KR20030065963A - 관 구조 터널 건조공법 - Google Patents

관 구조 터널 건조공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가설구조물을 본 구조물로 대체 가능하여 공사비의 절감이 이루어지고, 가설구조물의 설치만으로도 수직갱으로부터 일률적인 터널의 하부굴착이 가능하여 공사기간의 단축 및 공사의 편리성이 제공되는 것을 목적으로한 관 구조 터널 건조공법에 관한 것으로서, 상기 목적을 실현하기 위한 본 발명은 수직갱에서 연접되게 터널의 루프에 길이방향으로 연이어 체결하면서 압입하는 강관들 중 양측의 강관들 내부에서 압입수단을 이용하여 수직하방으로 분할 단위로 압입되면서 연이어 체결되어 이루어지는 외측파일을 양측의 강관에 길이 방향에 대해 등간격으로 압입하는 단계, 양측의 강관들과 인접한 강관들 내부에서 압입수단을 이용하여 수직하방으로 분할 단위로 압입되면서 연이어 체결되어 이루어지는 내측파일을 인접한 강관들의 길이 방향에 대해 등간격으로 압입하는 단계, 중앙측의 강관 내부에서 압입수단을 이용하여 수직하방으로 분할 단위로 압입되면서 연이어 체결되어 이루어지는 지보파일을 중앙측 강관의 길이 방향에 대해 등간격으로 압입하는 단계를 포함한 것을 특징적 구성으로 하여 상기 파일들의 지지에 의해 측벽구축을 포함한 터널하부 굴착이 일률적으로 이루어지는 것을 요지로 한다.

Description

관 구조 터널 건조공법 {A method of constrution method for tunnel of structure pipe}
본 발명은 공사중 시민의 보행이나 교통의 지장을 주지않고 시공할 수 있도록 하는 관 구조 터널 건조공법에 관한 것으로서, 특히 지중으로부터 터널의 가설구조물을 설치하여 노면의 교란이 방지됨은 물론 가설구조물을 본 구조물로 대체 가능하여 공사비의 절감이 이루어지고, 가설구조물이 지반의 측압 및 노면으로부터의 상압력에 유지되어 가설구조물의 설치만으로도 일률적인 터널 굴착이 가능하여 공사기간의 단축 및 공사의 편리성이 제공되는 관 구조 터널 건조공법에 관한 것이다.
일반적으로 터널은 교통용 터널, 수로 터널, 관로 터널, 지하공동 등과 같은 땅속을 파서 안정된 공간을 갖는 것을 포함한 구조물을 의미하는 것으로서, 굴착의 대상이 되는 지질과 시공 장소에 따라 여러 유형의 시공방법이 제시된다.
이러한 유형 중 개착식공법은 지표에서부터 홈모양으로 파고 들어가 그 속에터널구조물을 만든 다음 다시 묻는 방식이 있으나, 이러한 공법은 시민의 보행이나 교통의 지장을 줄뿐만 아니라 토압의 변화 및 지반의 거동이 심하게 발생되어 인근 구조물에 악영향을 미치게 되는 문제점이 있었다. 이에 개착식공법은 비교적 얕은 지하터널을 만들 때 이용된다.
이러한 문제점을 해소하고자 위쪽의 재래지반을 남기고 일정 위치로부터 땅속을 파 들어가 만들어지는 지중 굴착공법들 중 일 유형이 대한민국 공개특허공보 공개번호 2000-0065282호에 제시되고 있다.
그러나 상기 0065282호는 수직갱에서 메인강관을 터널의 루프 좌우단에 터널의 길이 방향으로 압입한 후 서브강관들 양단을 메인강관들에 순차적으로 연결하여 루프를 구축함으로서, 터널의 선회 지점에서의 서브강관들의 연결작업이 어려운 문제점이 있었다.
