KR102510132B1 - 가이드 케이블을 이용한 신규 터널모듈의 정밀 침설 방식의 수중터널 시공방법 및 이에 의해 구축된 수중터널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신규 터널모듈을 부유형태로 이송한 후 침설 와이어를 이용하여 수중으로 침설시켜서 기시공 본체부의 접합단부에 순차적으로 결합 설치하는 작업을 반복 수행하여 수중터널을 시공하되, 신규 터널모듈이 가이드 케이블을 따라 안정적으로 수중에서 하강하여 기시공 본체부의 접합단부와 마주하는 접합위치로 정확하고 안전하게 침설될 수 있도록 함으로써 수중터널 구축 작업의 효율성과 안정성을 더욱 향상시킬 수 있는 "가이드 케이블을 이용한 신규 터널모듈의 정밀 침설 방식의 수중터널 시공방법", 그리고 이러한 시공방법에 의해 구축된 "수중터널"에 관한 것이다.

Description

가이드 케이블을 이용한 신규 터널모듈의 정밀 침설 방식의 수중터널 시공방법 및 이에 의해 구축된 수중터널{Constructing Method of Underwater Tunnel with Tethering Tunnel Modules Using Guide Cable, and Underwater Tunnel Constructed by such Method}

본 발명은 차량이나 보행자가 통행할 수 있는 수중터널을 시공하는 방법과, 이러한 시공방법에 의해 구축된 수중터널에 관한 것으로서, 구체적으로는 새로 제작된 신규 터널모듈을 이송한 후 침설 와이어를 이용하여 수중으로 침설시켜서 수중에 이미 설치되어 있는 기(旣)시공 본체부의 접합단부에 순차적으로 결합 설치하는 작업을 반복 수행하여 수중터널을 시공하되, 신규 터널모듈이 가이드 케이블을 따라 안정적으로 수중에서 하강하여 기시공 본체부의 접합단부와 마주하는 접합위치로 정확하고 안전하게 침설될 수 있도록 함으로써 수중터널 구축 작업의 효율성과 안정성을 더욱 향상시킬 수 있는 "가이드 케이블을 이용한 신규 터널모듈의 정밀 침설 방식의 수중터널 시공방법", 그리고 이러한 시공방법에 의해 구축된 "수중터널"에 관한 것이다.

차량이나 보행자의 통행을 위하여 물속에 구축되는 수중터널을 시공함에 있어서 수중터널을 이루는 터널모듈을 수중터널의 일측에서 전방(수중터널이 진행하는 방향)으로 순차적으로 압출시키는 방식이 대한민국 등록특허 제10-0797795호 등에 의해 제안되어 있다.

이에 대한 대안으로서 함체(函體) 형태의 프리캐스트 콘크리트 부재로 사전 제작된 신규 터널모듈을 이송하여 수중으로 침설시키는 작업("신규 터널모듈의 수중 침설작업") 및 수중터널에서 이미 구축이 완료된 기(旣)시공 본체부의 접합단부에 결합하는 작업("신규 터널모듈의 결합작업")을 순차적으로 수행하고, 이러한 순차적인 과정을 반복함으로써 수중터널을 시공하는 방안이 제안되었다.

이와 같은 방식으로 신규 터널모듈을 기시공 본체부의 접합단부에 순차적으로 접합하여 시공하는 방법에 있어서, 중요한 사항 중의 하나는 신규 터널모듈의 수중 침설 및 접합작업 즉, 현장에 이송된 신규 터널모듈을 안전하게 물속에 침설시키고, 침설된 신규 터널모듈을 기시공 본체부의 접합단부와 마주하여 접합작업을 수행할 위치("접합위치")에 정확하게 정렬시켜 배치하는 작업을 안전하고 정밀하게, 그리고 효율적으로 수행하는 것인 바, 이를 위한 구체적인 방안의 도출이 매우 시급한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-0797795호(2008. 01. 24. 공고)

