KR20110005577A

KR20110005577A - 프리스트레스형 선지보 터널 시공 방법 및 이에 적합한 장치

Info

Publication number: KR20110005577A
Application number: KR1020090063207A
Authority: KR
Inventors: 서동현; 박상도; 김남혁
Original assignee: (주)현이앤씨; 서동현
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-18
Also published as: KR101066641B1

Abstract

본 발명은 터널 입출구와 도심 터널 등의 토피가 얇은 토사 터널의 상부 지표면에서 선지보재를 시공하는 방법과 대단면 터널 내에서 파일럿 터널을 선굴착 관통한 후에 파일럿 터널의 다수의 위치에서 프리스트레스형 선지보재(1)를 먼저 천공 설치하는 시공 방법에 있어, 선지보재에 인장잭으로 프리스트레스를 가하여 설계 늘음량을 발생시키기 위한 것이다.

파일럿 터널과 본선터널 굴착라인 사이에 선지보재를 시공하기 위하여 선천공할 때 발생하는 빈공을 이용하여 사전에 프리스트레스를 도입하는 방법과 본선터널의 굴착라인(20)까지 확대 굴착한 후 추가적인 판형 지보재인 프리캐스트 조각판(11), 철근으로 짜여진 트러스판, 숏크리트와 스틸리브 등의 세그먼트를 선지보재(1)와 결합하여 인장할 때 상기 선지보재(1)에 선행하중(프리스트레스)이 발생하도록 프리스트레스형 선지보재(1)로 시공하는 방법 및 이에 적합한 장치에 관한 것이다.

또한, 프리스트레스 선지보재의 품질을 확보하기 위하여 가압그라우팅을 하는 방법과 장치의 발명과 선지보재를 상향 시공할 때 중력방향으로 흘러내림을 방지하기 위한 스토퍼 장치를 개발하였다.

본 발명은 종래의 NATM 공법에서 락볼트 지보재의 가능한 지보능력에 비해 실제 발생되는 지보 효과가 미미한 점을 보완하기 위한 것으로서, 프리스트레스를 선지보재에 도입하여 원지반의 변형량을 줄였으며, 종래의 터널 시공 방법으로는 시공할 수 없었던 초대형 단면의 터널을 시공 가능하게 한 것이다.

선지보터널

Description

프리스트레스형 선지보 터널 시공 방법 및 이에 적합한 장치{PRE-STRESSING TUNNELING METHOD USING PRESUPPORT CONCEPT AND THEREOF APPARATUS}

본 발명은 대단면 터널을 굴착함에 있어 갱외와 갱내에서 프리스트레스 선지보재를 설치함에 있어 프리스트레스를 가하기 위한 선지보 터널 시공 방법 및 이에 적합한 장치에 관한 것으로서, 깊은 심도의 지하저장고, 지하철과 철도 정거장 및 도로의 대단면 터널을 시공하는 분야에 속한다.

종래의 터널공법은 터널을 시공할 때 원지반의 아칭을 유도하여 터널이 자립하도록 하는 시공 방법으로 숏크리트와 락볼트를 주지보재로 사용한다.

대한민국 특허 등록 10-0740200호 선지보 터널 시공 방법 및 이에 적합한 장치는 상기 시공 방법을 발전시켜 계획된 터널의 지표면에서 굴착 전에 선지보재를 설치하거나 대단면 터널의 중심에 파일럿 터널을 선굴착하여 본선 터널 굴착면에 선지보재를 먼저 설치한 후 대단면 터널의 본선 굴착면까지 확공하는 시공 방법이다.

종래의 NATM 공법 터널에서는 터널 굴착 후 숏크리트를 타설하고 락볼트를 설치한다. 그러나 이때는 이미 원지반이 총 변형량의 60~80%정도까지 변형을 받은 상태이다. 결과적으로는 추가적인 변형량이 20~40% 정도만이 남아있는 상태이다. 즉, 락볼트 지보재에 발생하는 응력은 원지반의 변형량에 따라 결정되기 때문에 매우 적은 응력만이 발생하게 되는 것이다. 다시 말하자면, 락볼트 지보재의 실제 능력에 비해 지보 효과가 매우 미미하게 되는 문제점이 있는 것이다.

