KR102136951B1 - 복층 터널 공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터널을 상, 하로 중복하여 설치하는 복층 터널 공법을 제공하는데 있다. 기존 터널 공법인 병렬 터널, 2아치 터널, 근접 병렬 터널은 상행 터널과 하행 터널 사이를 일정한 간격을 유지하여 수평으로 배열하는 터널 공법과 이미 건설된 외굴형 터널에 추가 터널을 증설할 경우, 기존 터널 옆으로 일정한 거리를 유지하여 신설 터널을 증설하는 터널은 모두 병렬 터널로 건설하나, 본 발명은 터널을 신설하거나 증설할 경우, 터널을 상행 터널과 하행 터널을 기존 터널과 확장 터널을 상, 하로 건설하는 복층 터널 공법으로 기존의 병렬 터널 시공시 발생되는 공사비, 토지 수용 문제 및 자연 환경 훼손을 최소화하고 공사 중 교통 처리 등을 원활히하여 시공성, 안정성, 환경성 및 경제성 효과를 증가시키는 데 특징이 있다

Description

복층 터널 공법{Construction Method of Duplex Tunnel}
본 발명은 일반 터널을 상하로 구성시키는 복층 터널에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상부 터널 굴착 시 상부 터널 포장층 하부에서 하부 터널의 상부에 철근 콘크리트 슬래브가 시공되는 단면만큼 추가 굴착하고 추가 굴착된 부분에 거푸집 및 동바리, 시스템 거푸집 및 동바리, 강재 거푸집 및 강재 동바리, 발포 스티롤(EPS)이나 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 상부 터널의 하부에 아치부를 성형한 다음 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 시공한 다음 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브의 소요 강도가 발현된 후에 하부 터널을 굴착하는 복층 터널 공법에 관한 것이다.
크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브의 시공을 위해 설치된 거푸집 및 동바리, 시스템 거푸집 및 동바리, 강재 거푸집 및 강재 동바리, 발포 스티롤(EPS), 모래 또는 토사 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 설치된 재료를 제거한다.
거푸집 및 동바리, 시스템 거푸집 및 동바리, 강재 거푸집 및 강재 동바리, 발포 스티롤(EPS), 모래 또는 토사 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 설치된 재료가 제거된 공간은 하부 터널 자유 공간으로 역할을 하게 된다.
하부 터널의 굴착 시공 시 이 공간이 굴착을 위한 여유 공간이 확보되어 하부 터널의 굴착 시공 효율을 더욱 증가시킨다. 특히, 이 자유 공간은 발파 굴착 시 발생되는 소음과 진동을 감쇄시키는 역할을 하게 되어 하부 터널의 굴착 시공 효율을 높여준다.
일반적인 터널의 형식을 살펴보면, 두 개의 터널이 수평으로 나란히 배치되는 병렬 터널(도 1 참조), 2아치 터널(도 2, 도 3 참조), 근접 병렬 터널(도 4 참조)등이 있으며 이러한 터널들은 터널 계획 단계부터 터널의 폭원과 터널 간 이격되는 거리만큼 편입되는 토지는 토지 보상 및 환경 훼손으로 발생되는 민원과 보상비 증가와 지형지세의 조건에 많은 제한을 받는다.
험준한 산지 등에 이미 설치된 단터널을 병렬 터널로 증설(도 7 참조)할 경우, 기술적 한계로 과다한 산림 훼손과 과다한 구조물 설치 등으로 막대한 예산이 소요되고 도시 지역에서의 병렬 터널 설치는 주로 기존 도로의 하부에 설치되는데 기존 도로의 협소한 폭과 지하 지장물, 지상 구조물 및 교통 통행량 등 여러 가지 제약 조건으로 터널의 설치 여부가 제한되어 병렬 터널의 설치가 계획 단계부터 많은 어려운 난관에 부딪치게 된다.
도 1은 현재까지 제일 많이 시공된 일반적인 병렬 터널로 상행 터널(10)과 하행 터널(20)이 일정한 간격으로 이격되게 시공되는 터널로 시공성은 우수하나 편입 토지 및 환경 훼손이 과다하게 발생되는 공법이다.
도 2는 상행 터널(10)과 하행 터널(20)의 간격을 줄이기 위하여 중앙 터널(4)을 먼저 굴착하고 중앙 벽체(3)를 시공 후 상행 터널과 하행 터널인 본선 터널을 굴착하여 시공되는 2아치 터널로 터널 간 이격 거리를 축소하기 위하여 중앙 터널 및 중앙 벽체를 먼저 시공하고 본선 터널을 시공하는 터널 시공법으로 시공이 복잡하고 공사 기간이 길며 공사비가 고가인 공법으로 시공성, 경제성에서 불리한 터널 시공법이다.