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 신규 터널모듈의 수중 침설작업 및 신규 터널모듈의 결합작업을 반복 수행함으로써 수중터널을 시공함에 있어서, 신규 터널모듈의 수중 침설작업을 잠수부의 투입을 최소화시킨 상태로 안전하고 정확하게, 그리고 효율적으로 수행하며, 더 나아가 침설된 신규 터널모듈을 기시공 본체부의 접합단부와 마주하는 접합위치에 정확하게 정렬하여 배치시키는 작업을 안전하고 정밀하게, 그리고 효율적으로 수행함으로써, 수중터널 시공비용을 최소화시킬 수 있고 안전사고 발생 위험을 줄이며 시공오차를 최소화하여 정밀한 시공이 가능하게 되는 수중터널 시공기술을 제공하는 것을 목적한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 이송장치를 이용하여 신규 터널모듈을 현장으로 이송하고, 신규 터널모듈을 수중으로 침설시켜서 기시공 본체부의 접합단부를 마주하도록 배치한 후 기시공 본체부와 신규 터널모듈을 결합하는 작업을 반복 수행하여 수중터널을 시공하는 방법으로서, 이송장치는 부유하는 폰툰과, 신규 터널모듈과 분리가능하게 체결되며 케이블 관통공이 형성되어 있고 침설 와이어에 의해 폰툰에 매달려서 침설 와이어의 이완에 의해 승하강하게 되는 승하강 체결부재를 포함하며; 기시공 본체부의 접합단부에는, 가이드 케이블, 및 상기 가이드 케이블의 단부에 결합되어 있되 아직 부풀지 않은 부유체가 내장되어 있는 케이블 풀림장치가 착탈가능하게 설치되어 있으며; 승하강 체결부재 또는 신규 터널모듈에는, 가이드 케이블과 착탈되는 관통체결부와, 신축가능한 신축본체와, 수평방향으로 회전이 가능한 수평힌지 형태로 신규 터널모듈에 결합되는 회전결합부를 포함하는 가이드 아암장치가 구비되어 있으며; 케이블 풀림장치를 작동시켜서 가이드 케이블도 케이블 풀림장치로부터 풀려서 연직하게 연장되게 만들고 부유체를 미리 침설 시작 지점에서 수면 또는 수중에 부유시켜 놓는 단계; 신규 터널모듈이 승하강 체결부재에 체결된 상태로 이송장치를 기시공 본체의 접합단부의 직상부 내지 그 부근의 침설 시작 지점으로 이송하고, 신규 터널모듈이 매달려 있는 이송장치가 침설 시작 지점에 도달하게 되면, 부유체에 결합되어 있던 가이드 케이블의 상단을 이송장치에 결합 고정하는 단계; 가이드 케이블이 가이드 아암장치의 관통체결부를 관통하도록 가이드 아암장치를 가이드 케이블과 체결하는 단계; 침설 와이어를 이완시켜서, 가이드 아암장치가 가이드 케이블과 체결된 채로 승하강 체결부재가 가이드 케이블을 따라 하강되게 만들므로써 신규 터널모듈을 침설시켜서 기시공 본체부의 접합단부와 마주하는 접합위치에 정렬시켜 배치하는 단계; 및 신규 터널모듈을 기시공 본체부에 일체로 접합하여 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중터널 시공방법이 제공된다. 또한 본 발명에서는 상기한 수중터널 시공방법에 의해 시공되어 구축된 수중터널이 제공된다.

상기한 본 발명의 수중터널 및 그 시공방법에 있어서, 이송장치에 구비된 폰툰은 종방향으로 소정 길이로 연장된 형태의 부재로 이루어져서 2개가 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치되어 있고; 2개의 폰툰 상부에는 횡방향으로 연장된 작업데크가 배치되어 폰툰과 결합됨으로써, 2개의 폰툰이 작업데크와 일체를 이루고 있으며; 작업데크에는 모터가 구비되어 있고 관통부가 형성되어 있으며; 침설 와이어는 그 일단이 모터에 결합된 상태로 관통부를 관통하여 작업데크의 아래쪽으로 연직하게 늘어뜨려져서 승하강 체결부재와 결합되어 있는 구성을 가질 수 있다.

또한 상기한 본 발명의 수중터널 및 그 시공방법에 있어서, 신규 터널모듈을 기시공 본체부에 결합하는 신규 터널모듈의 결합작업이 시작 또는 진행되거나 또는 종결된 후에는, 케이블 풀림장치를 기시공 본체부로부터 분리시키고 가이드 케이블을 위로 당겨서 회수할 수도 있고, 더 나아가, 가이드 아암장치의 신축본체는, 스프링을 내장하고 있으며 신축이 가능하고, 자체적으로 그 길이가 수축할 수 있는 구성을 가진 부재로 이루어지며; 가이드 아암장치는 그 연장된 길이를 측정할 수 있는 구성을 가지고 있고; 가이드 아암장치의 회전결합부는 수평방향 및 연직방향으로 회전이 가능한 구조를 가지고 있어서, 가이드 아암장치의 타단은 수평방향 및 연직방향으로 회전이 자유로운 형태로 승하강 체결부재 또는 신규 터널모듈에 결합되어서, 가이드 아암장치와 신규 터널모듈 간의 상대적인 각도를 측정할 수 있는 구성을 가지고 있어서, 신규 터널모듈이 기시공 본체부의 접합단부를 마주하도록 접합위치에 도달하였을 때 가이드 아암장치의 길이 및 가이드 아암장치와 신규 터널모듈 간의 각도를 측정함으로써 신규 터널모듈이 기시공 본체부의 접합단부로부터 이격되어 있는 위치 및 기시공 본체부의 자세를 파악하면서 신규 터널모듈과 기시공 본체부의 접합작업을 수행하게 되는 구성을 가질 수도 있다.

