KR102434852B1 - 세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법 - Google Patents

세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법 Download PDF

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엄기영
김태훈
김민경
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한국철도기술연구원
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Abstract

기존의 중압관 길이대비 세미쉴드용 중압관의 길이를 연장함으로써 액츄에이터의 가동 스트로크 범위를 확대하여 더 길게 압입할 수 있고, 이에 따라, 장거리 굴진 추진이 가능하고, 세미쉴드 공법에서 굴착 속도를 높일 수 있으며, 또한, 후속 추진관과 선도 추진관 사이에 중압관으로 압입하여 남은 공간에 원형 세그먼트 블록을 추가함으로써 장거리 굴진이 가능하고, 시공 후 해체가 용이하고, 또한, 추진관과 액츄에이터간 연결핀을 통해 연결함으로써, 추진관의 시공이 완료된 후 연결핀을 용이하게 해제할 수 있는, 세미쉴드용 길이연장 중압관 및 이를 이용한 세미쉴드 추진 공법이 제공된다.

Description

세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법 {SEMI-SHIELD DRIVING METHOD USING DOUBLE PRESSURE PIPE OF LENGTH EXTENSION TYPE FOR SEMI-SHIELD}
본 발명은 세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 세미쉴드용 중압관의 길이를 연장시키고, 후속 추진관과 선도 추진관 사이에 설치된 길이연장 중압관에 원형 세그먼트 블록을 부가하는, 세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법에 관한 것이다.
일반적으로, 세미쉴드 공법(Semi-shield Driving Method)은 도시기반 시설인 전력구, 통신구, 상수도, 가스 등 관로나 터널을 시공하는 공법으로서, 통상적인 개착공법(Open Cut Method))으로 시공하기 어려운 부분, 예를 들면, 지하수가 많은 곳이나 지중 장애물이 있는 곳 등을 기계식 장비를 통해 비 개착식으로 터널을 굴착하는 공법이다.
이러한 세미쉴드 공법은, 굴진장치의 전면의 커터 헤드(Cutter Head)가 회전하면서 지중을 굴착하며, 이때, 이완된 원압잭을 다시 수축하여 그 공간에 추진관을 설치하는 반복된 공정으로 도달구의 수직구 내에 설치된 원압잭에 의해 추진관 전체가 유동되면서 전진하는 공법이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 세미쉴드 공법을 이용한 터널 굴착을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 중압관을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 세미쉴드 공법을 이용한 터널 굴착 방법의 경우, 먼저, 굴진장치의 전면에 마련된 커터 헤드가 회전하면서 지중을 굴착하고, 이후 굴착된 공간에 추진관(P1~P16)이 배치되며, 이러한 추진관(P1~P16)의 발진구 방향 후미에 중압관이 설치된다. 이때, 중압관에 내장되는 유압잭과 같은 액츄에이터에 의해 추진관(P1~P16)을 도달구 방향으로 압입 추진하여 굴착된 공간에 설치된다.
구체적으로, 발진구를 통해 굴진장치를 투입하여 터널 막장을 굴착하면서 투입된 추진관(P1~P16)을 도달구 방향(제1 방향)으로 추진하면서 작업이 수행된다. 이때, 다수 개의 추진관(P1~P16)에 소정 간격으로 중압관을 배치하여 도달구 방향으로 추진관(P1~P16)을 추진하게 된다.
예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 추진관(P1, P2, P3)과 제1 중압관을 배치하고, 제4 내지 제6 추진관(P4, P5, P6)과 제2 중압관을 배치하여 제1 및 제2 중압관에 의해 제1 내지 제6 추진관(P1~P6)을 도달구 방향으로 추진하면서 작업이 반복적으로 수행되며 결국 중압관은 굴착 길이가 길어지면서 도달이 원압잭에 의한 추진관의 추진력을 중간에서 추가로 확보하기 위한 것임을 알 수 있다.
여기서, 제1 중압관은, 도 2에 도시된 바와 같이, S형 중압관과 T형 중압관을 포함하며, S형 중압관에 일방향 추진력을 발생시키는 중압잭인 액츄에이터(S)가 설치된다.
여기서, 액츄에이터(S)는 널리 알려진 유압잭 등을 이용하며, 이러한 액츄에이터(S)에 의해 S형 중압관이 T형 중압관을 밀면, 그 반력에 의해 S형 중압관이 도달구 방향(제1 방향)으로 밀려나게 되고, 이에 의해 S형 중압관 측에 설치되는 제3 추진관(P3)이 도달구 방향(제1 방향)으로 밀려가게 되면서 제3 추진관(P3)이 추진되어 설치된다.
