KR20060032164A - 추진관 압입공법 - Google Patents

추진관 압입공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 추진관 압입공법에 관한 것으로, 막장단부에 사면(30)을 자연스럽게 형성시키기 위해 선단이 경사져 있으면서 내·외부 원통형 강관(11,12)과 그 사이에 일정개수의 유압추진잭(13)이 설치된 선도관(10) 및 상기 선도관(10)과 결합하는 첫번째 추진관(20)을 터널의 입구가 되는 발진작업구에 거치하는 단계(S10)와; 터널 막장의 안정을 위하여 굴착과 동시에 후방 유압추진잭(14)으로 상기 선도관(10)과 첫번째 추진관(20)의 조립체를 지중에 밀어넣은 뒤 추진시키는 단계(S20)와; 굴착이 일정 정도 진행됨과 동시에 상기 내·외부 원통형 강관(11,12) 사이의 유압추진잭(13)을 신장시켜 선도관(10)의 내부 원통형 강관(12)을 추진시키면서 터널의 입구인 발진 작업구에 거치된 상기 후방 유압추진잭(14)을 신장시켜 선도관(10)과 추진관(20)의 조립체를 전방으로 추진시키는 단계(S30)와; 추진되는 조립관체의 마찰력을 최소화하고 작업효율을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 액상 활재 및 추진관(20,21)과 터널의 굴착면사이의 공극을 채우기 위한 뒷채움재가 활재 주입구(24)를 통해 추진관 조립체의 굴진과 함께 주입하는 단계(S40)와; 상기 선도관(10)과 결합되지 않은 첫번째 추진관(20)의 타단부에 다른 추진관(21)을 끼움 결합하고 용접하여 상기 굴착과 유압추진잭(13,14)들의 신장, 추진관(21)의 결합 및 액상 활재와 뒷채움재의 주입을 반복하는 단계(S50)로 구성됨으로써, 추진관 조립체의 굴진시 유압추진잭 이외에는 추가적인 후방설비와 다수의 인력 투입이 필요치 않아 공사비용을 절감할 수 있고, 선도관의 굴진방향 수정이 용이해 터널선형에 크게 구 애받지 않으며, 선도관 선단의 경사로 인해 막장 단부에 자연스럽게 사면을 형성시키면서 굴착이 가능해 교란된 막장 단부가 토압에 의해 무너지는 것을 방지할 수 있음과 더불어 상기 추진관의 재료로 콘크리트를 사용하여 추진관인 콘크리트관 자체를 그대로 상·하수도터널 등의 상·하수도관 등으로 활용할 수 있는 효과가 있다.

Description

추진관 압입공법 {A PROPELLING PIPE PRESSING METHOD}
도 1 은 본 발명에 사용되는 추진관 및 선도관의 결합사시도.
도 2 는 도 1 의 절개단면도.
도 3 은 도 1 의 종단면도.
도 4 는 도 3 의 A-A'선과 B-B'선 측단면도.
도 5 는 본 발명을 이용한 터널 굴착상태도.
도 6 은 본 발명에 따른 추진관 압입공법의 시공흐름도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10: 선도관 11: 외부 원통형 강관
12: 내부 원통형 강관 13,14: 유압추진잭
20,21: 추진관 22,23: 원통형 강판
24: 활재 주입구 30: 막장단부 사면
40: 리브 50: 분사 호스
60: 밀대
본 발명은 추진관 압입공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 추진관 조립체의 굴진시 유압추진잭 이외에는 추가적인 후방설비와 다수의 인력 투입이 필요치 않아 공사비용을 절감할 수 있고, 선도관의 굴진방향 수정이 용이해 터널선형에 크게 구애받지 않으며, 선도관 선단의 경사로 인해 막장 단부에 자연스럽게 사면을 형성시키면서 굴착이 가능해 교란된 막장 단부가 토압에 의해 무너지는 것을 방지할 수 있는 추진관 압입공법에 관한 것이다.
일반적으로, 철도·도로터널, 상·하수도터널, 전력 및 통신터널 그리고 공동구 등의 지하터널을 형성시키기 위해 실드공법과 세미실드공법이 근래에 많이 사용되고 있다.
