KR102118636B1 - 지하터널 형성용 구조물 설치 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지하터널 형성용 구조물 설치 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 비개착 방식의 지하터널 형성용 구조물 설치 방법에 관한 것이다.

Description

지하터널 형성용 구조물 설치 방법{METHOD FOR CONSTRUCTION FOR UNDERGROUND TUNNEL}
본 발명은 지하터널 형성용 구조물 설치 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 비개착 방식의 지하터널 형성용 구조물 설치 방법에 관한 것이다.
일반적으로 지중에 터널을 축조하는 방식은 개착 방식과 비개착 방식이 있다. 그러나 도로 및 철도 하부를 횡단하는 지하차도 또는 지하터널 등을 시공하는 경우에는 공사로 인한 상부 구조물의 이전이 불가능하거나 철도 또는 차량의 통행으로 인해 개착 공법이 불가능하여 비개착 방식이 요구된다.
종래의 비개착 방식은 강관을 압입한 후 압입된 강관끼리 연결하기 위해 강관의 측면을 절개하여 연결 강관을 삽입한다. 다음으로, 절개부에서 발생될 수 있는 토류를 방지하기 위해 절개부에 강판을 설치하고, 강판 사이에 지지대를 설치하여 토류에 대한 위험성을 감소시킨다. 다음으로, 양끝단에 위치한 강관의 하측에 압입된 강관과의 연결을 위해 강관의 내측 하부면을 절개하여 하측에 압입된 강관과 연결한다. 이 때, 상기와 같이 절개부에 강판을 설치하여 토류를 방지한다. 다음으로, 일체로 연결된 강관들의 내부에 거푸집을 형성하여 철근을 배근하고, 콘크리트를 타설하여 터널을 형성하는 구조물을 형성한다. 이 후, 구조물 내측의 토사를 굴착하고, 바닥에 거푸집을 형성하여 철근을 배근한 후 콘크리트를 타설하여 터널을 축조한다.
그러나 종래의 비개착 방식은 대구경 강관 압입 시, 강관 압입에 의한 응력에 의해 지하터널 공사 대상 지반의 토사가 흘러내리는 것과 동시에 지반의 교란이 심하다는 문제점이 있다.
또한, 강관 압입 후 강관의 측면에 연결부를 형성하기 위해 강관의 측면을 절개하는 과정에서 강관 외측의 토사가 강관 내부로 유입되면서 작업자가 위험해지는 것과 동시에 지반이 약해진다는 문제점이 있다.
1. 한국등록특허 제10-1275468호(2013.06.17 공고) 2. 한국공개특허 제10-2015-0025409호(2015.03.10 공개)
본 발명은 대구경 강관 압입 시, 강관 압입에 의한 응력에 의해 지하터널 공사 대상 지반 토사의 흘러내림을 방지하는 것과 동시에 지반의 교란을 감소시키는 지하터널 형성용 구조물 설치 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 강관 압입 후 강관의 내부 측면에 연결부를 형성하기 위해 강관의 측면을 절개하는 과정에서 강관 외측의 토사가 강관 내부로 유입되는 것을 최소화하여 작업자의 안전성을 향상시키는 것과 동시에 지반에 영향이 미치는 것을 최소화하는 지하터널 형성용 구조물 설치 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 지하터널 형성용 구조물 설치 방법은 제 2 강관 압입 위치가 측량된 지하터널 공사 대상 지반이 준비되는 단계; 상기 제 2 강관이 서로 인접하는 위치에서 상기 제 2 강관 압입 예정 위치의 상부에서 외측으로 기 설정된 간격 만큼 이격되어 제 1 강관이 압입되고, 상기 제 1 강관을 통해 그라우터가 공급되고, 상기 공급된 그라우터가 상기 제 1 강관에 구비된 통공을 통해 제 1 강관 외측으로 분출되는 것을 통해, 상기 제 2 강관 압입 예정 위치를 향하여 제 1 강관 외측의 일부만 그라우팅되는 것에 의해 제 1 그라우팅존이 형성되는 단계; 상기 제 2 강관 압입 예정위치에제 2 강관을 압입 후 상기 제 2 강관 외측 일부에서 제 1 강관을 향하여 제 2 그라우팅존을 형성하는 단계; 상기 제 2 강관의 내측 측면을 절개하여 수평 강관 연결구를 형성하는 단계; 상기 수평 강관 연결구의 상부에 상부 방수판이 설치되는 단계; 및 상기 제1 강관을 향하도록 상기 상부 방수판의 외측으로 그라우팅하여 상기 제 3 그라우팅존 및 터널루프가 형성되는 단계; 상기 터널 루프의 내부에 거푸집 형성 및 철근 배근 단계; 상기 터널 루프 내부에 구비되는 거푸집 및 철근을 따라 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 강관은 상기 제 2 강관보다 직경이 작고, 상기 거푸집은 상기 제 2 강관을 관통하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 강관은 상기 제 2 강관보다 직경이 작은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 강관은 기설정된 각도로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 강관은 기설정된 깊이로 압입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 강관 압입 위치에 제 2 강관을 압입 후 외측으로 제 2 그라우팅존을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2 그라우팅존은 상기 제 2 강관으로부터 상기 제 1 그라우팅존이 형성된 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 대구경 강관 압입 전에 대구경 강관보다 작은 소구경의 강관을 대구경 강관 압입 위치로부터 