KR102249947B1 - Trenchless method using recoverable horizontal pile and inclination angle of excavation surface - Google Patents
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Abstract
지반을 굴착하지 않고 지중에서 수평굴착을 진행하는 비개착공법에 있어, 상부지반 또는 전방지반에서 발생하는 침하, 변형 및 붕괴를 억제할 수 있도록 수평파일을 이용하면서도 회수 가능하도록 하고, 지반의 강도정수를 고려한 경사진 굴착면으로 시공하여 굴착면 안전성을 개선할 수 있는 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법이 개시된다.In the non-cracking method in which horizontal excavation is carried out in the ground without excavating the ground, it is possible to recover while using a horizontal pile to suppress settlement, deformation, and collapse occurring in the upper ground or the front ground, and the strength of the ground is constant. A retrievable horizontal pile that can improve the safety of the excavation surface by constructing it with an inclined excavation surface in consideration of and a non-drilling method using the inclination of the excavation surface is disclosed.
Description
본 발명은 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 지반을 개착하지 않고 지중에서 수평굴착을 진행하는 비개착공법에 있어, 상부지반 또는 전방지반에서 발생하는 침하, 변형 및 붕괴를 억제할 수 있도록 수평파일을 이용하면서도 회수 가능하도록 하고, 지반의 강도정수를 고려한 경사진 굴착면으로 시공하여 굴착면 안전성을 개선할 수 있는 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법에 관한 것이다.The present invention relates to a non-cracking method using a recoverable horizontal pile and an inclination of an excavation surface. More specifically, in the non-cracking method in which horizontal excavation is carried out in the ground without breaking the ground, it is possible to recover while using a horizontal pile so as to suppress settlement, deformation, and collapse occurring in the upper ground or the front ground. It relates to a recoverable horizontal pile that can improve the safety of the excavation surface by constructing it with an inclined excavation surface considering the strength constant of and a non-drilling method using the inclination of the excavation surface.
교통시설의 성능개선과 신규 건설로 인하여 지상 및 지하에서의 교통시설의 병행 및 교차가 빈번하게 발생하게 되고, 특히, 도심지 확대로 대심도 도로, 지하철, 철도 등의 건설을 위하여 비개착 공법으로 도로, 지하철, 철도 등의 하부지반을 수평굴착하는 공법이 필요하게 된다.Due to the performance improvement and new construction of transportation facilities, parallel and crossover of transportation facilities frequently occur on the ground and underground. In particular, roads using a non-breaking method for the construction of deep roads, subways, and railroads due to the expansion of urban areas. , A method of horizontal excavation of the lower ground such as subways and railways is required.
예컨대, 철도를 횡단하는 도로를 시공함에 있어 철도 운행에 방해가 되지 않도록 하기 위해서 철도 하부지반을 수평굴착 하고, 수평굴착된 공간에 지중터널구조물을 시공하여 차량이 통행할 수 있도록 하게 된다.For example, in the construction of a road crossing the railroad, in order not to interfere with railroad operation, the lower ground of the railroad is horizontally excavated, and an underground tunnel structure is constructed in the horizontally excavated space so that vehicles can pass.
이에 지표면을 개착하지 않고 철도 하방으로 굴착작업이 지중터널구조물 시공이 이루어지기 때문에 비개착공법이라고 지칭하게 된다.Therefore, it is referred to as a non-cracking method because the underground tunnel structure construction is performed under the railroad without cutting the ground surface.
하지만 이러한 비개착공법에 있어서도 수평굴착으로 인하여 상부지반이 이완되어 침하와 변형이 일부 발생하는 것이 통상적이며, 이를 최소화하는 방안이 필요하다. 특히 저토피 구간에서 수평굴착시 상부지반 이완과 전방지반의 붕괴를 효율적으로 제어할 필요성이 생기게 된다.However, even in such a non-cracking method, it is common that the upper ground is relaxed due to horizontal excavation, so that some subsidence and deformation occur, and a method of minimizing this is required. In particular, there is a need to efficiently control the relaxation of the upper ground and the collapse of the front ground during horizontal excavation in the low-topic section.
도 1a는 종래 비개착 구조물 시공방법 순서도를 도시한 것이다. Figure 1a shows a flow chart of a conventional construction method of a non-cracked structure.
즉, 수직구 형태로 공사시점부(S)와 종점부(E)가 시공된 상태이며, 철도 하부 지반을 횡단하는 지중터널구조물을 시공하고 있음을 알 수 있다.In other words, it can be seen that the construction start (S) and the end point (E) are constructed in the form of a vertical sphere, and an underground tunnel structure that crosses the ground under the railroad is being constructed.