본 발명에서는 공장에서 프리캐스트 콘크리트 구조물로 정밀하게 제작된 신규 터널모듈을 기시공 본체부에 순차적으로 서로 일체 연결하는 방식으로 수중터널을 구축하게 되는데, 신규 터널모듈을 수중을 침설시켜서 접합위치에서 기시공 본체부의 접합단부를 마주하도록 정렬하고 배치함에 있어서, 기시공 본체부의 접합단부와 이송장치를 가이드 케이블로 연결시켜두고, 신규 터널모듈 또는 승하강 체결부재에 일단이 결합되어 있는 가이드 아암장치가 가이드 케이블과 체결된 상태로 가이드 케이블에 의해 가이드 되면서 하강하여 침설되므로, 신규 터널모듈이 접합위치에 이르는 동안에 조류(潮流) 등과 같은 여러 가지 다양한 방해 요소가 발생하더라도 신규 터널모듈이 안정적이고 정밀하게 그리고 정확하게 접합위치까지 도달하게 되며, 그에 따라 잠수부의 투입을 종래에 비하여 월등히 축소시킬 수 있어서 비용을 줄일 수 있고, 작업 효율을 월등히 향상시키게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시공방법에 따라 수중터널을 구축하기 위하여 이송장치를 이용하여 신규 터널모듈을 이송하는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 상태에 대한 개략적인 횡방향 측면도이다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명에 따른 이송장치에 신규 터널모듈이 매달려 있는 상태를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 3에서 신규 터널모듈과 승하강 체결부재, 그리고 가이드 아암장치만을 발췌하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 6 및 도 7은 각각 신규 터널모듈이 매달려 있는 이송장치가 시공 지점에 도달한 후 가이드 케이블의 상단을 이송장치에 결합한 상태를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 8은 도 6 및 도 7에 도시된 상태에 대한 개략적인 횡방향의 측면도이다.
도 9는 도 8에서 이송장치와 신규 터널모듈만을 확대하여 보여주는 개략적인 확대도이다.
도 10은 도 9에 도시된 상태를 화살표 S 방향에서 바라본 개략적인 종방향 측면도이다.
도 11 내지 도 13은 각각 신규 터널모듈이 수중으로 하강하여 침설되고 기시공 본체부와 일체화되며 승하강 체결부재가 신규 터널모듈과 분리되어 상승하는 상태를 순차적으로 보여주는 도 8에 대응되는 개략적인 횡방향 측면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 참고로 본 명세서에서는 수중터널이 연장되는 방향을 "종방향"이라고 기재하는데, 특히 기시공 본체부의 접합단부에 신규 터널모듈이 점차로 접합되어서 수중터널이 연장되어 가는 방향을 "전방(前方)"이라고 기재하고, 이와 반대되는 방향을 "후방(後方)"이라고 기재한다. 본 명세서에서 "횡방향"은 종방향과 수평하게 직교하는 방향을 의미한다.

본 발명에서는 기본적으로 기시공(旣施工) 본체부의 접합단부에 신규 터널모듈이 순차적으로 일체 접합됨으로써 수중터널이 시공되는데, 이를 위하여 구체적으로 아래의 작업이 수행된다.

A) 신규 터널모듈의 침설작업 : 프리캐스트 콘크리트 부재로 제작된 신규 터널모듈을 현장의 시공 위치로 이송한 후 수중으로 침설시켜서 기시공 본체부의 접합단부 전방의 접합위치에서 접합단부와 마주하도록 정렬하여 배치하는 작업.

B) 신규 터널모듈의 결합작업 : 기시공 본체부의 접합단부에 신규 터널모듈을 일체로 결합하는 작업.

C) 상기한 A)작업과 B)작업을 반복수행.

도 1에는 본 발명에 따른 시공방법의 일 실시예에 따라 수중터널을 구축하기 위하여 이송장치(6)를 이용하여 신규 터널모듈(200)을 이송하는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1의 상태에 대한 개략적인 횡방향 측면도가 도시되어 있다. 도 3 및 도 4에는 각각 본 발명에 따른 이송장치(6)에 신규 터널모듈(200)이 매달려 있는 상태를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 도 3은 전방에서 바라본 상태를 도시한 것이고 도 4는 후방에서 바라본 상태를 도시한 것이다. 도 5에는 도 3에서 신규 터널모듈(200)과 승하강 체결부재(61), 그리고 가이드 아암(arm)장치(1)만을 발췌하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.

본 발명에서 기시공(旣施工) 본체부(100)의 접합단부에는 도 1에 도시된 것처럼 케이블 풀림장치(4)가 구비되어 있다. 케이블 풀림장치(4)에는 가이드 케이블(guide cable)(41) 및 부유체(40)가 내장되어 있다. 부유체(40)은 가이드 케이블(41)의 단부에 결합되어서 케이블 풀림장치(4) 내에 내장된다. 부유체(40)는 케이블 풀림장치(4) 내에 있을 때에는 부풀어 있지 않다가 케이블 풀림장치(4) 밖으로 나왔을 때 부풀면서 부력을 가지도록 구성되는 것이 바람직하다.

