KR101824440B1

KR101824440B1 - 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법

Info

Publication number: KR101824440B1
Application number: KR1020170030987A
Authority: KR
Inventors: 최진원; 유정식
Original assignee: 주식회사 뉴컨스텍; 최진원
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2018-02-01

Abstract

본 발명은 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법에 관한 것으로 특히, 굴진기를 가동시켜 토사 지반 내에 루프 강관을 추진기의 후방에서 추진하면서 루프 강관의 외면에 설치된 루프 강관 연결부의 요부 홈 내에 돌출 걸림턱이 끼워져서 결합시킨 상태로 루프 강관을 수평방향에 대해 연속적으로 및 수직방향 대해 단계적으로 추진시키는 공정과; 직경은 루프 강관의 직경보다 작게 하고, 1본 당 길이는 루프 강관의 1본 당 길이와 동일하게 힌지형으로 연결하여 견인식으로 설치하는 구조로 내부 보강관을 제작하되, 상기 내부 보강관의 양쪽 가장자리 중 어느 일측 또는 양측에 복수의 탄성 간격재를 설치하는 공정과; 루프 강관의 내부에 터널의 길이방향으로 서로 1본 당 길이의 1/2만큼 차이가 나게 하여 내부 보강관을 견인식으로 삽입 설치하는 공정과; 루프 강관의 내면과 내부 보강관 외면 사이의 틈새 및 내부 보강관 내에 각각 그라우트재를 충진하여 양생시키는 공정과; 루프 강관의 내측에 지지빔을 설치하고 토사 지반을 제거한 상태에서 콘크리트 구조물을 설치하는 공정과; 상기 콘크리트 구조물과 루프 강관 사이의 틈새에 그라우트재를 충진하여 양생시키는 공정;으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
따라서, 곡선부용 루프 강관 힌지부의 강성 취약성을 보강할 수 있음은 물론 얕은 토피의 곡선 선형부 지반을 하부로 횡단하여 터널을 구축할 경우 상부 토사의 붕괴 및 방수성 저하를 사전에 방지할 수 있다.

Description

얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법{Construction of Tunnel Structure including shallow ground surface and curved linear section}

본 발명은 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 철도나 고속철도, 도로, 고속도로의 하부를 횡단하는 경우, 산악터널의 양쪽 입구부, 토사지반 산지, 주요 구조물 등의 하부를 횡단하는 경우, 또는 지하철이나 지하차도, 지하통로, 지하 교차로를 설치하는 경우 또는 상.하수도나 수로, 전력선, 통신선, 가스관, 유체 수송관 등을 포함하는 지하 매설물의 하부에 터널을 구축할 경우 지하 매설물의 침하 방지 및 지하 매설물을 보호할 수 있도록 발명한 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법에 관한 것이다.

일반적으로 철도나 고속철도, 도로, 고속도로 등은 성토구간이 상당부분 존재하며, 이러한 성토구간은 토사로 구성되어 있을 뿐만 아니라 토피도 낮아서 터널 굴착시 위험도가 높고, 성토구간의 주변은 평지로서 신도시가 신규로 형성되는 경우가 많아서 이를 횡단하는 터널이나 지하차도의 필요성이 절실한 실정이다.

또한, 산악터널 양쪽 입구부의 지반에는 터널 굴착시 붕괴 등을 동반하는 위험이 발생될 확률이 매우 높은 실정이다.

한편, 지하철이나 지하차도, 지하통로, 지하 교차로를 설치하는 경우 또는 상.하수도나 수로, 전력선, 통신선, 가스관, 유체 수송관 등을 포함하는 지하 매설물의 하부에 터널을 구축할 경우에는 지하 매설물의 침하가 발생될 확률이 높을 뿐만 아니라 지하 매설물의 안전이 우려되는 문제점이 있는 실정이다.

또, 상기 철도나 고속철도, 도로, 고속도로의 하부를 횡단하거나, 또는 산악터널의 양쪽 입구부, 토사지반 산지, 주요 구조물 등을 횡단하거나, 또는 지하철이나 지하차도, 지하통로, 지하 교차로를 설치하는 경우 또는 상.하수도나 수로, 전력선, 통신선, 가스관, 유체 수송관 등을 포함하는 지하 매설물들은 얕은 토피의 지반에 설치된 경우가 많기 때문에 이를 횡단하여 터널을 구축할 경우에는 상부 토사의 붕괴 및 방수성 저하 등의 측면에서 많은 우려와 문제점이 있는 실정이다.

한편, 상기한 지하 매설물들은 상대적으로 연장길이가 길기 때문에 직선부(이음부를 용접 등의 방법으로 강결시켜서 강성이 있으므로 침하나 처짐 등의 우려가 적음) 외에 곡선부 선형이 포함되는 경우가 많다.

그런데 이와 같은 지하 매설물들에서 곡선부의 선형에 해당되는 부분의 터널 구축시에는 곡선부의 선형을 유지시키기 위하여 루프 강관의 연결부를 용접이나 볼트 체결 등의 방법으로 견고하게 고정시킬 수 없어서, 소켓 이음부의 형태로 힌지 상태로 연결시킨 후 상기 루프 강관의 측면이 연속적으로 접하도록 연결시켜 설치되는 루프 강관의 하부에 소정의 간격으로 H빔을 포함한 지지빔을 거치시켜도 지지빔의 사이에 배열된 루프 강관의 힌지형 소켓 이음부는 상부 토사의 자중을 포함하여 통과 차량 등의 진동 및 충격하중 등으로 인하여 침하가 발생되어 충분한 지지력을 담당하지 못하는 문제점이 있다.