그리고 메인강관에서 수직으로 굴착하여 콘크리트 구조물로 측벽을 구축하는 과정에서 수직굴착에 따른 어려움과 굴착의 범위가 메인강관의 직경 폭에 해당하여 협소한 공간으로 굴착 작업이 더욱 어려운 문제점이 있었다.
아울러 측벽을 타설하여 구축한 후 터널의 흙파기 단계를 수행함으로서, 루프가 측벽에만 의존하여 지탱하므로써, 지반의 상황에 따라 전체적으로 터널 구축물이 침하되는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 지중으로부터 터널의 가설구조물을 설치하여 노면의 교란이 방지됨은 물론 가설구조물을 본 구조물로 대체 가능하여 공사비의 절감이 이루어지고, 가설구조물이 지반의 측압 및 노면으로부터의 상압력에 유지되어 가설구조물의 설치만으로도 수직갱으로부터 일률적인 터널의 하부굴착이 가능하여 공사기간의 단축 및 공사의 편리성이 제공되는 관 구조 터널 건조공법을 제공하는데 있다.
도1은 본 발명의 강관들을 압입하는 과정을 나타낸 측면도,
도2는 도1의 간관들이 압입된 상태의 정면도,
도3은 본 발명의 강관과 선두관의 압입과정에서 연결된 상태의 도면,
도4는 본 발명의 상부거더를 구축한 상태의 요부 사시도,
도5 내지 도7은 본 발명의 강관들을 지지하기 위한 파일들의 압입 상태의 도면으로서,
도5는 정면도,
도6은 도5의 가부 상세 단면도,
도7은 도6의 나부 상세 도면,
도8 내지 도10은 본 발명의 슬래브 구축단계를 나타낸 도면으로서,
도8은 1차 타설단계의 측단면도,
도9는 2차 타설단계의 측단면도,
도10은 도9의 정면도,
도11 내지 도13은 본 발명의 측벽구축단계를 나타낸 도면으로서,
도11은 측벽의 작업공간을 확보하기 위한 굴착 상태를 나타낸 정면도,
도12는 도11의 정면도,
도13은 콘크리트 타설에 의한 측벽 완료 상태의 도면,
도14와 도15는 본 발명에 의한 터널 하부굴착 단계를 나타낸 도면으로서,
도14는 정면도, 도15는 측면도,
16은 본 발명의 기둥을 구축한 상태의 정단면도,
도17은 본 발명의 천장방수를 위한 요부 단면도,
도18은 본 발명의 시공 마무리 후의 터널 구축 상태의 정단면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2 : 수직갱 10 : 강관
20 : 상부거더 30 : 슬래브
31 : 외측파일 32 : 내측파일
34 : 지보파일 40 : 측벽
50 : 하부거더 55 : 기둥
100 : 터널
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명은 (a) 지표에서 터널(100)의 시공위치까지 형성된 수직갱(2)에서 압입수단을 이용하여 강관(10)들을 연접되게 터널(100)의루프에 길이방향으로 연이어 체결하면서 압입하는 단계, (b) 압입된 강관(10)들의 하부를 절개하되 터널(100)의 횡방향으로 양측벽(40)까지 절개하여 절개부분에 철근 콘크리트로 충진하여 이루어지는 상부거더(20)를 강관(10)들에 길이 방향으로 등간격으로 구축하는 단계, (c) 양측의 강관(10)들 내부에서 압입수단을 이용하여 수직하방으로 분할 단위로 압입되면서 연이어 체결되어 이루어지는 외측파일(31)을 양측의 강관(10)에 길이 방향에 대해 등간격으로 압입하는 단계, (d) 양측의 강관(10)들과 인접한 강관(10)들 내부에서 압입수단을 이용하여 수직하방으로 분할 단위로 압입되면서 연이어 체결되어 이루어지는 내측파일(32)을 인접한 강관(10)들의 길이 방향에 대해 등간격으로 압입하는 단계, (e) 중앙측의 강관(10) 내부에서 압입수단을 이용하여 수직하방으로 분할 단위로 압입되면서 연이어 체결되어 이루어지는 지보파일(34)을 중앙측 강관(10)의 길이 방향에 대해 등간격으로 압입하는 단계, (g) 강관(10)들 내부에 콘크리트를 충진 경화하여 슬래브(30)를 구축하는 단계, (h) 터널(100)하부의 외측파일(31)들과 내측파일(32)들 사이를 굴착하여 외측파일(31)을 잇는 토류판(36)들을 일측 거푸집으로 하여 철근 콘크리트 타설로 측벽(40)을 구축하는 단계, (i) 측벽(40)의 완성 후 터널(100) 내부를 굴착하여 터널(100)의 바닥에 철근 콘크리트 타설로 하부거더(50)를 형성하는 단계, (j) 지보파일(34)이 매입되도록 철근 콘크리트로 타설하여 기둥(55)을 형성하는 단계를 특징적 구성으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면 도1 내지 도18을 참조하여상세히 설명한다.
