KR20090011442A - 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 및 이에 의한 터널구조물 - Google Patents
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Abstract
쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 및 이에 의한 터널 구조물이 개시된다. 본 발명은 터널을 설치할 지반에 터널의 상부 슬래브 및 측벽체의 형상에 따라, 쉬트 파일을 추진하여 상부 슬래브 및 측벽체의 경계를 형성하는 단계, 상부 슬래브 및 측벽체의 경계 내부를 굴착하며 굴착된 내부에 지보공을 설치하는 단계, 지보공에 철근을 조립하는 단계, 굴착된 내부에 콘크리트를 타설하여 상부 슬래브 및 측벽체를 형성하는 단계, 및 형성된 상부 슬래브 및 측벽체의 내측 지반을 굴착하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 쉬트 파일을 이용함으로써 상호간의 조립공정이 용이하여 시공성이 향상되며, 상부 슬래브 및 측벽체의 내부에 콘크리트를 타설함으로써, 토사 및 연암층 이하 지층의 지하공간 굴착시에도 막장의 안정성을 확보할 수 있게 되며, 주변 지반의 침하를 최소화할 수 있게 된다.
터널, 굴착, 쉬트 파일, 콘크리트
Description
본 발명은 터널 굴착 공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 및 이에 의한 터널 구조물에 관한 것이다.
일반적으로, 지하도 및 터널 등의 구조물을 시공하기 위해서 다양한 터널 구조물 시공방법이 사용되고 있으며, 대표적인 터널 구조물 시공방법으로는 터널 구조물을 시공하고자 장소의 지반을 완전히 개착하여 터널 구조물을 시공한 다음에, 그 위에 개착된 흙을 덮어 터널 구조물을 시공하는 오픈 컷 공법(Open Cut Method)과 시공하고자 하는 장소의 땅을 개착하지 않고 쉴드 터널링 머신(Shield Tunneling Machine)을 사용하여 비개착으로 터널을 형성한 후에 그 형성된 터널안에 터널 구조물을 시공하는 터널 보링 공법(Tunneling Boring Method)이 있다.
그외에도, 도로 또는 철도 레일 밑 등의 터널 굴착이 어려운 장소에 터널을 구축하는 방법으로는 파이프를 이용하여 상부의 토층을 지지한 상태에서 그 하측의 지하 구조물을 시공하는 파이프 루프 공법(Pipe Roof Method) 등이 있다.
이 중 파이프 루프 공법은 지질조건이 열악하거나, 토피두께가 얇은 지반에 터널을 굴착하기 위한 방법으로서 응력재인 파이프를 아치형으로 삽입시켜 지반의 안정성을 높이는 공법이다.
그런데, 종래 파이프 루프 공법은 지반의 토사 압력에 의해 루프를 형성하는 강관 파이프들의 연결된 부위가 이탈되어 붕괴의 위험이 있을 뿐만 아니라, 다수개의 보강재를 파이프들에 결합시키기 위한 작업시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 토사 압력에 대한 내구성을 만족하면서 상호간의 조립공정을 용이하게 하는 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 및 이에 의한 터널 구조물을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법은, 터널을 설치할 지반에 상기 터널의 상부 슬래브 및 측벽체의 형상에 따라, 쉬트 파일을 추진하여 상기 상부 슬래브 및 측벽체의 경계를 형성하는 단계, 상기 상부 슬래브 및 측벽체의 경계 내부를 굴착하며 상기 굴착된 내부에 지보공을 설치하는 단계, 상기 지보공에 철근을 조립하는 단계, 상기 굴착된 내부에 콘크리트를 타설하여 상기 상부 슬래브 및 측벽체를 형성하는 단계, 및 상기 형성된 상부 슬래브 및 측벽체의 내측 지반을 굴착하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법은, 터널을 설치할 지반에 상기 터널의 벽체의 형상에 따라, 쉬트 파일을 추진하여 상기 벽체의 경계를 형성하는 단계, 상기 벽체의 경계 내부를 굴착하며 상기 굴착된 내부에 지보공을 설치하는 단계, 상기 지보공에 철근을 조립하는 단계, 상기 굴착된 내부에 콘크리트를 타설하여 상기 벽체를 형성하는 단계, 및 상기 형성된 벽체의 내측 지반을 굴착하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법은, 터널을 설치할 지반에 상기 터널의 상부 슬래브 및 측벽체의 형상에 따라, 쉬트 파일을 추진하여 상기 상부 슬래브 및 측벽체의 경계를 형성하는 단계, 상기 상부 슬래브의 경계 내부를 굴착하며 상기 굴착된 내부에 지보공을 설치하는 단계, 상기 지보공에 철근을 조립하는 단계, 상기 상부 슬래브의 경계 내부에 콘크리트를 타설하여 상기 상부 슬래브를 형성하는 단계, 상기 측벽체의 경계 내부를 굴착하며 상기 굴착된 내부에 지보공을 설치하는 단계, 상기 지보공에 철근을 조립하는 단계, 상기 측벽체의 경계 내부에 콘크리트를 타설하여 상기 측벽체를 형성하는 단계, 및 상기 형성된 상부 슬래브 및 측벽체의 내측 지반을 굴착하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 내측 지반을 굴착하는 단계는, 상기 내측 지반을 굴착하며 상기 굴착에 따라 노출되는 상기 쉬트 파일을 철거하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지보공은 격자 지보공인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 내측 지반을 굴착하는 단계 후에, 상기 터널의 하부 슬래브의 철근을 조립하고, 콘크리트를 타설하는 단계를 더 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 터널 구조물은 터널을 설치할 지반내에 수평으로 설치되어 있으며 쉬트 파일로 경계가 형성되고, 내부에 콘크리트가 타설된 상부 슬래브, 및 상기 슬래브의 양측단에서 각각 수직으로 연장되며 쉬트 파일로 경계가 형성되고, 내부에 콘크리트가 타설된 측벽체를 포함한다.