하지만, 종래의 기술에 따른 중압관은 S형 중압관과 T형 중압관이 텔레스코프(Telescope) 타입으로 연결되므로, S형 중압관의 내부에 설치된 액츄에이터(S)의 스트로크가 약 300㎜로 제한되는 한계를 갖는다.
즉, T형 중압관이 S형 중압관 내측으로 겹쳐지면서 추진시키는 방식(텔레스코프 타입)이기 때문에 T형 중압관이 S형 중압관이 서로 겹쳐지는 만큼의 스트로크의 제한이 발생하게 된다.
이에 따라, 실제 시공 시 중압잭(중압관에 사용된 유압잭)과 원압잭(발진구의 수직구에 설치되는 유압잭)의 사용이 많아지게 되고, 일정한 길이를 추진하는데 많은 비용과 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 시공된 추진관 내측에 속관 부설 시 T형 중압관과 S형 중압관의 연결방식에 의하여 달리 절단할 수 없어, S형 중압관 및 T형 중압관 사이에 단차가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 지하 깊은 곳에서 작업을 할 경우, T형 중압관과 S형 중압관에 작용하는 하중이 커질 경우 안전상의 문제가 발생할 우려가 있었다.
한편, 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-1050755호에는 "세미쉴드용 중압관"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 종래의 기술에 따른 세미쉴드용 중압관을 구체적으로 나타내는 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 세미쉴드용 중압관(10)은, 강재로 이루어진 S형 중압관(11); 강재 S형 중압관(11)의 내측에 고정 설치되는 중압잭(11a); 및 중압잭(11a)의 배면에 설치되며, 강재로 이루어진 T형 중압관(12)으로 구성되고, 중압잭(11a)은 스트로크(11b)의 작동 방향이 강재 S형 중압관(11)의 진행방향을 향하도록 강재 S형 중압관(11)의 내측에 설치된다.
여기서, T형 중압관(12)은 콘크리트 재질로 형성되고, 중압잭이 후진형으로 설치되며, 특히, 기존의 중압잭의 스트로크 압력에 견디기 위해서 콘크리트 T형 중압관의 단면 길이가 불필요하게 길었으나, 종래의 기술에 따른 T형 중압관(12)은 S형 중압관(11)과 동일한 재질인 강재로 제작하고, 중압잭(11a)을 전진형으로 설치함으로써, 콘크리트 재질로 이루어진 기존의 T형 중압관(12)의 단면 길이에 비해서 강재 T형 중압관(12)의 단면 길이가 축소된다.
종래의 기술에 따른 세미쉴드용 중압관에 따르면, 중압잭을 스트로크가 S형 중압관을 향하도록 전진형으로 설치하여, 전체적인 중압관의 길이가 축소되며, 상기 중압관의 길이가 축소됨에 따라 원자재비 및 제작비가 감소되며, 특히 중압관에 모르타르로 마감공사를 시행함으로써 추진시 중압관의 변형이 발생되지 않으며, 벤토나이트 유출 및 누수의 발생을 억제할 수 있다.
한편, 다른 선행기술로서, 일본 등록특허번호 제6,161,369호에는 "추진공법용 중압관"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 종래의 기술에 따른 추진공법용 중압관을 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 추진공법용 중압관은, 중압관 본체(31)와 중압슬라이드관(32) 사이의 원통형 강재 컬러(31c)를 포함하며, 원통형 강재 컬러(31c) 내부에 구비되고, 중압 슬라이드관(32)와 중압관 본체(31)에 연결되며, 원통형 강재 컬러(31c)의 길이방향으로 신장 또는 수축되는 유압잭(45)이 구비되고, 원통형 강재 컬러(31c)의 일단은 중압 슬라이드관(32)에 고정되고, 타단은 중압관 본체(31)의 외주면에 설치된 고리형 실링부재(44)와 면 접촉하며, 유압잭(35)의 작동시 원통형 강재 컬러가 일방향으로 전진하면서 중압슬라이드관(32)을 추진한다. 여기서, 도면부호 43은 보강판을 나타낸다.
종래의 기술에 따른 추진공법용 중압관에 따르면, 대직경의 추진관을 추진하는 공법에서 중압관을 병용할 경우, T형 중압관인 중압관 본체 및 S형 중압관인 중압슬라이드관을 새로 제작하지 않고 외부에서 삽입할 수 있는 원통형 강재 컬러를 사용함으로써 비용을 절감할 수 있다.