기설정된 간격만큼 이격하여 방사형으로 압입한 후 소구경 강관 외측에 그라우팅하여 제 1 그라우팅존을 형성하는 것에 의해 대구경 강관 압입 시 지하터널 공사 대상 지반 토사의 흘러내림을 방지할 수 있으며, 이와 동시에 지반의 교란을 감소시키는 효과를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 대구경 강관 압입 전 기설정된 위치에 소구경 강관을 압입한 후 소구경 강관 외측에 그라우팅하여 제 1 그라우팅존을 형성하고, 대구경 강관을 압입한 후 소구경 강관이 압입된 방향으로 그라우팅하여 제 2 그라우팅존을 형성하는 것에 의해 대구경 강관의 내측면 절개 작업 시 강관 외측의 토사가 강관 내부로 유입되는 것을 최소화하여 작업자의 안전성을 향상시키는 것과 동시에 지반의 붕괴 및 침하 등과 같은 위험을 방지하는 효과를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 강관이 지하터널 공사 대상 지반에 압입된 후 외측으로 그라우팅한 상태도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 그라우팅존이 제 1 강관 외측의 일부에만 형성되는 것을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 강관이 삼각 형상으로 배치된 것을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 1 강관이 제 2 강관이 서로 인접하는 위치 중 상부와 외측방으로만 배치된 것을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 지하터널 공사 대상 지반에 측량된 제 2 강관 압입 위치에 제 2 강관이 압입된 후 제 1 강관의 압입 방향으로 그라우팅한 상태도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 그라우팅존이 제 2 강관 외측의 일부에만 형성되는 것을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 1 그라우팅존과 제 2 그라우팅존이 연결된 것을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 1 그라우팅존과 제 2 그라우팅존이 미연결된 상태로 각각의 위치에 형성된 것을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 2 강관의 내측 측면을 절개하여 수평 강관 연결구를 형성하고, 상부 방수판, 하부 지지대 및 토압 지지대를 설치한 상태도이다.
도 10은 도 3의 A 부분 확대도이다.
도 11은 본 발명의 상부 방수판의 외측으로 그라우팅한 상태도이다.
도 12는 도 11의 B 부분 확대도이며, 제 1 그라우팅존, 제 2 그라우팅존 및 제 3 그라우팅존이 미연결된 상태로 각각의 위치에 형성된 것을 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 터널 루프의 양단에 위치한 강관의 내측 하부면을 절개하여 수직 강관 연결구를 형성하고, 측부 방수판, 측부 지지대 및 토압 지지대를 설치한 상태도이다.
도 14는 도 6의 C 부분 확대도이다.
도 15는 본 발명의 측부 방수판의 외측으로 그라우팅한 상태도이다.
도 16은 본 발명의 터널 루프 및 루프 지지벽의 내부에 거푸집을 형성하고, 철근을 배근한 상태도이다.
도 17은 본 발명의 터널 루프 및 루프 지지벽의 내부에 콘크리트를 타설한 상태도이다.
도 18은 본 발명의 터널 루프 및 루프 지지벽의 내측 토사를 굴착한 상태도이다.
도 19는 본 발명의 루프 지지벽 사이 바닥에 거푸집을 설치하고, 철근을 배근한 상태도이다.
도 20은 본 발명의 바닥에 콘크리트를 타설한 상태도이다.
도 21은 본 발명의 터널 형성용 구조물이 완성된 상태도이다.
도 22는 본 발명의 터널 형성용 구조물의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 23은 본 발명에 따른 지하터널 형성용 구조물 설치 방법의 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 출원에서 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 출원에서, "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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 23을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 지하터널 형성용 구조물 설치 방법에 대하여 상세히 설명한다. 이하에서 종래 주지된 사항에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명확히 하기 위해 생략하거나 간단히 한다.
도 23을 참조하면, 지하터널 공사 대상 지반(G)에 제 2 강관(200) 압입 위치가 측량될 수 있다(S1). 이때, 제 2 강관의 압입 위치가 특정될 수 있다면, 측량이 아닌 별도의 방법이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 제 2 강관 사이즈 및 개수를 고려하여 현장 실무자가 강관 압입 위치를 적절히 선택할 수도 있다. 물론, 주지된 지하터널 형성용 구조물 설치 방법에서와 같이, S1 전에 반력벽을 설치하는 공정 등과 같이 S1 적용을 위한 기초 공정이 수행될 수 있다. 본 발명에서 S1 전에 제 2 강관을 압입할 수 있는 공사 대상 지반(G)이 준비되는 상태 전의 공정은 제한하지 않는다.
