KR20030036508A - 지하터널의 압밀굴착공법 및 이에 사용되는 압밀토류판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지표면으로부터 비교적 얕은 위치에서 지하터널을 구축하는 공법에 관한 것으로, 상세하게는 터널을 굴착하는 메서 플레이트(messer plate)가 이송된 후미의 공간부에 압밀토류판을 삽입하여 유압실린더로써 상부 원지반에 압밀시키고, 압밀토류판과 원지반의 사이에 시멘트 채움 그라우팅을 주입하여, 지표침하의 염려없이 안전하고 확실한 지하터널 구축을 가능하게 하는 지하터널의 압밀굴착공법 및 이에 사용되는 압밀토류판에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 막장내로 압입전진시킨 메서 플레이트의 후미에 압밀토류판을 전후에 설치된 두개의 강지보의 상단에 걸쳐 설치하는 단계와, 압밀토류판의 양단 하측과 강지보의 사이에 쐐기형상의 압밀재를 끼우는 단계와, 상기 압밀재를 유압실린더로 밀어서 압밀토류판을 상승시켜 상부 원지반에 압밀시키는 단계와, 압밀토류판의 상부로 시멘트 채움 그라우팅을 행하여 지반을 고결시키는 단계를 포함하는 지하터널의 압밀굴착공법과; 상하를 관통하는 채움그라우팅홀이 가운데에 뚫리고, 상부면 모서리 중 연접되는 두개의 모서리에 차단판이 돌출되게 설치된 지하터널의 압밀굴착공법에 사용되는 압밀토류판이 제공된다.

Description

지하터널의 압밀굴착공법 및 이에 사용되는 압밀토류판{The method of consolidation for excavating tunnel and the lagging being in used in this method}

본 발명은 지표면으로부터 비교적 얕은 위치에서 지하터널을 구축하는 공법에 관한 것으로, 상세하게는 터널을 굴착하는 메서 플레이트(messer plate)가 이송된 후미의 공간부에 압밀토류판을 삽입하여 유압실린더로써 상부 원지반에 압밀시키고, 압밀토류판과 원지반의 사이에 시멘트 채움 그라우팅을 주입하여, 지표침하의 염려없이 안전하고 확실한 지하터널 구축을 가능하게 하는 지하터널의 압밀굴착공법 및 이에 사용되는 압밀토류판에 관한 것이다.

지하터널을 구축하는 일반적인 공법은 임의의 터널 구조물 단면형을 설정하고 그 상부 및 측면에 터널의 축선방향으로 지하구조물의 필요한 단면을 굴착하는데, 주로 토피가 적은 토사 터널에서는 일정한 수직작업구에서 발진기지대를 구축하고 강관과 강철판을 이용하여 제작된 메서 플레이트를 미리설치한 강지보 위에 터널 단면에 맞도록 병렬로 배치하고 유압잭을 이용하여 메서 플레이트 1매 씩을 지중에 관입시키면서 막장면을 굴착하고, 굴착된 터널의 후방에는 토류판을 설치하므로써 안전하게 터널을 구축한다.

이 때, 상부의 원지반 토사가 비교적 연약지반이면 상부 토사입자 상호간의 연결작용은 기대할 수 없고 상부토사 자중의 전 중량에 따라 전압이 터널형 상부면에 걸리는 것은 물론 상부지표가 철도, 도로, 지하철 등이면 그 차량들에 의해 하중이 누가되고 또한 바로 위에 박스 등의 구조물이 존재하여도 전압이 누가되므로그 부분에서 원지반 토사의 침하 도는 붕괴가 발생하고 상부구조체에 심각한 피해를 주어 공사시공에 지장을 초래하며 주요도시 기능에도 중대한 문제를 발생시키게 되는 것이다.

