KR102240320B1 - 터널 타설 다짐기 및 이를 이용한 터널 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널 라이닝작업 시 콘크리트를 견고하게 타설할 수 있는 터널 타설 다짐기 및 이를 이용한 터널 시공방법에 관한 것으로, 터널 내부에 삽입되며, 일측에 삽입공이 형성된 거푸집과, 상기 거푸집 내측의 상기 삽입공이 형성된 부분에 설치되는 하우징과, 상기 하우징 내부에 삽입되며, 상기 삽입공을 통하여 상기 거푸집 내외부로 인입출되는 피스톤로드와, 상기 하우징 내부의 피스톤로드 하부로 에어를 공급하여 상기 피스톤로드를 이동시키는 엑츄에이터를 포함하여, 상기 거푸집 외측과 굴착내면 사이에 충진된 콘크리트에 다짐작업을 수행하는 진동다짐기 및 상기 진동다짐기를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 진동다짐기로 하여금 다짐작업이 완료될 시, 상기 피스톤로드의 외측 끝단이 상기 삽입공 외주연과 동일 선상에 위치되도록 제어하여, 견고하고 깔끔한 라이닝을 형성할 수 있는 터널 타설 다짐기 및 이를 이용한 터널 시공 방법이 개시된다.

Description

터널 타설 다짐기 및 이를 이용한 터널 시공방법{A Threshing Machine For Tunnel Construction and Tunnel Construction Method Of Using It}

본 발명은 터널 타설 다짐기 및 터널 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널 라이닝작업 시 콘크리트를 견고하게 타설할 수 있는 터널 타설 다짐기 및 이를 이용한 터널 시공방법에 관한 것 이다.

터널은 산, 바다, 강 등을 가로지를 수 있도록 이들 밑을 뚫어 굴로 형성한 철도나 도로를 일컫는다. 이러한 터널의 형성은 먼저 터널의 굴착작업을 수행하고, 이어 굴착내면에 강도가 큰 임시 복공 콘크리트를 피복하는 라이닝 작업을 수행함으로써, 굴착작업 후 시간이 경과함에 따라 지산의 이완으로 하중이 증대되어 굴착내면이 무너지는 것을 예방하도록 이루어진다.

상세히, 일반적으로 상기 라이닝은 강재의 거푸집이 터널의 굴착내면과 소정 간격 거리를 유지하도록 설치되고, 거푸집 상측으로 콘크리트를 유입시켜 터널 벽과 거푸집 사이 공간으로 콘크리트를 충진 및 경화시킴으로써 이루어진다. 그런데, 이러한 종래의 라이닝 형성 방식은 터널의 하측은 그 상측으로 충진 된 콘크리트의 하중으로 인하여 견고하게 다져져 균열이 발생되지 않으나, 터널의 상측으로는 충진된 콘크리트 층이 얇고, 거푸집의 형상적 특징으로 경화가 진행됨에 따라 수축되는 문제와, 레이턴스가 형성되어 상단부 강도가 저하되어 개구균열이 발생하는 문제가 있었고, 추가로 균열보수작업이 필요하였다.

이러한 문제를 해결하기 위한 선행기술로 대한민국 등록특허공보 제10-1776091호, "고주파 진동기 삽입장치를 갖는 터널용 거푸집"에서는 거푸집 외측과 내측이 서로 연통하도록 형성된 진동기삽입공이 형성되고, 이를 개폐할 수 있는 받침판이 마련되어, 다짐시공이 필요할 시 상기 진동기삽입공을 개구한 후 고주파진동기를 삽입하여 진동시킴으로써 충진된 콘크리트가 다져질 수 있도록 하였다. 그러나 상술한 선행기술은 콘크리트가 경화되기 전에 진동기삽입공이 형성된 각 부위별로 작업자가 일일이 고주파진동기를 통한 다짐시공 및 진공기삽입공의 개폐작업을 수행해야 하는 번거로움이 있었으며, 고주파진동기의 탈착을 위하여 진공기삽입공을 개구할 시 진공기삽입공을 통하여 경화되지 않은 콘크리트가 새어나와 콘크리트의 재충진이 요구되는 문제가 있어왔다.

따라서 견고한 라이닝의 형성이 가능한 기술의 개발이 필요한 실정이다.

1. 한국등록특허공보 제10-1776091호("고주파 진동기 삽입장치를 갖는 터널용 거푸집") 2. 일본등록특허공보 제3735519호("콘크리트 다짐 방법 및 그 장치") 3. 한국공개특허공보 제특2002-0008265호("터널의 마구리부 콘크리트 타설 시공방법 및 콘크리트타설용 거푸집")

