KR101847190B1

KR101847190B1 - 강관을 이용한 지하 터널 구조물 시공 공법

Info

Publication number: KR101847190B1
Application number: KR1020160041314A
Authority: KR
Inventors: 최찬숙; 이유석
Original assignee: 최찬숙
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2018-04-09
Also published as: KR20170114454A

Abstract

본 발명은 강관을 이용한 지하 터널 구조물 시공 공법에 관한 것으로, 강관의 추진과정에서 선도관 비트를 이용하여 강관 추진작업이 보다 신속하고 용이하게 이루어질 수 있게 되며, 토압 지지대 설치과정에서는 토압 지지대의 상단이 전도 방지판의 삽입공에 긴밀하게 삽입되므로 틈새 없이 신속한 설치가 가능한 효과를 나타내게 된다.
이를 실현하기 위한 본 발명은, 선도관(100) 및 강관(200)을 추진 장비를 이용하여 압입 및 추진하는 강관 추진단계와, 상기 추진된 강관(200) 사이에 접하는 측면을 절개하는 강관 절개단계와, 상기 강관 절개부(1)에 토압 지지대(4)를 설치하는 토압 지지대 설치단계를 포함하는 지하 터널 구조물 시공 공법에 있어서, 상기 강관 추진단계에서는 선단부에 굴착비트(110)가 구성된 선도관(100)이 장착되어, 굴착비트(110)에 의한 굴착 이 이루어진 후 선도관(100) 압입이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

강관을 이용한 지하 터널 구조물 시공 공법{UNDERGROUND TUNNEL CONSTRUCTION METHOD USING STEEL PIPE}

본 발명은 지하 터널 구조물 시공 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관을 이용한 비개착식 방법으로 지하 터널 구조물을 시공하는 시공 공법에 관한 것이다.

일반적으로, 지하 터널 구조물을 축조하는 방법으로 개착식과 비개착식이 있으며, 상부 지장물의 이전이 불가한 경우에는 비개착식 공법을 이용하여 터널을 축조하게 된다.

이러한 비개착식 시공 공법의 종래 일 예로, 특허등록 제1022382호와 같이 추진기지 및 반력벽 설치 단계, 선도관 압입 및 강관 추진단계, 그라우팅 주입단계, 강관 절개단계, 방수철판 및 토압 지지대 설치단계, 거푸집 설치단계, 철근 배근단계, 콘크리트 타설 및 양생단계, 구조물 내부 굴착단계로 이루어진다.

그러나, 상기한 종래 기술에서는 선도관을 강제로 압입하여 추진시키게 됨으로 보다 강한 압입력을 가해야 하고, 이러한 과정에서 선도관의 선단부가 파손 내지는 변형이 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 토압 지지대를 설치하는 과정에서 시간이 오래 소요되며, 토압 지지대의 길이에 오차가 발생되는 경우 설치에 어려움이 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로, 선도관의 굴진동작이 보다 신속하게 이루어짐과 함께 토압 지지대의 설치가 보다 신속하고 용이하게 이루어질 수 있는 시공 공법을 제공하여 터널 구조물의 시공이 보다 효과적으로 이루어질 수 있도록 하는데 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 선도관 및 강관을 추진 장비를 이용하여 압입 및 추진하는 강관 추진단계와, 상기 추진된 강관 사이에 접하는 측면을 절개하는 강관 절개단계와, 상기 강관 절개부에 토압 지지대를 설치하는 토압 지지대 설치단계를 포함하는 지하 터널 구조물 시공 공법에 있어서, 상기 강관 추진단계에서는 선단부에 굴착비트가 구성된 선도관이 장착하여, 굴착 후 선도관 압입이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 토압 지지대 설치단계에서는, 강관 절개부의 상단에 설치된 방수철판과 하단에 설치된 고정판 사이에 수직방향으로 토압 지지대가 설치되며, 상기 토압 지지대의 상부와 방수철판 간에는 전도 방지판을 고정 설치하되, 상기 전도 방지판은 상하 관통한 삽입공을 형성하여 토압 지지대의 상단이 삽입공으로 삽입되어 설치되는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 지하 터널 구조물 시공 공법은, 강관의 추진과정에서 선도관 비트를 이용하여 강관 추진작업이 보다 신속하고 용이하게 이루어질 수 있게 되며, 토압 지지대 설치과정에서는 토압 지지대의 상단이 전도 방지판의 삽입공에 긴밀하게 삽입되므로 틈새 없이 신속한 설치가 가능한 효과를 나타낸다.

