KR102134477B1 - 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법 - Google Patents

지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법 Download PDF

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Abstract

터널 필라부 굴착과 관련하여, 터널의 굴착계획(전단면 및 상반 및 하반 분할 굴착)과 연계된 터널 필라부 보강공법을 적용함으로써 시공성을 개선하고 공사기간을 단축시킬 수 있고, 선행터널 및 후행터널 필라부에 대해 와이어쏘를 이용한 방진 절삭선을 형성함으로써, 터널 필라부 원지반 발파진동 영향을 최소화할 수 있고, 이에 따라 타이볼트 지보 효과를 극대화시키고 안정성을 증대시킬 수 있으며, 또한, 터널 필라부 보강과 관련하여, 선행터널 굴착시 타이볼트 시스템의 강관 록볼트를 선시공하고 록볼트 역할을 수행한 후에 후행터널 굴착 즉시 타이볼트를 강관 록볼트에 관입하여 필라부를 즉시 보강함으로써 터널 필라부에 대한 단계적인 타이볼트 즉시 시공으로 필라부 안정성을 증대시킬 수 있고, 선행터널 굴착에서 확인된 지반조건을 고려한 타이볼트 적용계획 변경이 용이하며, 이에 따라 지반조건을 고려한 터널 필라부 안정성, 시공성 및 경제성을 확보할 수 있는, 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널 시공방법이 제공된다.

Description

지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법{CONSTRUCTION METHOD OF CLOSE PARALLEL TUNNEL FOR EXCAVATING AND REINFORCING TUNNEL PILLAR PORTION ACCORDING TO GROUND CONDITIONS}
본 발명은 근접병설터널의 시공에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 선행터널과 후행터널이 근접되어 병렬로 설치하는 병설터널(Parallel Tunnel)의 시공시 불량한 지반조건 및 양호한 지반조건에 따라 터널 필라부(Pillar Portion)를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법에 관한 것이다.
통상적으로, 두 개의 터널이 병렬로 형성된 병설터널의 경우, 터널의 구조적 안정성을 위해 터널과 터널 사이에 충분한 거리를 두고 터널을 시공하고 있다. 이러한 경우, 터널의 구조적 안정성 확보를 위해 이격되는 터널 사이의 거리는 지반상태에 따라 다소 차이는 있으나 통상적으로 터널 굴착폭을 기준으로 1.5배 이상이어야 한다.
그러나 터널 시공부의 지형조건이나 환경문제 등 제반 여건으로 터널 굴착폭에 대해 1.5배 이상의 거리 확보가 쉽지 않은 경우가 있다. 이러한 경우, 두 개의 터널이 형성될 중앙부에 먼저 중앙터널을 시공하여 중앙벽체(통상적으로 콘크리트 기둥)를 형성하고, 그 양 옆으로 본선터널을 차례로 굴착하는 2아치 터널굴착공법을 이용하여 터널을 굴착하고 있다.
이러한 2아치 터널굴착공법은 두 개의 터널이 형성될 중앙부에 먼저 중앙터널을 시공하여 중앙벽체를 만들고, 그 옆으로 본선터널을 차례로 확장 굴착하는 방식이다. 하지만, 이러한 방식은 중앙벽체 형성을 위한 중앙터널을 시공한 후 본선터널을 차례로 확장 굴착함으로써, 시공과정이 복합하고 공사기간이 길어지며 공사비가 많이 소요되는 단점이 있다.
한편, 하나의 아치로 이루어진 대단면 터널을 굴착하고 그 중앙에 기둥 또는 벽체를 형성하는 시공방식도 있다. 그러나 이러한 시공방법은 대면교통에 따른 효율적인 환기 및 중앙분리대 기능을 위한 기둥 또는 벽체가 요구되므로 종전의 4차로 터널에 비해 터널의 폭이 1.0~1.5m 이상 넓어질 수밖에 없다. 따라서 터널의 구조적 안정성이 취약해지는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여 터널과 터널 사이의 필라부를 터널폭보다 좁게 유지시키면서 굴착이 가능하도록 하고, 또한 필라부를 보강하여 안정성을 확보 하는 근접병설터널 굴착방법이 최근 사용되고 있다. 예를 들면, 토목분야에서 근접병설터널은 지하철 터널 정거장, 4차로 도로 터널 등과 같이 수평방향으로 넓은 지하공간을 확보하기 위하여 적용된다.