작업자의 원격조작 또는 직접적인 조작에 의해 케이블 풀림장치(4)를 작동시키면, 부유체(40)가 케이블 풀림장치(4)로부터 나와서 수면으로 상승하게 되고, 그에 따라 가이드 케이블(41)도 케이블 풀림장치(4)로부터 풀려서 연직하게 연장된다. 부유체(40)는 기시공 본체부(100)의 접합단부로부터의 연직 위쪽 즉, 침설 시작 지점에서 수면 또는 수면 부근의 수중에 부유(浮游)하게 된다. 따라서 가이드 케이블(41)은 기시공 본체부(100)의 접합단부로부터 침설 시작 지점까지 길게 연장된 상태로 있게 된다. 이러한 케이블 풀림장치(4)는 작업자의 원격조작 또는 직접적인 조작에 의해 필요할 때 기시공 본체부(100)의 접합단부로부터 분리될 수 있도록 설치된다. 즉, 케이블 풀림장치(4)는 착탈이 가능한 형태로 기시공(旣施工) 본체부(100)의 접합단부에 설치되는 것이다. 여기서 케이블 풀림장치(4)가 착탈될 수 있다는 것은 결국 가이드 케이블(41) 하단이 기시공 본체부(100)로부터 필요할 때 분리될 수 있다는 것을 포함하는 의미로 이해되어야 한다.

신규 터널모듈(200)은 차량이나 사람이 통행할 수 있는 중공(中空)을 가지는 함체(函體) 형태의 콘크리트 부재로서 육상 내지 선박 위에서 프리캐스트 방식으로 사전 제작되어 시공 위치로 이송된다. 본 발명에서는 폰툰을 구비한 이송장치(6)에 신규 터널모듈(200)을 매달아서 시공 위치로 이송한다. 이송된 신규 터널모듈(200)은 후술하는 방식으로 수중으로 침설되고 접합위치에 정렬 배치된다.

구체적으로 본 발명의 이송장치(6)는 수면에 부유하는 폰툰(60)과, 신규 터널모듈(200)과 분리가능하게 체결되는 승하강 체결부재(61)와, 상기 승하강 체결부재(61)를 매달게 되는 침설(沈設) 와이어(wire)(7)를 포함하는 구성을 가진다. 폰툰(60)은 수면에 부유하는 부재로서, 도면에 도시된 실시예에서 폰툰(60)은 종방향으로 소정 길이로 연장된 형태의 부재로 이루어져 있다. 특히 도면의 실시예에서는 2개의 폰툰(60)이 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치되어 있다. 폰툰(60)의 상부에는 횡방향으로 연장된 작업데크(62)가 배치되어 폰툰(60)과 결합됨으로써 2개의 폰툰(60)이 작업데크(62)와 일체를 이루고 있다.

작업데크(62)에는 침설 와이어(7)를 당기거나 풀어주는 모터(M)가 구비되어 있다. 침설 와이어(7)는 그 일단이 모터(M)에 결합되고 타단은 작업데크(62)의 아래쪽으로 연직하게 늘어뜨려져서 승하강 체결부재(61)와 결합되어 있다. 모터(M)의 작동에 의해 침설 와이어(7)가 당겨지거나 늘어뜨려짐에 따라 승하강 체결부재(61)가 상승 또는 하강하게 된다. 도면에 도시된 실시예에서 작업데크(62)에는 일단이 모터(M)에 결합된 침설 와이어(7)가 관통하게 되는 관통부가 형성되어 있다.

승하강 체결부재(61)는 신규 터널모듈(200)과 체결되는 부재로서, 신규 터널모듈(200)을 침설시킬 때에는 신규 터널모듈(200)과의 체결상태를 유지하여 신규 터널모듈(200)을 매달고 있다가, 신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)에 결합되면 신규 터널모듈(200)과 분리된다. 이러한 승하강 체결부재(61)와 신규 터널모듈(200) 간의 체결 및 분리는 작업자의 직접적인 조작뿐만 아니라 원격 조작에 의해 수행될 수 있다. 도면에 도시된 실시예에서 승하강 체결부재(61)는 횡방향으로 연장된 부재로 이루어져서 복수개가 종방향으로 간격을 두고 설치되어 있으나 그 형상은 이에 한정되지 않는다.

본 발명에서는 신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)의 접합단부와 마주하는 접합위치까지 안정적으로 침설되도록 하기 위하여, 승하강 체결부재(61) 또는 신규 터널모듈(200)에는 가이드 아암장치(1)가 구비된다. 도면에 예시된 실시예에서는 가이드 아암장치(1)가 신규 터널모듈(200)에 결합 구비되어 있다. 가이드 아암장치(1)는 종방향으로 길게 연장된 부재로서 타단에는 가이드 케이블(41)이 자유롭게 관통될 수 있고 필요에 맞추어서 가이드 케이블(41)과 체결되거나 또는 가이드 케이블(41)로부터 분리될 수 있는 관통체결부(10)가 구비되어 있다. 가이드 아암장치(1)의 일단에는 회전결합부(12)가 구비되어 있으며, 회전결합부(12)는 후방에 위치하는 승하강 체결부재(61) 또는 신규 터널모듈(200)의 후방에 수평방향 및 연직방향으로의 회전이 가능한 형태로 결합 설치된다. 즉, 가이드 아암장치(1)의 일단은 수평방향은 물론이고 연직방향으로도 회전이 자유로운 형태로 승하강 체결부재(61) 또는 신규 터널모듈(200)에 결합되는 것이다. 이러한 가이드 아암장치(1)의 일단이 수평/연직방향으로 자유롭게 회전될 수 있는 구성으로는 짐벌(Gimbal)형태를 이용할 수 있다.

