KR101950098B1

KR101950098B1 - 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법

Info

Publication number: KR101950098B1
Application number: KR1020170103993A
Authority: KR
Inventors: 정인혁; 정동면
Original assignee: 정인혁
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2019-05-08

Abstract

본 발명은 비개착 터널 시공방법에 관한 것으로, 특히 종전과 같이 다수의 강관 및 데크강등을 선 추진하고, 별도의 구조물을 축조하여 강관 및 데크강등을 밀어내어 추출하되 강관이 압출된 자리에 구조물을 안착시키는 시공방법에서 탈피하여,
소수의 강관과 강판슈 만으로 비개착 공법이 실현될 수 있는 획기적인 시공방법을 안출하고자 하는데 있어서,
강관의 사용 갯수를 최소화하고, 데크강이 없어도 비개착 시공을 할 수 있는 기술이 절실 했던 것이다. 다행히 본 제안 기술이 이를 뒷받침 할 수 있도록 고안 구성되고 있는데, 가벽 및 임시벽을 선 설치하고 상부슬래브 상측면을 강판으로 도포하는 강판슈를 만들되, 강판슈가 ①번 세그먼트 상부슬래브에 고정되지 않고 일정간격 이격되도록 구성하고 ①번 세그먼트 상부슬래브의 선도부에 부착된 중압잭이 강판슈 선도부에 스트로크밀대를 밀면 강판슈가 전방으로 이동 추진되어 지중에 진입되는 것으로 공사는 시작되는 것이다.
이러한 강판슈는 초기에 자연상태의 지반으로는 압입이 매우 어려울 수 있을 것이고, 이는 도로 및 철도 하 비개착 공사구간 토사의 다짐 정도가 장기간의 압밀침하로 인하여 남다르게 견실할 것이기 때문인데, 이를 위해서 강관 좌·우측에 구멍을 내고 그 구멍을 통하여 지반을 교란시킬 수 있는 장비를 이용하여 강관간 사이에 그라우팅으로 보강된 지반층 하단을 교란시키므로 강판슈가 상기 교란된 지반을 용이하게 절삭할 수 있도록 하여 토립자의 유출을 막는 역할을 담당토록 하여 이를 해소하고자 하는 것이다.
따라서, 상기 장비에 의하여 교란된 지반에 ①번 세그먼트 상부슬래브 선도부에 위치한 강판슈가 교란된 지반으로 진입을 하는데 매우 용이할 것이기에 상부 노면에 별다른 영향을 주지 않고도 강판슈는 지중으로 진입하게 되는 것이고, 이러한 강판슈가 상부토사의 유출을 차단하므로 그간의 발명품인 데크강을 대신할 수 있는 것이며, 내부 토사를 굴착하여도 외부 토압을 강판슈 프레임이 지탱하고 있어 안전한 구성을 이루게 되는 것이다.
한편, 강판슈가 전방으로 진입된 후 ①번 세그먼트 상부슬래브 이후 후속 세그먼트로 분할된 상부슬래브들이 순차적으로 전진할 것인데, 강판슈 내부의 토사를 굴착하면서 전진하는 것이다. 이러한 강판슈가 외력에 대한 안정성을 유지하기 위하여는 종방향 및 횡방향 보강을 거쳐 시설되기에 구조적 안정성을 유지하는 것이며 추진이 용이로와 지도록 구성하고 있는 시공방법에 있어서,
비개착 타입 터널의 시공시 강판슈를 우선적으로 압입 추진하므로 공사가 간단해지고, 공기가 단축되도록 하는 제1의 효과와,
강판슈가 그간의 데크강을 대체토록 하여 적은 양의 강판슈를 이용하여 전 길이를 공사할 수 있도록 구성하므로 공사비가 절감되도록 하는 제2의 효과와,
강판슈를 조립식으로 구성하여 확장과 축소가 가능토록 하고 구조물에 결속치 않으므로 이를 회수하여 재활용 할 수 있도록 하는 제3의 효과와,
강관간 사이를 그라우팅으로 지반보강을 하여 지반을 강화시키고, 강판슈를 추진하기 전에 강관 내 좌·우측의 구멍을 통하여 지반을 교란시키므로 강판슈가 지반에 용이하게 진입될 수 있도록 하는 제4의 효과는 물론,
강관의 사용수량을 줄이므로 공사비를 절감할 수 있으며, 공기를 단축할 수 있도록 하는 제5의 효과와,
강관추진을 위한 제작을 간소화하여 제작비용을 대폭 절감할 수 있도록 하고, 원형의 형상을 유지하여 저토피 시공에 유리해지도록 하는 제6의 효과와,
구조물의 폭원과 높이를 조절하는 장치등을 따로 구비할 필요가 없을 뿐 아니라 어떠한 비대칭 형태의 구조물도 추진을 가능케 하는 제7의 효과와,
가벽 및 임시벽을 설치할 강관과 기초강관 사이를 수직으로 굴착하여 구조물의 견인 및 추진시 가벽의 진입이 수월하도록 하고 안정성을 갖추도록 하는 제8의 효과와,
상기 수직으로 굴착된 공간으로 가벽 및 임시벽을 선추진하고 상부슬래브를 후 추진하여 상호 결속토록 구성하므로 공사가 간단해져 시공성이 좋아지도록 하는 제9의 효과와,
구조물을 외부에서 제작하여 품질이 좋아지도록 하며, 가벽의 높이를 짧게 하므로 구조물 내부 굴착시 막장면의 안정을 유지할 수 있도록 하는 제10의 효과와,
좌·우 양측 벽체에는 철근 및 강재와 콘크리트가 합성된 가벽으로 제작하고, 내측에는 콘크리트를 제외한 강재로만 구성된 임시벽을 제작하여 공사비가 절감되도록 함과 아울러 시공이 간단해지도록 하는 제11의 효과와,
벽체를 가벽으로 제작하여 세그먼트 구조물을 최종배치 후 가벽 내측으로 하부슬래브와 내벽체를 현장타설로 제작하므로 경제성을 대폭적으로 증진케하는 제12의 효과와,
외측수평부강관에서 가벽부의 양측 지반을 그라우팅으로 강화시켜 붕락을 방지하고, 외측기초강관에서 그라우팅으로 시멘트 기둥체를 조성하여 가벽하면 기초를 보강토록 하여 가벽의 부등침하가 발생치 않도록 안정화시키고 그 내측인 내벽체측을 굴착하여 연약지반시 기초보강 말뚝을 시공할 수 있는 공간을 형성할 수 있도록 하는 제13의 효과와,
상부슬래브를 분절식으로 제작하여 이를 삿갓형상으로 결속되도록 하거나, 아예 삿갓형상 일체의 구조로 제작하므로, 중앙부 처짐이 발생되지 않도록 하며, 무기둥 구조를 실현하고 상부슬래브의 배수를 원활이 할 수 있도록 함과 아울러 하부슬래브에 인버트를 도입하고 PC강연선으로 긴장력을 도입하므로 양압력에 의한 부재력에 대비토록 하는 제14의 효과와,
하부슬래브가 벽체와 만나는 위치에 횡변위 방지 말뚝을 시공하므로 하부슬래브를 시설치 않도록 하여 그 내부에 집수정등의 구조물을 축조할 수 있도록 하므로 효율을 증대시키고 경제성을 증진시키는 제15의 효과와 같이 터널시공의 단순성 및 용이성, 작업의 효율성을 두루 갖추도록 하여 공기 및 공사비, 시공성등 총 15개소의 효과를 기대할 수 있도록 구성한 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법에 관한 것이다.

Description

소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법 {Tunnel construction methods that do not open by The minimum quantity of steel pipe and steel plate shoe and demagnified hight of structures.}

본 발명은 비개착 터널 시공방법에 관한 것으로, 특히 종전과 같이 다수의 강관 및 데크강등을 선 추진하고, 별도의 구조물을 축조하여 강관 및 데크강등을 밀어내어 추출하되 강관이 압출된 자리에 구조물을 안착시키는 시공방법에서 탈피하여,

소수의 강관과 강판슈 만으로 비개착 공법이 실현될 수 있는 획기적인 시공방법을 안출하고자 하는데 있어서, 우선 큰 차이는 지중에 압입하는 강관을 소수로 사용하고, 기존 비개착공사에서 사용하였던 강관간 사이에 선 추진되었던 데크강 대신에 상부슬래브 선도부에 강판슈를 설치하여 후 추진하는 것에서 그 특징의 차이를 찾아볼 수 있는데, 이는 데크강을 상부슬래브 선도부의 강판슈가 대체할 수 있다는 데에서 시작할 수 있을 것이다.

즉, 그간의 강관 및 데크강의 역할은 터널 굴착시 함몰을 우려하여 이를 제어하기 위한 조치인데 그 설치 비용이 너무나 과도하여 비개착 터널 시공에서의 걸림돌로 작용하여 그 비용을 절감할 수 있는 경제적 공법을 연구 개발하고자 하는 것이다.

따라서 이를 해결하기 위해서는 강관의 사용 갯수를 최소화하고, 데크강이 없어도 비개착 시공을 할 수 있는 기술이 절실했던 것이다. 다행히 본 제안 기술이 이를 뒷받침 할 수 있도록 고안 구성되고 있는데, 가벽 및 임시벽을 선 설치하고 상부슬래브 상측면을 강판으로 도포하는 강판슈를 만들되, 강판슈가 ①번 세그먼트 상부슬래브에 고정되지 않고 일정간격 이격되도록 구성하고 ①번 세그먼트 상부슬래브의 선도부에 부착된 중압잭이 강판슈 선도부에 스트로크밀대를 밀면 강판슈가 전방으로 이동 추진되어 지중에 진입되는 것으로 공사는 시작되는 것이다.

상기의 강판슈는 초기에 자연상태의 지반으로는 압입이 매우 어려울 수 있을 것이고, 이는 도로 및 철도 하 비개착 공사구간 토사의 다짐 정도가 장기간의 압밀침하로 인하여 남다르게 견실할 것이기 때문인데, 이를 위해서 강관 좌·우측에 구멍을 내고 그 구멍을 통하여 지반을 교란시킬 수 있는 장비를 이용하여 강관간 사이에 그라우팅으로 보강된 지반층 하단을 교란시키므로 강판슈가 상기 교란된 지반을 용이하게 절삭할 수 있도록 하여 토립자의 유출을 막는 역할을 담당토록 하여 이를 해소하고자 하는 것이다.

즉, 상기 장비에 의하여 교란된 지반에 ①번 세그먼트 상부슬래브 선도부에 위치한 강판슈가 교란된 지반으로 진입을 하는데 매우 용이할 것이기에 상부 노면에 별다른 영향을 주지 않고도 강판슈는 지중으로 진입하게 되는 것이고, 이러한 강판슈가 상부토사의 유출을 차단하므로 그간의 발명품인 데크강을 대신할 수 있는 것이며, 내부 토사를 굴착하여도 외부 토압을 강판슈 프레임이 지탱하고 있어 안전한 구성을 이루게 되는 것이다.

이와같은 강판슈는 재활용이 가능하도록 조립식으로 구성되어 확장과 축소를 할 수 있도록 제작이 가능하며, 단순 조립만으로 어떠한 규모의 구조물에도 조립 설치가 가능할 것이기 때문에 이 자체가 경쟁력인 것이다.