다음으로, 제 1 강관(100)을 제 2 강관(200) 압입 위치에 방사형으로 압입할 수 있다(S2). 이때, 제 1 강관(100)은 제 2 강관(200)보다 직경이 작을 수 있다. 이때, 제 1 강관(100)이 압입되는 깊이는 현장 지반 상태에 따라 가변될 수 있다. 예를 들어, 현장 지반이 견고할수록 적은 깊이로 압입될 수 있다.
그리고, 제 1 강관(100)의 외측으로 그라우팅하여 제 1 그라우팅존(Z1)을 형성할 수 있다(S3). 이때, 제 1 강관(100)을 통해 그라우터가 공급될 수 있다. 그리고, 공급된 그라우터는 제 1 강관(100)에 구비된 통공을 통해 제 1 강관(100) 외측으로 분출될 수 있다.
도 1은 제 1 강관(100)이 제 2 강관(200) 압입 예정 위치 외측으로 기설정된 간격만큼 이격되어 방사형으로 압입된 제 1 강관(100)의 외측으로 제 1 그라우팅존(Z1)이 형성된 상태를 예시한다.
이때, 제 1 강관(100)은 방사형으로 압입 시 기설정된 각도로 이격되어 형성될 수 있으며, 적어도 1개 이상 압입될 수 있다. 제 1 강관(100)은 기설정된 깊이로 압입될 수 있다. 제 1 강관(100)은 기설정된 깊이로 압입된 후 외측으로 그라우팅하여 제 1 그라우팅존(Z1)을 형성할 수 있으며, 그라우팅 작업 시, 그라우팅의 방향은 측량된 제 2 강관(200) 압입 위치 방향일 수 있다. 지하터널 공사 대상 지반(G)은 제 1 강관(100)의 외측으로 제 1 그라우팅존(Z1)이 형성되는 것에 의해 견고해질 수 있다. 이에 따라, 지하터널 공사 대상 지반(G)은 제 2 강관(200) 압입 시 토사가 흘러내리는 것을 방지될 수 있으며, 지반의 교란이 감소될 수 있다. 여기서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 강관(100)의 외측으로 제 1 그라우팅존(Z1)을 형성하기 위한 그라우팅 작업 시, 제 1 강관(100) 전체를 감싸는 형태로 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 강관(200) 압입 위치를 향하여 제 1 강관(100) 외측의 일부만 그라우팅 될 수 있다. 이와 달리, 도 3에서와 같이, 제 1 그라우팅존(Z1)의 형성을 위한 제 1 강관(100)은 방사형으로 압입되는 것으로 한정하지 않고, 제 2 강관(200)의 외측으로 삼각 형상, 부채꼴 형상, 사각 형상, 마름모 형상 등 다양한 형상으로 배치되어 압입될 수 있다. 또한, 도 4에서와 같이, 제 1 그라우팅존(Z1)의 형성을 위한 제 1 강관(100)은 제 2 강관(200) 압입 위치를 기반으로 제 2 강관(200)이 서로 인접하는 위치에만 배치되어 압입될 수 있으며, 제 2 강관(200)이 서로 인접하는 위치 중 상부와 외측방으로만 배치되어 압입될 수 있다. 그라우팅되는 면적, 깊이, 압입되는 제 2 강관의 수는 공사 대상 지반 상태(예를 들어,연약한 정도), 공사 비용 및 공사 시간을 복합적으로 고려하여 현장에 따라 가변될 수 있다.
다음으로, 제 1 강관(100)의 압입 전 측량된 제 2 강관 압입 위치에 제 2 강관(200)을 압입할 수 있다(S4), 이때, 제 2 강관(200)은 제 1 강관(100)의 압입 전 측량된 압입 위치에 압입될 수 있다. 즉, S1에서 결정된 제 2 강관(200) 압입 위치에 제 2 강관(200)이 압입될 수 있다. 제 2 강관(200)은 압입 공정 후 제 2 강관(200)의 외측으로 그라우팅하여 제 2 그라우팅존(Z2)을 형성할 수 있다(S5). 이때, 제 2 강관(200)의 외측에 제 2 그라우팅존(Z2)을 형성하기 위한 그라우팅 작업 시, 그라우팅의 방향은 제 1 강관(100)을 향할 수 있다. 이에 따라, 제 1 그라우팅존(Z1) 및 제 2 그라우팅존(Z2)은 서로 연결될 수 있으며, 제 2 강관(200)이 견고하게 지지될 수 있다. 아울러, 후속 공정(수평 강관 연결구(210) 형성을 위한 공정)시 지반 침하를 방지하는데 필요한 필수 지점에서 그라우팅되는 것에 의해 후속 공정시 지반 침하를 방지하기 위한 그라우터 소모량을 줄일 수 있다.
