KR101933614B1 - 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법 및 이를 이용한 터널 지반 선보강 방식 터널 굴착 방법 - Google Patents

강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법 및 이를 이용한 터널 지반 선보강 방식 터널 굴착 방법 Download PDF

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KR101933614B1 KR1020180000032A KR20180000032A KR101933614B1 KR 101933614 B1 KR101933614 B1 KR 101933614B1 KR 1020180000032 A KR1020180000032 A KR 1020180000032A KR 20180000032 A KR20180000032 A KR 20180000032A KR 101933614 B1 KR101933614 B1 KR 101933614B1
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Abstract

터널 굴착단면에서 터널 굴착에 선행하여 굴착 예정 지반 상부를 향해 강관 보강재를 삽입하고 지반 내에 그라우트재를 침투시켜 미리 보강하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법 및 이를 이용한 터널 지반 선보강 방식 터널 굴착 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 터널 지반 선보강 방법은, 이미 굴착된 N-1막장의 N-1번째 지보재 하부에서 굴착 전인 N막장의 N번째 지보재 자리를 접하며 지나고 그 다음으로 굴착이 예정된 N+1막장의 N+1번째 지보재 자리와는 접하지 않으면서 상기 N+1번째 지보재 자리 상부를 지나도록 상향 천공을 하고, 상향 천공에 의한 천공홀에 강관 보강재의 후미가 상기 N번째 지보재 자리와 N+1번째 지보재 자리의 사이에 위치하도록 삽입하고 그라우팅으로 정착시켜, 천공홀의 입구부터 강관 보강재의 후미까지는 빈보강구간이 되고 강관 보강재의 후미부터 강관 보강재의 선단까지는 주보강구간이 되도록 하는 것을 요지로 한다.

Description

강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법 및 이를 이용한 터널 지반 선보강 방식 터널 굴착 방법{Tunnel ground pre-reinforcement method using the steel pipe and Tunnel ground pre-reinforcement type tunnel excavation method}
본 발명은 터널 지반 선보강 방법에 관한 것으로, 상세하게는 터널 굴착단면에서 굴착 예정 지반 상부를 향해 강관 보강재를 삽입하고 지반 내에 그라우트재를 침투시켜 굴착 예정 지반 상부를 미리 보강하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법 및 이를 이용한 터널 지반 선보강 방식 터널 굴착 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, 아직 굴착 되지 않은 굴착 예정 지반 주변을 미리 강화하여 굴착 과정에서 지반 붕괴나 변위를 막는데 효과적인 공법이다.
강관 그라우팅을 이용한 터널 보강에 있어서는 일반적으로, 굴착면 상반부 주변을 터널 길이방향으로 천공하고, 천공에 의한 홀 내부에 강관 보강재를 설치하며, 강관 보장재를 통하여 강관 보강재 내부와 강관 보강재와 천공홀 벽면 사이, 그리고 천공홀 벽면 주변의 지반 내부를 가압 그라우팅함으로써 굴착면 상반부를 보강하게 된다.
천공은 드릴비트를 갖춘 전용 천공장비를 이용하며, 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 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 굴착 지반을 보강하고 굴착면에 대한 안정화를 도모하게 된다.
이러한 NATM 공법으로 터널 굴착 시 강관 그라우팅으로 터널 상반부를 보강함에 있어서는, 굴착면 상부 지반에 소정의 각도로 상향 설치된 강관 보강재의 일측 단부(터널 굴진 방향을 기준으로 했을 때 후단부)가 강지보 바로 위쪽에 위치함으로써 상기 강지보의 지지를 받는 구조이어야 보강효과가 극대화될 수가 있다.
터널 설계 단계에서 지반 상태나 지질을 고려하여 터널 굴착 주변부의 적절한 범위 내에서 강관 그라우팅의 범위를 결정하며, 이때 강관 그라우팅 시행 시 설치되는 강관의 규격, 길이, 간격, 및 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 천공 장비의 드리프터와 강지보 사이의 간섭과 강관 자체의 길이 등으로 인하여 설계 안에서 제시하는 강관 설치 각도(5ㅀ~ 20ㅀ)를 그대로 적용하기 곤란하다는 문제가 있다.
이를 준수하기 위해서는 계획된 깊이로 단계별로 굴착할 때마다 강관 보강재 설치 각도에 맞추어 도 1a 및 도 1b과 같이 변단면 형식으로 시공을 해야 하지만, 강관 보강재(120)의 설치 각도에 맞게 터널 굴착단면 크기를 변화시키면서 터널 굴착을 진행해야 하기 때문에 공기가 길어지고 공사비가 상승되는 문제가 있다.
또한, 터널 굴착 방향으로 일정 간격마다 설치하게 되는 강지보(210)의 크기가 달라져야 하기 때문에 강지보 제작에 많은 경비가 소요되고, 단계적으로 굴착 완료 후 제일 마지막에 굴착된 굴곡진 굴착단면을 숏크리트층(300)으로 채워야 하므로 불필요하게 소모되는 재료의 소모가 크다는 단점이 있다.
이에 공사비 절감 및 공정 단순화 차원에서 일반적으로 변단면 형태의 굴착 및 보강을 시행하지 않고, 굴착 지반을 계획된 깊이로 한번에 굴착한 후 굴착된 막장면에 강지보를 설치하고 강관 그라우팅을 실시하되, 강지보 간격에 맞춰 강관의 설치 각도를 제한하는 설계를 채택하고 있는 실정이다.
도 1a 및 도 1b에서 미설명 부호 100은 굴착 터널이며, 102와 130은 천공홀과 천공홀 입구 밀폐를 위한 코킹 수단을 가리킨다.
한국특허등록 제10-1234814호 (등록일 2013. 2. 13)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 터널 굴착에 선행하여 터널 굴착단면에서 굴착 예정 지반 상부를 향해 강관 보강재를 삽입하고 지반 내에 그라우트재를 침투시켜 굴착 예정 지반 상부를 미리 보강한 후 굴착 예정 지반까지 단계별 굴착을 실시하며, 이를 통해 설계 안에서 제시하는 강관 설치 각도(5ㅀ~ 20ㅀ)로 굴착면 상부 지반에 대한 보강이 가능하도록 한 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법 및 이를 이용한 터널 지반 선보강 방식 터널 굴착 방법을 제공하고자 하는 것이다.