특히, 토압 지지대의 길이가 짧아 삽입공 내부에 공간이 발생하더라도 주입홈을 통해 몰탈을 주입하여 보강할 수 있는 효과가 있다.

또한, 밀착 수단에 의해 전도 방지판이 하강하지 않아 전도 방지판 하강 방지를 위한 별도의 장치가 필요치 않고 단순히 조임 볼트를 회전시켜 전도 방지판을 손쉽게 방수 철판으로 밀착시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 굴진장치의 선도관 내부 구조도.
도 2는 본 발명 굴진장치의 선도관 정면 구조도.
도 3은 본 발명 굴진장치 선도관 평면 구조도.
도 4는 본 발명 굴진장치의 굴착비트 절첩시 상태도.
도 5는 본 발명 굴진장치의 굴착 동작 상태도.
도 6은 본 발명 굴진장치의 선도관 전진시 상태도.
도 7은 본 발명에 의한 강관 추진 시공 상태도.
도 8은 본 발명에 의한 강관 상호간에 절개부가 형성된 상태도.
도 9는 본 발명에 따른 강관 절개부에 시공될 토압 지지대 및 전도 방지판의 구조를 도시한 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 강관 절개부에 토압 지지대가 설치된 단면 확대도.
도 11은 본 발명에 따른 상부의 전도 방지판이 설치된 상태 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 하부의 전도 방지판이 설치된 상태 단면도.
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀착 수단의 구조를 도시한 분리 사시도.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀착 수단의 구조를 도시한 결합 사시도.
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀착 수단이 설치된 상태를 도시한 단면도.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 강관 추진작업을 위한 터널 굴진장치의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

<강관 추진단계>

강관 재질로 이루어지는 선도관(100)의 선단부에는 토사를 굴착하기 위한 굴착비트(110)가 구성되며, 굴착비트(110)는 지지프레임(120)에 의해 선도관(100) 중심에 지지되고, 지지프레임(120)에는 굴착비트(110)에 회전력을 전달하기 위한 구동모터(130)가 장착되며, 굴착비트(110)에 전진력을 전달하기 위해 굴착비트 후단부에는 유압잭(140)이 연결 구성되고, 유압잭(140)은 가이드프레임(150)에 의해 지지되어지며, 가이드프레임(150)의 안내를 위해 선도관(100)의 내벽면에는 안내레일(160)이 구성된다.

상기 안내레일(160)에는 가이드프레임(150)과 고정핀(151)에 의해 체결이 가능하도록 다수의 핀홀(161)이 일정 간격으로 형성된다.

한편, 지지프레임(120) 일측에는 2단 꺾임이 가능하도록 제1관절부(121)와 제2관절부(122)가 각각 구비되고, 타측에는 착탈이 가능하도록 착탈핀(123)에 의해 연결된 구조를 이루는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 착탈핀(123)을 분해시킴과 함께 제1관절부(121)와 제2관절부(122)를 회전시켜 굴착비트(110)의 개폐가 가능하게 된다.

이와 같은 구성을 이루는 본 발명 굴진장치의 동작에 따른 작용효과를 살펴보기로 한다.

먼저, 선도관(100)이 지중에 수평으로 설치된 상태에서 가이드프레임(150)의 위치를 고정시키게 된다.

즉, 이때에는 가이드프레임(150)의 양단부를 안내레일(160)을 따라 이동시켜서 적절한 위치에서 고정핀(151)을 이용하여 핀홀(161)에 체결하여 가이드프레임(150)의 위치를 고정시킬 수 있게 된다.

이러한 상태에서 구동모터(130)와 유압잭(140)을 구동시키게 되면 굴착비트(110)가 고속 회전되어짐과 동시에 전진구동이 이루어지게 되어 토사 굴착이 이루어지게 된다.

그리고, 굴착비트(110)에 대한 굴착작업이 완료되면 지지프레임(120)을 제1,2관절부(121,122)를 이용하여 접어 주어서 굴착비트(110)를 후진시킨 상태에서, 도 6에서와 같이 강관(200)에 설치된 유압실린더(210)의 힘에 의해 선도관(100)을 전진시키게 되면, 토사의 힘이 중앙측으로 쏠리면서 선도관(100)의 전진이 보다 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

이후, 선도관(100) 내부로 유입된 토사는 작업자가 진입하여 외부로 배출시키는 작업을 실시하게 된다.

따라서, 상기의 동작을 반복하여 도 7에서와 같이 다수의 강관(200)이 상호 접촉되는 터널 모양의 구조물 형태로 시공이 이루어지게 된다.