가이드 아암장치(1)에서 관통체결부(10)와 회전결합부(12) 사이의 신축본체(11)는 신축이 가능한 부재로 이루어지는데, 특히 스프링을 내장하고 있어서 관통체결부(10)와 회전결합부(12) 사이의 간격이 벌어지도록 외력이 신규 터널모듈(200)에 가해지게 되면 그 길이가 신장하게 되어 충력을 흡수할 수 있는 구성을 가진다. 필요에 따라서는 가이드 아암장치(1)에서 관통체결부(10)와 회전결합부(12) 사이의 간격이 설계된 정도 이상으로 과도하게 커질 경우에는 자체적으로 그 길이가 수축할 수 있는 구성을 가질 수도 있다. 신축본체(11)는 예를 들어 스프링이 내장된 엑츄에이터 형태로 구성될 수 있는 것이다.

관통체결부(10), 신축본체(11) 및 회전결합부(12)를 포함하여 구성된 가이드 아암장치(1)는 그 연장된 길이를 실시간으로 측정하는 기능도 가지고 있다. 따라서 후술하는 것처럼 신규 터널모듈(200)이 침설되어 기시공 본체부(100)의 접합단부의 전방에 위치하게 되었을 때, 가이드 아암장치(1)의 길이를 측정함으로써 신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)의 접합단부로부터 이격되어 있는 위치를 정확하게 파악할 수 있게 된다. 더 나아가 가이드 아암장치(1)는 신규 터널모듈(200)과의 상대적인 각도를 측정할 수 있는 기능을 가질 수 있다. 즉, 가이드 아암장치(1)에 대해 신규 터널모듈(200)이 얼마만큼 기울어져 있는지를 파악할 수 있는 것이다. 이와 같이 가이드 아암장치(1)는 신규 터널모듈(200)을 접합할 때 신규 터널모듈(200)의 상대적인 거리를 계측하고, 더 나아가 필요할 때에는 상대적인 각도를 계측할 수 있는 센서로서도 기능하게 되는 것이다.

도면에 예시된 실시예에서는 회전결합부(12)가 신규 터널모듈(200)의 후방에 결합되어 있는데, 이 경우 회전결합부(12)는 작업자의 원격조작 또는 직접 조작에 의해 신규 터널모듈(200)로부터 분리될 수 있도록 착탈가능한 구성에 의해 신규 터널모듈(200)에 결합 설치된다. 물론 앞서 언급한 것처럼 회전결합부(12)는 신규 터널모듈(200)이 아니라 승하강 체결부재(61)에 결합될 수도 있다.

신규 터널모듈(200)은 폰툰(60)을 구비한 이송장치(6)에 매달린 상태로 이송될 수 있다. 즉, 신규 터널모듈(200)은 승하강 체결부재(61)와 체결되어 승하강 체결부재(61)의 하면에서 수중에 위치하고 승하강 체결부재(61)는 침설 와이어(7)에 의해 작업데크(62) 및 폰툰(60)에 매달려 있는 상태로 이송될 수 있는 것이다. 신규 터널모듈(200)이 승하강 체결부재(61)에 체결되어 매달려 있는 상태로 이송장치(6)가 수면에서 이동하여, 기시공 본체부(100)의 접합단부의 직상부 내지 그 부근의 침설 시작 지점까지 이송된다.

도 6 및 도 7에는 각각 신규 터널모듈(200)이 매달려 있는 이송장치(6)가 침설 시작 지점에 도달한 후 가이드 케이블(41)의 상단을 이송장치(6)에 결합한 상태를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 8에는 도 6 및 도 7에 도시된 상태에 대한 개략적인 횡방향의 측면도가 도시되어 있고, 도 9에는 도 8에서 이송장치(6)와 신규 터널모듈(200)만을 확대하여 보여주는 개략적인 확대도가 도시되어 있으며, 도 10에는 도 9에 도시된 상태를 화살표 S 방향에서 바라본 개략적인 종방향 측면도가 도시되어 있다.

앞서 설명한 것처럼 기시공 본체부(100)의 접합단부에 케이블 풀림장치(4)가 구비되어 있고, 가이드 케이블(41)이 케이블 풀림장치(4)로부터 풀려져 있는데, 풀려진 가이드 케이블(41)의 상단에는 부유체(40)가 결합되어 있으므로, 부유체(40)는 침설 시작 지점 또는 그 부근에서 수면 또는 수면 부근의 수중에 부유한 상태에 있게 된다. 신규 터널모듈(200)이 승하강 체결부재(61)에 체결되어 매달려 있는 상태로 이송장치(6)가 침설 시작 지점으로 다가오면 부유체(40)와 만나게 되고, 가이드 케이블(41)의 상단을 이송장치(6)에 고정시킨다. 도면에 예시된 것처럼 가이드 케이블(41)의 상단을 작업데크(62)에 결합 고정할 수 있지만 가이드 케이블(41)의 상단이 결합 고정되는 위치는 이에 한정되지 않는다.