본 발명의 터널 건조공법은 도1과 도2에 나타낸 바와 같이, 터널(100)의 위치까지 수직갱(2)을 구축하고, 수직갱(2)에서 유압잭(4) 등의 압입수단을 이용하여 터널(100)의 루프에 해당하는 범위에 강관(10)들을 연접되게 연이어 체결하면서 압입한다.
이때 수직갱(2)의 벽체에는 유압잭(4)의 반력에 지지되어 견디기 위한 반력벽을 설치한다.
상기 강관(10)들은 압입중 호박돌을 포함한 암석과 조우되더라도 강관(10) 내부로 작업자를 포함한 기계적인 굴착을 위한 기기 및 강관(10) 내부로 유입되는 토사반출이 용이하도록 1300mm ~ 1500mm 직경의 것을 사용함이 바람직하다.
아울러 압입되는 강관(10)들은 완충수단인 유압실린더(12)로 연결되고 도3에서와 같이 유압실린더(12)로 장착한 선두관(14)은 외주연에 커팅 슈(16)(cutting shoe)를 장착하여 강관(10)들의 압입과정에서 토사를 교란하여 마찰력을 최소화함으로서 선단을 보호한 상태로 용이한 압입이 이루어진다.
압입이 완료되면 압입된 강관(10)들은 그 내부에 유입된 흙을 제거한 후 강관(10)들의 내부에 설치한 주입구를 통해 그라우팅작업을 수행하여 강관(10)들 주변의 토사를 안정시킨다.
도4에서와 같이 압입된 강관(10)들의 하부를 절개하되 터널(100)의 횡방향으로 양측벽(40)까지 절개하여 절개부분에 철근 콘크리트로 충진하여 이루어지는 상부거더(20)를 강관(10)들에 길이 방향으로 등간격으로 구축하여 상하압력에강관(10)들 전체의 수평이 유지되도록 한다.
이후 도5와 도7에서와 같이 강관(10)들 내부로부터 터널(100) 기반암까지 강관(10)들 전체를 지지하기 위한 지지수단을 압입한다.
도5와 같이 지지수단의 압입은 양측의 강관(10)들 내부에서 압입수단을 이용하여 수직하방으로 분할 단위로 압입되면서 연이어 체결되어 이루어지는 외측파일(31)을 양측 강관(10)의 길이 방향에 대해 등간격으로 압입하는 단계와, 양측의 강관(10)들과 인접한 강관(10)들 내부에서 압입수단을 이용하여 수직하방으로 분할 단위로 압입되면서 연이어 체결되어 이루어지는 내측파일(32)을 인접한 강관(10)들의 길이 방향에 대해 등간격으로 압입하는 단계, 중앙측 강관(10) 내부에서 압입수단을 이용하여 수직하방으로 분할 단위로 압입되면서 연이어 체결되어 이루어지는 지보파일(34)을 중앙측 강관(10)의 길이 방향에 대해 등간격으로 압입하는 단계로 이루어진다.
