KR102186408B1 - 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 강관 속에 인장재를 설치하여 인장 하중을 도입함으로 기존 공법의 대구경 강관에 대비하여 소구경 강관으로 시공이 가능하고 유지 보수 및 계측 관리의 효율성을 증가시킬 수 있는 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 구조 및 그 시공 방법을 제공한다.
이러한 본 발명은 횡단할 도로나 지장물에 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 강관을 순차적으로 천공 압입하는 제1 단계; 상기 강관의 내부에 인장력을 위한 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재를 삽입 설치하고, 상부 하중을 상쇄시키도록 인장하는 제2 단계; 상기 강관 내부를 통해 그라우팅하는 제3 단계; 상기 강관의 단부로 인장재가 돌출되도록 강관의 단부에 강관의 직경에 대응하는 원형 플레이트를 고정 설치하는 제4 단계; 소정 깊이만큼 굴착하는 제5 단계; 굴착된 부위의 굴착면 내부면을 지지하도록 H-빔을 단계적으로 설치하는 제6 단계; 및 굴착 완료될 때가지 제4 단계와 제5 단계를 반복한 후 콘크리트를 타설하는 제7 단계;를 포함한다.

Description

인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법{Non-open cut type tunnel construction structure using steel pipe with tensile force}

본 발명은 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강관 속에 스트랜드 또는 강선 중 어느 하나의 인장재가 설치되어 인장 하중을 도입함으로 기존 공법의 대구경 강관에 대비하여 소구경 강관으로 시공이 가능하고 유지 보수 및 계측 관리의 효율성을 증가시킬 수 있으며, 하중 변위 발생시 재인장 도입이 가능하여 유지 관리가 양호함과 아울러 기존 공법에 비하여 획기적으로 공사기간의 단축, 공사비의 감소, 시공성, 경제성, 안정성이 매우 좋은 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 지중에 구조물을 축조하는 방법으로는 개착공법 및 비개착공법이 있다.

개착공법은 지표면에서 땅을 파들어간 뒤 구조물을 설치하고 흙을 다시 메우는 방식으로, 굴착만으로 이루어지는 소굴식, 굴착과 함께 흙막이벽을 설치하는 무복공식(흙막이공법), 흙막이공 위에 복공판을 부설하는 복공식이 있는데, 상하수관을 설치하거나 터널, 지하철 건설 등에 많이 쓰인다.

하지만 기존의 도로 및 철로의 하부를 횡단하도록 지하차도나 터널구조물을 설치하기 위해서는 도로 및 철로가 이미 설치되고, 차량의 이동도 제한될 수 있다. 이로 인해 개착공법을 대신하여 비개착공법을 이용하여 구조물 설치가 이루어진다.

비개착공법은 지표면에서 땅을 파지 않고 구조물을 설치하고자 하는 방향으로 작업구를 형성한 후에 구조물을 설치하는 방식으로, 최근에는 강관루프 공법이 많이 이용되고 있다.

강관루프 공법은 구조물을 설치하고자 하는 지중에 강관을 추진하고, 이러한 강관 내부를 굴착한 다음에 강관 내부에서 콘크리트의 타설 및 양생이 이루어진다. 이때 강관으로 구조물의 외곽선이 형성되고, 지중을 굴착하면서 구조물을 위한 터파기 작업이 강관을 지지하는 기둥을 설치하는 작업과 함께 구조물의 타설이 이루어진다.

하지만 터파기 작업이 이루어지는 도중에, 추진된 강관에는 종방향의 처짐이 일어난다. 이로 인해, 구조물 축조 작업의 안정성 저하, 및 상부의 기존 도로 및 철로 침하가 발생되는 문제점이 있다. 아울러, 이를 방지하기 위하여, 강관의 보강작업이나 기둥(가설지보)의 추가적인 설치작업이 이루어진다. 이로 인해 구조물의 설치에 따른 공정 및 비용이 증가하는 문제점도 있다.