하지만, 종래의 기술에 따른 추진공법용 중압관의 경우, T형 중압관 및 S형 중압관에 별도의 원통형 강재 컬러(31c)를 삽입하고 유압잭 작동에 따라 전진하면서 S형 중압관을 추진하고, 고리형 실링부재(44)를 사용하는 구조이다.
전술한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 중압관의 형태는 주로 텔레스코프(Telescope) 타입으로 형성되므로, 액츄에이터의 가동 스트로크의 범위가 소정의 한계를 가질 수 있고, 이에 따라, 중압잭과 원압잭의 사용이 많아짐에 따라 일정한 길이를 취하는데 많은 비용과 시간이 소요될 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 액츄에이터의 가동 스트로크의 범위를 늘림으로써 세미쉴드 공법에서 굴착 속도를 높일 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허번호 제10-1050755호(등록일: 2011년 7월 14일), 발명의 명칭: "세미쉴드용 중압관" 대한민국 등록특허번호 제10-1596802호(등록일: 2016년 2월 17일), 발명의 명칭: "역추진 방식의 중압관 및 이를 이용한 확폭 예정 구간 노출 방법과 세미쉴드 터널을 시공하는 방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1865858호(등록일: 2018년 6월 1일), 발명의 명칭: "강관구조체의 곡선 추진 시공 방법" 대한민국 공개특허번호 제2010-71324호(공개일: 2010년 6월 29일), 발명의 명칭: "복합중압관을 이용한 세미쉴드 굴착장치 및 터널 굴착방법" 일본 등록특허번호 제6,161,369호(등록일: 2017년 6월 23일), 발명의 명칭: "추진공법용 중압관" 일본 공개특허번호 제1997-303078호(공개일: 1997년 11월 25일), 발명의 명칭: "중절식 실드 굴진기 중절 제어장치"
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기존의 중압관 길이대비 세미쉴드용 중압관의 길이를 연장시킬 수 있어 액츄에이터의 가동 스트로크 범위를 확대하여 더 길게 압입할 수 있는, 세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 후속 추진관과 선도 추진관 사이에 중압관으로 압입하여 남은 공간에 세그먼트 블록을 추가함으로써 장거리 굴진이 가능한, 세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 추진관과 액츄에이터간 연결핀을 통해 연결함으로써, 추진관의 시공이 완료된 후 연결핀을 용이하게 해제할 수 있는, 세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법을 제공하기 위한 것이다.
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전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 a) 세미쉴드 공법에 따라 터널 굴착장비를 이용하여 지반을 굴착하는 단계; b) 상기 굴착된 지반에 선도 추진관, 길이연장 중압관 및 후속 추진관을 배치하는 단계; c) 상기 길이연장 중압관의 중압관용 강관의 일단을 상기 선도 추진관에 접합하고, 상기 중압관용 강관의 타단을 상기 후속 추진관의 외주면에 코킹 처리하는 단계; d) 상기 선도 추진관 및 후속 추진관의 어댑터 링 각각에 형성된 어댑터 링 핀플레이트와 상기 길이연장 중압관의 액츄에이터에 형성된 액츄에이터 핀플레이트를 연결핀으로 각각 체결하는 단계; e) 상기 길이연장 중압관의 액츄에이터를 가동 스트로크 범위를 넓혀 상기 중압관용 강관의 길이를 연장시키는 단계; f) 상기 중압관용 강관의 길이 연장에 대응하여 상기 길이연장 중압관 내측에 원형 세그먼트 블록을 조립 연결하는 단계; 및 g) 상기 중압관용 강관의 액츄에이터의 작동 시 상기 후속 추진관의 길이방향으로 전진함에 따라 상기 선도 추진관을 추진시키는 단계를 포함하되, h) 상기 선도 추진관의 추진 완료 시, 상기 어댑터 링 핀플레이트와 상기 액츄에이터 핀플레이트를 연결하는 상기 연결핀을 각각 해제하는 단계를 포함하되, 상기 d) 단계의 어댑터 링은 상기 중압관용 강관에 접촉하는 상기 선도 추진관과 상기 후속 추진관의 단부 각각에 설치되고; 그리고 상기 어댑터 링에 어댑터 링 핀플레이트가 각각 형성되고, 상기 액츄에이터의 양측 단부에 액츄에이터 핀플레이트가 형성되며, 상기 어댑터 링 핀플레이트와 상기 액츄에이터 핀플레이트는 연결핀을 통해 체결되며, 상기 원형 세그먼트 블록은 상기 선도 추진관 및 후속 추진관의 추진 완료시 콘크리트 관으로 활용되는 것을 특징으로 이루어진다.