여기서, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 2 강관(100)의 외측으로 제 2 그라우팅존(Z2)을 형성하기 위한 그라우팅 작업 시, 제 2 강관(200) 전체를 감싸는 형태로 한정하지 않고, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 강관(100)이 압입된 방향을 향하여 제 2 강관(100) 외측의 일부만 그라우팅 될 수 있다. 제 1 강관(100)을 사용한 그라우팅 공정 후 제 2 강관(200)에서 제 1 강관(100)을 향하는 그라우팅 공정을 진행하는 한 본 발명은 제 1 및 제 2 그라우팅존을 형성하는 공정을 제한하지 않는다. 제 1 그라우팅존(Z1) 및 제 2 그라우팅존(Z2)이 형성되는 것에 의해 제 2 강관(200)이 견고하게 지지되는 것과 동시에 제 2 강관(200)의 연결 공정 시, 제 2 강관(200)의 외측 토사가 제 2 강관(200)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 제 2 강관(200)의 외측 토사가 제 2 강관(200) 내부로 유입되는 것이 방지됨으로써 제 2 강관(200) 외측의 토사가 지지되어 제 2 강관(200) 상부의 지반이 연쇄적으로 붕괴하는 것을 사전에 방지할 수 있다.
또한, 도 7를 참조하면, 제 1 그라우팅존(Z1) 및 제 2 그라우팅존(Z2)은 서로 연결될 수 있다. 이와 달리, 도 8을 참조하면, 제 1 그라우팅존(Z1) 및 제 2 그라우팅존(Z2)은 상호 인접하게 형성될 수도 있다. 참고로, 도 8에서 그라우팅이 더 주입되어 제 1 그라우팅존(Z1) 및 제 2 그라우팅존(Z2)이 일체로 융합되는 것이 도 7의 형태이다. 이와 달리, 제 1 그라우팅존(Z1) 및 제 2 그라우팅존(Z2)은 상호 이격되게 설치될 수 있다.
상기와 같이, 제 1 그라우팅존(Z1) 및 제 2 그라우팅존(Z2)이 형성되는 것에 의해 제 2 강관(200) 사이로 지반이 붕괴되는 것이 완충될 수 있다.
다음으로, 제 2 강관(200)의 내측 측면을 절개하여 수평 강관 연결구(210)를 형성한 후 수평 강관 연결구(210)에 상부 방수판(211), 하부 지지대(212) 및 토압 지지대(213)를 설치할 수 있다(S6). 또한, 하부 지지대(212)의 저면에 선택적으로 보강대(214)를 설치할 수 있다(S7),
이때, 제 2 강관(200)의 내측 측면을 절개하여 수평 강관 연결구(210) 형성 시, 제 1 그라우팅존(Z1) 및 제 2 그라우팅존(Z2)에 의해 제 2 강관(200) 외측의 토사가 제 2 강관(200)의 내부로 유입되는 것을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 작업자의 안전성이 향상되는 것과 동시에 지반의 붕괴 및 침하 등과 같은 위험을 사전에 방지할 수 있다.
도 9는 제 2 강관(200)의 내측 측면을 절개하여 수평 강관 연결구(210)를 형성하고, 수평 강관 연결구(210)의 내부에 상부 방수판(211), 하부 지지대(212), 토압 지지대(213) 및 보강대(214)가 설치된 상태를 예시한다.
이 때, 도 10을 참조하면, 상부 방수판(211)은 수평 강관 연결구(210)의 상부에 설치될 수 있다. 이에 따라, 제 2 강관(200) 외측 상부의 토사가 토압에 의해 토류되는 것을 방지하는 것과 동시에 상부에서 누출되는 지하수의 유입을 방지할 수 있다.
하부 지지대(212)는 수평 강관 연결구(210)의 하부에 설치될 수 있다. 이에 따라, 제 2 강관(200) 외측 하부의 토사가 토압에 의해 토류되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 하부 지지대(212)는 일면에 소켓(212a)이 구비될 수 있다. 소켓(212a)은 토압 지지대(213)의 하단에 결합될 수 있다. 이에 따라, 토압 지지대(213)의 설치가 용이할 수 있으며, 토압 지지대(213)가 윈위치에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 소켓(212a)은 구조물 내부 굴착 작업 시 토압 지지대(213)으로부터 분리될 수 있으며, 분리 후 재사용이 가능하여 재료의 낭비를 줄일 수 있다.
토압 지지대(213)는 상부 방수판(211)과 하부 지지대(212) 사이에 구비될 수 있으며, 상부 방수판(211)과 하부 지지대(212)를 지지할 수 있다. 이에 따라, 토압 지지대(213)는 상부 방수판(211) 및 하부 지지대(212)가 토압에 의해 탈락되는 것을 방지할 수 있다.
보강대(214)는 하부 지지대(212)의 저면에 선택적으로 구비될 수 있다. 보강대(214)는 토압 지지대(213)을 통해 하부 지지대(212)로 전달되는 상부 방수판(211) 외측 토사의 토압이 강한 경우에 설치될 수 있다. 또한, 보강대(214)는 하부 지지대(212)의 면적이 수평 강관 연결구(210)의 하부 면적보다 넓어 제 2 강관(200)의 내측으로 연장되는 경우 토압 지지대(213)의 설치를 위해 하부 지지대(212)가 연장되는 것에 대응되는 크기로 설치될 수 있다.