과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 일 측면에 의하면,
터널 굴착단면에서 굴착 예정 지반 상부를 강관 보강재로 미리 보강하는 터널 지반 보강 방법으로서,
이미 굴착된 N-1막장의 N-1번째 지보재 하부에서 굴착 전인 N막장의 N번째 지보재 자리를 접하며 지나고 그 다음으로 굴착이 예정된 N+1막장의 N+1번째 지보재 자리와는 접하지 않으면서 상기 N+1번째 지보재 자리 상부를 지나도록 상향 천공을 하고,
상향 천공에 의한 천공홀에 강관 보강재의 후미가 상기 N번째 지보재 자리와 N+1번째 지보재 자리의 사이에 위치하도록 삽입하고 그라우팅으로 정착시켜, 천공홀의 입구부터 강관 보강재의 후미까지는 빈보강구간이 되고 강관 보강재의 후미부터 강관 보강재의 선단까지는 주보강구간이 되도록 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법을 제공한다.
바람직하게는, 이미 굴착된 상기 N-1막장과 굴착 전인 N막장 사이에 하나 또는 하나 이상의 N'막장이 계획되어 있는 경우에는, 상기 빈보강구간은 N'막장까지 연장될 수도 있다.
또한 본 발명의 일 측면에서는, 상기 N막장을 굴착하고 계획된 N번째 지보재 자리에 N번째 지보재 설치한 다음, 이미 설치된 강관 보강재의 후미와 상기 N번째 지보재 사이를 보조 보강재로 연결시키는 방법이 고려될 수 있다.
또한, N-1막장의 N-1번째 지보재 하부에서 상향으로 천공 시 천공위치가 숏크리트 면에 간섭될 경우 천공방향으로 유도관을 설치하고 숏크리트로 고정한 다음 유도관을 통하여 천공을 수행하거나, 유도관 제거 후 형성되는 경사진 안내홈을 통하여 천공을 수행한 다음 천공홀에 강관 보강재의 후미가 상기 N번째 지보재 자리와 N+1번째 지보재 자리의 사이에 위치하도록 설치할 수도 있다.
이때, 굴착단면 모양에 대응되는 마제형 또는 반원형의 지지대 상에 상기 유도관을 일정 간격으로 배치한 후 숏크리트를 타설하여 굴착면에 고정시키는 방법이 고려될 수 있으며, 상기 강관 보강재의 내부에 하나 이상의 내부 보강재를 설치하여 강관 보강재를 보강하는 방법도 고려될 수 있다.
경우에 따라서는, N-1막장의 N-1번째 지보재 하부에서 상향으로 천공 시 천공위치가 숏크리트 면에 간섭될 경우 천공장비를 지지하도록 굴착단면과 천공장비의 헤드 사이에 지지구를 설치한 다음 천공하는 방안이 고려될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 적용된 상기 강관 보강재에 그라우트재 유출구를 나선 형태로 형성하여 그라우팅 시 천공홀의 공벽에 그라우트재가 균일하게 채워지면서도 강관 보강재의 휨 강성이 저하되지 않도록 함이 바람직하다.
또한, 강관 보강재를 천공홀에 삽입함에 있어서는 천공과 동시에 강관 보강재를 밀어 넣는 직천공방식으로 강관 보강재의 후미가 상기 N번째 지보재 자리와 N+1번째 지보재 자리 사이에 위치하도록 시공하는 방안이 고려될 수 있다.
또한, 경우에 따라서는 상기 빈보강구간 전체 및 주보강구간의 일부를 확공하여 주보강구간의 다른 일부 구간보다 천공경을 크게 하여 강관 보강재의 설치와 가압 그라우팅의 용이함을 도모할 수도 있다.
또한, 상기 주보강구간에서 일정 깊이로 홀을 더 여유 있게 천공하여 차수구간이 형성되도록 하는 방안도 고려될 수 있으며, 이 경우 상기 차수구간의 지반에 차수액을 살포하여 터널 굴착 시 누수를 막고 함께 지반보강까지 할 수도 있다.
또한, N-1번째 지보재, N번째 지보재, N+1번째의 지보재 위치가 설계 허용범위 내에서 앞 또는 뒤쪽으로 이동설치하는 방법이 고려 될 수도 있다.
한편, 강관 보강재 설치 후 강관 보강재의 선단에서부터 천공홀의 입구 밖으로 연장되도록 에어분출호스와 복수의 그라우트호스를 설치하고, 강관 보강재의 후미 측에 패커를 설치한 다음 패커를 팽창시켜 빈보강구간과 주보강구간 사이를 차단하는 차단막을 형성함으로써, 이후 가압 그라우팅 시 설계 압력으로 지반 내에 그라우트재가 침투할 수 있도록 하고, 천공홀의 가압 그라우팅 과정에서 강관 보강재가 계획된 위치를 벗어나 천공홀 입구 쪽으로 밀려나오지 않도록 하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 상기 차단막에서부터 강관 보강재의 어느 한 위치까지는 양생 속도가 빠른 급속 그라우트재를 사용하여 그라우팅을 행함으로써 강관 보강재를 천공홀 내 지정된 위치에 신속히 고정시킨 다음, 급속 그라우트재 사용 구간을 제외한 강관 보강재 선단까지의 나머지 구간은 일반 그라우트재로 그라우팅 하면 공기 단축 및 공정 측면에서 유리하다.
경우에 따라서는, 상기 급속 그라우트재를 사용하는 구간과 일반 그라우트재를 사용하는 구간 경계의 강관 보강재의 내부와 외부 또는 내부와 외부 중 한 곳에 패커를 이용하여 차단막을 형성시킴으로써, 두 구간의 경계가 명확히 구분되도록 하고 두 구간에 대한 그라우팅이 단계적으로 행해질 수 있도록 할 수도 있다.
다른 한편, 강관 보강재의 선단에서부터 천공홀의 입구 밖으로 연장되도록 에어분출호스와 복수의 그라우트호스를 설치하고, 빈보강구간인 천공홀 입구에서 주보강구간과의 경계부 사이의 코킹구간에 급결재 또는 패커를 1개 이상 설치하여 천공홀을 밀폐하는 방안이 고려될 수도 있다.