한편, 상부 토사의 토피가 얕은 경우에, 터널을 구축하는 경우에는 토피 두께의 한계 측면에서 안전성 확보를 위하여 루프 강관의 직경이 작으면서도 휨강도 및 압착강도가 큰 구조의 재료 구성이 절실히 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 10-0515689호(2005년 03월 09일) 대한민국 등록특허공보 10-1634639호(2016년 04월 07일)

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 지하 매설물들은 상대적으로 연장길이가 길기 때문에 직선부 외에 곡선 선형부가 포함되는 경우가 많아서 곡선 선형부에 해당되는 부분의 터널 구축시 곡선부용 루프 강관 힌지부의 내부에 직경이 다소 작은 내부 보강관을 힌지형으로 연결하는 구조로 제작하고, 상기 내부 보강관의 1본 당 길이는 루프 강관의 1본 당 길이와 동일하게 계획하되, 터널의 길이방향으로 서로 1본 당 길이의 1/2만큼 차이가 나도록 삽입한 후 상기 곡선부용 루프 강관의 내면과 내부 보강관 외면의 틈새와 내부 보강관 내에 각각 그라우트재를 충진시키는 방식을 통해, 곡선부용 루프 강관 힌지부의 강성 취약성을 보강할 수 있음은 물론 얕은 토피의 곡선 선형부 지반을 하부로 횡단하여 터널을 구축할 경우 상부 토사의 붕괴 및 방수성 저하를 사전에 방지할 수 있는 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 내부 보강관 대신 내부 타공 보강관을 설치하여 곡선부용 루프 강관의 내면과 내부 타공 보강관 외면 사이의 틈새 및 내부 타공 보강관의 내부 전체적으로 한꺼번에 그라우트재로 충진시킬 수 있도록 하는 방식을 통해, 상부 토사의 붕괴를 방지함은 물론 공사기간을 단축하고, 그라우트 인건비를 감소시킬 수 있어 결과적으로는 공사비를 대폭 감소시킬 수 있는 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 내부 보강관 또는 내부 타공 보강관의 양측 또는 어느 일측 가장자리에 신축이 가능한 복수의 탄성 간격재를 더 설치하는 방식을 통해, 상기 곡선 선형부에 해당되는 부분의 루프 강관 내부에 탄성 간격재가 설치된 내부 보강관이나 내부 타공 보강관 중에서 하나를 틈새가 좁은 경우에도 유격을 감소시킨 상태로 삽입시킬 수 있도록 하여 시공성을 대폭 향상시킬 수 있는 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 루프 강관 사이에 틈새가 발생되어 상부 토사가 흘러내리거나 방수성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 루프 강관과 지지빔 사이에 요철판 또는 토사 유실 방지겸 방수판으로 더 설치하여 상부 토사의 붕괴 및 방수성 저하를 미연에 방지할 수 있는 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 상부 토사 내부의 공간부에 상부 토사가 흘러내리거나 방수성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 토사 유실 방지겸 방수판에 소정의 간격으로 공간부 그라우트관을 더 삽입 설치하는 방식을 통해, 상부 토사가 흘러내리거나 방수성이 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있는 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 루프 강관, 내부 보강관 또는 내부 타공 보강관 중 어느 하나의 내부에 원통형 보강 철망을 더 삽입 설치하는 방식을 통해, 곡선부용 결속 힌지 이음부의 강성 취약성을 보강할 수 있는 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법을 구성함에 있어서, 굴진기를 가동시켜 토사 지반 내에 루프 강관을 추진기의 후방에서 추진하면서 루프 강관의 외면에 설치된 루프 강관 연결부의 요부 홈 내에 돌출 걸림턱이 끼워져서 결합시킨 상태로 루프 강관을 수평방향에 대해 연속적으로 및 수직방향 대해 단계적으로 추진시키는 공정과; 직경은 루프 강관의 직경보다 작게 하고, 1본 당 길이는 루프 강관의 1본 당 길이와 동일하게 힌지형으로 연결하여 견인식으로 설치하는 구조로 내부 보강관을 제작하는 공정과; 루프 강관의 내부에 터널의 길이방향으로 서로 1본 당 길이의 1/2만큼 차이가 나게 하여 내부 보강관을 견인식으로 삽입 설치하는 공정과; 루프 강관의 내면과 내부 보강관 외면 사이의 틈새 및 내부 보강관 내에 각각 그라우트재를 충진시키는 공정과; 이어서 충진시킨 그라우트재를 양생시키는 공정과; 상기 그라우트재가 양생되면 루프 강관의 내측에 지지빔을 설치하고 토사 지반을 제거한 상태에서 콘크리트 구조물을 설치하는 공정과; 상기 콘크리트 구조물과 루프 강관 사이의 틈새에 그라우트재를 충진하여 양생시키는 공정;으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또, 상기 내부 보강관 대신 복수의 구멍이 정해진 간격으로 천공된 형태를 갖는 내부 타공 보강관으로 제작하여 루프 강관 내에 상기 내부 타공 보강관을 견인식으로 삽입 설치하고, 그라우트재를 충진시킬 때 곡선부용 루프 강관의 내면과 내부 타공 보강관 외면 사이의 틈새 및 내부 타공 보강관 내부를 전체적으로 한꺼번에 충진시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부 보강관 또는 내부 타공 보강관의 제작시, 양쪽 가장자리 중 어느 일측 또는 양측에 소정 형상을 갖는 복수의 탄성 간격재를 설치하는 공정을 더 실시하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 루프 강관의 내측에 지지빔을 설치할 때, 상부 토사의 붕괴 및 방수성 저하를 방지하기 위하여 상기 루프 강관과 지지빔 사이에 요철판 또는 토사 유실 방지겸 방수판을 설치하는 공정을 더 실시하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 루프 강관과 지지빔 사이에 토사 유실 방지겸 방수판을 설치할 때, 상기 토사 유실 방지겸 방수판에 소정간격을 두고 공간부 그라우트관을 설치하는 공정을 더 실시하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 루프 강관, 내부 보강관 또는 내부 타공 보강관 중 하나의 내부에 원통형 보강 철망을 설치하는 공정을 더 실시하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법에 의하면, 첫째 지하 매설물들은 상대적으로 연장길이가 길기 때문에 직선부 외에 곡선 선형부가 포함되는 경우가 많아서 곡선 선형부에 해당되는 부분의 터널 구축시 곡선부용 루프 강관 힌지부의 내부에 직경이 다소 작은 내부 보강관을 힌지형으로 연결하는 구조로 제작하고, 상기 내부 보강관의 1본 당 길이는 루프 강관의 1본 당 길이와 동일하게 계획하되, 터널의 길이방향으로 서로 1본 당 길이의 1/2만큼 차이가 나도록 삽입한 후 상기 곡선부용 루프 강관의 내면과 내부 보강관 외면의 틈새와 내부 보강관 내에 각각 그라우트재를 충진시켜 줌으로써 곡선부용 루프 강관 힌지부의 강성 취약성을 보강할 수 있음은 물론 얕은 토피의 곡선 선형부 지반을 하부로 횡단하여 터널을 구축할 경우 상부 토사의 붕괴 및 방수성 저하를 사전에 방지할 수 있다.