여기서, 본 발명에 개시된 수평 강관 연결구(210)를 형성하는 공정은 하나의 실시 예이며, 제 2 강관(200)끼리의 연결을 위해 현장에서 적용되는 다양한 연결 방식이 본 발명에 적용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 강관(200)의 사이에 연결 강관을 삽입하여 제 2 강관(200)끼리 연결하는 방식 또는 토류벽을 설치하는 방식 등으로 대체될 수 있다.
다음으로, 상부 방수판(211)의 외측으로 그라우팅하여 제 3 그라우팅존(Z3) 형성 및 터널 루프(L)를 형성할 수 있다(S8). 이때, 도 11에 도시된 바와 같이, 상부 방수판(211)의 외측으로 그라우터를 배출하여 상부 방수판(211)의 외측에 제 3 그라우팅존(Z3)을 형성할 수 있다. 제 3 그라우팅 존 형성 공정에서 제 3 그라우팅 존 형성을 위한 그라우터는 제 1 강관을 향할 수 있다. 이때, 제 3 그라우팅 존은 방수 기능을 겸하고 제 2 강관 내부로의 토사 유입을 최소화하기 위해 상부 방수판 상부 전역에 결쳐 형성될 수도 있다. 이에 따라, 제 1 그라우팅존(Z1), 제 2 그라우팅존(Z2) 및 제 3 그라우팅존(Z3)이 서로 연결될 수 있으며, 터널 루프(L)를 형성할 수 있다. 그리고, 제 3 그라우팅존(Z3)이 형성되어 제 1 그라우팅존(Z1), 제 2 그라우팅존(Z2) 및 제 3 그라우팅존(Z3)이 융합되는 것에 의해 제 2 강관(200)의 강도 보강 및 터널 루프(L)의 강도를 보강할 수 있으며, 궁극적으로 시공 완료된 구조물의 강도를 상승시킬 수 있다. 이와 달리, 도 12를 참조하면, 제 3 그라우팅존(Z3)은 제 1 그라우팅존(Z1) 및 제 2 그라우팅존(Z2)과 상호 인접하게 형성될 수도 있다. 즉, 제 3 그라우팅존(Z3)이 형성되는 것 만으로도 제 1 그라우팅존(Z1), 제 2 그라우팅존(Z2) 및 제 3 그라우팅존(Z3)이 각각의 위치에 형성되어 서로를 지지하는 것에 의해 구조물의 강도를 상승시킬 수 있다. 이와 달리, 제 1 그라우팅존(Z1), 제 2 그라우팅존(Z2) 및 제 3 그라우팅존(Z3)은 상호 이격되게 설치될 수 있다.
또한, 제 1 그라우팅존(Z1), 제 2 그라우팅존(Z2) 및 제 3 그라우팅존(Z3)이 형성되는 것에 의해 제 2 강관(200) 외측 상부 토사의 양이 최소화됨에 따라 토압이 최소화될 수 있으며, 상부에서 누출되는 지하수의 유입을 1차적으로 방지할 수 있다. 그리고 제 1 그라우팅존(Z1), 제 2 그라우팅존(Z2) 및 제 3 그라우팅존(Z3)이 형성되는 영역을 가변하여 적어도 2개가 상호 연결되게 하면 그라우팅존의 외부와 내부는 격리될 수도 있어, 격리된 영역에서 토사가 상호 연결된 그라우팅존 내부로 유입되는 것을 원천적으로 차단할 수도 있다.
다음으로, 터널 루프(L)의 양단에 위치한 강관의 내측 하부면을 절개하여 수직 강관 연결구(220)를 형성한 후 수직 강관 연결구(220)에 측부 방수판(221), 측부 지지대(222) 및 토압 지지대를 설치할 수 있다(S9). 또한, 측부 지지대(222)의 저면에 선택적으로 보강대(224)를 설치할 수 있다(S10),
이때, 터널 루프(L)의 양단에 위치한 강관의 내측 하부면을 절개하여 수직 강관 연결구(220)를 형성 시, 수평 강관 연결구(210)를 형성하는 것과 동일하게 제 1 그라우팅존(Z1) 및 제 2 그라우팅존(Z2)에 의해 제 2 강관(200) 외측의 토사가 제 2 강관(200)의 내부로 유입되는 것을 최소화할 수 있다. 이에 따라, 작업자의 안전성이 향상되는 것과 동시에 지반의 붕괴 및 침하 등과 같은 위험을 사전에 방지할 수 있다.
도 13은 터널 루프(L)의 양단에 위치한 강관의 내측 하부면을 절개하여 수직 강관 연결구(220)를 형성하고, 수직 강관 연결구(220)에 측부 방수판(221), 측부 지지대(222), 토압 지지대(223) 및 보강대(224)가 설치된 상태를 예시한다.
이때, 도 14를 참조하면, 측부 방수판(221)은 수직 강관 연결구(220)의 내부에서 일측에 설치될 수 있으며, 측부 방수판(221)이 설치되는 수직 강관 연결구(220)의 내부 일측은 토사 미굴착 측 방향일 수 있다. 이에 따라, 제 2 강관(200) 일측 방향의 토사가 토압에 의해 토류되는 것을 방지하는 것과 동시에 측부에서 누출되는 지하수의 유입을 방지할 수 있다.