이 경우, 복수의 그라우트호스 중 하나 이상이 상기 주보강구간에서 일정 깊이로 홀을 더 여유 있게 천공하여 형성되는 차수구간까지 연장되도록 하고, 상기 차수구간과 주보강구간의 경계부에 패커를 이용하여 차단막을 형성시킴으로써, 차수구간과 주보강구간이 명확히 구분되도록 하고 두 구간에 대한 그라우팅이 단계적으로 행해질 수 있도록 함이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 상기 차수구간에 설치되는 그라우트호스의 출구 측에 역류방지장치, 예컨대 체크밸브 등을 설치하여 그라우팅 시 그라우트재가 역류하지 않도록 할 수도 있다.
또한 본 발명의 일 측면에서는, 상기 천공홀의 입구와 강관 보강재 사이를 홀 유지관으로 연결하고, 천공홀 밖으로 노출된 홀 유지관의 끝단에 복수의 관통홀이 형성된 뚜껑, 패드, 패커 중 하나를 설치하여 원활한 가압 그라우팅을 위하여 천공홀 입구 측을 밀폐하는 방안이 고려될 수도 있다.
이 경우, 천공홀 입구 측의 상기 홀 유지관 외면부에 밀림방지부재를 설치하고, 밀림방지부재를 포함하여 천공홀 입구 측을 밀폐함으로써 이후 강관 보강재에 대한 가압 그라우팅 시 그라우트재 충진 압력에 의해 상기 강관 보강재가 밀려 나오지 않도록 하는 방안도 고려될 수 있다.
한편, 강관 보강재의 선단에서부터 천공홀 밖으로 연장되도록 에어분출호스와 복수의 그라우트호스를 설치하되, 그라우트호스 중 일부는 강관 보강재의 내부에 위치하고 다른 일부는 강관 보강재의 외부에 위치하도록 설치하고, 그라우팅 구간이 분할 구획되도록 강관 보강재의 내, 외부에 패커를 하나 이상 설치할 수도 있다.
과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 의하면,
(A) 전술한 일 측면에 따른 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법을 이용하여 이미 굴착된 N-1막장의 N-1번째 지보재 하부에서 굴착 예정 지반 상부를 향해 강관 보강재로 미리 보강하는 단계;
(B) N-1막장의 굴착단면에서 계획된 깊이로 N막장까지 굴착하고 계획된 N번째 지보재 자리에 N번째 지보재를 설치한 다음 숏크리트를 타설하여 굴착면을 보강하고 이완을 방지하는 단계; 및
(C) N막장의 굴착단면에서 계획된 깊이로 N+1막장까지 굴착하고 계획된 N+1번째 지보재 자리에 N+1번째 지보재를 설치하여 전 단계에서 이미 설치된 강관 보강재의 후미부를 상기 N+1번째 지보재가 떠받치도록 한 다음 숏크리트를 타설하여 굴착면을 보강하는 단계;를 포함하며,
상기 (A) 단계에서는,
강관 보강재의 선단에서부터 천공홀의 입구 밖으로 연장되도록 에어분출호스와 복수의 그라우트호스를 설치하고,
강관 보강재와 천공홀의 입구 사이에 급결재 또는 패커를 설치하여 천공홀을 밀폐하며,
천공홀 밖으로 연장된 복수의 그라우팅 호스와 그라우트 펌프에 연결된 하나의 호스를 복수개로 분기시켜 연결한 다음 상기 에어분출호스를 통해 그라우트재가 분출될 때까지 그라우팅을 실시하고,
에어분출호스를 폐합하고 그라우트재가 공벽에 고루 침투될 수 있도록 설계된 압력으로 가압 그라우팅을 행한 다음, 그라우트 펌프에서 복수의 그라우팅 호스를 분리시키는 것을 특징으로 하는 터널 지반 선보강 방식 터널 굴착 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 (A) 단계에서 보조 보강재를 이용하여 천공홀에 상기 강관 보강재를 상향 경사지게 밀어 넣거나, 전용 밀대를 사용하여 천공홀에 강관 보강재를 상향 경사지게 밀어 넣는 방법이 고려될 수 있다. 물론 앞서도 언급했듯이 천공과 동시에 강관 보강재를 설치하는 직천공방식이 고려될 수도 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 터널 굴착 방법에서는, 상기 그라우트 펌프에 연결된 하나의 호스에 밸브와 주압력계, 그리고 유량계를 설치하고, 천공홀 밖으로 연장된 복수의 그라우트 호스 각각에 밸브와 보조 압력계를 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가압 그라우팅 시 그라우트재 주입량을 자동으로 기록하는 기록장치를 사용함으로써, 그라우트재의 주입량을 파악하고, 이를 통해 공정 관리의 효율성을 높일 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 굴착 예정 지반에 도달하기 전에 강관 보강재 설치를 위한 천공 지점을 앞당겨 중간 위치의 막장면(굴착단면)에서 천공하고 강관 그라우팅을 먼저 행한 후 굴착 예정 지반까지 단계별 굴착을 실시함으로써, 설계 안에서 제시하는 강관 설치 각도(5ㅀ~ 20ㅀ)로 터널 굴착면 상부 지반에 대한 보강이 가능하다.
또한, 굴착에 선행하여 강관 보강을 위한 홀을 미리 천공한 후 그라우팅을 통해 강관 보강재를 천공홀에 정착시킴으로써, 그라우트재가 충분히 양생되는 시간 동안 공사가 지연되는 것을 방지할 수 있어 공기를 단축시키는 효과가 있고, 공기 지연에 따른 비용 손실을 저감시킬 수 있어서 경제성 측면에서도 유리한 효과가 있다.
도 1a 및 도 1b는 변단면 방식의 종래 강관 그라우팅 공법의 시공 예시도 및 요부 확대도.
도 2는 본 발명에 따른 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법의 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법의 본 발명의 바람직한 변형 예를 도시한 개념도.
도 4 내지 도 9는 천공 과정에서의 바람직한 실시 예들을 예시한 개념도.
도 10 내지 도 15는 천공홀에 강관 보강재를 정착시키는 그라우팅에 관한 다양한 실시 예를 예시한 도면.