도 3은 상기 2아치 터널과 같은 공법으로 터널 이격 거리를 상기 설명된 병렬 터널보다 축소한 형태로 중앙 터널 및 중앙 벽체의 시공이 복잡하고 공사 기간도 길며 공사비가 고가인 공법으로 시공성, 경제성에 불리한 터널 시공법이다.
도 4는 상기 병렬 터널의 터널 간 이격된 거리를 좁히기 위하여 터널과 터널 사이를 타이 볼트 또는 타이 강연선 등으로 보강하여 시공되는 근접 터널로 지질 조건에 따른 보강 공사비가 고가이고 터널의 안정성을 확보하기 위해서는 터널 간 간격을 일정 거리 이상의 확보해야 하는 등으로 시공이 복잡하고 공사 기간이 길며 공사비가 고가인 공법으로 시공성, 경제성에 불리한 터널 시공법이다.
도 5는 상행선과 하행선을 가로 슬래브로 분리하는 일체형 1아치 복층 터널 공법으로 굴착 단면이 크고 분리 슬래브 등의 시공으로 터널 단면이 복잡하여 안정성, 시공성 및 경제성에 문제점이 많은 터널 공법으로 아직까지 시공 사례가 없는 개념상의 터널 시공법이다.
도 6은 TBM 굴착 기계로 원형 터널로 굴착하여 외벽은 미리 제작된 철근 콘크리트 블럭으로 조립하는 방식으로 시공되고 상행선과 하행선을 가로 슬래브로 분리하여 일체형 복층 터널로 시공 중 지층 변화에 대한 시공 안정성은 양호하나 일반적인 터널 공법 대비 경제성이 불리한 공법이다.
도 7은 기존 단터널을 확장할 경우 주로 사용되는 확장 터널 공법으로 기존 터널의 안정성을 확보하기 위하여 기존 터널과 일정한 거리를 이격하여 확장하는 기존 터널 확장 공법이다.
상기에서 설명한 바와 같이 터널간의 이격 거리를 2아치 터널 및 근접 터널로 어느 정도 좁힐 수는 있으나 본 발명과 같이 근본적으로 터널 간 이격 거리를 축소할 수 없음이 명백하다.
따라서, 본 발명은 상술된 종래의 병렬 터널 시공 방법으로는 해결하기 어려운 지형지세의 자연 조건과 도시 지역에서의 제한 조건 등을 해결하여 효과적으로 터널을 설치하는데 있다.
본 발명의 목적은 기존 터널 형식인 병렬 터널의 시공으로 도시 지역에서 지하 터널과 험준한 지형에 이미 시공된 단터널을 병렬 터널로 확장 시 기존 병렬 터널의 시공 방법에서 공통적으로 발생되는 공사비, 토지 편입, 자연 환경 훼손, 교통 통행 방해 및 각종 민원 등에 능동적으로 대처하고 터널 시공을 가능하게 하여 경제성, 시공성 및 환경성에서 효과를 거두고 공사 기간을 단축하고자 하는 데 있다.
기존의 병렬 터널 시공 방법으로 터널 공사가 불가능하거나 막대한 예산이 소요되거나 심각한 환경 훼손이 예상될 경우, 본 발명에 따라 도 11 및 도 12과 같이 상부 터널(1)을 굴착하는 단계; 굴착된 상부 터널의 하부 측벽 방향으로 소정의 깊이로 복수의 천공 홀에 상부 터널 측벽 지지력 보강을 위한 록볼트 설치 또는 강관이나 H빔 삽입 후 그라우팅을 하거나 마이크로 파일 등으로 측벽을 보강(81)하는 단계; 하부 터널(2)의 상부 아치부(80)를 고려한 공간에 거푸집 및 동바리(190), 시스템 거푸집 및 동바리(190), 강재 거푸집 및 강재 동바리(190), 발포 스티롤(EPS)이나 토사 또는 모래 등의 재료 중, 어느 한가지의 재료로 성형하는 단계; 상부 터널의 하부에 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브(80)를 타설하는 단계; 하부 터널을 굴착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 13과 같이 기존 단터널(100)의 확장을 위하여, 기존 터널의 포장층을 제거하고 소정의 깊이까지 굴착하는 단계(110); 굴착된 하부 측벽 방향으로 소정의 깊이의 복수의 천공 홀에 지지력 보강을 위한 록볼트 시공, 강관이나 H빔 삽입 후 그라우팅을 하거나 마이크로 파일 등으로 측벽을 보강(81)하는 단계; 하부 터널(200)의 상부 아치부를 감안한 공간에 거푸집 및 동바리(190), 시스템 거푸집 및 동바리(190), 강재 거푸집 및 강재 동바리(190), 발포 스티롤(EPS)이나 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 성형(90)하는 단계; 상부 터널의 하부에 콘크리트 슬래브를 타설하는 단계; 하부 터널을 굴착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 14는 터널의 공사 기간을 더욱 단축하기 위하여 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔(300)으로 제작하여 본 발명에 사용할 경우, 본 발명에 따라 상부 터널(1)을 굴착하는 단계; 굴착된 상부 터널의 하부 측벽 방향으로 소정의 깊이로 복수의 천공 홀에 상부 터널 측벽 지지력 보강을 위한 록볼트 설치 또는 강관이나 H빔 삽입 후 그라우팅을 하거나 마이크로 파일 등으로 측벽을 보강(81)하는 단계; 하부 터널(2)의 상부 아치부(80)를 고려한 공간에 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔을 상부 터널의 하부에 설치하는 단계; 하부 터널을 굴착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 15는 TBM터널과 복층 터널 시공시 TBM터널 굴착 단계(61); 굴착된 하부 측벽 방향으로 소정의 깊이의 복수의 천공 홀에 지지력 보강을 위한 록볼트 시공, 강관이나 H빔 삽입 후 그라우팅을 하거나 마이크로 파일 등으로 측벽을 보강(81)하는 단계; 하부 터널(200)의 상부 아치부를 감안한 공간에 거푸집 및 