따라서, 종래 상기의 전압에 의한 지표침하의 염려가 적고 구조체의 안전성을 유지하는 공법으로 쉴드(shield)방식과 메서(messer)방식이 알려져 있는바, 이러한 공법은 일반적 터널 구축방법보다 그 안정성 및 시공성 면에서 개량된 것이기는 하나 토류판과 접하는 주변 원지반의 사이에 보이드(void), 즉 공간부가 발생되어 지반침하 또는 붕괴를 완전히 방지할 수 없고 도로, 철도 또는 직상 구조물의 하중에 의한 전압 때문에 지표침하가 발생하고 불안정한 상태가 된다.

그리고, 지하터널구축공법(N.R.M 공법, 등록번호 제10-0239590)이 개발되어 있으나 이는 지표침하를 방지하는데는 유리하나 후미의 연결굴진판넬을 압입시 강지보와의 마찰력이 매우 크므로 압입전진이 어렵고 압입전진시 상부지반을 계속적으로 자극하여 원지반을 불안정하게 하고 굴착 후 상부에 침하가 발생할 시 보강할 방법이 전혀 없으며 시공 경비가 막대하여 실시공에서 안전하고 확실하며 저렴한 경비로 지하터널을 구축할 수 없는 폐단이 있다.

본 발명의 목적은 지하터널을 구축함에 있어 원지반 상부로부터 큰 하중에 의한 전압이 상부벽과 옆벽에 걸리는 것을 제어하여 상부침하의 염려가 없이 안정을 유지시키고 확실한 지하터널을 구축하는데 있고, 본 발명의 또다른 목적은 터널을 굴삭하는 메서 플레이트와 그것에 접하는 원지반과의 사이에 공간부가 형성되지 않도록 즉시 밀착시킴으로써 도로, 철도 등의 교통하중 또는 구조물 하중의 큰 하중에 의한 전압을 견디고 주변 원지반이 침하하는 일이 없이 확실한 안전을 유지하고 저렴한 경비로 지하터널을 구축할 수 있는 지하터널의 압밀굴착공법 및 이에 사용되는 압밀토류판을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 전체 개략도

도 2는 도 1의 부분 상세도

도 3은 메서 플레이트의 전진 후의 상태도

도 4는 유압실린더로써 압밀토류판을 원지반에 압밀시키는 상태도

도 5는 시멘트 채움 그라우팅 된 상태도

도 6은 라이닝 콘크리트가 타설된 상태도

도 7은 본 발명의 공법에 사용되는 압밀토류판의 사시도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 발진기지대 2 : 메서 플레이트 3 : 강지보

4 : 압밀토류판 5 : 압밀재 6 : 유압실린더

7 : 시멘트 채움 그라우팅 8 : 채움그라우팅홀 9 : 차단판

10 : 거푸집 11 : 라이닝 콘크리트

이하 본 발명을 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

터널을 구축할 막장 전방에 터널 형상으로 만든 발진기지대(1)를 설치하고 그 상부에 선단이 날카로운 메서 플레이트(2)를 병렬로 다수개 설치하여 유압잭으로 상기 메서 플레이트(2)를 압입전진시켜 토사를 굴삭하고, 이에 형성된 공간에 강지보(3)를 일정간격으로 설치하면서 지하터널을 구축하는 공법에 있어서,

막장내로 압입전진시킨 메서 플레이트(2)의 후미에 1회 굴진 길이의 압밀토류판(4)을 전후에 설치된 두개의 강지보(3)의 상단에 걸쳐 설치하는 단계와, 압밀토류판(4)의 양단 하측과 강지보(3)의 사이에 쐐기형상의 압밀재(5)를 끼우는 단계와, 압밀토류판(4)의 일측단의 하부에 위치한 압밀재(5)와 압밀토류판(4)의 타측단의 강지보(3)의 사이에 유압실린더(6)를 설치하여 유압으로 압밀토류판(4)의 일측단을 상승시켜 상부 원지반에 압밀시키는 단계와, 압밀토류판(4)의 타측단의 하부에 위치한 압밀재(5)와 압밀토류판(4)의 일측단의 강지보(3)의 사이에 유압실린더(6)를 설치하여 유압으로 압밀토류판(4)의 타측단을 상승시켜 상부 원지반에 압밀시키는 단계와, 압밀토류판(4)의 상부로 시멘트 채움 그라우팅(7)을 행하여 지반을 고결시키는 단계를 포함함을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에서 사용되는 압밀토류판(4)은 상부면의 가운데에 채움그라우팅홀(8)이 뚫리고, 상부면 모서리 중 연접되는 두개의 모서리 즉 대향하는 한쌍의 모서리 중 어느 하나씩에 차단판(9)이 돌출되게 설치됨을 특징으로 한다.