즉, 지중에 지중터널구조물을 구성하는 중공관모듈(11,13)을 시점부에서 종점부로 견인방식으로 압입시키기 위하여 선단슈(12)를 이용하고 있음을 알 수 있다.In other words, it can be seen that the
이때 종점부에서 견인함에 따라 선단슈(12)는 지중에 압입되는데 이러한 압입 과정에서 상부지반 및 전방지반이 이완되면서 침하가 발생하기 때문에 이를 방지하기 위하여 굴착면을 기준으로 상방 경사지도록 강관 다단그라우팅(14)을 통해 전방지반 및 상부지반의 이완을 제어하고 있음을 알 수 있다.At this time, as the end shoe is pulled from the end point, the
하지만 이러한 강관 다단그라우팅(13)은 최소한의 각도를 가지면서 전방으로 방사형으로 배치시켜 시공해야 하기 때문에 공기지연 및 공사비 증가요인이 될 수밖에 없고, 그라우팅 작업을 요구하기 때문에 환경오염 문제가 발생할 수 밖에 없고, 지장물이 있을 경우에는 시공이 매우 어렵다는 한계가 있게 된다.However, since the steel pipe
도 1b는 종래 지중터널구조물을 시공함에 있어 수평 소형강관의 시공상태도를 도시한 것이다.Figure 1b shows a construction state diagram of a horizontal small steel pipe in constructing a conventional underground tunnel structure.
즉, 터널 굴착면을 초기 시공함에 있어 상기 굴착면 보강을 위하여 수평으로 소구경강관(30)을 서로 이격시켜 일종의 루프형태로 터널단면을 따라 압입 시공하고, 내측에 강재지보공(50)을 설치하고 있음을 알 수 있다.That is, in the initial construction of the tunnel excavation surface, the small-
이때 소구경강관을 사용하는 이유는 대구경강관을 사용하는 경우에는 대형장비가 요구되어 경제성 및 시공성이 저하되고, 굴착면만 보강하기 위한 연장길이만 시공하면 되기 때문에 소구경강관을 사용해도 달리 문제는 없기 때문이다.At this time, the reason for using small-diameter steel pipes is that when large-diameter steel pipes are used, large-sized equipment is required, which lowers economic efficiency and workability, and only an extension length to reinforce the excavation surface is required. Because.
도 1c는 종래 SEM 공법의 시공도를 도시한 것이다.Figure 1c shows a construction diagram of a conventional SEM method.
상기 SEM(Super Equilibrium Method) 공법은 비개착공법으로서 압입과정에서 전방지반 및 상부지반이 이완되면서 침하되지 않도록 SEM 파일(61)을 선단슈(62, 함체포함) 상면으로부터 전방으로 일정길이(5M 전,후) 연장되도록 설치하고, 상부지반에 침하(①②③)가 SEM 파일(61)에 의하여 최소화되도록 하고, SEM 파일(61) 하부의 전방지반(④⑤)이 선단슈 굴착면으로 침입하지 않도록 전면가압판(63)을 설치하고 있음을 알 수 있다.The SEM (Super Equilibrium Method) method is a non-cracking method, so that the front ground and the upper ground are relaxed and not settled during the press-fitting process, the
이때 SEM 파일(61)은 소구경강관(직경이 100~130mm)을 이용하여 전방 수평으로 종방향 압입시키되 횡방향으로 서로 이격되도록 배치되며, 상부지반의 이완에 의한 침하가 최소화될 수 있도록 소요의 직경을 가지도록 하되, 작용하는 하중에 의하여 파단되지 않으면서 최대의 하중을 지지할 수 있는 간격과 길이를 가지도록 설계되어 시공된다.At this time, the
하지만 상기 SEM 파일(61)은 선단슈(62) 외부에 설치되기 때문에 최종 회수될 수 없어 수평굴착이 완료된 이후에는 지중에 희생될 수 밖에 없고, 전면가압판(63)을 사용할 경우 작업성이 저하될 뿐만 아니라 시공중 굴착면이 붕괴되는 안전사고가 발생할 여지가 있어 시공관리가 용이 하지 않다는 문제가 있었다.However, since the
이에 본 발명은 종래 중,대구경(직경 800∼1000mm) 강관 압입 단계에서 발생하는 지표면 침하 등의 지반변형을 최소화 하기 위하여 소구경 강관(직경 100∼300mm)을 적용하면서도 회수가 가능하여, 효율성과 경제성을 확보할 수 있게 되며, 달리 시멘트 그라우팅을 사용하지 않음으로 인한 지반 환경오염을 최소화할 수 있는 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법 제공을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.Therefore, the present invention is possible to recover while applying a small-diameter steel pipe (diameter 100-300mm) to minimize ground deformation such as ground surface subsidence occurring in the conventional medium and large-diameter (diameter 800-1000mm) steel pipe press-in step. This is a technical task to solve the provision of a recoverable horizontal pile that can minimize ground environmental pollution due to not using cement grouting and a non-cracking method using the inclination of the excavation surface.