둘째, 상기 내부 보강관 대신 내부 타공 보강관을 설치하고, 곡선부용 루프 강관의 내면과 내부 타공 보강관 외면 사이의 틈새 및 내부 타공 보강관의 내부 전체적으로 한꺼번에 그라우트재로 충진시켜 줌으로써 상부 토사의 붕괴를 방지함은 물론 공사기간을 단축하고, 그라우트 인건비를 감소시킬 수 있어 결과적으로는 공사비를 대폭 감소시킬 수 있다.

셋째, 내부 보강관 또는 내부 타공 보강관의 양측 또는 어느 일측 가장자리에 신축이 가능한 복수의 탄성 간격재를 더 설치하여 줌으로써 상기 곡선 선형부에 해당되는 부분의 루프 강관 내부에 탄성 간격재가 설치된 내부 보강관이나 내부 타공 보강관 중에서 하나를 틈새가 좁은 경우에도 유격을 감소시킨 상태로 삽입시킬 수 있어 시공성을 대폭 향상시킬 수 있다.

넷째, 상기 루프 강관 사이에 틈새가 발생되어 상부 토사가 흘러내리거나 방수성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 루프 강관과 지지빔 사이에 요철판 또는 토사 유실 방지겸 방수판으로 더 설치하여 줌으로써 상부 토사의 붕괴 및 방수성 저하를 미연에 방지할 수 있다.

다섯째, 상기 상부 토사 내부의 공간부에 상부 토사가 흘러내리거나 방수성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 토사 유실 방지겸 방수판에 소정의 간격으로 공간부 그라우트관을 더 삽입 설치하여 줌으로써 상부 토사가 흘러내리거나 방수성이 저하되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

여섯째, 상기 루프 강관, 내부 보강관 또는 내부 타공 보강관 중 어느 하나의 내부에 원통형 보강 철망을 더 삽입 설치하여 줌으로써 곡선부용 결속 힌지 이음부의 강성 취약성을 보강할 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1은 본 발명 공법을 적용하여 토사 지반 내에 터널 구조물이 설치된 횡단면도.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 본 발명 공법에서 사용한 루프 강관이 강결 이음된 단면도.
도 4는 본 발명 공법에서 사용한 루프 강관 내에 내부 보강관이 삽입 설치된 단면도.
도 5는 본 발명 공법에서 사용한 루프 강관 내에 내부 타공 보강관이 삽입 설치된 단면도.
도 6은 도 3의 C-C선 단면도.
도 7은 도 3의 D-D선 단면도.
도 8은 도 3의 H-H선 단면도.
도 9는 도 5의 I-I선 단면도.
도 10은 도 4의 F부분에 대한 확대 단면도.
도 11은 본 발명 공법에서 사용한 루프 강관의 외면에 설치된 루프 강관 연결부의 요부 홈 내에 돌출 걸림턱이 끼워져서 결합시킨 상태의 횡단면도.
도 12는 통상적인 굴진기의 개념 단면도.
도 13은 도 4의 E-E선 단면도 중에서 틈새 그라우트재 밀폐판의 단면도.
도 14는 도 4의 E-E선 단면도 중에서 중심부 그라우트재 밀폐판의 단면도.
도 15는 도 12의 J-J선 단면도.
도 16은 도 4 및 도 5의 힌지 이음부에 대한 처짐 발생시의 단면도.
도 17은 통상적인 추진기의 개념 단면도.
도 18은 도 4 및 도 5의 G부분에 대한 확대 단면도.
도 19는 본 발명 공법에서 사용한 루프 강관과 지지빔 사이에 요철판을 설치한 상태의 단면도.
도 20은 본 발명 공법에서 사용한 루프 강관 사이의 하부 틈새에 토사 유실 방지 겸 방수판을 설치한 상태의 단면도.
도 21은 본 발명 공법에서 사용한 토사 유실 방지 겸 방수판에 공간부 그라우트관을 삽입시킨 상태의 단면도.
도 22는 본 발명의 일 실시 예에 따른 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조 공법을 설명하기 위한 공정도.
도 23은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조 공법을 설명하기 위한 공정도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예 및 그에 따른 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이며, 또한 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명 공법을 적용하여 토사 지반 내에 터널 구조물이 설치된 횡단면도를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 평면도를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명 공법에서 사용한 루프 강관이 강결 이음된 단면도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명 공법에서 사용한 루프 강관 내에 내부 보강관이 삽입 설치된 단면도를 나타낸 것이다.