한편, 도 1은 종래의 기술에 따른 근접병설터널의 굴착 및 보강을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 종래의 기술에 따른 터널 발파에 의한 필라부 지반이완 안전율 변화를 예시하는 도면으로서, 터널 발파에 의한 필라부 지반이완 안전율(FS)이 저하된 것을 나타내는 도면이다.
도 1a는 종래의 기술에 따른 근접병설터널의 굴착 및 보강시, 굴착 전 원지반 상태를 나타내는 정면도로서, 도 2의 ①로 도시된 바와 같이, 선행터널(10) 및 후행터널(20)의 원지반 수평응력(σ3)이 안정적인 것을 나타낸다.
도 1b는 선행터널(10)의 일반발파 굴착을 나타내는 정면도로서, 도 2의 ②로 도시된 바와 같이, 선행터널(10)의 일반발파 굴착시 필라부 지반이완에 따라 수평응력(σ'3)이 감소하여 안정성이 저하되는 것을 나타낸다.
도 1c는 후행터널(20)의 정밀제어발파 굴착을 나타내는 정면도로서, 도 2의 ③로 도시된 바와 같이, 후행터널(20)의 일반발파 굴착 및 정밀제어발파 굴착시 필라부 지반이완에 따라 수평응력(σ"3)이 감소하여 불안정한 것을 나타낸다.
도 1d는 선행터널(10) 및 후행터널(20) 사이에 타이볼트를 체결한 것을 나타내는 정면도로서, 도 2의 ④로 도시된 바와 같이, 타이볼트(30) 체결시 타이볼트(30) 구속력에 의해 수평응력(σT 3)이 다소 증가하지만 충분한 안정성 확보가 불리한 것을 나타낸다.
한편, 종래의 기술에 따른 근접병설터널 시공시 터널 필라부 굴착과 관련하여 다음과 같은 문제점이 있다. 먼저, 선행터널(10) 전단면을 굴착한 상태에서 후행터널(20) 우측부를 굴착한 후, 후속공정으로 좌측부를 굴착하여(3단계 굴착) 필라부가 완전 노출된 조건에서 타이볼트 보강이 적용되기 때문에 실제 터널 현장에서 시공되는 선행터널(10) 굴착 후, 후행터널(20)을 굴착하는 2단계 시공공정과 연계성이 낮아 시공성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 터널 필라부 지반이완에 대한 고려가 없거나 개념적 접근이 미미한 실정이며, 예를 들면, 선행터널(10)은 일반발파를 실시하고, 후행터널(20)은 필라부의 일부 영역을 제어발파를 실시하지만, 터널 필라부의 원지반 이완으로 인해 안정성이 떨어지고 타이볼트(30)에 의한 보강효과가 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술에 따른 근접병설터널 시공시 터널 필라부 보강과 관련하여 다음과 같은 문제점이 있다. 먼저, 선행터널(10) 및 후행터널(20) 전단면이 굴착되어 필라부가 완전 노출된 조건에서 타이볼트 보강이 적용되기 때문에 터널 굴착에 의하여 이완된 필라부에 타이볼트(20)의 즉시 시공이 불가하다는 문제점이 있다.
또한, 선행터널(10) 굴착시 타이볼트(30)의 록볼트 역할에 대한 기술적 이해 부족으로 이를 반영하지 않음으로써, 타이볼트(30)의 체결 전에 안정성이 매우 불리하다는 문제점이 있다.
또한, 필라부 지반에 대한 부분적인 그라우팅 적용 기술은 존재하지만, 지반조건에 대해 선택적인 타이볼트 보강 방법을 적용하지 않기 때문에 터널 필라부의 지반조건 변화에 대한 현장 적용성이 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 후행터널(20)의 굴착 이후 타이볼트(30)의 단부에 연결재를 부착하여 체결하는 형태이기 때문에 터널발파 굴착에 의한 타이볼트 단부에서 손상이 발생할 가능성이 매우 크다는 문제점이 있다.
또한, 연결 확장형 타이볼트 적용으로 모든 타이볼트에 이음부가 발생하지만, 터널 필라폭이 변화되거나 터널폭이 타이볼트보다 좁은 경우에 대한 고려가 미흡하다는 문제점이 있다.