도 16은 전술한 강관 보강재를 이용한 지반 선보강 후 수행되는 굴착 과정을 예시한 개념도.
도 17은 터널 지반 선보강 방법을 적용하여 터널을 굴착하는 방법을 순서대로 도시한 시공 순서도.
도 18은 가압 그라우팅을 위한 장비들의 구체적인 연결관계를 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 자세히 살펴보기로 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.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하기로 하며, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 부여하여 설명하기로 한다.
본 발명은 굴착 예정된 터널 굴착면 상부 지반을 강관 보강재를 이용한 강관 그라우팅으로 미리 보강한 뒤 계획된 깊이로 터널을 굴착하고, 굴착면에 지보재 설치 및 숏크리트를 타설하여, 굴착 예정 지반을 강관 그라우팅으로 미리 보강함에 있어 설계 안에서 제시하는 강관 설치 각도(5ㅀ~ 20ㅀ, θ)를 만족시킬 수 있는 새로운 방법을 제안한다.
구체적으로, 굴착 예정 지반에 도달하기 전에 강관 보강재 설치를 위한 천공 지점을 앞당겨 중간 위치의 막장면(굴착단면)에서 천공하고 강관 그라우팅을 먼저 수행한 후 굴착 예정 지반까지 단계별 굴착을 실시할 수 있도록 함으로써, 설계 안에서 제시하는 강관 설치 각도(5ㅀ~ 20ㅀ)로 강관 그라우팅을 수행하여 굴착면 지반 상부를 보강하는 보강 방법을 제안한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 자세히 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법의 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 터널 지반 선보강 방법은, 굴착단면(A)에서부터 굴착 전인 지반 상부를 향하여 상향 경사지게 홀(H)을 뚫는 천공단계를 포함한다. 이하 설명의 편의를 위해 도면의 예시와 같이, 굴착 전인 첫 번째 굴착 예정 지반을 'N'번째 막장으로 정의하고, 이를 기준으로 굴착 지반과 굴착 예정 지반을 구분하여 설명하기로 한다.
예를 들어 도면의 식별 부호 중, N-1막장은 이후 굴착 과정에서 첫 번째로 굴착 예정인 상기 N번째 막장(N막장)을 기준으로 직전에 이미 굴착된 막장이고, N-2막장은 상기 N-1막장 굴착 직전에 굴착된 막장으로 이해되어야 한다. 그리고 N+1막장은 N번째 막장(N막장) 굴착 직후 굴착 예정 지반이고, N+2막장은 상기 N+1막장 굴착 직후 굴착 예정 지반을 이해함이 바람직하다.
천공단계에서는 구체적으로, 이미 굴착된 N-1막장의 N-1번째 지보재(40) 하부에서 굴착 전인 N막장의 N번째 지보재 자리(P1)를 접하며 지나고 그 다음으로 굴착이 예정된 N+1막장의 N+1번째 지보재 자리(P2)와는 접하지 않으면서 상기 N+1번째 지보재 자리(P2) 상부를 지나도록 굴착 예정 지반을 향하여 5 ~ 20ㅀ각도로 상향 천공을 한다.
천공단계에서는 점보 드릴이나 크롤러 드릴과 같은 공지된 전용 천공장비 등을 이용하여 천공을 하고, 이때 천공과 함께 강관 보강재(20)를 밀어 넣은 공지의 직천공방식으로 천공을 하면, 천공작업 후에 해당 천공홀(H) 보강을 위하여 강관 보강재(20)를 별도로 삽입해야 하는 과정을 생략할 수 있어 공기 단축 및 공정상 유리할 수 있다.
홀(H)을 천공함에 있어 굴착단면(A)에서부터 N+1막장의 N+1번째 지보재 자리(P2)를 상부를 지나면서 굴착단면(A)과 상기 N+1막장의 사이에 적어도 하나 이상 존재하는 N막장의 N번째 지보재 자리(P1)를 통과하도록 홀(H)을 상향 천공하면, 설계 안에서 제시하는 설치 각도(5ㅀ~20ㅀ, θ)로 강관 보강재(20)의 설치가 가능하면서도 이후 설치될 지보재(40)와의 간섭을 피할 수 있다.
즉 최종 굴착단면(A)에서 굴착 예정 지반의 첫 번째 지보재 자리인 N번째 지보재 자리(P1)를 통과하면서 두 번째 지보재 자리인 N+1번째 지보재 자리(P2) 윗부분을 지나도록 천공을 하면, 강관 보강재의 후미가 두 번에 걸친 단계별 굴착 이후 N+1막장에 위치하게 될 N+1번째 지보재에 지지되는 구조를 만족시키면서도 설계 안에서 제안하는 설치 각도(5ㅀ~ 20ㅀ)로 강관 보강재(20)를 설치할 수 있다.
물론, 지보재(40)의 설치 간격은 지반상태에 따라 터널 설계 과정에서 단계별 굴착이 수행될 굴착 구간을 몇 개로 분할하느냐에 따라 달라질 수 있으므로 특정 간격으로 한정되는 것은 아니며, 앞 뒤로 위치하는 강관 보강재(20) 사이의 간격은 두 강관 보강재(20) 간 최소한의 중첩거리를 고려해야 하므로 이들 사이에 설치되는 지보재(40)의 개수 또한 달라질 수 있음은 당연하다.
굴착 전인 지반 상부를 향한 홀(H) 천공이 마무리되면, 천공홀(H)에 강관 보강재(20)의 후미가 상기 N번째 지보재 자리(P1)와 N+1번째 지보재 자리(P2)의 사이에 위치하도록 삽입하고 그라우팅으로 정착시킴으로써, 천공홀(H)의 입구부터 강관 보강재(20)의 후미까지는 빈보강구간(S1)이 되고 강관 보강재(20)의 후미부터 강관 보강재(20)의 선단까지는 주보강구간(S2)이 되도록 한다.