또한, 도 5는 본 발명 공법에서 사용한 루프 강관 내에 내부 타공 보강관이 삽입 설치된 단면도를 나타낸 것이고, 도 6은 도 3의 C-C선 단면도를 나타낸 것이며, 도 7은 도 3의 D-D선 단면도를 나타낸 것이고, 도 8은 도 3의 H-H선 단면도를 나타낸 것이며, 도 9는 도 5의 I-I선 단면도를 나타낸 것이고, 도 10은 도 4의 F부분에 대한 확대 단면도를 나타낸 것이다.

또, 도 11은 본 발명 공법에서 사용한 루프 강관의 외면에 설치된 루프 강관 연결부의 요부 홈 내에 돌출 걸림턱이 끼워져서 결합시킨 상태의 횡단면도를 나타낸 것이고, 도 12는 통상적인 굴진기의 개념 단면도를 나타낸 것이고, 도 13은 도 4의 E-E선 단면도 중에서 틈새 그라우트재 밀폐판의 단면도를 나타낸 것이며, 도 14는 도 4의 E-E선 단면도 중에서 중심부 그라우트재 밀폐판의 단면도를 나타낸 것이다.

또한, 도 15는 도 12의 J-J선 단면도를 나타낸 것이고, 도 16은 도 4 및 도 5의 힌지 이음부에 대한 처짐 발생시의 단면도를 나타낸 것이며, 도 17은 통상적인 추진기의 개념 단면도를 나타낸 것이고, 도 18은 도 4 및 도 5의 G부분에 대한 확대 단면도를 나타낸 것이며, 도 19는 본 발명 공법에서 사용한 루프 강관과 지지빔 사이에 요철판을 설치한 상태의 단면도를 나타낸 것이다.

또, 도 20은 본 발명 공법에서 사용한 루프 강관 사이의 하부 틈새에 토사 유실 방지 겸 방수판을 설치한 상태의 단면도를 나타낸 것이고, 도 21은 본 발명 공법에서 사용한 토사 유실 방지 겸 방수판에 공간부 그라우트관을 삽입시킨 상태의 단면도를 나타낸 것이다.

한편, 도 22는 본 발명의 일 실시 예에 따른 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조 공법을 설명하기 위한 공정도를 나타낸 것이고, 도 23은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조 공법을 설명하기 위한 공정도를 나타낸 것이다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예를 도 1 내지 도 4 및 도 6 내지 도 22를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 17과 같이 통상적인 지상 구조물 또는 교통시설(73)이 설치된 얕은 토피(T)로 붕괴의 위험성이 높은 토사 지반(1)에 도 2와 같이 직선부(A) 및 곡선 선형부(B)를 갖는 현장 조건하에서 통상적인 추진기(63)와 굴진기(35)를 가동시켜 토사 지반(1) 내에 소켓식 강관이나 콘크리트관 또는 레진관을 포함하는 루프 강관(3)을 추진기(63)의 후방에서 추진하면서 도 11과 같이 루프 강관(3)의 외면에 설치된 루프 강관 연결부(29)의 요부 홈(31) 내에 T형의 돌출 걸림턱(33)이 끼워져서 결합시킨 상태로 루프 강관(3)을 수평방향에 대해 연속적으로 및 수직방향 대해 단계적으로 추진하는 공정을 수행한다.

이때, 상기 추진기(63)와 굴진기(35)는 도 17 및 도 12와 같이 직선적인 추진의 경우에는 스크류 오거장치의 사용으로 가능하나, 곡선적인 추진의 경우에는 쉴드장치의 사용으로 방향을 전환시키면 된다.

한편, 상기 통상적인 추진기(63)와 굴진기(35)를 가동시키는 원리는, 터널 구축 대상 토사 지반(1)의 양쪽 중 어느 일측에 도 17과 같이 통상적인 구동 기관실을 구비한 추진기(63)를 설치하고, 상기 추진기(63)의 전방에는 굴진기(35)를 설치하며, 추진기(63)의 후방 한쪽 면에는 콘크리트 벽을 포함하는 지지대(69)를 설치하여 추진기(63)의 작동시 이의 반동을 충분히 버틸 수 있도록 하면 된다.