또한, 터널 필라부에 대한 제안된 타이볼트 시스템으로 보강하기 때문에 터널 주지보재와 연계된 복합지보력 발휘가 곤란하고, 이에 따라 안정성 증대를 기대할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 터널 필라부 보강재 설치를 위한 부분적인 추가 굴착 수행시 복잡한 필라부 보강재를 적용함으로써 추가적인 단면 확대 및 숏크리트 두께가 증대되고, 이에 따라 근접병설터널의 시공성 및 경제성이 불리해지는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허번호 제10-1685088호(출원일: 2016년 7월 7일), 발명의 명칭: "터널 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1665516호(출원일: 2016년 3월 16일), 발명의 명칭: "양방향인장, 가압주입 및 타이볼트가 가능한 복합체를 이용한 근접병설터널 시공방법, 및 이를 이용한 근접병설터널" 대한민국 등록특허번호 제10-1677017호(출원일: 2016년 2월 16일), 발명의 명칭: "중공관을 이용한 근접병렬터널 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1674811호(출원일: 2015년 6월 22일), 발명의 명칭: "지하공간굴착 취약부 지반 보강방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1669669호(출원일: 2015년 4월 30일), 발명의 명칭: "근접병설터널 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1648913호(출원일: 2015년 4월 2일), 발명의 명칭: "근접병렬터널의 발파굴착 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1402267호(출원일: 2013년 9월 16일), 발명의 명칭: "근접병설터널 필라부 보강구조체 및 그 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1353882호(출원일: 2013년 5월 9일), 발명의 명칭: "근접병설터널의 필라부 선보강 및 굴착 시공 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1391218호(출원일: 2013년 4월 19일), 발명의 명칭: "충격차단공과 철근-숏크리트를 이용한 근접병렬터널 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1096664호(출원일: 2011년 6월 15일), 발명의 명칭: "근접병설터널 시공방법 및 그 시공에 이용되는 필러부 압축구조물" 대한민국 등록특허번호 제10-1028535호(출원일: 2010년 11월 9일), 발명의 명칭: "근접병설터널 시공방법" 대한민국 등록특허번호 제10-0844104호(출원일: 2007년 11월 15일), 발명의 명칭: "근접병설터널의 중앙 지지 유닛"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 근접병설터널을 시공할 경우, 터널 필라부 굴착과 관련하여 선행터널 및 후행터널 필라부에 대해 와이어쏘를 이용한 방진 절삭선을 형성함으로써, 터널 필라부 원지반 발파진동 영향을 최소화할 수 있는, 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 근접병설터널을 시공할 경우, 터널 필라부 보강과 관련하여, 선행터널 굴착시 타이볼트 시스템의 강관 록볼트를 선시공하고 록볼트 역할을 수행한 후에 후행터널 굴착 즉시 타이볼트를 강관 록볼트에 관입하여 필라부를 즉시 보강함으로써 터널 필라부에 대한 단계적인 타이볼트 즉시 시공으로 필라부 안정성을 증대시킬 수 있는, 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법을 제공하기 위한 것이다.
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전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법은, 선행터널 및 후행터널이 병렬 시공되는 근접병설터널 시공방법에 있어서, a) 불량한 지반조건 하에서, 선행터널 필라부에 방진 절삭선을 형성하는 단계; b) 선행터널을 굴착하고 강지보를 설치한 후, 타이볼트 시스템 중 강관 록볼트를 설치하는 단계; c) 후행터널 필라부에 방진 절삭선을 형성하는 단계; d) 후행터널 필라부를 굴착하고, 상기 강관 록볼트 내를 관입하는 강봉 타이볼트를 즉시 체결하는 단계; 및 e) 상기 후행터널에 숏크리트를 타설하는 단계를 포함하되, 근접병설터널의 상반 및 하반 분할 굴착을 고려하여 상기 강관 록볼트 및 강봉 타이볼트로 이루어진 타이볼트 시스템으로 터널 필라부를 단계적으로 보강하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 b) 단계에서 상기 강관 록볼트의 단부에 타이볼트 단부 절단캡이 결합되고 상기 강관 록볼트의 선단부에 ㄷ형강인 종방향 지압판 및 타이볼트 선단부 보호캡이 결합된 상태로 상기 강관 록볼트가 설치되고, 상기 c) 단계에서 상기 타이볼트 단부 절단캡이 절단되고, 후행터널 굴착 직후, 터널 강지보에 ㄷ형강 종방향 지압판을 연결시켜 복합지보력 발휘에 의하여 터널 필라부 및 전체적인 터널 안정성을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 터널 필라부 굴착과 관련하여, 터널의 굴착계획(전단면 및 상반 및 하반 분할 굴착)과 연계된 터널 필라부 보강공법을 적용함으로써 근접병설터널의 굴착 초기 안정성 확보가 유리하고 시공성을 개선하며 공사기간을 단축시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 