동바리(190), 시스템 거푸집 및 동바리(190), 강재 거푸집 및 강재 동바리(190), 발포 스티롤(EPS)이나 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 성형(90)하는 단계; 상부 터널의 하부에 콘크리트 슬래브를 타설하는 단계; 하부 터널을 굴착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 공사 기간을 단축하기 위하여 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔(300)으로 제작하여 시공할 경우, 본 발명에 따라 상부 터널을 TBM터널 굴착 단계(61); 굴착된 상부 터널의 하부 측벽 방향으로 소정의 깊이로 복수의 천공 홀에 상부 터널 측벽 지지력 보강을 위한 록볼트 설치 또는 강관이나 H빔 삽입 후 그라우팅을 하거나 마이크로 파일 등으로 측벽을 보강(81)하는 단계; 하부 터널(2)의 상부 아치부(80)를 고려한 공간에 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔을 상부 터널의 하부에 설치하는 단계; 하부 터널을 굴착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 하나의 태양으로서, 복층 터널 공법에 있어서, 상부 터널 굴착 시 하부 터널 상부의 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 시공되는 단면만큼 터널 굴착 방향으로 상부 터널 하부를 추가 굴착하고, 상기 추가 굴착된 부분에 거푸집 및 동바리, 시스템 거푸집 및 동바리, 강재 거푸집 및 강재 동바리, 발포 스티롤(EPS), 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 크라운 아치 성형부를 형성하고, 상기 크라운 아치 성형부 위에 철근 배근 조립 후 콘크리트를 상부 터널의 계획 포장면 하부에 일정 두께로 타설하여 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 형성하고, 상기 상부 터널 하부에 시공된 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 일정 강도가 발현된 후 하부 터널을 굴착하기 전에 상기 아치 성형부를 제거하고 제거된 아치 성형부 공간을 활용하여 하부 터널을 굴착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 하나의 태양으로서, 상기 추가 굴착하는 단계에서 굴착된 터널의 측벽 하부에 록볼트, 강관, H 빔 또는 마이크로 파일 중 어느 하나 또는 다수의 측벽 보강 파일을 시공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 하나의 태양으로서, 상기 추가 굴착된 부분에 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 시공하는 대신에 상부 터널의 하부에 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔을 터널 굴착 방향으로 시공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 하나의 태양으로서, 확장 복층 터널 공법에 있어서, 기 시공된 기존 터널의 포장 하부에 하부 터널 상부의 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 시공되는 단면만큼 터널 굴착 방향으로 상부 터널 하부를 추가 굴착하고, 상기 추가 굴착된 부분에 거푸집 및 동바리, 시스템 거푸집 및 동바리, 강재 거푸집 및 강재 동바리, 발포 스티롤(EPS), 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 크라운 아치 성형부를 형성하고, 상기 크라운 아치 성형부위에 철근 배근 조립 후 콘크리트를 상부 터널의 계획 포장면 하부에 일정 두께로 타설하여 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 형성하고, 상기 상부 터널 하부에 시공된 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 일정 강도가 발현된 후 하부 터널을 굴착하기 전에 상기 아치 성형부를 제거하고 제거된 아치 성형부 공간을 활용하여 하부 터널을 굴착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 하나의 태양으로서, 상기 추가 굴착하는 단계에서 굴착된 터널의 측벽 하부에 록볼트, 강관, H 빔 또는 마이크로 파일 중 어느 하나 또는 다수의 측벽 보강 파일을 시공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 하나의 태양으로서, TBM터널 조합 복층 터널 공법에 있어서, TBM공법으로 상부 터널을 굴착하고, 상기 TBM 상부 터널의 하부에 하부 터널 상부의 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 시공되는 단면만큼 터널 굴착 방향으로 추가 굴착하고, 상기 추가 굴착된 부분에 거푸집 및 동바리, 시스템 거푸집 및 동바리, 강재 거푸집 및 강재 동바리, 발포 스티롤(EPS), 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 크라운 아치 성형부를 형성하고, 상기 크라운 아치 성형부 위에 철근 배근 조립 후 콘크리트를 상부 터널의 