측부 지지대(222)는 수직 강관 연결구(220)의 내부에서 타측에 설치될 수 있다. 이에 따라, 제 2 강관(200)의 타측 방향의 토사가 토압에 의해 토류되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 측부 지지대(222)는 일면에 소켓(222a)이 구비될 수 있다. 소켓(222a)은 토압 지지대(223)의 일단에 결합될 수 있다. 이에 따라, 토압 지지대(223)의 설치가 용이할 수 있으며, 토압 지지대(223)가 윈위치에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 소켓(222a)은 구조물 내부 굴착 작업 시 토압 지지대(223)으로부터 분리될 수 있으며, 재사용이 가능하여 재료의 낭비를 줄일 수 있다.
토압 지지대(223)는 측부 방수판(221)과 측부 지지대(222) 사이에 구비될 수 있으며, 측부 방수판(221)과 측부 지지대(222)를 지지할 수 있다. 이에 따라, 토압 지지대(223)는 측부 방수판(221) 및 측부 지지대(222)가 토압에 의해 탈락되는 것을 방지할 수 있다.
보강대(224)는 측부 지지대(222)의 타면에 선택적으로 구비될 수 있다. 보강대(224)는 측부 방수판(221)을 통해 측부 지지대(222)로 전달되는 토압이 강한 경우에 설치될 수 있다. 또한, 보강대(224)는 측부 지지대(222)의 면적이 수직 강관 연결구(220)의 측면 면적보다 넓어 제 2 강관(200)의 내측으로 연장되는 경우 토압 지지대(223)의 설치를 위해 측부 지지대(222)가 연장되는 것에 대응되는 크기로 설치될 수 있다.
여기서, 본 발명에 기재된 수직 강관 연결구(220)를 형성하는 공정은 하나의 실시 예이며, 터널 루프(L)의 양단에 위치한 강관과 그 강관의 하부에 압입된 제 2 강관(200)의 연결을 위해 현장에서 적용되는 다양한 연결 방식이 본 발명에 적용될 수 있다. 예를 들어, 루프(L)의 양단에 위치한 강관과 그 강관의 하부에 압입된 제 2 강관(200) 사이에 연결 강관을 삽입하여 연결하는 방식 또는 토류벽을 설치하여 연결하는 방식 등이 있다.
다음으로, 측부 지지대(222)의 타면에 선택적으로 보강대(224)를 설치할 수 있으며(S10), 측부 방수판(221)의 외측으로 그라우팅하여 제 4 그라우팅존(Z4) 형성 및 루프 지지벽(W)를 형성할 수 있다(S11). 이때, 도 15에 도시된 바와 같이, 측부 방수판(221)의 외측으로 그라우터를 배출하여 측부 방수판(221)의 외측에 제 4 그라우팅존(Z4)을 형성할 수 있다. 제 4 그라우팅 존 형성 공정에서 제 4 그라우팅 존 형성을 위한 그라우터는 제 1 강관을 향할 수 있다. 이에 따라, 제 1 그라우팅존(Z1), 제 2 그라우팅존(Z2) 및 제 4 그라우팅존(Z4)이 서로 연결될 수 있으며, 루프 지지벽(W)을 형성할 수 있다. 그리고, 제 4 그라우팅존(Z4)이 형성되어 제 1 그라우팅존(Z1), 제 2 그라우팅존(Z2) 및 제 4 그라우팅존(Z4)이 융합되는 것에 의해 제 2 강관(200)의 강도 보강 및 루프 지지벽(W)의 강도를 보강할 수 있으며, 궁극적으로 시공 완료된 구조물의 강도를 상승시킬 수 있다. 이와 달리, 제 4 그라우팅존(Z4)은 제 1 그라우팅존(Z1) 및 제 2 그라우팅존(Z2)과 상호 인접하게 형성될 수 있다. 즉, 도 12에 도시된 바와 같이, 제 4 그라우팅존(Z4)은 제 3 그라우팅존(Z3)과 마찬가지로 제 4 그라우팅존(Z4)이 형성되는 것 만으로도 제 1 그라우팅존(Z1) 및 제 2 그라우팅존(Z2) 및 제 4 그라우팅존(Z4)이 각각의 위치에 형성되어 서로를 지지하는 것에 의해 구조물의 강도를 상승시킬 수 있다. 이와 달리, 제 1 그라우팅존(Z1), 제 2 그라우팅존(Z2) 및 제 4 그라우팅존(Z4)은 상호 이격되게 설치될 수 있다.