그라우팅의 주된 목적은 천공홀(H)에 그라우트재를 채워 공벽을 보강하고 상기 강관 보강재(20)를 정착시킴에 있으며, 그라우팅 전 강관 보강재(20)를 천공홀(H)에 삽입하는 작업에는 별도의 전용 밀대를 사용하거나, 보조 보강재를 사용하는 방안이 고려될 수 있다. 물론 앞서도 언급한 직천공방식으로 강관 보강재(20)를 천공홀(H)에 삽입하는 방안도 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 변형 예로서, 지반 상태나 지형에 따라 지보재(40)의 간격과 단계별 굴착 깊이가 달리해야 할 경우 N-1막장과 N막장 사이에 하나 또는 그 이상의 N'막장이 계획되는 경우도 존재한다. 이 경우에는 도 3의 예시와 같이, 앞서 언급한 빈보강구간(S1)이 N'막장까지 연장되도록 천공홀(H)을 형성함이 바람직하다.
한편, 그라우팅에 있어서는 길이를 달리하는 복수 개의 그라우트호스(90)와 강관 내부 공간을 분할 구획하는 간격재, 공기 배출용 에어분출호스 등을 이용한 동시 가압 그라우팅 또는 수축/팽창 가능한 패커가 달린 그라우트호스를 제일 깊은 곳에서부터 단계적으로 천공홀(H) 입구 측으로 이동시키면서 그라우팅 하는 공지의 다단 가압 그라우팅이 고려될 수 있다.
도 4 내지 도 9는 천공 과정에서의 바람직한 실시 예들을 예시한 개념도이다.
이들 도면을 참조하면, N-1막장의 N-1번째 지보재(40) 하부에서 상향으로 천공 시 천공위치가 숏크리트 면에 간섭될 경우가 있을 수 있다. 이 경우 도 4에 예시한 바와 같이, 천공방향으로 유도관(30)을 먼저 설치하고 숏크리트(50)로 고정시킴으로써, 천공장비의 헤드부가 상기 유도관(30)을 통해 계획된 천공지점에 정확히 도달할 수 있게 하는 방안이 고려될 수 있다.
경우에 따라서는, 유도관(30)을 그대로 사용하지 않고 숏크리트(50) 타설 후 유도관(30)을 제거했을 때 형성되는 경사진 안내홈을 이용하여 천공을 하는 방안이 고려될 수도 있다. 즉 숏크리트(50) 타설 후 유도관(30) 자리에 형성되는 안내홈을 따라 천공을 한 후 천공홀(H)에 강관 보강재(20)의 후미가 N번째 지보재 자리(P1)와 N+1번째 지보재 자리(P2)의 사이에 위치하도록 설치할 수도 있다.
바람직하게는, 도 5의 예시와 같이 굴착단면(A) 모양에 대응되는 마제형 또는 반원형의 지지대(60) 상에 상기 유도관(30)을 일정 간격으로 배치한 후 숏크리트(50)를 타설하여 굴착면에 고정시키는 방법이 있을 수 있으며, 강관 보강재(20)의 내부에 하나 이상의 내부 보강재(도시 생략)를 설치하여 강관 보강재(20)를 보강하는 방법도 고려될 수 있다.
천공위치가 숏크리트 면에 간섭될 경우에 대한 다른 방안으로서, 천공장비를 지지하도록 굴착단면(A)과 천공장비의 헤드 사이에 지지구(70)를 설치하여 헤드를 굴착단면(A)에 고정시킨 다음 천공하는 방안이 있다(도 6 참조). 이 경우 천공장비의 헤드부(7)가 지지구(70)를 통해 굴착단면(A)에 안정적으로 지지되기 때문에 헤드부(7)의 이탈이나 헤드부의 유격을 최소화할 수 있다.
한편, 전술한 주보강구간(S2)에 설치되는 상기 강관 보강재(20)에는 그라우팅 시 강관 보강재(20) 내부에서 공급되는 그라우트재가 강관 보강재(20)와 천공홀(H)의 공벽 사이까지 균일하게 침투할 수 있도록 복수의 그라우트재 유출구 형성된다. 이때, 그라우트재 유출구를 나선 형태로 형성하면, 그라우트재 유출구에 의해 강관 보강재(20)의 휨 강성이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.
경우에 따라서는 도 7에 예시한 바와 같이, 전술한 빈보강구간(S1) 전체 및 주보강구간(S2)의 일부를 확공하여 주보강구간(S2)의 다른 일부 구간보다 천공경을 크게 함으로써, 강관 보강재(20)의 설치가 수월하게 행해질 수 있도록 함은 물론 이후 강관 보강재(20)를 정착시키는 가압 그라우팅 작업이 용이하게 행해지도록 할 수도 있다.
한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 주보강구간(S2)에서 일정 깊이로 홀(H)을 더 여유 있게 천공하여 차수구간(S3)을 형성시키는 방안도 고려될 수 있으며, 경우에 따라서는 도 9의 예시와 같이, 상기 차수구간(S3)의 공벽에 방수액, 예컨대 차수재를 압력 살포하여 차수층(80)을 형성함으로써 지반 누수 방지와 강관 보강재(20)를 동시에 설치하는 방안도 고려될 수 있다.
또한 N-1번째 지보재 또는 N번째 지보재 또는 N+1번째의 지보재 위치를 설계 허용 범위 내에서 앞 또는 뒤로 이동시켜 설치함으로써 선 강관 보강재 설치를 용이하게 할 수도 있다.
도 10 내지 도 15는 천공홀에 강관 보강재를 정착시키는 그라우팅에 관한 다양한 실시 예를 나타낸 도면이다.
도 10의 예시와 같이, 강관 보강재(20) 설치 후 그라우팅 하는 단계에서는 바람직하게, 강관 보강재(20)의 선단에서부터 천공홀(H)의 입구 밖으로 연장되도록 에어분출호스(100)와 복수의 그라우트호스(90)를 설치하고, 강관 보강재(20)의 후미 측에 패커를 설치한 다음 패커를 팽창시켜 빈보강구간(S1)과 주보강구간(S2) 사이에 차단막(110-1)을 형성시켜 천공홀(H)을 밀폐하는 과정을 포함할 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 차단막(110-1)에서부터 강관 보강재(20)의 어느 한 위치까지는 양생 속도가 빠른 급속 그라우트재를 사용하여 그라우팅 함으로써 강관 보강재(20)를 천공홀(H) 내 지정된 위치에 신속히 고정시킨 다음, 나머지 구간은 일반 그라우트재를 사용하여 그라우팅 함으로써 신속하면서도 충분한 강관 보강 효과가 발휘되도록 할 수도 있다(도 11 참조).
