KR20050093749A - The method of dual excavating for a tunnel and its apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지반을 굴착하여 도시기반시설인 상하수도, 전기, 통신 선로, 지하철도 등을 위한 지하공간을 확보하기 위하여 원통형의 굴착기로 지반을 굴착하는 공법과 이에 사용되는 굴착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 굴착 초기단계에서는 세미실드공법을 적용하고, 곡선구간이나 굴진 거리가 긴 장거리 구간의 후반부에서는 실드공법을 적용함으로써, 실드공법과 세미실드공법의 장점만을 사용하여 다양한 형상의 지하공간을 형성시킬 수 있는 이중 터널굴착공법과, 커터헤드가 장착된 굴착기와 실드잭의 사이에 다수개의 추진관이 설치된 굴착장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for excavating the ground with a cylindrical excavator in order to secure underground space for water and sewage, electricity, communication lines, subway lines, etc., which are urban infrastructure, and an excavation device used therein. In the early stages of excavation, semi-shield method is applied, and the shield method is applied in the latter part of long distance section with long curves and long excavation distances. Thus, it is possible to create various underground spaces using only the advantages of shield method and semi-shield method. The present invention relates to a double tunnel excavation method, and an excavation device provided with a plurality of propulsion pipes between an excavator equipped with a cutter head and a shield jack.
본 발명에 따르면, 초기 직선구간은 세미실드공법으로 굴착하고, 긴 구간의 후반부, 곡선구간, 곡선구간 후의 직선구간은 실드공법으로 굴착하는 이중 터널굴착공법이 제공된다.According to the present invention, a double tunnel excavation method is provided in which an initial straight section is excavated by a semi-shield method, and a straight section after a long section, a curved section, and a curved section is excavated by a shield method.
Description
본 발명은 지반을 굴착하여 도시기반시설인 상하수도, 전기, 통신 선로, 지하철도 등을 위한 지하공간을 확보하기 위하여 원통형의 굴착기로 지반을 굴착하는 공법과 이에 사용되는 굴착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 굴착 초기단계에서는 세미실드공법을 적용하고, 곡선구간이나 굴진 거리가 긴 장거리 구간의 후반부에서는 실드공법을 적용함으로써, 실드공법과 세미실드공법의 장점만을 사용하여 다양한 형상의 지하공간을 형성시킬 수 있는 이중 터널굴착공법과, 커터헤드가 장착된 굴착기와 실드잭의 사이에 다수개의 추진관이 설치된 굴착장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for excavating the ground with a cylindrical excavator in order to secure underground space for water and sewage, electricity, communication lines, subway lines, etc., which are urban infrastructure, and an excavation device used therein. In the early stages of excavation, semi-shield method is applied, and the shield method is applied in the latter part of long distance section with long curves and long excavation distances. The present invention relates to a double tunnel excavation method, and an excavation device provided with a plurality of propulsion pipes between an excavator equipped with a cutter head and a shield jack.
실드공법과 세미실드공법은 지하철이나 도시기반시설인 상하수도나 전기통신선로의 공동구 등을 형성시키기 위한 공법으로, 강재의 원통형의 굴착기를 수직구 안에 투입시켜 굴착기의 선두에 장착된 커터헤드(cutter head)를 회전시키면서 지중으로 진행하여 터널을 굴착하는 공법이다.Shield and semi-shield methods are used to form joint holes for water and sewage and telecommunication lines, such as subways and urban infrastructures. Cutter heads are installed at the top of excavators by inserting steel cylindrical excavators into vertical spheres. It is a method of digging a tunnel by going underground while rotating).
실드공법은 실드 뒤쪽에 설치된 실린더의 신장으로 전진하고, 후부에 형성된 공간부에는 에렉터(erector)로 세그먼트(segment)를 반복해 설치하여 터널을 만들어 가는 방식이고, 세그먼트는 강재 또는 철근콘크리트를 소재로 하여 사용할 수 있다.The shielding technique is a method of advancing to the extension of the cylinder installed behind the shield, and creating a tunnel by repeatedly installing segments with an erector in the space formed at the rear, and the segment is made of steel or reinforced concrete. It can be used as.