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 라이닝 형성 시 자동으로 콘크리트의 다짐 시공이 가능하여 편리하면서도 견고한 라이닝을 형성 할 수 있는 터널 타설 다짐기 및 이를 이용한 터널 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 삽입공의 폐쇄 시 폐쇄면을 자동으로 정위치에 맞추어 깔끔한 라이닝 내벽면의 형성이 가능한 터널용 거푸집 및 이를 이용한 터널 시공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 터널 타설 다짐기는 터널의 굴착내면으로부터 간격을 두고 터널 내부에 삽입되며, 일측에 삽입공이 형성된 거푸집; 상기 거푸집 내측에 마련되어, 상기 거푸집의 이동을 가능하도록 하는 이동대차; 상기 거푸집과 이동대차를 연결하도록 설치되는 지지대; 일단부에 인출공이 형성되며, 상기 거푸집 내측의 상기 삽입공이 형성된 부분에 일단이 고정되는 하우징과, 상기 하우징 내부에 삽입되며, 일단부가 상기 삽입공을 통하여 상기 거푸집 내외부로 인입출되는 피스톤로드와, 상기 하우징 내부의 타단과 상기 피스톤로드 타단 사이로 에어를 공급하여 상기 피스톤로드를 일측으로 이동시키는 엑츄에이터를 포함하여, 상기 거푸집 외측과 굴착내면 사이에 충진된 콘크리트에 다짐작업을 수행하는 진동다짐기; 상기 피스톤로드가 상기 거푸집 외측으로 인출될 시 상기 피스톤로드에 가해지는 반력을 측정하는 반력측정센서와, 상기 피스톤로드 외측 끝단 위치를 측정하는 삽입위치센서를 포함하는 센서부; 및 상기 진동다짐기를 제어하는 제어부;를 포함하되, 상기 제어부는, 상기 피스톤로드를 상기 거푸집 외측으로 인출되도록 제어할 시 상기 반력측정센서에서 측정된 반력과 상기 삽입위치센서에서 측정된 위치 값을 수신하고, 수신된 반력이 기 설정된 기준반력 이상으로 측정됨과 동시에 상기 위치 값이 기 설정된 기준정위치범위 이내에 속할 시, 다짐작업의 완료 시점인 것으로 판단 및 상기 피스톤로드를 상기 거푸집 외측으로 인출되도록 제어할 시 상기 반력측정센서에서 측정된 반력과 상기 삽입위치센서에서 측정된 위치 값을 수신하고, 수신된 반력이 기 설정된 기준반력 이상으로 측정됨과 동시에 상기 위치 값이 기 설정된 기준정위치범위 이내에 속할 시, 다짐작업의 완료 시점인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
더 나아가 본 발명의 터널 타설 다짐기의 다른 실시예는 터널의 굴착내면으로부터 간격을 두고 터널 내부에 삽입되며, 일측에 삽입공이 형성된 거푸집; 상기 거푸집 내측에 마련되어, 상기 거푸집의 이동을 가능하도록 하는 이동대차; 상기 거푸집과 이동대차를 연결하도록 설치되는 지지대; 일단부에 인출공이 형성되며, 상기 거푸집 내측의 상기 삽입공이 형성된 부분에 일단이 고정되는 하우징과, 상기 하우징 내부에 삽입되며, 일단부가 상기 삽입공을 통하여 상기 거푸집 내외부로 인입출되는 피스톤로드와, 상기 하우징 내부의 타단과 상기 피스톤로드 타단 사이로 에어를 공급하여 상기 피스톤로드를 일측으로 이동시키는 엑츄에이터를 포함하여, 상기 거푸집 외측과 굴착내면 사이에 충진된 콘크리트에 다짐작업을 수행하는 진동다짐기; 및 상기 진동다짐기를 제어하는 제어부;를 포함하되,를 포함하되, 상기 제어부는 상기 진동다짐기로 하여금 다짐작업이 완료될 시, 상기 피스톤로드의 외측 끝단이 상기 삽입공 외주연과 동일 선상에 위치되도록 제어하고 상기 피스톤로드는, 중공형상이되, 일단에 보조인출공이 형성되고, 타단에 에어유입공이 형성된 제1로드와, 상기 제1로드 내부에 삽입되며, 일단부가 상기 보조인출공 내외부로 인입출되는 제2로드를 포함하여 다단으로 형성되며, 상기 엑츄에이터를 통하여 상기 하우징 내부로 에어가 공급될 시, 공급되는 에어의 양에 따라 상기 제1로드가 상기 하우징으로부터 먼저 인출되고, 이후 제2로드가 상기 제1로드로부터 인출되어 신축 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 진동다짐기는, 상기 거푸집의 내면을 따라 방사형으로 다수개가 마련되어 다짐어레이를 이루고, 상기 제어부는, 하측에 위치한 상기 진동다짐기부터 상측에 위치한 진동다짐기까지 순차적으로 다짐작업이 수행되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

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그리고 상기 피스톤로드는, 상기 제어부에의해 구동되는 진동기를 포함하여, 충진된 상기 콘크리트에 추가로 다짐작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진동다짐기는, 상기 거푸집의 높이가 H일 때, 상기 거푸집의 상단으로부터 0.4H의 길이 이내의 구간에 마련된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 진동다짐기는, 상기 하우징과 상기 피스톤로드 사이에 상기 피스톤로드의 외주면을 감싸도록 마련되되, 상기 삽입공이 형성된 방향에 마련되는 실링부재를 더 포함하여, 상기 거푸집 외측에 충진 된 상기 콘크리트가 상기 하우징 내부로 유입되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 진동다짐기의 다짐작업이 완료될 시, 상기 제어부는, 상기 피스톤로드의 외측 끝단이 상기 거푸집의 상기 삽입공 외측 끝단면에 이르도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

