KR102218073B1 - 신축 세그먼트 및 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 tbm 터널 뒷채움 방법 - Google Patents

신축 세그먼트 및 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 tbm 터널 뒷채움 방법 Download PDF

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Abstract

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine) 터널 시공시 사용되는 신축 세그먼트(segment)에 있어서, 상기 신축 세그먼트(100)는, 상기 TBM 터널의 벽면구축에 사용하도록 본체를 이루는 고정부(110)와, 상기 고정부(110)에 내장되고, 팽창되어 굴착면(R)에 밀착되는 신축부(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축 세그먼트가 제공된다.
또한, 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법에 있어서, 상기 신축 세그먼트(100)는 일정 간격으로 설치되어 신축 세그먼트(100) 사이의 분할된 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn)을 형성하며, 상기 신축 세그먼트(100)를 순차적으로 팽창시켜 상기 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn) 내의 지하수 유동을 차단한 상태에서 뒷채움재를 충전하되, 상기 신축 세그먼트(100) 사이에는 일반 세그먼트(20)가 설치되는 것을 특징으로 하는 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법이 제공된다.

Description

신축 세그먼트 및 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법{Shield TBM Tunnel Backfill Method Using stretchy Segment and stretchy Segment}
본 발명은 신축 세그먼트 및 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신축 세그먼트를 이용하여 지하수 흐름이 차단된 상태에서 뒷채움을 함으로써 뒷채움 효과를 향상시킬 수 있는 신축 세그먼트 및 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법에 관한 것이다.
통상, 터널 굴착을 위한 시공방법은 발파 굴착에 의한 재래식 시공방법과 터널 보오링 머신(TBM)의 굴착에 의해 현대화된 기계식 시공방법으로 양분된다.
그런데, 재래식 시공방법에 의한 터널의 시공은 과다한 용지보상비와 노무인력 확보의 어려움, 시공과정에서의 교통체중과 소음 및 진동에 의한 민원발생 등으로 인하여 현실적인 적용상의 문제점과 한계점을 지속적으로 드러내고 있다.
따라서 근래에 들어 선진국을 비롯한 우리나라에서는 현대화된 기계식 시공방법에 의한 터널 시공 실적이 날로 증가하는 추세에 있다.
이러한 추세는 지속적으로 경제적인 선진화가 이루어지면서 삶의 질 향상을 위해 소음 및 진동 등에 의한 환경 피해를 최소화하기 위한 환경 친화적인 건설시공이 요구되는 환경 변화에 따른 것이다.
특히, 기계식 터널 시공방법 중에서 쉴드(shield) 터널 시공방법은 TBM의 굴착 및 추진에 의해 터널을 시공하면서 TBM의 전면부와 후면부에 굴착면(R)을 보호하기 위한 쉴드장비를 연결하여 막장 후방에서 터널 벽면 형상의 원통형 세그먼트(segment)를 조립해 나가며 터널을 구축하는 공법으로, 터널 직경과 굴착면 방호설비의 설치방식에 따라 쉴드(shield) TBM 터널 시공방법과 마이크로 쉴드(micro shield) 또는 세미 쉴드(semi shield) TBM 터널 시공방법으로 분류된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 쉴드공법은 연약지반이나 대수지반에 터널을 만들 때 사용되는 굴착공법으로, 철제로된 원통형의 쉴드를 수직구 안에 투입시켜 커터헤드를 회전시키면서 터널을 굴착하고, 쉴드 뒤쪽에서 세그먼트(segment)를 반복해 설치하면서 터널을 만들어 나가는 방식이다.
따라서 쉴드 통과 지역은 필연적으로 굴착면(R)과 세그먼트(20) 사이에 공극이 발생하고, 안정화를 위해 상기 공극을 액상의 뒷채움재를 주입하여 충전하게 된다.
또한, 뒷채움의 주입방식은 주입위치에 따라 TBM 장비 후방에서 주입하는 동시주입, 장비 10m 후방에서 주입하는 즉시주입 및 장비 70m 후방에서 주입하는 후방주입으로 나눠진다.