계획 포장면 하부에 일정 두께로 타설하여 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 형성하고, 상기 상부 터널 하부에 시공된 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 일정 강도가 발현된 후 하부 터널을 굴착하기 전에 상기 아치 성형부를 제거하고 제거된 아치 성형부 공간을 활용하여 NATM식 하부 터널을 굴착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 하나의 태양으로서, 상기 TBM 상부 터널의 하부를 하부 터널 상부의 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 시공되는 단면만큼 터널 굴착 방향으로 추가 굴착된 TBM 상부 터널의 측벽 하부에 강관, H 빔 또는 마이크로 파일 중 어느 하나 또는 다수의 측벽 보강 파일을 시공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 하나의 태양으로서, 상기 추가 굴착된 부분에 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 시공하는 대신에 상부 터널의 하부에 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔을 터널 굴착 방향으로 시공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 하나의 태양으로서, 상기 추가 굴착된 부분에 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 시공하는 대신에 상부 터널의 하부에 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔을 터널 굴착 방향으로 시공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 복층 터널 공법의 효과는 다음과 같다.
첫째, 터널 공사로 토지 편입과 환경 훼손을 최소화하는 친환경적인 공법을 제공하는 효과가 있다.
둘째, 상부 터널(1)과 하부 터널(2) 사이에 측벽 보강(81)과 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브(80) 또는 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔(300)에 의한 터널의 구조적인 안정성을 확보하여 터널을 굴착하는 시공법으로 본 발명의 효과를 더욱 증진시켜 준다.
셋째, 도시 지역에서 지하 터널 건설시에는 터널 위에 있는 상부 도로의 제한된 도로 폭과 각종 지하 지장물 저촉, 지상 구조물 저촉 및 통행하는 차량들의 저촉을 최소화하여 경제적이고 각종 민원에 대처가 용이하다는 효과가 있다.
넷째, 상부 터널(1)을 TBM터널(61)로 시공하고 상부 터널(1)과 하부 터널(2) 사이에 측벽 보강(81)과 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔(300)으로 제작하여 터널의 구조적인 안정성을 확보와 공사 중 소음과 진동을 최소화하고 공사 기간을 단축하는 효과가 있다.
다섯째, 이미 시공된 단터널(100) 확장시 기존 터널의 옆에 일정 간격을 유지하여 확장 방식에 비하여 본 발명으로 확장할 경우 추가 토지 편입과 환경 훼손을 최소화하는 친환경적 공법으로 공사 기간의 단축이 가능하며 공사 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 병렬 터널의 시공 예시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 직벽 2아치 터널의 시공 예시도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 곡벽 2아치 터널의 시공 예시도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 근접 터널의 시공 예시도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 1아치 NATM 복층 터널의 예시도이다.
도 6은 종래 기술에 따른 TBM 복층 터널의 시공 예시도이다.
도 7은 종래 기술에 따른 터널 확장의 시공 예시도이다.
도 8은 본 발명의 배수형 복층 터널 공법에 따른 복층 터널의 시공 예시도이다.
도 9는 본 발명의 비배수형 복층 터널 공법에 따른 복층 터널의 시공 예시도이다.
도 10은 본 발명의 TBM터널과 배수형 터널 및 비배수형 터널과 조합하는 복층 터널의 시공 방법에 의한 터널의 예시도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 발포 스티롤(EPS)이나 토사, 모래 등의 재료 중, 어느 한가지의 재료를 이용한 복층 터널의 시공 예시도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 일반 거푸집 또는 시스템 거푸집 등의 재료 중 어느 한가지의 거푸집을 이용한 복층 터널의 시공 예시도이다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 확장형 복층 터널의 시공 예시도이다.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브(80)를 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔(300)을 이용한 복층 터널의 시공 예시도이다.
