KR20080030777A - 친환경 지하 수직터널 슬립 폼 시스템 및 이를 이용한수직터널 시공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산악지역과 도심의 도로, 철도, 지하발전소 및 지하 저장시설, 지하 공간 개발 공사현장에서 수평터널과 연결된 수직터널공사를 친환경적으로 시공하기위한 것으로 경제성, 고품질 구조물, 안전성, 공사기간을 기존 기술에 비하여 보다 향상시킨 친환경 지하 수직터널 슬립 폼 시스템 및 이를 이용한 수직터널 시공법이다.

수직터널을 시공할 공급시설의 기초를 수평터널에 설치하고 인원, 자재 및 장비를 하부 수평터널에서 상부로 공급하는 방식이다.

수직터널, 수평터널, 요오크장치, 작동잭, 데크골격, 리프트

Description

친환경 지하 수직터널 슬립 폼 시스템 및 이를 이용한 수직터널 시공법{A slip form system of constructing a pro-environmental vertical tunnel and method of constructing the vertical tunnel with it}

도1 본 발명의 단면 사시도

도2 본 발명의 지붕 평면도

도3a 본 발명의 제1 데크 평면도

도3b 본 발명의 제2 데크 평면도

도3c 본 발명의 제3 데크 평면도

도3d 본 발명의 제4 데크 평면도

* 도면 부호 설명

11; 제1 데크 골격 12; 제2 데크 골격 13; 제3 데크 골격 14; 수직기둥 15; 격벽 수직기둥 16; 제4 데크 골격 17; 행거 연결철물 18; 중앙로드 19; 중앙로드 보호관 20; 격벽 작동잭 21; 격벽 수직기둥 연결철물 22; 중앙로드 고정철물 23; 유닛판넬(성형 판넬) 24; 수평 고정철물 25; 수직기둥 보강 연결철물 26; 복공벽 작동잭 27; 잭로드 28; 잭로드 보호관 29; 라운드 연결 구조용 형강 30; 격벽 수직기둥 머리연결 형강 31; 고정호퍼 32; 중앙 회전슈트 33; 좌,우 슈트 34; 양중 윈치 35; 리프트 고정용 수평철물 36; 리프트 37; 이동호퍼 38; 제1 데크 라운드 형강 39; 안전기둥 40; 격벽 고정볼트 41; 안전지붕 42; 처마 홈통 43; 기능성 물탱크 44; 접이식 중앙지붕 45; 통기관 46; 고정용 헌치 47; 중앙고정 헌치 48; 수직기둥 연결 헌치 49; 중앙 수직기둥 연결헌치 50; 수직기둥 상부헌치

본 발명은 산악지역과 도심의 도로, 철도, 지하발전소 및 지하 저장시설, 지하 공간 개발 공사현장에서 수평터널과 연결된 수직터널공사를 친환경적으로 시공하기위한 것으로 경제성, 고품질 구조물, 안전성, 공사기간을 기존 기술에 비하여 보다 향상시킨 친환경 지하 수직터널 슬립 폼 시스템 및 이를 이용한 수직터널 시공법이다.

수평터널과 연결된 수직터널은 여러 가지용도로 사용되고 있다. 수직터널의 용도를 보면 수평터널의 환기를 위한 배기용 통로로 이용되고 있고 수평터널에 설치된 발전시설 등의 안전점검을 위한 점검통로로 이용되고 있다.

수직터널은 주 기능을 하고 있는 수평터널을 보완하는 역할을 하고 있기 때문에 수평터널은 이미 설치되어있다. 그렇다고 수직터널은 이미 설치된 수평터널에 만 적용되는 것은 아니다. 수평터널위에 수직터널의 시공에 필요한 장비가 설치될 수 있기만 하면 수평터널과 함께 수직터널을 시공하는 것이 더욱 유리하다. 통행에 지장을 주지 않기 때문이다.

종래에는 수평터널이 설치된 굴착된 이후에 수직터널을 구축할 경우 구축에 필요한 인원, 장비, 자재, 설비, 기타 시공 장치를 지하 공간을 굴착할 경우 수직터널 상부 공간에서 인원, 장비 자재 등을 공급하고 수직터널 하부에서부터 공사를 시작하여 진행하는 형태였다.

수평터널이 이미 설치된 상태에서 수직터널을 시공하는 경우 종래에는 상부에서 하부로 시공하여 수평터널과 연결하는 수직터널을 시공을 하였다. 즉 인원, 장비, 자재 등의 공급이 상부에서 이루어지고 있었기 때문에 장비와 자재가 상부로 운반하기위해서는 운반통로가 있어야하므로 산림 훼손이 불가피하여 자연환경의 파괴도 피할 수 없었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기위한 것으로 시공이 용이하고 경제적으로 효율적이며 친환경적 시공이 이루어지도록 한 것이다.