국내 특허 등록번호 10-1118100호, 강관루프 구조체 및 그 시공방법. 국내 특허 등록번호 10-1487312호, 지중굴착용 플레이트 및 이를 이용한 지중터널굴착공법. 국내 특허 등록번호 10-1778208호, 대구경 강관을 이용한 비개착식 터널 곡선부 시공을 위한 분절식 강관추진장치. 국내 특허 등록번호 10-2105091호, 그라우트 공법을 이용한 터널 시공 방법.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 강관 속에 스트랜드 또는 강선 중 어느 하나의 인장재가 설치되어 인장 하중을 도입함으로 기존 공법의 대구경 강관에 대비하여 소구경 강관으로 시공이 가능하고 유지 보수 및 계측 관리의 효율성을 증가시킬 수 있으며, 하중 변위 발생시 재인장 도입이 가능하여 유지 관리가 양호함과 아울러 기존 공법에 비하여 획기적으로 공사기간의 단축, 공사비의 감소, 시공성, 경제성, 안정성이 매우 좋은 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 구조 및 그 시공 방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법은, 횡단할 도로나 지장물에 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 강관을 순차적으로 천공 압입하는 제1 단계; 상기 강관의 내부에 인장력을 위한 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재를 삽입 설치하고, 상부 하중을 상쇄시키도록 상기 인장재를 인장하는 제2 단계; 상기 강관 내부를 통해 그라우팅하는 제3 단계; 상기 강관의 단부로 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재가 돌출되도록 강관의 단부에 강관의 직경에 대응하는 원형 플레이트를 고정 설치하는 제4 단계; 소정 깊이만큼 굴착하는 제5 단계; 굴착된 부위의 굴착면 내부면을 지지하도록 H-빔을 단계적으로 설치하는 제6 단계; 및 굴착 완료될 때가지 제4 단계와 제5 단계를 반복한 후 콘크리트를 타설하는 제7 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제1 단계에서: 상기 강관은 직경이 50mm 내지 300mm의 소구경 강관으로 이루어지고, 상기 강관의 외주면에는 그라우팅 구멍이 소정 간격을 이루게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제5 단계에서: 상기 H-빔에는 좌우측 측방 토압을 상쇄시키며 토압에 대한 지지력을 확보하도록 인장력이 도입되는 것이 바람직하다.

상기 원형 플레이트에 돌출되는 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재의 단부에 로드셀을 설치한 후 계측하고, 하중 변위 발생시 재인장하여 유지관리 하는 제8 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 구조는, 횡단할 도로나 지장물에 설치될 구조물 또는 터널의 외곽선에 맞추어 천공 압입되고, 내부를 통해 그라우팅되는 강관; 상기 강관의 내부에 삽입 설치되며, 상부 하중을 상쇄시킬 수 있도록 인장력을 위한 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재; 상기 강관의 단부에 설치되며, 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재에 로르셀을 설치할 수 있도록 강관의 단부로 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재가 돌출되도록 상기 강관의 직경에 대응하는 크기로 이루어지며, 상기 강관의 단부에 고정 설치되는 원형 플레이트; 굴착된 구조물의 하부 또는 터널의 내벽면에 복수로 구비되어 상기 구조물 하부 또는 터널의 굴착면 내부면을 지지하도록 설치되는 H-빔; 및 상기 H-빔의 내부면에 타설되는 콘크리트 벽부;를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 강관은: 직경이 50mm 내지 300mm의 소구경 강관으로 이루어지고, 강관의 외주면에는 그라우팅 구멍이 소정 간격을 이루게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 H-빔에는: 좌우측 측방 토압을 상쇄시키며 토압에 대한 지지력을 확보할 수 있는 인장력이 도입되며, 상기 인장력은 H-빔의 양측단에서 설치되는 인장브라켓과, 상기 인장브라켓을 관통하도록 설치되는 인장선, 및 상기 인장선을 인장하고 인장브라켓에 정착할 수 있는 정착구를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 구조 및 그 시공 방법에 의하면, 강관 속에 스트랜드 또는 강선 중 어느 하나의 인장재가 설치되어 인장 하중을 도입함으로 기존 공법의 대구경 강관에 대비하여 소구경 강관으로 시공이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 하중 변위 발생시 재인장 도입이 가능하여 유지 보수 및 계측 관리의 효율성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

따라서, 본 발명은 기존 공법에 비하여 획기적으로 공사기간의 단축, 공사비의 감소, 시공성, 경제성, 안정성이 매우 높은 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법의 블록도이고,
도 2a 내지 도 2g는본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 방법을 순차적으로 나타낸 도면으로,
도 2a는 제1 단계의 강관이 압입된 상태이고,
도 2b는 제2 단계의 인장재가 설치된 상태이고,
도 2c는 제3 단계의 그라우팅된 상태이고,
도 2d는 제4 단계의 원형 플레이트가 설치된 상태이고,
도 2e는 제5 단계의 굴착된 상태이고,
도 2f는 제6 단계의 H-빔이 설치된 상태이고,
도 2g는 제7 단계의 콘크리트가 타설된 상태이다.
도 3은 본 발명에 사용되는 소구경 강관의 일예를 보인 도면이고,
도 4는 본 발명에서 인장재 및 원형 플레이트가 설치되는 예를 보인 도면이고,
도 5는 본 발명에서 사용하는 인장력이 도입된 H-빔의 일예를 보인 도면이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 발명의 구성들은 직접적인 접촉이나 연결뿐만 아니라 구성과 구성 사이에 다른 구성을 통해 접촉이나 연결된 것도 같은 범위로 해석하도록 한다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법의 블록도이고, 도 2a 내지 도 2g는본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 방법을 순차적으로 나타낸 도면으로, 도 2a는 제1 단계의 강관이 압입된 상태이고, 도 2b는 제2 단계의 인장재가 설치된 상태이고, 도 2c는 제3 단계의 그라우팅된 상태이고, 도 2d는 제4 단계의 원형 플레이트가 설치된 상태이고, 도 2e는 제5 단계의 굴착된 상태이고, 도 2f는 제6 단계의 H-빔이 설치된 상태이고, 도 2g는 제7 단계의 콘크리트가 타설된 상태이다.