도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 TBM 터널과 조합하는 복층 터널의 시공 예시도이다.
도 16은 본 발명의 배수형 복층 터널의 각종 시공 방법에 의한 터널의 예시도이다.
도 17은 본 발명의 비배수형 복층 터널의 각종 시공 방법에 의한 터널의 예시도이다.
도 18은 본 발명의 복층 터널과 터널 입구 및 출구 구간에 도로와 연결을 위한 지하BOX 차도 구간을 연결하는 방법을 보여주는 종단 및 평면 선형과 구간별 횡단면 예시도이다.
본 발명에 대한 구체적인 실시 예를 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 복층 터널 공법으로 복층 터널의 시공에 대하여 추가적인 목적과 특징 그리고 장점들을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예를 이하에서 첨부된 도면들에 동일한 번호를 부여하여 제1실시 예 : 일반적인 복층 터널 공법(도 11 참조)과; 제2실시 예 : 기존 터널 확장형 복층 터널 공법(도 13 참조)과; 제3실시 예 : 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔(300)으로 이용한 복층 터널 공법(도 14 참조)과; 제4실시 예 : TBM터널 조합 복층 터널 공법(도 15 참조)으로 보다 상세하게 설명하기로 한다.
제1실시 예: 일반적인 복층 터널 공법
도 11은 본 발명의 제1실시 예인 일반적인 복층 터널 공법을 시공 순서에 따른 터널의 시공 과정을 단계별로 나타낸 시공 순서도이다.
본 발명은 계획된 두 개의 본선 터널을 상하로 배열하는 복층 터널 공법으로 상부 터널(1)의 계획된 굴착선을 따라 일정 깊이까지 목적 연장까지 굴착하여 상부 터널(1)의 굴착을 완료한 후, 상부 터널(1)과 하부 터널(2)의 단면이 겹치는 부분인 하부 터널(2)의 크라운 아치(Crown Arch)부분(80)을 보강하는 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브(80)를 이 슬래브(80)가 시공되는 단면만큼 굴착한 부분에 시공한 후, 하부 터널(2)을 굴착하는 모든 과정을 포함한다.
계획된 상부 터널의 굴착선을 따라 굴착한 후, 터널 측벽부 하부에 지지력을 확보하기 위하여 록볼트, 강관, H빔 및 마이크로 파일 등 현장 여건에 알맞은 측벽 파일(81)로 보강한다.
측벽 보강 파일은 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브와 일체화됨으로서 측벽 보강 기능뿐만 아니라 하부 터널의 굴착시 하부 터널의 상부 지반을 보강하는 기능도 한다.
하부 터널의 상부를 보강하기 위한 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 타설하기 위하여, 거푸집 및 동바리(190), 시스템 거푸집 및 동바리(190), 강재 거푸집 및 강재 동바리(190), 발포 스티롤(EPS), 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 아치 성형부(90)를 설치한 후, 그 위에 방수 비닐로 덮고 철근 배근 후 콘크리트를 타설하여 하부 터널의 상부 보강 구조물(80)을 상부 터널의 하부와 동시에 시공한다.
하부 터널의 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 소요 강도에 도달되면 하부 터널을 굴착하기 전에 상부 터널 굴착 후에 설치된 거푸집 및 동바리, 시스템 거푸집 및 동바리, 강재 거푸집 및 강재 동바리, 발포 스티롤(EPS), 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 형성된 아치 성형부를 제거한다. 이렇게 제거하면 아치 성형부의 체적만큼 공간이 남는다.
이러한 공간은 하부 터널의 굴착시 굴착면 상부의 자유면 공간부(10)로, 특히 발파 굴착시 발파로 발생되는 진동과 소음을 흡수하는 기능을 함으로서 지표면에 전달되는 진동과 소음을 최소화하는 장점이 있어 도시 지역의 지하 터널 건설시 유용한 공법이다.
또한, 상기 자유면 공간부는 소음과 진동의 발생을 최소화하기 위한 암반 파쇄 방식의 굴착시에도 암반 파쇄 장비를 투입할 수 있는 유용한 공간이 된다.
본 발명은 굴착, 지보 작업, 숏크리트 등의 일련의 터널 시공 작업을 연속, 반복 작업으로 하부 터널(2)의 굴착을 완료함으로서 최종적으로 복층 터널의 전체가 굴착된다.
