KR102223086B1 - 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법 및 파이프 루프를 이용한 터널 구조물 - Google Patents

파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법 및 파이프 루프를 이용한 터널 구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널을 확폭하고, 파이프 루프 보강을 통해 관통부를 갱구부에 위치시켜 완전히 일방향으로 터널을 관통할 수 있는 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법 및 파이프 루프를 이용한 터널 구조물에 관한 것으로, 터널의 일측 갱구에서 일방향 굴착을 진행하며, 터널의 타측 갱구로부터 이격거리를 두고 이격지점을 선정하며, 파이프 루프가 삽입되는 보강지점을 선정하는 이격지점 및 보강지점 선정 단계; 상기 이격지점에서부터 상기 보강지점까지 터널을 확폭 굴착하는 확폭 굴착 단계; 상기 보강지점에서부터 터널의 타측 갱구까지 상기 파이프 루프를 보강하는 보강 단계; 및 터널의 일측 갱구에서 터널의 타측 갱구를 향하는 일방향으로만 터널을 굴착하여, 터널의 타측 갱구에서 터널을 관통하는 관통 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이며, 파이프 루프를 이용한 터널 구조물은 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법을 통해 시공되는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법 및 파이프 루프를 이용한 터널 구조물 {One-way tunnel excavation method using pipe roof and tunnel structure using pipe roof}
본 발명은 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법과 이를 이용한 터널 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널을 확폭하고, 파이프 루프를 통해 보강함에 따라 관통부를 터널 내부에서 형성하지 않고 갱구에서 형성하여, 완전하게 일방향 굴착으로 터널을 관통할 수 있는 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법 및 파이프 루프를 이용한 터널 구조물에 관한 것이다.
터널을 시공하는 방법은 터널의 시점 및 종점부에서 갱구부를 형성하고 각 갱구부에서 양방향으로 굴착하는 것이 일반적이다. 이때 터널 내부에서 관통부를 형성하여 관통한 후 굴착 공사를 완료하게 된다. 관통부는 관통되는 지반조건에 관계없이 구조적 안정성을 확보해야 하므로 지반조건이 유리한 터널의 내부에 위치하는 것이 일반적이다.
도 1은 종래의 일반적인 관통방법을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 터널(10) 굴착시 공사기간 단축과 안정적인 터널 굴착을 위해 관통부를 터널 내부에 계획하고, 시점부(20)와 종점부(30)에서 동시에 굴착하는 양방향 굴착이 계획된다. 이 경우, 굴착 장비 진입과 터널 굴착에 따른 생성물(버럭)을 처리할 수 있는 공사용 작업로를 시점부(20)와 종점부(30)에 설치하여야 하며, 또한 각 갱구마다 공사에 필요한 부대시설을 설치한 후 터널 굴착을 진행한다.
그러나 이와 같은 터널 양방향 굴착 시공방법은 다음과 같은 문제점이 있다. 터널(10) 굴착을 위한 시점부(20)와 종점부(30)는 터널(10)의 특성상 진입이 어려운 산악 지형에 위치하는 경우가 대부분이며, 이에 따라 터널공사를 위한 공사용 작업로 연장이 길어지고 작업로 개설이 어려운 문제점이 있다. 또한, 작업로를 계획하더라도 시공단계에서 주변 민원에 의해 작업로 설치가 불가능하여 민원이 해결되기까지 공사가 중지되는 경우가 발생한다.
이에 따라 터널(10)의 시점부(20)와 종점부(30) 중 어느 한쪽의 작업로 개설이 어려운 경우, 도 2와 같이 작업로 개설이 가능한 위치에서 먼저 일방향으로 굴착을 수행하고, 최대한 갱구부에 근접하도록 터널(10)을 굴착한 후 관통지점(40)을 보강하여 민원이 해결되기까지 장시간 대기한다. 이후 민원이 해결되면 반대편 갱구에서 작업로를 개설하고 굴착작업을 통해 터널을 관통해야 한다.
구체적으로, 도 2를 참조하면, 시점부(20)에서 굴착을 진행하는 경우 최대한 종점부(30)에 가깝게 굴착을 진행하고, 종점부(30)에 공사용 작업로 개설 및 갱구 토공, 부대시설을 설치한 후 터널 굴착공사를 시행한 후 비로써 터널을 관통할 수 있게 된다.