이와 같은 실드공법은 굴착기를 전진시키는 실린더가 굴착기의 후부에서 함께 전진하기 때문에 지중에서 방향 수정이 용이하여 곡률반경이 작은 급곡선 구간도 굴착이 가능한 장점을 가진다. 그러나 실드는 굴착기 내부에서 에렉터(erector)로 세그먼트를 조립하고, 그 세그먼트를 반력대로 하여 전진하기 때문에 세그먼트를 운반하기 위한 밧데리카(battery car)나 세그먼트 운반대차등의 후방설비를 필요로 한다. 따라서 초기 굴진 시에는 이와 같은 후방설비가 설치 가능할 때까지는 후속공정 때문에 굴착 속도가 떨어지는 문제점이 있다.Such a shielding method has the advantage that the cylinders for advancing the excavator are advanced together at the rear of the excavator, so that the direction can be easily modified in the ground, so that even a curved curve section having a small radius of curvature can be excavated. However, since the shield assembles the segment inside the excavator with an emitter and moves the segment forward as a reaction force, the shield requires rear equipment such as a battery car or a segment carriage for carrying the segment. Therefore, when the initial drilling, there is a problem that the excavation speed is lowered due to the subsequent process until such a rear equipment can be installed.
세미실드공법은 굴착기를 수직구에 고정되어 있는 후단의 유압 실린더로 밀어서 추진시키고, 다시 후진된 실리더와의 사이에 추진관을 설치하여 다시 실린더로 밀어서 굴착기와 추진관이 함께 전진하도록 하는 굴착공법으로 실드공법에 비해 굴진속도가 빠르고 초기 굴진 공정이 단순하여 단거리인 경우에는 공기를 단축할 수 있다.Semi-shielding method is the excavation method that pushes the excavator to the rear hydraulic cylinder fixed to the vertical sphere and installs the propulsion pipe between the retracted cylinder and pushes the cylinder back to the cylinder so that the excavator and the propulsion pipe move forward together. Compared with the shield method, the excavation speed is fast and the initial excavation process is simple, so that the air can be shortened in a short distance.
이와 같이 세미실드공법은 소구경 및 대구경의 모든 터널의 굴착이 가능하나, 수직구에 고정되어 있는 실린더를 이용하여 다수개의 추진관과 굴착기를 밀어서 굴착하는 공법이기 때문에 굴진 거리가 긴 경우에는 누적되는 추진관의 수량에 의해 주변마찰력과 전체 하중이 증가되어 굴진 속도가 크게 저하되고, 또한 원만한 곡선형의 터널은 형성이 가능하나, 곡률반경이 작은 급곡선 구간의 굴착은 사실상 불가능한 단점이 있다.As such, the semi-shielding method is capable of excavating all tunnels of small and large diameters, but it is a method of digging by pushing a plurality of propulsion pipes and excavators using a cylinder fixed to a vertical sphere. Due to the number of propulsion tubes, the peripheral frictional force and the total load are increased, and the excavation speed is greatly reduced, and the smooth curved tunnel can be formed, but excavation of the sharp curve section having a small radius of curvature is practically impossible.
본 발명의 목적은 실드공법과 세미실드공법의 단점을 극복하여, 장거리 구간이나 급곡선 구간의 터널을 굴착할 수 있도록, 굴착 초기 및 직선구간에서는 세미실드공법으로 굴착을 행하고, 급곡선 구간 또는 장거리 구간 후반부에서는 실드공법을 행하여, 종래의 실드공법 적용 시 초기단계에서 수반되는 공정을 제거하고 장거리 구간 및 급곡선 구간등의 다양한 조건에서도 굴착 가능하도록 하여 종래의 터널굴착공법으로 굴착하지 못한 문제점을 극복하도록 한 이중 터널굴착공법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to overcome the shortcomings of the shield method and the semi-shield method, to excavate the tunnel of the long-distance section or the sharp curve section, the excavation is performed by the semi-shield method in the initial and straight section, the sharp curve section or long distance In the latter part of the section, the shielding method is carried out to eliminate the process involved in the initial stage when applying the conventional shielding method, and to excavate under various conditions such as a long distance section and a sharp curve section. It is to provide a double tunnel drilling method.