제2실시 예: 확장 복층 터널 공법
도 13은 제2실시 예인 기존 터널을 확장 복층 터널 공법으로 시공 방법에 따른 터널의 시공 과정을 단계별로 나타낸 시공 순서도이다.
본 발명은 도 7과 같이 기존 터널(70)에 확장 터널(71)을 병렬 터널 방식의 터널로 확장할 경우, 지형 여건으로 인한 과다한 환경 훼손 및 구조물 설치와 높은 지가로 인한 과다한 토지 보상비 등 여러가지 불리한 조건으로 인하여 수평으로 확장되는 병렬 터널 방법의 확장이 불가능 할 경우에 유용한 복층 터널 공법이다.
본 발명은 기존 터널(100)을 기준으로 기존 터널 하부에 확장 터널(200)로 신설하여 두 개의 터널을 상하로 배열하는 복층 터널 공법으로 기존 터널의 포장을 제거하고 계획된 굴착선을 따라 철근 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔이 시공되는 단면만큼의 깊이까지 굴착한 후, 하부 터널(200)의 크라운 아치(Crown Arch)부분을 보강하는 철근 콘크리트 슬래브(80) 또는 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔으로 시공한 후, 확장 하부 터널 굴착하는 모든 과정을 포함한다.
기존 터널의 하부 굴착선(110)을 따라 굴착한 후, 터널 측벽부 하부에 지지력을 확보하기 위하여 록볼트, 강관, H빔 및 마이크로 파일 등 현장 여건에 알맞은 측벽 파일(81)로 보강한다.
측벽 보강 파일은 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔으로 일체화됨으로서 측벽 보강 기능뿐만 아니라 확장 터널 굴착시 확장 터널의 상부 암반을 보강하는 기능도 한다.
확장 터널(200)의 상부를 보강하기 위한 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브(80)를 타설하기 위하여 거푸집 및 동바리(190), 시스템 거푸집 및 동바리(190), 강재 거푸집 및 강재 동바리(190), 발포 스티롤(EPS), 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 아치 성형부(90)를 설치한 후, 그 위에 방수 비닐로 덮고 철근 배근 후 콘크리트를 타설하여 확장 터널의 상부 보강 구조물로 기존 터널(100) 하부를 동시에 형성한다.
크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 소요 강도에 도달되면 하부 터널을 굴착하기 전에 기존 터널에 설치된 거푸집 및 동바리, 시스템 거푸집 및 동바리, 강재 거푸집 및 강재 동바리, 발포 스티롤(EPS), 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 형성된 아치 성형부를 제거하면 아치 성형부의 체적만큼 공간이 남는다.
이 공간(10)은 굴착 자유단으로써 기능하여 발파 굴착시 발파로 발생되는 진동과 소음을 흡수하는 기능을 함으로서 기존 터널과 지표면에 전달되는 진동과 소음을 최소화하는 장점이 있어 터널 확장 건설시 유용한 공법이다.
또한, 상기 자유면 공간부(10)는 소음과 진동의 발생을 최소화하기 위한 암반 파쇄 방식의 굴착시에도 유용한 공간으로 활용할 수 있다.
이와 같은 굴착, 지보 작업, 숏크리트 등의 일련의 작업을 연속, 반복 작업으로 확장 터널의 굴착을 완료함으로서 최종적으로 확장 복층 터널의 전부가 굴착된다.
제3실시 예: 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔을 이용하는 복층 터널 공법
도 14는 본 발명의 제3실시 예인 프리 캐스트 슬래브를 이용하는 복층 터널 공법을 시공 순서에 따른 터널의 시공 과정을 단계별로 나타낸 시공 순서도이다.
본 발명은 계획된 두 개의 본선 터널을 상하로 배열하는 복층 터널 공법으로 상부 터널(1)의 계획된 굴착선을 따라 일정 깊이까지 목적 연장까지 굴착하여 상부 터널(1)의 굴착을 완료한 후 상부 터널(1)과 하부 터널(2)의 단면이 겹치는 부분인 하부 터널(2)의 크라운 아치(Crown Arch)부분(80)을 보강하는 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브(80)가 설치되는 단면만큼 추가 굴착하고, 이 추가 굴착된 부분에 미리 제작된 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔으로 시공한 후, 하부 터널(2)을 굴착하는 모든 과정을 포함한다.
계획된 상부 터널의 굴착선을 따라 굴착한 후, 터널 측벽부 하부에 지지력을 확보하기 위하여 록볼트, 강관, H빔 및 마이크로 파일 등 현장 여건에 알맞은 측벽 파일(81)로 보강한다.