또한, 터널 시공시 종래의 방법으로는 중벽 분할, 측벽 도갱 및 다단굴착 등과 같은 번거로운 굴착방법을 이용하고 있어 시공성이 매우 떨어지고 있는 실정이다. 게다가 선지보재에 프리스트레스를 도입하는 것은 종래의 단순한 프리스트레스 도입용 선지보재로는 시공중 발파 충격 등으로 인해 프리스트레스가 손실되거나 정착구 주위가 파손되는 단점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 종래 락볼트 지보재의 능력에 비해 지보 역할이 매우 적게 되는 단점을 개선하고, 갱내 파일럿 터널과 갱외 터널 상부 지표면에서 프리스트레스형 선지보재를 설치하여 프리스트레스를 도입하도록 한 프리스트레스형 선지보 터널 시공 방법 및 이에 적합한 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 이루기 위하여, 본 발명에 의한 프리스트레스형 선지보 터널 시공 방법은, 대단면 터널 내에 파일럿 터널을 굴착하는 단계와; 상기 파일럿 터널 내의 다수의 위치에서 상기 대단면 터널 내에 선지보재를 설치하 기 위하여 방사상으로 천공홀을 형성하는 단계와; 상기 단계에서 형성된 방사상의 천공홀에 본선터널 굴착면(20)으로부터 본선터널 갱외측 원지반까지 선지보재를 삽입한 후, 그라우팅하고 양생하는 단계로 이루어지는 선지보 터널 시공 방법에 있어서, 차기 공정으로 상기 선지보재를 인장할 때 프리스트레스가 발생하도록 프리스트레스형 선지보재로 시공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 프리스트레스형 선지보재로 시공하는 단계는, 파일럿 터널의 굴착면에서 선지보재를 시공하기 위하여 천공할 때 상기 본선 터널 굴착면과 상기 파일럿 터널 굴착면 사이의 빈공 내에서 인장잭을 이용하여 선지보재에 프리스트레스가 도입되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 프리스트레스형 선지보재는 인장시 그라우트와 인장재가 윤활보호관에 의해 분리되어 자유롭게 인장변형이 될 수 있게 하여 인장재의 전 길이에 프리스트레스가 발생하도록 하는 프리스트레스형 선지보재인 것을 특징으로 하며 발파 굴착시 터널 굴착면이 불균일하게 형성되어도 선지보재에 미리 도입된 프리스트레스가 긴 원통형의 갱측 정착구에 의해 손실되지 않도록한다.

본 발명의 프리스트레스형 선지보 터널 시공 방법 및 이에 적합한 장치에 의하면, 프리스트레스 선지보재는 미리 선지보재에 응력을 도입하여 원지반에 방사상 방향으로 압축력을 도입함으로써 도입된 프리스트레스만큼 원지반의 지보능력을 증가시키는 것이다.

따라서 선지보재에 프리스트레스를 도입하게 되면 도입된 만큼 원지반의 아 칭효과가 크며 변형량을 줄일 수 있고, 숏크리트 지보재의 두께도 줄일 수 있으며, 터널 지보재 중 방사상으로 설치되는 프리스트레스형 선지보재의 역할이 크게 증대되는 효과가 있다. 결과적으로 종래의 터널 시공 방법으로는 시공할 수 없었던 초대형 단면의 터널도 시공 가능하게 할 수 있으며, 또한 갱내 선지보 터널시공 방법에서 본선터널을 굴착하기 전에 파일럿 터널에서 천공 홀 내 인장잭으로 선지보재에 프리스트레스를 도입할 수 있도록 하여 선지보된 상태에서 작업하므로 안전한 시공이 될 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 갱외 선지보 터널에서 프리스트레스형 선지보재를 적용한 단면도이고, 도 4는 도 3의 A부분을 일부 확대 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 프리스트레스형 선지보재를 도시한 단면도와 갱내 선지보 터널에서 빈공을 이용해 선지보재를 삽입하기 위한 삽입용 파이프를 도시한 단면도이며, 도 6은 본 발명의 터널 굴착면에서 숏크리트 타설후 선지보재에 프리스트레스를 도입하는 것을 도시한 단면도이며, 도 7은 본 발명의 갱내 선지보 터널의 빈공에서 프리스트레스형 선지보재가 설치된 것을 도시한 단면도이며, 도 8은 본 발명의 갱내 선지보 파일럿 터널에서 빈공을 이용하여 프리스트레스를 선지보재에 도입하기 위한 파이프형 인장장치(30)를 도시한 상세 단면도이며, 도 9는 본 발명의 선지보재의 흘러내림을 방지하는 깔때기형 스토퍼(8)를 도시한 단면도이다. 도 10은 스토퍼에 그라우팅 호스가 정착되는 것을 도시한 것이고 도 11은 별모양의 스토퍼이고 도 12a는 팩커 작 동전 단면도이고 도 12b는 팩커를 압축하여 직경 방향으로 팽창한 것을 도시한 것이며 도 12c는 팩커의 가동 압축링과 갱측 고정구, 스토퍼링의 구성을 도시하고 스토퍼링이 갱측 고정구의 슬릿홈을 통해 인장재와 고정된 것을 상세히 나타낸 도면이다.