또한, 상기 추진기(63)가 올려지는 바닥면에는 바닥콘크리트(65)를 타설하고, 그 상부에는 프레임(67)을 설치함은 물론 구동 기관실을 설치하며, 통상적인 추진잭의 전방에는 추진 밀판을 설치하여 크레인으로 이동시킨 루프 강관(3)을 추진시키면 되고, 굴진기(35)를 작동시키는 추진기(63)에는 도 12와 같이 레이저 측정기(55) 등을 설치하여 루프 강관(3)이 추진되는 방향을 조정할 수 있도록 하면 된다.

또, 상기 굴진기(35)는 유압이나 공압 또는 전기 등의 동력을 이용하여 작동하며, 도 12 및 도 15와 같이 오거축(37)에 연결된 동력축(41)의 후방에는 스크류 오거(39)를 설치하여 굴진시 배출되는 토사를 후방으로 배출하는 구조이고, 동력축(41)의 전방에는 선단부 커터(43)가 장착되며, 상기 선단부 커터(43)의 방향을 조정할 수 있도록 후면 도관(45)의 내면에 상.하.좌.우로 각각 설치된 레이저 좌표 조정부(57)에 연결된 방향 제어부(47)를 거쳐 방향 전환부(59)로부터 상.하.좌.우의 방향 제어부(47) 길이를 조정하는 방식으로 선도관(61)의 방향을 조정할 수 있는 구성으로 되어 있으며, 후면 도관(45)의 내부에 설치된 카메라(49)를 통해 시공 상황을 확인할 수 있도록 구성되어 있고, 통상적인 쉴드장치로도 시공이 가능하다.

또, 상기 루프 강관(3)은 통상적으로 직선부에 설치되는 경우에는 기성 제품인 길이 6m짜리를 그대로 사용하되, 이음부는 도 3과 같이 용접을 포함하는 소켓부(11)로 구성하면 되고, 곡선부에 설치되는 루프 강관(3)인 경우에는 길이 2∼3m짜리로 짧게 형성하여 소켓식으로 돌출턱의 두께를 감소시키도록 스테인레스판(관) 등을 이용하여 제작한 상태에서 도 3 및 도 4와 같이 힌지 이음부(15)를 통해 상호 연결하여 사용하면 된다.

한편, 상기와 같이 루프 강관(3)을 수평방향에 대해 연속적으로 및 수직방향 대해 단계적으로 추진시키는 공정 후, 직경은 루프 강관(3)의 직경보다 다소 작고 1본 당 길이는 상기 루프 강관(3)의 1본 당 길이와 동일하게 제작한 내부 보강관(6)을 철선 또는 강선을 포함하는 결속 힌지 이음부(16)로 도 18과 같이 연결하여 견인식(추진식도 적용 가능함)으로 설치할 수 있도록 하는 공정을 실시한다.

또한, 상기 루프 강관(3) 내에 삽입 설치할 내부 보강관(6)을 제작하는 공정 후에는, 상기 루프 강관(3)의 내부에 터널의 길이방향으로 서로 1본 당 길이의 1/2만큼 차이가 나도록 하여 루프 강관(3)의 이음부인 힌지부의 내부에는 내부 보강관(6)을 배열시킨 다음, 루프 강관(3)이 이탈되거나 도 16과 같이 처짐(K) 현상에 의해 소켓부(11)가 분리되는 것 등을 방지할 수 있도록 도 4와 같이 결속 힌지 이음부(16)가 설치되어 견인식(또는 추진식)으로 삽입 설치하는 공정을 실시한다.

여기서, 상기 루프 강관(3)의 내부에 내부 보강관(6)을 견인식으로 삽입 설치하는 방법으로는, 자주식 로봇에 선재를 매달거나 또는 적당한 탄성을 갖는 선재를 루프 강관(3)의 전방으로 진입시키는 방법 중에서 한가지로 루프 강관(3)의 내부를 통과시킨 후 상기 선재에 내부 보강관(3)을 매달아서 견인식으로 계획된 위치에 배열되도록 하면 된다.

이어서, 상기 루프 강관(3)과 내부 보강관(6)의 양쪽 끝단부 사이에는 도 4 및 도 13과 같이 그라우트 주입구(25')를 구비한 와셔 형상의 틈새 그라우트재 밀폐판(19)을 설치하고, 내부 보강관(6)의 양쪽 끝단부에는 도 4 및 도 14와 같이 그라우트 주입구(25")를 구비한 원판 형상의 중심부 그라우트재 밀폐판(21)을 설치한 다음, 상기 틈새 그라우트재 밀폐판(19)의 그라우트 주입구(25')를 통해서는 상기 루프 강관(3)의 내면과 내부 보강관(6) 외면 사이의 틈새에 틈새 그라우트재(17)를 주입하고, 상기 중심부 그라우트재 밀폐판(21)의 그라우트 주입구(25")를 통해서는 내부 보강관(6)의 내부에 중심부 그라우트재(18)를 주입하는 등 각각 시멘트 몰탈을 포함하는 그라우트재(17, 18)를 충진시켜 루프 강관(3)의 강성을 증가시키는 공정을 실시한다.

이와 같이 루프 강관(3)의 내면과 내부 보강관(6)의 외면 사이 틈새를 포함하여 내부 보강관(6)의 내부까지 틈새 및 중앙부 그라우트재(17, 18)를 각각 충진시킨 후에는 일정시간을 기다려 틈새 및 중앙부 그라우트재(17, 18)가 양생되도록 한다.