그리고 상기와 같은 공법에 효율적으로 적용될 수 있는 굴착장치로서 굴착기의 후미에 다수개의 추진관을 설치하고 상기 추진관에 제반 부수장치들을 설치하며, 최후단의 추진관에 실드잭을 장착시킨 이중 터널굴착공법에 사용되는 굴착장치를 제공함에도 목적이 있다.And as a drilling device that can be efficiently applied to the above method, a plurality of propulsion pipes are installed at the rear of the excavator, the subsidiary devices are installed on the propulsion pipe, and the double tunnel drilling method is equipped with a shield jack at the last propulsion pipe. It is also an object to provide an excavation device used in.
본 발명은 직선구간과 곡선구간이 혼재된 터널을 굴착하는 방법을 제공하는 것으로, 초기 직선구간은 세미실드공법으로 굴착하고, 긴 직선구간의 후반부, 곡선구간, 곡선구간 후의 직선구간은 실드공법으로 굴착하는 이중 터널굴착공법이다.The present invention provides a method for excavating a tunnel in which a straight section and a curved section are mixed. The initial straight section is excavated by a semi-shielding method, and the latter part of a long straight section, a curved section, and a straight section after the curved section is a shielding method. It is a double tunnel excavation method to excavate.
그리고, 종래 실드공법으로 굴착하기 어려웠던 소구경의 터널도 보다 용이하게 굴착할 수 있는 방법을 제공함으로써, 소구경의 곡선구간의 굴착이 용이하게 된다.Further, by providing a method that can easily excavate a small-diameter tunnel, which has been difficult to excavate by the conventional shielding method, the excavation of the curved section of the small-diameter becomes easy.
도 1에는 이중 터널굴착공법으로 터널을 굴착하는 방법이 도시되어 있다. 즉, 선단에 커터헤드(2)가 부착되고 후단에 실드잭(3)이 장착된 굴착기(1)를 추진잭(4)으로 밀어 추진 및 굴착하는 세미실드공법의 제1단계; 추진된 굴착기(1)의 후단에 추진관(5)을 삽입하여 추진잭(4)으로 밀어서 굴착하고, 다시 추진관(5)의 후단에 다른 추진관(5)을 삽입하여 추진잭(4)으로 밀어서 굴착하는 과정을 반복하는 세미실드공법의 제2단계; 실드잭(3)을 신장시켜 굴착기(1)를 추진시키고, 굴착기(1)의 후단과 추진관(5)의 사이 공간에 에렉터로 세그멘트(6)를 설치하는 단계를 반복하여 곡선 또는 직선구간의 터널을 형성시키는 실드공법의 제3단계;를 포함하여 구성된다.1 illustrates a method of excavating a tunnel by a double tunnel excavation method. That is, the first step of the semi-shield method of pushing the excavator (1), the cutter head (2) is attached to the front end and the shield jack (3) is mounted to the propulsion jack (4); Insert the propulsion pipe (5) to the rear end of the propulsion excavator (1) and push the excavation by pushing the propulsion jack (4), and then insert another propulsion pipe (5) to the rear end of the propulsion pipe (5) propulsion jack (4) A second step of the semi-shielding method of repeating the excavation process by pushing in; Elongate the shield jack 3 to propel the excavator 1 and repeat the step of installing the segment 6 as an collector in the space between the rear end of the excavator 1 and the propulsion pipe 5 and repeating the curve or straight section. The third step of the shield method for forming a tunnel of; is configured to include.
