KR102190375B1

KR102190375B1 - 수중터널 구축을 위한 터널모듈의 침설 모의 실험장치 및 실험방법

Info

Publication number: KR102190375B1
Application number: KR1020200091222A
Authority: KR
Inventors: 진병무; 김제춘; 김유석; 김웅구; 이종필; 배경태; 김경오; 서경원; 김용직
Original assignee: (주)대우건설
Priority date: 2020-07-22
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2020-12-11

Abstract

본 발명은 설치프레임(1), 해상에 부유하는 폰툰(pontoon)을 모사하는 폰툰 모형(2), 상기 폰툰 모형(2)이 설치프레임(1)에 매달리게 하는 폰툰 테더링 케이블(3), 상기 폰툰 모형(2) 위에 거치되며 해상의 작업대를 모사하는 작업데크 모형(4), 수중터널을 이루게 되는 터널모듈을 모사하는 것으로서 침설 와이어(6)에 의해 작업데크 모형(4)에 매달리는 터널모듈 모형(5)을 포함하여 구성되어, 수중터널의 시공을 우하여 해상으로 이동된 터널모듈을 수중으로 침설시키는 과정을 실험실에서 동일하게 구현하여 모의(模擬) 또는 모사(模寫)(simulation)할 수 있는 "수중터널 터널모듈의 침설 모의 실험장치 및 침설 모의 실험방법"에 관한 것이다.

Description

수중터널 구축을 위한 터널모듈의 침설 모의 실험장치 및 실험방법{Testing Apparatus and Method for Simulation of Installation of Precast Tunnel Module for Underwater Tunnel Construction}

본 발명은 수중터널의 구축을 위한 터널모듈의 침설 모의 실험장치 및 실험방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 프리캐스트 콘크리트로 이루어진 터널모듈을 수중에서 순차적으로 결합하여 수중터널을 시공함에 있어서, 터널모듈을 수중의 정확한 접합 위치로 침설시키는 작업의 정확도와 정밀도를 높이기 위하여, 해상으로 이동된 터널모듈을 수중으로 침설시키는 과정을 실험실에서 동일하게 구현하여 모의(模擬) 또는 모사(模寫)(simulation)할 수 있는 "수중터널 구축을 위한 터널모듈의 침설 모의 실험장치 및 침설 모의 실험방법"에 관한 것이다.

차량이나 보행자의 통행을 위하여 물속에 구축되는 수중터널을 시공함에 있어서, 공장에서 함체(函體)형상을 가지도록 프리캐스트 콘크리트 구조물로 사전 제작된 터널모듈을 해상의 현장으로 이송한 후, 수중 침설(沈設) 작업을 통해서 물속으로 가라앉혀서 이미 설치되어 있던 수중터널의 기설부분과 연결하는 방식으로 수중터널을 시공하는 방안이 제안되어 있다. 그 일예로는 대한민국 등록특허 제10-2066578호가 있다.

이와 같이 수중터널을 위한 터널모듈을 수중으로 가라앉히는 수중 침설 작업을 수행함에 있어서, 터널모듈이 기설부분과의 정확한 접합 위치(연결 위치)에 도달하는 것이 중요하며, 특히 침설과정에서 터널모듈의 위치를 정확하게 파악하는 것이 중요하다. 수중터널이 시공되는 바다에는 파도, 조류 등과 같은 외란(外亂)이 작용하게 되므로, 이와 같이 외란이 작용하는 해상 및 수중의 상황에서 터널모듈이 침설되는 동안에 어디에 위치할 것인지를 정확하게 파악하는 것이 매우 중요한 것이다.

이와 같이 안전하고 정밀한 수중터널의 시공을 위해서는 침설과정에서의 터널모듈 위치를 미리 파악하고 예측할 필요가 있으나, 아직까지는 이러한 필요성을 충분히 만족시킬 만한 기술이 제안되어 있지 않은 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-2066578호(2020. 01. 15. 공고).

본 발명은 위와 같은 종래 기술에서의 필요성을 충족시키기 위하여 개발된 것으로서, 수중터널을 시공함에 있어서, 터널모듈을 수중의 정확한 접합 위치로 침설시키는 작업의 정확도와 정밀도를 높이기 위하여, 해상으로 이동된 터널모듈을 수중으로 침설시키는 과정을 실험실에서 동일하게 구현하여 모사(simulation)할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 터널모듈이 해상으로 이동되고, 해상으로부터 수중으로 가라앉는 침설 과정을 모사하되, 특히 파도 및 조류가 작용하는 해상 및 수중의 상황에서 침설 작업이 이루어지는 상태를 정밀하게 모사하여 재현할 수 있는 실험장치 및 실험방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 수중터널을 구축하기 위하여 프리캐스트 콘크리트로 이루어진 터널모듈을 수중으로 침설시키는 과정을 모의 실험하기 위한 장치로서, 설치프레임; 해상에 부유하는 폰툰을 모사하도록 제작되어 서로 나란하게 간격을 두고 배치되는 한 쌍의 폰툰 모형; 한 쌍의 폰툰 모형이 설치프레임에 매달리게 하는 복수개의 폰툰 테더링 케이블; 한 쌍의 폰툰 모형 위에 거치되어 한 쌍의 폰툰 모형과 일체로 결합되며 해상의 작업대를 모사하는 작업데크 모형; 수중터널을 이루게 되는 터널모듈을 모사하도록 제작되어 침설 와이어에 의해 작업데크 모형의 아래쪽에서 한 쌍의 폰툰 모형 사이의 중앙 위치에서 매달려 설치되는 터널모듈 모형을 포함하여 구성되어; 침설 와이어의 신장에 의해 터널모듈 모형이 하강하도록 작동함으로써, 수중터널의 시공을 위하여 해상으로 이동된 터널모듈을 수중으로 침설시키는 과정을 모사하게 되는 것을 특징으로 하는 수중터널 구축을 위한 터널모듈의 침설 모의 실험장치가 제공된다.