실드공법은 도로교통에 지장을 주지 않고 개착공법으로 시공한 경우의 지반침하나 소음·진동 등의 건설공해 발생에 대한 대응으로 개발된 것으로, 터널 외형 단면보다 약간 큰 단면을 갖는 실드라고 하는 튼튼한 강재의 통 또는 테를 지반중에 밀어넣고 진행시켜 그 선단부 지반의 붕괴를 막으면서 굴착하고 실드 후방부에 굴착 단면을 지보하는 복공(보통 세그먼트)을 구축하는데 이러한 작업을 반복하면서 터널을 뚫고 나아가는 공법이다. 세그먼트 재료로는 강재나 철근콘크리트가 사용되고, 실드는 내부를 보호하는 강각과 실드를 추진하는 추진기구, 붕괴 방지기 구, 세그먼트 조립기구, 유압기구 및 부속기구 등으로 구성되어 있다.
한편, 세미실드공법은 작업구 내에 굴착기를 거치시켜 후방의 잭으로 굴착기를 지중에 밀어넣은 뒤 추진관을 굴착기와 함께 추진하는 일련의 반복작업을 행하면서 터널을 굴착하는 공법이다.
그러나, 이러한 종래의 실드공법은 실드의 제작이 어렵고 상기 세그먼트를 조립함에 있어 세그먼트 조립기구 등의 후방설비와 많은 인력이 필요해 공사비가 많이 들면서 후방설비가 설치 가능할 때까지 굴착속도가 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 상기 세미실드공법은 굴착기와 추진관의 굴진방향 수정이 어려워 도시의 지하에서 공간적인 제약조건과 민간용지 통과의 곤란으로 인해 곡률반경이 작은 곡선 구간의 굴착이 불가피한 경우에는 사용이 불가능하며, 막장의 자립성이 부족하고 실드 굴착기를 사용하기 어려운 환경의 터널 굴착에서 인력이나 반기계식으로 굴착하는 경우 막장 단부가 무너져 안전사고가 발생할 가능성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 추진관 조립체의 굴진시 유압추진잭 이외에는 추가적인 후방설비와 다수의 인력 투입이 필요치 않아 공사비용을 절감할 수 있고, 선도관의 굴진방향 수정이 용이해 터널선형에 크게 구애받지 않으며, 선도관 선단의 경사로 인해 막장 단부에 자연스럽게 사면을 형성시키면서 굴착이 가능해 교란된 막장 단부가 토압에 의해 무너지는 것을 방지할 수 있음과 더불어 상기 추진관의 재료로 콘크리트를 사용하 여 추진관인 콘크리트관 자체를 그대로 상·하수도터널 등의 상·하수도관 등으로 활용할 수 있는 추진관 압입공법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 막장단부에 사면을 자연스럽게 형성시키기 위해 선단이 경사져 있으면서 내·외부 원통형 강관과 그 사이에 일정개수의 유압추진잭이 설치된 선도관 및 상기 선도관과 결합하는 첫번째 추진관을 터널의 입구가 되는 발진작업구에 거치하는 단계와; 터널 막장의 안정을 위하여 굴착과 동시에 후방 유압추진잭으로 상기 선도관과 첫번째 추진관의 조립체를 지중에 밀어넣은 뒤 추진시키는 단계와; 굴착이 일정 정도 진행됨과 동시에 상기 내·외부 원통형 강관 사이의 유압추진잭을 신장시켜 선도관의 내부 원통형 강관을 추진시키면서 터널의 입구인 발진 작업구에 거치된 상기 후방 유압추진잭을 신장시켜 선도관과 추진관의 조립체를 전방으로 추진시키는 단계와; 추진되는 조립관체의 마찰력을 최소화하고 작업효율을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 액상 활재 및 추진관과 터널의 굴착면사이의 공극을 채우기 위한 뒷채움재가 활재 주입구를 통해 추진관 조립체의 굴진과 함께 주입하는 단계와; 상기 선도관과 결합되지 않은 첫번째 추진관의 타단부에 다른 추진관을 끼움 결합하고 용접하여 상기 굴착과 유압추진잭들의 신장, 추진관의 결합 및 액상 활재와 뒷채움재의 주입을 반복하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 추진관 압입공법을 제공한다.
또한, 상기 내·외부 원통형 강관 사이의 유압추진잭을 신장시켜 선도관의 내부 원통형 강관을 추진시에 상기 내·외부 원통형 강관 사이의 유압추진잭 각각의 신장길이를 다르게 조절하여 굴착 방향을 수정시키는 단계가 추가로 구성될 수도 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명에 사용되는 추진관 및 선도관의 결합사시도이고, 도 2 는 도 1 의 절개단면도이며, 도 3 은 도 1 의 종단면도이며, 도 4 는 도 3 의 A-A'선과 B-B'선 측단면도이다.