한편, 강판슈가 전방으로 진입된 후 ①번 세그먼트 상부슬래브 이후 후속 세그먼트로 분할된 상부슬래브들이 순차적으로 전진할 것인데, 강판슈 내부의 토사를 굴착하면서 전진하는 것이다. 이러한 강판슈가 외력에 대한 안정성을 유지하기 위하여는 종방향 및 횡방향 보강을 거쳐 시설되기에 구조적 안정성을 유지하는 것이며 추진이 용이로와 지도록 구성하고 있는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법에 관한 것이다.

일반적인 비개착 터널 시공방법으로 채택되는 것 중의 하나로 「강관자리를 PC구조체로 압출하여 대체하는 비개착 터널 시공방법」이 있는데, 본원 발명인에 의해 특허 등록된 제10-1573706호가 게시되고 있다.

상기 대한민국 특허 10-1573706호인 「강관자리를 PC구조체로 압출하여 대체하는 비개착 터널 시공방법」에서는,

터널의 일정높이에서 폭 방향으로 동일한 규격의 강관과 수평간격 조절장치인 강판틀이 격간으로 다수개 추진되는 수평부 강관 및 강판틀 추진단계(S10)와,

터널의 높이 방향에서 구조물의 두께를 조절하는 조정가이드틀과 구조물의 두께와 높이를 함께 조절하는 신축가이드틀로 보강된 동일한 규격의 강관이 다수개 추진되는 외측수직부 강관과 조정 및 신축가이드틀 추진단계(S20)와,

터널의 높이 방향에서 구조물의 두께를 조절하는 조정가이드틀과 구조물의 두께와 높이를 함께 조절하는 신축가이드틀로 보강된 동일한 규격의 강관이 다수개 추진되는 중앙수직부 강관과 조정 및 신축가이드틀 추진단계(S30)와

구조물을 견인하기 위한 발진기지와 측벽부 외측에 요철(凹凸) 구조물 제작, 강관 및 부속물품인 강판틀과 조정신축가이드틀을 회수하기 위한 부속물품 회수기지와 반력대 설치단계(S40)와

상기 측벽부 외측에 요철(凹凸) 구조물을 견인하며 이로 인하여 회수되는 강관 및 부속물품인 강판틀과 조정신축가이드틀 회수단계(S50)와,

상기 견인된 측벽부 외측에 요철(凹凸) 구조물의 내부를 상반·하반으로 분할하여 굴착하는 내부 굴착 및 내측 슬라이딩플레이트 회수단계(S60)와,

내부 굴착에 의해 잔존하는 내측 슬라이딩플레이트를 회수한 후 횡방향 변위를 방지하는 버팀대 설치와 하부슬래브를 설치하게 되는 버팀대 설치 및 하부슬래브 설치단계(S70)와,

하부슬래브 설치단계 후 각종 내부시설 및 아스콘 포장을 하는 마무리단계(S80)로 이루어지는 것을 특징으로 하여,

비개착식 터널 시공 과정에서 필요로 하는 각종 강관 및 구성부품의 완전한 회수가 가능하도록 하여 각종 구성부품의 재활용도를 높이고, 하부슬래브의 설치 작업없이 먼저 터널 구조체의 진입이 가능하도록 하여, 전체적인 터널 시공비용의 현저한 원가절감 효과를 이루도록 하고 있지만,

강관에 부착하는 부속자재가 많고, 이를 위한 제작비가 높아 경제성에서 효율적이지 못하고, 상부슬래브 두께 변화에 대한 대처가 부족하며, 특히 수직부강관간의 간격재 제작이 어려워 능률적이지 못 할 뿐 아니라 수평부강관간 강판틀의 추진이 어려워 시공성에서 효율적이지 못하다는 점으로 인하여 공기지연, 공사비의 증가, 시공성 저하 등의 문제점이 발생되고 있다.

특히, 수평부강관에서는 상부슬래브의 두께에 맞출 수 있는 높낮이 조절장치가 없어 상부슬래브의 두께가 두꺼울 경우 공법적용이 불가하거나, 강제로 슬래브의 두께를 줄이는 방법을 동원하고 있었으며, 수직부강관에서는 간격재로 사용하고 있는 조정가이드틀의 높이 조절이 불가하여 수직부강관 간 간격변화를 자유로이 조절할 수 없기 때문에 기 제작된 조정가이드틀을 규격이 다른 구조물에 활용치 못하므로 높이에 맞는 신규 간격재인 조정가이드틀을 별도로 제작하여야 하므로 자재 재활용이 어렵고 경제성이 떨어지는 문제점을 안고 있었으며,

또한, 장거리 비개착의 경우 선도구조물이 강관을 밀고 압입하는 방식으로 이루어져 마찰력 및 강관의 국부좌굴에 의한 저항이 커 선도 구조물로 강관을 압출 시공하는데 어려움이 지대하였고, 이로인한 견인력이 증대되어 유압잭의 소요본수가 증가하였고, 연약지반에서의 기초보강이 어려워 침하발생을 억제할 수 없었으며, 암반에서의 강관추진과 구조물 압입이 어려워 실행할 수 없었으며, 강관 추진시 인력굴착을 적용하여 시간과 공기가 소모되고, 공사비가 증가함에도 개선을 이루지 못하는 문제점으로 구성되어 있었다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 비개착 터널 시공시 터널을 이루는 강관프레임 구조를 최소화하고, 가벽 및 임시벽을 사용하여 진벽 축조에 장애가 없도록 할 뿐만 아니라 가벽의 높이를 축소하여 막장 굴착시 붕괴사면이 안정성을 이루도록 비개착을 구성하며, 상부슬래브 선도부에 강판슈를 설치하므로 높이 및 폭원 제한 문제를 해소하고, 장거리 비개착시 마찰력이 증대되어 강관 인발이 어려워지는 그간의 단점을 보완하고 있으며, 연약지반에서의 기초보강 문제를 해소하고, 암반에서의 강관 압입의 난이성을 해결하고 있으며, 공사기간 문제, 과다한 공사비 투입문제 등을 해결하는 하나의 단초가 되는 기술을 구현하는데 역점을 두고 있으므로 터널시공의 단순성 및 용이성과 비용의 대폭적인 절감이 이루어지도록 하고 있는데, 특히 구조물의 가로, 세로, 길이 등 공간제약의 한계를 극복하는데 역점을 두고 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법에 있어서,

구조물을 축조 및 추진하기 위한 발진기지와, 강판슈 제거를 위한 도달기지 및 반력대 설치단계(S10)와,

PC강연선을 배치하여 가벽 및 임시벽과 상부슬래브를 전방으로 추진하기 위한 수평부강관과 추진성능을 높이기 위한 롤러를 배치할 수 있는 기초강관 추진, 수평 및 수직부 강관간 지반보강과 수직부에 가벽 및 임시벽이 진입될 수 있도록 수직굴착(d)을 하는 단계(S20)와,

상기 발진기지에는 가벽 및 임시벽을 제작하고 ①번 세그먼트 상부슬래브와 후속되는 세그먼트 상부슬래브를 점차로 제작하여, 가벽 및 임시벽을 선 추진하고 ①번 세그먼트 상부슬래브를 반력대로 하여 압입 추진되는 강판슈의 제작 및 압입하는 단계(S30)와,

강판슈 내부로 유입된 토사를 막장면의 안정을 유지하면서 부분적으로 제거하는 강판슈 내측 토사굴착과, 굴착에 의하여 발생한 공간으로 세그먼트 상부슬래브를 순차적으로 견인 및 추진하는 단계(S40)와,

전 단계의 모든 과정이 종료된 후, 중앙부에서 상부슬래브를 동바리로 지지토록 하고 상부슬래브 연단과 가벽이 만나는 우각부를 점진적으로 굴착하여 구조물 양단 가벽과 상부슬래브를 연결하는 사보강재를 설치하고 가벽 및 상부슬래브 세그먼트를 20m 단위로 결합시키며 추가 지반보강을 하는 단계(S50)와,

상부슬래브 좌·우 양측에 동바리를 설치하여 사면안정을 유지하며 중앙부를 굴착하여 기둥을 시설하는 단계(S60)와,

상부슬래브 좌·우 양측의 동바리를 철거하며 내부굴착과 함께 벽체측을 굴착하여 내벽체 및 하부슬래브를 시설하는 단계(S70)

조인트방수시설과 내부시설(포장 및 각종 도로시설물)을 설치하는 마무리단계(S80)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 비개착 타입 터널의 시공시 강판슈를 우선적으로 압입 추진하므로 공사가 간단해지고, 공기가 단축되도록 하는 제1의 효과와,

강판슈가 그간의 데크강을 대체토록 하여 적은 양의 강판슈를 이용하여 전 길이를 공사할 수 있도록 구성하므로 공사비가 절감되도록 하는 제2의 효과와,

강판슈를 조립식으로 구성하여 확장과 축소가 가능토록 하고 구조물에 결속치 않으므로 이를 회수하여 재활용할 수 있도록 하는 제3의 효과와,

강관간 사이를 그라우팅으로 지반보강을 하여 지반을 강화시키고, 강판슈를 추진하기 전에 강관 내 좌·우측의 구멍을 통하여 지반을 교란시키므로 강판슈가 지반에 용이하게 진입될 수 있도록 하는 제4의 효과는 물론,

강관의 사용수량을 줄이므로 공사비를 절감할 수 있으며, 공기를 단축할 수 있도록 하는 제5의 효과와,

강관추진을 위한 제작을 간소화하여 제작비용을 대폭 절감할 수 있도록 하고, 원형의 형상을 유지하여 저토피 시공에 유리해지도록 하는 제6의 효과와,

구조물의 폭원과 높이를 조절하는 장치등을 따로 구비할 필요가 없을 뿐 아니라 어떠한 비대칭 형태의 구조물도 추진을 가능케 하는 제7의 효과와,

가벽 및 임시벽을 설치할 강관과 기초강관 사이를 수직으로 굴착하여 구조물의 견인 및 추진시 가벽의 진입이 수월하도록 하고 안정성을 갖추도록 하는 제8의 효과와,

상기 수직으로 굴착된 공간으로 가벽 및 임시벽을 선추진하고 상부슬래브를 후 추진하여 상호 결속토록 구성하므로 공사가 간단해져 시공성이 좋아지도록 하는 제9의 효과와,

구조물을 외부에서 제작하여 품질이 좋아지도록 하며, 가벽의 높이를 짧게 하므로 구조물 내부 굴착시 막장면의 안정을 유지할 수 있도록 하는 제10의 효과와,

좌·우 양측 벽체에는 철근 및 강재와 콘크리트가 합성된 가벽으로 제작하고, 내측에는 콘크리트를 제외한 강재로만 구성된 임시벽을 제작하여 공사비가 절감되도록 함과 아울러 시공이 간단해지도록 하는 제11의 효과와,

벽체를 가벽으로 제작하여 세그먼트 구조물을 최종배치 후 가벽 내측으로 하부슬래브와 내벽체를 현장타설로 제작하므로 경제성을 대폭적으로 증진케하는 제12의 효과와,

외측수평부강관에서 가벽부의 양측 지반을 그라우팅으로 강화시켜 붕락을 방지하고, 외측기초강관에서 그라우팅으로 시멘트 기둥체를 조성하여 가벽하면 기초를 보강토록 하여 가벽의 부등침하가 발생치 않도록 안정화시키고 그 내측인 내벽체측을 굴착하여 연약지반시 기초보강 말뚝을 시공할 수 있는 공간을 형성할 수 있도록 하는 제13의 효과와,

상부슬래브를 분절식으로 제작하여 이를 삿갓형상으로 결속되도록 하거나, 아예 삿갓형상 일체구조로 제작하므로, 중앙부 처짐이 발생되지 않도록 하며, 무기둥 구조를 실현하고 상부슬래브의 배수를 원활이 할 수 있도록 함과 아울러 하부슬래브에 인버트를 도입하고 PC강연선으로 긴장력을 도입하므로 양압력에 의한 부재력에 대비토록 하는 제14의 효과와,

하부슬래브가 벽체와 만나는 위치에 횡변위 방지 말뚝을 시공하므로 하부슬래브를 시설치 않도록 하여 그 내부에 집수정등의 구조물을 축조할 수 있도록 하므로 효율을 증대시키고 경제성을 증진시키는 제15의 효과와 같이 터널시공의 단순성 및 용이성, 작업의 효율성을 두루 갖추도록 하여 공기 및 공사비, 시공성등 총 15개소의 효과를 기대할 수 있도록 하였다.