또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 수중터널을 구축하기 위하여 프리캐스트 콘크리트로 이루어진 터널모듈을 수중으로 침설시키는 과정을 모의 실험하기 위한 방법으로서, 상기한 본 발명의 터널모듈의 침설 모의 실험장치를 이용하며; 나란하게 배치되고 작업데크 모형에 의해 일체로 결합되어 있는 한 쌍의 폰툰 모형을 폰툰 테더링 케이블을 이용하여 설치프레임에 매달아 설치하고, 터널모듈 모형을 침설 와이어에 결합하여 한 쌍의 폰툰 모형 사이의 중앙 위치에서 작업데크 모형의 아래에 매달아 설치하는 단계; 및 침설 와이어를 신장시켜 터널모듈 모형을 하강시키는 단계를 포함함으로써 수중터널의 시공을 위하여 해상으로 이동된 터널모듈을 수중으로 침설시키는 과정을 모사하게 되는 것을 특징으로 하는 수중터널 구축을 위한 터널모듈의 침설 모의 실험방법이 제공된다.

본 발명에 따른 침설 모의 실험장치 및 실험방법에서는 해상으로 이동된 터널모듈을 수중으로 침설시키는 과정과 그 때의 해상 및 수중 환경을 실험실에서 동일하게 구현할 수 있게 되며, 이를 이용하여 터널모듈의 침설 과정에 대한 사전 모의 실험을 수행할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에 따른 침설 모의 실험장치 및 실험방법에 의하면, 파도 및 조류가 작용하는 해상 및 수중의 상황을 반영한 형태로 터널모듈 침설 과정에 대한 사전 모의 실험을 수행할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 수중터널의 구축을 위하여 터널모듈이 해상으로 이동되고 수중으로 가라앉는 실제 현장에서의 침설 과정을 실험실에서 동일하게 구현하되, 특히 파도 및 조류가 작용하는 해상 및 수중의 상황에서 침설 작업이 이루어지는 상태를 정밀하게 모사하여 재현함으로써, 실제 현장에서 터널모듈이 침설되는 과정에서 터널모듈의 위치 변화를 사전에 검토하고 분석하여 모니터링함으로써 정확한 접합 위치로의 침설을 위하여 필요한 조건들을 정밀하게 파악할 수 있게 된다. 그에 따라 터널모듈의 침설 과정에서 발생할 수 있는 문제점을 사전에 파악하여 대비할 수 있게 되고, 따라서 실제 현장에서는 더욱 정확하고 정밀하며 안전하게 수중터널을 시공할 수 있게 되는 매우 유용한 장점이 발휘된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 침설 모의 실험장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 침설 모의 실험장치에 대한 개략적인 종방향 정면도이다.
도 3은 도 1의 침설 모의 실험장치에 대한 개략적인 횡방향 측면도이다.
도 4는 도 1의 침설 모의 실험장치에 대한 개략적인 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 침설 모의 실험장치의 개략적인 사시도이다.
도 6은 도 5의 침설 모의 실험장치에 대한 도 5의 화살표 A-A 위치에서의 개략적인 종방향 정면도이다.
도 7은 도 5의 침설 모의 실험장치에 대한 도 5의 화살표 B-B 위치에서의 개략적인 횡방향 측면도이다.
도 8은 도 5의 침설 모의 실험장치에 대한 개략적인 평면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 참고로 본 명세서에서는 수중터널이 연장되는 방향을 "종방향"이라고 기재하고, 수평면에서 이에 직교하는 방향을 "횡방향"이라고 기재하며, 수심방향을 "연직방향"이라고 기재한다. 아울러, 본 발명에 따른 터널모듈의 침설 모의 실험장치는 편의상 "침설 모의 실험장치"라고 약칭한다.