본 발명에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법은, h) 상기 선도 추진관의 추진 완료 시, 상기 어댑터 링 핀플레이트와 상기 액츄에이터 핀플레이트를 연결하는 상기 연결핀을 각각 해제하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 중압관 길이대비 세미쉴드용 중압관의 길이를 연장시키는 효과를 가지고 있어 액츄에이터의 가동 스트로크 범위를 확대하여 더 길게 압입할 수 있고, 이에 따라, 장거리 굴진 추진이 가능하고, 세미쉴드 공법에서 굴착 속도를 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 후속 추진관과 선도 추진관 사이에 중압관으로 압입하여 남은 공간에 세그먼트 블록을 추가함으로써 장거리 굴진이 가능하고, 시공 후 해체가 용이하다.
본 발명에 따르면, 추진관과 액츄에이터간 연결핀을 통해 연결함으로써, 추진관의 시공이 완료된 후 연결핀을 용이하게 해제할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 세미쉴드 공법을 이용한 터널 굴착을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 중압관을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 세미쉴드용 중압관을 구체적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 종래의 기술에 따른 추진공법용 중압관을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관을 개략적으로나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관에서 중압관의 길이를 연장시키는 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관에서 원형 세그먼트 블록을 형성하는 것을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관에서 중압관 전진후 원형 세그먼트 블록을 시공하는 것을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관의 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 A-A 라인을 절개선으로 하는 단면도이다.
도 11은 도 9에 도시된 "B" 영역을 확대한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 추진과정을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법을 나타내는 동작흐름도이다.
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.
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.
[세미쉴드용 길이연장 중압관(150)]
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)을 개략적으로나타내는 단면도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)에서 중압관의 길이를 연장시키는 것을 나타내는 도면이다.
도 5, 도 6 및 후술하는 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)은, 선도 추진관(110)과 후속 추진관(120) 사이에 중압관용 강관(151)을 배치하고,
상기 중압관용 강관(151) 내부에 구비되며, 상기 선도 추진관(110)과 후속 추진관(120)에 연결되어 신장 또는 수축되는 액츄에이터(152)가 배치되며,
상기 중압관용 강관(151)의 일단을 상기 선도 추진관(110)에 접합(고정방식)하고, 상기 중압관용 강관(151)의 타단을 상기 후속 추진관(120)의 외주면에 코킹 처리(이물질이 후속 추진관 외주면과 중압관용 강관 사이로 침투하지 않도록 하는 비고정 방식)함으로써,
상기 액츄에이터(152)의 작동 시 상기 선도 추진관(110)이 액츄에이터(152)의 작동방향으로 추진되고, 선도 추진관(110)에 접합된 중압관용 강관(151)도 함께 추진방향으로 이동하게 된다.
이에 따라, 도 2를 참조하면 기존의 중압관 길이는 T형 중압관이 S형 중압관 내측으로 삽입되는 텔레스코프 방식을 채택하고 있어 액츄에이터의 스트로크가 제한적일 수 밖에 없었지만,
본 발명은 이러한 텔레스코프 방식이 아니라 일자형 강관인 중압관용 강관(151)이 이동하는 방식을 채택함으로서 세미쉴드용 중압관의 길이(1 스트로크에 의한 추진길이가 길어짐)를 연장할 수 있어,
액츄에이터의 가동 스트로크 범위를 확대하여 더 길게 압입할 수 있고, 이에 따라, 장거리 굴진 추진이 가능하고, 세미쉴드 공법에서 굴착 속도를 높일 수 있게 된다.
도 6에 의하여 이러한 본 발명에 의한 세미쉴드용 길이연장 중압관(100)의 실제 제작 사진을 확인할 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)에서 원형 세그먼트 블록(160)을 형성하는 것을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)에서 중압관 전진 후 원형 세그먼트 블록(160)을 시공하는 것을 예시하는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)은, 액츄에이터(152)의 가동 스트로크 범위를 중가시켜 상기 중압관용 강관(151)이 일체형 강관으로서 추진되도록 하여 선도추진관을 보다 신속하게 추진이 가능하며, 또한, 원형 세그먼트 블록(160)을 추가함으로써 장거리 추진을 도모할 수 있게 된다.
구체적으로, 상기 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)에 의해 추진된 거리만큼 안쪽에서 상기 세미쉴드용 길이연장 중압관(150) 바깥쪽으로 상기 후속 추진관(120) 사이에 원형 세그먼트 블록(160, 원형링 형태)을 추가 연결 시공하여 상기 후속 추진관(120)과 연결시킨다.