일반적으로 터널을 굴착하는 공법은, 갱입구에서 굴착하고자 하는 터널 형성에 따라 강지보(3)를 조립한 후 강지보(3) 외부쪽으로 메서 플레이트(2)라는 강널판을 병렬배열시켜 튼튼한 발진기지대(1)를 구축하고, 터널의 굴진 작업을 할 때에는 메서 플레이트(2)를 한매씩 유압잭을 사용하여 막장속으로 관입시키면서 막장굴착을 시행하며, 한 강지보(3) 간격만 굴착하고 굴착한 즉시 새로이 형성된 막장면은 버팀목을 이용하여 막장막이를 안정시킨 다음, 이곳에 새로운 강지보(3)를 설치하면 굴착의 1공정이 완료되는데, 상기 공정을 반복 시행하여 터널 굴착을 하게 된다.

상기에서 메서 플레이트(2)를 추진할 때에 그 후방에서는 메서 플레이트(2)의 전진 이동에 따라서 강지보(3) 사이의 굴착면이 노출되는데, 본 발명에서는 이 부분을 압밀토류판(4)으로 받쳐 나가고, 특별히 압밀토류판(4) 밑부분에 쐐기목인 압밀재(5)를 삽입시켜 굴착면 지반에 압밀토류판(4)을 최대한 밀착시키게 된다.

즉, 본 발명에서는 압입 전진된 메서 플레이트(2)의 후미부의 메서 플레이트(2)와 압밀토류판(4)과의 두께 차이에 의해 형성된 공간부에 지반을 최대한 견고히 하기 위하여 고강도의 압밀재(5)를 강지보(3)의 반력을 이용하여 유압실린더(6)로써 압밀토류판(4)을 상부로 들어 올려 공간부를 없애주어 침하를 방지하게 된다. 상기의 과정이 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다.

압밀토류판(4)을 압밀재(5)를 이용하여 상부로 들어 올리는 종래의 방법은 망치로써 쐐기를 박듯이 압밀재(5)를 두드려 압밀토류판(4)을 들어 올렸다. 그러나 상기의 방법은 지반에 충격을 주어 붕괴를 조장하거나 지반에 균열을 생성시켜 빗물 등에 의한 지반 붕괴의 가능성을 증대시키는 결과가 초래되게 된다. 따라서, 본 발명에서는 이의 문제점을 유압실린더(6)로써 해소하게 되는데, 유압의 작용은 점진적이면서도 큰 힘을 작용시킬 수 있어 충격없이 압밀토류판(4)을 상부 원지반에 압밀시킬 수 있게 된다.

이와같이 순차적으로 압입전진 시키면서 굴착하고 그 하부에 형성된 터널공간에 강지보(3)를 일정간격으로 설치하여 원하는 길이의 터널을 굴착하며, 압밀토류판(4)과 강지보(3)의 사이에 형성된 공간이 매설되도록 굴착 후 즉시 시멘트 채움 그라우팅을 실시해야 한다. 발명에서는 압밀토류판(4)에 뚫린 채움그라우팅홀(8)을 통하여 원지반과 압밀토류판(4) 사이의 공간을 메우게 된다.

상기에서와 같은 시멘트 채움 그라우팅을 위하여 본 발명에서는 특유한 압밀토류판(4)이 사용되는데 그 구조는 도 7에 도시된 바와 같다.