경우에 따라서는 도 11의 예시와 같이, 급속 그라우트재를 사용하는 구간과 일반 그라우트재를 사용하는 구간 경계의 강관 보강재(20)의 내부와 외부 또는 내부와 외부 중 한 곳에 패커를 이용하여 차단막(110-2)을 형성시킴으로써, 두 구간의 경계가 명확히 구분되도록 하고 두 구간에 대한 그라우팅이 단계적으로 행해질 수 있도록 할 수도 있다.
다른 예로서, 강관 보강재(20) 설치 후 그라우팅 하는 단계에서는 도 12의 예시와 같이, 강관 보강재(20)의 선단에서부터 천공홀(H)의 입구 밖으로 연장되도록 에어분출호스(100)와 복수의 그라우트호스(90)를 설치하고, 빈보강구간(S1)인 천공홀(H) 입구에서 주보강구간(S2)과의 경계부 사이의 코킹구간(S4)에 급결재 또는 패커와 같은 코킹수단(120)을 1개 이상 설치하여 천공홀(H)을 밀폐할 수도 있다.
또한 도 13과 같이, 복수의 그라우트호스(90) 중 하나 이상이 상기 주보강구간(S2)에서 일정 깊이로 홀(H)을 더 여유 있게 천공하여 형성되는 차수구간(S3)까지 연장되도록 하고, 상기 차수구간(S3)과 주보강구간(S2)의 경계부에 패커를 이용하여 차단막(110-3)을 형성시킴으로써, 차수구간(S3)과 주보강구간(S2) 각각에 대한 그라우팅이 단계적이면서도 확실하게 이루어지도록 할 수도 있다.
이 경우 바람직하게는, 상기 차수구간(S3)에 설치되는 그라우트호스(90)의 출구 측에 역류방지장치, 예컨대 체크밸브(미도시) 등을 설치하여 그라우팅 시 그라우트재가 역류하지 않도록 하는 방안도 고려될 수 있다.
경우에 따라서는, 도 14에 예시한 것처럼, 천공홀(H)의 입구와 강관 보강재(20) 사이를 천공홀(H) 입구가 무너져도 최소한의 공간이 확보할 수 있도록 하는 홀 유지관(130)으로 연결하고, 천공홀(H) 밖으로 노출된 홀 유지관(130)의 끝단에 복수의 관통홀(H)이 형성된 뚜껑, 패드, 패커(110-4) 중 하나 이상을 설치하여 가압 그라우팅을 위한 천공홀(H) 입구 밀폐 환경을 조성하는 방안도 있을 수 있다.
이 경우, 천공홀(H) 입구 측의 상기 홀 유지관(130) 외면부에 밀림방지부재, 예컨대 표면에 불규칙한 돌기들을 형성한 관체(도시 생략)를 설치하고, 상기 밀림방지부재를 포함하여 천공홀(H) 입구 측을 밀폐함으로써 이후 강관 보강재(20)에 대한 가압 그라우팅 시 그라우트재 충진 압력에 의해 강관 보강재(20)가 밀려 나오지 않도록 하는 것도 바람직한 방안일 수 있다.
한편, 도 15에 예시한 것처럼 강관 보강재(20)의 선단에서부터 천공홀(H) 밖으로 연장되도록 에어분출호스(100)와 복수의 그라우트호스(90)를 설치하되, 그라우트호스(90) 중 일부는 강관 보강재(20)의 내부에 위치하고 다른 일부는 강관 보강재(20)의 외부에 위치하도록 설치하고, 그라우팅 구간이 분할 구획되도록 강관 보강재(20)의 내, 외부에 패커(140-1, 140-2)를 하나 이상 설치할 수도 있다.
도 16은 전술한 강관 보강재를 이용한 지반 선보강 후 수행되는 굴착 과정을 예시한 개념도이다.
도 16의 예시와 같이, 강관 보강재(20)를 이용한 굴착 예정 지반 선보강 후 N막장을 계획된 깊이로 굴착하고, 계획된 N번째 지보재 자리(P1)에 N번째 지보재(40) 설치한다. 그런 다음, 선보강을 위해 이미 설치된 강관 보강재(20)의 후미와 상기 N번째 지보재(40) 사이를 보조 보강재(150)로 연결하면 보강 구조물의 구조 강성을 더욱 증대시킬 수 있다.
이하에서는 전술한 일 측면에 따른 터널 지반 선보강 방법을 적용하여 터널을 굴착하는 본 발명의 다른 측면에 따른 터널 굴착 방법에 대해 살펴보기로 한다.
도 17은 터널 지반 선보강 방법을 적용하여 터널을 굴착하는 방법을 순서대로 도시한 시공 순서도이다.
도 17을 참조하면, 다른 측면에 따른 터널 굴착 방법은 크게, 3단계로 구분될 수 있다. 구체적으로는, 전술한 일 측면에 따른 터널 지반 선보강 방법을 적용하여 굴착 예정 지반의 상부 지반을 미리 보강하는 단계(S100), 선보강 후 굴착 예정 지반의 N번째 막장을 굴착하고 보강하는 단계(S200), 그리고 다음 N+1번째 막장을 굴착하고 보강하는 단계(S300)를 포함한다.
S100 단계에서는 전술한 일 측면에 따른 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법을 이용하여 이미 굴착된 N-1막장의 N-1번째 지보재의 하부에서 굴착 예정 지반 상부를 향해 강관 보강재를 설치하고 그라우팅하여 굴착 예정 지반의 계획된 터널 구획선 바깥쪽의 상부 지반을 미리 보강한다(앞서 첨부된 도 2 참조).
S200 단계에서는 N-1막장의 굴착단면에서 계획된 깊이로 N막장을 굴착한다. N막장에 대한 굴착 시 계획된 N번째 지보재 자리가 굴착되면 즉시 그 자리에 N번째 지보재를 설치하여 지반 붕괴를 막고, 곧바로 상기 N번째 지보재가 매립될 수 있는 두께로 숏크리트를 타설하여 굴착면을 보강함과 동시에 이완되지 않도록 한다.