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상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법은,The non-cracking method using the inclination of the recoverable horizontal pile and the excavation surface of the present invention for solving the above problem,
(a) 수평파일을 선단슈를 경유하여 함체 상부 내측면에 설치하여 상부지반(G1)의 이완하중인 지반하중과 상재하중을 수평파일이 지지하도록 단계; 및 (b) 상기 선단슈를 전방지반(G2)으로 압입하면서 함체도 함께 전방으로 연장되도록 하여 지반을 수평굴착하되, 보강재 없이 굴착면이 안전하도록 전방지반(G2)의 지반강도 정수를 이용하여 굴착면의 경사도를 유지하는 단계;를 포함하여,
상기 수평파일은 일단은 선단슈에 힌지 고정되고, 선단은 전방 지반에 압입되어 고정되어 회수가 가능하도록 설치되며, 다수의 소구경 파일이 서로 일체화되어 상부지반으로부터 작용하는 하중을 지지하는 기능을 가진 직경이 100~300mm인 소구경파일체이며,
상기 굴착면의 경사도를 확보함에 따라 수평파일이 부담하는 상부지반(G1)의 이완하중인 지반하중과 상재하중이 제어될 수 있도록 하게 된다.(a) installing the horizontal pile on the inner surface of the upper part of the enclosure via the tip shoe so that the horizontal pile supports the ground load and the overhead load under relaxation load of the upper ground (G1); And (b) horizontal excavation of the ground by pressing the front shoe into the front ground (G2) and extending the enclosure forward together, but excavation using the ground strength constant of the front ground (G2) so that the excavation surface is safe without a reinforcement. Including; maintaining the slope of the surface;
The horizontal pile has one end hinged to the front shoe, and the front end is press-fitted into the front ground and installed so that recovery is possible, and a number of small-diameter piles are integrated with each other to support the load acting from the upper ground. It is a small diameter pile body with a diameter of 100~300mm,
As the inclination of the excavation surface is secured, the ground load and the overhead load during the relaxation load of the upper ground G1 borne by the horizontal pile can be controlled.
또한 바람직하게는,Also preferably,
상기 (a) 단계에서, 상기 선단슈 후방으로는 함체가 일체로 연결되어 있어 선단슈와 함체가 수평으로 압입되면서 수평굴착에 의한 지중터널구조물 시공이 이루어지도록 하게 된다.In the step (a), the housing is integrally connected to the rear of the front shoe, so that the front shoe and the housing are horizontally pressed, so that the construction of the underground tunnel structure is performed by horizontal excavation.
또한 바람직하게는,Also preferably,
상기 (a) 단계에서, 상기 수평파일은 종방향으로 일정한 연장길이를 가지고, 횡방향으로는 서로 접하거나, 일정 간격 이격되도록 배치되고, 일단은 선단슈 내측면에 고정되고, 선단은 전방지반(G2)에 압입되도록 시공하게 된다.In the step (a), the horizontal pile has a constant extension length in the longitudinal direction, is disposed so as to be in contact with each other or spaced apart at a predetermined interval in the transverse direction, one end is fixed to the inner side of the front shoe, and the front end is the front ground ( It is constructed so that it is pressed into G2).
또한 바람직하게는,Also preferably,
상기 (a) 단계에서, 상기 수평파일은 수평파일의 종단면 안전성을 검토하고, 수평파일의 횡단면안전성을 검토한 후, 굴착면 경사도를 검토하여 시공이 이루어지도록 하게 된다.In the step (a), the horizontal pile is constructed by reviewing the longitudinal section safety of the horizontal pile, reviewing the cross-sectional safety of the horizontal pile, and then examining the excavation surface inclination.
또한 바람직하게는,Also preferably,
상기 수평파일(120)의 종단면 안전성은 수평파일의 직경을 임의로 결정하고, 수평파일의 상부 지반의 이완영역에서 수평파일 1개가 받는 하중(단위하중)을 평가하고, 상기 수평파일 1개의 단면 강성이 작용하는 단위하중에 의한 응력보다 커지도록 하고, 상기 단위하중이 최대가 되는 간격을 평가하여 중첩 이완영역 하중보다 수평파일 1개의 단면 강성이 커지도록 이루어지게 된다.The longitudinal safety of the
또한 바람직하게는,Also preferably,
상기 수평파일의 횡단면 안전성은 수평파일의 휨강성이 상부지반의 이완하중인 지반하중과 상재하중 보다 크고, 수평파일의 인발하중이 주변마찰력보다 커지도록 하게 된다.The cross-sectional stability of the horizontal pile is such that the bending stiffness of the horizontal pile is greater than the ground load and the overhead load under the relaxation load of the upper ground, and the pull-out load of the horizontal pile is greater than the surrounding friction force.
또한 바람직하게는,Also preferably,
상기 굴착면 경사도는 수평파일의 최종 수평굴착 길이를 산정하고, 토피고에 따라 지반강도 정수를 고려하여 굴착면이 붕괴되지 않도록 이루어지게 된다.The excavation surface inclination is made so that the excavation surface does not collapse by calculating the final horizontal excavation length of the horizontal pile and considering the ground strength constant according to the cover height.
또한 바람직하게는,Also preferably,
상기 굴착면 경사도는 45도+Φ/2에 지중터널구조물이 설치되는 심도를 고려하여 정해지게 된다.The excavation surface inclination is determined in consideration of the depth at which the underground tunnel structure is installed at 45 degrees + Φ/2.