도 7의 (b)에서와 같이, 압밀토류판(4)에는 상하부로 관통된 채움그라우팅홀(8)이 형성되어 있고, 연접된 두개의 상부 모서리부에 차단판이 돌출되게 부착되어 있다. 상기와 같은 구조를 가지는 압밀토류판(4)의 터널굴착시에 다수개가 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 서로 연접하여 설치되는데, 이 때차단판(9)은 인접하는 압밀토류판(4)의 차단판(9)이 부착되지 않은 부분에 얹혀 설치됨으로써 압밀토류판(4) 사이 공간부를 차단하게 된다.

따라서, 압밀토류판(4) 사이로 토사 및 물이 흘러내리는 것을 방지하고, 특히 시멘트 채움 그라우팅 시공시에 시멘트 그라우팅이 물 등과 함께 압밀토류판(4) 사이의 공간으로 흘러내려 채움 그라우팅의 효과를 반감시키거나 향후 지반 침하의 원인이 되는 것을 방지하게 된다.

상기의 시멘트 채움 그라우팅이 시공된 후에는 압밀토류판(4)의 하부에 일정공간을 두고 거푸집(10)을 설치한 후 그 사이 공간에 라이닝 콘크리트를 타설하여 터널 시공이 종료된다.

이와같이 본 발명은 메서 플레이트(2)의 후단부에 압밀토류판(4)을 설치하고 즉시 유압실린더(6)로 고강도의 압밀재(5)를 압밀시켜 원지반의 초기 변위가 발생하기 전에 즉시 상부로 압밀토류판(4)을 들어올려주기 때문에, 상부 원지반 지층면과 압밀토류판(4)이 말착상태이므로 종래의 공법과는 달리 공간부가 전혀 발생하지 않아 지반침하가 발생되지 않고, 압밀토류판(4)을 압입한 후 바로 압밀토류판(4)의 채움그라우팅홀(8)을 통하여 그라우팅을 주입하여 원지반을 고결시키고, 굴착 작업과 동시에 라이닝 콘크리트(11)를 타설함으로써 안정성 있게 터널구축 작업을 행할 수 있게 된다.

이와같이 본 발명은 메서 플레이트(2) 후미에 공간부가 형성되지 않도록 유압실린더(6)로써 압밀토류판(4)을 상부로 들어 올려 원지반층과 완전히 밀착된 상태에서 굴착하므로 원지반 침하와 붕괴 사고가 발생하지 않아 안정성 있는 지하터널을 구축할 수 있고, 특히 이로인해 상부로 부터 큰 하중에 의한 전압을 제어하여 지하터널을 안정성이 있고 튼튼하게 구축할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 터널을 구축할 막장 전방에 터널 형상으로 만든 발진기지대(1)를 설치하고 그 상부에 선단이 날카로운 메서 플레이트(2)를 병렬로 다수개 설치하여 유압잭으로 상기 메서 플레이트(2)를 압입전진시켜 토사를 굴삭하고, 이에 형성된 공간에 강지보(3)를 일정간격으로 설치하면서 지하터널을 구축하는 공법에 있어서,

   막장내로 압입전진시킨 메서 플레이트(2)의 후미에 압밀토류판(4)을 전후에 설치된 두개의 강지보(3)의 상단에 걸쳐 설치하는 단계와, 압밀토류판(4)의 양단 하측과 강지보(3)의 사이에 쐐기형상의 압밀재(5)를 끼우는 단계와, 상기 압밀재(5)를 유압실린더(6)로 밀어서 압밀토류판(4)을 상승시켜 상부 원지반에 압밀시키는 단계와, 압밀토류판(4)의 상부로 시멘트 채움 그라우팅(7)을 행하여 지반을 고결시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는, 지하터널의 압밀굴착공법.
2. 상하를 관통하는 채움그라우팅홀(8)이 가운데에 뚫리고, 상부면 모서리 중 연접되는 두개의 모서리에 차단판(9)이 돌출되게 설치됨을 특징으로 하는, 지하터널의 압밀굴착공법에 사용되는 압밀토류판.