<토압지지대 설치단계>

한편, 이와 같이 강관(200)의 굴진 시공이 완료되면 강관(200) 사이가 연결될 수 있도록 절개작업을 실시한 후, 강관 절개부(1)에 토압 지지대(4)를 설치하는 작업을 실시하게 된다.

즉, 이때에는 강관 절개부(1)의 상단에 방수 철판(2)을 용접하여 설치하고, 강관 절개부(1)의 하단에 고정판(3)을 용접하여 설치하며, 방수 철판(2)과 고정판(3) 사이에 토압 지지대(4)를 수직 설치한다.

상기 토압 지지대(4)는 원형의 관으로 이루어지며 그 내부에 콘크리트가 타설되어 양생된 상태이다. 토압 지지대(4)의 길이는 방수 철판(2)과 고정판(3) 사이의 간격과 같거나 약간 짧게 형성한다. 이러한 토압 지지대(4)는 방수 철판(2)과 고정판(3) 사이에 수직으로 설치되는데, 상단과 하단에 전도 방지판(10)이 각각 설치된다.

상부에 설치되는 전도 방지판(10)은 소정의 두께를 가지는 판 형상으로 이루어지며 그 중앙에 상하 관통한 삽입공(11)이 형성된다. 상기 전도 방지판(10)의 두께는 토압 지지대(4) 설치시 토압 지지대(4)의 상단과 방수 철판(2) 하부의 틈새보다 크게 형성하고, 삽입공(11)의 지름은 토압 지지대(4)의 외경보다 약간 크게 형성하여 삽입공(11)으로 토압 지지대가 삽입되면 긴밀한 삽입이 이루어진다.

하부에 설치되는 전도 방지판(10)의 두께는 토압 지지대(4)가 이탈되지 않을 정도의 두께이면 충분하다.

이와 같은 전도 방지판(10)은 그 가장자리가 방수 철판(2)과 고정판(3)에 용접되어 일체화되고, 삽입공(11)과 토압 지지대(4)가 긴밀하게 위치하는 부위에 용접하여 일체화된다. 여기서 상기 전도 방지판(10) 및 방수 철판(2)과 고정판(3)에 볼트공을 형성하고, 볼트를 체결하여 일체화할 수 있음을 밝혀둔다.

그리고 상부에 설치되는 전도 방지판(10)은 외부로부터 삽입공(11) 내부로 관통된 주입홈(12)이 형성된다. 이러한 주입홈(12)은 몰탈(M)을 주입할 수 있도록 한 것으로, 설치된 토압 지지대(4)의 상단과 방수 철판(2) 사이에 발생한 공간에 몰탈(M)을 주입하여 메우기 위함이다. 이와 같이 내부 공간에 몰탈(M)을 주입하면 공간이 없어지므로 내구성이 보강된다. 또한, 주입홈(12)은 서로 대향되는 방향에 각각 형성하되 상부에 형성한다. 가공 또는 성형을 고려하여 주입홈(12)을 상면에 노출되도록 형성하여도 무방하다. 한쪽의 주입홈(12)을 통해 몰탈(M)을 주입하면 타측 주입홈(12)을 통해 몰탈(M)이 배출되도록 하여 내부의 공기가 빠져나가며 공간 없이 원활하게 채워지면서 전부 채워짐을 확인할 수 있다. 여기서 상기 몰탈(M)은 콘크리트 등으로 대체될 수 있음을 밝혀 둔다.