또한 바람직하게는,Also preferably,
상기 굴착면 경사도는 선단슈 경사 40~75도를 유지하여 이루어지게 된다.The excavation surface inclination is achieved by maintaining a front shoe inclination of 40 to 75 degrees.
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본 발명은 수평파일의 수평설치에 의한 전방부 지반 보강과 지반의 강도정수를 고려한 경사진 굴착면을 채택하여 지반 교란을 최소화시킬 수 있고, 굴착면 안전성 및 시공속도 개선을 통하여 보다 효율적인 비개착 지하횡단구조물 공법을 제공할 수 있게 된다.The present invention can minimize ground disturbance by adopting an inclined excavation surface in consideration of the strength constant of the ground and reinforcement of the ground by horizontal installation of the horizontal pile, and more efficient non-cracked underground through improvement of the excavation surface safety and construction speed. It will be possible to provide a cross-section construction method.
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도 1a는 종래 비개착 구조물 시공방법 순서도,
도 1b는 종래 터널을 시공함에 있어 수평 소형강관의 시공상태도,
도 1c는 종래 SEM 공법의 시공도
도 2 및 도 3은 본 발명의 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법의 시공개념도,
도 4는 본 발명의 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법의 설계방법도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법의 순서도이다.1a is a flow chart of a conventional method for constructing a non-cracked structure,
Figure 1b is a construction state diagram of a horizontal small steel pipe in the conventional tunnel construction,
1c is a construction diagram of a conventional SEM method
2 and 3 are a construction concept diagram of a non-cracking method using a recoverable horizontal pile of the present invention and an inclination of the excavation surface,
Figure 4 is a design method of a non-cracking method using a recoverable horizontal pile of the present invention and the inclination of the excavation surface;
5 and 6 are flow charts of a non-cracking method using a recoverable horizontal pile of the present invention and an inclination of the excavation surface.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
[ 본 발명의 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법의 구성][Constitution of the non-cracking method using the recoverable horizontal pile of the present invention and the inclination of the excavation surface]
도 2 및 도 3은 본 발명의 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법의 시공개념도, 도 4는 본 발명의 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법의 설계방법도를 도시한 것이다.2 and 3 are a conceptual diagram of the construction of the non-cracking method using the inclination of the recoverable horizontal pile and the excavation surface of the present invention, and FIG. 4 is a design method of the non-cracking method using the inclination of the recoverable horizontal pile and the excavation surface of the present invention. It shows the degree.
상기 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법은 수평파일(120)을 회수가능하도록 설치하여 추후 회수되도록 시공하게 된다.In the non-cracking method using the recoverable horizontal pile and the inclination of the excavation surface, the
이에 본 발명에 의한 비개착공법은 도 2 및 도 3과 같이, 선단슈(110), 수평파일(120), 굴착면(130), 함체(140)를 포함하여 이루어지게 된다.Accordingly, the non-breaking method according to the present invention is made by including the
먼저, 상기 선단슈(110)는 도 2 및 도 3과 같이, 지반을 수평굴착함에 필요한 것으로서 전방으로 압입됨에 따라 선단슈는 예컨대 전면이 쐐기형태로 형성되어 있고, 선단슈 후방으로는 함체(140)가 일체로 연결되어 있어 선단슈(110)와 함체(140)가 수평으로 압입되면서 수평굴착에 의한 지중터널구조물 시공이 이루어지게 된다.First, the
상기 수평파일(120)은 도 2 및 도 3과 같이, 특히 선단슈(110)를 경유하여 함체(140)의 내측면으로부터 전방으로 수평으로 연장된 소구경파일체로 설치되어 회수가 가능하도록 형성시키는 것이 특징이다.The
즉, 종래는 수평파일(120)을 선단슈(110) 외부인 상면에 설치하여 전방으로 연장되도록 하였기 때문에 함체(140) 내부에서 회수할 수 있는 상태가 될 수 없지만, 본 발명은 수평파일(120)을 선단슈(110)를 경유하여 함체(140) 상부 내측면에 설치되도록 한 상태에서 전방으로 연장 설치하여 추후 회수가 가능하도록 하게 된다.That is, in the related art, since the
이에 상기 수평파일(120)은 다수의 소구경 파일이 서로 일체화되어 상부지반으로부터 작용하는 하중을 지지하는 기능을 가진 소구경파일체 시공되며, 예컨대 직경이 100~300mm 정도되는 강관을 횡방향으로 서로 이격시켜 일체화시켜 시공하게 된다.Accordingly, in the