종래기술의 시공방식과 이에 따른 문제점을 좀더 구체적으로 언급하면 다음과 같다.

⒜ 산악지역에서 장대터널이나 수직터널의 시공에 필요한 인원, 장비 및 콘크리트, 철근, 자재, 설비 등은 수직터널 상부에 공급시설을 설치하여 상부에서 하부로 공급하는 방식으로 지하 수직터널 축조공사를 진행하였다.

이와 같은 방식으로 시공할 경우 산악지역에서는 콘크리트 운반차량과 자재 및 인원, 장비를 운반하기 위하여 불가피하게 기존의 자연을 훼손하여 공사용 임시도로를 개설하여야 하며, 그로인해 환경을 오염시키거나 훼손하는 형태가 발생되어 지역주민의 민원발생 및 환경단체의 반발로 공사수행의 어려움을 안고 있었다. 또한 친환경적인 공사를 하지 못함은 물론이고 공사를 위한 임시도로 개설과 자연환경에 대한 원상복구 등의 비용이 발생되는 문제점이 있다.

⒝ 수직터널의 설치 위치가 고산지역일 경우에는 콘크리트를 생산하여 운반하는데 상당한 시간이 소요되었다. 그러므로 고산 지역의 일부공간에 콘크리트 생산 시설을 현장에 설치하여, 수직터널 축조공사에 사용하므로 현장콘크리트 배합에 따른 콘크리트 품질저하와 콘크리트 생산설비 설치에 따른 자재야적공간과 야적시설 설치하여야 하며 그로인한 유지관리 비용과 인원이 추가로 발생된다.

⒞ 상부 수직터널에서 하부 수직터널 축조공사 현장까지 작업인원, 자재, 콘크리트를 지하 수백 미터 수직터널 공사현장에 운반하는 과정에서 약30분에서 40분내외의 장시간 이동시간이 소요되었다. 그러므로 수직운반의 장시간 소요에 따른 불안전성 상존시간 증대와 콘크리트 1회 운반 허용안전중량에 따른 운반소요시간의 증대는 콘크리트 경화의 품질저하 원인이다.

⒟ 하부 수평터널 공사로 발생되는 유해가스와 장비의 매연가스등은 수직터널이 환기통로가 되어 수직터널 슬립폼 작업장치 내부로 유입되므로 공사 진행시 작업자의 호흡곤란과 시야를 어둡게 하는 문제점이 발생된다.

⒠ 지하 대수층이 있거나 수직터널 내부로 유입되는 터널 지하수와 우기 시 지반에서 흡수되어 수직터널 내부로 유입되는 유출수를 수직터널 축조공사 시 슬립 폼 장치에서 원활하게 처리하기 곤란한 문제점이 있다.

⒡ 수직터널 내부 굴착면을 따라 흘러 내려오는 암반 유출수가 수직터널 거푸집에 타설된 미경화 콘크리트의 상단에 고이게 되는 현상이 발생되면서, 콘크리트 양생시간의 지연과 콘크리트 함수량 증대, 레이턴스(콘크리트 표면에 불순물이 발생됨)가 발생되어 콘크리트 품질이 저하되는 문제점이 있다.

⒢ 수직터널의 슬립폼 조립 및 해체 작업에 장시간이 소요되어 이에 따른 비용과 안전성에 대하여 상당한 전문적인 기능공이 요구된다. 기능공 확보의 문제점이 있다.

⒣ 수직터널 상부지역의 날씨가 추운 동절기에는 자재운반용 임시도로의 결빙으로 콘크리트 등 자재운반에 장시간이 소요되어 콘크리트 재료분리 현상과 동결 및 경화현상이 발생되는 문제점이 있다. 또한 주요 자재운반과 작업 인원이 산악지역 수직터널 상부현장에 원활하게 올라갈 수 없게 되어 동절기에는 공사를 하지 못하는 단점도 발생된다.

⒤ 수직터널 구조물 벽체가 완성된 후에 유지관리에 필요한 수직터널용 수직 이동 점검장치를 별도로 설치하여 관리하여야 하므로 이로 인한 인건비, 장비비, 자재비, 경비 증대와 더불어 고소작업에 따른 안전성 내재와 공사기간 증대로 유지관리비용과 유지관리 시설 설치의 문제점이 있다.