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한편, 상기 터널 타설 다짐기를 이용한 터널 타설 방법은, 1) 터널을 형성하고자 하는 부위를 굴착하여 굴착내면을 형성하는 단계; 2) 상기 굴착내면에 상기 터널 타설 다짐기를 삽입하는 단계; 3) 상기 굴착내면과 거푸집 외측 사이 공간에 콘크리트를 타설하는 단계; 4) 상기 제어부를 통해 상기 진동다짐기로 하여금 다짐작업을 수행하도록 제어하고, 상기 피스톤로드의 외측 끝단이 상기 삽입공 외주연과 동일 선상에 위치되도록 상기 피스톤로드 외측 끝단의 위치를 조절하는 정위치 조절작업을 수행하는 단계; 5) 상기 콘크리트를 경화하여 라이닝을 형성하는 단계; 및 6) 상기 라이닝으로부터 상기 터널 타설 다짐기를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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이때, 상기 진동다짐기는, 상기 거푸집의 내면을 따라 방사형으로 다수개가 마련되어 다짐어레이를 이루고, 상기 4) 단계는, 하측에 배치된 상기 진동다짐기의 다짐작업 및 정위치 조절작업이 완료 된 후 상기 진동다짐기와 상측으로 이웃하게 배치된 다른 진동다짐기의 다짐작업 및 정위치 조절작업을 수행하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 터널 타설 다짐기는,

상기 피스톤로드를 통해 전반적인 다짐작업을 수행하면서도 진동기의 위치를 조절하여 미세다짐작업을 수행하여, 보다 견고한 라이닝의 형성이 가능한 효과가 있다.

또한, 제어부를 통해 상기 피스톤로드를 제어하여 다짐작업 완료 후 삽입공을 폐구하도록 하여, 콘크리트의 유출을 예방하고, 삽입공이 위치하던 부위의 깔끔한 마감이 가능한 효과가 있다.

또한, 다짐작업 수행 시 하측에 배치된 진동다짐기부터 상측에 배치된 진동다짐기까지 순차적으로 수행하며, 진동다짐기가 마련 위치가 거푸집 상부에 마련되어 효율적이고 체계적인 다짐작업이 가능한 효과가 있다.

또한, 센서부를 통해 자동으로 다짐작업 완료시점을 파악함으로써 효율적인 다짐작업 수행시간의 분배가 가능하므로 작업효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 다단으로 형성된 피스톤로드를 통하여, 보다 넓은 범위로 다짐작업이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기가 터널 굴착내면에 설치된 모습을 도시한 정면도이다,
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기의 진동다짐기를 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기의 피스톤로드가 삽입공 외측으로 인출된 모습을 도시한 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기의 피스톤로드가 다짐작업 완료 후 제어부에의해 정위치 조절작업이 수행되는 모습을 도시한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기의 진동다짐기가 마련된 구간을 도시한 정면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 터널 타설 다짐기의 진동다짐기를 도시한 측단면도이다.
도 7 내지 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 터널 타설 다짐기의 다짐작업 과정을 도시한 개념도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기를 이용한 터널 타설 방법의 1)단계 내지 3)단계를 도시한 정면도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기를 이용한 터널 타설 방법의 4)단계를 도시한 정면도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기를 이용한 터널 타설 방법의 5)단계 내지 6)단계를 도시한 정면도이다.

본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

[터널 타설 다짐기]

도 1은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기가 터널 굴착내면에 설치된 모습을 도시한 정면도이다.

본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기(1000)는 터널의 굴착 내면(1)에 라이닝을 견고하게 형성하기 위한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 크게 거푸집(100)과, 이동대차(300)와, 지지대(500)와, 진동다짐기(700) 및 제어부(미도시)를 포함한다.

먼저, 거푸집(100)은 형성할 라이닝의 내면 형상을 가이드하기 위한 것으로, 아치 형상으로 형성되며, 둘레에는 다수개의 삽입공(110)이 형성된다. 이러한 거푸집(100)은 터널 내부에 삽입되며, 터널의 굴착 내면(1)으로부터 일정 간격 이격되게 배치된다. 덧붙여, 거푸집(100)에는 상측에 콘크리트 주입공(미도시)이 형성되어 액상의 콘크리트를 거푸집(100) 외측과 터널 굴착 내면 사이 공간(20)으로 공급할 수 있도록 형성된다.