물론 이 경우의 굴착기(1)에는 실드공법에 사용되는 각종 장비인 배토펌퍼(7), 고압트랜스(8), 케이블링크(9), 실드잭(3) 및 에렉터 등이 설치되어 있다. 따라서 실드공법의 굴착기(1)는 부피가 크고, 내부에서 세그먼트를 조립함에 있어 인력이 필요하기 때문에 대부분 대구경의 터널에 많이 적용이 되고 있고, 소구경 터널의 굴착에는 상당한 어려움이 있다. 그러나 본 발명은 소구경 터널 형성에 있어서 일정 부분만 실드공법으로 굴착하므로 인력이 투입되는 부분을 최소화 할 수 있다.Of course, the excavator 1 in this case is provided with a top pump 7, a high-voltage transformer 8, a cable link 9, a shield jack 3, an collector, and the like, which are various equipments used in the shielding method. Thus, the excavator 1 of the shielding method is bulky and is applied to most large-diameter tunnels because manpower is required in assembling segments therein, and there is considerable difficulty in digging small-diameter tunnels. However, in the present invention, since only a portion of the small-diameter tunnel is excavated by the shielding method, it is possible to minimize the input of manpower.
상기에서와 같이 터널을 굴착하는 본 발명의 제1단계는 초기 직선구간을 세미실드공법으로 굴착하는 단계이다. 이에 사용되는 굴착기(1)에는 모든 장치가 설치되어 있고, 그 자체로 추진과 굴착이 가능하다. 이러한 굴착기(1)를 굴착하고자 하는 터널의 외부에 설치된 추진잭(4)으로 밀어서 추진 및 굴착하게 된다.As described above, the first step of the excavation of the tunnel is the excavation of the initial straight section by a semi-shielding method. Excavator 1 to be used for this is provided with all the devices, it can be propelled and excavated by itself. The excavator 1 is pushed and pushed by the propulsion jack 4 installed outside the tunnel to be excavated.
제2단계는 세미실드공법으로 직선구간의 터널을 굴착하는 단계이다. 즉, 추진된 굴착기(1)의 후단에 추진관(5)을 삽입한 후 추진잭(4)으로 밀어서 굴착하고, 다시 추진관(5)의 후단에 다른 추진관(5)을 삽입하여 추진잭(4)으로 밀어서 굴착하는 과정의 반복으로 터널을 굴착하게 된다. 이와같이 세미실드공법은 터널의 외부에서 추진잭(4)으로 굴착기(1) 및 추진관(5)을 밀어서 굴착하므로 완만한 곡선형 구간이나 단거리 구간에 적합한 공법이다. 따라서 종래의 경우 세미실드공법으로 급곡선형의 터널이나 장거리 터널은 굴착할 수 없었다. 그러나 본 발명은 이중의 공법을 사용함으로써 장거리 직선형의 터널 및 이어진 급곡선형의 터널도 굴착이 가능하므로, 어떠한 형상의 터널이라도 굴착이 가능한 장점을 가진다. 이는 다음의 제3단계에 의해 가능하다.The second step is to excavate the tunnel of the straight section by the semi-shield method. That is, after inserting the propulsion pipe (5) to the rear end of the propulsion excavator (1) and pushed by the propulsion jack (4), the other propulsion pipe (5) is inserted into the rear end of the propulsion pipe (5) and the propulsion jack The tunnel is excavated by repeating the excavation process by pushing to (4). As such, the semi-shield method is excavated by pushing the excavator 1 and the propulsion pipe 5 to the propulsion jack 4 from the outside of the tunnel, so it is a suitable method for a smooth curved section or a short distance section. Therefore, in the related art, the semi-shield method could not excavate the tunnel or the long-distance tunnel. However, the present invention has the advantage that it is possible to excavate tunnels of any shape, because the use of a double method can be excavated in the long-distance linear tunnel and the continuous curved tunnel. This is possible by the following third step.