선행터널 및 후행터널 필라부에 대해 와이어쏘를 이용한 방진 절삭선을 형성함으로써, 터널 필라부 원지반 발파진동 영향을 최소화하여 원지반 강도를 유지시킬 수 있고, 이에 따라 타이볼트 지보 효과를 극대화시키고 안정성을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 터널 필라부 보강과 관련하여, 선행터널 굴착시 타이볼트 시스템의 강관 록볼트를 선시공하고 록볼트 역할을 수행한 후에 후행터널 굴착 즉시 타이볼트를 강관 록볼트에 관입하여 필라부를 즉시 보강함으로써 터널 필라부에 대한 단계적인 타이볼트 즉시 시공으로 필라부 안정성을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 선행터널 굴착에서 확인된 지반조건을 고려한 타이볼트 적용계획 변경이 용이하며, 이에 따라 지반조건을 고려한 터널 필라부 안정성, 시공성 및 경제성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 강관 록볼트 내부에 강봉 타이볼트를 관입하는 형태로 단일 타이볼트 품질이 보장되는 단일 제품을 적용함으로써 후행터널 굴착(발파)시 선시공된 타이볼트 단부의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 터널 숏크리트 및 강지보와 타이볼트 시스템이 연결되는 구조를 적용함으로써 터널 지보재와 타이볼트 시스템이 복합지보력을 발휘하고, 이에 따라 필라부 안정성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 근접병설터널의 굴착 및 보강을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 터널 발파에 의한 필라부 지반이완 안전율 변화를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 근접병설터널의 필라부 굴착 및 보강을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방진절삭선 발파와 조속한 타이볼트 체결에 따른 필라부 지반이완 안전율 변화를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 양호한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법을 설명하기 위한 동작흐름도이다.
도 7은 도 6에 도시된 양호한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 양호한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공시 타이볼트 시스템 설치를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 불량한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법을 설명하기 위한 동작흐름도이다.
도 10은 도 9에 도시된 불량한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 불량한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공시 강관 록볼트 설치하고 그라우팅재를 주입한 것을 예시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 불량한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공시 후행터널 숏크리트 타설 전에 타이볼트 시스템에 인장력을 도입하는 것을 예시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 불량한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공시 타이볼트 시스템 설치를 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공시 터널 필라부의 폭 변화에 따른 타이볼트를 연장할 수 있는 것을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널]
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 근접병설터널은 양호한 지반조건 및 불량지반조건에 따라 각각 터널 필라부를 굴착 및 보강하며, 터널 필라부 굴착시 방진 절삭선을 형성하여 굴착하며, 또한, 조속한 타이볼트 체결로 인해 터널 필라부를 안정하게 보강하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 근접병설터널의 필라부 굴착 및 보강을 개략적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방진절삭선 발파와 조속한 타이볼트 체결에 따른 필라부 지반이완 안전율 변화를 예시하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 근접병설터널의 시공시 굴착 전의 원지반 상태를 나타내는 도면으로서, 도 4에서 ①로 도시된 바와 같이, 원지반 상태의 수평응력(σ3)이 안정한 것을 나타낸다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 근접병설터널의 시공시 선행터널(100) 및 후행터널(200) 방진 절삭선 발파에 의한 상반 굴착 및 보강을 나타내는 도면으로서, 필라부 지반이완을 최소화하고 조속한 타이볼트 시공으로, 도 4에서 ②로 도시된 바와 같이, 수평응력(σ'3)이 증가 또는 유지되는 것을 나타내며, 이에 따라 터널 필라부의 안정성을 유지 및 증대시킬 수 있다. 즉, 전술한 도 2에 도시된 종래의 기술에 따른 근접병설터널의 상반 굴착과 비교하면 터널 필라부의 안정성을 유지 및 증대시킬 수 있다.