그러나 이와 같은 양방향 굴착의 문제점은 터널공사를 위해 종점부(30)에 공사용 작업로를 개설해야 하고, 갱구부 조성을 위한 토공 공사 및 공사중 기계, 전기 등 부대시설을 설치한 후 굴착공사를 통해 터널을 관통시켜야 한다. 이때 작업로 개설은 민원해결이 전제되어야 하며, 민원이 해결되지 않으면 진입로 개설이 불가능하여 공사를 중단해야 하므로 상당한 시간과 비용이 드는 문제가 있다. 또한, 민원이 해결되어 진입로를 개설하여도 터널 굴착 및 관통을 위해서는 갱구부 작업과 부대시설을 설치한 후 터널 굴착을 진행해야 하는 문제점이 발생하게 된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0129485호는 종래의 "터널 굴착 방법 및 터널 굴착 구조"를 개시하고 있다. 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0129485호에 개시되어 있는 터널 굴착 시공방법은 강관압입에 의한 파일럿 터널을 관통한 이후에 이를 통해 소형장비 반입으로 반대편 갱구부의 토공작업을 진행하여 터널을 관통하는 것이지만, 파일럿 터널 형성을 위한 강관압입 공정의 시공성 및 경제성 불량, 소형장비 특성에 따른 시공성 불량, 반대편 갱구부의 토공 및 터널 굴착 작업을 진행함에 따라 상기의 문제점을 해결하고 있지 못한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 터널을 확폭하고, 파이프 루프를 통해 관통방향의 갱구부까지 보강함에 따라 공사용 진입로 미개설, 갱구부 토공 배제, 공사중 부대시설 설치 없이 완전하게 일방향에서 터널을 관통할 수 있는 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법 및 파이프 루프를 이용한 터널 구조물에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법은, 터널의 일측 갱구에서 일방향 굴착을 진행하며, 터널의 타측 갱구로부터 이격거리를 두고 이격지점을 선정하며, 파이프 루프가 삽입되는 보강지점을 선정하는 이격지점 및 보강지점 선정 단계; 상기 이격지점에서부터 상기 보강지점까지 터널을 확폭 굴착하는 확폭 굴착 단계; 상기 보강지점에서부터 터널의 타측 갱구까지 상기 파이프 루프를 보강하는 보강 단계;및 터널의 일측 갱구에서 터널의 타측 갱구를 향하는 일방향으로만 터널을 굴착하여, 터널의 타측 갱구에서 터널을 관통하는 관통 단계;를 포함하며, 상기 파이프 루프는 터널의 타측 갱구에서부터 외부를 향하여 돌출되며, 상기 파이프 루프는 그라우팅으로 보강되며, 터널의 타측 갱구로 돌출되는 상기 파이프 루프의 선단부를 막을 수 있는 선단 그라우팅 장치를 더 포함하며, 상기 그라우팅으로 상기 파이프 루프 보강시, 상기 파이프 루프의 선단부는 막혀있으며, 상기 선단 그라우팅 장치는 상기 파이프 루프의 선단부 외부로 그라우트재가 빠져 나가는 것을 방지하며, 터널의 타측 갱구로 돌출되는 상기 파이프 루프 하부에는, 상기 파이프 루프를 지지하는 강지보공이 세워지며, 상기 강지보공은 터널이 관통되기 전에 세워지는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법에서 터널이 관통되는 관통지점은 터널 내부에서 형성되지 않으며, 상기 관통지점은 터널의 타측 갱구에서 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법의 상기 파이프 루프의 길이는 12m 내지 40m이며, 상기 파이프 루프의 직경은 100mm 내지 400mm인 것이 바람직하며, 상기 파이프 루프는 터널의 타측 갱구에서부터 외부를 향하여 돌출되는 것이 바람직하다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법의 상기 파이프 루프는 그라우팅으로 보강되는 것이 바람직하며, 터널의 타측 갱구로 돌출되는 상기 파이프 루프의 선단부를 막을 수 있는 선단 그라우팅 장치를 더 포함하며, 상기 그라우팅으로 상기 파이프 루프 보강시, 상기 파이프 루프의 선단부는 막혀있는 것이 바람직하다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법의 상기 이격지점에서부터 상기 보강지점까지 터널을 확폭하는 확폭 구간은 5m 내지 15m 인 것이 바람직하며, 터널의 타측 갱구로 돌출되는 상기 파이프 루프 하부에는, 상기 파이프 루프를 지지하는 강지보공이 세워지며, 상기 강지보공은 터널이 관통되기 전에 세워지는 것이 바람직하다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 파이프 루프를 이용한 터널 구조물은 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법에 의해 시공되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따른 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법과 이를 이용한 터널 구조물은 이격지점 및 보강지점을 선정하고, 이격지점에서부터 보강지점까지 터널을 확폭하며, 보강지점에서부터 터널의 타측 갱구까지 파이프 루프를 통해 보강함으로써 일방향에서 완전히 터널을 굴착 및 관통할 수 있는 장점이 있다.