이러한 소구경파일체는 선단슈(110) 전방의 상부지반(G1)을 지지하는 역할을 하도록 수평지지체로 시공되며, 전방 방향을 종방향이라고 하였을 때, 종방향으로는 일정한 연장길이를 가지고, 횡방향으로는 서로 접하거나, 일정 간격 이격되도록 배치되고, 일단은 선단슈 내측면에 고정되고, 선단은 전방지반(G2)에 압입되도록 시공된다.This small-diameter pile body is constructed as a horizontal support so as to support the upper ground (G1) in front of the
이로서 수평파일(120)의 일단은 선단슈(110)에 힌지 고정되고, 선단은 전방 지반에 압입되어 고정되어 시공과정에서 상부지반의 이완하중(지반하중)과 상재하중을 지지할 수 있도록 회수가 가능하도록 하게 됨을 알 수 있다.As a result, one end of the
구체적으로 수평파일(120)은 소구경 파일 1개가 받는 하중을 평가하여 소요 강성을 구비한 소구경 파일의 직경을 정하고, 최대의 하중을 지지할 수 있는 간격을 평가하여 소구경 파일의 시공 간격을 정하고, 다수의 소구경 파일에 의한 소구경파일체가 상부지반의 이완하중(지반하중)과 상재하중에 의하여 파단되지 않으면서도 인발에 충분히 저항할 수 있도록 안전성도 평가하는 방식으로 설계된다.Specifically, the
상기 굴착면(130)은 도 2 및 도 3과 같이, 수평파일(120)의 하부지반인 전방지반(G2)도 굴착과정에서 이완되기 때문에 굴착면(굴착에 의하여 형성된 전방지반의 굴착면)으로 붕괴되려고 하게 된다.The
이러한 굴착면(130)은 미도시된 굴착기등 장비와 발파를 통해 형성되는데 시공과정에서 자연스럽게 발생하게 된다.The
이때 굴착면은 단면적이 상당히 크기 때문에 상부단면 부터 먼저 굴착하고, 하부단면을 추후 굴착하는 방식을 채택하여 시공순서에 따라 자연스럽게 경사지게 형성된다.At this time, since the excavation surface has a fairly large cross-sectional area, it is formed to be naturally inclined according to the construction sequence by adopting a method of excavating first from the upper section and then excavating the lower section.
하지만 상기 경사진 굴착면이 안전하지 않아 종래 보강재를 추가로 설치(굴착면 보강)하게 되는데 이러한 보강재는 일종의 지보재로서 시간과 비용이 많이 소요된다.However, since the inclined excavation surface is not safe, a conventional reinforcement is additionally installed (excavation surface reinforcement). Such a reinforcement is a kind of support material and takes a lot of time and cost.
이에 본 발명은 상기 굴착면(130)을 자립하여 안정화될 수 있도록 경사도를 제어하게 되는데 경사도가 낮을수록 안정화를 이룰 수 있지만, 시공과정에서 경사도를 무작정 낮게 시공하는 것도 용이하지 않기 때문에 별도의 보강이 필요없도록 하면서 붕괴되지 않는 굴착면 경사 관리가 중요해지게 된다.Accordingly, the present invention controls the inclination so that the
이에 본 발명은 선단슈(110) 굴착면 상부지반 지반하중과 외력에 의한 상재하중이 작용하게 되므로 이를 기준으로 굴착면 안정해석을 수행한 결과를 이용하여 최적 경사를 결정하게 된다.Accordingly, in the present invention, since the ground load on the top of the excavation surface of the
예컨대, 도 4에 의하면 굴착면 높이에 따른 안전율(안전율 1을 기준으로 하여 비용 및 효율성 확보)과 경사도를 미리 계산하여 예컨대 38도 정도의 경사각(수평면으로부터 전방 상방으로 경사진 굴착면의 각도, 예각)이 보강재 없이 안정화를 이룰 수 있는 굴착면 경사도를 유지하도록 하여 굴착면 경사가 관리되도록 하게 된다.For example, according to FIG. 4, the safety factor (securing cost and efficiency based on the safety factor 1) and the inclination according to the height of the excavation surface are calculated in advance, for example, an inclination angle of about 38 degrees (the angle of the excavation surface inclined upward from the horizontal surface, the acute angle) ) To maintain the excavation surface slope that can achieve stabilization without reinforcement, so that the excavation surface slope is managed.
이때 현장마다 변하는 지반강도 정수를 반영하여 도 4에 의한 경사면 그래프를 준비하여 시공하게 된다.At this time, the slope graph according to FIG. 4 is prepared and constructed by reflecting the ground strength constant that varies from site to site.
상기 함체(140)는 도 2 및 도 3과 같이, 선단슈(110) 후방에 일체로 연결되어 있어 선단슈(110)가 전방으로 압입되면 선단슈가 압입되는 길이만큼 함체(140)도 전방으로 이동할 수 있게 연속적으로 일체화된 함체(140)는 지중터널구조물을 형성시키게 되며, 첫 번째 함체(140)에는 수평파일(120)이 상단 내측면에 힌지 고정되어 있게 된다.The
이로서 본 발명은 비개착공법으로 회수 가능한 수평파일(120)과 보강재 없이 안전한 굴착면의 경사각을 이용하는 방법으로 수평파일(120)의 상부지반의 이완에 의한 침하, 변형을 방지할 수 있도록 하면서도, 수평파일(120) 설치간격을 최대한 확보할 수 있도록 하여 경제성을 확보하고, 전방 굴착면의 경사각 관리를 통하여 막장관리를 할 수 있는 공법임을 알 수 있다.Accordingly, the present invention is a method of using the inclination angle of the
[ 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법 ][Recoverable horizontal pile and non-cracking method using the inclination of the excavation surface]
도 5 및 도 6은 본 발명의 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법의 설계검토순서도 및 시공순서도를 도시한 것이다.5 and 6 are diagrams showing a design review flow chart and a construction flow chart of a non-cracking method using a recoverable horizontal pile and an inclination of the excavation surface of the present invention.