본 발명에 따르면, 쉬트 파일을 이용함으로써 상호간의 조립공정이 용이하게 되어 시공성이 향상되며, 상부 슬래브 및 측벽체의 내부에 콘크리트를 타설함으로 써, 토사 및 연암층 이하 지층의 지하공간 굴착시에도 막장의 안정성을 확보할 수 있게 되며, 주변 지반의 침하를 최소화할 수 있게 된다. 아울러, 지반굴착 과정에서 쉬트 파일 등의 자재를 회수할 수 있게 됨으로써 시공의 경제성을 확보할 수 있게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 공정 순서에 따라 상세하게 설명한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 중 작업구 설치 공정을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 도로의 하부에 설치 예정 구조물의 위치가 표시되어 있고, 도면 상의 우측에서 좌측방향으로 터널의 굴착이 이루어지도록 작업구가 설치되었음을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 중 반력벽 설치 및 파일럿 강관추진 공정을 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하여 반력벽 설치 및 파일럿 강관추진 공정을 설명하면, 시공자는 도달기지 및 발진기지 측단에는 각각 콘크리트 구조체인 반벽력을 설치하고, 그 다음에는 발진기지측에서 도달기지측으로 설치될 터널 구조물의 종단 선형을 고려하여 파일럿 강관을 추진한다.
한편, 추진하는 파일럿 강관의 수는 시공여건에 따라 달리할 것이나, 본 발명을 실시함에 있어서는 터널 구조물의 상부 슬래브(10), 측벽체(20)의 부위별로 각각 3개소를 표준으로 하여 추진함이 바람직할 것이다. 여기서, 파일럿 강관을 추 진하는 방법은 토층과 관경에 따라 유압식, 타격식, 오거식 등의 방법이 변경 적용될 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 중 강선삽입 및 견인용 잭(jack) 설치 공정을 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하여 강선삽입 및 견인용 잭(jack) 설치 공정을 설명하면, 시공자는 도 2에서의 공정을 통해 설치된 파일럿 강관 내부에 강선(tendon)을 삽입하고, 도달기지 측의 반력벽에 쉬트 파일(P)을 견인하기 위한 견인용 잭을 설치한다.
도 4는 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 중 파일럿 강관 그라우팅 공정을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 시공자는 도 3에서의 파일럿 강관 내부에 삽입된 강선을 견인용 잭을 이용하여 긴장한 후 파일럿 강관 내부를 그라우팅 처리하고, 양생이 완료된 후에 파일럿 강관을 철거하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 중 쉬트 파일 추진 공정을 나타내는 도면이다. 도 5에서의 A단면의 확대도면을 참조하면, 시공자는 터널의 단면 형상에 따라 쉬트 파일(P)을 추진함에 있어서, 먼저 상부 슬래브(10)의 외측부(①), 상부 슬래브(10)의 내측부(②), 측벽체(20)의 외측부(③), 측벽체(20)의 내측부(④)의 순서로 쉬트 파일(P)을 추진함이 바람직할 것이다.
쉬트 파일(P)을 추진함에 있어서는 강선과 쉬트 파일(P)을 연결하고, 도달기지에서는 견인용 잭을 통해 강선을 긴장함으로써 쉬트 파일(P)을 견인하고, 발진기지에서는 유압잭 또는 추진장치를 이용하여 쉬트 파일(P)을 압입하거나 타입하게 된다.