⒥ 수직터널 콘크리트 구조물 벽체가 설계 두께 보다도 더욱 더 확대된 수직터널 굴착으로 인하여 콘크리트 타설 수량이 설계수량보다 최소 20%에서 최대 200% 이상 증가되는 원인이 발생되고, 또한 과대굴착에 따른 콘크리트 단위타설 두께가 설계두께보다 크게 넓어짐에 따른 수화열 발생으로 구조적으로 큰 문제가 되지는 않으나 실 균열이 발생되고 그로인한 공사비 추가 발생 원인이 된다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기위한 것으로 이미 설치된 지하 수평터널을 이용하여 하부 수평터널에서 상부를 향하여 시공하는 방식이다. 자재와 인원 및 모든 장비를 하부 수평터널에서 공급하여 수직터널을 시공하는 방식이다. 수평터널이 수직터널을 위한 모든 공급시설의 원천으로 한 방식이라 할 수 있다.

이에 대하여 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 지하 수평터널 굴착 후에 수직터널의 벽체를 성형하는데 필요한 자재(콘크리트, 철근, 기타 부속자재 등), 작업인원, 유압장치 등을 하부 수평터널에서 운반하여 공사를 원활히 연중 공사가 원활하게 가능하도록 한 장치이다.

기존의 3단 구성 슬립 폼 구조는 상부에서 자재 및 인원을 공급하는 구조였 으나, 새로운 구조는 4단구조로 복공벽체를 성형하는 슬립 폼으로 내부구성을 보면 아래와 같다.

① 수직터널이 완성된 이후에 유지관리 목적으로 설치되는 작업대를 별도로 새롭게 설치하지 않아도 될 수 있게 수직터널 공사용 다용도 운반 리프트장치(36)를 수직터널의 격벽(A)에 연결레일(35)과 연결철물(35-a, b)을 결합하여 격벽(A)에 매입된 고정 연결 볼트(40)를 고정하며, 또한 수직 슬립 폼 프레임에 수직레일에 연결시켜 연관성 있게 상승하도록 구성했다. (리프트설치 및 그 활용)

② 수직터널 내부공사 작업 시 수평터널 작업으로 인한 유해가스를 작업공간에 유입되지 않도록 하여 안전한 작업공간이 확보될 수 있도록 통기관(45)을 설치하였다.(통기관 설치)

③ 안전한 수직터널 복공벽(B)과 격벽(A)을 동시에 성형하기 위한 수직터널 복합성형 슬립폼 시스템으로 외부 환경에 영향을 주지 않으며, 구조물의 중간 격벽(A)이 기존의 지하 바닥에 고정되어 안전하게 성형할 수 있는 4단 작업공간으로 구성되어 있다. 또한 4단 구성 중 다기능 양중 장치에 윈치(34) + 다기능리프트(36) + 이동호퍼(37)를 내장한 슬립 폼 장치이다. (4단 구성)

④ 콘크리트 품질을 최고의 고품질로 향상시켜 주고 콘크리트 양생속도를 빠르게 하면서 구조물을 안전하게 유지할 수 있게 유출수와 낙수용 물받이 홈통(42)과 물탱크(43)연결 홈통(42)으로 구성되었다. (하부 1층 물탱크와 물 홈통설치)

이 장치는 콘크리트 경화에 사용하여 양생에 필요한 수분공급과 뿜칠로 마감면을 미련하게 하고, 필요시 보관된 물탱크(43)의 물을 하부터널 배수로나 집수 정, 이동차량으로 운반 가능하도록 하여 콘크리트 양생에 필요한 수분을 공급하여 주고, 물을 활용하게 하여 고품질성과 공기단축 기능을 갖게 하는 장치이다.

⑤ 수직터널과 연결된 하부 수평터널에 양중장치에 필요한 전원장치와 안전장치, 자재, 인원, 수직터널용 주자재를 운반하는데 필요한 콘크리트 호퍼(37)과 인원과 소자재 운반용 리프트 장치(36)를 수직터널의 하부터널에 설치하였다. (하부수직터널에 설치하는 콘크리트 Bucket, 인원, 자재, 운반통, Lift) 이러한 공사방법은 터널외부의 자연 훼손이 없는 친환경적이며, 상부 낙하물로 인한 재해를 예방 할 수 있는 다기능 수직터널 공사용 장치를 성형한 것이다.