도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 근접병설터널의 시공시 선행터널(100) 및 후행터널(200) 방진 절삭선 발파에 의한 하반 굴착 및 보강을 나타내는 도면으로서, 필라부 지반이완을 최소화하고 조속한 타이볼트 시공으로, 도 4에서 ③으로 도시된 바와 같이, 수평응력(σT 3)이 유지되는 것을 나타내며, 이에 따라 터널 필라부의 안정성을 유지시킬 수 있다. 즉, 전술한 도 2에 도시된 종래의 기술에 따른 근접병설터널의 하반 굴착과 비교하면 터널 필라부의 안정성을 유지시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3c 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널은, 선행터널(100) 및 후행터널(200) 사이에 강관 록볼트(311) 및 강봉 타이볼트(312)로 이루어진 타이볼트 시스템(310)이 설치되며, 또한, 선행터널(100) 및 후행터널(200)의 필라부에 방진 절삭선 천공홀(330)을 형성한 후, 와이어쏘를 이용하여 방진 절삭선(320)을 형성한다. 이에 따라, 와이어쏘에 의한 방진 절삭선(320)을 형성하여 터널 굴착에 의한 필라부 지반이완을 최소화할 수 있다. 즉, 발파진동을 배제하거나 또는 최소화하고, 조속하게 필라부에 타이볼트 시스템(310)을 시공할 수 있다.
이때, 지반조건이 양호한 지반조건인 경우, 후술하는 지압판(351)이 설치되지만, 지반조건이 불량한 지반조건인 경우, 터널 굴착면에 강지보(340)가 추가로 설치되고 ㄷ형강인 종방향 지압판(352)이 설치된다.
또한, 상기 타이볼트 시스템(310) 중 강관 록볼트(311)의 단부에 타이볼트 단부 절단캡(382)이 결합되고 상기 강관 록볼트(311)의 선단부에 ㄷ형강인 종방향 지압판(352) 및 타이볼트 선단부 보호캡(381)이 결합된 상태로 상기 강관 록볼트(311)가 설치된다. 이때, 타이볼트 선단부 보호캡(381) 및 타이볼트 단부 절단캡(382)은 플라스틱 재질로 형성된다.
또한, 상기 강관 록볼트(311)의 외주면에 그라우팅재(370)가 주입되고, 상기 강관 록볼트(311) 내를 관입한 강봉 타이볼트(312)의 외주면에 그리스 채움재(360)가 충진된다.
본 발명의 실시예에 따른 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 경우, 지반조건이 불량한 구간의 터널 상반 및 하반 굴착을 고려하여 터널 상반 및 하반 필라부를 단계적으로 타이볼트 시스템으로 보강할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 경우, 와이어쏘에 의한 방진 절삭선을 형성하여 별도의 진동제어 발파영역을 배제함으로써 시공을 단순화하고, 기존의 일반적인 터널 굴착 및 지보 설치공정을 유지하면서 터널 필라부의 압축지보력을 조기에 확보할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 경우, 선행터널(100) 굴착시 강관 록볼트(311)가 록볼트 역할을 수행함으로써, 후행터널(200) 굴착 이후 강관 록볼트(311) 내를 관입하는 강봉 타이볼트(312)의 즉시 체결에 의한 필라부의 압축지보력을 확보할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 경우, 후행터널(200) 굴착시 타이볼트 단부의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 경우, 터널 필라부의 지반 상태를 고려하여 단계적으로 터널 필라부를 보강할 수 있다. 예를 들면, 타이볼트 보강 -> 타이볼트 + 그라우팅 -> 타이볼트 + 그라우팅 + 인장에 의해 터널 필라부 지반을 보강할 수 있다. 또한, 지압판 보강 -> ㄷ형강 보강(터널 강지보와 체결)에 의해 타이볼트 단부를 보강할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 경우, 일반적인 지보재(숏크리트 + 강지보, 약 16.0~20.0㎝) 두께 내에서 타이볼트를 설치함으로써 추가적인 터널굴착 또는 콘크리트 라이닝과 시공 간섭을 배제할 수 있다.
후행터널(200)을 굴착한 후 타이볼트를 체결하는 기존 형식은 타이볼트의 단부 손상을 방지할 수 있다.
이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 양호한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법을 설명하고, 도 9 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 불량한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법을 설명한다.
[양호한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법]
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 양호한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법을 설명하기 위한 동작흐름도이고, 도 7은 도 6에 도시된 양호한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 양호한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법은, 선행터널(100) 및 후행터널(200)이 병렬 시공되는 근접병설터널 시공방법으로서, 먼저, 도 7의 a)에 도시된 바와 같이, 양호한 지반조건 하에서, 선행터널(100)의 필라부에 방진 절삭선(320)을 형성한다(S110).
다음으로, 선행터널(100) 필라부를 굴착하고, 타이볼트 시스템(310) 중 강관 록볼트(311)를 설치한다(S120). 구체적으로, 도 7의 b)에 도시된 바와 같이, 상기 방진 절삭선(320)은 발파진동을 배제하거나 최소화하도록 방진 절삭선 천공홀(330)을 형성한 후에 와이어쏘를 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 상기 강관 록볼트(311)의 단부에 타이볼트 단부 절단캡(382)이 결합되고 상기 강관 록볼트(311)의 선단부에 지압판(351) 및 타이볼트 선단부 보호캡(381)이 결합된 상태로 상기 강관 록볼트(311)가 설치된다.