하나의 쉬트 파일(P)을 유압식 또는 타입식 장비를 이용하여 밀어 넣은 후에, 그 쉬트 파일(P)의 플랜지부(P1)에 형성된 걸고리(Pa)에 다른 쉬트 파일(P)의 걸고리(Pa)가 후크 결합되도록 수평방향으로 슬라이딩시킨다.
이러한 방법을 연속적으로 실행하면, 각각의 쉬트 파일(P)의 상호 연결에 의해 터널의 단면 형상을 자유롭게 형성할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법에 사용될 수 있는 쉬트 파일의 다른 유형의 결합 구조를 나타내는 도면이다. 본 발명을 실시함에 있어서는 도 5에서의 쉬트 파일의 결합 구조 또는 도 6에서의 쉬트 파일의 결합 구조를 자유롭게 적용할 수 있을 것이고, 그 결과 터널의 굴착 단면이 박스형인 경우 뿐만 아니라, 아치형 또는 원형인 경우의 시공성 또한 용이하게 확보될 것이다.
한편, 터널의 단면 형상이 아치형 또는 원형인 경우에는 아치형 또는 원형 단면의 벽체 외측부의 쉬트 파일을 추진한 후, 아치형 또는 원형 단면의 벽체 내측부의 쉬트 파일을 추진함이 바람직할 것이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 중 상부 슬래브 및 측벽체 내부의 굴착 및 콘크리트 타설 공정을 나타내는 도면이다. 도 7a를 참조하면, 시공자는 먼저 상부 슬래브(10)의 내부를 단계적으로 굴착한 후, 굴착면의 붕괴를 막기 위해서 지보공(50)을 설치한다. 한편, 본 발명을 실시함에 있어서 지보공(50)은 격자 지보공을 사용함이 바람직할 것이다. 이어서 도 7b를 참조하면, 시공자는 상부 슬래브(10)의 내부에 설치된 지보공(50)에 슬래브 철근을 조립한 후 콘트리트를 타설한다.
그 다음, 도 7c를 참조하면, 시공자는 측벽체(20) 내부를 단계적으로 굴착한 후, 굴착면의 붕괴를 막기 위해서 지보공(50)을 설치한다. 이어서, 도 7d를 참조하면, 시공자는 측벽체(20) 내부에 설치된 지보공(50)에 측벽체(20) 철근을 조립한 후 콘크리트를 타설한다.
한편, 본 발명을 실시함에 있어서는 터널 측벽체(20)의 안정성을 위해서, 시공자는 견고한 지반에 측벽체(20)가 관입될 수 있을 정도의 깊이까지 측벽체(20) 내부를 굴착하고 콘크리트를 타설함이 바람직할 것이다. 상부 슬래브(10) 및 측벽체(20) 내부에의 콘크리트 타설이 완료된 후에는 콘크리트의 양생 과정을 거치게 된다.
한편, 터널의 단면 형상이 아치형 또는 원형인 경우에는 아치형 또는 원형 벽체의 상부, 벽체의 측부, 벽체의 하부의 순서에 따라, 전술한 벽체 내부의 굴착 공정, 지보공 설치 공정, 철근 조립 및 콘크리트 타설 공정이 이루어질 것이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 중 상부 슬래브 및 측벽체 내측 지반의 굴착 공정을 나타내는 도면이다.
도 8a를 참조하면, 상부 슬래브(10) 및 측벽체(20) 내부에 타설된 콘크리트의 양생이 완료되면, 시공자는 상부 슬래브(10) 및 측벽체(20) 내측 지반을 단계적으로 굴착하게 된다. 한편, 시공자는 굴착이 진행됨에 따라 노출되는 상부 슬래브(10)의 하부측 쉬트 파일(P) 및 측벽체(20)의 내측 쉬트 파일(P)을 철거할 수 있게 된다.
도 8b는 지반의 굴착이 완료된 터널의 단면 형상을 나타내고 있으며, 여기 서, 지반을 어느 정도 레벨까지 굴착하여야 하는 지는 요구되는 터널 단면의 크기 및 형상, 측벽체(20)가 관입된 하부 지반의 안정성 등에 따라 결정될 것이다. 한편, 시공자는 지반의 굴착이 완료된 후에, 필요에 따라 측벽체(20)의 안정을 위해 좌우측 측벽체(20)사이에 버팀보(30)를 설치할 수도 있을 것이다.
그 다음 도 8c를 참조하면, 시공자는 지반의 굴착이 완료된 지반 상에 하부 슬래브(40)용 철근을 조립하고, 콘크리트를 타설하여 하부 슬래브(40)를 완성한다. 이후 시공자는 면정리, 내부 마감공사, 방배수 공사 등의 부대공사를 한 후에 발진기지 및 도달기지의 철거 및 정리를 하게 되며, 이에 따라 터널 구조물이 완성되게 된다.