또한, 뒷채움재는 A액(시멘트+물)과 B액(경화제+물)은 별도의 압송관을 통해서 주입구까지 압송되어 두 약액이 주입구에서 혼합되면서 상기 공극에 충전된 후 경화된다.
이때, 상기 공극에 지하수 흐름양이 많을 경우, 지하수에 의해 뒷채움재의 배합비가 흐트러지거나 유실될 수 있다.
즉, 지하수에 의해 씻겨져서 TBM의 챔버를 통해 유실됨으로써 주입제 손실이 많거나 지하수에 희석됨으로써 배합비가 흐트러져 경화되지 않은 액상이 존속할 수 있다.
또한, 주입구 주변에서는 농축된 상태로 경화되지만 주입구로부터 멀어진 지점에서는 희석되어 경화되지 못함으로서 뒷채움 상태의 연속석이 떨어질 수 있고, 경화반응이 느리거나 발생하지 않아 뒷채움재가 액상으로 존치되어 뒷채움 효과가 결여될 수 있다.
따라서 뒷채움이 부실하게 되면 지반이 침하되고, 터널 구조물이 손상되면서 균열이 발생되어 지하수가 유출되면서 터널의 구조적 안전성에 악영향을 끼치게 됨으로 터널의 안정성이나 시공 효율이 크게 저하되는 문제가 있다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0877580호 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1550159호 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1482883호 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2019-0049121호 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2011-0078408호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 신축 세그먼트를 일정 간격으로 다수개 설치하여 신축 세그먼트 사이의 뒷채움 구간을 단계별로 구획하고, 신축 세그먼트를 순차적으로 팽창시켜 신축 세그먼트 사이의 뒷채움 구간 내의 지하수 흐름을 차단시킨 상태에서 뒷채움재를 충전함으로써 뒷채움재와 지하수의 접촉을 최소화한 신축 세그먼트 및 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine) 터널 시공시 사용되는 신축 세그먼트(segment)에 있어서, 상기 신축 세그먼트(100)는, 상기 TBM 터널의 벽면구축에 사용하도록 본체를 이루는 고정부(110)와, 상기 고정부(110)에 내장되고, 팽창되어 굴착면(R)에 밀착되는 신축부(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 신축 세그먼트가 제공된다.
또한, 상기 신축 세그먼트(100)는 상기 신축부(120)가 상기 고정부(110) 내측에 수축된 상태로 설치된 후, 상기 신축부(120)를 팽창시켜 굴착면(R)과 밀착되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 고정부(110)는, 상부와 하부가 개방되어 관통된 형상으로서, 본체를 이루는 프레임부(111)와, 상기 프레임부(111) 내측 소정위치에 결합되어 상기 프레임부(111)의 개방된 하부면을 덮는 마감판(112)을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 신축부(120)는, 상기 프레임부(111)의 내측에 구비되도록 상기 마감판(112) 상부에 놓여지고, 상부와 하부가 개방되어 관통된 형상의 신축튜브(121)와, 상기 신축튜브(121)의 상부측에 구비되어 상기 신축튜브(121)의 개방된 상부면을 덮는 튜브 보호판(122)과, 상기 신축튜브(121)의 상단부 내측에 끼워져 상기 튜브 보호판(122)에 일체로 결합되는 압착틀(123)과, 상기 신축뷰트(121)의 하단부에 접착되면서 상기 마감판(112)에 결합되는 결속틀(124)을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 신축튜브(121)는, 상부와 하부측 방향을 따라 다단으로 포개어 접을 수 있는 다수개의 주름층(T)이 형성된 튜브몸체(121a)와, 상기 튜브몸체(121a)의 하단에는 하부측으로 돌출되어 그 외벽이 상기 결속틀(124)의 내측면과 접착되는 결속틀 접착부(121b)와, 상기 튜브몸체(121a)의 상단에는 상기 튜브 보호판(122)과 접하는 보호판 접합부(121c)와, 상기 보호판 접합부(121c)의 하부측에 상기 압착틀(123)이 구비되며, 상기 압착틀(123)의 외벽을 감싸면서 상기 보호판 접합부(121c)와 튜브몸체(121a)를 연결하는 압착틀 커버부(121d)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 마감판(112)은, 상기 마감판(112)의 상부측으로 돌출되어 상기 신축튜브(121)의 결속틀 접착부(121b) 내벽과 접하는 결속용 브라켓(112a)과, 상기 마감판(112)의 소정의 위치에 형성되어 상기 신축튜브(121)를 팽창시키는 팽창제가 투입되는 팽창제 주입구(112b)와, 상기 마감판(112)의 하부측에 다수개 결합되는 보강리브(112c)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 