이에 따라, 원압잭(140)의 1차 추력, 예를 들면, 200~1200톤의 추력으로 더 이상 압입이 어려울 경우, 상기 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)은 상기 후속 추진관(120)과 연결된 원형 세그먼트 블록(160)을 반력대 삼아 상기 선도 추진관(110)을 압입시킬 수 있고, 추가된 원형 세그먼트 블록(160)은 차후 콘크리트 관으로 활용될 수 있다.
즉, 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)은 후속 추진관(120)과 선도 추진관(110)을 서로 구조적으로 연속하여 연결되도록 하는 역할을 하는 것은 아니기 때문에 원형 세그먼트 블록(160)을 후속 추진관(120)과 선도 추진관(110) 사이에 개재함으로서 원형 세그먼트 블록(160)이 선도 추진관(110) 추진의 반력대 역할을 하도록 한 것이다.
구체적으로, 통상적인 세미쉴드 공법은 굴착장비로 지반을 굴착한 후 콘크리트 관인 추진관을 밀어서 터널을 만드는 공법이지만, 쉴드 TBM 공법은 콘크리트 관이 아니라 콘크리트 재질의 세그먼트 블록을 현장에서 조립하여 터널을 만드는 공법으로서, 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)의 경우, 쉴드 TBM 공법에서 사용되는 콘크리트 재질의 세그먼트 블록을 추가로 조립하게 된다.
즉, 상기 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)의 내측에 원형 세그먼트 블록(160)을 형성하게 된다.
이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 후속 추진관과 선도 추진관 사이에 중압관으로 압입하여 남은 공간에 원형 세그먼트 블록(160)을 추가함으로써 장거리 굴진이 가능하고, 시공 후 해체도 용이하다.
한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관의 단면도이고, 도 10은 도 9에 도시된 A-A 라인을 절개선으로 하는 단면도이며, 도 11은 도 9에 도시된 "B" 영역을 확대한 도면이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)은, 세미쉴드 공법에 따라 터널 굴착장비를 이용하여 지반을 굴착하고, 굴착된 지반에 추진관을 추진시킬 수 있도록 선도 추진관(110)과 후속 추진관(120) 사이에 설치되는 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)에 있어서, 중압관용 강관(151), 액츄에이터(152) 및 원형 세그먼트 블록(160)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)은, 선도 추진관(110)과 후속 추진관(120) 사이에 개재된 중압관용 강관(151) 및 상기 중압관용 강관(151)의 내부에 구비된 액츄에이터(152)를 포함하여 구성된다.
선도 추진관(110)과 후속 추진관(120) 각각은, 도 10에 도시된 바와 같이, 도시기반 시설인 전력구, 통신구, 상수도, 가스 등 관로나 터널을 굴착하는데 사용되는 원형 단면의 파이프(강관 또는 콘크리트 관)이다.
이때, 상기 선도 추진관(110)과 후속 추진관(120)은 외압에 충분히 견딜 수 있도록 이중 관 구조를 갖는다. 즉, 상기 선도 추진관(110)과 후속 추진관(120) 각각은, 일방향으로 연장된 외부 관(111, 121), 상기 외부 관(111, 121)의 내부에 마련된 내부 관(112, 122)으로 이루어진 이중 관이다.
여기서, 상기 외부 관(111, 121)과 상기 내부 관(112, 122) 사이에 보강리브(113, 123)가 마련된다. 이때, 상기 보강리브(113, 123) 각각은 상기 외부 관(111, 121)과 상기 내부 관(112, 122) 사이에 각각 방사상으로 배열되어, 상기 선도 추진관(110)과 후속 추진관(120)의 둘레를 따라 인가되는 외력에 대한 강도를 보강하기 위한 것이다.
구체적으로, 중압관용 강관(151)은 상기 선도 추진관(110)과 상기 후속 추진관(120) 사이에 개재된다. 이때, 중압관용 강관(151)의 일단은 상기 선도 추진관(110)의 외주면에 접합(고정방식)되고, 타단은 상기 후속 추진관(120)의 외주면에 코킹 처리(비고정 방식)된다.
액츄에이터(152)는 상기 중압관용 강관(151)의 내부에 구비되고, 상기 선도 추진관(110)과 상기 후속 추진관(120)에 연결되며, 상기 중압관용 강관(151)의 길이방향으로 신장 또는 수축된다.
또한, 상기 액츄에이터(152)는 상기 중압관용 강관(151)의 내부에 구비되어 상기 선도 추진관(110)과 상기 후속 추진관(120)에 각각 연결된다.
이를 위하여, 도 11을 참조하면 상기 액츄에이터(152)의 단부에는 액츄에이터 핀플레이트(152a)가 마련된다.