측벽 보강 파일은 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브(80)를 미리 제작된 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔과 일체화됨으로서 측벽보강 기능뿐만 아니라 하부 터널 굴착시 하부 터널의 상부 지반을 보강하는 기능도 한다.
하부 터널의 상부를 보강하기 위한 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브(80)를 미리 제작된 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔을 설치한다. 하부 터널 상부에 남아 있는 공간은 하부 터널의 굴착시 굴착면 상부의 자유면 공간부는 발파 굴착시 발파로 발생되는 진동과 소음을 흡수하는 기능을 함으로서 지표면에 전달되는 진동과 소음을 최소화하는 장점이 있어 터널 건설시 유용한 공법이다.
또한, 자유면 공간부는 소음과 진동의 발생을 최소화하기 위한 암반 파쇄 방식의 굴착시에도 암반 파쇄 장비를 투입할 수 있는 유용한 공간이다.
본 발명은 굴착, 지보 작업, 숏크리트 등의 일련의 터널 시공 작업을 연속, 반복 작업으로 하부 터널(2)의 굴착을 완료함으로서 최종적으로 복층 터널의 전체가 굴착된다.
제4실시 예: TBM 터널 조합 복층 터널 공법
도 15는 TBM터널(61) 조합 복층 터널 공법으로 상부 터널(1)을 TBM으로 터널을 굴착한 다음 상부 터널 하부에 하부 터널(2)을 굴착하는 복층 터널 공법이다.
굴착 속도가 뛰어난 TBM으로 굴착한 후, 하부 터널의 크라운 아치(Crown Arch)부분을 보강하는 철근 콘크리트 슬래브(80) 또는 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔이 시공되는 단면만큼 추가 굴착하고 추가 굴착된 부분에 철근 콘크리트 슬래브(80) 또는 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔을 시공한 후, 하부 터널(2)을 굴착하는 모든 과정을 포함한다.
상부 터널의 측벽부 하부에 지지력을 확보하기 위하여 록볼트, 강관, H빔 및 마이크로 파일 등 현장 여건에 알맞은 측벽 보강 파일(81)로 보강하고 측벽 보강 파일은 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브(80)와 일체화됨으로서 측벽 보강 기능뿐만 아니라 하부 터널(2) 굴착시 하부 터널의 상부 지반을 보강하는 기능도 한다.
하부 터널의 상부를 보강하기 위한 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 타설하기 위하여 거푸집 및 동바리, 시스템 거푸집 및 동바리, 강재 거푸집 및 강재 동바리, 발포 스티롤(EPS), 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 아치 성형부(80)를 설치한 후 그 위에 방수 비닐로 덮고 철근 배근 후 콘크리트를 타설하여 하부 터널의 상부 보강 구조물로 TBM터널(61)하부를 동시에 형성된다.
하부 터널의 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 소요 강도에 도달되면 하부 터널을 굴착하기 전에 TBM터널(61) 하부에 설치된 발포 스티롤(EPS), 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 형성된 아치 성형부(90)를 제거하면 아치 성형부의 체적만큼 공간이 남는다.
이 공간은 굴착 자유단으로써 역할하여 발파 굴착 시 발파로 발생되는 진동과 소음을 흡수하는 기능을 함으로서 상부 터널과 지표면에 전달되는 진동과 소음을 최소화하는 장점이 있어 도시 지역의 지하 터널 건설시 유용한 공법이다.
또한, 상기 자유면 공간부는 소음과 진동의 발생을 최소화하기 위한 암반 파쇄 방식의 굴착 시에도 유용한 공간으로 활용할 수 있다.
굴착, 지보 작업, 숏크리트 등의 일련의 작업을 연속, 반복 작업으로 하부 터널의 굴착을 완료함으로서 최종적으로 TBM터널 조합 복층 터널의 전체가 굴착된다.
이와 같이 본 발명에서는 복층 터널 공법을 완성하기 위해서는 상부 터널(1) 또는 기존 터널(100) 또는 TBM 터널(61)의 계획된 하부를 굴착하고 터널 하부의 지지력을 확보하기 위하여 록볼트, 강관, H빔 및 마이크로 파일 등 현장 여건에 알맞은 측벽부를 보강한 다음 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브(80)를 타설하기 위하여 거푸집 및 동바리, 시스템 거푸집 및 동바리, 강재 거푸집 및 강재 동바리, 발포 스티롤(EPS), 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 아치 성형부(90)를 설치한 후, 그 위에 방수 비닐을 덮고 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔을 설치하는 일련의 과정은 본 발명의 중요한 복층 터널 공법의 공정이다.