이를 통해 터널의 양쪽 갱구에 시공되어야 했던 공사용 진입로 개설에 따른 많은 문제점, 즉 과다한 연장의 공사용 진입로 개설에 따른 시공성 불량, 민원에 의한 공기지연 등을 완전한 일방향 굴착으로 해소하여 시공성 확보와 공사비 절감 및 민원을 해결할 수 있다.
또한, 터널 어느 한쪽의 완전한 일방향 굴착으로 시점 및 종점부에 설치하는 갱구부를 배제하거나 축소할 수 있어 갱구부 조성에 따른 토공 공사 및 비탈면 보강 공사비를 절감할 수 있으며, 갱구부 배제로 자연환경을 훼손하지 않고 보전할 수 있는 장점이 있다.
그리고 터널공사를 위해 갱구부에 설치하여야 하는 각종 부대시설을 설치하지 않아도 되므로 부대시설 공사비를 절감하여 시공효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다. 특히, 상기 완전한 일방향 굴착을 통해 터널 굴착시 갱구부에서 발생하는 갱구부 소음문제를 별도의 공법이나 저감시설 없이 획기적으로 해결할 수 있어 민원을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 양방향 터널 굴착 시공방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 일방향 터널 굴착 시공방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법의 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법의 개념도이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법을 단계별로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 터널의 타측 갱구의 지형이 급경사인 것을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 터널의 타측 갱구의 지형이 토공절취 필요 구간인 것을 나타내는 도면이다.
도 13 내지 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 선단 그라우팅 장치를 나타내는 도면이다.
본 발명은 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법과 이를 이용한 터널 구조물에 관한 것으로, 파이프 루프를 갱내에서 시공하고, 파이프 루프 보강으로 안정된 지반을 완전하게 일방향으로 관통시킴으로서, 불가피하게 터널 시종점 양측에 시공되어야 했던 공사용 진입로, 갱구부 토공, 굴착에 필요한 각종 부대시설을 축소 및 배제할 수 있는 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법과 이를 이용한 터널 구조물에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
후술할 설명에서, 터널의 일측 갱구(111)는 터널(110)의 시점방향이 될 수 있는 것이며, 터널(110)의 종점방향이 될 수도 있는 것이다. 또한, 터널의 타측 갱구(112)도 터널(110)의 시점방향이 될 수 있는 것이며, 터널(110)의 종점방향이 될 수 있는 것이다. 즉, 터널의 일측 갱구(111)와 터널의 타측 갱구(112)는 터널(110)에서 서로 반대 지점에 형성되는 것으로, 터널(110)의 일방향 굴착이 진행되는 지점이 터널의 일측 갱구(111)가 되며, 그 반대쪽이 터널의 타측 갱구(112)가 된다.
도 4 내지 도 11에서는 터널의 일측 갱구(111)를 편의상 터널(110)의 우측에 표시하였으나, 실제로는 터널의 일측 갱구(111)는 터널 굴착이 시작되는 곳으로 공사용 진입로 개설과 갱구 토공 후 갱구부 조성이 이루어지며, 터널 굴착에 필요한 각종 부대시설 등을 배치하기 위해 일정한 면적이상을 확보하여야 하는 곳이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법은 이격지점 및 보강지점 선정 단계(S100), 확폭 굴착 단계(S200), 파이프 루프 보강 단계(S300), 터널 관통 단계(S400)를 포함한다.
도 4는 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법의 개념도를 나타내는 것으로, 터널(110)은 터널의 일측 갱구(111)에서부터 완전히 일방향으로만 굴착되어 관통될 수 있는 것이다. 구체적으로, 종래의 터널 굴착 시공방법은 양방향 굴착에 의해, 터널이 관통되는 관통지점이 터널 내부에 형성되어 있었다. (여기서, 관통지점은 터널의 양측에서 외부와 연통될 수 있도록, 터널이 마지막으로 관통되는 지점이다.)
그러나 본 발명의 실시 예에 따르면, 터널이 관통되는 관통지점은 터널(110) 내부에서 형성되지 않으며, 상기 관통지점은 터널의 타측 갱구(112)에서 형성될 수 있는 것이다. 즉, 터널의 일측 갱구(111)에서부터 터널의 타측 갱구(112)를 향하는 방향으로만 일방향으로 굴착이 진행되는 것이며, 터널의 타측 갱구(112)에서 터널의 일측 갱구(111)를 향하는 방향으로는 굴착이 진행되지 않음에 따라 관통지점이 터널의 타측 갱구(112)에 형성될 수 있는 것이다.
이를 통해 터널의 타측 갱구(112)에 공사용 진입로, 갱구부 토공, 굴착에 필요한 각종 부대시설을 축소 및 배제하면서, 일방향으로만 터널(110) 굴착을 진행할 수 있게 된다.