이동대차(300)는 거푸집(100)을 이동시키기 위한 것이다. 터널은 길게 형성되므로, 라이닝의 형성을 단일횟수로 형성할 수 없어, 터널의 길이 방향을 따라서 거푸집(100)을 조금씩 이동시켜가며 완성해나간다. 이에 따라, 거푸집(100) 내측에는 소정 형상을 이루는 프레임(310)과 프레임(310)의 지면과 접하는 부위에 마련된 캐스터(330)로 이루어지는 이동대차(300)가 마련되고, 상기 이동대차(300)가 거푸집(100)의 하중을 지지할 수 있도록 서로를 연결하는 지지대(500)가 설치된다.

진동다짐기(700)는 거푸집(100) 내측으로 삽입공이 형성된 부위에 삽입 설치되어, 거푸집(100) 외측과 굴착내면 사이에 충진 된 액상의 콘크리트에 다짐작업을 수행하는 구성으로, 제어부의 제어에 의해 작동한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기의 진동다짐기를 도시한 측단면도이다.

도 2를 참고로 진동다짐기(700)를 이루는 각부 구성에 대해 좀 더 상세히 설명하면, 상기 진동다짐기(700)는 하우징(710)과, 피스톤로드(730)와 엑츄에이터(750) 및 실링부재(720)를 포함하여 형성된다.

하우징(710)은 피스톤로드(730)와 엑츄에이터(750)를 수용하기 위한 것으로, 중공으로 길게 형성되되, 일단에는 인출공(711)이 형성된 형태로, 상기 거푸집(100) 내측에서 삽입공(110)이 형성된 부위에 일단이 삽입되도록 설치된다.

피스톤로드(730)는 상술한 바와 같이 하우징(710) 내부에 삽입되며, 길게 형성되어 하우징(710)의 내벽을 따라 슬라이딩하여 일단이 상기 인출공(711) 내외부로 인입출 되는데, 타단에는 걸림돌기(739)가 형성되어 하우징(710)으로부터 이탈하지 못한다. 그리고 피스톤로드(730)는 그 전체 또는 일단부가 외부로부터 전력을 인가받아 진동하는 진동기(740)로 형성되어, 피스톤로드(730) 일단이 상기 인출공(711) 및 삽입공(110) 외측으로 인출될 시 상기 공간(20)에 충진된 액상의 콘크리트(10)에 미세한 진동을 주어, 정돈하는 역할을 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기의 피스톤로드가 삽입공 외측으로 인출된 모습을 도시한 측단면도이다.

엑츄에이터(750)는 하우징(710) 내부 타측과 피스톤로드(730) 타단 사이에 에어를 공급하여, 상기 피스톤로드(730)를 이동시키는 역할을 한다. 상기 엑츄에이터(750)를 통하여 하우징(710)으로 에어를 공급할 경우, 상기 피스톤로드(730)의 일단은 공압에 의해 일측으로 이동하여 삽입공(110) 외측으로 인출되고, 엑츄에이터(750)가 작동하지 않을 경우는 하우징(710) 내부에 충진된 에어가 피스톤로드(730)의 무게에 의해 하우징(710) 일측에 마련된 유통공(미도시)을 통하여 외부로 유출되어 피스톤로드(730)의 일단이 삽입공(110) 내측으로 인입된다.

실링부재(720)는 하우징(710) 일단, 더욱 정확하게는 상기 인출공(711)이 형성된 부위와 피스톤로드(730) 사이에 피스톤로드(730)의 외주면을 감싸도록 형성되어 상기 공간(20)에 충진 된 콘크리트(10)가 하우징(710) 내부로 유입되지 않도록 하는 역할을 한다.

진동다짐기(700)는 상술한 바와 같은 구성을 통하여 피스톤로드(730)가 삽입공(110) 내외부로 인입출하며 피스톤운동을 함으로써, 거푸집(100) 외측과 굴착내면 사이 공간(20)에 충진된 액상의 콘크리트(10)를 전반적으로 다지는 역할을 함과 동시에 상기 진동기(740)의 진동을 통하여, 섬세한 다짐작업을 수행하여 콘크리트(10) 내부에 형성될 수 있는 기포를 제거 및 콘크리트(10)가 상기 공간(20) 내부에 고르게 충진될 수 있도록 하는 역할을 한다. 특히, 피스톤로드(730)의 인입출에 따라 피스톤로드(730)에 마련된 진동기(740)의 위치 또한 가변되므로 보다 넓은 영역에서 진동기(740)를 통한 섬세한 다짐작업이 가능하다.

도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기의 피스톤로드가 다짐작업 완료 후 제어부에 의해 정위치 조절작업이 수행되는 모습을 도시한 개념도이다.

진동다짐기(700)의 제어는 제어부에 의해 제어된다. 상세히, 제어부는 엑츄에이터(750)를 구동시켜 피스톤로드(730)의 피스톤운동 및 진동기(740)의 작동유무를 제어하여 진동다짐기(700)로 하여금 다짐작업을 수행하도록 하고, 다짐작업의 완료 후에는 피스톤로드(730)의 외측을 향하는 일측 끝단이 삽입공(110) 외주연과 동일 선상에 위치하도록 제어하는 정위치 조절작업을 수행한다. 상기 정위치 조절작업은 더욱 상세하게는, 피스톤로드(730)의 외측을 향하는 일측 끝단(e)이 거푸집(100)의 삽입공(110) 외측 끝단면(o)에 이르도록 제어함으로써, 콘크리트(10)가 경화될 시 상기 삽입공(110)이 배치되어 있던 부분에 별도의 표식이 남지 않고 균질한 라이닝 내면을 형성 할 수 있도록 한다.