신축튜브(121)는, 상기 튜브몸체(121a)의 주름층(T)이 포개어 접혀져 상기 프레임부(111)의 내측에 형성된 내부공간(G) 내에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신축튜브(121)의 주름층(T)이 포개어 접혀져 상기 프레임부(111)의 내부공간(G) 내에 구비될 때, 상기 튜브 보호판(122)은 상기 프레임부(111)의 개방된 상부면을 덮는 구조인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신축튜브(121)는, 상기 마감판(112)의 팽창제 주입구(112a)를 통해 주입되는 팽창제에 의해 포개어 접혀져 있던 상기 튜브몸체(121a)의 주름층(T)이 펼쳐지면서 팽창되어 상기 튜브 보호판(122)이 상기 굴착면(R)에 밀착되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 압착틀(123) 및 결속틀(124)은 MDF 합판으로 이루어지고, 상기 튜브몸체(121a)의 주름층(T)은 3단으로 형성되며, 상기 마감판(112)은 상기 프레임부(111)의 하부측으로부터 2/3H 지점에 용접 결합되는 것이 바람직하다.
한편, 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법에 있어서, 상기 신축 세그먼트(100)는 일정 간격으로 설치되어 신축 세그먼트(100) 사이의 분할된 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn)을 형성하며, 상기 신축 세그먼트(100)를 순차적으로 팽창시켜 상기 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn) 내의 지하수 유동을 차단한 상태에서 뒷채움재를 충전하되, 상기 신축 세그먼트(100) 사이에는 일반 세그먼트(20)가 설치되는 것을 특징으로 하는 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법이 제공된다.
또한, 상기 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법은, a, 기설정된 방향으로 굴착되는 예상 굴착면에 소정 간격으로 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn)을 구획하는 단계(S110); b, 상기 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn)의 구획된 경계 위치에 신축 세그먼트의 설치 위치(A1,A2,…,An+₁)를 설정하는 단계(S120); c, 상기 쉴드 TBM 장비(10)를 작동시켜 제1 신축 세그먼트 설치 위치(A1)까지 굴착하는 단계(S130); d, 상기 제1 신축 세그먼트 설치 위치(A1)에 제1 신축 세그먼트(100a)를 설치하고 팽창시키는 단계(S140); e, 상기 쉴드 TBM 장비(10)를 작동시켜 제2 신축 세그먼트 설치 위치(A2)까지 굴착하는 단계(S150); f, 상기 제2 신축 세그먼트 설치 위치(A2)에 제2 신축 세그먼트(100b)를 설치하고 팽창시키는 단계(S160); g, 상기 제1 신축 세그먼트(100a)와 제2 신축 세그먼트(100b) 사이의 제1 뒷채움 구간에 뒷채움재를 충전하는 단계(S170);를 포함하고, 상기 e단계(S150)부터 g단계(S170)를 기설정된 상기 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn)을 충전할 때 까지 반복하도록 구성되는 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법이 제공된다.
또한, 상기 신축 세그먼트(100)는 상기 튜브몸체(121a)의 주름층(T)이 포개어 접혀져 상기 프레임부(111)의 내부공간(G) 내에 구비된 상태로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신축 세그먼트(100)를 팽창시키는 방법은, 상기 마감판(112)의 팽창제 주입구(112b)를 통해 주입되는 팽창제에 의해 상기 신축튜브(121)의 주름층(T)이 펼쳐지면서 팽창되어 상기 튜브 보호판(122)이 상기 굴착면(R)에 밀착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 뒷채움재를 충전하는 g단계(S170)는, g-1, 상기 제1 신축 세그먼트(100a)의 굴착방향인 전방에 설치된 일반 세그먼트(20a)의 그라우트공에 뒷채움재 주입관(300)을 설치하는 단계(S171); g-2, 상기 제2 신축 세그먼트(100b)의 굴착방향의 반대방향인 후방에 설치된 일반 세그먼트(20b)의 그라우트공에 지하수 배수관(400)을 설치하는 단계(S172); g-3, 상기 뒷채움재 주입관(300)에 뒷채움재를 주입하는 단계(S173); g-4, 상기 지하수 배수관(400)을 통해 지하수를 배수시키는 단계(S174);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법이 제공된다.