상기한 도 4내지 도 5에 도시된 바와 같이, 프리스트레스형 선지보재(1)의 양단에 설치된 정착구(2, 3)와 선지보재 선단 고정너트(5)가 고정 역할을 하여 선지보재 천공홀에 전면 부착 그라우팅시 종래의 락볼트와 같이 거동하게 된다. 이때의 프리스트레스형 선지보재(1)는 터널 주면 지반이 굴착에 따른 응력 해방에 의해 변형함으로써 프리스트레스형 선지보재(1)에 인장력이 발생하게 된다. 이 인장력이 터널의 지보 역할을 하는 것이다. 그리고 본선 터널까지 확대 굴착 후 인장재(46)를 인장하여 갱측 정착구(2)를 고정한 선단 고정너트(5)를 추가적으로 잠금으로써 목적하는 양 만큼의 프리스트레스를 추가 도입할 수 있는 것이다.

또한 상기의 프리스트레스형 선지보재(1)를 돌출되게 만든 후 굴착면에서 판구조를 추가 설치한 후 추가 프리스트레스를 도입할 수 있게 하였다.

도 5내지 도 7에서 상기 프리스트레스형 선지보재(1)는 터널 주변 지반과 발파 손상 영역보다 길게 파이프로 형성된 갱측 정착장치(2)가 마찰형으로 정착되고 선지보재와 가동되도록 장치되어 있으며 선단 고정너트(5)로 고정되어 프리스트레스가 도입된다. 파일럿 터널과 본선굴착면 사이를 굴착 또는 확장 발파시에 정착너트(5) 주변이 국부적으로 손상이 생겨도 정착 파이프에 의해 지지 되므로 프리스트레스의 손실이 없게 되는 것이다.

도 9는 선지보재(1)를 상향으로 삽입시공할 때 선지보재가 중력에 의해 내려오는 것을 방지하기 위한 깔때기형 스토퍼(8)를 선지보재에 한개 이상 설치하여 삽입은 용이하나 흘러내리지 않는 구조로 시공이 용이하도록 구성하였다.

또한 도 12a내지 도 12c에서 프리스트레스형 선지보재(1)는 절리가 많은 지반과 토사지반에서 정착장치에 결합된 선단 팩킹장치(17)에 의해 선단 고정너트(5)를 그라우트 누액으로부터 보호하여 프리스트레스 도입잭(30)을 용이하게 설치하도록 하고 가압그라우팅을 하여 터널 지반과 선지보재의 정착력을 증가시킨다.

본 발명은 도로의 3차선 이상의 폭원을 가진 대단면 터널을 효과적으로 시공하기 위한 것이다. 그 시공 방법은 대단면 터널 내에 선굴착(21)된 파일럿 터널 내의 다수의 위치에서 선지보재(1)를 설치하기 위하여 방사상으로 천공홀을 형성하는 단계와; 상기 단계에서 형성된 방사상의 천공홀에 선지보재(1)를 삽입한 후, 그라우팅하고 양생하는 단계와; 상기 대단면 터널의 굴착면(20)을 따라 터널을 굴착하고, 그 굴착면에 배수재를 설치하는 단계와; 상기 배수재의 하단에 상기 선지보재마다 조각판(11)을 연속해서 끼워 설치하되, 조각판(11)들의 측면에 형성된 끼움 돌기와 끼움 홈이 서로 맞물려 라이닝이 형성되도록 설치하는 단계와; 상기 조각판(11)을 관통한 선지보재에 지압판(12)을 대고 정착구를 조여 선지보재(1)에 조각판(11)을 압착 고정하고 조각판 후면을 그라우팅하는 단계를 포함하여 구성된다.

상기 배수재는 터널내의 판구조를 먼저 설치한 후 그 위에 배수재와 방수막을 설치하고 최종적으로 라이닝을 설치하기도 한다.

또한 조각판 대신에 숏크리트, 숏크리트와 철근으로 짜여진 트러스트판, 숏 크리트와 스틸리브 같은 터널에 사용되는 판구조들 중 하나를 선택하여 시공할 수 있다.