다음으로, 후행터널(200)의 필라부에 방진 절삭선(320)을 형성한다(S130). 구체적으로, 도 7의 c)에 도시된 바와 같이, 상기 타이볼트 단부 절단캡(382)이 절단되고, 후행터널(200)을 굴착한다.
다음으로, 후행터널(200) 굴착 직후, 상기 강관 록볼트(311) 내를 관입하는 강봉 타이볼트(312)를 지압판(351)에 지지하여 즉시 체결한다(S140). 구체적으로, 도 7의 d)에 도시된 바와 같이, 상기 강봉 타이볼트(312)는 터널 필라폭 및 터널폭을 고려하여, 후술하는 도 14에 도시된 바와 같이, 타이볼트 커플러(400)에 의해 길이가 연장될 수 있다. 또한, 상기 강봉 타이볼트(312) 양단고정을 위한 체결이 가능하고, 터널 필라부 지반 보강 효과를 증대시키기 위해 인장력이 추가로 도입되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 양호한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공시 타이볼트 시스템 설치를 구체적으로 설명하기 위한 도면으로서, 도 8의 a)는 터널 필라부 정면도이고, 도 8의 b)는 터널 필라부 측면도로서, 강관 록볼트(311) 및 강봉 타이볼트(312)로 이루어진 타이볼트 시스템(310)에 의해 터널 필라부를 보강할 수 있다.
다음으로, 상기 후행터널(200)에 숏크리트(390)를 타설한다(S150). 구체적으로, 도 7의 e)에 도시된 바와 같이, 상기 강관 록볼트(311)의 외주면에 그라우팅재(370)가 주입되고, 상기 강관 록볼트(311) 내를 관입한 강봉 타이볼트(312)의 외주면에 그리스 채움재(360)가 충진된다.
본 발명의 실시예에 따른 양호한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법은, 근접병설터널의 상반 및 하반 분할 굴착을 고려하여 상기 강관 록볼트(311) 및 강봉 타이볼트(312)로 이루어진 타이볼트 시스템(310)으로 터널 필라부를 단계적으로 보강할 수 있다.
[불량한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법]
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 불량한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법을 설명하기 위한 동작흐름도이고, 도 10은 도 9에 도시된 불량한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 불량한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법은, 선행터널(100) 및 후행터널(200)이 병렬 시공되는 근접병설터널 시공방법으로서, 먼저, 불량한 지반조건 하에서, 선행터널(100) 필라부에 방진 절삭선(320)을 형성한다(S210). 구체적으로, 도 10의 a)에 도시된 바와 같이, 상기 방진 절삭선(320)은 발파진동을 배제하거나 최소화하도록 방진 절삭선 천공홀(330)을 형성한 후에 와이어쏘를 이용하여 형성될 수 있다.
다음으로, 선행터널(100)을 굴착하고 강지보(340)를 설치한 후, 타이볼트 시스템(310) 중 강관 록볼트(311)를 설치한다(S220). 구체적으로, 도 10의 b)에 도시된 바와 같이, 상기 강관 록볼트(311)의 단부에 타이볼트 단부 절단캡(382)이 결합되고 상기 강관 록볼트(311)의 선단부에 ㄷ형강인 종방향 지압판(352) 및 타이볼트 선단부 보호캡(381)이 결합된 상태로 상기 강관 록볼트(311)가 설치된다. 보다 구체적으로, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 불량한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공시 강관 록볼트를 설치하고 그라우팅재를 주입한 것을 예시하는 도면이다.
다음으로, 후행터널(200) 필라부에 방진 절삭선(320)을 형성한다(S230). 구체적으로, 도 10의 c)에 도시된 바와 같이, 상기 타이볼트 단부 절단캡(382)이 절단되고, 후행터널(200)을 굴착한다.