본 발명의 실시 예는 본 발명의 대표되는 실시의 예를 개략적이고 간단한 단면도를 참조로 설명되는데 실시 예의 단면이나 형상의 다른 실시예들은 예상될 수 있는 것들로 실시 예에 한정된 것이 아니라 이러한 다른 실시예들을 포함하고 있는 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 변형 가능하나 이러한 변형은 본 발명의 권리 범위에 속한다.
예를 들면, 도 16과 도 17에 도시된 바와 같이, 완성된 복층 터널의 단면이나 형태가 변화되어 있고 여러 형태의 다른 실시예를 포함하고 있는 복층 터널 공법의 전체 시공 공정은 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 변형이 가능함을 잘 보여주고 있는데 이러한 것들은 모두 본 발명의 권리 범위에 속한다.
1: 상부 터널 2: 하부 터널
3: 중앙 벽체 4: 중앙 터널
10: 상행 터널 20: 하행 터널
40: 타이 볼트 또는 강연선61: TBM터널
70: 기존 터널 71: 확장 터널
80: 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔
81: 측벽 파일 82: 터널 포장면
83: 터널 라이닝 84: 록볼트
90: 아치 성형부 100: 기존 단터널
110: 기존 터널 굴착부 190: 거푸집 및 동바리
200: 확장 터널 300: 프리 캐스트 콘크리트 슬래브

Claims (6)

  1. 확장 복층 터널 공법에 있어서,
    기 시공된 터널의 포장 하부에 하부 터널 상부의 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 시공되는 단면만큼 터널 굴착 방향으로 상부 터널 하부를 추가 굴착하고,
    상기 추가 굴착된 부분에 거푸집 및 동바리, 시스템 거푸집 및 동바리, 강재 거푸집 및 강재 동바리, 발포 스티롤(EPS), 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 크라운 아치 성형부를 형성하고,
    상기 크라운 아치 성형부위에 철근 배근 조립 후 콘크리트를 상부 터널의 계획 포장면 하부에 일정 두께로 타설하여 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 형성하고,
    상기 상부 터널 하부에 시공된 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 일정 강도가 발현된 후 하부 터널을 굴착하기 전에 상기 아치 성형부를 제거하고 제거된 아치 성형부 공간을 활용하여 하부 터널을 굴착하는 확장 복층 터널 공법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추가 굴착하는 단계에서 굴착된 터널의 측벽 하부에 록볼트, 강관, H빔 또는 마이크로 파일 중 어느 하나 또는 다수의 측벽 보강 파일을 시공하는 단계를 포함하는 확장 복층 터널 공법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 추가 굴착된 부분에 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 시공하는 대신에 상부 터널의 하부에 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔을 터널 굴착 방향으로 시공하는 확장 복층 터널 공법.
  4. TBM터널 조합 복층 터널 공법에 있어서,
    TBM공법으로 상부 터널을 굴착하고,
    상기 TBM 상부 터널의 하부에 하부 터널 상부의 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 시공되는 단면만큼 터널 굴착 방향으로 추가 굴착하고,
    상기 추가 굴착된 부분에 거푸집 및 동바리, 시스템 거푸집 및 동바리, 강재 거푸집 및 강재 동바리, 발포 스티롤(EPS), 토사 또는 모래 등의 재료 중 어느 한가지의 재료로 크라운 아치 성형부를 형성하고,
    상기 크라운 아치 성형부 위에 철근 배근 조립 후 콘크리트를 상부 터널의 계획 포장면 하부에 일정 두께로 타설하여 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 형성하고,
    상기 상부 터널 하부에 시공된 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 일정 강도가 발현된 후 하부 터널을 굴착하기 전에 상기 아치 성형부를 제거하고 제거된 아치 성형부 공간을 활용하여 하부 터널을 굴착하는 TBM터널 조합 복층 터널 공법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 TBM 상부 터널의 하부를 하부 터널 상부의 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브가 시공되는 단면만큼 터널 굴착 방향으로 추가 굴착된 TBM 상부 터널의 측벽 하부에 강관, H 빔 또는 마이크로 파일 중 어느 하나 또는 다수의 측벽 보강 파일을 시공하는 단계를 포함하는 TBM터널 조합 복층 터널 공법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 추가 굴착된 부분에 크라운 아치 철근 콘크리트 슬래브를 시공하는 대신에 상부 터널의 하부에 프리 캐스트 콘크리트 슬래브 또는 프리 캐스트 콘크리트 빔을 터널 굴착 방향으로 시공하는 TBM터널 조합 복층 터널 공법.
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