이와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 강관을 이용한 지하 터널 구조물의 토압 지지대 설치 과정을 좀더 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 강관 절개부(1) 상면에 방수 철판(2)이 수평 상태로 용접되어 일체화되고, 하면에 고정판(3)이 수평 상태로 용접되어 일체화된 상태에서 토압 지지대(4)를 수직으로 설치하기 위해 토압 지지대(4)의 상하단에 전도 방지판(10)을 삽입한다. 이때, 토압 지지대(4)를 수직으로 위치했을 때 전도 방지판(10)이 자중에 의해 슬라이딩하며 하강하는 데 이를 방지하기 위해 별도의 클램프를 토압 지지대(4)에 고정시켜 전도 방지판(10)이 하강하는 것을 방지한다. 이와 같이 전도 방지판(10)이 토압 지지대(4)에 끼워진 상태에서 토압 지지대(4)를 방수 철판(2)과 고정판(3) 사이에 수직으로 위치시킨다. 다음으로, 하부에 고정된 클램프를 제거하여 하부의 전도 방지판(10)을 하강시키고 고정판(3)에 밀착되면 전도 방지판(10)의 가장자리와 고정판(3)이 접하는 부위를 용접하여 고정판(3)과 전도 방지판(10)을 일체화시킨다. 그리고 상부에 위치한 전도 방지판(10)을 상부로 승강시켜 방수 철판(2)에 밀착시키고 전도 방지판(10)의 가장자리와 방수 철판(2)이 접하는 부위를 용접하여 방수 철판(2)과 전도 방지판(10)을 일체화하고, 전도 방지판(10)의 삽입공(11)과 토압 지지대(4)가 접하는 부위에 용접하여 전도 방지판(10)과 토압 지지대(4) 또한 일체화한다. 이 과정에서 토압 지지대(4)의 상단과 방수 철판(2) 저면은 이격되어 틈새가 발생하는데, 이 틈새는 전도 방지판(10)의 삽입공(11) 내부에 위치하므로 외부에서 보이지 않는다. 마지막으로 전도 방지판(10)에 형성된 주입홈(12)을 통해 몰탈(M)을 주입하여 틈새를 메워 내구성을 향상시킨다. 이때, 타측의 주입홈(12)을 통해 내부 공기가 배출됨에 따라 공간 없이 몰탈(M)의 채움이 원활하고 몰탈(M)이 배출되는 것을 확인하여 채움 완료를 확인할 수 있다.

도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀착 수단의 구조를 도시한 분리 사시도이고, 도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀착 수단의 구조를 도시한 결합 사시도이며, 도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀착 수단이 설치된 상태를 도시한 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 밀착 수단(20)은 상기 토압 지지대(4)의 상부에 설치되어 전도 방지판(10)을 방수 철판(2)에 강제 밀착시키기 위한 것이다.

상기 밀착 수단(20)은 토압 지지대(4)의 상단에 걸림되는 걸림부(21)와, 상기 걸림부(21)의 가장자리로부터 하부로 돌출되며 전도 방지판(10)의 삽입공(11)을 관통하는 수직부(22)과, 수직부(22)의 말단으로부터 수평으로 구비되며 볼트 공(24)이 형성된 플랜지(23)와, 볼트공(24)의 하부로부터 체결되는 조임볼트(25)로 구성된다.

상기 걸림부(21)와 수직부(22) 및 플랜지(23)는 일체로 형성된 것으로, 상기 수직부(22)는 다수의 띠 형태로 형성되는데, 세 개 또는 사방인 네 개로 형성함이 바람직하다. 이와 같이 띠 형태로 형성할 경우 전도 방지판(10)의 삽입공(11)에는 수직부(22)가 삽입되는 가이드 홈(13)을 각각 대응되게 형성하여 긴밀한 결합에 방해되지 않도록 한다. 여기서 상기 수직부(22)는 원통 형태로 형성하여 토압 지지대(4)를 감싸는 형태로 형성할 수도 있음을 밝혀둔다.

이러한 구조로 이루어진 밀착 수단(20)은 전도 방지판(10)을 토압 지지대(4)에 삽입하기 전에 먼저 설치한 후 전도 방지판(10)을 끼워야 한다. 이때, 밀착 수단(20)의 수직부(22)가 전도 방지판(10)의 가이드 홈(13)에 위치되어야 삽입이 가능하며 수직 방향으로 슬라이딩 가능하다. 설치 초기의 조임볼트(25)는 그 선단이 플랜지(23)에 살짝 체결된 상태로, 전도 방지판(10)이 설치되면 전도 방지판(10)이 플랜지(23)에 근접하게 위치하는데, 더욱 상세하게는 조임볼트(25)의 말단에 전도 방지판(10)의 저면이 닿아 하강하지 않는다. 결국, 밀착 수단(20)에 의해 전도 방지판(10)은 더 이상 하강하지 않으므로 별도의 클램프도 필요치 않다.

밀착 수단(20)에 안착된 전도 방지판(10)은 조임볼트(25)의 조임에 의해 승강하여 방수 철판(2)에 강제 밀착되는데, 방수 철판(2)이 수평하지 못한 강관 절개부(1)에 의해 살짝 경사지게 설치되었다 하더라도 조임볼트(25)가 여러 개 구비됨에 따라 동일한 경사면으로 전도 방지판(10)이 밀착된다. 이 과정에서 전도 방지판(10)을 조임볼트(25)가 항상 받치고 있기 때문에 별도의 장치 또는 인력이 필요치 않다.