가이드 케이블(41)의 상단이 이송장치(6)에 고정되면, 가이드 케이블(41)에 의해 이송장치(6)와 기시공 본체부(100)는 연결된 상태가 되는데, 후속하여 가이드 아암장치(1)의 타단을 가이드 케이블(41)과 체결한다. 즉, 가이드 케이블(4)이 가이드 아암장치(1)의 관통체결부(10)를 관통하게 만드는 것이다. 이러한 상태에서 신규 터널모듈(200)을 하강시켜 수중으로 침설시키게 된다. 도 11 내지 13에는 각각 도 8에 대응되는 개략적인 횡방향 측면도가 도시되어 있는데, 도 11에는 도 8에 도시된 상태에 후속하여 승하강 체결부재(61)와 신규 터널모듈(200)이 하강하는 과정이 도시되어 있다. 도 12에는 신규 터널모듈(200)의 하강이 완료되고 기시공 본체부(100)과 신규 터널모듈(200)이 결합된 상태가 도시되어 있다. 도 13에는 승하강 체결부재(61)가 신규 터널모듈(200)과 분리된 후 상승하는 상태가 도시되어 있다. 도 11에 예시된 것처럼 이송장치(6)에 설치된 모터(M)를 작동시켜서 침설 와이어(7)를 연직하게 늘어뜨리게 되고, 그에 따라 승하강 체결부재(61) 및 그와 결합되어 있는 신규 터널모듈(200)이 수중에서 하강하게 된다. 이 때, 가이드 아암장치(1)의 관통체결부(10)가 가이드 케이블(41)과 이동 가능한 상태로 체결되어 있으므로, 신규 터널모듈(200)은 가이드 케이블(41)을 따라 가면서 수중에서 하강하게 된다. 즉, 기시공 본체부(100)의 접합단부와 이송장치(6)를 가이드 케이블(41)로 연결시켜둔 상태에서, 가이드 아암장치(1)가 가이드 케이블(41)에 의해 가이드되면서 신규 터널모듈(200)이 수중에서 하강되는 것이다.

침설 와이어(7)가 이완되어 늘어뜨려지면 신규 터널모듈(200)은 대체적으로 연직하게 하강하게 되지만, 기시공 본체부(100)는 상당한 수심에 위치하고 수중에는 조류 등과 같이 신규 터널모듈(200)의 연직 하강을 방해하는 다양한 요소들이 존재한다. 따라서 기시공 본체부(100)의 접합단부 전방의 접합위치에서 연직 상부의 수면에서부터 단순히 터널모듈(200)을 자중에 의해 하강시키는 것만으로는 신규 터널모듈(200)의 연직하강 및 정확힌 접합위치로의 침설을 확실하게 보장할 수는 없다. 그러나 위에서 살펴본 것처럼 본 발명에서는 기시공 본체부(100)의 접합단부와 이송장치(6)를 가이드 케이블(41)로 연결시켜두고, 신규 터널모듈(200) 또는 승하강 체결부재(61)에 일단이 결합되어 있는 가이드 아암장치(1)가 가이드 케이블(41)과 체결된 상태로 가이드 케이블(41)에 의해 가이드되면서 하강하여 침설되므로, 신규 터널모듈(200)과 승하강 체결부재(61)가 접합위치에 이르는 동안에 조류(潮流) 등과 같은 여러 가지 다양한 방해 요소가 발생하더라도 신규 터널모듈(200)과 승하강 체결부재(61)는 안정적으로, 그리고 정확하고 정밀하게 접합위치에 도달하여 신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)의 접합단부와 마주하도록 정렬 배치될 수 있다. 이러한 과정에서는 잠수부의 투입을 종래에 비하여 월등히 축소시킬 수 있게 되고, 그에 따라 인력 투입, 비용 발생 등이 감소되고 경제적인 수중터널 시공이 가능하게 된다. 즉, 본 발명에 의하면 신규 터널모듈의 수중 반입 및 침설 작업을 잠수부의 투입을 최소화시키고, 안전하며 정확하게, 그리고 효율적으로 수행할 수 있게 되는 것이다. 따라서 본 발명에 의하면 수중터널 시공비용을 최소화시킬 수 있고 안전사고 발생 위험을 줄이며 시공오차를 최소화하여 정밀한 시공이 가능하게 되는 것이다.

신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)의 접합단부를 마주하도록 접합위치에 정렬, 배치된 후에는 신규 터널모듈(200)을 기시공 본체부(100)에 결합하는 "신규 터널모듈의 결합작업"을 수행한다. 가이드 아암장치(1)는 그 연장된 길이를 측정할 수 있으며, 더 나아가 신규 터널모듈(200)과의 상대적인 각도를 측정할 수 있는 기능도 가지고 있으므로, 신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)의 접합단부를 마주하도록 전방에 위치하게 되었을 때, 가이드 아암장치(1)의 길이와 가이드 아암장치(1)와 신규 터널모듈(200) 간의 각도를 측정함으로써 신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)의 접합단부로부터 이격되어 있는 위치 및 기시공 본체부(100)의 자세(기울어진 정도, 기울어진 방향 등)를 정확하게 파악할 수 있게 된다. 따라서 기시공 본체부(100)의 접합단부를 마주하고 있는 신규 터널모듈(200)을 움직여서 기시공 본체부(100)에 닿게 만들어서 접합하는 작업을 더욱 정확하고 정밀하게 수행할 수 있게 된다. 특히, 가이드 아암장치(1)의 신축본체(11)를 엑츄에이터 형태로 구성하는 경우, 엑츄에이터 작동에 의해 신축본체(11)의 길이를 신축시킴으로써 가이드 아암장치(1)를 정해진 길이가 되도록 미세 조정할 수 있게 되고, 그에 따라 신규 터널모듈(200)의 접합작업을 더욱 정확하고 정밀하게 수행할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

