KR20060053758A - 이중 아치 터널을 시공하기 위한 자주식 거푸집 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중 아치 터널을 시공하기 위한 자주식 거푸집 장치에 관한 것이다.

본 발명은 파일롯 터널의 지면 중앙에 형성되는 기초 콘크리트 블록 양쪽에형성되는 제1가이드레일(1)에 안착되어 굴진 방향으로 이동하는 대차(2)에 거푸집(4)이 고정되는 거푸집 고정대(3)가 대향 설치되어 유압 구동력에 의하여 중앙벽체(700)를 축조하기 위한 숏크리트 타설 위치로 이동할 수 있게 되고, 제1가이드레일(1)상에서 대차(2)가 이동할 수 있는 대차 이동수단(6)을 구비하여 이중 터널의 굴진 축간 거리를 좁힐 수 있는 중앙벽체(700)를 축조할 수 있게 되는 것이다.

이중 터널, 아치터널, 파일롯 터널, 거푸집

Description

이중 아치 터널을 시공하기 위한 자주식 거푸집 장치 {Movable concrete form apparatus for constructing double arch tunnel}

도 1은 종래의 터널 시공법에서 하나의 아치형 터널의 구조를 나타낸 터널 정면도

도 2는 종래의 터널 시공법에서 이중 아치 터널의 구조를 나타낸 터널 정면도

도 3은 본 발명에 의한 거푸집 장치의 정면도

도 4는 본 발명에 의한 거푸집 장치의 측면도

도 5는 본 발명에 의하여 축조된 이중 터널의 정면도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 : 제1가이드레일 2 : 대차

3 : 거푸집 고정대 4 : 거푸집

5 : 거푸집 이동수단 6 : 대차이동수단

20 : 제1수평프레임 21 : 제1수직프레임

22 : 대차바퀴 24 : 제2가이드레일

30 : 제2수평프레임 31 : 제2수직프레임

32 : 이동용 바퀴 40 : 하부 패널

41 : 상부 패널

본 발명은 일정한 구간단위로 거푸집을 이동시켜가면서 터널 시공을 하기 위한 거푸집 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 2개의 아치형 터널, 예를 들어 상행선과 하행선으로 구분되는 도로구조에서 충분한 지지력을 제공함과 동시에 각각의 터널간 이격 거리를 최대한 좁혀서 축조할 수 있도록 이중 아치 터널을 시공하기 위한 자주식 거푸집 장치에 관한 것이다.

2개로 분리되는 도로구조에서의 아치형 터널은 하나의 중앙벽체를 기준으로 하여 양쪽에 각각의 아치형 터널이 형성되는 것이다.

이러한 이중 아치 터널은 두개의 도로 구조를 하나의 아치 터널에 수용하는 공사 방법에 비하여 내공변위 및 천단변위의 발생을 최소화할 수 있고, 구조 역학적인 측면에서도 안정적이어서 공사 기간을 단축시킬 수 있다.

구체적으로 도 1에서 보는 바와 같이 상행선 도로(100)와 하행선 도로(101)로 구분되는 도로에 있어서, 상기 두개의 도로(100,101)가 하나의 아치형 터널(200) 내에 공사되는 것은, 도 2에서 보는 바와 같이 상행선 도로(100a)와 하행선 도로(101a)가 서로 분리된 다른 공간상에 갱도를 형성하면서 각각 분리되는 이중 터널(300)(400)에 의하여 축조되는 경우보다 불필요하게 더 많은 굴착작업을 필요로 하고, 내공을 형성하는 터널 라이닝에 과대한 전단응력을 받게 됨으로써 안전도 를 고려한 터널 라이닝의 두께가 상당히 두꺼워지게 되어 비경제적일 뿐만 아니라, 무엇보다도 터널 내 주행에 대단히 위험하다.

