KR102215505B1 - 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널 시공 방법 - Google Patents

터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널 시공 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널 시공 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 미리 굴착한 파일럿 터널 내에서 본 터널의 전주면을 향하여 터널의 전주면에 선지보재를 설치하고 압력 그라우팅함으로써 맥상 그라우팅되어 터널의 전주면을 완전 차수시켜 터널을 형성할 수 있는 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널 시공 방법에 관한 것이다.
본 터널 굴착 예정 라인(15) 내에서 본 터널(13)의 크기보다 작은 크기의 파일럿 터널(12)을 굴착하는 공정과; 상기 파일럿 터널(12)의 내부에서 본 터널 굴착 예정 라인(15)을 통과하여 터널의 전주면을 향하여 천공홀(18)을 천공하는 공정과; 상기 천공홀(18)에 선지보재(14)를 삽입하는 공정과; 상기 선지보재(14)가 삽입된 천공홀에 팩커를 팽창시켜 그라우팅하는 공정과; 본 터널(13)을 굴착하는 공정과; 본 터널(13) 굴착후 굴착면에 노출된 선지보재(14)를 터널 내의 판형구조체와 고정하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널 시공 방법{Construction method of internal pre-support tunnel for complete blocking water of all directions of the tunnel}
본 발명은 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널 시공 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 미리 굴착한 파일럿 터널 내에서 본 터널 전주면을 향하여 터널의 전주면에 선지보재를 설치하고 압력 그라우팅하여 맥상 그라우팅되게 함으로써 터널의 전주면이 완전 차수되는 터널을 형성할 수 있는 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널 시공 방법에 관한 것이다.
선지보 터널은 토사 터널을 시공하거나 대단면 터널 내에서 파일럿 터널을 선굴착한 후, 선지보재를 파일럿 터널에서 본 터널을 지보하기 위하여 본 터널 외측에 방사 방향으로 설치하는 터널을 말한다.
이러한 선지보 터널은 일반적으로 대단면 또는 연약 지반 터널에 적용되는 것으로써 천단부의 120도 구간이나 연약한 지반 조건에서도 터널의 바닥면을 기준으로 하여 상부측으로만 선지보재를 설치하였다.
도 1은 현재 주로 시공되는 선지보 터널의 단면도를 나타낸다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 터널 바닥선(6)의 상부측의 천단부의 120도 구간에만 선지보재(4)가 설치되고 압력 그라우팅하기 때문에 터널의 상부측에만 차수가 되는 문제점이 있었다.
종래의 NATM공법과 이를 변형한 개선된 보조 공법은 완전 차수를 위하여 강관다단을 막장 전방에 콘 형태로 경사 배치하여 그라우팅하고 그 내부를 터널굴착 하였다. 이는 정확한 경사 각도로 그라우팅 시공이 필요하고 지반 정보를 완전히 확인하지 않은 상태에서의 그라우팅으로 비경제적이고 차수 성능과 지보 능력이 부족한 문제점이 있었다.
본 발명은 완전 차수가 되는 터널을 굴착하기 위하여 파일럿 터널을 미리 굴착하고 본 터널 굴착 예정 라인을 향하여 터널 전주면을 향하여 선지보재를 설치하고 가압 그라우팅함으로써 맥상 그라우팅되어 터널 전주면의 차수가 완벽하게 구현되는 터널 전주면 완전 차수 선지보 터널을 제공하는 데 있다.
본 발명의 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 본 터널 굴착 예정 라인(15) 내에 본 터널(13)의 크기보다 작은 크기의 파일럿 터널(12)을 굴착하는 공정과; 상기 파일럿 터널(12)의 내부에서 본 터널 굴착 예정 라인(15)을 통과하여 터널의 전주면을 향하여 천공홀(18)을 천공하는 공정과; 상기 천공홀(18)에 선지보재(14)를 삽입하는 공정과; 상기 선지보재(14)가 삽입된 천공홀에 팩커를 팽창시켜 그라우팅하는 공정과; 본 터널(13)을 굴착하는 공정과; 본 터널(13) 굴착 후 굴착면에 노출된 선지보재(14)를 터널 내의 판형 지보재와 고정하는 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 하나의 양태에 따르면, 상기 그라우팅 공정은 압력 그라우팅을 함으로써 충진 그라우팅 구근과 맥상 그라우팅 구근이 형성되어 차수가 완벽히 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 하나의 양태에 따르면, 선지보된 본 터널(13)을 굴착할 때, 최대 굴진장으로 일정하게 반복하여 굴착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 하나의 양태에 따르면, 상기 천공홀(18)의 간격은 등간격으로 배치 또는 지반 여건에 따라 다른 간격으로 배치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 하나의 양태에 따르면, 차수 목적을 위하여 선지보재(14)들 사이에 추가로 천공하여 용액형 차수를 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 하나의 양태에 따르면, 상기 파일럿 터널(12)은 쉴드 공법이나 TBM공법을 적용하거나 발파 굴착으로 시공하며 본 터널(13)은 발파나 전통적인 방법으로 굴착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 하나의 양태에 따르면, 상기 압력 그라우팅에는 8000㎠/g 이상의 분말도를 가지는 마이크로 시멘트나 우레탄을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널의 시공 방법은 파일럿 터널에 본 터널의 굴착 예정 라인을 통하여 복수의 선지보재를 터널 전주면에 설치하고 가압 그라우팅을 함으로써 맥상 그라우팅되어 터널 전주면이 완전 차수가 이루어지는 효과가 있다.