또한, 도 3은 본 발명에 사용되는 소구경 강관의 일예를 보인 도면이고, 도 4는 본 발명에서 인장재 및 원형 플레이트가 설치되는 예를 보인 도면이고, 도 5는 본 발명에서 사용하는 인장력이 도입된 H-빔의 일예를 보인 도면이다.

이들 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법은, 횡단할 도로나 지장물에 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 강관(110)을 순차적으로 천공 압입하는 제1 단계(S101)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제1 단계(S101)에서 압입되는 강관(110)은 직경이 50mm 내지 300mm의 소구경 강관으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 강관(110)의 외주면에는 그라우팅 구멍(112)이 소정 간격을 이루게 형성되는 것이 바람직하다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법은, 상기 강관(110)의 내부에 인장력을 위한 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재(120)를 삽입 설치하고, 상부 하중을 상쇄시키도록 인장재(120)를 인장하는 제2 단계(S102)를 포함하는 것이 바람직하다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법은, 상기 강관(110) 내부를 통해 그라우팅하는 제3 단계(S103)를 포함하는 것이 바람직하다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법은, 상기 강관(110)의 단부로 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재(120)가 돌출되도록 강관(110)의 단부에 강관(110)의 직경에 대응하는 원형 플레이트(130)를 고정 설치하는 제4 단계(S104)를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 원형 플레이트(130)는 용접 등에 의한 방법으로 상기 강관(110)에 일체형으로 고정 설치되는 것이 바람직하다.

이와 같이 원형 플레이트(130)를 설치함으로 하중의 계측이 공사 전과 공사 중 및 공사 후에 가능하기 때문에 공사 전과 공사 중 및 공사 후에 유지 보수 및 인장력의 재도입도 가능하여 안정성을 확보할 수 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법은, 소정 깊이만큼 굴착하는 제5 단계(S105)와, 굴착된 부위의 굴착면 내부면을 지지하도록 H-빔(140)을 단계적으로 설치하는 제6 단계(S106)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제5 단계(S105)에서 설치되는 H-빔(140)에는 좌우측 측방 토압을 상쇄시키며 토압에 대한 지지력을 확보하도록 인장력이 도입하는 것이 바람직하다. 상기 인장력은 H-빔(140)의 양측단에서 인장브라켓(142)이 설치되고 상기 인장브라켓(142)을 관통하도록 인장선(144)(강선)이 설치되며 정착구(146)를 이용하여 상기 인장선(144)을 인장하고 인장브라켓(142)에 정착하도록 하여 인장력을 도입할 수 있다.

이와 같이 H-빔(140)에 인장력을 도입함으로, H-빔의 규격을 감소시킬 수 있고, 토압에 대한 지지력 확보할 수 있다. 또한, 인장력이 도입된 H-빔이기 때문에 늘려서 설치가 가능하여 시공비의 감소로 경제성을 증가시킬 수 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법은, 굴착 완료될 때가지 제4 단계(S104)와 제5 단계(S105)를 반복한 후 콘크리트를 타설하는 제7 단계(S107)를 포함하는 것이 바람직하다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법은, 상기 원형 플레이트(130)에 돌출되는 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재(120)의 단부에 로드셀(미도시)을 설치한 후 계측하고, 하중 변위 발생시 재인장하여 유지관리 하는 제8 단계(S108)를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 강관(110)의 안쪽에 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재(120)를 설치하여 인장함에 의해, 상부 하중을 상쇄시킬 수 있고, 인장 적용으로 인해 강관을 소구경의 사용이 가능하며, 강관 전단 강도가 증가된다.

따라서, 본 발명은 강관의 소구경으로 인해 공사비를 절감할 수 있고 공사기간을 단축할 수 있으며, 장비의 소형화로 인해 작업 공간을 최소화할 수 있어 작업성이 향상될 수 있다.