한편, 상기 제어부는 진동다짐기(700)의 다짐작업 완료시점을 기 설정된 시간만큼 다짐작업을 수행하도록 제어할 수도 있고, 도시된 바와 같이 별도의 센서부(미도시)가 마련되어 센서부에서 측정된 값을 통해 다짐작업의 완료 시점을 판단할 수도 있다. 센서부는 크케 삽입위치센서(미도시)와, 반력측정센서(미도시)를 포함한다.

삽입위치센서는 피스톤로드(730)의 외측 끝단(e) 위치를 측정하는 것으로, 일예로 하우징(710) 일단 내측에 마련된 발광부(미도시)와, 상기 피스톤로드(730)의 걸림돌기의 발광부와 대향하는 위치에 마련된 수광부(미도시)로 이루어져, 서로간의 이격거리를 측정함으로써 피스톤로드(730)의 외측 끝단의 위치 값을 측정하도록 할 수 있다.

반력측정센서는 피스톤로드(730)가 거푸집(100) 외측으로 인출될 시 피스톤로드(730)에 가해지는 반력을 측정하는 것으로, 일예로 하우징(710) 내부에 마련되는 압력계이지(미도시)일 수 있다. 피스톤로드(730)에 가해지는 반력이 클수록 압력계이지에서 측정되는 압력 또한 높아지는 것을 이용하여, 피스톤로드(730)에 가해지는 반력을 가늠할 수 있는 것이다.

제어부는 상기 센서부의 삽입위치센서에서 측정된 위치 값과, 반력측정센서에서 측정된 반력을 수신하여, 수신된 위치 값이 기 설정된 기준정위치범위 이내에 속함과 동시에 수신된 반력이 기 설정된 기준반력 이상인 경우 상기 진동다짐기의 다짐작업 완료 시점인 것으로 판단하고 정위치 조절작업을 수행한다.

참고로, 상기 기준 정위치범위는 상기 삽입공 외측 끝단(o)으로부터 일측 및 타측으로 소정 간격 이내의 범위로 설정되고, 상기 기준반력은 공간(20)이 콘크리트(10)로 빈틈 없이 충진 된 상태에서 상기 피스톤로드(730)의 일측 끝단(e)이 삽입공 외측 끝단에 배치되도록 엑츄에이터(750)를 구동했을 시 피스톤로드(730)에 가해지는 힘으로 설정될 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기의 진동다짐기가 마련된 구간을 도시한 정면도이다.

한편, 진동다짐기(700)는 도 5에 도시된 바와 같이 거푸집(100)의 내면을 따라 방사형으로 다수개가 마련되어 다짐어레이(800)를 이룬다. 이때, 상기 진동다짐기(700)가 배치되는 구간(h)은 거푸집(100)의 높이가 H일 때, 거푸집(100)의 상단으로부터 0.4H 이내의 구간에 마련된다. 더욱 정확하게는 0.3H 이내의 구간에 마련된다. 이러한 특징은, 상기 거푸집(100) 상단에 마련된 콘크리트 주입공을 통해 액상의 콘크리트가 상기 공간(20) 내부로 공급될 시, 거푸집(100)의 형상이 아치형태 임에 따라 공급된 콘크리트가 상대적으로 경사가 낮은 거푸집(100) 상단에 집중되어 원활히 유동하지 못하는 문제를 해결한다. 또한, 이에 따라 공급된 콘크리트가 유동하여 공간(20) 하부로 유입되면, 공간(20) 하부의 콘크리트는 콘크리트의 무게에 의하여 자동으로 다져져 적은 진동다짐기(700)를 구비하면서도 효율적인 다짐효과를 나타낼 수 있는 것 이다. 또한, 콘크리트는 그 특성상 시간이 경과함에 따라 이물질 등이 상측으로 부유하여 집중됨으로써 경화 후 레이턴스가 형성될 수 있는데, 거푸집(100) 상부에 마련된 진동다짐기(700)를 통해 다짐작업을 수행함으로써 레이턴스 형성을 예방할 수 있다.

제어부는 상기 다짐어레이(800)를 제어할 시 상대적으로 하측에 위치한 진동다짐기(700)부터 다짐작업 및 정위치 조절작업을 수행하도록 제어하고, 정위치조절작업이 완료된 진동다짐기(700)의 상측으로 이웃하게 배치된 다른 진동다짐기(700)의 다짐작업 및 정위치 조절작업을 수행하도록 제어하여, 순차적으로 다짐작업이 수행되도록 하여 작업효율을 높인다. 만약, 하측에 배치된 진동다짐기(700)부터 상측에 배치된 진동다짐기(700)로 제어가 순차적으로 수행되지 않을 경우, 상측의 다짐작업이 완료된 후 하측의 다짐작업으로 인해 기공 등이 상측으로 유입되면 상측의 다짐작업을 다시 수행해야 하기 때문이다.