또한, 제 1 그라우팅존(Z1), 제 2 그라우팅존(Z2) 및 제 4 그라우팅존(Z4)이 형성되는 것에 의해 제 2 강관(200) 외측 상부 토사의 양이 최소화됨에 따라 토압이 최소화될 수 있으며, 상부에서 누출되는 지하수의 유입을 1차적으로 방지할 수 있다. 그리고 제 1 그라우팅존(Z1), 제 2 그라우팅존(Z2) 및 제 4 그라우팅존(Z4)이 형성되는 영역을 가변하여 적어도 2개가 상호 연결되게 하면 그라우팅존의 외부와 내부는 격리될 수도 있어, 격리된 영역에서 토사가 상호 연결된 그라우팅존 내부로 유입되는 것을 원천적으로 차단할 수도 있다.
다음으로, 터널 루프(L) 및 루프 지지벽(W)의 내부에 거푸집(230) 형성 및 철근(240)을 배근할 수 있다.(S12).이때, 도 16에 도시된 바와 같이, 터널 루프(L) 및 루프 지지벽(W)의 내부에서 터널의 형상에 대응되도록 틀을 형성하기 위한 거푸집(230)이 형성될 수 있다. 그리고 거푸집(230)이 형성된 형상을 따라 철근(240)이 터널 루프(L) 및 루프 지지벽(W)의 내부에 배근될 수 있다.
여기서, 본 발명에 기재된 거푸집(230)을 형성하고, 철근(240)을 배근하는 공정은 하나의 실시 예이며, 터널의 형상에 대응되는 틀을 마련하기 위해 현장에서 적용되는 다양한 방식이 본 발명에 적용될 수 있다. 예를 들어, 터널의 형상 구조의 틀을 마련하기 위한 재료는 유로폼, 데크 플레이트, DH 빔 등이 있다.
다음으로, 터널 루프(L) 및 루프 지지벽(W)의 내부에 구비되는 거푸집(230) 및 철근(240)을 따라 콘크리트(250)를 타설 및 양생할 수 있다(S13). 이때, 도17에 도시된 바와 같이, 콘크리트(250)는 터널 루프(L) 및 루프 지지벽(W)의 내부에서 터널의 형상에 대응되도록 형성된 거푸집(230) 및 철근(240)을 따라 타설될 수 있다. 이에 따라, 콘크리트(260)가 터널 루프(L) 및 루프 지지벽(W)의 내부에서 터널의 형상에 대응되는 형상으로 채워질 수 있다.
그리고, 터널 루프(L) 및 루프 지지벽(W)의 내측 토사를 굴착할 수 있다(S14). 이때, 도 18에 도시된 바와 같이, 터널 루프(L) 및 루프 지지벽(W) 내측의 토사를 굴착하는 과정에서, 거푸집(230)의 내측으로 돌출된 제 2 강관(200)을 절단할 수 있다.마지막으로, 루프 지지벽(W)의 사이 바닥(300)에 거푸집(310) 형성 및 철근(320)을 배근할 수 있다(S15). 이때, 도 19에 도시된 바와 같이, 터널 루프(L) 및 루프 지지벽(W) 내측 토사의 굴착이 완료되면 루프 지지벽(W)의 사이 바닥(300)에 바닥면(F)의 틀을 형성하기 위한 거푸집(310)이 설치될 수 있으며, 거푸집(310)이 형성된 형상을 따라 철근(320)이 배근될 수 있다.여기서, 바닥면(F)의 틀을 형성하기 위해 거푸집(310)을 형성하고, 철근(320)을 배근하는 공정은 하나의 실시 예이며, 바닥면(F)의 틀을 형성하기 위해 현장에서 적용되는 다양한 방식이 본 발명에 적용될 수 있다. 예를 들어, 바닥면(F)을 형성하기 위한 재료는 유로폼, 데크 플레이트, DH 빔 등이 있다.
그리고, 바닥(F)에 구비된 거푸집(310) 및 철근(320)을 따라 콘크리트(330)를 타설 후 양생하여 바닥면(F)을 형성할 수 있다(S16). 이때, 도 20에 도시된 바와 같이, 콘크리트(330)는 바닥(300)에 구비되는 거푸집(310) 및 철근(320)을 따라 타설 및 양생될 수 있다. 이에 따라, 바닥면(F)이 형성될 수 있다. 그리고, 바닥(F)에 타설된 콘크리트(330)의 양생이 완료되면 도 21과 같이, 터널 구조물(10)이 완성될 수 있다.
본 발명에 따른 지하터널 형성용 구조물 설치 방법은 상기 공정이 전체로서 실시될 수 있으나 일부로만 사용할 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 4 그라우팅존을 형성하는 공정 중 적어도 하나의 그라우팅존만을 선택적으로 실시할 수 있다. 예를 들어, 제 1 그라우팅존을 형성하는 공정 만이 수행될 수도 있다. 그리고, 제 1 내지 제 4 그라우팅존을 형성하는 공정 중 적어도 두개의 그라우팅존을 조합하여 실시할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 3 그라우팅존을 형성하는 공정 만이 수행될 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 지하터널 형성용 구조물 설치 방법에 대한 공정의 구체적인 사항에 대해서는 현장 상태에 따라 가변될 수 있다.