여기서, 터널이 관통되는 상기 관통지점은, 상기 관통지점의 단면 하부와 상부의 발파 길이를 다르게 하여 발파를 진행하는 성형조절발파 또는 기계굴착을 통해 관통될 수 있다. (기계굴착으로만 관통될 수도 있으며, 성형조절발파와 기계굴착을 동시에 사용하여 관통하는 것이 좋다. 또한, 필요에 따라서는 성형조절발파로만 관통될 수도 있다.)
터널의 타측 갱구(112)에서 관통굴착을 위한 상기 관통부 성형조절발파는, 관통지점의 단면에서 위치별로 발파 길이를 다르게 하는 것으로, 관통구간의 암반 조건을 고려하여 발파길이를 계단형식으로 성형 조절하는 발파방법이다.
구체적으로, 상기 관통지점의 단면에서 하부에서 상부로 갈수록 발파길이가 점차 감소하도록 수평방향으로 천공장을 4m에서 0.8m 내외의 계단형식으로 조절하고, 각 천공장에 맞게 화약량을 조절하므로 타측 갱구(112)의 지형조건과 암반조건을 고려한 안정적인 굴착이 가능해지는 관통부 성형조절발파 방법이다. 이때, 타측 갱구(112) 방향으로 발파되지 않는 영역은 2m 정도(1.8m 내지 2.2m)를 확보하도록 조절하는 것이 바람직하다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법을 단계별로 나타내는 도면이다. 도 5 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법을 설명한다.
도 5을 참조하면, 상기 이격지점 및 보강지점 선정 단계(S100)는 터널의 일측 갱구(111)에서 일방향 굴착을 진행하며, 터널의 타측 갱구(112)로부터 이격거리를 두고 이격지점(120)을 선정하며, 파이프 루프(140)가 삽입되는 보강지점(130)을 선정하는 단계이다. 상기 이격지점(120)은 터널의 확폭 굴착이 시작되는 지점이 될 수 있는 것이다.
터널의 일측 갱구(111)에서부터 상기 이격지점(120) 까지는 일반적으로 사용되는 다양한 터널의 굴착방법을 통해 굴착이 진행될 수 있으며, 굴착방법은 공지된 기술인 바 그 상세한 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 상기 확폭 굴착 단계(S200)는 상기 이격지점(120)에서부터 상기 보강지점(130)까지 터널을 확폭 굴착하는 단계이다. 상기 보강지점(130)은 후술할 파이프 루프(140)가 삽입되는 지점이다. 상기 확폭 굴착 단계(S200)에서는, 터널의 일측 갱구(111)에서부터 상기 이격지점(120)까지 터널을 굴착한 단면보다 큰 단면으로 확폭하여 터널을 굴착하는 것으로, 상기 이격지점(120)에서부터 상기 보강지점(130)까지 확폭하여 터널을 굴착한다.
상기 이격지점(120)에서부터 상기 보강지점(130)까지의 거리는 확폭 구간(121)이 될 수 있는 것으로, 상기 확폭 구간(121)은 5m 내지 15m인 것이 좋으며, 10m가 바람직하다.
상기 확폭 구간(121)에서 터널을 확폭하는 것은, 상기 파이프 루프(140)가 효과적으로 시공되기 위해 필요한 것이다. 이때, 터널이 확폭되는 폭은 상기 파이프 루프(140) 보강을 위한 시공성과 기존 설계 단면의 안정성을 고려하여 최적으로 선정하는 것이 바람직하며, 기존 설계 단면에서 확폭이 되는 폭은 0.8m 내지 1.2m 인 것이 효과적이다. (1m 내외가 효과적이다.)
상기 파이프 루프(140)는 12m 내지 40m의 길이로 형성되어 있는 강관 파이프이기 때문에, 상기 확폭 구간(121)의 연장이 너무 작으면, 상기 확폭 구간(121)을 통해 상기 파이프 루프(140)를 시공하기 어렵게 된다. 반대로 상기 확폭 구간(121)의 연장이 너무 길게 되면, 확폭 굴착비용이 상승하는 문제점이 발생할 수 있게 된다. 따라서, 상기 파이프 루프(140)를 상기 보강지점(130)에서부터 터널의 타측 갱구(112)까지 보강할 수 있도록, 상기 확폭 구간(121)은 5m 내지 15m 인 것이 좋으며, 바람직하게는 10m가 좋다.
도 7을 참조하면, 상기 파이프 루프 보강 단계(S300)는 상기 보강지점(130)에서부터 터널의 타측 갱구(112)까지 파이프 루프(140)를 보강하는 단계이다. 상기 파이프 루프(140)는 강관 파이프를 터널 굴착면 외측으로 천공과 동시에 지반에 삽입하여 그라우팅을 통한 보강체를 형성하여 지반을 지지하는 것이다.