제3단계는 추진잭(4)을 사용하지 않고, 굴착기(1)에 설치된 실드잭(3)을 사용하여 추진 및 굴착하게 된다. 즉, 실드잭(3)을 신장시키면 굴착기(1)가 진행하고, 후방의 다수개의 추진관(5)들과의 사이에 진행 간격만큼의 공간이 형성된다. 이의 공간에 세그멘트(6)를 설치하여 추진관(5)과 연결되게 한다. 그리고 다시 실드잭(3)을 신장시켜 굴착기를 진행시키면서 굴착하고 다시 세그멘트(6)를 설치하는 반복작업으로 터널을 형성시키는 실드공법이 적용된다.In the third step, the propulsion and excavation is performed using the shield jack 3 installed in the excavator 1 without using the propulsion jack 4. That is, when the shield jack 3 is extended, the excavator 1 advances, and a space equal to the progress interval is formed between the plurality of propulsion pipes 5 at the rear. Segment 6 is installed in its space to be connected to propulsion pipe 5. Then, the shield jack (3) is extended by digging while advancing the excavator and installing the segment (6) again, the shield method of forming a tunnel is applied.
특히 제3단계의 실드공법은 급곡선 형상과 장거리 터널을 형성시킬 수 있는 데 특징이 있는데, 실드잭(3)의 전반부만 방향을 변환하여 굴착함으로써 전체적으로 급곡선의 터널을 형성시킬 수가 있게 된다. 이와 같은 곡선 형상의 터널이 도 4에 도시되어 있다.In particular, the shielding method of the third step is characterized in that it is possible to form a sharp curve shape and a long-distance tunnel, it is possible to form a tunnel of the sharp curve as a whole by changing the direction of the first half of the shield jack (3). Such a curved tunnel is shown in FIG. 4.
물론 전체가 직선형의 터널이라면 제3단계에서도 계속해서 세미실드공법으로 굴착을 할 수 있으나, 터널의 길이가 길게 된 경우는 추진잭(4)의 용량을 초과하여 중간에 중간추진잭과 같은 별도의 설비를 필요로 하고 추진속도가 저하되는 문제점이 있게 된다.Of course, if the whole tunnel is a straight tunnel, the excavation can be continued with the semi-shield method even in the third stage. However, if the tunnel length becomes longer, the capacity of the propulsion jack 4 exceeds the capacity of the propulsion jack 4, so that a separate intermediate intermediate jack, There is a problem that the equipment is required and the propulsion speed is lowered.
그러나 본 발명에서는 추진잭(4)의 용량을 초과하는 경우는 세미실드공법을 적용하지 않고, 굴착기(1)로 굴착하는 실드공법을 적용하게 되므로 긴 직선형의 터널이라도 별도의 중간 추진잭을 필요치 않게 된다.However, in the present invention, if the capacity of the propulsion jack 4 is exceeded, the shielding method of excavating with the excavator 1 is applied without applying the semi-shielding method, so that even a long straight tunnel does not require a separate intermediate propulsion jack. do.
따라서 본 발명은 대직경의 긴 터널을 아주 용이하게 굴착할 수 있고, 직선과 곡선이 혼재하는 경우라도 곡선의 경우 실드공법으로 굴착할 수 있는 장점이 있다.Therefore, the present invention has the advantage of being able to excavate a large diameter long tunnel very easily, even when a straight line and a curve are mixed in the case of curves by a shielding method.
다음으로 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같은 굴착기(1)의 후단에 실드잭(3)을 설치하는 것과는 다른 실시예로서, 굴착기(1)의 후부에 다수개의 추진관(5)을 설치하고, 상기 추진관(5)의 최후단에 에렉터 및 실드잭(3)을 설치함으로써 소구경 터널 형성에 있어서 일정 부분만 실드공법으로 굴착하므로 인력이 투입되는 부분을 최소화 할 수 있다.Next, the present invention is different from the installation of the shield jack (3) at the rear end of the excavator (1) as shown in Figure 1, a plurality of propulsion pipes (5) are installed at the rear of the excavator (1) By installing the collector and the shield jack 3 at the end of the propulsion pipe 5, only a portion of the small diameter tunnel is excavated by the shielding method, thereby minimizing the input of manpower.
