KR102572805B1 - 강관 거푸집을 활용한 지하구조물 및 이의 비개착 시공방법 - Google Patents

강관 거푸집을 활용한 지하구조물 및 이의 비개착 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종방향 추진강관을 거푸집으로 활용하여 전체적으로 RC구조를 형성함으로써 내구성과 안정성이 우수하고, 용이한 PC 세그먼트의 추진으로 시공성의 향상과 공사기간의 단축이 가능하고, 외부 방수기능의 향상과 굴착의 불필요로 대단면 굴착에 의한 지반침하 가능성이 배제되도록 TRcM 공법을 개량한 강관 거푸집을 활용한 지하구조물 및 이의 비개착 시공방법을 제공한다. 본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 강관 거푸집을 활용한 지하구조물의 비개착 시공방법은, (a) 지중의 계획된 구간에 지보재로 활용된 제1 종방향강관을 추진하는 단계와; (b) 제1 종방향강관의 일측으로 일정 중첩영역이 절개되어 제작된 제2 종방향강관을 접하도록 하여 나란하게 추진하면서 내부 굴착을 실시하는 단계와; (c) 제1,2 종방향강관이 만나는 접합 부위에 용접을 실시하고, 제1,2 종방향강관의 접합부에 지지되어 제1,2 종방향강관의 단면 도심을 지나도록 수직방향으로 강관 센터 보강빔을 설치하는 단계와; (d) 제1,2 종방향강관의 내부측 하부와 상부에 각각 하부가이드 롤러와 상부가이드 롤러를 설치하는 단계와; (e) 강관 센터 보강빔을 철거하면서 제1,2 종방향강관의 내부로 하부가이드 롤러와 상부가이드 롤러의 구름지지를 받으면서 PC 세그먼트를 반복 추진하는 단계와; (f) PC 세그먼트와 제1,2 종방향강관의 사이 공간에 방수성능의 확보를 위해 방수용 몰탈을 채워넣는 단계;를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 한다.

Description

강관 거푸집을 활용한 지하구조물 및 이의 비개착 시공방법{Underground structure using steel pipe form and trenchless construction method of the same}
본 발명은 TRcM 공법을 개량한 지하구조물 및 이의 비개착 시공방법에 관한 것으로, 특히 종방향 추진강관을 거푸집으로 활용하여 전체적으로 RC구조를 형성함으로써 내구성과 안정성이 우수하고, 용이한 PC 세그먼트의 추진으로 시공성의 향상과 공사기간의 단축이 가능하고, 외부 방수기능의 향상과 굴착의 불필요로 대단면 굴착에 의한 지반침하 가능성이 배제되도록 한 강관 거푸집을 활용한 지하구조물 및 이의 비개착 시공방법에 관한 것이다.
최근 들어 도심지에는 지상 건물의 포화로 지하 공간의 이용이 늘어나고 있는 추세이다. 지하 공간 활용을 위하여 지하 구조물을 시공하는 방법은 크게 개착공법과 비개착공법으로 구분할 수 있다. 개착공법을 도심지 공사에 적용할 경우 교통체증의 유발, 지장물 이설비용 발생 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서 최근 들어 도심지 공사에서는 교통 불편으로 인한 민원 해결과 지장물 이설비용을 최소화하기 위하여 비개착공법의 적용이 늘어나고 있는 추세이다.
비개착 공법 중 파이프 루프(Pipe Roof)공법이 알려져 있다. 이는 지중에서 강관을 구조체의 둘레로 추진과 굴착을 수행하고, 강관에 보강철근의 배근과 콘크리트의 타설한 후, 내부 굴착과 수직지보재를 설치한 후 구조물을 시공하는 것이다. 그러나 이 공법은 내부 굴착시 대단면 굴착에 의한 지반침하 가능성이 있고, 현장에서 구조물을 시공해야 함으로 공기가 길어지는 문제가 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-1800582호(특허문헌 1)로서, '지하통로의 비개착식 시공방법'이 제안되어 있다. 이는 철도차량이나 각종 차량의 이용에도 영향을 극히 주지 않으면서 그 하측으로 횡단하는 하부터널을 형성하거나 도로 및 제방 둑 등을 헐지 않고 하수관거나 통신관로 및 횡단통로 등을 형성하기 위한 것이다. 그러나 상기 배경기술은 다량의 관체와 그 지지대가 설치되어야 함으로 거푸집 시공이 복잡해지고 공기가 길어지며, 대단면 내부 굴착시 지반 침하의 염려가 따른다.