도 1에는 본 발명의 제1실시예에 따른 침설 모의 실험장치(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1에 도시된 침설 모의 실험장치(100)의 개략적인 종방향 정면도가 도시되어 있으며, 도 3에는 도 1에 도시된 침설 모의 실험장치(100)의 개략적인 횡방향 측면도가 도시되어 있다. 도 4에는 도 1에 도시된 침설 모의 실험장치(100)의 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 도 1에서 점선은 설치프레임(1)의 일부분에 대한 도시를 생략한 것이다.

본 발명에 따른 침설 모의 실험장치(100)는, 수중터널을 시공할 때 터널모듈을 침설시키는 상황을 모의(模擬) 또는 모사(模寫)하는 장치로서, 수중터널을 시공하기 위하여 해상으로 이동된 터널모듈을 수중으로 침설시키는 과정을 실험실에서 동일하게 시뮬레이션(simulation)하여 구현하기 위한 장치이다. 도면에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 침설 모의 실험장치(100)는, 설치프레임(1), 해상에 부유하는 폰툰(pontoon)을 모사하는 폰툰 모형(2), 상기 폰툰 모형(2)이 설치프레임(1)에 매달리게 하는 폰툰 테더링 케이블(3), 상기 폰툰 모형(2) 위에 거치되며 해상의 작업대를 모사하는 작업데크 모형(4), 수중터널을 이루게 되는 터널모듈을 모사하는 것으로서 침설 와이어(6)에 의해 작업데크 모형(4)에 매달리는 터널모듈 모형(5)을 포함하여 구성된다.

구체적으로 설치프레임(1)은 상기한 폰툰 모형(2), 작업데크 모형(4), 및 터널모듈 모형(5)이 공중에 매달린 채로 위치하게 만드는 것으로서, 연직부재(10)와 수평부재(11)로 이루어진 구조체로 이루어질 수 있다. 도면에 예시된 실시예의 경우, 설치프레임(1)은 직육면체에서 모서리에 해당하는 연직부재(10)와 수평부재(11)가 배치된 뼈대 형태의 구조체로 이루어져 있다. 경우에 따라서는 아래쪽에 위치하는 수평부재(11)는 생략할 수 있다. 설치프레임(1)에는 바퀴(12)가 구비될 수 있으며, 이렇게 바퀴(12)가 구비됨으로써 설치 장소를 필요한 곳으로 자유롭게 옮길 수 있게 된다.

폰툰 모형(2)은 수면에 부유하는 폰툰을 축소하여 모사하는 부재로서, 종방향으로 소정 길이로 연장된 형태의 부재로 이루어진다. 2개의 폰툰 모형(2)이 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치되는데, 그 상부에 횡방향으로 연장된 작업데크 모형(4)이 배치되어 폰툰 모형(2)과 결합됨으로써, 2개의 폰툰 모형과 작업데크 모형(4)이 일체를 이루게 된다.

나란하게 배치된 2개의 폰툰 모형(2)은 폰툰 테더링 케이블(3)에 의해 설치프레임(1)에 매달려서 공중에 떠있는 상태로 설치된다. 구체적으로 2개의 폰툰 모형(2) 각각에는 폰툰 테더링 케이블(3)의 일단이 결합되고, 폰툰 테더링 케이블(3)의 타단이 설치프레임(1)에 결합됨으로써 폰툰 모형(2)이 공중에 떠있는 상태로 설치프레임(1)에 매달려 설치되는 것이다. 폰툰 모형(2)은 종방향으로 소정 길이를 가지면서 길게 연장된 부재로 이루어지므로, 도면에 도시된 실시예의 경우에는 1개의 폰툰 모형(2)에서 종방향의 전방과 후방에 각각 폰툰 테더링 케이블(3)의 일단이 결합되고, 각각의 폰툰 테더링 케이블(3)의 타단은 설치프레임(1)의 모서리 부분에 결합되는 형태가 되어, 2개의 폰툰 모형(2)이 총 4개의 폰툰 테더링 케이블(3)에 의해 매달려 있는 형태로 설치되어 있다. 폰툰 테더링 케이블(3)의 개수는 필요에 따라 증감될 수 있다.

이와 같이 복수개의 폰툰 테더링 케이블(3)에 의해 2개의 폰툰 모형(2)을 매달아 설치함에 있어서, 폰툰 테더링 케이블(3) 각각의 길이는 시뮬레이션 내용에 따라 독립적으로 증감될 수 있는 구성을 가질 수 있다. 복수개의 폰툰 테더링 케이블(3)이 늘어뜨려진 길이는 시뮬레이션을 위하여 필요에 맞추어서 개별적으로 증감될 수 있는 것이다. 이를 위하여 도면에 도시된 실시예의 경우, 설치프레임(1)에는 윈치(13)가 설치되어 있고, 폰툰 테더링 케이블(3)의 타단이 윈치(13)에 감겨져 있어서, 윈치(13)의 회전에 따라 폰툰 테더링 케이블(3)의 길이가 늘어나거나 줄어드는 구성을 가지고 있다. 복수개의 폰툰 테더링 케이블(3)에 대해 그 늘어뜨려진 길이 즉, 폰툰 모형(2)을 매달고 있는 길이를 개별적으로 증감시킴으로써 폰툰 모형(2)이 다양한 형태로 요동(搖動)하도록 움직일 수 있게 된다. 따라서 작업자는 윈치(13)의 작동을 제어하는 등의 방법에 의하여 복수개의 폰툰 테더링 케이블(3) 길이를 필요에 맞게 개별적으로 증감시킴으로써, 실제 현장에서 폰툰이 해상에 떠있는 상태에서 파도에 의해 폰툰이 요동하는 상태를 그대로 모사할 수 있게 된다.