이와 같은 다른 실시예의 공법은 도 3에 도시되어 있다. 즉, 굴착기(1)와 다수개의 추진관(5)을 추진시켜 굴착하는 세미실드공법의 제1단계와; 상기 추진관(5)의 최후단에 실드잭(3)을 설치하는 제2단계와; 추진잭(4)으로 굴착기(1)와 추진관(5) 및 실드잭(3)을 추진시켜 굴착하는 세미실드공법의 제3단계와; 일정 시점부터 실드잭(3)으로 굴착기(1) 및 전방의 추진관(5)을 추진시켜 직선 또는 곡선의 터널을 굴착하는 실드공법의 제4단계를 포함하여 구성된다.This alternative embodiment is illustrated in FIG. 3. That is, the first step of the semi-shield method for propelling and drilling the excavator (1) and a plurality of propulsion pipe (5); A second step of installing a shield jack (3) at the end of the propulsion pipe (5); A third step of the semi-shielding method of propelling and drilling the excavator 1, the propulsion pipe 5, and the shield jack 3 with the propulsion jack 4; It comprises a fourth step of the shielding method to excavate a straight or curved tunnel by pushing the excavator 1 and the forward propulsion pipe 5 to the shield jack 3 from a certain point in time.
상기의 공법은 실드잭(3)과 실드잭(3)의 전방부에 설치된 굴착기(1) 및 추진관(5)이 일체로 세미실드공법으로 추진되다가, 일정 시점부터 실드잭(3)이 전방의 추진관(5)과 굴착기(1)를 추진시켜 굴착하는 실드공법으로 전환됨으로, 실드공법의 구간을 작게 함으로써, 세그멘트(6) 등을 설치 하는 인력 등을 줄일 수 있는 장점을 가지게 된다.In the above method, the excavator 1 and the propulsion pipe 5 installed at the front of the shield jack 3 and the shield jack 3 are propelled by the semi-shield method, and the shield jack 3 is moved forward from a certain point of time. Propelled by the propulsion pipe 5 and the excavator (1) by switching to the shielding method to be excavated, by reducing the interval of the shielding method, it has the advantage of reducing the manpower to install the segment (6) and the like.
이와 같이 본 발명은 실드공법과 세미실드공법이 동시에 적용될 수 있도록 하고, 특히 실드공법의 장비들을 세미실드공법으로 삽입된 추진관(5)에 장착하여 사용할 수 있도록 함으로써, 장거리 구간과 급곡선구간의 터널도 용이하게 굴착할 수 있고, 초기의 굴진단계에서는 세미실드공법으로 굴착하고 이후에 실드공법으로 굴착이 가능하도록 하여 실드공법에 소요되는 초기 소요시간을 줄이고, 또한 직선구간에서 속도가 빠른 세미실드공법을 우선 적용하므로써 공기 및 경비등을 절약할 수 있게 된다.As described above, the present invention allows the shield method and the semi-shield method to be applied at the same time, and in particular, the equipment of the shield method can be mounted and used on the propulsion pipe 5 inserted by the semi-shield method. The tunnel can be easily excavated, and the initial excavation stage can be excavated with the semi-shield method, and the excavation can be carried out later with the shield method, thereby reducing the initial time required for the shield method, and also providing a fast semi-shield in a straight section. By applying the construction method first, the air and expenses can be saved.
도 1은 이중 터널굴착공법으로 터널을 굴착하는 상태도1 is a state diagram excavating a tunnel by a double tunnel excavation method
도 2는 도 1의 "A-A"부 세그멘트와 "B-B"부 추진관의 단면도2 is a cross-sectional view of the "A-A" part segment and "B-B" part propulsion tube of FIG.
도 3은 다른 실시예로써 터널을 굴착하는 상태도Figure 3 is a state diagram for digging a tunnel in another embodiment
도 4는 이중 터널굴착공법으로 직선구간과 곡선구간을 굴착한 상태도Figure 4 is a state diagram excavated straight section and curved section by the double tunnel excavation method
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of codes for main parts of drawing
1 : 굴착기 2 : 커터헤드1 excavator 2 cutter head
3 : 실드잭 4 : 추진잭3: shield jack 4: promotion jack
5 : 추진관 6 : 세그멘트5: propulsion pipe 6: segment
7 : 배토펌퍼 8 : 고압트랜스7: Top pump 8: High voltage transformer
9 : 케이블링크9: cable link
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