먼저 본 발명에 의한 비개착공법 이전 설계단계에서 검토해야할 사항을 순서도로 살펴보면 도 5와 같이, 먼저 지중에 수평굴착함에 있어 지표면으로부터 수평굴착 중심축까지의 토피고를 결정하고 있음을 알 수 있다.First, looking at the matters to be reviewed in the design stage prior to the non-drilling method according to the present invention, as shown in FIG. 5, it can be seen that the cover height from the ground surface to the horizontal excavation center axis is first determined in horizontal excavation in the ground.
이러한 토피고는 현장조건에 따라 결정되는 값이기 때문에 임의의 토피고에서 지반이완에 의한 침하, 굴착면의 붕괴가 발생하지 않도록 지중터널구조물을 시공해야 한다.Since such a cover height is a value that is determined according to the site conditions, an underground tunnel structure should be constructed so that subsidence due to ground relaxation and collapse of the excavation surface do not occur at any cover height.
이에 먼저 도 5와 같이, 첫째, 수평파일(120)의 종단면 안전성을 검토하고, 둘째, 수평파일(120)의 횡단면안전성을 검토한 후, 셋째, 굴착면 경사도를 검토하는 방식으로 사전 검토작업이 이루어지게 됨을 알 수 있다.Accordingly, first, as shown in FIG. 5, first, the longitudinal section safety of the
먼저 상기 수평파일(120)의 종단면 안전성은 수평파일(120)의 직경을 임의로 결정하고, 이완영역(수평파일(120)의 상부 지반의 이완영역을 결정하는 산술식을 이용)에서 수평파일(120) 1개가 받는 하중(단위하중)을 평가하고, 상기 수평파일(120) 1개의 단면 강성이 작용하는 단위하중에 의한 응력보다 크면, 상기 단위하중이 최대가 되는 간격을 평가하여 중첩 이완영역 하중보다 수평파일(120) 1개의 단면 강성이 커지도록 하는 것을 전제로 횡단면 안전성을 검토로 넘어가게 된다.First, the longitudinal safety of the
다음으로 상기 수평파일(120)의 횡단면 안전성은 수평파일(120)의 휨강성이 상부지반의 이완하중(지반하중)과 상재하중 보다 커지도록 하여, 수평파일(120)의 인발하중이 주변마찰력보다 커지도록 하는 방식으로 검토하게 된다.Next, the cross-sectional safety of the
최종 상기 굴착면 경사도 검토는 수평파일(120)의 최종 수평굴착 길이를 산정하고, 도 4와 같이, 토피고에 따라 지반강도 정수를 고려하여 굴착면이 붕괴되지 않도록 즉, 안전율이 1이 되는 굴착면 경사도를 검토하는 방식으로 이루어지게 된다.In the final examination of the excavation surface inclination, the final horizontal excavation length of the
이에 수평파일(120)의 횡방향 안전성, 종방향 안전성 및 굴착도 검토가 완료되면 수평파일(120)의 설치개수, 연장길이, 횡방향폭이 결정되고, 굴착면 경사가 정해지게 된다.Accordingly, when the lateral safety, longitudinal safety and excavation degree of the
이에 도 6에 의하면, Accordingly, according to FIG. 6,
먼저, 함체(140)와 선단슈(110)는 초기 세팅된 상태에서 수평파일(120)을 선단슈 내측면을 경유하여 일측이 함체(140) 내측면에 고정힌지 형태로 연결되고, 선단은 전방 지반에 고정된 상태로 설치하게 됨을 알 수 있다.First, the
이에 상기 수평파일(120)은 함체(140) 내부에 위치하게 되므로 공사가 완료되면 회수가 가능하게 됨을 알 수 있다.Accordingly, since the
다음으로는 함체(140)와 수평파일(120)에 의하여 상부지반의 침하가 발생하지 않도록 한 상태에서 선단슈(110)를 전방으로 확장시켜 전방 굴착준비를 하게 된다.Next, the
다음으로는 선단슈(110)가 전방으로 확장되면서 이완된 전방지반을 굴착하게 되며 이때 굴착면은 예컨대 안전율이 1이 되는 경우를 기준으로 하여 굴착면 경사확보에 의하여 굴착면 안정화가 가능하도록 하게 됨을 알 수 있다.Next, as the
다음으로는 함체(140)와 선단슈(110)를 전방으로 함께 전진시켜 수평굴착이 이루어지게 됨을 알 수 있다.Next, it can be seen that horizontal excavation is performed by advancing the
이에 필요한 만큼 수평굴착을 계속 반복하여 최종 수평굴착을 하게 되면 상부지반(G1)의 이완에 의한 침하, 변형이 발생하지 않으면서도 전방지반(G2)에 의한 굴착면도 별도의 보강없이 안전화를 이루게 되므로 보다 신속하면서도 경제적인 수평굴착에 의한 지중터널구조물 시공이 가능하게 된다.Therefore, if the horizontal excavation is repeated as necessary and the final horizontal excavation is carried out, settlement and deformation by the relaxation of the upper ground (G1) do not occur, and the excavation surface by the front ground (G2) also achieves safety boots without additional reinforcement. It is possible to construct an underground tunnel structure by rapid and economical horizontal excavation.