도 22는 본 발명의 터널 형성용 구조물의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
상기 설명에서는 편의를 위해 제 2 강관(200)을 수평 및 수직으로 압입하여 형성되는 사각 터널 구조물(10) 기준으로 설명하였으나, 터널 구조물(G)의 형태는 한정하지 않는다. 즉, 지하터널 공사 대상 지반(G)에 측량되는 제 2 강관(200)의 압입 위치에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 22와 같이, 터널 구조물(10)은 아치형으로 형성될 수 있다. 도 22에서 Z1은 제 1 그라우팅존을 나타낸다. Z1은 상기 실시 예에서와 같이, 제 2 강관(200) 압입 위치의 외측에 기 설정된 형태로 압입되는 제 1 강관(100)의 외측에 형성되며, 지하터널 공사 대상 지반(G)를 견고하게 할 수 있다. 이에 따라, 지하터널 공사 대상 지반(G)은 제 2 강관(200) 압입 시 토사가 흘러내리는 것이 방지되며, 지반의 교란이 감소되는 것이다. 즉, 도 22에서 Z1은 상기 실시예에서의 제 1 그라우팅존과 동일한 기능을 가진다.
Z2는 제 2 그라우팅존을 나타낸다. Z`2는 상기 실시 예에서와 같이, 제 2 강관(200) 압입 위치에 압입된 제 2 강관(200)의 외측에 형성되며, Z1과 상호 연결되어 강관 연결구 형성 시 제 2 강관(200) 내부로 토사가 유입되는 것을 최소화할 수 있다. 즉, 도 22에서 Z2은 상기 실시예에서의 제 2 그라우팅존과 동일한 기능을 가진다.
Z3`은 제 3 그라우팅존을 나타낸다. Z`3은 상기 실시 예에서와 같이, 강관 연결부에 설치되는 방수판의 외측에 형성되며, Z1 및 Z2와 상호 연결되어 구조물을 견고하게 지지할 수 있다. 또한, 제 2 강관(200)의 외측 지하수가 유입되는 것을 1차적으로 방지할 수 있다. 즉, 도 22에서 Z3은 상기 실시 예에서의 제 3 그라우팅존과 동일한 기능을 가진다.
앞서 실시 예에서와 같이, 제 1 그라우팅 존, 제 2 그라우팅존 및 제 3 그라우팅존은 적어도 2개가 상호 연결되거나 상호 접하거나 상호 이격될 수 있다. 그리고, 시공 대상 토사 상태, 공사 기간, 공사 비용 등에 따라, 제 1 그라우팅 존, 제 2 그라우팅존 및 제 3 그라우팅존에 사용되는 그라우터의 양, 제 1 그라우팅 존의 깊이, 제 1 그라우팅 공정에 사용되는 제 1 강관의 개수 등은 앞서 실시 예에서와 같이 가변될 수 있다.
다만, 아치형의 경우, 사각형태의 구조물과 달리, 수직에 대한 개념이 없어. 제 4 그라우팅존을 생략한 형태로 실시되는 차이 만이 존재한다.
10 : 터널 구조물
100 : 제 1 강관
200 : 제 2 강관
300 : 바닥

Claims (6)

  1. 제 2 강관 압입 위치가 측량된 지하터널 공사 대상 지반이 준비되는 단계;
    상기 제 2 강관이 서로 인접하는 위치에서 상기 제 2 강관 압입 예정 위치의 상부에서 외측으로 기 설정된 간격 만큼 이격되어 제 1 강관이 압입되고, 상기 제 1 강관을 통해 그라우터가 공급되고, 상기 공급된 그라우터가 상기 제 1 강관에 구비된 통공을 통해 제 1 강관 외측으로 분출되는 것을 통해, 상기 제 2 강관 압입 예정 위치를 향하여 제 1 강관 외측의 일부만 그라우팅되는 것에 의해 제 1 그라우팅존이 형성되는 단계;
    상기 제 2 강관 압입 예정 위치에 제 2 강관을 압입 후 상기 제 2 강관 외측 일부에서 제 1 강관을 향하여 제 2 그라우팅존을 형성하는 단계;
    상기 제 2 강관의 내측 측면을 절개하여 수평 강관 연결구를 형성하는 단계;
    상기 수평 강관 연결구의 상부에 상부 방수판이 설치되는 단계; 및
    상기 제1 강관을 향하도록 상기 상부 방수판의 외측으로 그라우팅하여 제 3 그라우팅존 및 터널루프가 형성되는 단계;
    상기 터널 루프의 내부에 거푸집 형성 및 철근 배근 단계;
    상기 터널 루프 내부에 구비되는 거푸집 및 철근을 따라 콘크리트를 타설 및 양생하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 강관은 상기 제 2 강관보다 직경이 작고,
    상기 거푸집은 상기 제 2 강관을 관통하는 것을 특징으로 하는 지하터널 형성용 구조물 설치 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 강관은 기설정된 각도로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 지하터널 형성용 구조물 설치 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 강관은 기설정된 깊이로 압입되는 것을 특징으로 하는 지하터널 형성용 구조물 설치 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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