또한, 상기 신축 세그먼트의 설치 위치(A1,A2,…,An+₁) 중 최종 신축 세그먼트의 설치 위치(An+₁)는 상기 쉴드 TBM 장비(10)의 직후방에 설치된다.
또한, 상기 쉴드 TBM 장비(10)의 직후방에 최종 신축 세그먼트(An+₁)가 설치됨으로써 최종 뒷채움 구간(Dn)에 차있는 지하수가 TBM 장비(10)의 챔버 내부로의 유입을 차단할 수 있어 챔버를 개방하여 굴착 비트의 점검과 교환이 용이한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 새로운 형태의 신축 세그먼트를 제공할 수 있으며, 이러한 신축 세그먼트를 이용하여 지하수 흐름이 차단된 상태에서 뒷채움을 함으로써 뒷채움 효과를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 쉴드 TBM 터널의 뒷채움 방법을 개략적으로 도시한 측면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 일반 세그먼트를 개략적으로 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널의 뒷채움 방법을 개략적으로 도시한 측면도,
도 4는 도 3의 'A-A'부의 단면을 나타낸 단면도,
도 5는 도 3의 'B-B'부의 단면을 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 신축 세그먼트의 팽창전(a) 및 팽창후(b)를 개략적으로 도시한 사시도,
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 신축부의 결속을 도시한 분해 사시도,
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 신축부와 프레임부의 결속을 도시한 분해 사시도,
도 9는 도 6의 'C-C'부의 단면을 나타낸 단면도,
도 10은 본 발명에 따른 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법에 대한 공정 순서도,
도 11은 본 발명에 따른 뒷채움재를 충전하는 방법에 대한 공정 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
첨부된 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 일반 세그먼트를 개략적으로 도시한 사시도, 도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널의 뒷채움 방법을 개략적으로 도시한 측면도, 도 4는 도 3의 'A-A'부의 단면을 나타낸 단면도, 도 5는 도 3의 'B-B'부의 단면을 나타낸 단면도, 도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 신축 세그먼트의 팽창전(a) 및 팽창후(b)를 개략적으로 도시한 사시도, 도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 신축부의 결속을 도시한 분해 사시도, 도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 신축부와 프레임부의 결속을 도시한 분해 사시도, 도 9는 도 6의 'C-C'부의 단면을 나타낸 단면도, 도 10은 본 발명에 따른 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법에 대한 공정 순서도, 도 11은 본 발명에 따른 뒷채움재를 충전하는 방법에 대한 공정 순서도이다.
도 2 이하에 도시된 바와 같이, 쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine) 터널 시공시 사용되는 신축 세그먼트(segment)(100)는 상기 TBM 터널의 벽면구축에 사용하도록 본체를 이루는 고정부(110)와, 상기 고정부(110)에 내장되고, 팽창되어 굴착면(R)에 밀착되는 신축부(120)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 신축 세그먼트(100)는 TBM 터널의 벽면 구축에 사용되도록 원주형을 이루도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 신축 세그먼트(100)는 상기 신축부(120)가 상기 고정부(110) 내측에 수축된 상태로 설치된 후, 상기 신축부(120)를 팽창시켜 굴착면(R)과 밀착된다.
한편, 상기 고정부(110)는 상부와 하부가 개방되어 관통된 형상으로서, 본체를 이루는 프레임부(111)와, 상기 프레임부(111) 내측 소정위치에 결합되어 상기 프레임부(111)의 개방된 하부면을 덮는 마감판(112)을 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 프레임부(111)는 신축튜브(121), 튜브 보호판(122), 압착틀(123) 및 결속틀(124)을 포함하여 이루어진다.