상기 보강지점(130)에서부터 터널의 타측 갱구(112) 까지는 굴착 전으로서, 상기 파이프 루프(140)를 상기 보강지점(130)에서 터널의 타측 갱구(112)를 향하여 삽입하면, 굴착되지 않은 지반(170) 내부로 상기 파이프 루프(140)가 삽입될 수 있게 된다.
이와 같이 상기 파이프 루프(140)를 상기 보강지점(130)에서부터 터널의 타측 갱구(112) 까지 보강하면, 터널의 타측 갱구(112)의 지반을 지지할 수 있게 된다. 이를 통해 일방향에서 터널(110)을 관통할 경우 발생할 수 있는 붕락 및 붕괴를 방지할 수 있게 되며, 터널의 타측 갱구(112)에서 갱구 조성 및 터널 굴착없이 터널을 완전하게 일방향으로 굴착할 수 있게 된다.
상기 파이프 루프(140)의 길이는 12m 내지 40m인 것이 바람직하며, 상기 파이프 루프(140)의 직경은 100mm 내지 400mm인 것이 바람직하다. 상기 파이프 루프(140)는 직경 200mm 내외의 강관 파이프를 주로 사용할 수 있으나, 터널 형상 및 지반조건에 따라 달라질 수 있으므로 강관 파이프의 직경은 변화되어 사용될 수 있음은 물론이다.
상기 파이프 루프(140)의 길이는 12m 내지 40m 일 수 있는데, 터널의 타측 갱구(112)의 지반여건에 따라 가변 될 수 있다. 다만, 상기 파이프 루프(140)의 길이가 너무 짧은 경우, 지반 지지 효과가 미미하므로 상기 파이프 루프(140)의 길이는 12m 보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 파이프 루프(140)는 터널의 타측 갱구(112)를 보강하기 위해 사용되는 것이기 때문에, 터널의 타측 갱구(112)에서부터 너무 먼 구간을 보강하는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 상기 파이프 루프(140)의 길이는 시공성을 고려하여 40m 이내 인 것이 바람직하다.
상기 파이프 루프(140)는 상기 보강지점(130)에서부터 터널의 타측 갱구(112)까지 보강되는데, 이때, 상기 파이프 루프(140)는 터널의 타측 갱구(112)에서부터 외부를 향하여 돌출되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 파이프 루프(140)는 터널의 타측 갱구(112)를 지나서 돌출 연장될 수 있는 것이다.
도 8을 참조하면, 상기 터널 관통 단계(S400)는 터널의 일측 갱구(111)에서 터널의 타측 갱구(112)를 향하는 일방향으로만 터널(110)을 굴착하여 터널(110)을 관통하는 것이다. 상술한 바와 같이 상기 파이프 루프(140)를 상기 보강지점(130)에서부터 터널의 타측 갱구(112) 까지 보강함에 따라, 터널의 타측 갱구(112)에서 공사용 진입로, 갱구토공 및 부대시설을 설치하는 갱구부를 조성하지 않고, 완전하게 일방향에서 터널관통이 가능해 진다.
상술한 바와 같이 갱구부는 구조적으로 취약하기 때문에, 일방향으로 터널(110)을 관통할 경우 붕락 및 붕괴가 발생한다. 특히, 상기 파이프 루프(140)로 보강되지 않은 곳에서는 붕괴가 일어날 위험이 매우 높기 때문에, 완전히 일방향에서 터널(110)을 관통하기 위해서는 상기 파이프 루프(140)로 보강되지 않는 영역을 없애야 한다.
따라서 상기 파이프 루프(140)는 터널의 타측 갱구(112)에서부터 외부를 향하여 돌출 연장되도록 보강되는 것이 바람직하며, 이를 통해 터널의 타측 갱구(112)를 안전하게 지지할 수 있게 된다.
상기 파이프 루프(140)가 터널의 타측 갱구(112)로부터 돌출될 수 있는 특징은 상기 보강지점(130)에서 보강이 이루어지며, 상기 파이프 루프(140)가 터널의 타측 갱구(112)로부터 0.8m 내지 1.2m로 돌출될 수 있는 것이다. (바람직하게는 1m 내외) 터널의 타측 갱구(112) 지형조건에 따라 상기 파이프 루프(140)는 보강영역의 일부만 돌출될 수 있으며, 전체가 돌출될 수 있다. 상기 파이프 루프(140)의 돌출부는 관통시 타측 갱구(112)에서의 붕괴 및 붕락을 방지하고, 관통 후에는 터널(110)의 추가 굴착 시 갱구 안전성을 확보하도록 하는 보강효과를 향상시키기 위함이다.
