KR102273122B1 - 파일롯 터널을 이용한 나틈터널 선 보강 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파일롯 터널 내에서 2단 천공을 하되, 1차로 확대굴착 범위는 큰 직경, 2차로 보강범위에는 소구경으로 천공된 범위에 국한하여 락볼트를 설치하고, 큰 직경공과 소구경 간의 경계면에 비어링 플레이트를 체결하여 확대발파 전에 암질불량구간을 선보강하는 것으로 구성되는 파일롯 터널을 이용한 나틈터널 선 보강 방법에 관한 것이다.

Description

파일롯 터널을 이용한 나틈터널 선 보강 방법{New Austrian Tunneling Method tunnel reinforcement method using pilot tunnel}

본 발명은 파일롯 터널(Pilot tunnel)을 이용한 나틈(NATM: New Austrian Tunneling Method)터널 선보강 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 파일롯 터널 굴진 시에 발견되는 암질불량 구간을 선 보강하여 NATM 공법에 의한 확대발파 시 터널 굴착면 붕락을 방지하는 파일롯 터널을 이용한 나틈터널 선보강 방법에 관한 것이다.

일반적으로 암반터널공사에 있어서, 지반의 진동문제를 감안하고, 굴진속도를 증가시키기 위하여 TBM(Tunnel Boring Machine, 티비엠)으로 파일롯 터널을 굴착하고, 나머지 확폭부분을 발파 방법에 의해 처리하는 방식의 TBM/NATM 병용공법이 최근 들어 여러 터널현장에서 적용되고 있다.

나아가, 대단면 터널은 상반부와 하반부로 나누고 이를 다시 분할하여 굴착을 하고 있고 한국등록특허문헌 제10-1144905호 또는 제10-2009896호에 제시되어 있는 것과 같이 NATM 터널 중심부에 TBM을 이용하여 파일롯 터널을 선행굴진 중에 후방부에서 확대발파하여 터널을 굴착하는 기술이 개발되었다.

한편, 터널 굴진 중 암질 불량으로 붕락이 발생하는 문제가 있다. 도 1은 종래의 NATM 터널 보강 개념도이고, 도 2는 도 1의 A-A를 따라 절단한 곳에서의 단면 형상을 보여주는 단면도이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 종래에는 도 1과 도 2에서 보이는 것과 같이 전회 굴착막장(P2)에서 발파를 한 후 노출된 제1 암질불량 구간(파쇄대)을 강지보재(미도시), 락볼트(10) 및 숏크리트(20)로 후 보강하며 붕락된 여굴부는 시멘트 몰탈 또는 숏크리트와 같은 뒷채움재(30)로 충전하는 방식을 사용하여 암질불량 구간을 보강하였다.

그러나, 기 굴착된 보강 완료구간(R1)의 전회 굴착막장(P2)에서는 전방의 금회 보강구간(R2)에 발달해 있는 제1 암질불량 구간이 존재하고 있음을 간파할 수가 없으므로 통상적인 발파를 시행하다 보면 제1 암질불량 구간은 붕락되어 여굴 공동이 형성된다. 이러한 경우, 발생된 공동을 원상태로 회복시키는 데에 많은 재료 및 시간을 필요로 하여 보강기간이 추가되어야 하는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 파일롯 터널 굴진 시 발견되는 암질불량 구간을 선 보강하여 확대발파 시 굴착면 붕락에 의한 공동발생 가능성을 사전에 차단할 수 있는 파일롯 터널을 이용한 나틈터널 선 보강 방법을 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 티비엠(TBM)에 의해 선행 굴진되는 파일롯 터널과 이를 확폭하여 대단면 나틈(NATM)터널을 완성하는 방법은, TBM 파일롯 터널 내에서, 파일럿 터널 굴착면부터 확대 굴착면까지의 범위 에 해당하는 확대굴착범위 영역을 상기 파일롯 터널 굴진 방향에 대하여 소정의 제1 직경으로 수직 천공하여 공삭공을 형성하는 제1 천공 단계; 상기 확대 굴착면부터 소정의 깊이만큼 천공된 면까지의 범위에 해당하는 보강범위 영역을 상기 파일롯 터널 굴진 방향에 대하여 소정의 제2 직경으로 수직 천공하여 보강공을 형성하는 제2 천공 단계; 상기 보강공 내에 레진을 삽입하는 레진 삽입 단계; 상기 레진 삽입 후, 락볼트의 이형철근을 상기 공삭공에서 상기 보강공 방향으로 상기 보강공 상단면까지 회전 삽입하여 락볼트를 설치하는 락볼트 설치 단계; 상기 락볼트 설치 단계에 의해 공삭공 하단부에 돌출된 이형철근을 원형의 비어링 플레이트 상에 형성되어 있는 체결 넛트에 회전시켜 체결하는 비어링 플레이트 설치 단계; 를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제1 직경은, 상기 제2 직경보다 큰 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 락볼트 설치 단계에서 설치되는 락볼트는, 상기 파일롯 터널에서 상기 제2 직경으로 천공한 보강범위에 국한하여 설치되고, 상기 파일롯 터널 굴착면과 상기 설치된 락볼트 두부 사이의 범위는 공삭공의 나공상태로 방치된 후 확대굴착 시에 소멸되는 것을 특징으로 하는 특징으로 한다.