작업데크 모형(4)은 실제 공사 현장에서 작업자 및 작업장비 등이 놓이고 폰툰을 연결하는 작업데크를 모사하는 부재로서 횡방향으로 연장된 부재로 이루어진다. 앞서 설명한 것처럼 나란하게 배치된 2개의 폰툰 모형(2) 위에 횡방향으로 작업데크 모형(4)이 놓이고, 작업데크 모형(4)과 각각의 폰툰 모형(2)이 접합 등의 다양한 방식에 의해 결합되어 하나의 구조체를 이루게 된다. 도 4에 도시된 것처럼 작업데크 모형(4)은 종방향으로 소정 폭을 가진 판형의 부재가 복수개로 구비될 수도 있지만, 하나의 판형상 부재로 이루어질 수도 있다.

작업데크 모형(4)에는 침설(沈設) 와이어(wire)(6)를 당기거나 풀어주는 모터(M)가 구비되어 있다. 침설 와이어(6)는 그 일단이 모터(M)에 결합되고 타단은 작업데크 모형(4)의 아래쪽으로 연직하게 늘어뜨려져서 터널모듈 모형(5)에 결합됨으로써 터널모듈 모형(5)을 매달게 된다. 터널모듈 모형(5)은 수중터널을 이루게 되는 터널모듈을 모사하는 것으로서, 종방향으로 소정 길이로 연장되고 중공을 가지는 함체(函體) 형태의 부재로 이루어져서 실제 현장에서 시공되는 터널모듈을 축소시킨 형태로 제작된다. 터널모듈 모형(5)은 작업데크 모형(4)의 아래에서 침설 와이어(6)에 매달린 채로 2개의 폰툰 모형(2) 사이의 중앙 위치에서 종방향으로 연장된 형태로 배치된다. 침설 와이어(6)은 적어도 2개가 한 쌍을 이루어서 터널모듈 모형(5)의 횡방향 양측에 각각 일단이 결합된 형태로 구비되며, 이러한 한 쌍의 침설 와이어(6)는 터널모듈 모형(5)의 종방향 길이에 맞추어서 종방향으로 간격을 두고 복수개 위치에 구비될 수 있다. 침설 와이어(6)의 늘어뜨려진 길이가 증가되면서 터널모듈 모형(5)이 자중에 의해 아래로 하강함으로써, 실제 현장에서 터널모듈이 수중으로 침설되어 수중터널의 기설부분과의 연결 위치로 이동되는 상황을 모사하게 된다.

해상의 현장에서는 바람이나 조류(潮流)가 폰툰에 작용할 수 있다. 바람이나 조류에 의한 외란(外亂)은 폰툰에 종방향 및 횡방향의 수평력으로 작용하게 된다. 또한 터널모듈의 경우에도 외란이 작용할 수 있는데, 터널모듈이 수중으로 침설되는 과정에서 물속의 조류(潮流)로 인한 외란이 작용할 수 있는 것이다. 터널모듈에 작용하는 외란 역시 터널모듈에 종방향 및 횡방향의 수평력으로 작용하게 된다. 따라서 필요한 경우 본 발명에 따른 침설 모의 실험장치(100)에는 시공현장에서 바람이나 조류로 인하여 폰툰 및 터널모듈에 작용하는 외란을 반영하여 현장 상황을 모사할 수 있는 추가적인 구성이 더 구비될 수 있다.

도 5 내지 도 8에는 상기한 것처럼 외란을 반영하여 현장 상황을 모사할 수 있는 구성을 가진 본 발명의 제2실시예에 따른 침설 모의 실험장치(100)가 도시되어 있다. 구체적으로 도 5에는 본 발명의 제2실시예에 따른 침설 모의 실험장치(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 6에는 도 5의 화살표 A-A 위치에서 종방향의 후방을 향하여 바라본 침설 모의 실험장치(100)의 개략적인 종방향 정면도가 도시되어 있으며, 도 7에는 도 5의 화살표 B-B 위치에서 횡방향을 향하여 바라본 침설 모의 실험장치(100)의 개략적인 횡방향 측면도가 도시되어 있다. 도 8에는 도 5에 도시된 침설 모의 실험장치(100)의 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 도 1의 경우와 마찬가지로 도 5에서도 점선은 설치프레임(1)의 일부분에 대한 도시를 생략한 것이다.