그러나 이중 아치 터널의 경우에는 노지의 야산에 갱도를 형성할 경우 양쪽 터널 사이에 존재하는 상재하중에 의하여 토사의 강도가 현저하게 저하되기 때문에 인접한 내벽의 강도를 고려하여 터널 사이에 상당한 거리(s)를 두고 굴착작업을 하여야 한다. 이는 결과적으로 양쪽 터널(300)(300a) 사이의 굴진 축간 거리(S)가 길어지게 되어 그만큼 터널이 차지하는 면적이 증가하게 되어 터널 공사지역의 주변에 토지를 소유하고 있는 사람이 있을 경우 지급하여야 하는 보상액이 그만큼 커지게 되고, 그에 따르는 주변의 공사 면적이 넓어져서 조경공사와 같은 부수적인 공사가 진행되어야할 뿐만 아니라 국토를 효율적으로 관리하는 차원에서도 불합리하다.

본 발명은 이중 터널을 시공함에 있어서, 터널의 굴진 방향을 따라 일정 구간을 순차적으로 이동하는 거푸집에 의하여 이중 터널 사이에 위치하게 되는 하나의 중앙벽체를 순차적으로 형성하여 양쪽 터널이 인접한 거리를 두고 이중 터널을 형성하게 함으로써 이중 터널 사이의 거리를 최대한 좁히면서 충분한 강도를 발휘할 수 있게 되어 공사 면적을 줄이면서 시공기간을 단축할 수 있는 자주식 거푸집 장치를 제공하고자 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자주식 거푸집 장치는:

굴착될 터널의 일부 구간에 대하여 토류판에 의하여 굴착된 파일롯 터널의 지면 중앙에 형성되는 기초 콘크리트 블록 양쪽에서 터널의 굴착 방향을 따라 지표면에 형성되는 제1가이드레일과;

상기 제1가이드레일의 상부에 안착되는 네 개의 바퀴가 고정되는 제1수평프레임 및 이 제1수평프레임의 바깥쪽 단부로부터 상부로 입설되는 제1수직프레임이 형성되어 기초 콘크리트를 두고 대향되는 위치에 배치되어 굴진 방향을 따라 이동하는 한 쌍의 대차와;

상기 대차의 제1수평프레임 상에 설치되는 제2가이드레일에 놓여지는 제2수평프레임 및 이 제2수평프레임의 바깥쪽 단부로부터 상부로 입설되는 제2수직프레임이 형성되어 왕복이동 가능하게 설치되는 거푸집 고정대와;

상기 거푸집 고정대의 일측에 고정되어 양쪽에서 대칭상으로 대향 설치되는 거푸집과;

상기 거푸집이 중앙벽체를 축조하기 위한 숏크리트 타설 위치로 서로 근접되게 이동시키고, 굴진 방향으로 이동하기 위하여 축조된 중앙벽체의 표면으로부터 거푸집을 이격시키기 위하여 거푸집 고정대를 이동시키는 거푸집 이동수단과;

그리고 굴진 방향을 따라 중앙벽체를 연속적으로 축조하기 위하여 거푸집 고정대와 함께 대차를 이동시키는 대차 이동수단을 포함하는 것을 기술적인 특징으로 하는 것이다.

본 발명이 적용되는 파일롯 터널은 굴착될 터널의 전체 길이에서 일부 구간, 구체적으로는 터널이 개시되는 입구로부터 일정한 거리에 대하여 토류판에 지지되 도록 형성되어 본 발명에 의하여 일차적으로 중앙벽체가 축조되고, 이후 연속적으로 굴착되는 파일롯 터널에 대하여 이차적인 중앙벽체가 연속적으로 축조됨과 동시에, 상기 중앙벽체에 의하여 형성된 벽면을 기초로 하여 굴착되는 각각의 터널에 의하여 이중 터널이 완성된다.

따라서 제1가이드레일, 대차, 고정대, 거푸집은 굴착될 터널에서 일부 구간에 해당하는 중앙벽체를 축조할 수 있는 길이로 형성된다.