터널의 전주면에 설치된 선지보재(14)들 사이에 추가로 천공하여 실리카 졸, 우레탄과 같은 용액형 차수를 함으로써 차수를 더욱 보강하는 효과를 나타낸다.
또한, 파일럿 터널에서 본 터널의 굴착 예정 면을 관통하여 복수의 선지보재를 터널의 전주면에 설치하고 가압 그라우팅하여 시공함으로써 전주면에 걸쳐 터널 전주면이 보다 안정적인 구조를 가지는 터널을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 도로나 철도의 배수 터널에서 종래의 선지보 터널의 개념을 도시한 도면이다.
도 2는 선지보재가 전주면에 설치된 본 발명의 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널에서 터널 단면 공간 구성을 복층 터널로 실시한 형태를 도시한 도면이다.
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명하기로 한다.
우선, 용어를 정의하면, "원지반"이란 터널이 계획된 흐트러지지 않은 지반을 말하는 것으로, 더욱 상세하게는 본 터널의 외측 지반을 본 터널 원지반이라 하고, 파일럿 터널 외측 지반을 파일럿 터널 원지반이라 한다.
"파일럿 터널"이란 구조적으로 안전성을 쉽게 확보할 수 있는 본 터널 내부에 형성하는 본 터널의 단면보다 작은 단면의 터널로서, 파일럿 터널 굴착에 따른 변위가 본 터널에 구조적 영향을 미치지 않거나 변위의 발생 정도가 미소하도록, 본 터널의 선지보재를 설치하고자 하는 굴착 예정면과 파일럿 터널 굴착면이 이격을 갖도록 설치하는 터널이다. 파일럿 터널은 본 터널보다 먼저 굴착을 하는 것으로 본 터널 지반을 관찰하는 역할과 본 터널의 원지반에 선지보재를 설치하는 작업 공간 역할을 한다.
"본 터널"이란 최종 목적물 터널을 정의하는 것으로, 굴착과 지보를 완료한 후, 사용되는 터널을 일컬는다.
"선지보재"란 공학적인 설명으로는 본 터널의 원지반에 변위와 응력의 증가가 없거나 미소하게 발생한 상태에서 원지반에 본 터널을 굴착하기 전에 미리 설치한 네일을 말한다. 미리 설치된 선지보재는 본 터널의 막장을 굴착하는 순간부터 지보력을 발휘하게 된다.
본 터널의 원지반에 선지보재를 설치할 때 변위와 응력의 증가가 없는 상태에서 선지보하는 방법은 본 터널보다 작은 단면의 파일럿 터널을 본 터널 굴착면과 파일럿 터널 굴착면이 이격되도록 하여 파일럿 터널의 굴착면의 변위의 영향이 본 터널 굴착면에 미치지 않도록 하고 파일럿 터널의 내부에서 본 터널의 전주면에 선지보재를 설치하는 것이다.
선지보재의 재료는 고강도이면서 연신율은 원지반의 연신율보다 커야 안전성이 좋다. 철근, 다발철근, 강관, GRP(Glass Reinforced Plastic)와 같은 선재는 모두 사용이 가능하다.
선지보재는 드릴로 천공하고 삽입하여 그라우팅으로 고정한다. 그라우팅 재료는 레진 캡슐 또는 시간적 화학 변화가 적은 무기계 재료인 시멘트계를 사용하고 차수를 주 목적으로 할 때에는 우레탄과 실리카졸 같은 용액형을 지반 조건에 따라 선지보재 사이에 천공하여 그라우팅 할 수 있다.
"갱내 선지보재"는 본 터널의 굴착면에서 일정 거리를 이격하여 굴착면을 갖는 파일럿 터널에서 본 터널의 굴착면을 향하여 천공홀을 천공할 수 있는 드릴로 파일럿 터널에서 본 터널 굴착면을 지나 본 터널 원지반에 터널 안정에 요구되는 길이만큼 천공하고 네일을 본 터널의 원지반에 밀어넣어 레진이나 그라우팅 또는 기계적 팽창력으로 고정한 것을 말한다.