한편, 상기 제1 천공 단계에서 소정의 제1 직경으로 천공되는 깊이는, 상기 확대 굴착면보다 소정의 길이만큼 깊게 천공된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 비어링 플레이트 설치 단계에서의 비어링 플레이트는, 중공형의 원형 강재판이며, 강재판의 일면에는 상기 체결 넛트가 용접되어 형성되어 상기 강재판과 체결 넛트가 일체화된 형태인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 락볼트의 이형철근의 두부는, 그 단부가 일정 각도 기울어진 경사도를 갖는 테이퍼 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 파일롯 터널 굴진 시 발견된 암질불량 구간을 선 보강함으로써 확대발파 시 굴착면 붕락에 의한 공동발생 가능성을 사전에 차단하여 공동충전 재료비 및 그에 따른 보강비를 감소시키는 동시에 제반의 보강기간에 소모되는 공사기간을 축소시키는 효과가 있다.

또한, 낙반 가능성을 최소화함으로써 안전사고를 예방할 수 있다.

도 1은 종래의 NATM 터널 보강 개념도를 도시한 종단면도이다.
도 2는 도 1의 단면 ‘A-A’를 따라 절단한 곳에서의 단면 형상을 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 파일롯 터널을 이용한 NATM 터널 선 보강 방법의 순서도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 NATM 터널 보강 개념도를 보여주는 종단면도이다.
도 5는 도 4에서 단면 ‘B-B’를 따라 절단한 곳에서의 단면 형상을 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 락볼트의 구조를 도시한 상세도이다.
도 7은 도 6의 F 영역을 상세하게 도시한 상세도이다.
도 8은 본 발명에 따른 락볼트의 구조를 상세하게 도시한 상세도이다.
도 9는 도 8의 A 영역을 상세하게 도시한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면부호를 붙였다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 파일롯 터널을 이용한 나틈터널 선 보강 방법은, 파일롯 터널 내에서 2단 천공을 하되, 1차로 확대굴착 범위(P4~P5)는 큰 직경, 2차로 보강범위(P5~P6)에는 소구경으로 천공된 범위에 국한하여 락볼트를 설치하고, 큰 직경공과 소구경 간의 경계면에 비어링 플레이트를 체결하여 확대발파 전에 암질불량구간을 선보강함으로써 굴착면 붕락에 의한 공동발생 가능성을 줄임과 동시에 보강에 소요되는 공사기간을 줄이는 기술이다.

도 3은 본 발명에 따른 파일롯 터널을 이용한 나틈터널 선 보강 방법의 순서도를 도시한 도면, 도 4는 본 발명에 따른 보강 개념도를 보여주는 종단면도, 도 5는 도 4에서 단면 B-B 선을 따라 절단한 곳에서의 단면 형상을 보여주는 단면도, 도 6은 락볼트 구조의 상세도, 도 7은 락볼트 두부 구조의 상세도, 도 8 및 9는 이형철근과 비어링 플레이트의 체결 구조를 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파일롯 터널을 이용한 나틈터널 선 보강 방법은 제1 천공 단계(S100), 제2 천공 단계(S200), 레진 삽입 단계(S300), 락볼트 설치 단계(S400), 비어링 플레이트 체결 단계(S500)를 포함하여 구성된다.

도 4 내지 7을 참조하여, 각 단계에 대하여 설명한다.

제1 천공 단계(S100)는, TBM 파일롯 터널(100) 내에 확대굴착범위 P4에서 P5까지 큰 제1 직경(a)으로 수직 천공하여 공삭공(110)을 형성하는 단계이다. 이 때, 공삭공(110)의 천공 깊이는 파일롯 터널의 확폭터널 굴착면보다 소정의 길이 h만큼 깊게 천공한다. 이에 따라 비어링 플레이트(136)와 넛트(138)가 차후 발파 굴착되는 행위에 의해 손상이 가지 않도록 보호한다(도 6 참조).

제2 천공 단계(S200)는, 확대 굴착면부터 소정의 깊이만큼 이격된 지점까지의 범위인 보강범위 P5에서 P6까지 소정의 제1 직경(a)보다 작은 제2 직경(b)으로 천공하는 단계이다.

레진 삽입 단계(S300)는, 상기 제2 천공 단계(S200)에서 천공한 보강공(120) 내에 금속 경화제인 레진(140)을 삽입하는 단계이다.