도 5 내지 도 8에 도시된 실시예의 침설 모의 실험장치(100)에는, 바람이나 조류로 인하여 폰툰에 종방향 및 횡방향의 수평력으로 작용하는 외란을 모사할 수 있도록, 폰툰 모형(2)에 횡방향의 수평외력을 가하기 위한 횡측 폰툰가력부재(7a) 및 폰툰 모형(2)에 종방향의 수평외력을 가하기 위한 종측 폰툰가력부재(7b)가 구비되어 있다. 도 5 내지 도 8에 예시된 실시예의 경우에는, 횡측 폰툰가력부재(7a) 및 종측 폰툰가력부재(7b)로서 유압잭 등과 같이 그 길이가 증감되는 신축부재가 구비되어 있다. 즉, 도면에 예시된 실시예의 경우에는 폰툰 모형(2)의 횡방향 외측(서로 마주보는 측면의 반대쪽 측면)을 향하여 수평하게 횡방향으로 신축부재가 설치프레임(1)에 구비되어 있고, 종방향으로도 폰툰 모형(2)의 양측을 향하여 수평하게 신축부재가 배치되어 있어서, 신축부재의 신장에 의해 폰툰 모형(2)을 횡방향 및 종방향으로 밀어주는 구조를 가지는 것이다. 이를 통해서 바람이나 조류에 의해 폰툰이 횡방향 및 종방향으로 수평하게 움직이는 것을 그대로 모사할 수 있게 된다. 신축부재의 일단을 고정하기 위하여 설치프레임(1)에는 제1지지바(14a)가 더 구비될 수 있다.

도면에 도시된 실시예에서는 횡측 폰툰가력부재(7a) 및 종측 폰툰가력부재(7b)의 일예로서 유압잭 등과 같은 신축부재를 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 신축부재로서 와이어, 송풍기 또는 기타 다른 형태의 부재를 이용할 수 있다. 예를 들어 윈치 등에 감겨져 있는 와이어를 폰툰 모형(2)의 종방향 양단 및 횡방향 양단에 각각 결합하고 와이어를 당김으로써, 위와 마찬가지로 폰툰 모형(2)을 횡방향 및 종방향으로 수평이동시킬 수 있는 것이다. 물론 횡측 폰툰가력부재(7a) 및 종측 폰툰가력부재(7b)로서 신축부재와 와이어를 선택적으로 사용할 수도 있다. 또한 실제 바람을 일으키는 송풍기를 횡측 폰툰가력부재(7a) 및 종측 폰툰가력부재(7b)로서 사용할 수도 있다. 더 나아가, 횡측 폰툰가력부재(7a) 및 종측 폰툰가력부재(7b)를 생략하고, 실험자가 직접 폰툰 모형(2)을 횡방향 및 종방향으로 밀거나 당기는 형태로 수평이동을 유발할 수도 있다.

도 5 내지 도 8에 도시된 실시예의 침설 모의 실험장치(100)에는, 터널모듈이 수중으로 침설되는 과정에서 물속의 조류(潮流)로 인한 외란이 작용하는 상황을 모사할 수 있도록, 터널모듈 모형(5)에 횡방향의 수평외력을 가하기 위한 횡측 터널모듈 가력부재(8a) 및 터널모듈 모형(5)에 종방향의 수평외력을 가하기 위한 종측 터널모듈 가력부재(8b)가 더 구비되어 있다.

도 5 내지 도 8에 도시된 실시예의 경우, 횡측 터널모듈 가력부재(8a) 및 종측 터널모듈 가력부재(8b)는 모두 와이어로 이루어져 있다. 즉, 도면에 예시된 실시예의 경우에는 터널모듈 모형(5)의 횡방향 양측에는 각각 횡방향으로 연장된 와이어가 구비되어 있고 터널모듈 모형(5)의 종방향 양측에도 각각 종방향으로 연장된 와이어가 구비되어 있어서, 와이어를 당김으로써 터널모듈 모형(5)을 횡방향 및 종방향으로 움직이게 되는 것이다. 이를 통해서 터널모듈의 침설 과정에서 물속의 조류로 인하여 횡방향 및 종방향으로 수평하게 터널모듈에 작용하는 외력을 모사할 수 있게 된다.

횡측 터널모듈 가력부재(8a) 및 종측 터널모듈 가력부재(8b)로서 기능하는 와이어의 타단에는 와이어를 감거나 풀어주는 윈치가 구비되고, 이러한 윈치를 설치하기 위하여 설치프레임(1)에는 추가적인 제2지지바(14b)가 더 구비될 수 있다. 후술하는 것처럼 터널모듈 모형(5)은 침설 과정을 모사하기 위하여 점차로 하강하게 되는 바, 이러한 터널모듈 모형(5)의 하강에 맞추어서 횡측 터널모듈 가력부재(8a) 및 종측 터널모듈 가력부재(8b)로서 기능하는 와이어도 함께 하강할 수 있도록 제2지지바(14b) 역시 승하강 가능한 형태로 설치프레임(1)에 설치되는 것이 바람직하다. 예를 들어 제2지지바(14b)의 양단을 설치프레임(1)의 연직부재를 따라 움직일 수 있도록 결합함으로써 위와 같은 구성을 구현할 수 있다.