S300 단계에서는 마찬가지로, N막장의 굴착단면에서 계획된 깊이로 N+1막장을 굴착한다. 이때 계획된 N+1번째 지보재 자리가 굴착되면 즉시 그 자리에 N+1번째 지보재를 설치하여 S100 단계에서 이미 설치된 강관 보강재의 후미부를 상기 N+1번째 지보재가 떠받치도록 한 다음 N+1번째 지보재가 매립될 수 있는 두께로 숏크리트를 타설하여 굴착면을 보강한다.
한편, 상기 S100 단계에서는, 도 18과 같이 강관 보강재(20)의 선단에서부터 천공홀(H)의 입구 밖으로 연장되도록 에어분출호스(100)와 복수의 그라우트호스(90)를 설치하고, 강관 보강재(20)와 천공홀(H)의 입구 사이에 급결재 또는 패커(120)를 설치하여 천공홀을 밀폐하며, 천공홀 밖으로 연장된 복수의 그라우트호스(90)와 그라우트 펌프에 연결된 하나의 호스를 복수개로 분기시켜 연결한다.
그런 다음, 천공홀 밖으로 연장된 상기 에어분출호스(100)를 통해 그라우트재가 분출될 때까지 그라우팅을 실시하고, 에어분출호스(100)를 폐합하고 그라우트재가 공벽에 고루 침투될 수 있도록 설계된 압력으로 가압 그라우팅을 행한 다음, 그라우트 펌프에서 복수의 그라우팅 호스를 분리시킴으로써 그라우팅이 마무리될 수 있다.
이때 그라우트 펌프에 연결된 호스에는 밸브와 주압력계, 그리고 유량계를 설치하고, 천공홀 밖으로 연장된 복수의 그라우트 호스 각각에 밸브와 보조 압력계를 설치하며, 가압 그라우팅 시 그라우트재 주입량을 자동으로 기록하는 기록장치를 사용하면, 그라우트재의 주입량을 파악할 수 있어 효율적인 작업 관리가 이루어질 수 있다.
한편, S100 단계에서 천공홀에 강관 보강재를 삽입함에 있어서는, 보조 보강재를 이용하여 천공홀에 상기 강관 보강재를 상향 경사지게 밀어 넣거나, 전용 밀대를 사용하여 천공홀에 강관 보강재를 상향 경사지게 밀어 넣는 방법이 고려될 수 있다. 물론 앞서도 언급했듯이 천공과 동시에 강관 보강재를 설치하는 직천공방식이 고려될 수도 있다.
이상의 본 발명의 실시 예에 따르면, 굴착 예정 지반에 도달하기 전에 강관 보강재 설치를 위한 천공 지점을 앞당겨 중간 위치의 막장면(굴착단면)에서 천공하고 강관 그라우팅을 먼저 행한 후 굴착 예정 지반까지 단계별 굴착을 실시함으로써, 설계 안에서 제시하는 강관 설치 각도(5ㅀ~ 20ㅀ)로 터널 굴착면 상부 지반에 대한 보강이 가능하다.
또한, 굴착에 선행하여 강관 보강을 위한 홀을 미리 천공한 후 그라우팅을 통해 강관 보강재를 천공홀에 정착시킴으로써, 그라우트재가 충분히 양생되는 시간 동안 공사가 지연되는 것을 방지할 수 있어 공기를 단축시키는 효과가 있고, 공기 지연에 따른 비용 손실을 저감시킬 수 있어서 경제성 측면에서도 유리한 효과가 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.
20 : 강관 보강재
30 : 유도관
40 : 지보재
50 : 숏크리트
60 : 지지대
70 : 지지구
80 : 차수층
90 : 그라우트호스
100 : 에어분출호스
110-1 ~ 110-4 : 차단막
120 : 코킹수단
130 : 홀 유지관
140-1, 140-2 : 패커
H : 천공홀
P1 : N번째 지보재 자리
P2 : N+1번째 지보재 자리
S1 : 빈보강구간
S2 : 주보강구간
S3 : 차수구간

Claims (27)

  1. 터널 굴착단면에서 굴착 예정 지반 상부를 강관 보강재로 미리 보강하는 터널 지반 보강 방법으로서,
    이미 굴착된 N-1막장의 N-1번째 지보재 하부에서 굴착 전인 N막장의 N번째 지보재 자리를 접하며 지나고 그 다음으로 굴착이 예정된 N+1막장의 N+1번째 지보재 자리와는 접하지 않으면서 상기 N+1번째 지보재 자리 상부를 지나도록 상향 천공을 하고,
    상향 천공에 의한 천공홀에 강관 보강재의 후미가 상기 N번째 지보재 자리와 N+1번째 지보재 자리의 사이에 위치하도록 삽입하고 그라우팅으로 정착시켜, 천공홀의 입구부터 강관 보강재의 후미까지는 빈보강구간이 되고 강관 보강재의 후미부터 강관 보강재의 선단까지는 주보강구간이 되도록 하며,
    강관 보강재의 후미 측에 패커로 빈보강구간과 주보강구간 사이를 차단하는 차단막을 형성시키되, 상기 차단막에서부터 강관 보강재의 어느 한 위치까지는 급속 그라우트재로 그라우팅을 하고, 급속 그라우트재 사용 구간을 제외한 강관 보강재 선단까지의 나머지 구간은 일반 그라우트재로 그라우팅을 하며,
    급속 그라우트재를 사용하는 구간과 일반 그라우트재를 사용하는 구간 경계의 강관 보강재의 내부와 외부 또는 내부와 외부 중 한 곳에 패커를 이용하여 차단막을 형성시킨 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    이미 굴착된 상기 N-1막장과 굴착 전인 N막장 사이에 하나 또는 하나 이상의 N'막장이 계획된 경우, 상기 빈보강구간은 N'막장까지 연장되는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 N막장을 굴착하고 계획된 N번째 지보재 자리에 N번째 지보재 설치한 다음, 이미 설치된 강관 보강재의 후미와 상기 N번째 지보재 사이를 보조 보강재로 연결시키는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    N-1막장의 N-1번째 지보재 하부에서 상향으로 천공 시 천공위치가 숏크리트 면에 간섭될 경우 천공방향으로 유도관을 설치하고 숏크리트로 고정한 다음 유도관을 통하여 천공을 수행하거나, 유도관 제거 후 형성되는 경사진 안내홈을 통하여 천공을 수행한 다음 천공홀에 강관 보강재의 후미가 상기 N번째 지보재 자리와 N+1번째 지보재 자리의 사이에 위치하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    굴착단면 모양에 대응되는 마제형 또는 반원형의 지지대 상에 상기 유도관을 일정 간격으로 배치한 후 숏크리트를 타설하여 굴착면에 고정시키는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 강관 보강재의 내부에 하나 이상의 내부 보강재를 설치하는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    N-1막장의 N-1번째 지보재 하부에서 상향으로 천공 시 천공위치가 숏크리트 면에 간섭될 경우 천공장비를 지지하도록 굴착단면과 천공장비의 헤드 사이에 지지구를 설치한 다음 