여기서, 상기 액츄에이터(152)는 상기 중압관용 강관(151)의 내주면을 따라 방사상으로 다수개 배치되고, 상기 중압관용 강관(151)의 길이방향으로 신장 또는 수축하는 양방향 액츄에이터일 수 있다.
원형 세그먼트 블록(160)은 상기 액츄에이터(152)를 가동 스트로크 범위를 넓혀 상기 중압관용 강관(151)의 길이 연장에 대응하여 내측에 조립 연결된다.
여기서, 상기 후속 추진관(120)과 연결된 원형 세그먼트 블록(160)을 반력대 삼아 상기 선도 추진관(110)을 압입시킬 수 있다. 이때, 상기 원형 세그먼트 블록(160)은 상기 선도 추진관(110) 및 후속 추진관(120)의 추진 완료시 콘크리트 관으로 활용될 수 있게 된다.
도 9에서는 중압관용 강관(151)의 직경이 선도 추진관(110)과 상기 후속 추진관(120)의 직경과 동일하게 개시되어 있지만 원형 세그먼트 블록(160)이 중압관용 강관(151)의 내측에 위치하면서 선도 추진관(110)과 상기 후속 추진관(120)의 연결면에 위치하도록 형성시킬 수 있도록 중압관용 강관(151)의 직경과 원형 세그먼트 블록(160)의 두께를 조정하면 된다.
이로서 본 발명은 일자형 강관인 중압관용 강관(151)이 이동하는 방식을 채택함으로서 세미쉴드용 중압관의 길이(1 스트로크에 의한 추진길이가 길어짐)를 연장할수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 중압관용 강관(151)에 접촉하는 상기 선도 추진관(110)과 상기 후속 추진관(120)의 단부 각각에 어댑터 링(114, 124)이 설치되고, 상기 어댑터 링(114, 124)에 어댑터 링 핀플레이트(114a, 124a)가 각각 형성되고, 상기 액츄에이터(152)의 양측 단부에 액츄에이터 핀플레이트(152a)가 형성되며, 상기 어댑터 링 핀플레이트(114a, 124a)와 상기 액츄에이터 핀플레이트(152a)는 연결핀(115, 125)을 통해 체결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 액츄에이터(152)는 상기 선도 추진관(110)과 상기 후속 추진관(120)의 단부에 각각 설치된 어댑터 링(114, 124)을 통해 연결되는데, 한 쌍의 핀플레이트(114a, 124a) 사이에 상기 액츄에이터 핀플레이트(152a)를 삽입한 후, 상기 연결핀(115, 125)을 각각 관통시켜 체결한다.
본 실시예의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)의 액츄에이터(152)는 상기 중압관용 강관(151)의 길이방향으로 신장 또는 수축하는 양방향 액츄에이터일 수 있다. 또한, 상기 액츄에이터(152)는 상기 중압관용 강관(151)의 내주면을 따라 방사상으로 다수개 배치될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)를 사용함으로써 장거리 추진이 가능할 뿐만 아니라, 상기 선도 추진관(110) 및 후속 추진관(120)의 추진 시 고농도 이수, 활재, 뒷채움의 누수를 방지하여 원활한 시공을 할 수 있다.
또한, 상기 선도 추진관(110) 및 후속 추진관(120)의 단부에 마련된 어댑터 링(114, 124)과 상기 액츄에이터(152)가 상기 연결핀(115, 125)을 통해 각각 체결됨으로써, 상기 선도 추진관(110) 및 후속 추진관(120)을 시공한 후 상기 연결핀(115, 125)을 제거하는 것만으로 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)을 용이하게 해체할 수 있다. 따라서 대수층과 같은 위험지역의 굴착 시 추진관 시공 후 중압관의 해체 작업을 빠르게 진행할 수 있어 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 도 11을 참조하면 상기 어댑터 링(114, 124)에 각각 어댑터 링 핀플레이트(114a, 124a)가 마련되고, 또한, 상기 액츄에이터(152)에 액츄에이터 핀플레이트(152a)가 마련되며, 상기 어댑터 링 핀플레이트(114a, 124a)와 상기 액츄에이터 핀플레이트(152a)는 각각 연결핀(115, 125)을 통해 체결됨으로써, 차후 추진관(110, 120)의 추진이 완료된 후 상기 연결핀(115, 125)을 용이하게 해제할 수 있다.
또한, 상기 액츄에이터(152)는 상기 중압관용 강관(151)의 내주면을 따라 방사상으로 다수 배치되고, 상기 중압관용 강관(151)의 길이방향으로 양방향 신축 또는 수축할 수 있다.