본 발명에서 횡측 터널모듈 가력부재(8a) 및 종측 터널모듈 가력부재(8b)는 상기한 와이어의 형태에 한정되는 것은 아니다. 앞서 설명한 횡측 폰툰가력부재(7a) 및 종측 폰툰가력부재(7b)와 마찬가지로, 횡측 터널모듈 가력부재(8a) 및 종측 터널모듈 가력부재(8b) 역시 유압잭 등과 같은 신축부재로 이루어질 수도 있으며, 바람을 일으키는 송풍기로도 구성될 수도 있다. 물론 횡측 터널모듈 가력부재(8a) 및 종측 터널모듈 가력부재(8b)를 생략하고, 실험자가 직접 터널모듈 모형(5)을 횡방향 및 종방향으로 밀거나 당기는 형태로 외력을 가할 수도 있다.

도 5 내지 도 8의 실시예에서는 횡측 폰툰가력부재(7a) 및 종측 폰툰가력부재(7b), 그리고 횡측 터널모듈 가력부재(8a) 및 종측 터널모듈 가력부재(8b)의 전부가 동시에 구비되어 있으나, 이들 가력부재들은 필요에 맞게 선택적으로 구비될 수 있다.

아래에서는 프리캐스트 콘크리트로 이루어진 터널모듈을 현장에서 수중으로 침설시키는 과정을 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 침설 모의 실험장치(100)를 이용하여 모의(simulation) 실험을 수행하는 과정의 일예를 설명한다.

나란하게 배치되고 작업데크 모형(4)에 의해 일체로 결합되어 있는 한 쌍의 폰툰 모형(2)을 폰툰 테더링 케이블(3)을 이용하여 설치프레임(1)에 매달아 설치한다. 이러한 작업의 전,후 또는 병행하여, 실제 시공하게 될 프리캐스트 콘크리트의 터널모듈을 축소시킨 형태로 제작된 터널모듈 모형(5)을 침설 와이어(6)에 결합하여 2개의 폰툰 모형(2) 사이의 중앙 위치에서 작업데크 모형(4)의 아래에 매달아 설치한다. 이러한 과정으로 모의 실험을 위한 준비 작업을 수행하게 된다.

수중터널을 시공하는 현장에서는 다양한 형태의 외란(外亂)이 작용하게 된다. 특히, 폰툰이 부유하는 해상에는 파도가 작용하므로, 필요한 경우, 이러한 파도 상황을 모사하기 위하여 본 발명에 따른 침설 모의 실험장치(100)에서는 복수개의 폰툰 테더링 케이블(3) 각각에 대하여 그 늘어뜨려진 길이를 개별적으로 증감시킴으로써, 파도에 의해 폰툰이 요동하는 것과 동일한 형태로 폰툰 모형(2)이 요동치게 만들게 된다. 도면에 예시된 실시예의 경우, 설치프레임(1)에 존재하는 4개의 상부 모서리 각각에 구비된 윈치(13)의 각각에 대하여 개별적으로 회전을 조절하여 폰툰 테더링 케이블(3)을 더 감거나 풀어줌으로써 폰툰 테더링 케이블(3)의 길이를 변화시키게 되며, 복수개의 폰툰 테더링 케이블(3)의 길이가 개별적으로 증감됨으로써 폰툰 모형(2)은 실제 파도가 칠 때 부유하고 있는 상태와 동일한 형태가 될 수 있도록 요동하는 것이다.

침설 모의 실험장치(100)에 횡측 폰툰가력부재(7a) 및 종측 폰툰가력부재(7b)가 더 구비되어 있는 경우에는, 횡측 폰툰가력부재(7a) 및 종측 폰툰가력부재(7b)를 작동시켜서 바람이나 조류에 의한 외란이 작용하여 폰툰에 종방향 및 횡방향의 수평력이 작용하는 것과 동일한 상태로 만들 수도 있다. 이러한 횡측 폰툰가력부재(7a) 및 종측 폰툰가력부재(7b)의 작동은 상기한 폰툰 테더링 케이블(3)의 제어에 의한 요동과는 독립적으로 즉, 병행하거나 또는 별개로 수행할 수 있다.

이와 같이 폰툰 모형(2)이 실제 현장 상황에 맞추어서 필요한 형태로 요동하거나 종방향/횡방향으로 이동하는 상태 또는 정지한 상태에서, 설계된 침설 속도에 맞추어서 침설 와이어(6)를 점차 신장시킴으로써 늘어뜨려서 터널모듈 모형(5)을 아래로 하강시킨다. 즉, 현장에서 설계된 침설 속도에 맞추어서 터널모듈이 수중으로 침설되는 상태를 모사할 수 있도록 침설 와이어(6)를 늘어뜨리면서 터널모듈 모형(5)을 하강시키는 것이다.