천공하는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 강관 보강재에 형성되는 그라우트재 유출구를 나선 형태로 형성시킨 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    천공과 동시에 강관 보강재를 밀어 넣는 직천공방식으로 강관 보강재의 후미가 N번째 지보재 자리와 N+1번째 지보재 자리 사이에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 빈보강구간 전체 및 주보강구간의 일부를 확공하여 주보강구간의 다른 일부 구간보다 천공경을 크게 하는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 주보강구간에서 일정 깊이로 홀을 더 여유 있게 천공하여 차수구간이 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 차수구간의 공벽에 차수액을 살포하여 지반을 차수하는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    강관 보강재의 선단에서부터 천공홀의 입구 밖으로 연장되도록 에어분출호스와 복수의 그라우트호스를 설치하는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    강관 보강재의 선단에서부터 천공홀의 입구 밖으로 연장되도록 에어분출호스와 복수의 그라우트호스를 설치하고, 빈보강구간인 천공홀 입구에서 주보강구간과의 경계부 사이의 코킹구간에 급결재 또는 패커를 1개 이상 설치하여 천공홀을 밀폐하는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    복수의 그라우트호스 중 하나 이상이 상기 주보강구간에서 일정 깊이로 홀을 더 여유 있게 천공하여 형성되는 차수구간까지 연장되도록 하고, 상기 차수구간과 주보강구간의 경계부에 패커를 이용하여 차단막을 형성시킨 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 차수구간에 설치되는 그라우트호스의 출구 측에 그라우트재의 역류 방지를 위하여 역류방지장치를 설치하는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    천공홀 입구와 강관 보강재 사이를 홀 유지관으로 연결하고, 천공홀 밖으로 노출된 홀 유지관의 끝단에 복수의 관통홀이 형성된 뚜껑, 패드, 패커 중 하나 이상 설치하여 천공홀 입구 측을 밀폐하는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    천공홀 입구 측의 홀 유지관 외면부에 밀림방지부재를 설치하고, 밀림방지부재를 포함하여 천공홀 입구 측을 밀폐하는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  21. 제 1 항에 있어서,
    강관 보강재의 선단에서부터 천공홀 밖으로 연장되도록 에어분출호스와 복수의 그라우트호스를 설치하되, 그라우트호스 중 일부는 강관 보강재의 내부에 위치하고 다른 일부는 강관 보강재의 외부에 위치하도록 설치하고, 그라우팅 구간이 분할 구획되도록 강관 보강재의 내, 외부에 패커를 하나 이상 설치하는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법.
  22. 제 1 항에 있어서,
    N-1번째 지보재, N번째 지보재 자리에 설치될 N번째 지보재, N+1번째 지보재 자리에 설치될 N+1번째 지보재의 위치를 설계 허용 범위 내에서 앞뒤로 이동시켜 설치하는 것을 특징으로 하는 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법
  23. (A) 제 1 항의 강관 보강재를 이용한 터널 지반 선보강 방법을 이용하여 이미 굴착된 N-1막장의 N-1번째 지보재 하부에서 굴착 예정 지반 상부를 향해 강관 보강재로 미리 보강하는 단계;
    (B) N-1막장의 굴착단면에서 계획된 깊이로 N막장까지 굴착하고 계획된 N번째 지보재 자리에 N번째 지보재를 설치한 다음 숏크리트를 타설하여 굴착면을 보강하고 이완을 방지하는 단계; 및
    (C) N막장의 굴착단면에서 계획된 깊이로 N+1막장까지 굴착하고 계획된 N+1번째 지보재 자리에 N+1번째 지보재를 설치하여 전 단계에서 이미 설치된 강관 보강재의 후미부를 상기 N+1번째 지보재가 떠받치도록 한 다음 숏크리트를 타설하여 굴착면을 보강하고 이완을 방지하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 지반 선보강 방식 터널 굴착 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 (A) 단계에서,
    강관 보강재의 선단에서부터 천공홀의 입구 밖으로 연장되도록 에어분출호스와 복수의 그라우트호스를 설치하고,
    강관 보강재와 천공홀의 입구 사이에 급결재 또는 패커를 설치하여 천공홀을 밀폐하며,
    천공홀 밖으로 연장된 복수의 그라우팅 호스와 그라우트 펌프에 연결된 하나의 호스를 복수개로 분기시켜 연결한 다음 상기 에어분출호스를 통해 그라우트재가 분출될 때까지 그라우팅을 실시하고,
    에어분출호스를 폐합하고 그라우트재가 공벽에 고루 침투될 수 있도록 설계된 압력으로 가압 그라우팅을 행한 다음, 그라우트 펌프에서 복수의 그라우팅 호스를 분리시키는 것을 특징으로 하는 터널 지반 선보강 방식 터널 굴착 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 그라우트 펌프에 연결된 하나의 호스에 밸브와 주압력계, 그리고 유량계를 설치하고, 천공홀 밖으로 연장된 복수의 그라우트 호스 각각에 밸브와 보조 압력계를 설치하는 것을 특징으로 하는 터널 지반 선보강 방식 터널 굴착 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 가압 그라우팅 시 그라우트재 주입량을 자동으로 기록하는 기록장치를 사용하는 것을 특징으로 하는 터널 지반 선보강 방식 터널 굴착 방법.
  27. 제 23 항에 있어서,
    상기 강관 보강재 선단에서 일정 깊이로 홀을 더 여유 있게 천공하여 차수구간을 형성하고, 상기 차수구간에 차수액을 살포하여 지반을 차수하는 것을 특징으로 하는 터널 지반 선보강 방식 터널 굴착 방법.
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