도 6은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 터널 타설 다짐기의 진동다짐기를 도시한 측단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 터널 타설 다짐기는 앞서 설명한 제1 실시예와 동일한 구성과 구조를 가지되, 진동다짐기(700)의 피스톤로드(730)가 변형된 예이다. 제2 실시예에서 상기 피스톤로드(730)는 제1로드(731)와, 제2로드(735) 및 코일스프링(734)를 포함하여 구성된다.

먼저 상기 제1로드(731)는 제1 실시예에서와 같은 형상이되, 중공으로 형성되며, 일단에는 보조인출공(323)이 형성되고, 타단 하부에는 에어유입공(733)이 형성된다.

제2로드(735)는 상기 제1로드(731) 내부에 삽입 가능한 길이로 길게 형성되어, 제1로드(731) 내부에 삽입되며, 제2로드(735)의 일단부는 상기 보조인출공(323)을 통해 제1로드(731) 내외부로 인입출되고, 타단부는 제1로드와 같이 걸림돌기(737)가 형성되어 제1로드(731)로부터 이탈되지 않는다. 그리고 제2로드(735)은 그 전체 또는 일단부가 진동기(740)로 형성된다.

코일스프링(734)은 제2로드(735)를 감싸도록 설치되는데, 일단은 제1로드(731) 내부 일단에 지지되고, 타단은 제2로드(735)의 걸림돌기(737)에 지지된다.

덧붙여, 상기 제1로드(731)의 보조인출공이 형성된 부위와 제2로드(735) 사이에는 제2로드(735)의 외주면을 감싸도록 형성되는 보조실링부재(736)가 더 마련되어, 제1로드(731) 내부로 콘크리트가 유입되는 것을 방지한다.

도 7 내지 도 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 터널 타설 다짐기의 다짐작업 과정을 도시한 개념도이다.

도 7의 (1)에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 터널 타설 다짐기의 진동다짐기(700)는 상기와 같은 구성을 통해, 엑츄에이터(750)를 통하여 하우징 내부로 에어가 공급되면, 제1로드(731)가 먼저 거푸집(100) 외측으로 인출된다. 이때, 제2로드(735)는 코일스프링(734)의 탄성력에 의해 제1로드(731) 내부에 완전히 인입된 상태이다.

도 7의 (2)에 도시된 바와 같이, 제1로드(731)의 걸림돌기(739)가 하우징(710) 내부 일단에 완전히 닿을 정도로 인출되고, 그 이후에도 엑츄에이터(750)에 의해 하우징(710) 내부로 에어가 공급되면, 추가 공급된 에어는 도 8의 (3)에 도시된 바와 같이, 상기 에어유입공(733)으로 공급되어, 제2로드(735)를 밀어준다. 이에 따라, 상기 코일스프링(734)은 공압에 의해 압축되며, 제2로드(735)의 일단은 보조인출공(323) 외측으로 인출되어 피스톤로드(730) 전체 길이가 길어지도록 한다.

즉, 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 터널 타설 다짐기의 진동다짐기(700)는 제1 실시예보다 더욱 넓은 범위의 다짐작업 수행이 가능하게 되며, 다짐작업의 완료 후에는 도 8의 (4)에 도시된 바와 같이 정위치 조절작업이 수행된다.

[터널 타설 방법]

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터널 타설 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다. 이하 설명할 터널 타설 방법은 앞서 설명한 터널 타설 다짐기를 이용한 터널 타설 방법이므로, 앞서 설명한 명칭 또는 도번이 동일한 구성은 동일한 것으로 간주한다.

도 9는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기를 이용한 터널 타설 방법의 1)단계 내지 3)단계를 도시한 정면도이다.

먼저, 도 9의 (1)에 도시된 바와 같이, 터널을 형성하고자 하는 부위를 굴착하여 굴착내면을 형성하는 1)단계를 수행한다. 이때, 상기 굴착 내면(1)은 거푸집(100)보다 충분히 크게 형성하여, 거푸집(100)과 굴착 내면(1) 사이에 라이닝을 형성할 충분한 공간(20)을 확보할 수 있도록 한다.

다음, 도 9의 (2)에 도시된 바와 같이, 상기 굴착내면에 상기 터널 타설 다짐기를 삽입하는 2)단계를 수행한다.

그리고 도 9의 (3)에 도시된 바와 같이, 상기 굴착 내면(1)과 거푸집(100) 외측 사이 공간(20)에 콘크리트를 타설하는 3)단계를 수행한다. 상기 거푸집(100) 상단에는 개폐 가능하게 마련되는 콘크리트 주입공이 형성되어있는데, 콘크리트 주입공에 콘크리트가 충진 된 펌프차량의 호스를 연결하여, 상기 공간(20)을 액상 또는 페이스트 상의 콘크리트를 충진하는 것이다.