상기 신축튜브(121)는 상기 프레임부(111)의 내측에 구비되도록 상기 마감판(112) 상부에 놓여지고, 상부와 하부가 개방되어 관통된 형상으로 구비된다.
또한, 상기 튜브 보호판(122)은 상기 신축튜브(121)의 상부측에 구비되어 상기 신축튜브(121)의 개방된 상부면을 덮도록 구비된다.
또한, 상기 압착틀(123)은 상기 신축튜브(121)의 상단부 내측에 끼워져 상기 튜브 보호판(122)에 일체로 결합되도록 구비된다.
또한, 상기 결속틀(124)은 상기 신축뷰트(121)의 하단부에 접착되면서 상기 마감판(112)에 결합되도록 구비된다.
또한, 상기 압착틀(123) 및 결속틀(124)은 MDF 합판으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 신축튜브(121)는 튜브몸체(121a), 결속틀 접착부(121b), 보호판 접합부(121c) 및 압착틀 커버부(121d)를 포함하여 이루어진다.
상기 튜브몸체(121a)는 상부와 하부측 방향을 따라 다단으로 포개어 접을 수 있는 다수개의 주름층(T)이 형성된다.
또한, 상기 결속틀 접착부(121b)는 상기 튜브몸체(121a)의 하단에서 하부측으로 돌출되어 그 외벽이 상기 결속틀(124)의 내측면과 접착도록 형성된다.
또한, 상기 보호판 접합부(121c)는 상기 튜브몸체(121a)의 상단에서 상기 튜브 보호판(122)과 접하도록 형성된다.
그리고 상기 보호판 접합부(121c)의 하부측에 상기 압착틀(123)이 구비되며, 상기 압착틀(123)의 외벽을 감싸면서 상기 보호판 접합부(121c)와 튜브몸체(121a)를 연결하는 상기 압착틀 커버부(121d)가 형성된다.
즉, 상기 압착틀 커버부(121d)와 보호판 접합부(121c)는 연속적으로 형성된 것으로서, 압착틀 커버부(121d)와 보호판 접합부(121c) 내측으로 상기 압착틀(123)이 끼워진다.
이에 따라 상기 압착틀(123)과 뷰트 보호판(122) 사이에 상기 보호판 접합부(121c)가 구비되며, 상기 튜브 보호판(122)에 나사공이 형성됨으로써 상기 튜브 보호판(122)과 보호판 접합부(121c) 및 압착틀(123)은 나사 체결되어 결합된다.
또한, 상기 튜브 보호판(122)의 하부면에는 상기 신축튜브(121)의 보호판 접합부(121b)와 대응되는 튜브 접합부(122a)가 형성되고, 상기 튜브 접합부(122a)에 나사공(h1)이 형성된다.
또한, 상기 신축튜브(121)는 상부면과 하부면이 개방되면서 원통형이거나 다각형을 이루는 형상으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 튜브몸체(121a)의 주름층(T)은 3단으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 마감판(112)은, 상기 마감판(112)의 상부측으로 돌출되어 상기 신축튜브(121)의 결속틀 접착부(121b) 내벽과 접하여 지지하는 결속용 브라켓(112a)과, 상기 마감판(112)의 소정의 위치에 형성되어 상기 신축튜브(121)를 팽창시키는 팽창제가 투입되는 팽창제 주입구(112b)와, 상기 마감판(112)의 하부측에 다수개 결합되는 보강리브(112c)를 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 마감판(112)은 상기 프레임부(111)의 하부측으로부터 2/3H 지점에 용접 결합된다.
또한, 상기 마감판(112)의 가장자리에는 다수개의 결속공(h2)이 형성된다.
그리고 상기 프레임부(111)와 결속용 브라켓(112a) 사이에는 상기 결속틀(124)이 구비되며, 상기 마감판(112)과 상기 결속틀(124)은 상기 결속공(h2)을 통해 나사 체결되어 결합된다.
한편, 상기 신축튜브(121)는, 상기 튜브몸체(121a)의 주름층(T)이 포개어 접혀져 상기 프레임부(111)의 둘레벽 내측에 형성된 내부공간(G) 내에 구비된다.