이로서 수평파일로서 소구경(직경 100∼300mm)강관을 사용함에 따라 중구경, 대구경 강관을 사용하는 경우와 대비하여 상부지반(G1) 이완 영역도 작아질 뿐만 아니라, 회수하여 재사용이 가능하게 되므로 매우 경제적이고,As a result of using small-diameter (100-300mm in diameter) steel pipes as horizontal piles, the relaxation area of the upper ground (G1) is reduced compared to the case of using medium-diameter and large-diameter steel pipes, and it can be recovered and reused. Economical,
종래와 달리 수평으로 수평파일을 배치하여 압입시키기 때문에 별도의 그라우팅작업이 필요없어 공종이 단순화되고, 환경오염 피해도 최소화시킬 수 있게 되며, 수으로 배치되는 수평파일의 적용 및 경사진 굴착면 관리로 인하여 시공속도가 증진되고, 안전성을 확보할 수 있게 된다.Unlike conventional, horizontal piles are placed and pressed in horizontally, so there is no need for separate grouting, so the type of work is simplified and the damage from environmental pollution can be minimized. Due to this, the construction speed is increased and safety can be secured.
상기 굴착면 경사도는 수평파일(120)의 최종 수평굴착 길이를 산정하고, 토피고에 따라 지반강도 정수를 고려하여 굴착면이 붕괴되지 않도록 이루어지도록 하되, 예컨대, 45도+Φ/2로 정해질 수 있는데, (Φ: 지반의 마찰각) 이를 선단슈 경사 40~75도를 유지하여 이루어지도록 하게 되며, 지중터널구조물이 설치되는 심도를 고려하여 값을 결정하면 된다.The excavation surface slope is made so that the excavation surface does not collapse by calculating the final horizontal excavation length of the
결국 본 발명은 상기 굴착면의 경사도를 확보함에 따라 수평파일(120)이 부담하는 상부지반(G1)의 이완하중인 지반하중과 상재하중이 제어될 수 있도록 하는 메커니즘을 구비하게 됨을 알 수 있다.As a result, it can be seen that the present invention is provided with a mechanism for controlling the ground load and the overhead load under the relaxation load of the upper ground G1 borne by the
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that other specific forms can be easily modified without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and are not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
110: 선단슈
120: 수평파일
130: 굴착면
140: 함체110: tip shoe
120: horizontal pile
130: excavation surface
140: enclosure
Claims (10)
(b) 상기 선단슈(110)를 전방지반(G2)으로 압입하면서 함체(140)도 함께 전방으로 연장되도록 하여 지반을 수평굴착하되, 보강재 없이 굴착면이 안전하도록 전방지반(G2)의 지반강도 정수를 이용하여 굴착면(130)의 경사도를 유지하는 단계;를 포함하여,
상기 수평파일(120)은 일단은 선단슈(110)에 힌지 고정되고, 선단은 전방 지반에 압입되어 고정되어 회수가 가능하도록 설치되며,
다수의 소구경 파일이 서로 일체화되어 상부지반으로부터 작용하는 하중을 지지하는 기능을 가진 직경이 100~300mm인 소구경파일체이며,
상기 굴착면(130)의 경사도를 확보함에 따라 수평파일(120)이 부담하는 상부지반(G1)의 이완하중인 지반하중과 상재하중이 제어될 수 있도록 하는 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법.(a) Steps so that the horizontal pile 120 is installed on the upper inner surface of the enclosure 140 via the tip shoe 110 so that the horizontal pile 120 supports the ground load and the overhead load under the relaxation load of the upper ground (G1). ; And
(b) Horizontal excavation of the ground by pressing the front shoe 110 into the front ground (G2) and extending forward with the enclosure 140, but the ground strength of the front ground (G2) so that the excavation surface is safe without a reinforcement Including; maintaining the inclination of the excavation surface 130 by using an integer,
The horizontal pile 120 has one end hinged to the front end shoe 110, and the front end is press-fitted into the front ground and fixed to allow recovery,
It is a small-diameter pile body with a diameter of 100 to 300 mm with the function of supporting the load acting from the upper ground by a number of small-diameter piles integrated with each other.