다음으로, 후행터널(200) 굴착 직후, 상기 강관 록볼트(311) 내를 관입하는 강봉 타이볼트(312)를 ㄷ형강 종방향 지압판(352)과 함께 즉시 체결한다(S240). 이때, ㄷ형강 종방향 지압판(352)은 터널 강지보(340)에 연결시켜 복합지보력이 발휘되도록 하여 터널 필라부 및 전체적인 터널 안정성을 증대시킨다. 구체적으로, 도 10의 d)에 도시된 바와 같이, 상기 강봉 타이볼트(312)는 터널 필라폭 및 터널폭을 고려하여 타이볼트 커플러(400)에 의해 길이가 연장될 수 있다. 또한, 상기 강봉 타이볼트(312)는 양단고정을 위한 체결이 가능하고, 터널 필라부 지반 보강을 효과를 증대시키기 위해 인장력이 추가로 도입되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 후행터널(200)에 숏크리트(390)를 타설한다(S250). 구체적으로, 도 10의 e)에 도시된 바와 같이, 상기 강관 록볼트(311)의 외주면에 그라우팅재(370)가 주입되고, 상기 강관 록볼트(311) 내를 관입한 강봉 타이볼트(312)의 외주면에 그리스 채움재(360)가 충진된다. 보다 구체적으로, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 불량한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공시 후행터널 숏크리트 타설 전에 타이볼트 시스템에 인장력을 도입하는 것을 예시하는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 불량한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공방법은, 근접병설터널의 상반 및 하반 분할 굴착을 고려하여 상기 강관 록볼트(311) 및 강봉 타이볼트(312)로 이루어진 타이볼트 시스템(310)으로 터널 필라부를 단계적으로 보강할 수 있다.
한편, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 불량한 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공시 타이볼트 시스템 설치를 구체적으로 설명하기 위한 도면으로서, 도 13의 a)는 터널 필라부 정면도이고, 도 13의 b)는 터널 필라부 측면도로서, 강관 록볼트(311) 및 강봉 타이볼트(312)로 이루어진 타이볼트 시스템(310) 및 강지보(340) 및 숏크리트(390)에 의해 터널 필라부를 보강할 수 있다. 즉, 도 13의 b)에 도시된 바와 같이, 불량한 지반조건에서 터널 굴착 중에 초기 안정성을 확보하기 위하여 설치되는 강지보(340)에 ㄷ형강 종방향 지압판(352)을 연결시켜 복합지보력을 발휘함으로써 터널 필라부 및 전체적인 터널 안정성을 증대시킬 수 있다.
한편, 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 시공시 터널 필라부의 폭 변화에 따른 타이볼트를 연장할 수 있는 것을 나타내는 도면으로서, 도 14의 a)는 필라부 정면도이고, 도 14의 b)는 A-A 라인을 절개선으로 하는 단면도이고, 도 14의 c)는 B-B 라인을 절개선으로 하는 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널의 경우, 도 14의 c)에 도시된 바와 같이, 강봉 타이볼트(312)는 터널 필라폭 및 터널폭을 고려하여, 타이볼트 커플러(400)에 의해 길이가 연장될 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 터널 필라부 굴착과 관련하여, 터널의 굴착계획(전단면 및 상반 및 하반 분할 굴착)과 연계된 터널 필라부 보강공법을 적용함으로써 시공성을 개선하고 공사기간을 단축시킬 수 있다. 또한, 선행터널 및 후행터널 필라부에 대해 와이어쏘를 이용한 방진 절삭선을 형성함으로써, 터널 필라부 원지반 발파진동 영향을 최소화할 수 있고, 이에 따라 타이볼트 지보 효과를 극대화시키고 안정성을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 터널 필라부 보강과 관련하여, 선행터널 굴착시 타이볼트 시스템의 강관 록볼트를 선시공하고 록볼트 역할을 수행한 후에 후행터널 굴착 즉시 타이볼트를 강관 록볼트에 관입하여 필라부를 즉시 보강함으로써 터널 필라부에 대한 단계적인 타이볼트 즉시 시공으로 필라부 안정성을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선행터널 굴착시 선시공되는 강관 록볼트와 후행터널 굴착시 강관 내부에 삽입되는 강봉 타이볼트의 즉시 체결되는 타이볼트 시스템을 적용함으로써, 터널의 단계적인 시공중 안정성을 확보하고 유지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선행터널 굴착에서 확인된 지반조건을 고려한 타이볼트 적용계획 변경이 용이하며, 이에 따라 지반조건을 고려한 터널 필라부 안정성, 시공성 및 경제성을 확보할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 강관 록볼트 내부에 강봉 타이볼트를 관입하는 형태로 단일 타이볼트 품질이 보장되는 단일 제품을 적용함으로써 후행터널 굴착(발파)시 선시공된 타이볼트 단부의 손상을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 타이볼트 단일부재를 적용함으로써 확실한 품질 및 지보력을 발휘할 수 있다. 