도 1 내지 도 24는 본 발명에 의한 실시예를 도시한 도면으로서,
도 1은 본 발명의 작업과정에 의한 공정 흐름을 도시한 도면
도 2는 본 발명의 공정 흐름 중 터널의 상방 및 측방측에 수평부강관과 기초강관이 일정한 간격을 유지하며 압입 추진된 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 3은 도 2에 의해 터널 수평측으로 수평부 강관과 기초강관을 추진한 후, 각 강관간 사이마다 지반보강을 하고, 수직부강관 사이를 굴착하며 그 공간내에서 기초강관의 지지력 보강을 위한 수직 지반보강을 한 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 3a는 수직부의 굴착된 공간으로 가벽 및 임시벽을 선 추진하는 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 4는 상부슬래브 세그먼트들을 제작하고 선도부에 강판슈를 장착하여 압입 추진 또는 견인 후 강판슈를 철거하는 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 5는 중앙부를 동바리로 지지토록 하고 상부슬래브의 좌·우 양측을 굴착하여 상부슬래브와 가벽을 지지하는 사보강재를 설치하고, 기초강관 저부와 벽체 하단부를 추가지반보강 하는 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 6은 상부슬래브의 좌·우 양측에 동바리를 설치하여 상부슬래브를 받치고 있는 상태에서 중앙부 굴착을 하고 기둥을 시설하는 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 7은 마무리 굴착과 하부슬래브 및 내벽체를 현장타설의 방법으로 시공하는 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 8은 도 4의 상부슬래브를 분절형으로 제작하여 이를 삿갓형상으로 결합하거나 삿갓 일체형으로 제작하여 압입 추진하고, 하부슬래브는 무 기둥 상태일 경우 곡선형 아치 하부슬래브 구조로 시설하고 PC강연선으로 압축력을 도입하는 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면과 구조물 벽체 하단 우각부에 전단키를 시설하여 하부슬래브를 시설치 않도록 구현하는 상태의 개괄적 단면 및 상세단면을 확대 도시한 도면
도 9는 선도부 ①번 상부슬래브를 반력대로 이용하여 강판슈가 전진하고, ②번 구조물을 반력대로 이용하여 ①번 구조물을 전진시키는 상태의 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도 10은 발진기지와 도달기지 및 반력대의 개괄적 측면을 도시한 도면
도 11은 상부슬래브와 가벽의 결속구조와, 사보강재의 배치 및 기초강관에 가벽의 이동을 위한 롤러가 놓여진 상태의 개괄적 단면을 확대 도시한 도면과 가벽 외측에서 유입되어 외측기초강관 하단에 모여진 지하수를 내벽체의 드레인보드와 부직포를 통하여 유출시키는 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도 12는 가벽이 압입 추진되는 과정중 기초강관에 롤러를 설치하여 중량에 의한 저항력을 해소시키고자 하는 상태의 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도 13은 중앙부 및 양 외측 임시벽 및 가벽의 상하부 강관간 사이를 지반보강 후 사전에 수직굴착을 하여 가벽 및 임시벽의 압입 추진을 지원하는 시설의 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도 14는 내측수평부강관과 외측수평부강관의 제작 상세의 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도 15는 도 8에서 분절 삿갓형 상부슬래브의 중앙 결합부 상태의 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도 16은 구조물 상단에 맞추어 추진된 강관의 강판슈 밑으로 구조물을 내입시키며 구조물 상부슬래브 하단에 부착한 반력형강을 반력대로 하여 강관 저부 양측에 설치한 유압잭과 반력강을 이용하여 강관 자체가 전방으로 압출되는 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도 17은 도 8에서 구조물의 중앙기둥이 없을 경우 곡선형 아치 하부슬래브를 시설하고 PC강연선으로 압축력을 도입하여 양압력에 의하여 하부슬래브에 미치는 부재력을 제어하기 위한 조치의 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도 18은 강관간을 연결하는 소켓과 볼트너트로 체결하는 상태의 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도 19는 임시벽 및 가벽의 양측에 붙은 리드강이 강관의 절개면을 물고 추진되는 상태의 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도 20은 강판슈 조립식 설치의 접합 상태의 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도 21은 구조물 세그먼트를 결합시키는 장치의 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도 22는 강관 내 유압잭이 강판슈 선도부에 부착된 스트로크밀대와 유압잭 후면에 위치한 반력강을 반력대로 하여 해체될 강관피스를 전방으로 밀어내는 장치의 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도 23은 해체될 강관피스와 남겨질 강관피스로 분할되었다 다시 결합한 내측수평부강관에서 남겨질 강관피스 하측 좌·우에 강관간 사이 지반을 교란할 목적으로 뚫은 구멍들을 표시한 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도24는 강판슈가 중압잭에 의하여 전방으로 전진할 때 강판슈의 스티프너가 상부슬래브 선도부 면에서 멀어지되는데 이를 보강하기 위하여 상부슬래브 선도부 면에 고정된 2열의 고정스티프너와 고정판의 개괄적 단면을 확대 도시한 도면

본 발명에서는 상부슬래브의 두께 및 폭원 변화에 대한 대처가 가능하고, 수평부강관간의 토립자 유출을 차단하고 붕괴발생을 억제하기 위하여 지반을 강화시키고, 상부 토립자의 이동을 억제하면서 상부하중을 지탱토록 하는 강판슈의 시공방법과, 상부슬래브의 규격에 따라 탄력적으로 재활용이 가능하도록 강판슈의 제작 및 보강방법을 제안하며,

강판슈가 지중으로 수월하게 압입되도록 하기 위한 강관간 사이에 그라우팅된 지반의 하단을 교란시키는 방법과, 가벽 및 임시벽과 상부슬래브의 견인 및 추진 전 기초강관을 안정화 시키는 방법과, 구조물의 추진이 종료된 후 기초강관의 안정화를 위한 추가 지반강화와, 상부슬래브의 처짐 및 배수가 유리해지도록 하는 방법과, 하부슬래브 바닥 지반을 보강하는 방법과, 중앙부 기둥을 시설하는 방법과 기둥이 없을 때 하부슬래브의 안정성 구축방법 등 다수의 기법을 고안하여 공사가 간단해지고, 경제적이며, 공기가 단축되도록 하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법을 제안한다.

이러한 본 발명에 의하여 제시되는 방법에 대하여는 현장여건에 따라 구조세목 각각의 바람직한 실시도면들을 첨부한다.

본 발명은 도 1 에서 보는 것과 같이 과제해결 수단의 터널 시공방법을 간략히 하여,

발진기지와 도달기지 및 반력대 설치단계(S10)와, 수평부강관 및 기초강관 추진과 수평 및 수직부 강관 간 지반보강과 가벽 및 임시벽의 수직부 굴착 단계(S20)와, 세그먼트 구조물 제작과 강판슈 제작 및 압입단계(S30)와, 강판슈 내측 토사굴착과 세그먼트 구조물 견인 및 추진단계(S40)와, 사보강재 설치와 추가 지반보강 단계(S50)와, 중앙부 굴착과 기둥 시설단계(S60)와, 벽체측 굴착 및 내벽체, 하부슬래브 시설단계(S70)와, 조인트방수 및 내부시설의 마무리단계(S80)의 구성으로 이루어지는데,

각 과정별로 나누어 본 발명의 단계 흐름과 이에 따른 각 구성을 설명한다.

발진기지와 도달기지 및 반력대 설치단계(S10)

본 단계는 터널(1)을 이루기 위한 영역에서 견인할 강판슈(109)와 구조물(2)을 건조하기 위한 공간을 확보하기 위한 것과 견인을 위한 반력대(152) 및 강판슈(109)를 회수할 수 있는 공간인 도달기지(150)를 조성하고자 하는 단계를 의미하는 것으로, 도 10 에서와 같이 굴착되어 질 터널(1)의 전·후방에서 가장 적합한 공간을 선택하여 발진기지(140)를 조성함이 우선인데, 이러한 발진기지(140)는 견인될 구조물(2)의 길이와 폭원 및 높이에 따라 약간의 여유공간을 두고 설치되어져야 한다.

본 발명에서의 견인 및 추진될 가벽(4)의 높이는 정상높이의 중간 정도 높이로 제작되고, 임시벽(4')의 높이는 가벽(4)이 놓여질 외측기초강관 상단과 상부슬래브 하면의 중간 정도 높이로 제작되어 선시공되고 향후 가벽(4) 내측으로 내벽체 전 높이를 후 시공 현장타설의 방법으로 시공하므로 1차로 발진기지 및 도달기지, 반력대등의 초기시설은 모두 선 시공될 가벽(4)의 높이에 맞추어 시설되어져야 하는 것이고, 2차로 최종굴착을 하여 완성 구조물을 축조할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 발진기지(140)는 부등침하가 발생되지 않도록 다짐과 막돌, 콘크리트를 이용하여 잘 정돈되도록 하며, 외측기초강관(102) 및 내측기초강관(101)에 부설된 롤러(108)에 의하여 가벽(4) 및 임시벽(4')을 용이하게 이동시키기 위하여 충분히 견실하게 설치되어져야 하므로 각별한 주의가 필요하며, 계획고에 맞추어 설치 되어져야 하고, 구조물(2)을 전방으로 밀어내기 위한 유압잭 설치를 위하여 도달기지(150) 가시설면에 반력대(152)를 설치하여야 하며,

아울러 도달기지(150) 반력대(152)의 견인력을 지원하기 위하여 발진기지(140) 후면 하방에 무근콘크리트를 타설하고 유압잭을 시설하여 발진기지에 축조된 구조물을 전방으로 추진할 수 있는 시설을 갖추어 이른바 Push & Full 방식의 견인이 될 수 있는 조건을 갖추도록 하여야 한다.