본 발명의 다른 배경기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-2243586호(특허문헌 2)로서, '양면 반원아치형 선도관과 이를 이용한 비개착 터널 구조물 및 그의 시공 방법'이 제안되어 있다. 이는 루프 강관의 쉴드 머신 굴착시 지중장애물로 인해 비트의 추진이 어려울 경우 이미 굴착된 선도관 또는 루프 강관을 통해 지중장애물을 용이하게 제거할 수 있도록 한 것이다. 그러나 상기 배경기술도 다량의 루프강관이 설치되어야 함으로 공기가 길어지며, 대단면 내부 굴착시 지반 침하의 염려가 따른다.
한국 등록특허 등록번호 제10-1800582호 한국 등록특허 등록번호 제10-2243586호
본 발명은 종방향 추진강관을 거푸집으로 활용하여 전체적으로 RC구조를 형성함으로써 내구성과 안정성이 우수하고, 용이한 PC 세그먼트의 추진으로 시공성의 향상과 공사기간의 단축이 가능하고, 외부 방수기능의 향상과 굴착의 불필요로 대단면 굴착에 의한 지반침하 가능성이 배제되도록 한 강관 거푸집을 활용한 지하구조물 및 이의 비개착 시공방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 강관 거푸집을 활용한 지하구조물의 비개착 시공방법은, (a) 지중의 계획된 구간에 지보재로 활용된 제1 종방향강관을 추진하는 단계와; (b) 제1 종방향강관의 일측으로 일정 중첩영역이 절개되어 제작된 제2 종방향강관을 접하도록 하여 나란하게 추진하면서 내부 굴착을 실시하는 단계와; (c) 제1,2 종방향강관이 만나는 접합 부위에 용접을 실시하고, 제1,2 종방향강관의 접합부에 지지되어 제1,2 종방향강관의 단면 도심을 지나도록 수직방향으로 강관 센터 보강빔을 설치하는 단계와; (d) 제1,2 종방향강관의 내부측 하부와 상부에 각각 하부가이드 롤러와 상부가이드 롤러를 설치하는 단계와; (e) 강관 센터 보강빔을 철거하면서 제1,2 종방향강관의 내부로 하부가이드 롤러와 상부가이드 롤러의 구름지지를 받으면서 PC 세그먼트를 반복 추진하는 단계와; (f) PC 세그먼트와 제1,2 종방향강관의 사이 공간에 방수성능의 확보를 위해 방수용 몰탈을 채워넣는 단계;를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (b) 단계에서, 제2 종방향강관의 추진을 완료한 후, 지반 이완억제 및 여굴채움을 위해 강관의 천공 위치에 그라우트재의 주입을 통해 제1,2 종방향강관의 외부 둘레를 그라우팅하는 단계;를 더 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (b) 단계에서 제2 종방향강관에 수직방향으로 도심을 지나는 강관 편심 보강빔을 추가적으로 설치한 후, (c) 단계에서 강관 센터 보강빔의 설치 후 강관 편심 보강빔을 철거하는 것을 특징으로 한다.
상기 (e) 단계에서 PC 세그먼트의 추진시 강관 센터 보강빔과 강관 편심 보강빔을 동시 철거하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (c) 단계에서, 강관 센터 보강빔을 일정 간격마다 제1,2 종방향강관의 내면에 접하여 닫힘되도록 설치된 강관 보강링에 접하여 설치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (d) 단계에서, 하부가이드 롤러는 제1,2 종방향강관의 내부 하부측에 몰탈 또는 콘크리트로로 타설된 롤러하부지지층에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 비개착 지하구조물은, 지중의 계획된 구간에 복열 이상으로 나란하게 접하여 추진된 종방향강관과; 종방향강관의 단면 내부측 하부 및 상부에 각기 설치된 하부가이드 롤러 및 상부가이드 롤러와; 하부가이드 롤러 및 상부가이드 롤러의 구름 지지를 받고 종방향강관의 단면 내부에 추진되어 있는 PC 세그먼트와; 종방향강관과 PC 세그먼트의 사이의 공간에 채움되어 방수기능을 수행하는 방수용 몰탈;을 포함하며, 종방향강관의 단면 내면에는 길이 방향으로 일정 간격마다 강관 보강링이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
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또한, 강관 보강링에 PC 세그먼트의 추진시 좌우이동을 제한하기 위해 하부가이드 롤러와 가까운 위치에서 서로 마주하는 좌우이동제한용 스톱퍼가 일정 길이마다 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 강관 거푸집을 활용한 지하구조물의 비개착 시공방법에 따르면, 종방향 추진강관을 거푸집으로 활용하고, 강관과 PC 세그먼트의 사이에 몰탈이 채움되어져 전체적으로 RC구조를 형성함으로써 내구성과 안정성이 우수하다. 또한 종방향 추진강관에 상,하부가이드 롤러를 이용하여 PC 세그먼트의 추진이 용이하여 시공성의 향상과 공기를 단축시킬 수 있다. 또한 종방향 추진강관과 PC 세그먼트의 사이에 몰탈이 채움되어져 PC 세그먼트의 외부 방수기능이 향상된다. 종방향 추진강관의 선 설치로 굴착이 불필요하여 대단면 굴착에 의한 지반침하의 가능성을 배제시킬 수 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 강관 거푸집을 활용한 지하구조물의 비개착 시공방법으로 시공된 지하구조물의 측면도.