한편, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 추진과정을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관의 경우, 도 12에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)의 경우, 상기 액츄에이터(152)의 작동 시 상기 중압관용 강관(151)이 상기 후속 추진관(120)의 길이방향으로 전진하면서 상기 선도 추진관(110)을 추진시킴으로써 관로나 터널을 굴착한다.
본 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)은 종래의 중압관용 강관 비해 상기 중압관용 강관(151)의 길이를 연장함으로써, 예를 들면, 종래의 50㎝의 중압관용 강관에 비해 상기 중압관용 강관(151)이 1m가 되도록 길이를 연장함으로써, 상기 액츄에이터(152)의 스트로크를 증대시킬 수 있으며, 이에 따라, 상기 선도 추진관(110) 및 후속 추진관(120)의 추진 거리를 연장시킬 수 있게 됨을 알 수 있다.
[세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법]
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법은, 먼저, 세미쉴드 공법에 따라 터널 굴착장비를 이용하여 지반을 굴착한다(S110).
다음으로, 상기 굴착된 지반에 선도 추진관(110), 길이연장 중압관(150) 및 후속 추진관(120)을 배치한다(S120).
다음으로, 상기 길이연장 중압관(150)의 중압관용 강관(151)의 일단을 상기 선도 추진관(110)에 접합하고, 상기 중압관용 강관(151)의 타단을 상기 후속 추진관(120)의 외주면에 코킹 처리한다(S130).
다음으로, 상기 선도 추진관(110) 및 후속 추진관(120)의 어댑터 링(114, 124) 각각에 형성된 어댑터 링 핀플레이트(114a, 124a)와 상기 길이연장 중압관(150)의 액츄에이터(152)에 형성된 액츄에이터 핀플레이트(152)를 연결핀(115, 125)으로 각각 체결한다(S140).
구체적으로, 상기 선도 추진관(110)과 후속 추진관(120)의 단부, 즉, 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)의 양측 단부에 어댑터 링(114, 124)이 설치된다. 이때, 상기 어댑터 링(114, 124) 각각은 상기 추진관(110, 120)과 상기 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)을 각각 연결하기 위한 수단으로서, 구체적으로, 추진관(110, 120)과 중압관(150)의 액츄에이터(152)를 연결하는 수단이다.
또한, 상기 어댑터 링(114, 124) 내에 상기 액츄에이터(152)와의 연결을 위한 핀플레이트(114a, 124a)가 각각 마련된다. 이때, 상기 핀플레이트(114a, 124a) 각각은 평행하게 배치된 한 쌍으로 구성되고, 상기 한 쌍의 핀플레이트(114a, 124a) 사이에 상기 액츄에이터(152)의 핀플레이트(152a)가 삽입된다.
다음으로, 상기 길이연장 중압관(150)의 액츄에이터(152)를 가동 스트로크 범위를 넓혀 상기 중압관용 강관(151)의 길이를 연장시킨다(S150). 여기서, 상기 액츄에이터(152)는 상기 중압관용 강관(151)의 내주면을 따라 방사상으로 다수개 배치되고, 상기 중압관용 강관(151)의 길이방향으로 신장 또는 수축하는 양방향 액츄에이터일 수 있다.
다음으로, 상기 중압관용 강관(151)의 길이 연장에 대응하여 상기 길이연장 중압관(150) 내측에 원형 세그먼트 블록(160)을 조립 연결한다(S160). 이때, 상기 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)은 상기 후속 추진관(120)과 연결된 원형 세그먼트 블록(160)을 반력대 삼아 상기 선도 추진관(110)을 압입시킬 수 있고, 상기 원형 세그먼트 블록(160)은 상기 선도 추진관(110) 및 후속 추진관(120)의 추진 완료시 콘크리트 관으로 활용될 수 있다.
다음으로, 상기 중압관용 강관(151)의 액츄에이터(152)의 작동 시 상기 후속 추진관(120)의 길이방향으로 전진함에 따라 상기 선도 추진관(110)을 추진시킨다(S170).
다음으로, 상기 선도 추진관의 추진 완료 시, 상기 어댑터 링 핀플레이트(114a, 124a)와 상기 액츄에이터 핀플레이트(152a)를 연결하는 상기 연결핀(115, 125)을 각각 해제한다(S180). 다시 말해, 상기 어댑터 링(114, 124)과 상기 액츄에이터(152)가 상기 연결핀(115, 125)을 통해 각각 체결되므로, 상기 선도 및 후속 추진관(110, 120)의 시공을 완료한 후, 상기 연결핀(115, 125)을 제거하는 것만으로도 상기 세미쉴드용 길이연장 중압관(150)을 용이하게 해체할 수 있다.