그런데, 상기 Push & Full 방식중, Push 방식에 의한 큰 수동토압이 발진기지(140) 배면의 토괴를 밀어내기 때문에 배면에 가스관, 송유관, 송수관등 사회에 민감한 유틸리티들의 존재 여부를 반드시 파악하여 대책을 수립하여야 하고,

도달기지(150)는 강판슈(109)와 구조물(2)의 선도부가 회수되거나 돌출되어지는 기지로서 여타의 장애물이나 토사등으로 가로 막혀서는 아니되며,

반력대(152)는 직접적으로 구조물(2)을 견인하기 위한 유압잭(138)이 시설되는 장소로서 큰 반력을 지탱하여야 하므로 견고한 강재등으로 구성되어져야 하는데, 이처럼 도달기지(150) 및 반력대(152)는 발진기지(140) 반대편에 위치하고 있으며 큰 수동토압과 버팀대(151)를 통하여 지탱되어져야 할 것이다.

다음으로 반력대(152)와 발진기지(140)를 이어주는 PC강연선(3)은 상부슬래브(6)가 제작된 후에 비 개착구간의 수평보링을 통한 통관(90)을 통하거나, 강관 내부 상단 및 구조물(2) 내부를 관통하여 연결하고 상부슬래브(6)에는 정착장치를 시설하고 반력대(152)에는 유압잭(138)을 시설토록 한다. 이렇게 하는 이유는 유압잭(138)의 무게가 커 구조물(2)에 장착될 경우 무게로 인한 유압잭(138)의 본수가 증가되어 공사비가 증가되는 요인이 되기 때문이다.

한편, 가벽(4) 및 임시벽(4')에는 중압잭(127)을 시설할 수가 없으므로 반드시 Push & Full 방식의 견인 및 추진이 이루어져야 하는데, 이러한 상기의 발진기지(140)와 도달기지(150)는 현장조건에 따라 그 크기를 결정할 수 있는 것이다.

수평부강관 및 기초강관 추진과 수평 및 수직부강관 간 지반보강과 가벽 및 임시벽의 수직부 굴착단계(S20)

본 단계는 터널(1)을 이루기 위한 영역에서 상부측으로 수평부강관(100, 100')과 기초강관(101,102)을 전 길이에 걸쳐 압입 추진하는 '전자'와 도 16에서 보듯이 기초강관(101,102) 외에 강관을 절단치 않고 6~10m의 단관을 추진하되, 추진된 수평부강관(100,100')의 강판슈(109) 밑으로 구조물(2)을 내입시키며 강관의 상단을 구조물(2) 상단에 맞추도록 하고, 강관 자체가 구조물(2) 상부슬래브(6) 하단에 부착한 반력형강(156)을 반력대로 하여 강관 저부 양측에 설치한 유압잭(138)과 반력강(153)을 이용하여 상기 강관을 점진적으로 반복 추진하면서 강관뒤에 남겨진 공간으로 상부슬래브(6)를 이어서 추진하여 반력대를 이루도록 '후자'로 구성을 하는 단계를 의미하는 것으로서,

상기 '전자'의 구성을 살펴보면, 수평부강관(100)은 내측수평부강관(100) 및 외측수평부강관(100')으로 나뉘어질 수 있는데, 굴착되어 질 터널의 일정높이에서 상부측 폭 방향으로 도 2 에서 보듯이 내측수평부강관(100)간 연결재없이 이격 배열되도록 구성하면서 외측수평부강관(100')까지 차례로 추진되도록 하고, 기초강관(101,102)도 상기의 수평부 강관에서 수직으로 이격되게 추진하는데, 가벽(4)의 수직부 외측기초강관(102) 이 BOX 구조물 전 높이의 중간 정도 위치에 이르도록 구성하고 있다. 이는 강관의 사용갯수를 줄여 공사비를 절감케 하고자 하는 목적과 가벽(4)없이 시공시 가벽(4) 수직부의 지반보강이 매우 난이하고 좌·우 외측수평부강관(100') 연단부에서 토사층의 붕락이 우려될 수 있으므로 이를 해결하기 위하여 구성되고 있는 것이다.

상기의 강관들을 추진하기 전에는 강판슈(109)가 지나갈 위치의 도 13 내지 도 15에서 보듯이 수평부강관(100,100') 임의의 위치에서 상·하 2분할 절개 및 다(多)분할 로 절개하고, 도 11에서 보듯이 기초강관(101,102)에서 가벽(4) 및 임시벽(4')의 두께 정도로 절개하여야 하는데, 이러한 각각의 강관(100,100',101, 102)들의 분할구성에 대하여 설명하면, 추진되어 질 강관(100,100',101,102)은 추진전에 미리 절개하여 해체될 강관피스(104)와 지중에 남겨질 강관피스(105) 및 철거할 강관피스(106)로 분할하고, 이러한 상기 강관은 절개되기 전에 원형이 훼손되지 않도록 하기 위하여 철근 또는 L형강을 이용한 묶음쇠(116)로 절개될 부근에 세로방향 또는 가로방향으로 용접을 하여 장력이 발생토록 함이 바람직한데, 이렇게 하는 것은 강관을 절개할 때 강관피스의 절개면이 벌어져 원형이 훼손되지 않도록 하기 위함이다.

또한, 강관피스(104,105)에는 도 14 상세에서 보듯이 절개된 강관 양단 부근에 해체될 강관피스(104)에는 구속강관(121)을 용접하여 부착하고, 철거할 강관피스(106)와 접속되는 강관피스(104,105)에는 도 13에서 보듯이 개구강(136)을 절개된 강관 양단 부근에 용접 부착하고 추진토록 하는데,

이렇게 원형유지를 위하여 묶음쇠(116)로 보강된 강관피스(104,105)는 분할 후 다시 원 상태로 결속을 하여 추진을 대비하여야 할 것이며, 내부의 결속된 묶음쇠(116)는 강관추진시 토공반출 및 인력 진출입을 위하여 방해가 되므로 해제되어야 하며, 강관추진이 종료된 후에는 해체될 강관피스(104)의 구속강관(121)에 긴장쇠(122)를 걸어 턴버클(123)로 강관피스 양단을 긴장시키고, 남겨질 강관피스(105)에는 상기와 같은 시설이 필요치 않은데, 이는 강판슈(109)와 상부슬래브(6) 상단 외측으로 리드강(124)을 설치하여 남겨질 강관피스(105) 양단이 벌어지지 않도록 구속시키며 추진될 것이기 때문이다.

이렇게 하는 이유는 남겨질 강관피스(105)의 경우에는 수직압에 의하여 원형볼록 부분이 내려앉을 우려가 있어 지반침하의 원인이 될 것이기 때문에 이를 방지하고자 하는 것이고, 해체될 강관피스(104)의 경우에는 재사용을 위하여 변형이 초래되지 않도록 하여야 하기 때문이다.

또한, 도 11, 도 13에서 보듯이 철거할 강관피스(106) 양측으로는 걸쇠강(111)을 용접하고 해체될 강관피스(104) 또는 남겨질 강관피스(105)에 볼트너트(BN)로 연결하여 추진하여야 하는데, 이때는 상기 강관피스(104,105) 양측에 용접한 개구강(136)에 긴장쇠(122)에 붙은 걸이강(137)를 걸고 턴버클(123)로 긴장 결속하므로 강관이 벌어지거나 오므려지지 않도록 하여야 하고, 이를 가벽(4) 및 임시벽(4')이 추진되면서 전방으로 밀고 가는 것이다.

한편, 도 13 내지 도 15에 보듯이 절개되어 해체될 강관피스(104)와 남겨질 강관피스(105)로 분할된 사이에는 밀대강(103)을 설치하고 볼트너트(BN)로 강관피스(104,105)와 결속하여야 하는데, 이렇게 분할되었다가 다시 결합된 강관(100, 100',101,102)을 소정의 위치로 압입 추진 완료 후 강판슈(109)를 견인 및 추진할 때 강관피스(104,105) 간에 미리 묶어둔 볼트너트(BN)를 해제하면 강관피스(104,105)가 상·하 2분할된 상태로 돌아가게 되고 강판슈(109)가 밀대강(103)을 밀어내면서 동시에 강관내에 배치한 지반교란기(113)에 의하여 교란된 지반으로 강판슈(109)가 압입되는 추진이 본격화 되는 것이다.

또한, 강판슈(109)가 본격적으로 추진되기 전에 해체될 강관피스(104)간에 묶어둔 볼트너트(BN)도 풀어 강판슈(109) 추진과 함께 내측으로 내입된 해체될 강관피스(104)가 강판슈(109) 내부 토공굴착과 함께 분할된 조각으로 회수될 수 있도록 조치하여야 하는데 이것이 '전자'의 방법인 것이며, 토사층에 강관을 압입하는 경우에 대해서만 설명한 것이고 지반이 암반인 경우에는 강관을 굴진할 때 강관 전방에서 암반을 절삭하고 강관을 압입 시킨 후 분쇄 함으로 강관이 추진되는 것이며 이하는 토사의 경우와 같다.

한편, 강판슈(109) 및 가벽(4)과 임시벽(4')이 추진될 때는 강관을 분할하여 다시 결합한 부분의 결속을 해제하게 되는데, 해체될 강관피스(104) 또는 남겨질 강관피스(105)의 절개 부분 사이를 타고 추진되도록 시설한 것이며, 도 19의 가벽(4) 및 임시벽(4') 양단에 리드강(124)을 시설하여 강관피스(104,105) 양단이 상기 리드강(124)을 타고갈 수 있도록 하는 것이며, 도 8의 강판슈(109) 상단 및 상부슬래브 상단에도 도 7의 상세에서 보듯이 리드강(124)을 시설하여 남겨질 강관피스(105)의 절개부 양단이 타고 추진되도록 하는 것이다.

상기와 같은 수평부강관(100,100')과 기초강관(101,102) 절개부의 구조세목외 기초강관(101,102)의 이동장치에 대하여 설명하면, 도 12에서 보듯이 기초강관(101,102) 하측에 롤러강관을 끼운 원형강(107)이 기초강관(101,102)의 진행방향으로 철근지지대(133)와 함께 용접 부착된 'L'강(159)의 절개된 플랜지 내로 내입되도록 하되, 규격과 설치간격은 상부 재하하중을 견딜 수 있도록 일정한 간격을 이루도록 하면서, 가벽(4) 및 임시벽(4') 추진시 저면의 슬라이딩강(129)이 상기 롤러(108)를 타고 구르듯이 전진할 수 있도록 구성하고 있는데,

상기 롤러(108)에 재하되는 하중을 견디기 위하여 롤러(108)를 끼운 원형강(107)의 지간을 줄일 필요가 있으며, 이를 위하여 롤러(108) 양단 인근에 말굽모양의 꺽쇠(160)를 부착한 지지발(126)을 세우고 꺽쇠(160)와 만나는 원형강(107) 양측에 돌기(144)를 부착하므로 꺽쇠(160)가 좌·우로 이동치 못하도록 하며, 기초강관(101,102) 저부에 용접 고정토록 하고 있는데, 이러한 롤러(108)는 전기식 장치에 의하여 콘베이어벨트와 같이 자전할 수 있도록 구성하는 것은 물론 롤러(108)의 길이를 슬라이딩강(129) 보다는 작게 형성하고 중앙에 돌기(144)를 설치하며, 가벽(4) 및 임시벽(4')의 하단 슬라이딩강(129)에는 상기 돌기(144)를 끼울수 있는 씌움쇠(145)를 설치하므로 가벽(4) 및 임시벽(4')이 돌기(144)로 인하여 직진할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 기초강관(101,102)의 절개면은 가벽 규격에 맞추어 리드강(124)을 접촉할 수 있도록 절개토록 하여, 좌ㆍ우 유격이 적어지도록 구성하므로 가벽(4) 및 임시벽(4')을 추진시 흔들리지 않고 오직 전방으로의 직진만 허용되는 것으로 구성하고 있다.