도 2는 도 1의 A-A선에서 본 단면도.
도 3은 본 방법에 따라 지중구간에 종방향강관이 설치된 상태도.
도 4는 본 방법에 따라 종방향강관의 설치 후 PC 세그먼트가 설치된 상태도.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 강관 거푸집을 활용한 지하구조물의 비개착 시공 순서도.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명에서 PC 세그먼트(100)는 공장 제작된 철근 콘크리트 세그먼트로서 본 실시 예에서는 '암거'를 사용하였으나 본 발명은 이러한 종류나 예시된 단면을 갖는 세그먼트에 한정되는 것은 아니다. 또한 PC 세그먼트(100)는 RC(철근보강콘크리트) 세그먼트를 포함한다.
본 실시 예에 따른 비개착 지하구조물은 도 1 및 도 2와 같이 지중의 계획된 구간에 복열 이상으로 나란하게 접하여 추진된 종방향강관(11,12)과, 종방향강관(11,12)의 단면 내부측 하부 및 상부에 각기 설치된 하부가이드 롤러(31) 및 상부가이드 롤러(32)와, 하부가이드 롤러(31) 및 상부가이드 롤러(32)의 구름 지지를 받고 종방향강관(11,12)의 단면 내부에 추진되어 있는 PC 세그먼트(100)와, 종방향강관(11,12)과 PC 세그먼트(100)의 사이의 공간에 채움되어 방수기능을 수행하는 방수용 몰탈(50)을 포함한다. 또한 종방향강관(11,12)의 단면 내면에는 길이 방향으로 일정 간격마다 강관 보강링(13)이 더 설치된 구조를 가질 수 있다.
본 실시 예에 2열의 종방향강관(11,12)을 사용하였으나 본 발명은 PC 세그먼트(100)의 폭에 따라 복열 이상으로 종방향강관(11,12)이 설치될 수 있다. 하부가이드 롤러(31) 및 상부가이드 롤러(32)는 각기 2열로 설치되어 있으나 PC 세그먼트(100)의 폭에 따라 복열 이상으로 증설될 수 있다.
또한, 강관 보강링(13)에 PC 세그먼트(100)의 추진시 좌우이동을 제한하기 위해 하부가이드 롤러(31)와 가까운 위치에서 서로 마주하는 좌우이동제한용 스톱퍼(17)가 일정 길이마다 설치되어 있다. 따라서 PC 세그먼트(100)의 추진시 이탈없이 원하는 위치까지 이동을 수월하게 진행할 수 있다. 강관 보강링(13)은 예로 H형강을 벤딩가공하여 제작된 것이 될 수 있다.
이와 같은 비개착 지하구조물의 시공 방법을 순차적으로 설명한다.
먼저, 도 3과 같이 지반(200)의 계획된 지중구간에 지보재로 활용된 도 5의 (a)와 같이 제1 종방향강관(11)을 추진한다. 이때 지중구간은 전진기지(210)와 도달기지(220) 사이의 구간이 된다.
그 다음, 제1 종방향강관(11)의 일측으로 일정 중첩영역이 절개되어 제작된 도 5의 (b)와 같이 제2 종방향강관(12)을 접하도록 하여 나란하게 추진하여 놓는다.
이때, 제2 종방향강관(12)에 수직방향으로 도심을 지나는 강관 편심 보강빔(21)을 추가적으로 설치하여 추진이 이루어질 수 있다. 이 경우 제2 종방향강관(12)은 강관 편심 보강빔(21)에 의해 구조적으로 보강되어져 단면의 변형없이 추진을 용이하게 할 수 있다.