따라서 대수층과 같은 위험지역의 굴착 시 시공 후 해체 작업을 빠르게 진행할 수 있어 안전성을 확보할 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 중압관 길이대비 세미쉴드용 중압관의 길이를 연장함으로써 액츄에이터의 가동 스트로크 범위를 확대하여 더 길게 압입할 수 있고, 이에 따라, 장거리 굴진 추진이 가능하고, 세미쉴드 공법에서 굴착 속도를 높일 수 있으며, 또한, 후속 추진관과 선도 추진관 사이에 중압관으로 압입하여 남은 공간에 원형 세그먼트 블록을 추가함으로써 장거리 굴진이 가능하고, 시공 후 해체가 용이하고, 또한, 추진관과 액츄에이터간 연결핀을 통해 연결함으로써, 추진관의 시공이 완료된 후 연결핀을 용이하게 해제할 수 있다.
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.
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.
110: 선도 추진관 120: 후속 추진관
130: 반력벽 140: 원압잭
150: 길이연장 중압관 160: 원형 세그먼트 블록
151: 강관 152: 액츄에이터
111, 121: 외부 관 112, 122: 내부 관
113, 123: 보강리브 114, 124: 어댑터 링
115: 125: 연결핀 114a, 124a: 어댑터 링 핀플레이트
152a: 액츄에이터 핀플레이트

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. a) 세미쉴드 공법에 따라 터널 굴착장비를 이용하여 지반을 굴착하는 단계;
    b) 상기 굴착된 지반에 선도 추진관(110), 길이연장 중압관(150) 및 후속 추진관(120)을 배치하는 단계;
    c) 상기 길이연장 중압관(150)의 중압관용 강관(151)의 일단을 상기 선도 추진관(110)에 접합하고, 상기 중압관용 강관(151)의 타단을 상기 후속 추진관(120)의 외주면에 코킹 처리하는 단계;
    d) 상기 선도 추진관(110) 및 후속 추진관(120)의 어댑터 링(114, 124) 각각에 형성된 어댑터 링 핀플레이트(114a, 124a)와 상기 길이연장 중압관(150)의 액츄에이터(152)에 형성된 액츄에이터 핀플레이트(152a)를 연결핀(115, 125)으로 각각 체결하는 단계;
    e) 상기 길이연장 중압관(150)의 액츄에이터(152)를 가동 스트로크 범위를 넓혀 상기 중압관용 강관(151)의 길이를 연장시키는 단계;
    f) 상기 중압관용 강관(151)의 길이 연장에 대응하여 상기 길이연장 중압관(150) 내측에 원형 세그먼트 블록(160)을 조립 연결하는 단계;
    g) 상기 중압관용 강관(151)의 액츄에이터(152)의 작동 시 상기 후속 추진관(120)의 길이방향으로 전진함에 따라 상기 선도 추진관(110)을 추진시키는 단계; 및
    h) 상기 선도 추진관의 추진 완료 시, 상기 어댑터 링 핀플레이트(114a, 124a)와 상기 액츄에이터 핀플레이트(152a)를 연결하는 상기 연결핀(115, 125)을 각각 해제하는 단계를 포함하되,
    상기 d) 단계의 어댑터 링(114, 124)은 상기 중압관용 강관(151)에 접촉하는 상기 선도 추진관(110)과 상기 후속 추진관(120)의 단부 각각에 설치되고; 그리고
    상기 어댑터 링(114, 124)에 어댑터 링 핀플레이트(114a, 124a)가 각각 형성되고, 상기 액츄에이터(152)의 양측 단부에 액츄에이터 핀플레이트(152a)가 형성되며, 상기 어댑터 링 핀플레이트(114a, 124a)와 상기 액츄에이터 핀플레이트(152a)는 연결핀(115, 125)을 통해 체결되며,
    상기 원형 세그먼트 블록(160)은 상기 선도 추진관(110) 및 후속 추진관(120)의 추진 완료시 콘크리트 관으로 활용되는 것을 특징으로 하는 세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제7항에 있어서,
    상기 액츄에이터(152)는 상기 중압관용 강관(151)의 내주면을 따라 방사상으로 다수개 배치되고, 상기 중압관용 강관(151)의 길이방향으로 신장 또는 수축하는 양방향 액츄에이터인 것을 특징으로 하는 세미쉴드용 길이연장 중압관을 이용한 세미쉴드 추진 공법.
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