상기 보강지점(130)에서부터 터널의 타측 갱구(112)까지 상기 파이프 루프(140)를 보강한 이후, 상기 파이프 루프(140)는 그라우팅으로 보강될 수 있다. 상기 파이프 루프(140)를 그라우팅으로 보강하는 것은, 상기 파이프 루프(140)가 삽입된 곳에 그라우트재를 주입하여 보강함에 따라, 상기 파이프 루프(140)를 지반에 고정시킬 수 있게 되고, 이를 통해 지반을 지지할 수 있게 된다.
그라우팅으로 상기 파이프 루프(140)를 보강할 때, 상기 파이프 루프(140)의 선단부로 그라우트재가 빠져나갈 우려가 있다. 특히, 상술한 바와 같이 상기 파이프 루프(140)는 터널의 타측 갱구(112)에서부터 외부로 돌출될 수 있는데, 이 경우 그라우팅으로 상기 파이프 루프(140)를 보강하게 되면, 외부로 그라우트재가 빠져나가면서 보강이 되지 않게 되는 문제가 발생하게 된다.
이와 같은 문제를 방지하기 위해 상기 파이프 루프(140)의 선단부에는 터널의 타측 갱구(112)로 돌출된 상기 파이프 루프(140)의 선단부를 막을 수 있는 선단 그라우팅 장치(180)가 더 포함될 수 있다. 상기 선단 그라우팅 장치(180)는 상기 파이프 루프(140) 내부를 통해 선단부에 설치하여 그라우팅시 개구부를 닫히게 할 수 있는 것이다. 따라서 상기 선단 그라우팅 장치(180)를 통해 그라우팅을 시행하면 그라우트재가 외부로 빠져나가는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 선단 그라우팅 장치(180)는 그라우팅으로 상기 파이프 루프(140) 보강시, 상기 파이프 루프(140)의 선단부를 막을 수 있다면 다양한 장치가 사용될 수 있으며, 상기 선단 그라우팅 장치(180)에 실시 예에 대해서는 후술한다.
도 9를 참조하면, 상기 파이프 루프(140) 하부에는 상기 파이프 루프(140)를 지지하는 강지보공(150)이 세워질 수 있다. 상기 강지보공(150)은 터널(110) 내부에서 수직으로 세워질 수 있는 것으로, 상기 파이프 루프(140)를 지지하면서 터널의 타측 갱구(112)를 추가적으로 보강할 수 있는 것이다.
상기 강지보공(150)은 터널의 타측 갱구(112)에서 터널(110) 내부를 향하는 방향 쪽에 세워지는 것이 바람직하며, 터널의 타측 갱구(112)를 일방향에서 완전히 관통하기 전에 세워지는 것이 바람직하다. 이와 같이 상기 강지보공(150)을 세움에 따라 터널의 타측 갱구(112)를 일방향에서 완전히 관통할 때 발생할 수 있는 붕락 및 붕괴의 위험성을 추가적으로 방지할 수 있게 된다.
도 10을 참조하면, 터널의 타측 갱구(112)가 일방향에서 완전히 관통된 이후에, 갱구를 보강하기 위한 갱구 구조물(160)이 세워질 수 있으며, 필요에 따라서 갱구 구조물(160) 상부에서 되메우기 작업을 진행할 수 있다. 상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 터널(110)은 일방향에서 완전히 관통되기 때문에, 터널의 타측 갱구(112)에서 공사용 진입로, 갱구부 토공, 굴착에 필요한 각종 부대시설을 미리 조성하지 않고, 터널(110)이 일방향에서 완전히 관통된 이후에 일반 토공구간의 추가 토공작업 및 갱구 구조물(160)을 조성하거나, 필요한 다른 작업을 진행할 수 있다.
이때, 터널(110)이 관통된 이후에는, 터널의 일측 갱구(111)에서 부터 진출입 가능하기 때문에 별도의 작업로를 터널의 타측 갱구(112)에 마련할 필요는 없으며, 이미 관통된 터널(110)을 작업로로 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 11과 같이 터널의 타측 갱구(112)는 급경사 지반(170a)을 형성할 수도 있으며, 도 12와 같이 터널의 타측 갱구(112)는 토공절취 필요 구간(170b) 또는 완경사로 형성될 수 있다. 도 11과 같이 터널의 타측 갱구(112)가 급경사 지반(170a)으로 형성된 경우에는 성토를 진행할 수 있으며, 도 12와 같이 터널의 타측 갱구(112)가 토공절취 필요 구간(170b) 또는 완경사로 형성된 경우에는 토공작업 및 부지정지가 진행될 수 있다.