By securing the inclination of the excavation surface 130, the ground load under the relaxation load and the overhead load of the upper ground G1 borne by the horizontal pile 120 are controlled using a recoverable horizontal pile and the inclination of the excavation surface. Non-breaking method.
상기 (a) 단계에서,
상기 선단슈 후방으로는 함체(140)가 일체로 연결되어 있어 선단슈(110)와 함체(140)가 수평으로 압입되면서 수평굴착에 의한 지중터널구조물 시공이 이루어지도록 하는 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법.The method of claim 1,
In step (a),
To the rear of the front shoe, the body 140 is integrally connected, so that the front shoe 110 and the body 140 are pressed horizontally, and a recoverable horizontal pile and excavation surface to allow the construction of an underground tunnel structure by horizontal excavation. Non-cracking method using the inclination of.
상기 (a) 단계에서, 상기 수평파일(120)은, 종방향으로 일정한 연장길이를 가지고, 횡방향으로는 서로 접하거나, 일정 간격 이격되도록 배치되고, 일단은 선단슈 내측면에 고정되고, 선단은 전방지반(G2)에 압입되도록 시공되는 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법.The method of claim 1,
In the step (a), the horizontal pile 120 has a constant extension length in the longitudinal direction, and is disposed so as to be in contact with each other or spaced apart at a predetermined interval in the transverse direction, and one end is fixed to the inner surface of the front shoe Is a non-cracking method using the inclination of the excavation surface and the recoverable horizontal pile that is constructed to be pressed into the front ground (G2).
상기 (a) 단계에서, 상기 수평파일(120)은
수평파일(120)의 종단면 안전성을 검토하고, 수평파일(120)의 횡단면안전성을 검토한 후, 굴착면 경사도를 검토하여 시공이 이루어지도록 하는 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법.The method of claim 1,
In the step (a), the horizontal pile 120 is
After reviewing the safety of the longitudinal section of the horizontal pile 120, reviewing the safety of the cross section of the horizontal pile 120, and reviewing the inclination of the excavation surface, a recoverable horizontal pile and the inclination of the excavation surface are used to make the construction work. .
상기 수평파일(120)의 종단면 안전성은
수평파일(120)의 직경을 임의로 결정하고, 수평파일의 상부 지반의 이완영역에서 수평파일(120) 1개가 받는 하중(단위하중)을 평가하고, 상기 수평파일 1개의 단면 강성이 작용하는 단위하중에 의한 응력보다 커지도록 하고, 상기 단위하중이 최대가 되는 간격을 평가하여 중첩 이완영역 하중보다 수평파일(120) 1개의 단면 강성이 커지도록 이루어지는 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법.The method of claim 4,
The longitudinal safety of the horizontal pile 120 is
The diameter of the horizontal pile 120 is arbitrarily determined, the load (unit load) received by one horizontal pile 120 in the relaxation area of the upper ground of the horizontal pile is evaluated, and the unit load at which the cross-sectional stiffness of one horizontal pile acts. Non-cracking using the inclination of the excavation surface and the recoverable horizontal pile made so that the cross-sectional stiffness of one horizontal pile 120 is greater than the overlapping relaxation area load by evaluating the interval at which the unit load becomes the maximum and Method.
상기 수평파일(120)의 횡단면 안전성은
수평파일(120)의 휨강성이 상부지반의 이완하중인 지반하중과 상재하중 보다 크고, 수평파일(120)의 인발하중이 주변마찰력보다 커지도록 하여 이루어지는 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법.The method of claim 5,
The cross-sectional safety of the horizontal pile 120 is
The bending stiffness of the horizontal pile 120 is greater than the ground load and the overhead load under the relaxation load of the upper ground, and the pull-out load of the horizontal pile 120 is made larger than the surrounding friction force. Method.
상기 굴착면 경사도는
수평파일(120)의 최종 수평굴착 길이를 산정하고, 토피고에 따라 지반강도 정수를 고려하여 굴착면이 붕괴되지 않도록 이루어지는 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법.The method according to claim 5 or 6,
The excavation surface slope is
Calculate the final horizontal excavation length of the horizontal pile 120, and considering the ground strength constant according to the cover height, so that the excavation surface does not collapse, a recoverable horizontal pile and a non-breaking method using the inclination of the excavation surface.
상기 굴착면 경사도는 45도+Φ/2에 지중터널구조물이 설치되는 심도를 고려하여 정해지는 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법.The method of claim 1,
The inclination of the excavation surface is determined by considering the depth at which the underground tunnel structure is installed at 45 degrees + Φ/2, and a non-cracking method using the inclination of the excavation surface and a recoverable horizontal pile.
상기 굴착면 경사도는 선단슈 경사 40~75도를 유지하여 이루어지도록 하여 검토되는 회수가능한 수평파일과 굴착면의 경사도를 이용한 비개착공법.The method of claim 8,
The inclination of the excavation surface is a non-drilling method using a recoverable horizontal pile and an inclination of the excavation surface to be reviewed by maintaining a tip shoe inclination of 40 to 75 degrees.
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GRNT | Written decision to grant |