또한, 상기 신축튜브(121)의 주름층(T)이 포개어 접혀져 상기 프레임부(111)의 내부공간(G) 내에 구비될 때, 상기 튜브 보호판(122)은 상기 프레임부(111)의 개방된 상부면을 덮는 구조로 구비된다.
즉, 상기 튜브 보호판(122)은 상기 신축튜브(121)가 수축된 상태일 때, 상기 프레임부(111)의 상부덮개로써 구비된다.
즉, 상기 신축튜브(121)가 수축된 상태일 때, 신축 세그먼트(100)는 하나의 밀폐된 함체 형상으로 구비되어 보관, 운반, 설치 시 까지 함체 형상을 유지한다.
또한, 상기 신축튜브(121)는, 상기 마감판(112)의 팽창제 주입구(112a)를 통해 주입되는 팽창제에 의해 포개어 접혀져 있던 상기 튜브몸체(121a)의 주름층(T)이 펼쳐지면서 팽창되어 상기 튜브 보호판(122)이 상기 굴착면(R)에 밀착된다.
즉, 상기 신축 세그먼트(100)는 상기 팽창제 주입구(112b)를 통해 팽창제가 상기 프레임부(111) 내측으로 주입되어 상기 신축튜브(121)를 팽창시켜 상기 마감판(112)을 굴착면(R)에 밀착시킴으로써 세그먼트와 굴착면 사이의 공극을 차단할 수 있다.
이때, 상기 팽창제는 시멘트 페이스트를 사용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 신축 세그먼트(100)를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법에 있어서, 상기 신축 세그먼트(100)는 일정 간격으로 설치되어 신축 세그먼트(100) 사이의 분할된 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn)을 형성한다.
또한, 상기 신축 세그먼트(100) 사이에는 일반 세그먼트(20)가 설치되며, 상기 신축 세그먼트(100)를 순차적으로 팽창시켜 상기 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn) 내의 지하수 유동을 차단한 상태에서 뒷채움재를 충전하는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법은, a, 기설정된 방향으로 굴착되는 예상 굴착면에 소정 간격으로 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn)을 구획하는 단계(S110)와, b, 상기 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn)의 구획된 경계 위치에 신축 세그먼트의 설치 위치(A1,A2,…,An+₁)를 설정하는 단계(S120)와, c, 상기 쉴드 TBM 장비(10)를 작동시켜 제1 신축 세그먼트 설치 위치(A1)까지 굴착하는 단계(S130)와, d, 상기 제1 신축 세그먼트 설치 위치(A1)에 제1 신축 세그먼트(100a)를 설치하고 팽창시키는 단계(S140)와, e, 상기 쉴드 TBM 장비(10)를 작동시켜 제2 신축 세그먼트 설치 위치(A2)까지 굴착하는 단계(S150)와, f, 상기 제2 신축 세그먼트 설치 위치(A2)에 제2 신축 세그먼트(100b)를 설치하고 팽창시키는 단계(S160)와, g, 상기 제1 신축 세그먼트(100a)와 제2 신축 세그먼트(100b) 사이의 제1 뒷채움 구간에 뒷채움재를 충전하는 단계(S170)를 포함하여 이루어진다.
그리고 상기 e단계(S150)부터 g단계(S170)를 기설정된 상기 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn)을 충전할 때 까지 반복하도록 구성되면서 터널 시공을 완료한다.
또한, 상기 신축 세그먼트(100)는 상기 튜브몸체(121a)의 주름층(T)이 포개어 접혀져 상기 프레임부(111)의 내부공간(G) 내에 구비된 상태로 설치된다.
또한, 상기 신축 세그먼트(100)를 팽창시키는 방법은, 상기 마감판(112)의 팽창제 주입구(112b)를 통해 주입되는 팽창제에 의해 상기 신축튜브(121)의 주름층(T)이 펼쳐지면서 팽창되어 상기 튜브 보호판(122)이 상기 굴착면(R)에 밀착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 뒷채움재를 충전하는 g단계(S170)는 g-1, 상기 제1 신축 세그먼트(100a)의 굴착방향인 전방에 설치된 일반 세그먼트(20a)의 그라우트공에 뒷채움재 주입관(300)을 설치하는 단계(S171)와, g-2, 상기 제2 신축 세그먼트(100b)의 굴착방향의 반대방향인 후방에 설치된 일반 세그먼트(20b)의 그라우트공에 지하수 배수관(400)을 설치하는 단계(S172)와, g-3, 상기 뒷채움재 주입관(300)에 뒷채움재를 주입하는 단계(S173)와, g-4, 상기 지하수 배수관(400)을 통해 지하수를 배수시키는 단계(S174)를 포함하여 이루어진다.