대차는 거푸집 고정대와 거푸집 고정대 이동수단 및 상기 거푸집 이동수단을 위한 유압 구동 장치를 적재하여 의도하는 이중 터널이 완성될 때가지 제2가이드레일 위를 필요한 횟수만큼 반복하여 이동한다.

거푸집 고정대는 제2수평프레임으로부터 적정한 간격을 두고 수평상으로 형성되는 연결부재가 형성되어 선단부에 거푸집이 고정된다.

거푸집은 거푸집 고정대의 연결부재에 고정되는 하부패널과 상부패널로 이루어진다.

거푸집 이동수단은 하이드로 잭과 하이드로 스크류의 양쪽 단부가 대차와 거푸집 고정대의 제1수직프레임 및 제2수직프레임에 선택적으로 고정되어 유압구동장치로부터 입력되는 구동 유압에 의하여 거푸집과 함께 거푸집 고정대를 제2가이드레일 상에서 왕복이동 시킬 수 있게 된다.

대차 이동수단은 한쪽 단부가 대차의 하단부에 선회 가능하게 피봇 고정되고, 다른 한쪽의 단부는 제1가이드레일에 보울트와 같은 체결구 의하여 해체 가능하게 고정되는 고정부재에 선회 가능하게 고정되는 하이드로 잭으로 이루어져서, 하이드로 잭이 신장되고 고정부재가 제1가이드레일에 고정된 상태에서 하이드로 잭이 수축되면서 그 수축된 거리만큼 대차가 이동하게 된다.

이와 같은 본 발명에 의한 시공 방법은 본 터널이 되는 두개의 이중 터널을 굴착하기 전에 우선적으로 파일롯 터널을 굴착하여 아치형의 토류판을 설치하는 단계와, 파일롯 터널의 중앙에 거푸집을 형성하고 숏크리트를 타설하여 중앙벽체를 연속적으로 축조하는 단계와, 상기 중앙벽체 양쪽에서 파일롯 터널을 형성하고 있는 토류판을 파쇄함과 동시에 두개의 아치형 터널을 각각 굴착하는 단계와, 굴착된 터널의 주벽에 숏크리트를 타설하고 터널의 기능을 장기간 안정적으로 유지하기 위하여 라이닝을 타설하는 단계에 의한다.

따라서 본 발명이 적용되는 시공방법에 의하여 이중 터널 사이에 위치하는 중앙벽체는 용이하게 축조될 수 있고, 상기 중앙벽체에 의하여 이중 터널의 축간 거리는 좁혀질 수 있다.

본 발명의 특징과 장점들은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시예에 의하여 더욱 명확하게 이해될 것이다.

다음의 실시예에서 대칭상으로 형성되는 요소 및 부재들은 어느 하나의 요소 및 부재에 대하여 숫자로 된 부호를 부여하여 설명될 것이며, 이러한 대칭상의 구조는 도시된 도면으로부터 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명이 터널 시공에 적용되는 상태의 정면도이고, 도 2는 측면도를 나타내고 있다.

도면에서 부호 "500"은 기초 콘크리트이고, 부호 "600"는 이중 터널의 시공 에 앞서서 중앙벽체(700)를 축조하기 위하여 예비적으로 굴착되는 파일롯 터널(800)을 형성하는 토류판을 지시하고 있다.

이 도면에서 참조되는 바와 같이 본 발명의 자주식 거푸집 장치는 제1가이드레일(1), 대차(2), 거푸집 고정대(3), 거푸집(4), 거푸집 이동수단(5) 및 대차 이동수단(6)으로 구성된다.

제1가이드레일(1)은 파일롯 터널(800)의 외부로부터 파일롯 터널(800) 내의 바닥면에 적정한 간격을 두고 설치되는 다수개의 갱목(10)에 지지되어 파일롯 터널(800)의 굴진 방향을 따라 설치되어 대차(2)의 이동을 안내한다.

대차(2)는 제1수평프레임(20), 제1수직프레임(21), 대차 바퀴(22)로 이루어진다.