도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 추진관 압입공법에 사용되는 추진관 및 선도관의 구조를 살펴보면, 최후방의 유압추진잭(14)의 추력에 의해 추진되는 추진관(21)의 양단부의 외주연에는 인접하는 추진관(21)과의 용접결합을 위해 원통형 강판(22,23)이 끼워지는데, 추진관(21)과 원통형 강판(22,23)사이의 결합부위의 기밀성을 배가시키고 외관미를 고려하여 추진관(21) 양단부의 일정 길이의 관두께를 상기 원통형 강판(22,23)의 두께만큼 작게 제작되도록 하여 추진관(21)의 외주면에 단차를 둠이 바람직하다.
그리하여, 추진관(21)의 일단부에는 원통형강판(22)이 끼워지고 난 후에도 추진관(21)의 단부 외주면이 노출되도록 하고, 타단부는 원통형강판(23)이 끼워지고 난 후 원통형강판(23)이 돌출되도록 하여, 인접하는 추진관(21)의 원통형강판(22,23)이 상호 결합할 때 원통형강판(22,23)과 추진관(21)이 하중 또는 자중에 의 하여 변형되지 않도록 정확히 상호 용접결합하고 추진관(21) 몸체끼리는 몰탈로 충진시켜 결합함으로써 결합된 추진관(21)의 기밀성과 내구성이 향상되도록 하며, 상기 추진관(21)은 제작비용이 저렴하고 터널 속에서의 추진이 용이하도록 제작된 무근이나 철근 콘크리트를 재료로 함이 바람직한데, 종래의 실드공법에서는 세그먼트의 재료로 콘크리트가 사용되는 경우가 있었지만 유압잭에 의해 다수개의 추진관을 추진시키는 세미실드공법에서는 콘크리트관을 사용하지 않았으므로 콘크리트관을 사용하여 상기 콘크리트관 자체를 그대로 상·하수도터널 등의 상·하수도관 등으로 활용하면서 액상 활재를 주입하여 관주변의 마찰력과 부착력을 감소시키는 본 발명은 이 점에 있어 특징적이라 할 것이다.
한편, 터널 굴착시 최전방부에 위치하는 선도관(10)은 이중의 원통형 강관으로 구성되는데 외부 원통형 강관(11)의 일단부는 인접하는 첫번째 추진관(20)의 단부와 끼움결합하도록 되어 있고, 내부 원통형 강관(12)은 외부 원통형 강관(11)의 타단부에 내접하면서 외부 원통형 강관(11)의 내부에는 외부 원통형 강관(11)의 일면을 반력대로 하여 추력을 얻는 별도의 유압추진잭(13)이 다수개 설치되어 내부 원통형 강관(12)의 일면을 추진시켜 내부 원통형 강관(12)이 외부 원통형 강관(11)을 빠져나오면서 추진하게 된다.
이 때, 상기 선도관(10)과 결합하는 첫번째 추진관(20)의 일단부에는 당연히 원통형강판(22,23)이 끼워져 있지 않아야 하고, 상기 첫번째 추진관(20)에는 반드시 액상 활재와 뒷채움재의 주입이 용이하도록 활재 주입구(24)를 형성시켜야 하는데, 여기서 벤토나이트와 점토 및 물 등이 토질상황에 따라 적절히 배합되는 액상 활재는 분사호스(50)를 통해 활재 주입구(24)에 분사됨으로써 터널에 내접되어 후방의 유압추진잭(14)으로 추진되는 추진관 조립체의 마찰력을 최소화시키게 되며, 시멘트와 모래 및 물 등이 적절히 배합되는 뒷채움재는 추진관(20,21)과 터널의 굴착면사이의 공극에 채워 지반침하의 발생을 억제시키게 된다. 또한, 터널 내부의 토질이나 암질상황에 따라 상기 첫번째 추진관(20)에 결합되는 다른 추진관(21)에도 액상 활재를 분사할 수 있도록 활재 주입구(24)가 형성된 것을 사용할 수도 있다.