특히, 본 발명은 공사중 혹은 공사후 변위량을 체크할 수 있어 유지보수 가능한 장점이 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 구조는, 횡단할 도로나 지장물에 설치될 구조물 또는 터널의 외곽선에 맞추어 강관(110)이 천공 압입되고, 강관(110)의 내부를 통해 그라우팅되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 강관(110)은 직경이 50mm 내지 300mm의 소구경 강관으로 이루어지는 것이 바람직하고, 강관(110)의 외주면에는 그라우팅 구멍(112)이 소정 간격을 이루게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 강관(110)의 내부에 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재(120)가 삽입 설치되어 상기 인장재(120)에 의해 상부 하중을 상쇄시킬 수 있도록 인장력을 발생시키는 것이 바람직하고, 상기 강관(110)의 단부에는 원형 플레이트(130)가 고정 설치되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 원형 플레이트(130)는 강관(110)의 직경에 대응하는 크기로 이루어지ㄴ는 것이 바람직하며, 상기 강관(110)의 단부에 고정 설치되는 원형 플레이트(130)에는 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재(120)가 돌출되도록 하여 로드셀(미도시)을 설치할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 굴착된 구조물의 하부 또는 터널의 내벽면에 H-빔(140)이 복수로 구비되어 상기 H-빔(140)에 의해 구조물 하부 또는 터널의 굴착면 내부면을 지지하도록 설치되고, 상기 H-빔(140)의 내부면에 콘크리트 벽부(150)가 타설되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 H-빔(140)에는 좌우측 측방 토압을 상쇄시키며 토압에 대한 지지력을 확보하도록 인장력이 도입되는 것이 바람직하다. 상기 인장력은 H-빔(140)의 양측단에서 인장브라켓(142)이 설치되고 상기 인장브라켓(142)을 관통하도록 인장선(144)(강연선)이 설치되며, 상기 정착구(146)를 이용하여 인장선(144)을 인장하고 인장브라켓(142)에 정착할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 강관의 내부에 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나의 인장재를 설치 후 인장력을 도입함으로, 공사 중이거나 공사 후에 계측이 가능하고 재인장도 가능하고, H-빔에도 인장력을 도입함으로, 상부하중 및 측방토압 저항할 수 있는 지지력의 확보가 가능하다.

따라서, 본 발명은 강관의 소구경 사용으로 인해 공사비를 절감할 수 있고 공사기간을 단축할 수 있으며, 장비의 소형화로 인해 작업 공간을 최소화할 수 있어 작업성을 향상시킬 수 있고, 공사 중 혹은 공사 후 변위량을 체크할 수 있어 유지보수를 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.

이상에서와 같은 기술적 구성에 의해 본 발명의 기술적 과제가 달성되는 것이며, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 여기에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것임은 물론이다.

110 - 강관 112 - 그라우팅 구멍
120 - 인장재 130 - 원형 플레이트
140 - H-빔 150 - 콘크리트 벽부

Claims (7)

1. 횡단할 도로나 지장물에 설치될 구조물의 외곽선에 맞추어 직경이 50mm 내지 300mm의 소구경 강관으로 이루어지고, 외주면에는 그라우팅 구멍(112)이 소정 간격을 이루게 형성되는 강관(110)을 순차적으로 천공 압입하는 제1 단계(S101);
   상기 강관(110)의 내부에 인장력을 위한 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재(120)를 삽입 설치하고, 상부 하중을 상쇄시키도록 인장재(120)를 인장하는 제2 단계(S102);
   상기 강관(110) 내부를 통해 그라우팅하는 제3 단계(S103);
   상기 강관(110)의 단부로 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재(120)가 돌출되도록 강관(110)의 단부에 강관(110)의 직경에 대응하는 원형 플레이트(130)를 고정 설치하는 제4 단계(S104);
   소정 깊이만큼 굴착하는 제5 단계(S105);
   굴착된 부위의 굴착면 내부면을 지지하고 좌우측 측방 토압을 상쇄시키며 토압에 대한 지지력을 확보하도록 인장력이 도입되는 H-빔(140)을 단계적으로 설치하는 제6 단계(S106); 및
   굴착 완료될 때가지 제4 단계(S104)와 제5 단계(S105)를 반복한 후 콘크리트를 타설하는 제7 단계(S107);
   상기 원형 플레이트(130)에 돌출되는 스트랜드 혹은 강선 중 어느 하나로 이루어지는 인장재(120)의 단부에 로드셀을 설치한 후 계측하고, 하중 변위 발생시 재인장하여 유지관리 하는 제8 단계(S108);를 포함하는 것을 특징으로 하는 인장력이 도입된 강관을 이용한 비개착식 터널 시공 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

Images