즉, 상기 뒷채움재 주입관(300)을 통해 뒷채움재가 주입되는 동시에 상기 지하수 배수관(400)을 통해 뒷채움재가 충전된 양만큼 지하수를 배수시킴으로써 뒷채움재 주입관(300)의 주입압 상승을 방지하여 충전효과를 높일 수 있다.
또한, 상기 신축 세그먼트의 설치 위치(A1,A2,…,An+₁) 중 최종 신축 세그먼트의 설치 위치(An+₁)는 상기 쉴드 TBM 장비(10)의 직후방에 설치되는 것이 바람직하다.
이는 상기 쉴드 TBM 장비(10)의 직후방에 최종 신축 세그먼트(An+₁)가 설치됨으로써 최종 뒷채움 구간(Dn)에 차있는 지하수가 TBM 장비(10)의 챔버 내부로의 유입을 차단할 수 있어 챔버를 개방하여 굴착 비트의 점검과 교환 시에 쾌적하고 안전한 작업환경을 제공할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
10 : 쉴드 TBM 장비 11 : 커터 헤드
20 : 세그먼트 100 : 신축 세그먼트
110 : 고정부 111 : 프레임부
112 : 마감판 112a : 결속용 브라켓
112b : 팽창제 주입구 112c : 보강리브
120 : 신축부 121 : 신축튜브
121a : 튜브몸체 121b : 결속틀 접착부
121c : 보호판 접합부 121d : 압착틀 커버부
122 : 튜브 보호판 123 : 압착틀
124 : 결속틀 300 : 뒷채움재 주입관
400 : 지하수 배수관 R : 굴착면
T : 주름층 G : 프레임부의 내부공간

Claims (12)

  1. 쉴드 TBM(Tunnel Boring Machine) 터널 시공시 사용되는 신축 세그먼트(segment)에 있어서,
    상기 신축 세그먼트(100)는,
    상기 TBM 터널의 벽면구축에 사용하도록 본체를 이루는 고정부(110)와,
    상기 고정부(110)에 내장되고, 팽창되어 굴착면(R)에 밀착되는 신축부(120)를 포함하며,
    상기 신축 세그먼트(100)는 상기 고정부(110) 내측에 수축된 상태로 설치된 후 상기 신축부(120)를 팽창시켜 굴착면(R)과 밀착시키고
    상기 고정부(110)는,
    상부와 하부가 개방되어 관통된 형상으로서, 본체를 이루는 프레임부(111)와,
    상기 프레임부(111) 내측 소정위치에 결합되어 상기 프레임부(111)의 개방된 하부면을 덮는 마감판(112)을 포함하며
    상기 신축부(120)은 상기 프레임부(111)의 내측에 구비되도록 상기 마감판(112) 상부에 놓여지되, 상부와 하부가 개방되어 관통된 형상의 신축튜브(121)와, 상기 신축튜브(121)의 상부측에 구비되어 상기 신축튜브(121)의 개방된 상부면을 덮는 튜브 보호판(122)과, 상기 신축튜브(121)의 상단부 내측에 끼워져 상기 튜브 보호판(122)에 일체로 결합되는 압착틀(123)과, 상기 신축뷰트(121)의 하단부에 접착되면서 상기 마감판(112)에 결합되는 결속틀(124)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 신축 세그먼트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 신축튜브(121)는,
    상부와 하부측 방향을 따라 다단으로 포개어 접을 수 있는 다수개의 주름층(T)이 형성된 튜브몸체(121a)와,
    상기 튜브몸체(121a)의 하단에는 하부측으로 돌출되어 그 외벽이 상기 결속틀(124)의 내측면과 접착되는 결속틀 접착부(121b)와,
    상기 튜브몸체(121a)의 상단에는 상기 튜브 보호판(122)과 접하는 보호판 접합부(121c)와,
    상기 보호판 접합부(121c)의 하부측에 상기 압착틀(123)이 구비되며, 상기 압착틀(123)의 외벽을 감싸면서 상기 보호판 접합부(121c)와 튜브몸체(121a)를 연결하는 압착틀 커버부(121d)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 신축 세그먼트.