⑥ 수직터널의 격벽(A)과 수직터널용 슬립폼 내부양중장치 윈치(34)와 리프트(36),호퍼(37)를 연결한 구성이다. 이러한 구조는 고정철물(35-b)과 연결레일 장치(35)를 격벽(A)에 설치하여 고정 볼트(40)를 설치하여 안정된 Slip Form System의 작동과 더불어 구조물 성형용 작업공간을 효율적인 4단 구성으로 작업의 안정성과 편리성을 증대 하였다,또한 수직터널 구조물의 직경이 축소될 경우에 대비하여 한 개의 윈치(34)로 최상부 제1데크(11)내부에 고정 및 이동이 가능하도록 하여 위아래 이동이 용이하도록 하였다.{복공벽(B)과 격벽(A) 이동하는 방법}

⑦ 수직터널 격벽(A) 구조물 성형을 위한 대용량의 Jack(20)을 중간격벽(A)에 설치하여 이동호퍼(37)와 다기능 리프트(36)등이 연결 되도록 하여 기존의 호퍼 방식보다 원활하게 개선 보완 하였다. 대용량 유압Jack(20)장치 요오크 구성은 복수형 Jack System을 설치하고 고정호퍼(31)와 복공벽(B) 이동형 슈트(33)를 복공벽(B)과 격벽(A)에 3단으로 Jack(20)과 Jack load(18)와 Jack load save pipe(19) 가 연결된 수평고정철물(24)가 요오크 수직기둥(15)에 고정 되어 수직터널 4단형 Slip Form System의 구조물 중간 격벽(A)에서 50% 정도의 하중을 받아주고 나머지 50%정도는 복공벽(B)에서 잭 로드(18)와 작동 잭(20)이 나누어 받도록 하였다.

⑧ 수직터널 중간격벽(A)으로 인하여 양분되어 있는 좁은 수직터널 내부 작업공간을 원활하게 이동하여 작업할 수 있는 기능형 사다리와 슬라이드형 개폐식 개구부 장치를 설치하여 작업공간을 확보하였다.

⑨ 안전하게 구조물이 구성되도록 가운데 격벽(A)에 유압잭(20)과 연결된 로드(18)가 콘크리트 타설시 하부기초 수직벽에 양생 고정되어 격벽(A)과 복공벽(B)을 성형한다. 이 상부에 설치된 고정호퍼(31)와 연결된 작업 데크 제1(11), 2(12), 3(13), 4(16) 데크에 이동하중 및 고정 하중과 더불어 유압 상승 시 발생될 수 있는 불안전성에 대비하여 중간 격벽(A)을 이용한 안전 유압장치(20)로 구성하였다.

⑩ 수직터널 복합형 슬립 폼 System 장치의 설치 및 해체가 용이하도록 볼트연결 방식 {수직기둥(14), 유닛 판넬(23),고정식 라운드 프레임(29)과 연결구조 철골, 고정호퍼(31)와 제2 데크(12), 윈치(34)와 제1 데크(11),안전 접이식 지붕(44)과 제1 데크(11), 요오크 장치의 작동 잭(20)과 수평수직기둥, 주요부자재와 연결된 소부재 등}과 용접방식{수평 구조부 철골과 수직 기둥 간 헌치(50) 연결부, 수직 고정용 파이프와 데크 기타 볼트 연결 외 부분}을 복합적으로 사용하여 조립 및 해체가 용이하도록 유닛 연결방식으로 만들었다.

⑪ 수직터널의 구조물의 형태에 따라 원형과 다각형으로 변형된 수직터널 구조물에도 반복 재활용 적용할 수 있도록 콘크리트 성형 거푸집 유닛 판넬(23)과 안 전작업 데크와 유압장치 등을 구성하여 분리적용 가능하도록 설계하였다.

⑫ 수직터널 구조물 성형 시 유압장치의 용량과 기능을 조절할 수 있도록 설계 시 유압잭(20)위치, 안전성을 고려하여 수직터널 구조물의 크기와 콘크리트 벽체 등에 따라 변형하여 적용할 수 있도록 하였다.(6ton~22ton 작동 잭 설치 가능)

이상 기존의 문제 및 필요한 기능을 보완하여 고품질의 자연훼손 없는 친환경적이며 외부기후 환경에 영향 없고 사후 유지관리비 절감이 가능한 경제적인 장치로 설계하여 지하공간의 구조물 설치에 효과적인 기술로 적용가능 하도록 개선한 유용한 발명이다.

Claims (2)

1. 수직터널을 시공할 공급시설의 기초를 수평터널에 설치하고 인원, 자재 및 장비를 하부 수평터널에서 상부로 공급하는 방식으로 수직터널을 시공함을 특징으로 하는 친환경 지하 수직터널 슬립 폼 시스템 및 이를 이용한 수직터널 시공법
2. 수직터널을 시공할 공급시설의 기초를 수평터널에 설치하고 인원, 자재 및 장비를 하부 수평터널에서 상부로 공급하는 방식으로 수직터널을 시공하는 시스템을 이용한 수직터널 시공법

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