상기 레진 삽입 후, 락볼트(130)의 이형철근(134)을 상기 공삭공에서 보강공 방향으로 상기 보강공(120) 상단면까지 회전 삽입하여 락볼트(130)를 설치하는 락볼트 설치 단계(S400)를 수행한다. 이 때 이형철근의 두부(132)는, 도 6의 F 영역을 상세하게 도시한 도 7에 보이는 것처럼 단부가 일정 각도 기울어진 경사도를 갖는 테이퍼 구조로 형성된다. 이러한 구조에 의해, 후술하는 비어링 플레이트(136) 상의 체결 넛트(138)에 용이하게 체결된다.

비어링 플레이트 체결 단계(S500)는, 상기 락볼트 설치 단계(S400)에서의 락볼트(130) 설치 시 도 8 및 9에 보이는 것과 같이 공삭공(110) 하단부에 돌출된 이형철근(134)을 원형의 비어링 플레이트(136) 상에 형성되어 있는 체결 넛트(138)에 회전시켜 체결하는 단계이다.

여기서, 원형의 비어링 플레이트(136)는 그 상부에 체결 넛트(138)를 용접하여 일체화 된 구조로 형성하여 이형철근(134)과의 넛트(138) 체결이 용이하도록 한다. 이에 따라 큰 직경(a)으로 천공된 공삭공(110) 바닥에 용이하게 설치될 수 있다.

이와 같이 터널 굴진 구간에 따라 상술한 공삭공 천공 단계(S100) 내지 비어링 플레이트 체결 단계(S500)를 반복 수행하여 확대발파 전에 암질불량을 선 보강할 수 있다. 이 때, 시공 효율성을 고려하여 공삭공 천공 단계(S100) 및 보강공 천공 단계(S200)는 선행 시공할 수 있다.

한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100: 파일롯 터널
110: 공삭공
120: 보강공
130: 락볼트
132: 이형철근 두부
134: 이형철근
136: 비어링 플레이트
138: 체결 넛트

Claims (6)

1. 티비엠(TBM)에 의해 선행 굴진되는 파일롯 터널과 이를 확폭하여 대단면 나틈(NATM)터널을 완성하는 방법에 있어서,
   TBM 파일롯 터널 내에서, 파일롯 터널 굴착면부터 확대 굴착면까지의 범위 에 해당하는 확대굴착범위 영역을 상기 파일롯 터널 굴진 방향에 대하여 소정의 제1 직경으로 1차 수직 천공하여 공삭공을 형성하는 제1 천공 단계;
   상기 확대 굴착면부터 소정의 깊이만큼 천공된 면까지의 범위에 해당하는 보강범위 영역을 상기 파일롯 터널 굴진 방향에 대하여 상기 소정의 제1 직경보다 작은 소정의 제2 직경으로 2차 수직 천공하여 상기 공삭공과 구분되는 보강공을 형성하는 제2 천공 단계;
   상기 보강공 내에 레진을 삽입하는 레진 삽입 단계;
   상기 레진 삽입 후, 락볼트의 이형철근을 상기 공삭공에서 상기 보강공 방향으로 상기 보강공 상단면까지 회전 삽입하여 락볼트를 설치하는 락볼트 설치 단계;
   상기 락볼트 설치 단계에 의해 공삭공 하단부에 돌출된 이형철근을 원형의 비어링 플레이트 상에 형성되어 있는 체결 넛트에 회전시켜 큰 직경공인 공삭공과 소구경인 보강공 간의 경계면에 비어링 플레이트를 체결 고정하는 비어링 플레이트 설치 단계;
   를 포함하여 구성되며,
   상기 제1 천공 단계에서 형성되는 공삭공의 천공 깊이는, 상기 파일롯 터널의 확대 굴착면보다 소정의 길이만큼 깊게 천공되어, 발파 굴착에 의한 손상으로부터 상기 비어링 플레이트와 넛트를 보호하는 것; 을 특징으로 하는 나틈터널 선 보강 방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 락볼트 설치 단계에서 설치되는 락볼트는, 상기 파일롯 터널에서 상기 제2 직경으로 천공한 보강범위에 국한하여 설치되고,
   상기 파일롯 터널 굴착면과 상기 설치된 락볼트 두부 사이의 범위는 공삭공의 나공상태로 방치된 후 확대굴착 시에 소멸되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 나틈터널 선 보강 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 비어링 플레이트 설치 단계에서의 비어링 플레이트는,
   중공형의 원형 강재판이며, 강재판의 일면에는 상기 체결 넛트가 용접되어 형성되어 상기 강재판과 체결 넛트가 일체화된 형태인 것을 특징으로 하는 나틈터널 선 보강 방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 락볼트의 이형철근의 두부는, 그 단부가 일정 각도 기울어진 경사도를 갖는 테이퍼 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 나틈터널 선 보강 방법.

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