"판형 지보재"라 함은 터널 굴착면에 설치되는 판형의 부재가 굴착면과 부착된 형태를 통칭하는 것으로 강섬유 숏크리트 또는 숏크리트와 그 내부를 보강하는 와이어 매쉬, 보강 철근 케이지(Rinforce Steel Cage)가 조합된 것과, 이외에도 프리 캐스트 조각판을 선지보재에 지압판으로 고정하고 굴착면과 프리 캐스트 조각판 사이를 몰탈 또는 시멘트 밀크로 그라우팅하는 것도 판형 지보재라 한다.
도 2는 갱내 선지보 터널의 전주면에 선지보재가 설치되는 본 발명의 갱내 선지보 터널 전주면 완전 차수 터널의 단면도를 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 터널 굴착 예정 라인(15)보다 크기가 작은 파일럿 터널(12)을 굴착한다. 상기 파일럿 터널(12)은 그 단면이 원형을 가진다. 그러나, 파일럿 터널(12)의 단면은 원형 뿐만아니라 다른 형상으로도 형성할 수 있다.
상기 파일럿 터널(12)을 굴착한 후, 본 터널 굴착 예정 라인(15)을 향하여 복수 개의 천공홀(18)을 천공한다. 상기 천공홀(18)은 본 터널(13)(본 터널 굴착 전에는 파일럿 터널의 원지반이라 부른다)의 전주면에 걸쳐 설치하며 설치 각도는 등간격으로 할 수도 있고 원지반(11)의 지반 여건에 따라 다른 간격으로 설치할 수도 있다. 또한, 선지보재(14)의 길이도 지반 여건에 따라 길고 짧은 선지보재(14)를 조합하여 설치할 수 있고 이에 맞추어 천공홀(18)의 길이도 또한 지반 여건에 따라 부분적으로 길이를 달리하여 천공할 수 있다.
상기 천공홀(18)은 파일럿 터널의 굴착선에서 본 터널(13)의 굴착선을 통과하여 터널의 구조적 안정성을 확보하기 위한 길이로 시공시 발생하는 슬라임 잔류량을 고려한 여유장을 더한 길이로 천공하고 천공홀(18) 내에 그라우팅 호스와 스톱퍼 및 포대 팩커를 선단에 장착한 선지보재(14)를 삽입하여 설치한다.
선지보재(14)의 길이는 본 터널(13)의 구조적 안정성을 확보하기 위한 길이에 본 터널(13)의 굴착 예정 라인(15)에서 지압판을 선지보재(14) 선단에 설치하기 위한 길이를 더한 것으로 한다. 파일럿 터널(12)의 외측까지 초연약 지반일 때는 파일럿 터널(12)의 굴착 예정 라인으로부터 본 터널(13)의 굴착 예정 라인(15)까지 길이를 더한 길이로 설치할 수도 있다.
선지보재(14)의 설치 방법은 파이프를 선지보재 선단에 연결하여 본 터널(13)의 굴착 예정면에 지압판을 채우기에 적당한 길이가 돌출되도록 설치한다. 여유있게 많이 돌출되면 물론 절단하여 판형 지보재와 연결되도록 설치한다.
선지보재와 판형 지보재의 연결방법은 본 터널의 굴착면에 실링 숏크리트를 하고 노출된 선지보재에 지압판을 삽입하여 너트로 조인 후 추가 숏크리트를 하는 방법과, 지압판에 철근을 부착하여 부착된 철근과 격자지보 또는 스틸리브와 일체화되도록 하고 추가 숏크리트를 취부하여 지압판과 격자지보 또는 스틸리브가 숏크리트에 묻히도록 시공한다.
선지보재(14)에 부착되는 그라우팅 호스는 팩커 주입용 호스와 천공홀 주입 용 호스, 토출 호스로 구성되고, 상향 주입일 때에는 토출 호스가 선지보재(14) 선단까지 길게 설치되고 천공홀 주입 호스가 팩커 쪽에 짧게 설치되고, 하향 주입일 때는 천공홀 주입용 호스와 토출 호스의 위치와 길이가 서로 바뀌게 된다.
그라우팅 방법은 시멘트 밀크를 주입하여 팩커를 팽창시킨 후, 시멘트 밀크로 압력 그라우팅하여 그라우팅 구근(17)이 형성되게 하고 더욱 압력 그라우팅하여 선지보재(14)와 이웃하는 선지보재(14) 사이의 원지반에 맥상 그라우팅 구근이 형성되도록 주입한다. 상기와 같이 형성된 그라우팅 구근(17)과 맥상 그라우팅 구근(19)이 형성됨에 의해 터널의 전주면에 걸쳐 완전 차수가 되게 된다. 또한, 압력 그라우팅에는 8000㎠/g 이상의 분말도를 가지는 마이크로 시멘트나 우레탄을 사용할 수도 있다.