제1수평프레임(20)은 파일롯 터널(800)의 굴진 길이와 거의 같은 길이로 형성되어, 하부면에는 대차 바퀴(22)가 고정되어 이동할 수 있게 되면서 이동 안전성을 고려한 밸런스 웨이트(23)가 형성되고, 상부면에는 거푸집 고정대(3)가 안치되어 이동할 수 있게 하는 제2가이드레일(24)이 형성되어 있다.

제1수직프레임(21)은 제1수평프레임(20)의 바깥쪽 단부로부터 수직 방향으로 형성되어 내측면에는 거푸집 고정대(3)를 이동시키기 위한 거푸집 이동수단(5)이 설치될 수 있게 하고, 외측면에는 토류판(600)사이의 공간에 적정한 간격을 두고 버팀부재(25)가 설치된다.

거푸집 고정대(3)는 제2수평프레임(30)과 제2수직프레임(31)으로 구성된다.

제2수평프레임(30)의 하부에는 제1수평프레임(20)에 설치된 제2가이드레일 (24)에 안착되는 이동용 바퀴(32)가 형성되어 있으며, 상부에는 거푸집 이동수단(5)과 대차이동수단(6)을 구동시키는 유압을 발생하는 유압구동장치(34)가 설치되어 있다.

제2수직프레임(31)수평 방향으로 적정한 간격을 두고 연결부재(33)가 층상으로 형성되어, 그 연결부재(33)의 단부에 거푸집(4)이 설치되며, 대차(2)의 제1수직프레임(21) 사이의 외벽면에는 거푸집 이동수단(5)이 형성되어 이동할 수 있게 되어 있다.

이러한 거푸집 고정대(3)는 대차(2)와 함께 파일롯 터널(800)의 굴진 방향으로 이동되고, 거푸집 이동수단(5)과 제1수평프레임(20)의 제2가이드레일(24)에 이동용 바퀴(32)가 안내되어 파일롯 터널(800)의 굴진 방향에 교차되는 방향으로 이동되어 중앙벽체(700) 시공을 위한 숏크리트 타설 위치로 전후진할 수 있게 된다.

거푸집(4)은 본 터널이 되는 아치형 터널에서 한쪽 측면의 곡률과 같은 곡률 반지름으로 형성되어 거푸집 고정대(3)의 제2수평프레임(30)과 연결부재(33)의 단부에 고정되는 하부패널(40)과, 하단부는 상기 하부패널(40)의 단부에 선회가능하게 힌지(42)로 고정되고, 상단부는 제2수직프레임(31)에 고정되는 하이드로잭(43) 및 스크류잭(44)의 다른 한쪽의 단부와 고정되는 상부패널(41)로 이루어진다.

하부 패널(40)의 중간 부위에는 숏크리트를 타설하기 위한 투입공(45)과, 투입되는 숏크리트의 공극을 방지하기 위한 바이브레이터(46)와 숏크리트의 타설 상태를 육안으로 확인하기 위하여 개폐되는 도어의 구조를 가지는 검사창(47)이 형성되어 있고, 상부 패널(41)또한 숏크리트를 타설하기 위한 투입공(48)과 그라우팅홀 (49)이 형성되어 있다.

거푸집 이동수단(5)은 한쪽 단부가 대차(2)의 제1수직프레임(21)의 내측벽면에 고정되고, 다른 한쪽의 단부는 거푸집 고정대(3)의 제2수직프레임(31)의 외측 벽면에 적정한 간격으로 고정되는 다수의 하이드로 잭(50)과 스크류 잭(51)으로 구성된다.

대차 이동수단(6)은 제1가이드레일(1)에 고정되는 고정부재(60)와 대차(2)와 고정부재(60)에 고정되는 하이드로잭(61)으로 이루어지는데, 고정부재(60)는 제1가이드레일(1)에 보울트(62)와 같은 체결구 의하여 해체 가능하게 고정되고, 하이드로 잭(61)의 한쪽 단부는 대차(2)의 하단부에 선회 가능하게 피봇(63) 고정되고, 다른 한쪽의 단부는 고정부재(60)에 선회 가능하게 피봇(64) 고정된다.

