)와 추진관(400)이 결합시 이의 후단이 상기 걸림턱(5)에 걸리게 됨에 따라 반력벽(50)을 밀면서 추진로드(2)를 밀어낼 때 걸림턱(5)에 의해 굴착기(300)와 추진관(400)이 앞으로 전진될 수 있게 되는 것이다.

그리고, 추진장치(200)의 외관(3) 선단 하측에는 활차(12)가 설치되어 있으므로 추진장치(200)를 굴착기(300) 또는 추진관(400)의 내부에 삽입하거나 빼낼 때 활차(12)에 의해 삽탈이 용이하게 이루어지고 상기 활차(12)는 한 개 이상 설치되어 원활한 작동을 보조하게 되는 것이다.

상기와 같은 시공방법은 첨부도면 도 5의 (a)(b)(c)(d)(e)(f)에 순서적으로 도시되어 있는 바, 계획심도까지 수직으로 굴착한 작업구(100) 내에 반력벽(50)을 설치하는 단계(a), 추진장치(200)를 장착한 굴착기(300)를 인양와이어(10)에 걸어 크레인에 의해 작업구(100)에 투입하는 단계(b), 투입된 추진장치(200)의 추진로드(2)를 반력벽(50)의 로드체결부(7)에 체결한 상태에서 역추진하여 굴착작업을 시공하는 단계(c), 굴착기(300)가 터널을 형성할 지중에 압입된 상태에서 추진장치(200) 만을 분리해내어 크레인에 의해 작업구(100)의 밖으로 빼내는 단계(d), 작업구(100)의 밖에서 추진장치(200)를 추진관(400)에 삽입 장착하여 크레인에 의해 작업구(100)에 투입하고 추진로드(2)를 반력벽(50)의 로드체결부(7)에 연결하는 단계(e), 추진장치(200)의 역추진력으로 추진관(400)을 굴착기(300)에 연결시킨 상태로 굴착기(300)에 의해 굴착된 굴착공에 추진관(400)을 압입하여 터널을 형성하는 단계(f)를 거쳐 추진관(400)을 연속 반복 투입하여 연결함으로써 터널을 형성하게 되는 것으로 작업구(100) 내에 종래와 같이 추진장치(200)를 반력벽(50)에 고정적으로 연결 설치하여 추진장치(200)의 설치 공간이 확보되어야 하는 것과는 달리 추진장치(200)의 설치 공간을 필요로 하지 않으므로 작업구(100)의 크게 굴착하지 않아도 되는 잇점이 있어 시공비용의 절감과 시공기간을 단축을 가져다 줄 수 있을 뿐 아니라 도심이나 소규모의 장소에서도 세미쉴드 공법을 원활히 수행할 수 있는 매우 우수한 발명이다.

1 : 실린더 2 : 추진로드 3 : 외관 4 : 중간공간부 5 : 걸림턱 6 : 원판체 7 : 로드체결부 8, 8' : 핀구멍 9 : 체결핀 10 : 인양와이어 11 : 고리 12 : 활차 50 : 반력벽 100 : 작업구 200 : 추진장치 300 : 굴착기 400 : 추진관 500 : 체결장치

Claims

삭제
계획심도까지 수직으로 굴착한 작업구(100)의 터널이 굴착되는 반대편에 로드체결부(7)를 가진 반력벽(50)을 설치하는 제1단계;
지상에서 굴착기(300)의 내부에 추진장치(200)를 삽입하고 이를 고리(11)와 클램프로서 연결한 인양와이어(10)를 매개로 크레인에 의해 작업구(100)에 투입하는 제2단계;
작업구(100)에 투입된 추진장치(200)의 추진로드(2)를 상기 반력벽(50)의 로드체결부(7)와 체결장치(500)로서 체결하는 제3단계;
추진장치(200)의 추진로드(2)를 인출하여 추진로드(2)가 반력벽(50)을 밀어내는 반발력으로 추진장치(200)를 추진시키면서 굴착기(300)에 의해 터널을 굴착하는 제4단계,
굴착기(300)가 추진장치(200)의 역추진력에 의해 토사를 반출하면서 지중에 강제 압입되면 추진장치(200) 만을 추진로드(2)의 인입작동으로 후퇴시켜 작업구(100) 내에 위치시킨 상태에서 추진로드(2)와 반력벽(50)을 분리하여 추진장치(200)를 지상으로 인양시키는 제5단계,
굴착기(300)의 후단에 연결시켜 터널을 형성하는 추진관(400)의 내부에 인양된 추진장치(200)를 삽입시켜 인양와이어(10)를 매개로 크레인에 의해 작업구(100)에 투입하고 이를 굴착기(300)에 연결시켜 추진장치(200)의 추진로드(2)를 반력벽(50)에 체결한 상태에서 추진장치(200)의 추진로드(2)를 인출하여 반력벽(50)을 밀어내는 반발력으로 추진장치(200)를 역추진시켜 추진관(400)을 지중에 압입함으로써 터널을 형성하는 제6단계로 이루어짐을 특징으로 하는 세미쉴드 공법의 시공방법.