또한, 진행방향에서 수평부 및 기초강관(100,100')간의 연결은 도 18에서 보듯이 수평부강관(100,100') 선단 내측으로 일정두께의 강판을 말아 용접한 소켓(S)을 달아 먼저 전진한 내측 수평부강관(100,100') 후미에 끼우며 볼트너트(BN)로 체결하므로서 연결하는 것이고, 해제도 볼트너트(BN) 풀기로 용이하게 할 수 있다. 이렇게 볼트너트(BN)로 체결하는 이유는 추진시 강관이 회전을 하므로 정확한 추진을 하기 위함이고, 강관의 장거리 추진시 국부좌굴이 발생치 못하게 하기 위함이다.

한편, 강관추진이 종료된 후에는 수평부강관(100,100') 간 사이에 지반을 밀실히 강화하기 위하여 도 3에서 보듯이 격간의 수평부강관(100,100') 내에서 좌·우 양 방향으로 인접 강관의 머리위까지 천공을 하여 보강하므로 지반이 고결된 층을 이루도록 하고, 수평부강관(100,100')과 기초강관(101,102)간 사이에도 수평부강관(100,100')에서 기초강관(101,102) 양측으로 천공을 하여 보강하므로 지반이 고결된 층을 이루도록 한다.

이렇게 하는 이유는 강판슈(109)가 진입하면서 도 23에서 보듯이 수평부강관(100,100') 내에 회전각이 조절되도록 시설된 구멍(158)과 지반교란기(113)에 의하여 수평부강관(100,100') 지반을 흐트러진 상태로 강판슈(109)가 압입될 위치를 미리 교란시키므로 강판슈(109)가 손쉽게 지중으로 압입될 수 있도록 하기 위함인데, 지반의 고결된 층을 이루는 것은 지반교란기(113)에 의하여 흐트러진 상태의 지반이 교란만 되지 교란된 지반이 함몰되지 않도록 하기 위함이다.

여기에, 도 11과 도 13에서 보듯이 외측수평부강관(100')과 외측기초강관(102) 사이에 가벽(4)이 진입할 공간을 사전에 수직굴착을 하여 가벽(4)의 진입이 용이하도록 구성함이 바람직한데, 상기와 같이 굴착된 공간을 통하여 도 3에서 보듯이 기초강관(101, 102) 하단부의 지반을 강화하기 위하여 시멘트 기둥을 분사설치하여 가벽(4) 및 상부슬래브(6) 추진시 지반의 부등침하가 발생치 않도록 보강토록 하는 것이며 내벽체(8) 조성을 위한 내부굴착시 측벽을 보호할 수 있는 충분한 깊이로 시행되어야 한다.

한편, '후자'를 살펴볼때 '전자'와 다른 것은 기초강관(101,102) 외에 수평부강관(100,100')을 전장 추진이 아닌 6~10m의 단관을 이용하여 점짐적으로 추진하고 이어서 강판슈(109)와 상부슬래브(6)가 따라가는 비개착 구간의 길이가 장거리일 경우 재료의 손실을 대폭적으로 줄일 수 있는 장점이 있으며 이로 인하여 공사비가 확연히 절감되도록 구성한 방법이라고 할 수 있는 것이다.

다만, 단관 외부에 단변의 강판슈(109)를 접합하되 버팀재로 고정하여야 하고 '전자'와는 달리 단관간을 가급적 근접시켜 강판슈(109)가 상호 밀착되어 겹치는 구성을 하여 상부 토립자의 유출을 억제하는 시설을 하도록 하여야 하며, 단관간 연결재를 구성하고 있다는 것이 차이라고 할 수 있다.

세그먼트 구조물 제작과 강판슈 제작 및 압입단계(S30)

본 단계는 도 10에서 보듯이 PC강연선(3)이 관통될 수 있는 강판슈(109)와 구조물(2)을 제작하고 견인 및 추진하여 구조물(2)이 견인 및 추진된 만큼 전방으로 진입되고 최종으로 빠져나온 강판슈(109)를 회수하는 단계를 의미하는 것으로서, 우선 구조물(2) 제작에 대하여 설명하면,

전 단계(S10)에서처럼 모든 기지가 조성되면 발진기지(170)에 구조물(2)을 건조하게 되는데 건조방법은 일반적인 방법으로 하되, 구조물(2)중 가벽(4)과 임시벽(4')을 먼저 제작하여 선 추진하고 이어서 상부슬래브(6)를 제작하여 후 추진하며 내부 굴착과 함께 추진되도록 하고 있는데, 이는 수직 굴착면에 흙막이 방지막 시설이 없기도 하지만, 가벽(4) 및 임시벽(4')과 상부슬래브(6)를 일체구조로 축조시 가벽(4) 및 임시벽(4')의 높이도 서로 다를 뿐만 아니라 상부슬래브(6) 자중에 의하여 가벽(4)및 임시벽(4')에 무리를 줄 수 있기 때문이며, 무게중심이 높아 견인 및 추진이 매우 어려워져 시공이 난이해질 수 있기 때문에 시공을 간단히 하기 위함과 안전율을 증가시키기 위하여 선택되어진 방법인 것이다.

한편, 강판슈(109)는 가벽(4) 및 임시벽(4')에는 설치하지 않고 상부슬래브(6)에만 설치토록 하는데, 이렇게 하는 이유는 가벽(4) 및 임시벽(4')이 진입할 공간인 트렌치는 좌·우 지반보강을 하여 함몰될 우려가 없기 때문이며 공사비를 절감토록 하기 위함이다. 이와는 반대로 상부슬래브에서는 지상의 교통하중에 의한 충격에 의하여 토립자가 낙반할 수 있어 ①번 세그먼트 상부슬래브(6) 선도부에 강판(109)슈를 부착하고 후미부에 연결강(110)을 배치하여 선도부에서 지반이 함몰되지 않도록 강판슈(109)가 지중으로 압입되도록 하면서 후미부의 연결강(110)은 후속 세그먼트 상부슬래브(6)를 상호 연결할 수 있도록 구성한다.

이러한 상기 세그먼트 상부슬래브(6)를 추진하기 위해서는 강관간 사이에 토립자가 붕괴되지 않도록 하는 방토공 시설을 필요로 하기에 전면 흙막이 가시설과 구조물(2) 사이에는 방토공 시설인 상기의 강판슈(109)를 제작 배치하는 것이고 이에 대하여 설명을 하면,

도 9에서 보듯이 강판슈(109)는 상부슬래브(6) 상단을 덮는 것으로 제작되어야 하고, 상기의 강판슈(109)는 상부슬래브(6)에 구속되지 않으며, 강관과 강관사이에 그라우팅으로 고결된 지반 하단을 지반교란기(113)에 의하여 흐트러진 상태로 교란시키게되면, 강판슈(109)는 상부슬래브(6) 선도부면과 접속되는 내측에 시설한 중압잭(127)의 구동에 의하여 상부슬래브(6)를 반력대로 하여 강판슈(109)가 강관에서는 분할된 강관의 연결 구성물인 밀대강(103)을 밀고, 강관간 사이 지중에는 교란된 지반으로 압입되는 구성을 이루고 있는데, 이것은 상부슬래브(6)와 결합되어 있지 않기 때문에 중량이 가벼워 전방으로 중압잭(127)의 구동만으로 손쉽게 이동되는 것이다.

이러한 상기의 강판슈(109)는 토압에 의하여 변위가 발생될 수 있으므로 적정한 두께를 유지하여야 하고, 스티프너(146)로 보강되어야 하며, 중압잭 스트로크밀대(117)를 강판슈(109) 전면에 설치하여야 하는데,

스티프너(146)의 보강으로는 상부슬래브(6) 선도부면에 설치된 중압잭(127)이 강판슈(109)를 밀어내게 되면 강판슈(109)의 스티프너(146)는 상부슬래브(6) 선도부면에서 멀어지게 되는데, 이때가 강판슈(109)의 스티프너(146)가 제 역할을 하지 못하는 취약한 구조가 되는 것이며, 이를 보강하기 위하여 도 24에서 보듯이 상부슬래브(6) 선도부면에 강판슈(109)의 스티프너(146)를 감싸는 별도의 고정스티프너(142) 2열을 한조로 제작하되 상부슬래브(6) 선도부면에 고정되도록 하고, 강판슈(109)가 추진되어 선도부면과 멀어지더라도 멀어진 강판슈(109)의 스티프너(146)를 2열 양측에서 감싸며 취약한 강판슈(109)가 변형되지 않도록 하는 것이다.

또한, 강판슈(109)가 지중에 압입되는 구조이면서 토사에 묻히는 역할을 부담하여야 하기 때문에 도 23에서 보듯이 선 추진된 강관 내부의 좌·우측 구멍(158)을 통하여 교란시킬 수 있도록 배치하되, 회전각이 조절이 될 수 있도록 시설하여야 한다.

이러한 강판슈(109)는 향후 재활용이 가능할 수 있도록 분할 제작된 조각들을 볼트너트(BN)로 이용 접합하여 선택된 상부슬래브(6)의 규격에 맞추어 설치되는 조립식으로 구성되어 확장과 축소가 가능하도록 구성하는 것이며, 접합방식은 도 20에서 보듯이 1면 마찰접합 방식으로 접합토록 한다.

한편, 세그먼트 구조물(2)의 추진은 각기 분리구조 형태로 추진하는 것이 바람직하므로 가벽(4)과 임시벽(4')은 상부슬래브(6) 이전에 선 추진하여야 하는데,도 11 및 상세에서 보듯이 가벽(4) 및 임시벽(4') 상단 가이더강(132)에 후 추진되는 상부슬래브(6)의 유도강(131)을 끼워 결속하고 있으며,

이러한 상기 가벽(4) 및 임시벽(4')의 상세구성으로는, 일정한 간격으로 배치된 수직강(118) 상단에는 가이더강(132)을 시설하고 하단에는 슬라이딩강(129)을 시설하여 하단의 슬라이딩강(129)은 기초강관(101,102)의 이동장치인 롤러(108)를 타고 선 추진하는데 자중 외에는 상부에서 전해지는 중량이 없어 순조롭게 추진 압입될 수 있을 것이고, 선 추진된 후에는 상부슬래브(6)의 중량이 얹혀지면서 상부슬래브가 추진될 것이므로 도달기지((150)에서 선 추진된 가벽(4) 및 임시벽(4')의 밀림방지를 위하여 버팀대((151)로 지지토록 하여야 하는데, 이러한 상기와 같은 시공방법은 시공의 편의성을 증진하기 위한 것이다.

또한, 상기 가벽(4)의 외측 수직강(118) 간은 철근으로 연결한 후 콘크리트를 타설하여 얇지만 강성이 큰 구조로 형성하되 그 높이를 전체 높이의 중간정도로 하는데, 이렇게 하는 이유는 강판슈(109) 내부굴착시 막장붕괴에 따른 사면 길이가 짧아지도록 하므로 막장의 안정성을 유지하기 위함이며, 사보강재(119) 사용으로 우각부의 외력 발생을 감쇠시키기 위함이고, 공사를 간단히 하기 위함과 공사비를 절감토록 하기 위함이며, 내측 수직강(118) 간은 콘크리트를 제외한 강재로만 연결하도록 하되 그 높이를 외측기초강관(102)과 상부슬래브(6) 하단과의 중간정도의 높이로 한 임시벽(4')으로 구성하고 있다.