압력 그라우팅 공정이 끝나면, 파일럿 터널(12)과 본 터널 굴착 예정 라인(15) 사이의 파일럿 터널 원지반을 굴착하여 본 터널(13)을 굴착한다. 본 터널(13) 굴착 후, 본 터널(13)의 굴착면에 판형 지보재와 선지보재(14)를 일체화시켜 본 터널(13)의 지보를 완료한다.
도 3은 본 발명에 따른 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널로 구성된 터널의 한 실시형태를 도시한 도면이다. 굴착이 완료된 본 터널(13)의 라이닝(22) 내의 하부측에는 홍수 조절 수로와 같은 하부 여유 공간(21)이 설치되고, 그 상부에 제1 슬라브(20) 및 제2 슬라브(20')가 설치되고 각각의 슬라브 상부에는 교통 수단(23) 및/또는 사람이 통행 가능하다. 그리고 강제 환기가 필요하다면, 환기팬(24)을 터널의 천단부에 설치한다.
도 2 및 도 3에 도시된 파일럿 터널(12)은 단면이 원형이므로 쉴드 공법이나 TBM공법을 적용하거나 발파 굴착으로 시공하며 본 터널(13)은 발파나 전통적인 방법으로 굴착할 수도 있다.
전주면에 설치하는 선지보재(14)를 시공하는 과정에서 그라우팅을 하는 방법은 본 발명에서 매우 중요하다. 선지보재(14)는 터널의 안정 외에도 차수 목적을 달성하기 위하여 간격을 조정하여야 할 수도 있다. 그리고 지반 조건에 따라서 차수를 위한 주입제를 선택할 수도 있다.
차수의 성능을 증가시키기 위하여, 선지보재(14)들 사이에 추가로 천공하여 실리카 졸, 우레탄과 같은 용액형 주입제를 그라우팅하여 차수를 할 수 있다.
또한, 선지보재를 한 칸 걸러서 시공 완료 후, 그 사이를 천공 그라우팅하여 원지반의 차수 성능을 향상시킬 수 있다.
11 : 원지반 12 : 파일럿 터널
13 : 본 터널 14 : 선지보재
15 : 본 터널 굴착 예정 라인 16 : 숏크리트
17 : 충진 그라우팅 구근 18 : 천공홀
19 : 맥상 그라우팅 구근 20, 20': 슬라브
21 : 하부 여유 공간 22 : 라이닝
23 : 교통 수단 24 : 환기팬

Claims (7)

  1. 본 터널 굴착 예정 라인(15) 내에서 본 터널(13)의 크기보다 작은 크기의 파일럿 터널(12)을 굴착하는 공정과;
    상기 파일럿 터널(12)의 내부에 본 터널 굴착 예정 라인(15)을 통과하여 터널의 전주면을 향하여 천공홀(18)을 천공하는 공정과;
    상기 천공홀(18)에 선지보재(14)를 삽입하는 공정과;
    상기 선지보재(14)가 삽입된 천공홀에 팩커를 팽창시켜 그라우팅하는 공정과;
    본 터널(13)을 굴착하는 공정과;
    본 터널(13) 굴착후 굴착면에 노출된 선지보재(14)를 터널 내의 판형 지보재와 고정하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널 시공 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 그라우팅 공정은 압력 그라우팅을 함으로써 충진 그라우팅 구근과 맥상 그라우팅 구근이 형성되어 차수가 완벽히 되도록 하는 것을 특징으로 하는 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널 시공 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    선지보된 터널의 전주면에서 본 터널(13)을 굴착할 때, 최대 굴진장으로 일정하게 반복하여 굴착하는 것을 특징으로 하는 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널 시공 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 천공홀(18)의 간격은 등간격으로 배치 또는 지반 여건에 따라 다른 간격으로 배치하는 것을 특징으로 하는 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널 시공 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    차수를 보강하기 위하여 선지보재(14)들 사이에 추가로 천공홀을 천공하여 용액형 차수를 하는 것을 특징으로 하는 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널 시공 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 파일럿 터널(12)은 쉴드 공법이나 TBM공법을 적용하거나 발파 굴착으로 시공하며 본 터널(13)은 발파나 전통적인 방법으로 굴착하는 것을 특징으로 하는 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널 시공 방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 압력 그라우팅에는 8000㎠/g 이상의 분말도를 가지는 마이크로 시멘트나 우레탄을 사용하는 것을 특징으로 하는 터널 전주면 완전 차수 갱내 선지보 터널 시공 방법.
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