도 10은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기를 이용한 터널 타설 방법의 4)단계를 도시한 정면도이다.

이어, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제어부를 통해 상기 진동다짐기(700)로 하여금 다짐작업을 수행하도록 제어하고, 상기 피스톤로드(730)의 외측 끝단이 상기 삽입공 외주연과 동일 선상에 위치되도록 상기 피스톤로드(730) 외측 끝단의 위치를 조절하는 정위치 조절작업을 수행하는 4)단계를 수행한다. 이때, 상기 진동다짐기(700)는 거푸집(100) 내면을 따라 방사형으로 다수개가 마련되어 다짐어레이(800)를 이루는데, 하측에 배치된 진동다짐기(700)의 다짐작업 및 정위치 조절작업이 완료되면 상기 진동다짐기(700)의 상측으로 이웃하게 배치된 다른 진동다짐기(700)의 다짐작업 및 정위치 조절작업이 이루어져, 전반적으로 하측에서 상측으로 다짐작업 및 정위치 조절작업이 이루어지도록 한다. 덧붙여, 지면으로부터 동일 높이에 배치된 진동다짐기(700)는 동시에 이루어지도록 하여, 작업시간을 단축할 수 있음은 물론이다. 그리고 각각의 진동다짐기(700)는 정위치 조절작업이 완료된 이후, 후술할 6)단계의 수행이 완료될 때 까지 정위치 조절작업을 통해 조절된 피스톤로드의 외측 끝단 위치가 유지된다.

도 11은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 터널 타설 다짐기를 이용한 터널 타설 방법의 5)단계 내지 6)단계를 도시한 정면도이다.

도 11의 (5)에 도시된 바와 같이, 상기 터널 타설 다짐기(1000)의 최상측에 배치된 진동다짐기(700)의 정위치 조절작업이 완료되면, 상기 콘크리트를 경화하여 라이닝(L)을 형성하는 5)단계를 수행하고, 도 11의 (6)에 도시된 바와 같이, 상기 라이닝(L)으로부터 상기 터널 타설 다짐기(1000)를 제거하는 6)단계를 수행한다. 6)단계 이후로는 터널 타설 다짐기(1000)를 터널의 길이방향으로 밀어, 앞서 형성한 라이닝(L)과 연접하게 라이닝(L)을 추가로 더 형성할 수 있다. 추가로 형성하는 라이닝(L)은 앞서 설명한 1) 단계 내지 6)단계를 반복 수행함으로써 형성할 수 있을 것이다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

1: 터널 굴착 내면
10: 콘크리트
20: 공간
100: 거푸집
101: 콘크리트 주입공
110: 삽입공
300: 이동대차
310: 프레임
330: 캐스터
500: 지지대
700: 진동다짐기
710: 하우징
711: 인출공
720: 실링부재
730: 피스톤로드
731: 제1로드
732: 보조인출공
733: 에어유입공
734: 코일스프링
735: 제2로드
736: 보조실링부재
737, 739: 걸림돌기
740: 진동기
750: 엑츄에이터
800: 다짐어레이
e: 피스톤로드 일측(외측) 끝단
H: 거푸집의 높이
h: 진동다짐기가 배치되는 구간
L: 라이닝
o: 삽입공 외측 끝단

Claims (10)

1. 터널의 굴착내면으로부터 간격을 두고 터널 내부에 삽입되며, 일측에 삽입공이 형성된 거푸집;
   상기 거푸집 내측에 마련되어, 상기 거푸집의 이동을 가능하도록 하는 이동대차;
   상기 거푸집과 이동대차를 연결하도록 설치되는 지지대;
   일단부에 인출공이 형성되며, 상기 거푸집 내측의 상기 삽입공이 형성된 부분에 일단이 고정되는 하우징과, 상기 하우징 내부에 삽입되며, 일단부가 상기 삽입공을 통하여 상기 거푸집 내외부로 인입출되는 피스톤로드와, 상기 하우징 내부의 타단과 상기 피스톤로드 타단 사이로 에어를 공급하여 상기 피스톤로드를 일측으로 이동시키는 엑츄에이터를 포함하여, 상기 거푸집 외측과 굴착내면 사이에 충진된 콘크리트에 다짐작업을 수행하는 진동다짐기;
   상기 피스톤로드가 상기 거푸집 외측으로 인출될 시 상기 피스톤로드에 가해지는 반력을 측정하는 반력측정센서와, 상기 피스톤로드 외측 끝단 위치를 측정하는 삽입위치센서를 포함하는 센서부;및
   상기 진동다짐기를 제어하는 제어부;를 포함하되,
   상기 제어부는, 상기 피스톤로드를 상기 거푸집 외측으로 인출되도록 제어할 시 상기 반력측정센서에서 측정된 반력과 상기 삽입위치센서에서 측정된 위치 값을 수신하고, 수신된 반력이 기 설정된 기준반력 이상으로 측정됨과 동시에 상기 위치 값이 기 설정된 기준정위치범위 이내에 속할 시, 다짐작업의 완료 시점인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 터널 타설 다짐기.
   