이러한 세그먼트 상부슬래브(6)는 상부슬래브(6)와 반력대(152)에 PC강연선(3)을 배치하여 관통시켜야 견인할 수 있으므로 콘크리트 타설 전 내부에 PVC관을 매설하여야 한다.

하지만, 반드시 상부슬래브(6)를 이동하는 수단이 견인에 의한 방법만을 의미하는 것은 아니고 상부슬래브(6)가 세그먼트로 여러개 제작되어 순차적으로 압입되어야 하는 경우에는 상부슬래브(6) 자체를 반력대(152)로 하여 견인치 않고 뒤에서 밀어 압출하는 방법도 포함되고 있다.

여기서, 상부슬래브(6)는 벽체 또는 기둥(5)이 없이 건조되므로 상부슬래브(6)가 처지지 않도록 동바리(120)등으로 잘 받치며 건조되어야 하고 견인시에도 터널(1)내 지중에 압입될 때까지 동바리(120)등이 잘 유지되어야 할 것이다.

이처럼 건조되는 상부슬래브(6)의 형상은 편평구조(9)와 삿갓구조(10)로 제작될 수 있는데, 도 7에서 보듯이 편평구조(9)의 경우는 기둥(5)을 수반하는 구조로서 상부슬래브(6)의 폭원 규격이 비교적 중ㆍ소규모의 구조인 경우에 적합한 형상인 반면에 도 8에서 보듯이 삿갓구조(10)인 경우에는 2분절로 분할된 편평슬래브를 제작하여 이를 삿갓모양으로 마주보게 배치하고 도 15에서 보듯이 철근과 PC강연선(3)을 이용하여 상부슬래브(6) 내ㆍ외측에서 상호 결속하는 것으로 제작할 수도 있고, 분리구조가 아닌 삿갓구조(10)의 형상 일체 구조로도 제작하여 처짐 방지와 배수가 용이한 구조를 이루도록 구성하고 있다.

이러한, 상기 삿갓구조의 형상은 기둥(5)이 불필요한 구조형상으로서 상부슬래브(6)의 폭원 규격이 비교적 큰 경우에 적합한 형식이고 도 17에서 보듯이 하부슬래브(7)도 인버트를 도입하고 PC강연선(3)으로 긴장력을 도입하여 정모멘트 발생을 저하시킬 수 있는 구조로 형성할 수 있다. 또한, 도 8의 상세에서 보듯이 하부슬래브(7)의 부재력으로 인하여 단면이 비경제적일 경우나 무 기둥(5)이 전제조건일 경우 측벽부 기초에 전단키(128)를 설치하므로 하부슬래브(7)를 설치하지 않아도 될 수 있는 구조형식을 갖추고 있다.

이렇게 건조된 상부슬래브(6)는 양생을 거쳐 도막방수재(번호 미기재)를 도포하고 이어서 얇은 박판인 미끄럼판(112)으로 외면을 둘러싸므로 견인시 토사와의 마찰 저항이 저감되도록 하여야 한다.

강판슈 내측 토사굴착과 세그먼트 구조물 견인 및 추진 단계 (S40)

상기 상부슬래브(6)가 건조되고 선도부 전면에 강판슈(109)가 설치되면 강판슈(109)가 추진되기 이전에 선 추진된 강관내 지반교란기(113)에 의하여 도 23에서 보듯이 강관 좌·우 구멍(158)을 통하여 인접한 강관간 사이 지반을 교란시키도록 하는데,

강판슈(109)가 상부슬래브(6)와 만나는 위치 내측에 시설한 중압잭(127)이 강판슈(109)에 설치한 스트로크밀대(117)를 이용하여 상부슬래브(6) 선도부 면을 반력대 삼아 스트로크로 밀어내면 강판슈(109)가 전방으로 이동하며 지중에 압입되는 것이다. 이때, 지반이 단단할 것이므로 강판슈(109)를 압입시키기 위해서는 상기 지반교란기(113)에 의하여 지반교란을 하는 것이며, 신속히 강판슈(109)를 압입시켜야 교란된 지반을 유효하게 이용할 수 있는 것이다.

이와같이 상기의 강판슈(109)를 추진할 경우에는 상기 지반교란기(113)의 구동외에도 사전에 각 강관피스(104,105,106) 일체화를 위하여 체결한 볼트를 풀어 구속을 해제하여 해체될 강관피스(104)와 남겨질 강관피스(105) 사이의 밀대강(103)이 강판슈(109)에 의하여 전방으로 이동될 수 있는 조건을 갗추도록 함이 바람직하다. 여기서, 밀대강(103)이 강판슈(109)에 의하여 전방으로 이동될 경우 해체될 강관피스(104)와 남겨질 강관피스(105)에 전달되는 마찰력에 의하여 함께 이동될 수 있으므로 도달기지(150)에서 반력대(152)에 거치되는 버팀대(151)가 저항시설로 활용될 수 있도록 조치하여야 하며, 상기 강판슈(109)가 지반교란기(113)에 의하여 교란된 지중으로 압입되면, 강판슈(109) 내측의 토사는 굴착하여 제거하여야 한다. 이때 강판슈(109) 내측으로 유입된 토사만 제거하여야 하며 절대 그 외 토사를 굴착하여서는 아니된다.

한편, 토사 굴착전에 해체될 강관피스(104)간의 이음부 소켓(S)의 결속장치인 볼트너트(BN)를 해제하여 강판슈(109)가 추진되어 강판슈(109) 내부에 내재된 해체될 강관피스(104)를 토공굴착과 함께 회수하거나, 해체될 강관피스(104)를 전방으로 압출할 수 있는데 이를 위해서는 각각의 해체될 강관피스(104) 하면 양측에

도 22에서 보듯이 유압잭(138)을 설치하고 후면에 설치한 반력강(153)과 강판슈(109) 선도부에 부착한 스트로크밀대(117)를 반력대로 하여 유압잭(138)을 구동시키면 각각의 해체될 강관피스(104)는 전방으로 밀려가는 것이다. 이와같이 해체될 강관피스(104)를 회수하거나 밀면서 강판슈(109) 내측의 굴착과 압입을 반복하며 전방으로 추진을 하는데, 강판슈(109)가 전방으로 추진된 후면의 빈 공간에는 세그먼트 상부슬래브(6)가 점진적으로 추진되어 강판슈(109)의 반력대가 되는 것이며, 마지막 세그먼트 상부슬래브(6)의 경우에는 반력대(152)에 있는 유압잭(138)과 PC강연선(3)을 이용하여 견인을 하게 되는 것이다.

한편, 상부슬래브(6)가 20m 이하로 분할되어 있는 경우에는 견인이 종료된 후 각 세그먼트 구조물(2)간을 도 21에서 보듯이 체결구(114)의 체결강(115)으로 결속하여 세그먼트를 20m 단위로 만들어 신축조인트를 구성하여야 하며, 이러한 상기의 신축조인트에는 외부 물이 유일될 수 있으므로 수 팽창성지수제(139)로 우선 1차로 차단하고 2차로 도수시설을 하여 유로를 형성하므로 물이 내부로 유입되지 않도록 하여야 한다.

사보강재 설치와 추가 지반보강 단계(S50)

구조물(2)의 견인 및 추진이 종료된 후에는 중앙부에서 상부슬래브(6)를 동바리(120)로 지지하도록 하고 우각부에 불균등 또는 큰 부재력으로 인한 구조물(2)에 균열, 연결부 벌어짐, 토압에 의한 횡변위, 처짐 등이 발생되지 않도록 하기 위하여 사보강재(119)를 이용하여 상부슬래브(6)와 가벽(4)을 버팀하여야 할것인데, 이러한 버팀재료는 내벽체(8) 구조제작시 철근배열 시공에 지장이 되지않는 철근을 다발로 사용하여 좌굴 발생이 억제되도록 하되 배치시에는 우각부 헌치철근 겸용으로 사용될 수 있는 위치에 배치토록 하여야 하며, 내벽체(8) 조성에 장애가 되는 외측기초강관(102)의 내측부는 절단 제거토록 하여야 할 것이다.

이렇게 하면, 횡토압 또는 부재력에 의한 가벽(4)의 변위를 제어할 수 있기 때문에 안정적인 구조물(2) 계획을 수립할 수 있는 것이다.

또한, 구조물(2)이 추진 완료된 후에는 도 3에서 보듯이 사전에 외측기초강관(102) 하단을 수직지반보강(125)을 하였다 하더라도 수직지반보강(125)이 충분치 못하여 구조물(2)의 추진 및 터파기로 인하여 지반변위가 발생되었을 수 있으므로 이를 추가 보강하여야 하는데, 도 5에서 보듯이 사방향 장비운용에 장애가 되지 않도록 사보강재(119) 설치를 위한 굴착될 공간을 확대 굴착하고 추가지반보강(130)을 하므로 기초가 침하되지 않도록 하면서 내벽체 시공을 위한 굴착시 외벽부가 무너지지 않도록 조치하여야 한다. 이렇게 보강조치가 완료되면 견인 및 추진된 구조물(2)의 안정성이 강화될 수 있는 것이다.

중앙부 굴착과 중앙기둥 시설단계(S60)

구조물의 중앙 기둥(5)이 있을 경우 좌ㆍ우측 외측기초강관(102) 하면에 지반보강(130)을 하고 우각부 굴착을 확장한 공간에 동바리(120)를 설치하여 상부슬래브(6)를 받쳐주도록 하며 중앙부를 굴착하되, 붕괴되지 않도록 사면의 안식각을 유지토록 하면서 굴착한 후 기둥(5)과 상ㆍ하부 거더 및 중앙 하부슬래브(7)를 현장타설의 방법으로 설치한다. 이때 하부슬래브(7)에는 이어갈 철근을 빼어놓고 시설토록 한다.

벽체측 굴착 및 내벽체 , 하부슬래브 시설단계(S70)

상부슬래브(6) 좌ㆍ우를 받치는 동바리(120)를 철거하고 하부슬래브(7) 면까지 터파기를 하여 기둥(5)부 슬래브에서 이어지는 방수시트를 연결하고 하부슬래브(7)를 시설하며, 도 11에서 보듯이 가벽(4)의 내측 기초강관 위치까지 드레인보드와 부직포(154)를 시설하여 가벽(4) 외측에서 외측기초강관(102) 하단으로 유입된 지하수가 내벽체(8) 외측에 시설된 드레인보드를 타고 구조물 하단 배수파이프(155)로 유입될 수 있도록 조치하고, 도 11에서 보듯이 가벽(4) 내측에 상부슬래브(6)와 가벽(4)을 지지하는 사보강재(119)와 브라켓(131)을 유지한 채로 철근을 배근하여 내벽체(8)를 설치토록 한다.

한편, 구조물 하단으로 유도된 지하수는 내벽체와 하부슬래브가 만나는 배수로를 타고 집수정으로 유입되도록 구성하고 있다.

이때, 세그먼트 구조물(2)의 경우에는 내벽체(8) 및 하부슬래브(7)를 세그먼트에 맞추어 분리하는 신축조인트 시공을 하므로 온도에 대한 팽창과 수축에 대비하여야 하는데, 차수 및 도수시설을 겸하여 사용하므로 물 유입에 대비하여야 할 것이다.