신규 터널모듈(200)을 기시공 본체부(100)에 접합하는 작업이 완료되면 승하강 체결부재(61)를 신규 터널모듈(200)로부터 분리시키고, 이송장치(6)에 설치된 모터(M)를 작동시켜서 침설 와이어(7)를 감아서 당김으로써 승하강 체결부재(61)를 수면으로 다시 회수하게 된다.

신규 터널모듈(200)을 기시공 본체부(100)에 결합하는 결합작업이 시작되거나 진행 중일 때 또는 결합작업이 완료된 후에는 가이드 케이블(41)은 더 이상 그 기능을 발휘하지 못하게 된다. 앞서 설명한 것처럼 본 발명에서 케이블 풀림장치(4)는 착탈이 가능한 형태로 기시공 본체부(100)의 접합단부에 설치되므로, 위와 같이 가이드 케이블(41)이 더 이상 필요하지 않은 상황이 도래하면, 작업자는 케이블 풀림장치(4)를 기시공 본체부(100)로부터 분리시키고 가이드 케이블(41)을 위로 당겨서 케이블 풀림장치(4)를 회수한다. 케이블 풀림장치(4) 및 승하강 체결부재(61)를 회수할 때, 가이드 아암(1)도 함께 회수된다.

이와 같이 기시공 본체부(100)에 신규 터널모듈(200)이 접합 완료되면, 접합된 신규 터널모듈이 새로운 기시공 본체부에 해당하게 된다. 신규 터널모듈(200)의 전방단부에는 미리 케이블 풀림장치(4)가 설치되어 있다. 신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)에 결합 완료되기 전까지는, 케이블 풀림장치(4)에는 가이드 케이블(41)이 감겨 있는 상태로 내장되어 있고, 가이드 케이블(41)의 상단부에 결합된 부유체(40) 역시 케이블 풀림장치(4)에 구비되어 있다. 기시공 본체부(100)에 신규 터널모듈(200)이 접합 완료되어, 접합된 신규 터널모듈이 "새로운 기시공 본체부"에 해당하게 된 후에는, 작업자의 원격조작 또는 직접 조작에 의해 케이블 풀림장치(4)를 작동시켜서, 내장되어 있던 부유체(40)를 부풀려서 수면으로 부유시킴으로써, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 것처럼 기시공 본체부의 접합단부에 가이드 케이블(41)이 결합되고, 가이드 케이블(41)의 상단에 구비된 부유체(40)는 새로운 침설 시작 지점의 수면 또는 수면 부근의 수중에 부유한 상태가 되는 것이다.

후속하여 새로운 신규 터널모듈을 이송장치에 매달아 시공 위치로 이송하고, 부유체(40)에 결합되어 있던 가이드 케이블(41)의 상단을 이송장치(6)에 고정시키며, 가이드 아암장치(11)를 가이드 케이블(41)과 체결하고, 새로운 신규 터널모듈을 하강시키는 등의 앞서 설명한 일련의 과정을 반복 수행하게 되고, 이를 통해서 종방향으로 신규 터널모듈을 순차적으로 일체 접합하면서 수중터널을 구축하여 완성하게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 신규 터널모듈의 수중 침설작업 및 신규 터널모듈의 결합작업을 반복 수행함으로써 수중터널을 시공함에 있어서, 신규 터널모듈의 수중 침설작업을 잠수부의 투입을 최소화시킨 상태로 안전하고 정확하게, 그리고 효율적으로 수행하며, 더 나아가 침설된 신규 터널모듈을 기시공 본체부의 접합단부와 마주하는 접합위치에 정확하게 정렬하여 배치시키는 작업을 안전하고 정밀하게, 그리고 효율적으로 수행함으로써, 수중터널 시공비용을 최소화시킬 수 있고 안전사고 발생 위험을 줄이며 시공오차를 최소화하여 정밀한 시공이 가능하게 된다.