이 때, 횡측 터널모듈 가력부재(8a) 및 종측 터널모듈 가력부재(8b)가 침설 모의 실험장치(100)에 더 구비되어 있는 경우에는 횡측 터널모듈 가력부재(8a) 및 종측 터널모듈 가력부재(8b)를 작동시켜서 실제 현장에서 터널모듈을 침설시키는 동안에 물속의 조류에 의해 터널모듈에 외력이 가해지는 상태를 모사한 형태로 터널모듈 모형(5)을 하강시켜서 침설 모의실험을 수행할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 침설 모의 실험장치(100)에서는 해상의 현장으로 이동된 터널모듈을 수중으로 침설시키는 과정과 그 때의 해상 및 수중 환경을 실험실에서 동일하게 구현할 수 있게 되며, 이를 이용하여 터널모듈의 침설 과정에 대한 사전 모의실험을 수행함으로써, 실제 현장에서 터널모듈이 침설되는 과정에서 터널모듈의 위치 변화를 모니터링하여 정확한 접합 위치로의 침설을 위하여 필요한 조건들을 정밀하게 파악할 수 있게 되고, 그에 따라 터널모듈의 침설 과정에서 발생할 수 있는 문제점을 사전에 파악하여 대비할 수 있게 된다. 따라서 더욱 정확하고 정밀하며 안전하게 수중터널을 시공할 수 있게 되는 매우 유용한 장점이 발휘된다.

1: 설치프레임
2: 폰툰 모형
3: 폰툰 테더링 케이블
4: 작업데크 모형
5: 터널모듈 모형
6: 침설 와이어
7a: 횡측 폰툰가력부재
7b: 종측 폰툰가력부재
8a: 횡측 터널모듈 가력부재
8b: 종측 터널모듈 가력부재
10: 연직부재
11: 수평부재
12: 바퀴
13: 윈치
14a: 제1지지바
14b: 제2지지바