상기 틈새 및 중앙부 그라우트재(17, 18)의 양생이 완료되면, 이어서 루프 강관(3)의 내측에 H빔을 포함하는 지지빔(5)을 도 1과 같이 설치한 다음, 토사 지반(1)을 굴착하여 지지빔(5)들의 내측에 있는 토사를 제거하여 내부 공간부(9)를 형성킨 후 이 내부 공간부(9) 내측에 콘크리트 구조물(7)을 설치하는 공정을 실시한다.

이어서 상기 콘크리트 구조물(7)과 루프 강관(3) 사이의 틈새에 시멘트 몰탈을 포함하는 통상적인 그라우트재를 충진하여 양생시키는 공정을 통해 상기 콘크리트 구조물(7)과 루프 강관(3)들이 일체화되도록 함으로써 본 발명의 일실시 예가 적용된 터널 구조물의 축조가 완료된다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예를 도 5 및 도 23을 참조하여 설명하되, 일 실시 예에서와 동일한 부분은 일부 생략함은 물론 다른 일 실시 예가 적용된 도면과 혼합하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 내부 보강관(6)을 제작하는 공정 이전과 틈새 및 중심부 그라우트재(17, 18)를 충진시키는 공정 이후는 일 실시 예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 다른 실시 예는 전술한 일 실시 예에서 사용하던 상기 내부 보강관(6) 대신 정해진 지름을 갖는 복수의 구멍이 정해진 간격을 두고 천공된 형태를 갖는 내부 타공 보강관(8)으로 제작하여, 상기 루프 강관(3) 내에 상기 내부 타공 보강관(8)을 일 실시 예에서와 마찬가지로 견인식(또는 추진식)으로 삽입 설치한 다음, 그라우트재를 충진시킬 때 곡선부용 루프 강관(3)의 내면과 내부 타공 보강관(8) 외면 사이의 틈새 및 내부 타공 보강관(8) 내부를 전체적으로 한꺼번에 충진시켜 주는 것을 또 다른 주요기술 구성요소로 한다.

이때, 상기 내부 타공 보강관(8)도 전술한 내부 보강관(6)과 마찬가지로 직경은 루프 강관(3)의 직경보다 다소 작고 1본 당 길이는 상기 루프 강관(3)의 1본 당 길이와 동일하게 제작하며, 각각의 내부 타공 보강관(8)은 철선 또는 강선을 포함하는 결속 힌지 이음부(16)로 도 18과 같이 연결하여 견인식으로 설치하면 된다.

또, 상기 루프 강관(3)의 내부에 터널의 길이방향으로 서로 1본 당 길이의 1/2만큼 차이가 나도록 하여 루프 강관(3)의 이음부인 힌지부의 내부에는 내부 타공 보강관(8)을 배열시킨 다음 루프 강관(3)이 이탈되거나, 도 16과 같이 처짐(K) 현상에 의해 소켓부(11)가 분리되는 것 등을 방지할 수 있도록 도 5와 같이 결속 힌지 니음부(16)가 설치되어 견인식(또는 추진식)으로 삽입 설치하면 된다.

또한, 상기 루프 강관(3)의 내부에 내부 타공 보강관(8)을 견인식으로 삽입 설치하는 방법 역시 일실시 예에서와 동일한 것으로, 자주식 로봇에 선재를 매달거나 또는 적당한 탄성을 갖는 선재를 루프 강관(3)의 전방으로 진입시키는 방법 중에서 한가지로 루프 강관(3)의 내부를 통과시킨 후 상기 선재에 내부 타공 보강관(8)을 매달아서 견인식으로 계획된 위치에 배열되도록 하면 된다.

이어서, 상기 루프 강관(3)과 내부 타공 보강관(8)의 양쪽 끝단부 사이에 도 5 및 도 9와 같이 그라우트 주입구(25)를 구비한 원판 형상의 전단면 그라우트재 밀폐판(23)을 설치한 다음, 상기 전단면 그라우트재 밀폐판(23)의 그라우트 주입구(25)를 통해 상기 루프 강관(3)의 내면과 내부 타공 보강관(8)의 외면 사이 틈새를 포함하여 내부 타공 보강관(8)의 내부 전체에 한꺼번에 시멘트 몰탈을 포함하는 틈새 및 중심부 그라우트재(17, 18)를 충진시켜 루프 강관(3)의 강성을 증가시키는 공정을 실시하면 된다.

즉, 본 발명의 다른 실시 예에서는 일 실시 예에서 제시한 상기 내부 보강관(6) 자체에서 소요되는 강성은 그대로 유지하면서도 틈새 및 중심부 그라우트재(17, 18)가 내면과 외면으로 저절로 통과될 수 있는 구조의 내부 타공 보강관(8)을 곡선부용 루프 강관(3) 내부에 설치한 다음, 상기 곡선부용 루프 강관(3)의 내면과 내부 타공 보강관(8)의 외면 사이 틈새 및 내부 타공 보강관(8)의 내부를 대상으로 루프 강관(3)의 양쪽 가장자리 측면부를 전단면 그라우트 밀폐판(23)으로 밀폐시킨 상태에서 1개의 그라우트 주입구(25)를 통해 그라우트재를 충진시키면 전단면 그라우트 밀폐판(23)의 그라우트 주입구(25)를 통해 유입된 그라우트재가 상기 곡선부용 루프 강관(3)의 내면과 내부 타공 보강관(8)의 외면 사이 틈새로 유입되어 충진됨은 물론 내부 타공 보강관(8)에 천공되어 있는 복수의 구멍을 통해 내부 타공 보강관(8)의 내부로 유입되어 충진된다.