제1 종방향강관(11)과 제2 종방향강관(12)은 추진과 함께 내부 굴착이 이루어진다. 또한 추진 중에 선도관에 설치된 도시안된 유압식 선형조정장치를 이용하여 시공오차의 보정과 계획선형에 따른 구조물의 정밀 시공이 가능하다.
제1 종방향강관(11)과 제2 종방향강관(12)은 주작업 통로로 활용되는 대형강관으로 강관 내 사토반출시 장비활용으로 시공성이 확보되고 공기가 단축된다.
여기서, 제2 종방향강관(12)의 추진을 완료한 후, 도 6의 (c)와 같이 지반 이완억제 및 여굴채움을 위해 강관 천공 위치에 그라우트재(15)의 주입을 통해 제1,2 종방향강관(11,12)의 외부 둘레에 그라우팅이 이루어질 수 있다.
그 다음, 도 6의 (d)와 같이 제1,2 종방향강관(11,12)이 만나는 접합 부위에 용접을 실시하고, 제1,2 종방향강관(11,12)의 접합부에 지지되어 제1,2 종방향 강관(11,12)의 단면 도심을 지나도록 수직방향으로 강관 센터 보강빔(22)을 설치한다. 강관 센터 보강빔(22)은 H형강으로 제작된 것이 될 수 있다.
이때, 강관 센터 보강빔(22)은 일정 간격마다 제1,2 종방향강관(11,12)의 내면에 접하여 닫힘되도록 설치된 강관 보강링(13)에 접하여 설치되도록 함이 바람직하다. 이 경우 강관 보강링(13)의 접합부분에 강관 센터 보강빔(22)이 지지되어져 제1,2 종방향강관(11,12)이 받는 하중이 강관 보강링(13)의 전둘레에 고르게 전달되어 제1,2 종방향강관(11,12)의 접합부에서 발생될 수 있는 집중응력을 피할 수 있다.
여기서 도 7의 (e)와 같이 제2 종방향강관(12)에 수직방향으로 설치된 강관 편심 보강빔(21)이 철거된다. 편심 보강빔(21)은 H형강으로 제작된 것이 될 수 있다.
그 다음, 도 7의 (f)와 같이 제1,2 종방향강관(11,12)의 내부측 하부와 상부에 각각 하부가이드 롤러(31)와 상부가이드 롤러(32)를 설치한다.
이때, 하부가이드 롤러(31)는 제1,2 종방향강관(11,12)의 내부 하부측에 몰탈 또는 콘크리트로 타설된 롤러하부지지층(40)에 설치됨이 바람직하다. 롤러하부지지층(40)은 하부가이드 롤러(31)의 지지력을 제공할 뿐만 아니라 제1,2 종방향강관(11,12)의 하부측 방수 기능을 수행할 수 있다.
그 다음, 도 8의 (g)와 같이 강관 센터 보강빔(22)을 철거하면서 제1,2 종방향강관(11,12)의 내부로 하부가이드 롤러(31)와 상부가이드 롤러(32)의 구름지지를 받으면서 PC 세그먼트(100)를 반복 추진한다.
이때 강관 보강링(13)에 설치된 좌우이동제한용 스톱퍼(17)에 의해 PC 세그먼트(100)의 추진을 이탈없이 원하는 위치까지 더욱 원활히 진행할 수 있다.
물론, 이 과정에서 PC 세그먼트(100와 100)간의 연결은 주지의 방법을 따르므로 상세한 연결 방법은 생략한다.
여기서, PC 세그먼트(100)의 추진시 강관 센터 보강빔(22)과 강관 편심 보강빔(21)을 동시 철거할 수 있다.
그 다음, 도 8의 (h)와 같이 PC 세그먼트(100)와 제1,2 종방향강관(11,12)의 사이 공간에 방수성능의 확보를 위해 방수용 몰탈(50)을 채워넣음으로써 비개착 지하구조물의 시공이 완료된다.