2. 터널의 굴착내면으로부터 간격을 두고 터널 내부에 삽입되며, 일측에 삽입공이 형성된 거푸집;
   상기 거푸집 내측에 마련되어, 상기 거푸집의 이동을 가능하도록 하는 이동대차;
   상기 거푸집과 이동대차를 연결하도록 설치되는 지지대;
   일단부에 인출공이 형성되며, 상기 거푸집 내측의 상기 삽입공이 형성된 부분에 일단이 고정되는 하우징과, 상기 하우징 내부에 삽입되며, 일단부가 상기 삽입공을 통하여 상기 거푸집 내외부로 인입출되는 피스톤로드와, 상기 하우징 내부의 타단과 상기 피스톤로드 타단 사이로 에어를 공급하여 상기 피스톤로드를 일측으로 이동시키는 엑츄에이터를 포함하여, 상기 거푸집 외측과 굴착내면 사이에 충진된 콘크리트에 다짐작업을 수행하는 진동다짐기; 및
   상기 진동다짐기를 제어하는 제어부;를 포함하되,
   상기 제어부는 상기 진동다짐기로 하여금 다짐작업이 완료될 시, 상기 피스톤로드의 외측 끝단이 상기 삽입공 외주연과 동일 선상에 위치되도록 제어하고
   상기 피스톤로드는, 중공형상이되, 일단에 보조인출공이 형성되고, 타단에 에어유입공이 형성된 제1로드와, 상기 제1로드 내부에 삽입되며, 일단부가 상기 보조인출공 내외부로 인입출되는 제2로드를 포함하여 다단으로 형성되며,
   상기 엑츄에이터를 통하여 상기 하우징 내부로 에어가 공급될 시, 공급되는 에어의 양에 따라 상기 제1로드가 상기 하우징으로부터 먼저 인출되고, 이후 제2로드가 상기 제1로드로부터 인출되어 신축 가능한 것을 특징으로 하는 터널 타설 다짐기.
   
3. 제1항 및 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 진동다짐기는,
   상기 거푸집의 내면을 따라 방사형으로 다수개가 마련되어 다짐어레이를 이루고,
   상기 제어부는,
   하측에 위치한 상기 진동다짐기부터 상측에 위치한 진동다짐기까지 순차적으로 다짐작업이 수행되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 터널 타설 다짐기.
   
4. 제1항 및 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피스톤로드는,
   상기 제어부에의해 구동되는 진동기를 포함하여, 충진된 상기 콘크리트에 추가로 다짐작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 터널 타설 다짐기.
   
5. 제1항 및 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 진동다짐기는,
   상기 거푸집의 높이가 H일 때,
   상기 거푸집의 상단으로부터 0.4H의 길이 이내의 구간에 마련된 것을 특징으로 하는 터널 타설 다짐기.
   
6. 제1항 및 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 진동다짐기는,
   상기 하우징과 상기 피스톤로드 사이에 상기 피스톤로드의 외주면을 감싸도록 마련되되, 상기 삽입공이 형성된 방향에 마련되는 실링부재를 더 포함하여,
   상기 거푸집 외측에 충진 된 상기 콘크리트가 상기 하우징 내부로 유입되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 터널 타설 다짐기.
   
7. 삭제
8. 제1항 및 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 진동다짐기의 다짐작업이 완료될 시,
   상기 제어부는,
   상기 피스톤로드의 외측 끝단이 상기 거푸집의 상기 삽입공 외측 끝단면에 이르도록 제어하는 것을 특징으로 하는 터널 타설 다짐기.
   
9. 제1항 및 제 2항 중 어느 한 항의 터널 타설 다짐기를 이용한 터널 타설 방법에 있어서,
   1) 터널을 형성하고자 하는 부위를 굴착하여 굴착내면을 형성하는 단계;
   2) 상기 굴착내면에 상기 터널 타설 다짐기를 삽입하는 단계;
   3) 상기 굴착내면과 거푸집 외측 사이 공간에 콘크리트를 타설하는 단계;
   4) 상기 제어부를 통해 상기 진동다짐기로 하여금 다짐작업을 수행하도록 제어하고, 상기 피스톤로드의 외측 끝단이 상기 삽입공 외주연과 동일 선상에 위치되도록 상기 피스톤로드 외측 끝단의 위치를 조절하는 정위치 조절작업을 수행하는 단계;
   5) 상기 콘크리트를 경화하여 라이닝을 형성하는 단계; 및
   6) 상기 라이닝으로부터 상기 터널 타설 다짐기를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 타설 방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 진동다짐기는,
    상기 거푸집의 내면을 따라 방사형으로 다수개가 마련되어 다짐어레이를 이루고,
    상기 4) 단계는,
    하측에 배치된 상기 진동다짐기의 다짐작업 및 정위치 조절작업이 완료 된 후 상기 진동다짐기와 상측으로 이웃하게 배치된 다른 진동다짐기의 다짐작업 및 정위치 조절작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 터널 타설 방법.

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