특히, 본 발명은 실드공법에서처럼 커터헤드가 장착된 굴착기인 기계식실드가 굴착을 수행하는 데 이용되기 보다는 주로 쇼벨, 피크, 브레카 등의 굴착기에 의해 인력으로 행해지거나 유압 쇼벨이나 붐 카타 등의 굴착기, 벨트컨베이어 등의 적재기, 굴착 및 적재 병용기 등을 조합하여 반기계식으로 굴착이 이루어지는 데 용이하게 사용되므로, 선도관(10)의 내부 원통형 강관(12)은 측면에서 볼 때 선단이 수직으로 이루어지는 것이 아니라 경사가 이루어지게 형성되어 있다. 즉, 지하터널로의 압입시 원형 굴착면의 최상부에 내접하는 내부 원통형 강관(12)의 상부측의 강관 길이가 제일 길고 반대로 원형 굴착면의 최하부에 내접하는 내부 원통형 강관(12)의 하부측의 강관 길이가 제일 짧게 되는데, 이는 인력이나 반기계식으로 굴착시 막장 단부에 자연스럽게 사면(30)을 형성시키게 하여 교란된 막장 단부가 토압에 의해 무너지는 것을 방지하기 위함이다.
또한, 선도관(10)의 외부 원통형 강관(11)과 내부 원통형 강관(12) 사이에 설치되어 있는 수개의 유압추진잭(13) 각각의 신장길이를 다르게 조절하면 지중에 서 방향 수정이 용이하여 곡률반경이 작은 곡선 구간도 굴착이 가능하다.
선도관(10)의 상기 내·외부 원통형 강관(11,12)은 원통의 형태를 갖추고 있는 한, 도면에 도시되어 있는 형태에 한정되는 것은 아니며 내·외부 원통형 강관(11,12) 모두가 각기 내부에 중공부를 가지면서 리브(40)가 간격유지와 지지대의 역할을 하여 터널 내부의 토압에 견디게 할 수도 있다.
더불어, 추진관(20,21)의 반복적인 결합에 의하여 주변마찰력과 전체 하중이 증가되어 후방 유압추진잭(14)의 용량을 초과하면, 중간에 별도의 유압추진잭(도시하지 않음)을 추가로 설치할 수도 있다.
한편, 도 5 는 본 발명을 이용한 터널 굴착상태도이고, 도 6 은 본 발명에 따른 추진관 압입공법의 시공흐름도로서 이에 나타낸 바와 같이, 우선, 막장단부에 사면(30)을 자연스럽게 형성시키기 위해 선단이 경사져 있으면서 내·외부 원통형 강관(11,12)과 그 사이에 일정개수의 유압추진잭(13)이 설치된 선도관(10) 및 상기 선도관(10)과 결합하는 첫번째 추진관(20)을 터널의 입구가 되는 발진작업구에 거치하고 터널 막장의 안정을 위하여 굴착과 동시에 후방 유압추진잭(14)으로 상기 선도관(10)과 첫번째 추진관(20)의 조립체를 지중에 밀어넣은 뒤 추진시킨다.
여기서 발진작업구의 후방 유압추진잭(14)의 반력대는 선도관(10)과 추진관(20,21)의 추력에 충분히 저항할 수 있는 구조여야 하고, 상기 발진 작업구의 개구작업은 지반의 붕괴 및 노면 함몰 등의 위험이 많으므로 부분파쇄를 통해 원지반의 교란을 최소화해야 한다.
다음으로, 인력이나 반기계식으로 굴착이 일정 정도 진행됨과 동시에 내·외부 원통형 강관(11,12) 사이의 유압추진잭(13)을 신장시켜 선도관(10)의 내부 원통형 강관(12)을 추진시키면서 터널의 입구인 발진 작업구에 거치된 후방 유압추진잭(14)을 신장시켜 선도관(10)과 추진관(20)의 조립체를 전방으로 추진해 나가게 되는데, 후방 유압추진잭(14)이 각개 조합일 경우 유압추진잭 실린더는 최후방 추진관의 중심선으로부터 같은 거리에 대칭으로 배치하여 편심추력이 작용하지 않도록 하여야 하고, 이 때 유압잭 실린더와 최후방 추진관 사이에는 최후방 추진관이 후방 유압추진잭(14)의 압력을 한 부분에 집중되게 받지 않도록 사각기둥 형태의 밀대(60)를 삽입하는 것이 바람직하며, 최후방 추진관이 상기 밀대(60)와 접촉하는 부분에서의 파손을 방지하기 위해 강재 보강링(도시하지 않음)으로 최후방 추진관의 단부를 보강하는 것이 바람직하고, 상기에서 설명한 바와 같이 내·외부 원통형 강관(11,12) 사이의 유압추진잭(13) 각각의 신장길이를 다르게 조절하여 굴착 방향을 수정시킬 수도 있어 터널의 선형에 관계없이 굴착작업을 용이하게 할 수 있다.