1 ; 강관 절개부 2 : 방수철판
3 : 고정판 4 : 토압 지지대
10 ; 전도 방지판 11 : 삽입공
12 : 주입홈 13 : 가이드홈
20 : 밀착수단 21 : 걸림부
22 : 수직부 23 : 플랜지
24 : 볼트공 25 : 조임볼트
100 : 선도관 110 : 굴착비트
111 : 회동축 120 : 지지프레임
121 : 제1관절부 122 : 제2관절부
123 : 착탈핀 130 : 구동모터
140 : 유압잭 150 : 가이드프레임
151 : 고정핀 160 : 안내레일
161 : 핀홀 200 : 강관
210 : 유압실린더

Claims

선도관(100) 및 강관(200)을 추진 장비를 이용하여 압입 및 추진하는 강관 추진단계와, 상기 추진된 강관(200) 사이에 접하는 측면을 절개하는 강관 절개단계와, 상기 강관 절개부(1)에 토압 지지대(4)를 설치하는 토압 지지대 설치단계를 포함하는 지하 터널 구조물 시공 공법에 있어서,
상기 선도관(100)은,
굴착비트(110);
굴착비트(110)를 지지하기 위한 지지프레임(120);
굴착비트(110)에 회전력을 전달하기 위해 지지프레임(120)에 장착되는 구동모터(130);
굴착비트(110)에 전진력을 전달하기 위해 굴착비트(110) 후단부에 구비되는 유압잭(140);
유압잭(140)을 지지하는 가이드프레임(150);
가이드프레임(150)의 안내를 위해 선도관(100)의 내벽 면에 구비되는 안내레일(160);
지지프레임(120)의 일측에 구비되어 지지프레임(120)이 2단 꺾임 가능토록 하는 제1관절부(121) 및 제2관절부(122);
지지프레임(120)의 타측에 구비되어 착탈이 가능토록 하는 착탈핀(123); 을 포함함을 특징으로 하는 강관을 이용한 지하 터널 구조물 시공 공법.
청구항 1에 있어서, 상기 안내레일(160)에는 가이드프레임(150)과 고정핀(151)에 의해 체결 가능하도록 다수의 핀홀(161)이 일정 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 강관을 이용한 지하 터널 구조물 시공 공법.
청구항 1에 있어서, 상기 토압 지지대 설치단계에서는,
강관 절개부(1)의 상단에 설치된 방수철판(2)과 하단에 설치된 고정판(3) 사이에 수직방향으로 토압 지지대(4)가 설치되며, 상기 토압 지지대(4)의 상부와 방수철판(2) 간에는 전도 방지판(10)을 고정 설치하되, 상기 전도 방지판(10)은 상하 관통한 삽입공(11)을 형성하여 토압 지지대(4)의 상단이 삽입공(11)으로 삽입되어 설치되는 것을 특징으로 하는 강관을 이용한 지하 터널 구조물 시공 공법.
청구항 3에 있어서, 상기 전도 방지판(10)은 상하 관통한 삽입공(11)을 형성하여 토압 지지대(4)의 하단이 삽입공(11)으로 삽입되어 설치되는 것을 특징으로 하는 강관을 이용한 지하 터널 구조물 시공 공법.
청구항 3에 있어서, 상기 전도 방지판(10)은 외측면으로 부터 삽입공(11)으로 관통된 주입홈(12)을 형성하여 삽입공(11) 내부의 공간에 몰탈(M)을 주입할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 강관을 이용한 지하 터널 구조물 시공 공법.
청구항 5에 있어서, 상기 주입홈(12)은 전도 방지판(10)의 양측에 각각 형성됨을 특징으로 하는 강관을 이용한 지하 터널 구조물 시공 공법.
청구항 3에 있어서, 상기 토압 지지대(4)는 그 상부에 전도 방지판(10)을 방수 철판(2)으로 강제 밀착시키는 밀착수단(20)을 설치하되, 상기 밀착수단(20)은 토압 지지대(4)의 상단에 걸림되는 걸림부(21)와, 상기 걸림부(21)의 가장자리로 부터 하부로 돌출되며 전도 방지판(10)의 삽입공(11)을 관통하는 수직부(22)와, 상기 수직부(22)의 말단으로부터 수평으로 구비되며 볼트공(24)이 형성된 플랜지(23)와, 상기 볼트공(24)의 하부로부터 체결되어 회전함에 따라 전도 방지판(10)을 승강시키는 조임볼트(25)로 이루어짐을 특징으로 하는 강관을 이용한 지하 터널 구조물 시공 공법.
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