따라서, 전단면 그라우트 밀폐판(23)에 형성되어 있는 1개의 그라우트 주입구(25)를 통해 상기 곡선부용 루프 강관(3)의 내면과 내부 타공 보강관(8)의 외면 사이 틈새는 물론 내부 타공 보강관(8)의 내부 전체에 한꺼번에 시멘트 몰탈을 포함하는 틈새 및 중심재 그라우트재(17, 18)를 충진시켜 줄 수 있어 일 실시 예에서보다 그라우트의 품질 및 시공성을 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 두 실시 예에서는 상기 내부 보강관(6) 또는 내부 타공 보강관(8)의 제작시, 양쪽 가장자리 중 어느 일측 또는 양측에 스프링 등과 같이 탄성력을 구비한 복수의 탄성 간격재(13)를 도 4 또는 도 5, 도 7 또는 도 8 및 도 10과 같이 더 설치하여 주었다.

이와 같이 상기 내부 보강관(6) 또는 내부 타공 보강관(8)의 양쪽 가장자리 중 어느 일측 또는 양측에 복수의 탄성 간격재(13)를 더 설치해 주게 되면, 상기 루프 강관(3) 내부에 상기 내부 보강관(6) 또는 내부 타공 보강관(8)을 삽입 설치하였을 때 상기 탄성 간격재(13)들에서 발생되는 탄성력에 의해 루프 강관(3) 내면 전체와 내부 보강관(6) 또는 내부 타공 보강관(8)의 외면 사이 전체 틈새가 도 8과 같이 일정 간격을 유지한다.

특히, 곡선 선형부에 해당되는 부분의 루프 강관(3) 내부에 복수의 탄성 간격재(13)가 구비되어 있는 내부 보강관(6) 또는 내부 타공 보강관(8)을 삽입 설치함으로 인해 일부 구간에서 곡선 선형부의 루프 강관(3) 내면과 내부 보강관(6) 또는 내부 타공 보강관(8)의 외면 사이 틈새가 좁아진다 하더라도 해당 위치에 설치되어 있는 탄성 간격재(13)의 탄성력에 의해 도 7과 같이 최소로 유격을 감소시킨 상태로 삽입 설치할 수 있음은 물론 탄성 간격재(13)의 탄성력에 의해 최소한의 틈새를 유지하는 곡선 선형부분의 루프 강관(3) 내면과 내부 보강관(6) 또는 내부 타공 보광관(8) 사이에 계획된 틈새를 유지시키면서 틈새 그라우트재(17)를 주입시켜 줄 수 있어서 시공성을 대폭 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 두 실시 예에서는 상기 루프 강관(3)과 지지빔(5) 사이에 강재나 철재를 포함하는 요철판(75)을 도 19와 같이 더 삽입 설치하여 상부 토사 지반(1)의 붕괴 및 방수성 저하를 미연에 방지할 수 있도록 하였다.

또, 본 발명에서는 상기 요철판(75) 대신 강재나 철재를 포함하는 “ㄱ”자형 앵글 형태의 토사 유실 방지 겸 방수판(77)을 도 20과 같이 루프 강관(3) 사이 및 지지빔(5) 사이에 설치하여 상부 토사 지반(1)의 붕괴 및 방수성 저하를 미연에 방지할 수 있도록 한 것도 포함한다.

또한, 상기와 같이 루프 강관(3) 사이 및 지지빔(5) 사이에 토사 유실 방지 겸 방수판(77)을 설치할 경우, 상기 토사 유실 방지 겸 방수판(77)에 소정간격을 두고 강재나 철재 또는 플라스틱 재질 등으로 제작된 파이프 형태의 공간부 그라우트관(79)을 더 삽입 설치하여 상기 루프 강관(3)과 토사 유실 방지 겸 방수판(77) 사이의 틈새에도 그라우트재를 충진시켜 줄 수 있어 상부 토사 지반(1)이 흘러내리거나 방수성이 저하되는 것을 보다 더 효율적으로 방지할 수 있다.

뿐만 아니라 본 발명에서는 통상적인 강관의 재질로 구성되는 루프 강관(3) 및 내부 보강관(6) 또는 통상적인 타공관의 형태를 갖는 내부 타공 보강관(8) 중 하나의 내부에 원통형으로 제작한 철근망이나 원통형 와이어 메쉬를 포함하는 원통형 보강 철망(81)을 도 21과 같이 더 삽입 설치하여 줌으로써 곡선부용 결속 힌지 이음부(16)에 대한 강성 취약성을 대폭 보강할 수 있다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기한 실시 예 및 특허청구범위에 기재된 내용만으로 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

1 : 토사 지반 3 : 루프 강관
5 : 지지빔 6 : 내부 보강관
7 : 콘크리트 구조물 8 : 내부 타공 보강관
9 : 내부 공간 11 : 소켓부
13 : 탄성 간격재 15 : 힌지 이음부
16 : 결속 힌지 이음부
17 : 틈새 그라우트재 18 : 중심부 그라우트재
19 : 틈새 그라우트재 밀폐관 21 : 중심부 그라우트재 밀폐관
23 : 전단면 그라우트 밀폐판 25,25′,25″ : 그라우트 주입구
29 : 루프 강관 연결부
31 : 요부 홈 33 : 돌출 걸림턱
35 : 굴진기
37 : 오거축 39 : 스크류 오거
41 : 동력축 43 : 선단부 커터
45 : 후면 도관 47 : 방향 제어부
49 : 카메라 55 : 레이저 측정기
57 : 레이저 좌표 조정부 59 : 방향 전환부
61 : 선도관 63 : 추진기
65 : 바닥 콘크리트 67 : 프레임
69 : 지지대 73 : 지상 구조물 또는 교통시설
75 : 요철판 77 : 토사 유실 방지 겸 방수판
79 : 공간부 그라우트관 81 : 원통형 보강 철망