이 때, 터널(110)이 이미 관통된 이후이기 때문에, 터널의 일측 갱구(111)에서 부터 진출입 가능하여 별도의 작업로를 터널의 타측 갱구(112)에 마련할 필요는 없으며, 관통된 터널(110)을 작업로로 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 상기 선단 그라우팅 장치(180)는 제1팩킹백(181)과 팩킹 주입호수(182)를 포함할 수 있다. 상기 제1팩킹백(181)은 상기 파이프 루프(140)의 선단부 내측에 위치할 수 있는 것으로, 상기 파이프 루프(140)의 선단부에서부터 내측으로 0.3 내지 0.7m(0.5m 내외)에 위치하는 것이 바람직하다. 상기 파이프 루프(140)가 터널의 타측 갱구(112)로부터 돌출되는 길이는 0.8 내지 1.2m(1m 내외) 이기 때문에, 상기 파이프 루프(140)의 돌출 길이를 고려하여 상기 제1팩킹백(181)은 상기 파이프 루프(140)의 선단부에서부터 내측으로 0.3 내지 0.7m(0.5m 내외)에 위치하는 것이 바람직하다.
다만, 상기 제1팩킹백(181)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 파이프 루프(140)의 돌출 길이는 터널의 타측 갱구(112)에 따라 가변적일 수 있으므로, 이를 고려하면 상기 제1팩킹백(181)의 위치는 상기 파이프 루프(140)의 돌출 길이에 따라 결정될 수 있음은 물론이다.
상기 팩킹 주입호수(182)는 상기 제1팩킹백(181)과 연결되어 있는 것으로, 상기 제1팩킹백(181)에 충진재를 삽입하면서 상기 제1팩킹백(181)을 부풀릴 수 있는 것이다. 상기 제1팩킹백(181)이 부풀려지면서 상기 파이프 루프(140)의 선단부를 막을 수 있게 된다.
상기 선단 그라우팅 장치(180)는 제2팩킹백(183), 제1주입호수(184), 제2주입호수(185)를 더 포함할 수 있으며, 상기 파이프 루프(140)에는 선단 주입구(141)가 마련될 수 있다. 상기 제2팩킹백(183)은 상기 제1팩킹백(181)보다 내측에 마련되어 있는 것으로, 상기 파이프 루프(140)의 선단부에서부터 내측으로 2.8 내지 3.2m에 위치할 수 있으며, 터널의 타측 갱구(112)에서부터 1.8m 내지 2.2m에 위치할 수 있는 것이다.
상기 제2팩킹백(183)은 상기 팩킹 주입호수(182)와 연결되어 있는 것으로, 상기 팩킹 주입호수(182)를 통해 상기 제2팩킹백(183)에 충진재를 삽입하면서 상기 2팩킹백(183)을 부풀릴 수 있는 것이다.
상기 파이프 루프(140)에는 상기 파이프 루프(140)의 내부와 외부를 연통시키는 선단 주입구(141)가 포함될 수 있는데, 상기 선단 주입구(141)는 상기 제1팩킹백(181)과 상기 제2팩킹백(183) 사이에 마련될 수 있는 것이다. 구체적으로, 상기 선단 주입구(141)는 터널의 타측 갱구(112)에서부터 1.5m 내지 2.0m 떨어진 위치에 마련되는 것이 바람직하며, 1.5m 인 것 좋다. 상기 선단 주입구(141)는 상기 파이프 루프(140)와 지반(170) 사이를 그라우팅할 수 있는 그라우팅 재가 이동하는 통로가 될 수 있는 것이다.
상기 제1주입호수(184)는 끝단이 상기 제1팩킹백(181)과 상기 제2팩킹백(183) 사이에 위치하는 것으로, 상기 제1주입호수(184)를 통해 상기 제1팩킹백(181)과 상기 제2팩킹백(183) 사이로 그라우팅재를 삽입할 수 있는 것이다. 상기 제1주입호수(184)를 통해 그라우팅재를 삽입하면, 상기 선단 주입구(141)를 통해 그라우팅재가 이동할 수 있으며, 상기 파이프 루프(140)의 선단부가 그라우팅 될 수 있다.
상기 제1주입호수(184)의 끝단은, 상기 파이프 루프(140) 선단부 그라우팅 시 선단부 주입효과를 높이기 위해 상기 선단 주입구(141)와 0.3m 내지 0.7m(0.5m 내외)의 간격을 유지하는 것이 바람직하다. 상기 제2주입호수(185)는 끝단이 상기 제2팩킹백(183) 보다 내측에 위치하는 것으로, 상기 파이프 루프(140) 내부를 그라우팅 할 수 있는 것이다. 상기 제2팩킹백(183)(및 상기 제1팩킹백(181))을 통해 상기 파이프 루프(140)의 선단부가 막힘에 따라, 상기 제2주입호수(185)를 통해 상기 파이프 루프(140)를 그라우팅 할 수 있게 된다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법을 통해 파이프 루프를 이용한 터널 구조물이 형성될 수 있으며, 상기 터널 구조물은 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법의 특징을 모두 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법 및 파이프 루프를 이용한 터널 구조물은 다음과 같은 효과가 있다.