이후 콘크리트를 타설하여 양생을 거쳐 완성된 구조물(2)을 건조하게 되면 연결하는 다른 구조체와 연결 시공이 가능해 지는 것이다.

이와같이 하부슬래브(7)를 설치하는 단계에서는 하부 바닥에 별도의 시설물들인 집수정등을 갖출 수 있으며 도 8에서 보듯이 인버트 시설도 갖출 수 있는 장점이 있다.

하지만, 이와같은 하부슬래브(7)는 현장조건에 따라 현장타설방법 및 프리캐스트방법에 의하여 건조될 수 있는데, 비교적 N치가 30이상인 경우의 지층에서는 ①세그먼트가 Potal라멘 구조로 건조되는 경우나 세그먼트 전체가 Potal라멘 구조로 건조되는 경우에 한하여 후 설치되는 현장타설 방법에 의하여 건조될 수 있되, 횡토압에 저항될 수 있는 지반보강(130) 시설을 필요로 하는 것이며, 연약지반이거나 압밀침하가 예상되는 지층에서는 세그먼트 건조시 ①세그먼트외 타 세그먼트에는 구조물 건조시부터 PC 하부슬래브를 도입한 Box 라멘 구조로 건조되어 질 수 있는데, ①세그먼트에만 현장타설의 방법으로 건조되어져야 하는 것이다. 따라서 이러한 것은 현장조건에 따라 달리 적용할 수 있는 것이다.

조인트 방수 및 내부시설의 마무리단계(S80)

벽체측 굴착 및 내벽체(8), 하부슬래브(7) 시설단계(S70) 종료 후에는 남겨진 강관(105) 내부를 밀크로 충진하여 변형이 발생되지 않도록 하며, 전기배관, 보도블럭, 그레이팅, 아스콘포장, 라인마킹등 공사를 마무리하는 공정을 하므로 모든 공사가 종료되는 것이다.

S10; 발진기지와 도달기지 및 반력대 설치단계
S20; 수평부강관 및 기초강관 추진과 수평 및 수직부강관 간 지반보강과 가벽 및 임시벽의 수직부 굴착단계
S30; 세그먼트 구조물 제작과 강판슈 제작, 압입단계
S40; 강판슈 내측 토사 굴착과 세그먼트 구조물 견인 및 추진단계
S50; 사보강재 설치와 추가 지반보강 단계
S60; 중앙부 굴착과 기둥 시설단계
S70; 벽체측 굴착 및 내벽체, 하부슬래브 시설단계
S80; 조인트방수 및 내부시설의 마무리단계
1; 터널 2; 구조물(가벽,임시벽,상부슬래브)
3; PC강연선 4; 가벽
4'; 임시벽 5; 기둥
6; 상부슬래브 7; 하부슬래브
8; 내벽체 9; 편평구조
10; 삿갓구조 BN; 볼트너트
S; 소켓
①; 1번 세그먼트 구조물 ②; 2번 세그먼트 구조물
ⓐ; 강판슈 범위 ⓑ; 강판슈 및 구조물 추진시 굴착라인
ⓒ; 수직부 굴착라인 ⓓ; 사보강재 설치를 위한 굴착라인
ⓔ; 추가 지반보강 굴차라인 ⓕ; 중앙기둥 굴착라인
90; 통관 100; 내측수평부강관
100'; 외측수평부강관 101; 내측기초강관
102; 외측기초강관 103; 밀대강
104; 해체될 강관피스 105; 남겨질 강관피스
106; 철거할 강관피스 107; 원형강
108; 롤러 109; 강판슈
110; 연결강 111; 걸쇠강
112; 미끄럼판 113; 지반교란기
114; 체결구 115; 체결강
116; 묶음쇠 117; 스트로크밀대
118; 수직강 119; 사보강재
120: 동바리 121; 구속강관
122; 긴장쇠 123; 턴버클
124; 리드강 125; 수직지반보강
126; 지지발 127; 중압잭
128; 전단키 129; 슬라이딩강
130: 지반보강 131; 유도강
132; 가이더강 133; 지지강
134; 결속근 135; 체결쇠
136; 개구강 137; 걸이강
138; 유압잭 139; 수 팽창성지수재
140; 발진기지 141; 누룸쇠
142;고정스티프너 143; 고정판
144; 돌기 145; 씌움쇠
146; 스티프너
150; 도달기지 151; 버팀대
152; 반력대 153; 반력강
154; 드레인보드+부직포 155; 배수파이프
156; 반력형강 157; 앵커볼트
158; 구멍 159; 'L'강
160; 꺽쇠