  6. 제5항에 있어서, 상기 마감판(112)은,
    상기 마감판(112)의 상부측으로 돌출되어 상기 신축튜브(121)의 결속틀 접착부(121b) 내벽과 접하는 결속용 브라켓(112a)과,
    상기 마감판(112)의 소정의 위치에 형성되어 상기 신축튜브(121)를 팽창시키는 팽창제가 투입되는 팽창제 주입구(112b)와,
    상기 마감판(112)의 하부측에 다수개 결합되는 보강리브(112c)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 신축 세그먼트.
  7. 제6항에 있어서, 상기 신축튜브(121)는,
    상기 튜브몸체(121a)의 주름층(T)이 포개어 접혀져 상기 프레임부(111)의 내측에 형성된 내부공간(G) 내에 구비되는 것을 특징으로 하는 신축 세그먼트.
  8. 제7항의 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법에 있어서,
    상기 신축 세그먼트(100)는 일정 간격으로 설치되어 신축 세그먼트(100) 사이의 분할된 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn)을 형성하며,
    상기 신축 세그먼트(100)를 순차적으로 팽창시켜 상기 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn) 내의 지하수 유동을 차단한 상태에서 뒷채움재를 충전하되,
    상기 신축 세그먼트(100) 사이에는 일반 세그먼트(20)가 설치되는 것을 특징으로 하는 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법은,
    a, 기설정된 방향으로 굴착되는 예상 굴착면에 소정 간격으로 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn)을 구획하는 단계(S110);
    b, 상기 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn)의 구획된 경계 위치에 신축 세그먼트의 설치 위치(A1,A2,…,An+₁)를 설정하는 단계(S120);
    c, 상기 쉴드 TBM 장비(10)를 작동시켜 제1 신축 세그먼트 설치 위치(A1)까지 굴착하는 단계(S130);
    d, 상기 제1 신축 세그먼트 설치 위치(A1)에 제1 신축 세그먼트(100a)를 설치하고 팽창시키는 단계(S140); 제1 신축 세그먼트 설치 및 팽창 단계
    e, 상기 쉴드 TBM 장비(10)를 작동시켜 제2 신축 세그먼트 설치 위치(A2)까지 굴착하는 단계(S150);
    f, 상기 제2 신축 세그먼트 설치 위치(A2)에 제2 신축 세그먼트(100b)를 설치하고 팽창시키는 단계(S160);
    g, 상기 제1 신축 세그먼트(100a)와 제2 신축 세그먼트(100b) 사이의 제1 뒷채움 구간에 뒷채움재를 충전하는 단계(S170);를 포함하여 이루어지고,
    상기 e단계(S150)부터 g단계(S170)를 기설정된 상기 뒷채움 구간(D1,D2,…,Dn)을 충전할 때 까지 반복하도록 구성되는 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 신축 세그먼트(100)는 상기 튜브몸체(121a)의 주름층(T)이 포개어 접혀져 상기 프레임부(111)의 내부공간(G) 내에 구비된 상태로 설치되는 것을 특징으로 하는 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 신축 세그먼트의 설치 위치(A1,A2,…,An+₁) 중 최종 신축 세그먼트의 설치 위치(An+₁)는 상기 쉴드 TBM 장비(10)의 직후방에 설치되는 것을 특징으로 하는 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 쉴드 TBM 장비(10)의 직후방에 최종 신축 세그먼트(An+₁)가 설치됨으로써 최종 뒷채움 구간(Dn)에 차있는 지하수가 TBM 장비(10)의 챔버 내부로의 유입을 차단할 수 있어 챔버를 개방하여 굴착 비트의 점검과 교환이 용이한 것을 특징으로 하는 신축 세그먼트를 이용한 쉴드 TBM 터널 뒷채움 방법.















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