그 다음으로, 상기 선도관(10)과 결합되지 않는 첫번째 추진관(20)의 타단부에 다른 추진관(21)을 끼움 결합하고 용접하여 상기 굴착과 유압추진잭(13,14)들의 신장 및 추진관(21)의 결합을 반복하면 계획된 터널선형의 시공을 완료할 수 있게 된다.
이 때, 시공관리차원에서 추진관(20,21)의 추진을 계획선형으로 하기 위한 추진관리측량을 정확하게 실시해야 할 것이고, 추진되는 조립관체의 마찰력을 최소화하고 작업효율을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 액상 활재 및 추진관(20,21)과 터널의 굴착면사이의 공극을 채우기 위한 뒷채움재가 활재 주입구(24)를 통해 추진관 조립체의 굴진과 함께 주입되어야 할 것이다.
상기에서는 본 발명에 대한 특정의 바람직한 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 요지를 벗어남이 없이 다양하게 변경시킬 수 있을 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명인 추진관 압입공법은 추진관 조립체의 굴진시 유압추진잭 이외에는 추가적인 후방설비와 다수의 인력 투입이 필요치 않아 공사비용을 절감할 수 있고, 선도관의 굴진방향 수정이 용이해 터널선형에 크게 구애받지 않으며, 선도관 선단의 경사로 인해 막장 단부에 자연스럽게 사면을 형성시키면서 굴착이 가능해 교란된 막장 단부가 토압에 의해 무너지는 것을 방지할 수 있음과 더불어 상기 추진관의 재료로 콘크리트를 사용하여 추진관인 콘크리트관 자체를 그대로 상·하수도터널 등의 상·하수도관 등으로 활용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 막장단부에 사면(30)을 자연스럽게 형성시키기 위해 선단이 경사져 있으면서 내·외부 원통형 강관(11,12)과 그 사이에 일정개수의 유압추진잭(13)이 설치된 선도관(10) 및 상기 선도관(10)과 결합하는 첫번째 추진관(20)을 터널의 입구가 되는 발진작업구에 거치하는 단계(S10)와;
    터널 막장의 안정을 위하여 굴착과 동시에 후방 유압추진잭(14)으로 상기 선도관(10)과 첫번째 추진관(20)의 조립체를 지중에 밀어넣은 뒤 추진시키는 단계(S20)와;
    굴착이 일정 정도 진행됨과 동시에 상기 내·외부 원통형 강관(11,12) 사이의 유압추진잭(13)을 신장시켜 선도관(10)의 내부 원통형 강관(12)을 추진시키면서 터널의 입구인 발진 작업구에 거치된 상기 후방 유압추진잭(14)을 신장시켜 선도관(10)과 추진관(20)의 조립체를 전방으로 추진시키는 단계(S30)와;
    추진되는 조립관체의 마찰력을 최소화하고 작업효율을 향상시킬 수 있도록 하기 위한 액상 활재 및 추진관(20,21)과 터널의 굴착면사이의 공극을 채우기 위한 뒷채움재가 활재 주입구(24)를 통해 추진관 조립체의 굴진과 함께 주입하는 단계(S40)와;
    상기 선도관(10)과 결합되지 않은 첫번째 추진관(20)의 타단부에 다른 추진관(21)을 끼움 결합하고 용접하여 상기 굴착과 유압추진잭(13,14)들의 신장, 추진관(21)의 결합 및 액상 활재와 뒷채움재의 주입을 반복하는 단계(S50)로 구성된 것 을 특징으로 하는 추진관 압입공법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내·외부 원통형 강관(11,12) 사이의 유압추진잭(13)을 신장시켜 선도관(10)의 내부 원통형 강관(12)을 추진시에 상기 내·외부 원통형 강관 사이(11,12)의 유압추진잭(13) 각각의 신장길이를 다르게 조절하여 굴착 방향을 수정시키는 단계(S31)가 추가로 구성된 것을 특징으로 하는 추진관 압입공법.
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