Claims

비개착식 터널공사 시공방법에 있어서,
구조물을 축조 및 추진하기 위한 발진기지와, 강판슈 제거를 위한 도달기지 및 반력대 설치단계(S10)와,
PC강연선을 배치하여 가벽 및 임시벽과 상부슬래브를 전방으로 추진하기 위한 수평부강관과 추진성능을 높이기 위한 롤러를 배치할 수 있는 기초강관 추진, 수평 및 수직부 강관간 지반보강과 수직부에 가벽 및 임시벽이 진입될 수 있도록 수직굴착(d)을 하는 단계(S20)와,
상기 발진기지에는 가벽 및 임시벽을 제작하고 ①번 세그먼트 상부슬래브와 후속되는 세그먼트 상부슬래브를 점차로 제작하여, 가벽 및 임시벽을 선 추진하고 ①번 세그먼트 상부슬래브를 반력대로 하여 압입 추진되는 강판슈의 제작 및 압입하는 단계(S30)와,
강판슈 내부로 유입된 토사를 막장면의 안정을 유지하면서 부분적으로 제거하는 강판슈 내측 토사굴착과, 굴착에 의하여 발생한 공간으로 세그먼트 상부슬래브를 순차적으로 견인 및 추진하는 단계(S40)와,
전 단계의 모든 과정이 종료된 후, 중앙부에서 상부슬래브를 동바리로 지지토록 하고 상부슬래브 연단과 가벽이 만나는 우각부를 점진적으로 굴착하여 구조물 양단 가벽과 상부슬래브를 연결하는 사보강재를 설치하고 가벽 및 상부슬래브 세그먼트를 20m 단위로 결합시키며 추가 지반보강을 하는 단계(S50)와,
상부슬래브 좌·우 양측에 동바리를 설치하여 사면안정을 유지하며 중앙부를 굴착하여 기둥을 시설하는 단계(S60)와,
상부슬래브 좌·우 양측의 동바리를 철거하며 내부굴착과 함께 벽체측을 굴착하여 내벽체 및 하부슬래브를 시설하는 단계(S70)
조인트방수시설과 내부시설(포장 및 각종 도로시설물)을 설치하는 마무리단계(S80)
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 1 항에 있어서,
구조물(2)을 전방으로 밀어내기 위한 유압잭 설치를 위하여 도달기지(150) 가시설면에 반력대(152)를 설치하고, 이를 지원하기 위하여 발진기지(140) 후방 가시설면 하방에 무근콘크리트를 타설하고 유압잭을 시설하여 발진기지(140)에 축조된 구조물(2)을 전방으로 추진할 수 있는 시설을 갖추어 이른바 Push & Full 방식의 견인이 될 수 있는 조건을 갖추도록 하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 1 항에 있어서,
터널(1)을 이루기 위한 영역에서 상부측 수평부강관(100,100')과 기초강관(101,102)을 전 길이에 걸쳐 압입 추진하되, 수평부강관(100,100')간 연결재 없이 이격 배열되도록 추진하며, 기초강관(101,102)도 상기의 수평부 강관에서 수직으로 이격되게 추진하여 외측기초강관(102)이 구조물(2) 높이의 중간 정도 위치에 이르며, 내측기초강관(101)은 외측기초강관(102)과 상부슬래브(6) 하단과의 중간정도의 높이로 구성하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 1 항에 있어서,
터널(1)을 이루기 위한 영역에서 상부측으로 수평부강관(100,100')을 절단치 않고 6~10m의 단관을 추진하되 추진된 수평부강관(100,100')의 강판슈(109) 밑으로 상부슬래브(6)를 내입시키며 수평부강관(100,100')의 상단을 상부슬래브(6) 상단에 맞추도록 하고, 수평부강관(100,100') 자체가 상부슬래브(6) 하단에 부착한 반력형강(156)을 반력대로 하여 수평부강관(100,100') 저부 양측에 설치한 유압잭과 반력강(153)을 이용하여 점진적으로 반복 추진하면서 수평부강관(100,100') 뒤에 남겨진 공간으로 상부슬래브를 이어서 추진하여 반력대를 이루는 구성을 하고 있는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 3 항에 있어서,
강관들을 추진하기 전에는 강판슈(109)가 지나갈 위치의 수평부강관(100, 100') 임의의 위치에서 상ㆍ하 2분할 절개 또는 다(多)분할로 절개하고, 기초강관(101,102)에서는 가벽(4)의 두께 정도로 절개하여 지중에 남겨질 강관피스(105)와 해체될 강관피스(104) 및 철거할 강관피스(106)로 분할하되,
이러한 상기의 강관은 절개되기 전에 원형이 훼손되지 않도록 하기 위하여 철근 또는 L형강을 이용한 묶음쇠(116)로 절개될 부근에 세로방향 또는 가로방향으로 용접을 하고 절개를 한 후 해체될 강관피스(104)에서 절개된 강관 양단부근에 구속강관(121)을 용접하여 부착하며, 철거할 강관피스(106)와 접속되는 강관피스(104,105)에는 개구강(136)을 절개된 강관 양단 부근에 용접 부착하여 다시 원 상태로 결속한 후에는,
토공반출 및 인력 진출·입을 위하여 상기 묶음쇠(116)를 해제하여야 하고, 강관을 추진하되 지반이 암반인 경우에는 강관 선도부에서 암반을 절삭하고 압입토록 하며,
강관추진이 종료된 후 해체될 강관피스(104) 양단 부근 구속강관(121)에 긴장쇠(122)를 걸어 턴버클(123)로 강관피스 양단을 긴장시키고, 철거할 강관피스(106)와 접속되는 강관피스(104,105)의 양측에 용접한 개구강(136)에 걸이강(137)를 걸고 긴장쇠(122)를 턴버클(123)로 긴장 결속하므로 강관이 벌어지지 않도록 하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 5 항에 있어서,
상기 절개되어 해체될 강관피스(104)와 남겨질 강관피스(105)로 분할된 사이에는 밀대강(103)을 설치하고 볼트너트(BN)로 강관피스(104,105)와 결속을 한 강관(100,100',101,102)을 소정의 위치로 압입 추진 완료 후,
강판슈(109)를 견인 및 추진할 때 강관피스(104,105) 간에 미리 묶어둔 볼트너트(BN)를 해제하면 강관피스(104,105)가 상·하 2분할된 또는 다(多)분할 상태로 돌아가게 되고, 해체될 강관피스(104)간의 이음부 소켓(S)의 결속장치인 볼트너트(BN)를 해제하여 강판슈(109)가 밀대강(103)을 밀어내면서 강판슈(109)가 추진되면 강판슈(109) 내부에 내재된 해체될 강관피스(104)를 토공굴착과 함께 회수하게 되는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 6 항에 있어서,
강판슈(109) 및 가벽(4)과 임시벽(4')을 추진할 때 강관의 분할부 결속을 해제하고, 강판슈는 물론 상부슬래브와 가벽(4) 및 임시벽(4') 양단에 리드강(124)을 시설하여 강관피스(104,105) 양단이 상기 리드강(124)을 타고갈 수 있도록 하는 것이며, 강판슈 상단 및 상부슬래브 상단에도 리드강(124)을 시설하여 남겨질 강관피스(105)의 절개부 양단이 타고 추진되도록 하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 3 항에 있어서,
기초강관(101,102) 하측에 롤러강관을 끼운 원형강(107)이 진행방향으로 철근지지대(133)와 함께 용접 부착된 'L'강(159)의 절개된 플랜지 내로 내입되도록 하되, 규격과 설치간격은 일정한 간격을 이루도록 구성하면서, 가벽(4) 및 임시벽(4') 추진시 저면의 슬라이딩강(129)이 상기 롤러(108)를 타고 구르듯이 전진할 수 있도록 구성하고 있는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 8 항에 있어서,
상기 롤러(108) 양단 인근에 말굽모양의 꺽쇠(160)를 부착한 지지발(126)을 세우고 꺽쇠(160)와 만나는 원형강(107) 양측에 돌기(144)를 부착하므로 꺽쇠(160)가 좌·우로 이동치 못하도록 하며, 기초강관(101,102) 저부에 용접 고정토록 하고 있는데, 이러한 롤러(108)는 전기식 장치에 의하여 콘베이어벨트와 같이 자전할 수 있도록 구성하는 것은 물론 롤러(108)의 길이를 슬라이딩강(129) 보다는 작게 형성하고 중앙에 돌기(144)를 설치하며, 가벽(4) 및 임시벽(4')의 하단 슬라이딩강(129)에는 상기 돌기(144)를 끼울수 있는 씌움쇠(145)를 설치하므로 가벽(4) 및 임시벽(4')이 돌기(144)로 인하여 직진할 수 있도록 구성하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 3 항에 있어서,
진행방향에서 수평부 및 기초강관(100,100')간의 연결은 수평부강관(100, 100') 선단 내측으로 일정두께의 강판을 말아 용접한 소켓(S)을 달아 먼저 전진한 내측 수평부강관(100,100') 후미에 끼우며 볼트너트(BN)로 체결하므로서 연결하는 것이고, 해제도 볼트너트(BN) 풀기로 용이하게 할 수 있도록 구성하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 3 항에 있어서,
수평부강관(100'100') 간 사이에 지반을 밀실히 강화하기 위하여 격간의 수평부강관(100'100') 내에서 좌ㆍ우 양방향으로 인접 강관의 머리 위까지 천공을 하여 보강하므로 지반이 고결된 층을 이루도록 하고, 수평부강관(100'100')과 기초강관(101,102) 간 사이에도 수평부강관(100'100')에서 기초강관(101,102) 양측으로 천공을 하여 보강하므로 지반이 고결된 층을 이루도록 하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 11 항에 있어서,
상기와 같이 보강되어 고결된 층을 이루는 지반이 함몰되지 않도록 하면서 수평부강관(100,100')내에 회전각이 조절되도록 시설된 좌·우 구멍(158)과 지반교란기(113)에 의하여 수평부강관(100,100') 간 사이의 지반을 흐트러진 상태로 교란시키므로 강판슈(109)가 손쉽게 지중으로 압입될 수 있도록 하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 3 항에 있어서,
외측수평부강관(100')과 외측기초강관(102) 사이에는 가벽(4)이 진입할 공간이므로 사전에 수직굴착을 하여 가벽(4)의 진입이 용이하도록 하고,
상기와 같이 굴착된 공간을 통하여 기초강관(101,102) 하단부의 지반을 강화하기 위하여 시멘트 기둥을 분사설치하여 가벽(4)과 상부슬래브(6) 추진시 지반의 부등침하가 발생치 않도록 보강하되, 내벽체(8) 조성을 위한 내부굴착시 측벽을 보호할 수 있는 충분한 깊이로 보강토록 구성하고 있는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 13 항 있어서,
구조물(2)중 가벽(4)과 임시벽(4')을 먼저 제작하여 선 추진하고 이어서 상부슬래브(6)를 제작하여 내부 굴착과 함께 후 추진되도록 하고 있는데,
①번 세그먼트 상부슬래브(6) 선도부에 강판슈(109)를 부착하고 후미부에 연결강(110)을 배치하여 선도부에서 지반이 함몰되지 않도록 강판슈(109)가 지중으로 압입되도록 하면서 후미부의 연결강(110)은 후속 세그먼트 상부슬래브(6)를 상호 연결할 수 있도록 구성하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 14 항 있어서,
강관간 사이에 토립자가 붕괴되지 않도록 하는 방토공 시설인 강판슈(109)는 상부슬래브(6)를 덮는 것으로 제작되어야 하고, 상기의 강판슈(109)는 상부슬래브(6)나 가벽(4)에 구속되지 않으며,
이러한 강판슈(109)가 향후 재활용이 가능할 수 있도록 분할 제작된 조각들을 볼트너트(BN)로 이용 1면 마찰접합 방식으로 접합하여 선택된 상부슬래브(6)의 규격에 맞추어 설치되는 조립식으로 구성되어 확장과 축소가 가능하도록 고안한 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 15 항 있어서,
강판슈(109)는 토압에 따른 변위를 억제하기 위하여 스티프너(146)로 보강하는데, 상부슬래브(6)와 분리구조를 이루고 있어 상부슬래브(6) 선도부면에 설치된 중압잭(127)이 강판슈(109)를 밀어내게 되면 강판슈(109)의 스티프너(146)는 상부슬래브(6) 선도부면에서 멀어지게 되는 취약한 구조를 보강하기 위하여 상부슬래브(6) 선도부면에 강판슈(109)의 스티프너(146)를 감싸는 별도의 고정스티프너(142) 2열을 한조로 제작하되 상부슬래브(6) 선도부면에 고정되도록 하고, 강판슈(109)가 추진되어 선도부면과 멀어지더라도 멀어진 강판슈(109)의 스티프너(146)를 2열 양측에서 감싸며 취약한 강판슈(109)가 변형되지 않도록 구성하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 1 항 있어서,
세그먼트 구조물(2)의 추진은 각기 분리구조 형태로 선 추진되는 가벽(4)과 임시벽(4')의 수직강(118) 상단에 시설된 가이더강(132)에 후 추진되는 상부슬래브(6)의 유도강(131)을 끼워 결속하고, 하단에 슬라이딩강(129)을 시설하여 기초강관(101,102)의 이동장치인 롤러(108)를 타고 선 추진하도록 하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 17 항 있어서,
상기 가벽(4)의 외측 수직강(118) 간은 철근으로 연결한 후 콘크리트를 타설하여 얇지만 강성이 큰 구조로 형성하되, 막장의 안정성을 유지하기 위하여 그 높이를 전체 높이의 중간정도로 하고, 우각부의 외력 발생을 감쇠시키기 위하여 사보강재(119)를 사용하며, 내측 수직강(118) 간은 콘크리트를 제외한 강재로만 연결하도록 하되 그 높이를 외측기초강관(102)과 상부슬래브(6) 하단과의 중간 정도의 높이로 한 임시벽(4')을 구성하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 1 항 있어서,
상기와 같이 건조되는 상부슬래브(6)가 형상은 편평구조(9)와 삿갓구조(10)로 제작될 수 있는데 편평구조(9)의 경우는 기둥(5)을 수반하는 구조로 제작하며,
삿갓구조(10)인 경우에는 2분절로 분할된 편평슬래브를 제작하여 이를 삿갓모양으로 마주보게 배치하고 철근과 PC강연선(3)을 이용하여 상부슬래브(6) 내ㆍ외측에서 상호 결속하여 제작할 수도 있고 삿갓구조(10)의 형상을 일체 구조로도 제작하되 기둥(5)을 수반하지 않는 구조로 하여 처짐 방지와 배수가 용이한 구조를 이루는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 19 항 있어서,
상기의 상부슬래브(6)를 삿갓구조(10)로 구성할 때 하부슬래브(7)도 인버트를 도입하고 PC강연선(3)으로 긴장력을 도입하여 정모멘트 발생을 저하시킬 수 있는 구조로 형성하는데 있어서,
하부슬래브(7)의 부재력으로 인하여 단면이 비경제적일 경우나 무 기둥(5)이 전제조건일 경우 측벽부 기초에 전단키(128)를 설치하므로 하부슬래브(7)를 설치하지 않아도 될 수 있는 구조형식을 갖추도록 하고 있으며,
구조물(2)이 양생을 거쳐 도막방수재(번호 미기재)를 도포하고 이어서 얇은 박판인 미끄럼판(112)으로 외면을 둘러싸므로 견인시 토사와의 마찰 저항이 저감되도록 하는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 17 항에 있어서,
구조물(2) 우각부에 불균등 또는 큰 부재력이 발생치 않도록 하기 위하여 중앙부에서 상부슬래브를 동바리로 지지토록 하고 사보강재(119)로 상부슬래브(6)와 가벽(4)을 버팀하여 보강구조를 형성하는데 있어서,
상기 사보강재(119)는 헌치철근을 겸용하도록 하고 횡 토압력을 지탱할 수 있는 구조이면서 외측기초강관(102) 하단을 추가 지반보강(130)하도록 구성하고 있는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 17 항에 있어서,
상부슬래브(6) 좌ㆍ우를 받치는 동바리(120)를 철거하고 하부슬래브(7) 면까지 터파기를 하여 기둥(5)부 슬래브에서 이어지는 방수시트를 연결하고 하부슬래브(7)를 시설하며 가벽(4)의 내측 기초강관 상단위치까지 드레인보드와 부직포(154)를 시설하여, 가벽(4) 외측에서 외측기초강관(102) 하단으로 유입된 지하수가 내벽체(8) 외측에 시설된 드레인보드(154)를 타고 구조물 하단 배수파이프(155)로 유입될 수 있도록 조치하고,
가벽(4)의 내측에 상부슬래브(6)와 가벽(4)을 지지하는 사보강재(119)와 브라켓(131)을 유지한 채로 철근을 배근하여 내벽체(8)를 설치하는 것으로 구성하고 있는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법
제 20 항에 있어서,
하부슬래브(7)는 현장조건에 따라 현장타설방법 및 프리캐스트방법에 의하여 건조될 수 있는데, 비교적 N치가 30이상인 경우의 지층에서는 ①세그먼트가 Potal라멘구조로 건조되는 경우나 세그먼트 전체가 Potal 라멘구조로 건조되는 경우에 한하여 후 설치되는 현장타설 방법에 의하여 건조될 수 있되, 횡토압에 저항될 수 있는 지반보강(130) 시설을 필요로 하는 것이며,
연약지반이거나 압밀침하가 예상되는 지층에서는 세그먼트 건조시 ①세그먼트외 타 세그먼트에는 구조물 건조시부터 PC 하부슬래브를 도입한 Box 라멘 구조로 건조하고, ①세그먼트에만 현장타설의 방법으로 건조하되 현장조건에 따라 달리 적용할 수 있도록 구성하고 있는 소수의 강관과 강판슈 및 높이가 축소된 구조물에 의한 비개착 터널 시공방법