이때 압입수단은 도6과 같이 강관(10)의 하부를 1m 정도 절단한 상태로 절단 부위의 토사를 0.5m 정도 굴착하여, 강관(10) 내부에 유압잭(4)을 설치 한 후 파일들을 1m 단위로 절단하여 도7과 같이 볼트(60)로 보울팅 연결되면서 압입된다.
아울러 상기 파일(31)(32)(34)들은 교번적으로 상부거더(20)를 관통한 상태를 이루나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기와 같이 강관(10)들 내부로부터 파일(31)(32)(34)들의 압입이 완료되면 도8과 도9와 같이 강관(10)들 내부에 콘크리트를 채워 경화시킴으로서 슬래브(30)를 구축하게 된다.
이러한 슬래브(30) 구축단계는 도8과 같이 강관(10) 내부에 철근을 조립하고 강관(10)들 전면에 관마개판을 부착한 후 콘크리트를 상부거더(20)의 상측을 덮도록 주입하여 상면이 평면한 상태를 이루도록 1차 타설단계를 갖는다. 1차 타설단계에서 콘크리트가 경화되기 전에 도9와 같이 콘크리트를 강관(10) 내부에 충진하여 경화함으로서, 도10과 같은 슬래브(30)를 구축하게 된다.
슬래브(30)가 구축되면, 도11 내지 도 15에서와 같이 측벽(40)과 터널(100) 하부굴착이 수직갱(2)으로부터 수행된다.
도11과 도12에서와 같이 측벽(40)을 구축하기 위한 하부굴착은 외측파일(31)과 내측파일(32) 사이를 굴착하면서 외측파일(31)과 내측파일(32)을 버팀보(38)를 연결 설치하여 지지되도록 하고 외측파일(31)들은 토류판(36)을 연결하여 측압에 견디도록하면서 이루어진다.
굴착 후 도13과 같이 토류판(36)들을 측벽(40)의 외측거푸집으로 하고 그 내측으로 내측거푸집을 설치하여 철근 콘크리트 타설로 측벽(40)을 구축 한다.
이러한 수직갱(2)으로부터 외측파일(31)과 내측파일(32) 사이의 굴착과 측벽(40)의 구축은 상기한 파일(31)(32)(34)들이 슬래브(30)를 지지하고, 강관(10)의 직경이 대직경으로 외측파일(31)과 내측파일(32) 사이에 작업공간이 확보됨으로서 가능한 것이다.
측벽(40)의 구축 후 도14와 도15와 같이 터널(100)의 하부를 굴착하여 터널의 바닥에 철근 콘크리트 타설로 하부거더(50)를 형성한다. 이때 터널(100) 하부의 굴착은 상기한 파일(31)(32)(34)들이 슬래브(30)를 지지함으로서 일률적으로, 즉슬래브(30)의 지지를 위한 별도의 구조물을 설치하는 단계없이 이루어진다.
이때 도16과 같이 지보파일(34)이 매입되도록 철근 콘크리트로 타설하여 기둥(55)을 형성하게 된다.
이후 정리단계로 도17과 같이 강관(10)들 사이를 철판(70)으로 연결 한 후 강관(10) 내부로부터 벤토나이트 용액을 강관(10) 외부로 투입하여 공극을 충진함으로서 방수효과를 포함한 상부토사의 붕괴를 방지하기 위한 단계와, 도18과 같이 내측파일(32)을 절단 함과, 강관(10)의 부식 방지를 위한 강관(10) 외부의 페인트 도장을 처리하는 등의 단계를 포함한 시공마무리 단계를 갖게된다.