Claims

얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법을 구성함에 있어서,
굴진기를 가동시켜 토사 지반 내에 루프 강관을 추진기의 후방에서 추진하면서 루프 강관의 외면에 설치된 루프 강관 연결부의 요부 홈 내에 돌출 걸림턱이 끼워져서 결합시킨 상태로 루프 강관을 수평방향에 대해 연속적으로 및 수직방향 대해 단계적으로 추진시키는 공정과;
직경은 루프 강관의 직경보다 작게 하고, 1본 당 길이는 루프 강관의 1본 당 길이와 동일하게 힌지형으로 연결하여 견인식으로 설치하는 구조로 내부 보강관을 제작하되, 상기 내부 보강관의 양쪽 가장자리 중 어느 일측 또는 양측에 복수의 탄성 간격재를 설치하는 공정과;
루프 강관의 내부에 터널의 길이방향으로 서로 1본 당 길이의 1/2만큼 차이가 나게 하여 내부 보강관을 견인식으로 삽입 설치하는 공정과;
루프 강관의 내면과 내부 보강관 외면 사이의 틈새 및 내부 보강관 내에 각각 틈새 및 중심부 그라우트재를 충진시키는 공정과;
이어서 충진시킨 틈새 및 중심부 그라우트재를 양생시키는 공정과;
상기 틈새 및 중심부 그라우트재가 양생되면 루프 강관의 내측에 지지빔을 설치하고 토사 지반을 제거한 상태에서 콘크리트 구조물을 설치하는 공정과;
상기 콘크리트 구조물과 루프 강관 사이의 틈새에 그라우트재를 충진하여 양생시키는 공정;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법.
얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법을 구성함에 있어서,
굴진기를 가동시켜 토사 지반 내에 루프 강관을 추진기의 후방에서 추진하면서 루프 강관의 외면에 설치된 루프 강관 연결부의 요부 홈 내에 돌출 걸림턱이 끼워져서 결합시킨 상태로 루프 강관을 수평방향에 대해 연속적으로 및 수직방향 대해 단계적으로 추진시키는 공정과;
복수의 구멍이 정해진 간격으로 천공된 형태를 갖고 직경은 루프 강관의 직경보다 작으며, 1본 당 길이는 루프 강관의 1본 당 길이와 동일하게 힌지형으로 연결하여 견인식으로 설치하는 구조로 내부 타공 보강관을 제작하되, 상기 내부 타공 보강관의 양쪽 가장자리 중 어느 일측 또는 양측에 복수의 탄성 간격재를 설치하
는 공정과;
루프 강관의 내부에 터널의 길이방향으로 서로 1본 당 길이의 1/2만큼 차이가 나게 하여 내부 타공 보강관을 견인식으로 삽입 설치하는 공정과;
루프 강관의 내면과 내부 타공 보강관 외면 사이의 틈새 및 내부 타공 보강관 내 전체적으로 틈새 및 중심부 그라우트재를 한꺼번에 충진시키는 공정과;
이어서 충진시킨 틈새 및 중심부 그라우트재를 양생시키는 공정과;
상기 틈새 및 중심부 그라우트재가 양생되면 루프 강관의 내측에 지지빔을 설치하고 토사 지반을 제거한 상태에서 콘크리트 구조물을 설치하는 공정과;
상기 콘크리트 구조물과 루프 강관 사이의 틈새에 그라우트재를 충진하여 양생시키는 공정;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법.
삭제
청구항 1 또는 청구항 2 중 어느 한 항에 있어서,
상기 루프 강관의 내측에 지지빔을 설치할 때, 상부 토사의 붕괴 및 방수성 저하를 방지하기 위하여 상기 루프 강관과 지지빔 사이에 요철판을 설치하는 공정을 더 실시하는 것을 특징으로 하는 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법.
청구항 1 또는 청구항 2 중 어느 한 항에 있어서,
상기 루프 강관의 내측에 지지빔을 설치할 때, 상부 토사의 붕괴 및 방수성 저하를 방지하기 위하여 상기 루프 강관과 지지빔 사이에 토사 유실 방지겸 방수판을 설치하는 공정을 더 실시하는 것을 특징으로 하는 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법.
청구항 5에 있어서,
상기 루프 강관과 지지빔 사이에 토사 유실 방지겸 방수판을 설치할 때, 상기 토사 유실 방지겸 방수판에 소정간격을 두고 공간부 그라우트관을 설치하는 공정을 더 실시하는 것을 특징으로 하는 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법.
청구항 1 또는 청구항 2 중 어느 한 항에 있어서,
상기 루프 강관 또는 내부 보강관 또는 내부 타공 보강관 중 하나의 관 내부에 원통형 보강 철망을 설치하는 공정을 더 실시하는 것을 특징으로 하는 얕은 토피 및 곡선 선형부를 포함하는 터널 구조물 축조공법.