이때, 터널 필라폭 변화부 또는 터널폭이 좁은 경우, 효율적인 타이볼트 체결 필요하며, 예를 들면, 터널 필라폭 및 터널폭을 고려하여 타이볼트를 연장하고 타이볼트 커플러를 적용함으로써 시공성을 개선하고 공사기간을 단축시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 터널 숏크리트 및 강지보와 타이볼트 시스템이 연결되는 구조를 적용함으로써 터널 지보재와 타이볼트 시스템이 복합지보력을 발휘하고 이에 따라 필라부 안정성을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기본적인 터널 지보재(숏크리트 + 강지보) 두께 내부에 타이볼트 시스템을 구축하고, 터널 숏크리트 및 강지보와 타이볼트 시스템이 연결되는 구조를 적용함으로써, 추가적인 터널단면 굴착이 불필요하고, 지보재 두께를 증대시킬 필요가 없다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 선행터널
200: 후행터널
310: 타이볼트 시스템
311: 강관 록볼트
312: 강봉 타이볼트
320: 방진 절삭선
330: 방진 절삭선 천공홀
340: 강지보
351: 지압판
352: 종방향 지압판(ㄷ형강)
360: 그리스(Grease) 채움재
370: 그라우팅재(그라우트)
381: 타이볼트 선단부 보호캡(플라스틱 재질)
382: 타이볼트 단부 절단캡(플라스틱 재질)
390: 숏크리트
400: 타이볼트 커플러

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 선행터널(100) 및 후행터널(200)이 병렬 시공되는 근접병설터널 시공방법에 있어서,
    a) 불량한 지반조건 하에서, 선행터널(100) 필라부에 방진 절삭선(320)을 형성하여 필라부 지반이완을 최소화시키는 단계;
    b) 선행터널(100)을 굴착하고 강지보(340)를 설치한 후, 타이볼트 시스템(310) 중 강관 록볼트(311)를 설치하여 필라부의 록볼트 역할을 하도록 하는 단계;
    c) 후행터널(200) 필라부에 방진 절삭선(320)을 형성하여 필라부 지반이완을 최소화시키는 단계;
    d) 후행터널(200) 필라부를 굴착하고, 상기 강관 록볼트(311) 내를 관입하는 강봉 타이볼트(312)를 즉시 체결하는 단계; 및
    e) 상기 후행터널(200)에 숏크리트(390)를 타설하는 단계를 포함하되
    근접병설터널의 상반 및 하반 분할 굴착을 고려하여 상기 강관 록볼트(311) 및 강봉 타이볼트(312)로 이루어진 타이볼트 시스템(310)으로 터널 필라부를 단계적으로 보강하며,
    상기 강봉 타이볼트(312)는 터널 필라폭 및 터널폭을 고려하여 타이볼트 커플러(400)에 의해 길이가 연장되고, 상기 강봉 타이볼트(312)는 터널 필라부 타이볼트 양단고정을 위한 체결이 가능하고, 보다 큰 타이볼트 보강효과가 요구될 경우 타이볼트 양단에 인장력을 추가로 도입하며,
    상기 b) 단계에서 상기 강관 록볼트(311)의 단부에 타이볼트 단부 절단캡(382)이 결합되고 상기 강관 록볼트(311)의 선단부에 ㄷ형강인 종방향 지압판(352) 및 타이볼트 선단부 보호캡(381)이 결합된 상태로 상기 강관 록볼트(311)가 설치되고, 상기 c) 단계에서 상기 타이볼트 단부 절단캡(382)이 절단되고, 후행터널(200) 굴착 직후, 터널 강지보(340)에 ㄷ형강 종방향 지압판(352)을 연결시켜 복합지보력 발휘에 의하여 터널 필라부 및 전체적인 터널 안정성을 증대시키는 것을 특징으로 하는 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널 시공방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 a) 단계 및 c) 단계의 방진 절삭선(320)은 발파진동을 배제하거나 최소화하도록 방진 절삭선 천공홀(330)을 형성한 후에 와이어쏘를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널 시공방법.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 강관 록볼트(311)의 외주면에 그라우팅재(370)가 주입되고, 상기 강관 록볼트(311) 내를 관입한 강봉 타이볼트(312)의 외주면에 그리스 채움재(360)가 충진되는 것을 특징으로 하는 지반조건에 따라 터널 필라부를 굴착 및 보강하는 근접병설터널 시공방법.
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