Claims

수중터널을 구축하기 위한 터널모듈을 수중으로 침설시키는 과정을 모의 실험하기 위한 장치로서,
설치프레임(1);
해상에 부유하는 폰툰을 모사하도록 제작되어 서로 나란하게 간격을 두고 배치되는 한 쌍의 폰툰 모형(2);
한 쌍의 폰툰 모형(2)이 설치프레임(1)에 매달리게 하는 복수개의 폰툰 테더링 케이블(3);
한 쌍의 폰툰 모형(2) 위에 거치되어 한 쌍의 폰툰 모형(2)과 일체로 결합되며 해상의 작업대를 모사하는 작업데크 모형(4);
수중터널을 이루게 되는 터널모듈을 모사하도록 제작되어 침설 와이어(6)에 의해 작업데크 모형(4)의 아래쪽에서 한 쌍의 폰툰 모형(2) 사이에 매달려 설치되는 터널모듈 모형(5)을 포함하여 구성되어;
침설 와이어(6)의 신장에 의해 터널모듈 모형(5)이 하강하도록 작동함으로써, 수중터널의 시공을 위하여 해상으로 이동된 터널모듈을 수중으로 침설시키는 과정을 모사하게 되는 것을 특징으로 하는 수중터널 구축을 위한 터널모듈의 침설 모의 실험장치.
제1항에 있어서,
복수개의 폰툰 테더링 케이블(3)은 각각 개별적으로 그 길이가 증감되도록 설치되어, 폰툰 모형(2)을 요동치게 만들 수 있게 되어 폰툰이 현장에서 파도치는 해상에 부유하고 있는 상태를 모사할 수 있는 것을 특징으로 하는 수중터널 구축을 위한 터널모듈의 침설 모의 실험장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
폰툰 모형(2)에 횡방향의 수평외력을 가하여 폰툰 모형(2)을 횡방향으로 수평이동시키기 위한 횡측 폰툰가력부재(7a); 및
폰툰 모형(2)에 종방향의 수평외력을 가하여 종방향으로 수평이동시키기 위한 종측 폰툰가력부재(7b)가 더 구비되어 있어서;
바람이나 조류에 의한 외란으로 인하여 해상에 부유하는 폰툰에 종방향 및 횡방향의 수평력이 작용하는 것을 모사할 수 있는 것을 특징으로 하는 수중터널 구축을 위한 터널모듈의 침설 모의 실험장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
터널모듈 모형(5)에 횡방향의 수평외력을 가하여 터널모듈 모형(5)을 횡방향으로 수평이동시키기 위한 횡측 터널모듈 가력부재(8a); 및 터널모듈 모형(5)에 종방향의 수평외력을 가하여 종방향으로 수평이동시키기 위한 종측 터널모듈 가력부재(8b)가 더 구비되어 있어서;
물속의 조류에 의한 외란으로 인하여 터널모듈이 침설되는 과정에서 터널모듈에 종방향 및 횡방향의 수평력이 작용하는 것을 모사할 수 있는 것을 특징으로 하는 수중터널 구축을 위한 터널모듈의 침설 모의 실험장치.
수중터널을 구축하기 위하여 프리캐스트 콘크리트로 이루어진 터널모듈을 수중으로 침설시키는 과정을 모의 실험하기 위한 방법으로서,
설치프레임(1); 해상에 부유하는 폰툰을 모사하도록 제작되어 서로 나란하게 간격을 두고 배치되는 한 쌍의 폰툰 모형(2); 한 쌍의 폰툰 모형(2)이 설치프레임(1)에 매달리게 하는 복수개의 폰툰 테더링 케이블(3); 한 쌍의 폰툰 모형(2) 위에 거치되어 한 쌍의 폰툰 모형(2)과 일체로 결합되며 해상의 작업대를 모사하는 작업데크 모형(4); 및 수중터널을 이루게 되는 터널모듈을 모사하도록 제작되어 침설 와이어(6)에 의해 작업데크 모형(4)의 아래쪽에서 한 쌍의 폰툰 모형(2) 사이의 중앙 위치에서 매달려 설치되는 터널모듈 모형(5)을 포함하여 구성된 터널모듈의 침설 모의 실험장치를 이용하며;
나란하게 배치되고 작업데크 모형(4)에 의해 일체로 결합되어 있는 한 쌍의 폰툰 모형(2)을 폰툰 테더링 케이블(3)을 이용하여 설치프레임(1)에 매달아 설치하고, 터널모듈 모형(5)을 침설 와이어(6)에 결합하여 한 쌍의 폰툰 모형(2) 사이의 중앙 위치에서 작업데크 모형(4)의 아래에 매달아 설치하는 단계; 및
침설 와이어(6)를 신장시켜 터널모듈 모형(5)을 하강시키는 단계를 포함함으로써,
수중터널의 시공을 위하여 해상으로 이동된 터널모듈을 수중으로 침설시키는 과정을 모사하게 되는 것을 특징으로 하는 수중터널 구축을 위한 터널모듈의 침설 모의 실험방법.
제5항에 있어서,
터널모듈의 침설 모의 실험장치에 구비된 복수개의 폰툰 테더링 케이블(3)은 각각 개별적으로 그 길이가 증감되도록 설치되어 있어서,
폰툰 테더링 케이블(3)의 길이를 개별적으로 증감시킴으로써, 파도치는 해상에 폰툰이 부유하고 있는 상태를 모사하여 폰툰 모형(2)이 요동치는 상태에서 침설 와이어(6)를 신장시켜서 터널모듈 모형(5)을 하강시키는 것을 특징으로 하는 수중터널 구축을 위한 터널모듈의 침설 모의 실험방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
바람이나 조류에 의한 외란으로 인하여 해상에 부유하는 폰툰에 종방향 및 횡방향의 수평력이 작용하는 것을 모사할 수 있도록 폰툰 모형(2)에 횡방향의 수평외력을 가하는 횡측 폰툰가력부재(7a), 및 폰툰 모형(2)에 종방향의 수평외력을 가하는 종측 폰툰가력부재(7b)가 터널모듈의 침설 모의 실험장치에 더 구비되어 있으며;
침설 와이어(6)를 신장시켜서 터널모듈 모형(5)을 하강시킬 때, 바람이나 조류에 의한 외란으로 인하여 해상에 부유하는 폰툰에 종방향 및 횡방향의 수평력이 작용하는 것을 모사할 수 있도록 횡측 폰툰가력부재(7a) 또는 종측 폰툰가력부재(7b)를 작동시켜서 폰툰 모형(2)을 횡방향으로 수평이동시키거나 또는 종방향으로 수평이동시키는 것을 특징으로 하는 수중터널 구축을 위한 터널모듈의 침설 모의 실험방법.
제5항 또는 제6항에 있어서,
물속의 조류에 의한 외란으로 인하여 터널모듈이 침설되는 과정에서 터널모듈에 종방향 및 횡방향의 수평력이 작용하는 것을 모사할 수 있도록 터널모듈 모형(5)에 횡방향의 수평외력을 가하는 횡측 터널모듈 가력부재(8a) 및 터널모듈 모형(5)에 종방향의 수평외력을 가하는 종측 터널모듈 가력부재(8b)가 터널모듈의 침설 모의 실험장치에 더 구비되어 있어서,
침설 와이어(6)를 신장시켜서 터널모듈 모형(5)을 하강시킬 때, 물속의 조류로 인하여 터널모듈 모형(5)에 종방향 및 횡방향의 수평력이 작용하는 것을 모사할 수 있도록 횡측 터널모듈 가력부재(8a) 또는 종측 터널모듈 가력부재(8b)를 작동시켜서 터널모듈 모형(5)을 횡방향으로 수평이동시키거나 또는 종방향으로 수평이동시키는 것을 특징으로 하는 수중터널 구축을 위한 터널모듈의 침설 모의 실험방법.