1: 가이드 아암장치
6: 이송장치
7: 침설 와이어
10: 관통체결부
11: 신축본체
12: 회전결합부
60: 폰툰
61: 승하강 체결부재
62: 작업데크
100: 기시공 본체부
200: 신규 터널모듈

Claims (5)

1. 이송장치(6)를 이용하여 신규 터널모듈(200)을 현장으로 이송하고, 신규 터널모듈(200)을 수중으로 침설시켜서 기시공 본체부(100)의 접합단부에 결합 설치하는 작업을 반복 수행하여 수중터널을 시공하는 방법으로서,
   이송장치(6)는 부유하는 폰툰(60)과, 신규 터널모듈(200)과 분리가능하게 체결되며 케이블 관통공이 형성되어 있고 침설 와이어(7)에 의해 폰툰(60)에 매달려서 침설 와이어(7)의 이완에 의해 승하강하게 되며 승하강 체결부재(61)를 포함하며;
   기시공 본체부(100)의 접합단부에는, 가이드 케이블(41), 및 상기 가이드 케이블(41)의 단부에 결합되어 있는 부유체(40)를 구비하고 있는 케이블 풀림장치(4)가 착탈가능하게 설치되어 있으며;
   가이드 케이블(41)과 착탈되는 관통체결부(10)와, 신축가능한 신축본체(11)와, 승하강 체결부재(61) 또는 신규 터널모듈(200)에 결합되는 회전결합부(12)를 포함하는 가이드 아암장치(1)가 구비되어 있으며;
   케이블 풀림장치(4)를 작동시켜서 가이드 케이블(41)도 케이블 풀림장치(4)로부터 풀려서 연직하게 연장되게 만들고 부유체(40)를 미리 침설 시작 지점에서 수면 또는 수중에 부유시켜 놓는 단계;
   신규 터널모듈(200)이 승하강 체결부재(61)에 체결된 상태로 이송장치(6)를 기시공 본체부(100)의 접합단부의 직상부 내지 그 부근의 침설 시작 지점으로 이송하고, 신규 터널모듈(200)이 매달려 있는 이송장치(6)가 침설 시작 지점에 도달하게 되면, 부유체(40)에 결합되어 있던 가이드 케이블(41)의 상단을 이송장치(6)에 결합 고정하는 단계;
   가이드 케이블(4)이 가이드 아암장치(1)의 관통체결부(10)를 관통하도록 가이드 아암장치(1)를 가이드 케이블(41)과 체결하는 단계;
   침설 와이어(7)를 이완시켜서, 가이드 아암장치(1)가 가이드 케이블(41)과 체결된 채로 승하강 체결부재(61)가 가이드 케이블(4)을 따라 하강되게 만들므로써 신규 터널모듈(200)을 침설시켜서 기시공 본체부(100)의 접합단부와 마주하는 접합위치에 정렬시켜 배치하는 단계; 및
   신규 터널모듈(200)을 기시공 본체부(100)에 일체로 접합하여 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중터널 시공방법.
2. 제1항에 있어서,
   신규 터널모듈(200)을 기시공 본체부(100)에 결합하는 신규 터널모듈의 결합작업이 시작 또는 진행되거나 또는 종결된 후에는,
   케이블 풀림장치(4)를 기시공 본체부(100)로부터 분리시키고 가이드 케이블(41)을 위로 당겨서 회수하는 것을 특징으로 하는 수중터널 시공방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   가이드 아암장치(1)의 신축본체(11)는, 스프링을 내장하고 있으며 신축이 가능하고, 자체적으로 그 길이가 수축할 수 있는 구성을 가진 부재로 이루어지며;
   가이드 아암장치(1)는 그 연장된 길이를 측정할 수 있는 구성을 가지고 있고;
   가이드 아암장치(1)의 회전결합부(12)는 수평방향 및 연직방향으로 회전이 가능한 구조를 가지고 있어서, 가이드 아암장치(1)의 타단은 수평방향 및 연직방향으로 회전이 자유로운 형태로 승하강 체결부재(61) 또는 신규 터널모듈(200)에 결합되어서, 가이드 아암장치(1)와 신규 터널모듈(200) 간의 상대적인 각도를 측정할 수 있는 구성을 가지고 있어서,
   신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)의 접합단부를 마주하도록 접합위치에 도달하였을 때 가이드 아암장치(1)의 길이 및 가이드 아암장치(1)와 신규 터널모듈(200) 간의 각도를 측정함으로써 신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)의 접합단부로부터 이격되어 있는 위치 및 기시공 본체부(100)의 자세를 파악하면서 신규 터널모듈(200)과 기시공 본체부(100)의 접합작업을 수행하게 되는 것을 특징으로 하는 수중터널 시공방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   이송장치(6)에서, 폰툰(60)은 종방향으로 소정 길이로 연장된 형태의 부재로 이루어져서 2개가 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치되어 있고;
   2개의 폰툰(60) 상부에는 횡방향으로 연장된 작업데크(62)가 배치되어 폰툰(60)과 결합됨으로써, 2개의 폰툰(60)이 작업데크(62)와 일체를 이루고 있으며;
   작업데크(62)에는 모터(M)가 구비되어 있고 관통부가 형성되어 있으며;
   침설 와이어(7)는 그 일단이 모터(M)에 결합된 상태로 관통부를 관통하여 작업데크(62)의 아래쪽으로 연직하게 늘어뜨려져서 승하강 체결부재(61)와 결합되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 수중터널 시공방법.
5. 차량이나 사람이 통행할 수 있는 중공(中空)을 가지는 터널모듈을 수중에서 전방으로 순차적으로 연결하여 구축된 수중터널로서,
   청구항 제1항 또는 제2항에 의한 수중터널 시공방법에 의해 구축되어, 터널모듈이 연속적으로 연결된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 수중터널.

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