이와 같이 본 공법은 종방향 추진강관(11,12)을 거푸집으로 활용하고, 강관과 PC 세그먼트(100)의 사이에 몰탈이 채움되어져 전체적으로 RC구조를 형성함으로써 내구성과 안정성이 우수하다. 또한 종방향 추진강관(11,12)에 상,하부가이드 롤러(32,31)를 이용하여 PC 세그먼트(100)의 추진이 용이하여 공기를 단축시킬 수 있다. 또한 종방향 추진강관(11,12)과 PC 세그먼트(100)의 사이에 몰탈이 채움되어져 PC 세그먼트(100)의 외부 방수기능이 향상된다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11,12: 제1,2 종방향강관
13: 강관 보강링
21: 강관 편심 보강빔
22: 강관 센터 보강빔
31: 하부가이드 롤러
32: 상부가이드 롤러
50: 방수용 몰탈
100: PC 세그먼트

Claims (9)

  1. (a) 지중의 계획된 구간에 지보재로 활용된 제1 종방향강관(11)을 추진하는 단계와;
    (b) 제1 종방향강관(11)의 일측으로 일정 중첩영역이 절개되어 제작된 제2 종방향강관(12)을 접하도록 하여 나란하게 추진하면서 내부 굴착을 실시하는 단계와;
    (c) 제1,2 종방향강관(11,12)이 만나는 접합 부위에 용접을 실시하고, 제1,2 종방향강관(11,12)의 접합부에 지지되어 제1,2 종방향강관(11,12)의 단면 도심을 지나도록 수직방향으로 강관 센터 보강빔(22)을 설치하는 단계와;
    (d) 제1,2 종방향강관(11,12)의 내부측 하부와 상부에 각각 하부가이드 롤러(31)와 상부가이드 롤러(32)를 설치하는 단계와;
    (e) 강관 센터 보강빔(22)을 철거하면서 제1,2 종방향강관(11,12)의 내부로 하부가이드 롤러(31)와 상부가이드 롤러(32)의 구름지지를 받으면서 PC 세그먼트(100)를 반복 추진하는 단계와;
    (f) PC 세그먼트(100)와 제1,2 종방향강관(11,12)의 사이 공간에 방수성능의 확보를 위해 방수용 몰탈(50)을 채워넣는 단계;를 포함하여 시공되는 것을 특징으로 하는 강관 거푸집을 활용한 지하구조물의 비개착 시공방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서, 제2 종방향강관(12)의 추진을 완료한 후, 지반 이완억제 및 여굴채움을 위해 강관의 천공 위치에 그라우트재(15)의 주입을 통해 제1,2 종방향강관(11,12)의 외부 둘레를 그라우팅하는 단계;를 더 포함한 것을 특징으로 하는 강관 거푸집을 활용한 지하구조물의 비개착 시공방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서 제2 종방향강관(12)에 수직방향으로 도심을 지나는 강관 편심 보강빔(21)을 추가적으로 설치한 후, (c) 단계에서 강관 센터 보강빔(22)의 설치 후 강관 편심 보강빔(21)을 철거하는 것을 특징으로 하는 강관 거푸집을 활용한 지하구조물의 비개착 시공방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서 PC 세그먼트(100)의 추진시 강관 센터 보강빔(22)과 강관 편심 보강빔(21)을 동시 철거하는 것을 특징으로 하는 강관 거푸집을 활용한 지하구조물의 비개착 시공방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 강관 센터 보강빔(22)을 일정 간격마다 제1,2 종방향강관(11,12)의 내면에 접하여 닫힘되도록 설치된 강관 보강링(13)에 접하여 설치하는 것을 특징으로 하는 강관 거푸집을 활용한 지하구조물의 비개착 시공방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서, 하부가이드 롤러(31)는 제1,2 종방향강관(11,12)의 내부 하부측에 몰탈 또는 콘크리트로 타설된 롤러하부지지층(40)에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 강관 거푸집을 활용한 지하구조물의 비개착 시공방법.
  7. 지중의 계획된 구간에 복열 이상으로 나란하게 접하여 추진된 종방향강관(11,12)과;
    종방향강관(11,12)의 단면 내부측 하부 및 상부에 각기 설치된 하부가이드 롤러(31) 및 상부가이드 롤러(32)와;
    하부가이드 롤러(31) 및 상부가이드 롤러(32)의 구름 지지를 받고 종방향강관(11,12)의 단면 내부에 추진되어 있는 PC 세그먼트(100)와;
    종방향강관(11,12)과 PC 세그먼트(100)의 사이의 공간에 채움되어 방수기능을 수행하는 방수용 몰탈(50);을 포함하며,
    종방향강관(11,12)의 단면 내면에는 길이 방향으로 일정 간격마다 강관 보강링(13)이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 강관 거푸집을 활용한 비개착 지하구조물.
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    강관 보강링(13)에 PC 세그먼트(100)의 추진시 좌우이동을 제한하기 위해 하부가이드 롤러(31)와 가까운 위치에서 서로 마주하는 좌우이동제한용 스톱퍼(17)가 일정 길이마다 설치된 것을 특징으로 하는 강관 거푸집을 활용한 비개착 지하구조물.
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