한편, 터널의 단면 형상이 아치형 또는 원형인 경우에도 전술한 도 8a 내지 도 8c에서의 벽체 내측 지반의 굴착 공정은 동일하게 적용가능할 것이나, 터널의 단면 형상이 원형인 경우에는 도 8c에서의 하부 슬래브 제작 공정은 불필요할 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
본 발명은 건설 산업 분야에서의 터널 시공에 광범위하게 적용될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 중 작업구 설치 공정을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 중 반벽력 설치 및 파일럿 강관추진 공정을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 중 강선삽입 및 견인용 잭(jack) 설치 공정을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 중 파일럿 강관 그라우팅 공정을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 중 쉬트 파일 추진 공정을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법에 사용될 수 있는 쉬트 파일의 다른 유형의 결합 구조를 나타내는 도면,
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 중 상부 슬래브 및 측벽체 내부의 굴착 및 콘크리트 타설 공정을 나타내는 도면, 및
도 8a 내지 도 8c는 본 발명에 따른 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법 중 상부 슬래브 및 측벽체 내측 지반의 굴착 공정을 나타내는 도면이다.
Claims (7)
- 터널을 설치할 지반에 상기 터널의 상부 슬래브(10) 및 측벽체(20)의 형상에 따라, 쉬트 파일(P)을 추진하여 상기 상부 슬래브(10) 및 측벽체(20)의 경계를 형성하는 단계;상기 상부 슬래브(10) 및 측벽체(20)의 경계 내부를 굴착하며 상기 굴착된 내부에 지보공(50)을 설치하는 단계;상기 지보공(50)에 철근을 조립하는 단계;상기 굴착된 내부에 콘크리트를 타설하여 상기 상부 슬래브(10) 및 측벽체(20)를 형성하는 단계; 및상기 형성된 상부 슬래브(10) 및 측벽체(20)의 내측 지반을 굴착하는 단계를 포함하는 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법.
- 터널을 설치할 지반에 상기 터널의 벽체의 형상에 따라, 쉬트 파일(P)을 추진하여 상기 벽체의 경계를 형성하는 단계;상기 벽체의 경계 내부를 굴착하며 상기 굴착된 내부에 지보공(50)을 설치하는 단계;상기 지보공(50)에 철근을 조립하는 단계;상기 굴착된 내부에 콘크리트를 타설하여 상기 벽체를 형성하는 단계; 및상기 형성된 벽체의 내측 지반을 굴착하는 단계를 포함하는 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법.
- 터널을 설치할 지반에 상기 터널의 상부 슬래브(10) 및 측벽체(20)의 형상에 따라, 쉬트 파일(P)을 추진하여 상기 상부 슬래브(10) 및 측벽체(20)의 경계를 형성하는 단계;상기 상부 슬래브(10)의 경계 내부를 굴착하며 상기 굴착된 내부에 지보공(50)을 설치하는 단계;상기 지보공(50)에 철근을 조립하는 단계;상기 상부 슬래브(10)의 경계 내부에 콘크리트를 타설하여 상기 상부 슬래브(10)를 형성하는 단계;상기 측벽체(20)의 경계 내부를 굴착하며 상기 굴착된 내부에 지보공(50)을 설치하는 단계;상기 지보공(50)에 철근을 조립하는 단계;상기 측벽체(20)의 경계 내부에 콘크리트를 타설하여 상기 측벽체(20)를 형성하는 단계; 및상기 형성된 상부 슬래브(10) 및 측벽체(20)의 내측 지반을 굴착하는 단계를 포함하는 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 내측 지반을 굴착하는 단계는,상기 내측 지반을 굴착하며 상기 굴착에 따라 노출되는 상기 쉬트 파일(P)을 철거하는 것인 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 지보공(50)은 격자 지보공인 것인 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 내측 지반을 굴착하는 단계 후에,상기 터널의 하부 슬래브(40)의 철근을 조립하고, 콘크리트를 타설하는 단계를 더 포함하는 쉬트 파일을 이용한 터널 굴착 공법.
- 터널을 설치할 지반내에 수평으로 설치되어 있으며 쉬트 파일(P)로 경계가 형성되고, 내부에 콘크리트가 타설된 상부 슬래브(10); 및상기 슬래브의 양측단에서 각각 수직으로 연장되며 쉬트 파일(P)로 경계가 형성되고, 내부에 콘크리트가 타설된 측벽체(20)를 포함하는 터널 구조물.
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