종래에는 일방향으로 터널을 완전히 굴착 및 관통이 불가능하기 때문에, 터널의 양측에서 갱구토공을 포함한 터널굴착 공정이 이루어져야 했다. 그러나 터널 굴착을 위한 시점부와 종점부는 터널의 특성상 진입이 어려운 산악 진형에 위치하는 경우가 대부분이며, 이에 작업로 연장이 길어지고 작업로 개설이 어려운 문제점이 있다. 또한, 작업로를 계획하더라도 주변의 민원에 의해 작업로 계획이 무산되어 터널의 굴착 작업을 진행하는 것에 어려움이 발생하였다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법과 이를 이용한 터널 구조물은 이격지점(120)과 보강지점(130)을 선정하고, 이격지점(120)에서부터 보강지점(130) 까지 터널(110)을 확폭 하며, 보강지점(130)에서부터 터널의 타측 갱구(112) 까지 파이프 루프(140)를 통해 보강함으로써 일방향에서 완전히 터널(110)을 굴착 및 관통할 수 있는 장점이 있다.
이를 통해 불가피하게 터널 시종점 양측에 시공되어야 했던 공사용 진입로, 갱구부 토공, 굴착에 필요한 각종 부대시설을 축소 및 배제할 수 있게 되며, 특히 터널의 타측 갱구 조성을 축소 및 배제하여 작업의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110...터널 111...터널의 일측 갱구
112...터널의 타측 갱구 120...이격지점
121...확폭구간 130...보강지점
140...파이프 루프 150...강지보공
160...갱구 구조물 170...지반
180...선단 그라우팅 장치

Claims (9)

  1. 터널의 시점방향 또는 종점방향 중 어느 한 곳에서 일방향 굴착을 수행하기 위한 터널 일방향 굴착 시공방법에 있어서,
    터널의 일측 갱구에서 일방향 굴착을 진행하며, 터널의 타측 갱구로부터 이격거리를 두고 이격지점을 선정하며, 파이프 루프가 삽입되는 보강지점을 선정하는 이격지점 및 보강지점 선정 단계;
    상기 이격지점에서부터 상기 보강지점까지 터널을 확폭 굴착하는 확폭 굴착 단계;
    상기 보강지점에서부터 터널의 타측 갱구까지 상기 파이프 루프를 보강하는 보강 단계;및
    터널의 일측 갱구에서 터널의 타측 갱구를 향하는 일방향으로만 터널을 굴착하여, 터널의 타측 갱구에서 터널을 관통하는 관통 단계;를 포함하며,
    상기 파이프 루프는 터널의 타측 갱구에서부터 외부를 향하여 돌출되되, 상기 파이프 루프는 터널의 타측 갱구로부터 0.8m 내지 1.2m로 돌출되고,
    상기 파이프 루프는 그라우팅으로 보강되며,
    터널의 타측 갱구로 돌출되는 상기 파이프 루프의 선단부를 막을 수 있는 선단 그라우팅 장치를 더 포함하며,
    상기 그라우팅으로 상기 파이프 루프 보강시, 상기 파이프 루프의 선단부는 막혀있으며,
    상기 선단 그라우팅 장치는 상기 파이프 루프의 선단부 외부로 그라우트재가 빠져 나가는 것을 방지하며,
    터널의 타측 갱구로 돌출되는 상기 파이프 루프 하부에는,
    상기 파이프 루프를 지지하는 강지보공이 세워지며, 상기 강지보공은 터널이 관통되기 전에 세워지는 것을 특징으로 하는 터널 일방향 굴착 시공방법.
  2. 제1항에 있어서,
    터널이 관통되는 관통지점은 터널 내부에서 형성되지 않고, 상기 관통지점은 터널의 타측 갱구에서 형성되며,
    상기 관통지점은, 상기 관통지점의 단면 하부와 상부의 발파 길이를 다르게 하여 발파를 진행하는 성형조절발파 또는 기계굴착을 통해 관통되는 것을 특징으로 하는 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파이프 루프의 길이는 12m 내지 40m이며, 상기 파이프 루프의 직경은 100mm 내지 400mm인 것을 특징으로 하는 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이격지점에서부터 상기 보강지점까지 터널을 확폭하는 확폭 구간은 5m 내지 15m 인 것을 특징으로 하는 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법.
  8. 삭제
  9. 제1항에 따른 파이프 루프를 이용한 터널 일방향 굴착 시공방법에 의해 시공되는 것을 특징으로 하는 파이프 루프를 이용한 터널 구조물.

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