이러한 대차 이동수단(6)은 하이드로 잭(61)이 신장되고 고정부재(60)가 제1가이드레일(1)에 고정된 상태에서 하이드로 잭(61)이 수축작동을 하게 될 때에 대차(2)가 이동하게 된다.

이와 같이 구성되는 본 발명을 이용하여 이중 터널을 시공하는 예를 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 이중 터널의 중앙이 되는 위치에 적정한 길이의 파이롯드 터널(800)을 굴착하여 토류판(600)을 설치하고 중앙부위의 지반에 기초 콘크리트(500)를 형성한다.

상기 과정에서 형성된 기초 콘크리트(500)를 중앙에 두고 양쪽에 본 발명의 거푸집 장치를 파이롯드 터널(800)내부로 이동하여 파이롯드 터널(800)의 중앙에 중앙벽체(700)를 축조한다.

상기한 과정에 따라 중앙벽체(700)가 형성된 상태에서 토류판(600)으 외부에 대하여 중앙벽체의 곡률반경을 따라 중앙벽체의 외벽 형상을 포함하는 아치형으로 되어 본 터널이 되는 이중 터널(900,900a)을 중앙벽체(700)의 길이와 같게 굴착한다.

이후 파일롯 터널(800)에서 거푸집 장치를 외부로 이동시킨 다음, 터널의 전체 구간에 대하여 상기한 과정을 반복하고, 이중 터널(900,900a) 내에 존재하는 토류판(600)을 제거하여 완전한 형태의 이중 터널을 형성한 다음, 라이닝(901,901a)을 형성하여 시공을 마친다.

상기한 시공 과정에서 파일롯 터널(800) 내에서 본 발명에 의하여 중앙벽체(700)의 축조하는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선 기초 콘크리트(500)가 형성된 상태에서, 기초 콘크리트(500)의 양쪽 지면에 갱목(10)을 설치하여 굴진 방향으로 따라 제1가이드레일(1)을 설치하고, 거푸집 고정대(3)와 거푸집(4)이 고정된 대차(2)의 대차바퀴(22)를 제1가이드레일(1)에 안착시켜서 이동 가능하게 하며, 대차(2)의 제2수직프레임(21)과 토류판(600) 사이의 공간에 버팀 부재(25)를 설치한다.

그 다음 유압구동장치(34)를 구동하여 작동되는 하이드로 잭(50)에 의하여 거푸집 고정대(3)를 이동시켜서 거푸집(4)을 숏크리트 타설 위치로 이동시킨다.

이때 거푸집 고정대(3)는 제2수평프레임(30)에 형성된 이동용 바퀴(32)가 제2가이드레일(24)에 안내되어 이동되며, 기초 콘크리트(500)의 상부 공간에 대칭상 의 거푸집(4)이 대향되게 설치된다.

거푸집(4)이 숏크리트 타설을 위한 정위치에 도달하면 스크류잭(44,51)을 이용하여 기초 콘크리트(500)에 밀착되게 고정시킨다.

이후 바이브레이터(46)를 가동시키고 거푸집(4)의 숏크리트 투입구(45,48)를 통하여 숏크리트를 타설하여 콘크리트를 양생함으로써 단위 구간에 대한 중앙벽체(700)의 시공을 완료한다.

이렇게 일정한 부분의 중앙벽체(700)에 대한 축조가 완료되면 굴진 방향의 다음 구간에 대하여 중앙벽체를 연속적으로 축조하기 위하여 스크류잭(44,51)을 풀고, 하이드로 잭(50)을 후진시켜서 거푸집(4)을 중앙벽체(700)로부터 분리시키고, 대차(2)를 외부로 이동시킨 다음 계속적인 굴착작업을 통하여 다음 구간에 대한 파일롯 터널을 형성한다.