따라서 본 발명은 지중에서의 작업과 소음 및 진동을 최소화하여 터널 건조로 인한 주변생활의 불편함을 최소화함과 터널 시공지역의 주변 구조물에 미치는 악영향이 제거되는 관 구조의 루프를 사용하는 공법에서 루프를 지지하는 파일들에 의해 터널하부의 일률적인 굴착이 이루어짐과 길이방향의 측벽구축을 위한 굴착이 이루어져 작업의 편리성과 시공기간이 단축되는 효과가 있다.
아울러 루프를 이루는 강관을 포함한 강관들을 지지하는 파일들과 같은 가설구조물을 본 구조물로 사용함으로서, 공사비 절감 및 견고한 터널의 구축이 이루어지는 잇점도 있는 유용한 발명이다.

Claims (4)

  1. (a) 지표에서 터널(100)의 시공위치까지 형성된 수직갱(2)에서 압입수단을 이용하여 강관(10)들을 연접되게 터널(100)의 루프에 길이방향으로 연이어 체결하면서 압입하는 단계, (b) 압입된 강관(10)들의 하부를 절개하되 터널(100)의 횡방향으로 양측벽(40)까지 절개하여 절개부분에 철근 콘크리트로 충진하여 이루어지는 상부거더(20)를 강관(10)들에 길이 방향으로 등간격으로 구축하는 단계, (c) 양측 의 강관(10)들 내부에서 압입수단을 이용하여 수직하방으로 분할 단위로 압입되면서 연이어 체결되어 이루어지는 외측파일(31)을 양측의 강관(10)에 길이 방향에 대해 등간격으로 압입하는 단계와, (d) 양측의 강관(10)들과 인접한 강관(10)들 내부에서 압입수단을 이용하여 수직하방으로 분할 단위로 압입되면서 연이어 체결되어 이루어지는 내측파일(32)을 인접한 강관(10)들의 길이 방향에 대해 등간격으로 압입하는 단계, (e) 중앙측의 강관(10) 내부에서 압입수단을 이용하여 수직하방으로 분할 단위로 압입되면서 연이어 체결되어 이루어지는 지보파일(34)을 중앙측 강관(10)의 길이 방향에 대해 등간격으로 압입하는 단계, (g) 강관(10)들 내부에 콘크리트를 충진 경화하여 슬래브(30)를 구축하는 단계, (h) 터널(100) 하부의 외측파일(31)들과 내측파일(32)들 사이를 굴착하여 외측파일(31)을 잇는 토류판(36)들을 일측 거푸집으로 하여 철근 콘크리트 타설로 측벽(40)을 구축하는 단계, (i) 측벽(40)의 완성 후 터널(100) 내부를 굴착하여 터널(100)의 바닥에 철근 콘크리트 타설로 하부거더(50)를 형성하는 단계, (j) 지보파일(34)이 매입되도록 철근 콘크리트로 타설하여 기둥(55)을 형성하는 단계로 구성한 것을 특징으로 하는 관 구조 터널 건조공법.
  2. 제1항에 있어서,
    (b)단계에서 상부거더(20)는 (C)단계의 외측파일(31)과, (d)단계의 내측파일(32)과,(e) 단계의 지보파일(34)이 관통되는 단계를 포함한 진행단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 관 구조 터널 건조공법.
  3. 제1항에 있어서,
    (e) 단계는 배근 작업 후 상부거더(20)의 상측이 매입되는 높이로 콘크리트 타설하는 1차 타설단계와, 1차 타설단계에 의한 콘크리트가 경화되기 전에 강관(10)들 내부를 콘크리트로 충진하여 타설하는 2차 타설단계를 포함한 진행단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 관 구조 터널 건조공법.
  4. 제1항에 있어서,
    강관(10)들의 외주면을 철판(70)으로 용접한 후 벤토나이트 용액의 주입에 의해 강관(10)들 외주면에 인접한 토사의 공극을 충진하여 터널 천장의 방수처리를하는 단계를 포함하는 구성을 특징으로 하는 관 구조 터널 건조공법.
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