이상에서 살펴 본 바와 같은 본 발명의 자주식 거푸집 장치는 분할된 도로의 경계부에 축조되는 중앙벽체에 의하여 이중 터널의 굴진 축간 거리를 단축시키게 되면서 충분한 지지력을 발휘하는 중앙벽체를 일정한 단위체로 하여 터널의 굴진 방향으로 형성할 수 있게 되어 이중 터널이 안정된 구조물로 축조되어 내공 변위의 발생이 감소되고 공사 기간을 단축시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 굴착될 터널의 일부 구간에 대하여 토류판에 의하여 굴착된 파일롯 터널의 지면 중앙에 형성되는 기초 콘크리트 블록 양쪽에서 터널의 굴착 방향을 따라 지표면에 형성되는 제1가이드레일과;

   상기 제1가이드레일의 상부에 안착되는 네 개의 바퀴가 고정되는 제1수평프레임 및 이 제1수평프레임의 바깥쪽 단부로부터 상부로 입설되는 제1수직프레임이 형성되어 기초 콘크리트를 두고 대향되는 위치에 배치되어 굴진 방향을 따라 이동하는 한 쌍의 대차와;

   상기 대차의 제1수평프레임 상에 설치되는 제2가이드레일에 놓여지는 제2수평프레임 및 이 제2수평프레임의 바깥쪽 단부로부터 상부로 입설되는 제2수직프레임이 형성되어 왕복이동 가능하게 설치되는 거푸집 고정대와;

   상기 거푸집 고정대의 일측에 고정되어 양쪽에서 대칭상으로 대향 설치되는 거푸집과;

   상기 거푸집이 중앙벽체를 축조하기 위한 숏크리트 타설 위치로 서로 근접되게 이동시키고, 굴진 방향으로 이동하기 위하여 축조된 중앙벽체의 표면으로부터 거푸집을 이격시키기 위하여 거푸집 고정대를 이동시키는 이동수단과;

   그리고 굴진 방향을 따라 중앙벽체를 연속적으로 축조하기 위하여 거푸집 고정대와 함께 대차를 이동시키는 대차 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 아치 터널을 시공하기 위한 자주식 거푸집 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 거푸집(4)이 거푸집 고정대(3)의 제2수평프레임(30)과 연결부재(33)의 단부에 고정되는 하부패널(40)과, 상기 하부패널(40)의 단부에 하단부가 선회 가능하게 힌지(42)로 고정되고, 상단부는 제2수직프레임(31)에 고정되는 하이드로잭(43)과 스크류잭(44)의 다른 한쪽의 단부와 고정되는 상부패널(41)을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 아치 터널을 시공하기 위한 자주식 거푸집 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 거푸집 이동수단(5)이 하이드로 잭(50)과 하이드로 스크류(51)의 양쪽 단부가 대차(2)와 거푸집 고정대(3)의 제1수직프레임(21) 및 제2수직프레임(31)에 선택적으로 고정되어 유압구동장치(34)로부터 입력되는 구동 유압에 의하여 거푸집과 함께 거푸집 고정대(3)를 제2가이드레일(24) 상에서 왕복이동 시키게 되는 것을 특징으로 하는 이중 아치 터널을 시공하기 위한 자주식 거푸집 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 대차이동수단(6)이 한쪽 단부가 대차(2)의 하단부에 선회 가능하게 피봇(63) 고정되고, 다른 한쪽의 단부는 제1가이드레일(1)에 보울트(62)로 해체 가능하게 고정되는 고정부재(60)에 선회 가능하게 고정되는 하이드로 잭(61)으로 이루어져서, 하이드로 잭(61)이 수축된 거리만큼 대차(2)가 이동하게 되는 것을 특징으로 하는 이중 아치 터널을 시공하기 위한 자주식 거푸집 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 대차(2)에 밸런스 웨이트(23)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이중 아치 터널을 시공하기 위한 자주식 거푸집 장치.

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