본 발명은 상기 선지보 터널공법에 프리스트레스 개념을 도입한 것으로 실 시 예에 의한 프리스트레스형 선지보 터널 시공 방법은 상기의 파일럿 터널 내의 다수의 위치에서 선지보재(1)를 설치하기 위하여 방사상으로 천공홀을 형성하는 단계와; 상기 단계에서 형성된 방사상의 천공홀에 본선터널 굴착면(20)부터 본선터널 갱외측 원지반까지 선지보재(1)를 삽입한 후, 그라우팅하고 양생하는 단계로 이루어지는 갱내 선지보 터널에 있어서, 상기 공정에서 선지보재를 프리스트레스가 발생하도록 프리스트레스형 선지보재(1)로 대체 시공하는 것과, 선지보재를 인장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

선지보재를 인장하는 단계는 파일럿터널 굴착면(21)에서 선지보재 시공을 위하여 천공할 때 상기 본선 터널 굴착면(20)과 상기 파일럿터널 굴착면 사이에 발생하는 빈공 내에서 인장잭(30)을 이용하여 선지보재에 프리스트레스를 도입하는 단계이다. 이때의 인장잭은 프리스트레스 발생 수단의 하나이며 프리스트레스형 선지보재는 가능한 전 길이에 균등하게 프리스트레스가 발생해야 한다. 이를 요약하면 선지보재에 프리스트레스 발생수단에 의해 프리스트레스가 발생하도록 하는 프리스트레스형 선지보재인 것을 특징으로 하는 장치이다.

상기 빈공 내의 인장잭(30)은 긴 파이프 내에 선지보재(1)를 고정하기 위해 선단 고정너트(5)를 유압으로 회전시키는 제1 구동부(31), 상기 선지보재(1)와 연결하는 커플러(35), 상기 커플러(35)를 구동시키는 제2 구동부(32)와 상기 선지보 재(1)를 인장하기 위한 피스톤부(33)로 이루어진 것으로, 상기 선단 고정너트(5)를 유압으로 회전시키는 제1 구동부(31)는 오일이 인입하는 호스와 배출되는 호스로 구성되는바, 원통형의 구동부는 파이프와 사이에 홈이 다수개 형성되어 물레방아 날개처럼 유압에 의해 회전하게 된다. 상기 인장잭(30)을 연결하는 커플러(35)를 구동시키는 제2 구동부(32) 역시 같은 원리로 회전하게 된다.

선지보재(1)를 인장하기 위한 피스톤부(33)는 커플러(35)가 끼워진 인장봉(34)이 연결되어 있다. 피스톤부(33)의 구동은 유압 호스로 인입 유압에 의해 직선운동으로 인장봉(34)을 잡아 당기고 피스톤부(33)의 타측 유압 호스는 유압이 배출되게 된다. 반대 방향으로 구동시는 인입 유압과 배출 유압이 서로 바뀌면 된다.

이에 대한 작동 원리는 먼저 커플러(35)를 유압으로 회전 체결 후 유압잭의 파이프가 갱측 정착구를 반력으로 하여 파이프내 피스톤으로 선지보재를 인장하면서 선지보재 선단 고정너트(5)를 회전하여 조임 정착한다.

이때의 프리스트레스 인장력은 재료의 장기 소성변형이 없는 범위 이내의 인장력이 최대 적용할 수 있는 인장력이 될 것이다.

또 다른 실시 예는, 계획된 터널 상부 지표면에서 본선 터널의 굴착면(20)에 프리스트레스형 선지보재(1)가 설치되거나 파일럿 터널에서 본선터널에 천공 삽입 그라우팅 양생 완료된 상태에서 파일럿 터널과 본선터널 굴착면(20)의 사이를 확장 굴착한 후, 프리스트레스를 도입하는 방법이 있다.

상기와 같은 본선 터널을 굴착전에 선지보하는 선지보 터널 시공 방법에서, 본선터널의 굴착면(20)에 인장잭(30)으로 프리스트레스형 선지보재(1)를 인장하여 설계 늘음량을 발생시키고 선지보재(1)가 돌출되도록 고정한 후 선지보재 정착부가 가동되도록 원형튜브형의 보호캡(7)으로 보호하고 판구조를 추가하여 돌출된 프리스트레스형 선지보재(1)에 단순 고정하거나 추가 프리스트레스를 가하여 고정하는 방법이 있다. 물론 본선터널 굴착면(20)에서 인장을 생략하고 판구조를 설치한 후 한번에 프리스트레스를 도입할 수도 있다.이때의 판구조는 숏크리트 또는 프리케스트 조각판, 지압판, 트러스판과 스틸리브 같은 판구조이면 된다.

상기 방법은 본선터널 굴착면(20)까지 확장 굴착 후 추가 프리스트레스를 도입하기 전까지는 프리스트레스형 선지보재(1)의 양단에 설치된 갱측 및 갱외측 정착구(2, 3)와 선지보재 선단 고정너트(5)가 고정 역할을 하여 선지보재 천공홀에 전면 부착 그라우팅시 종래의 락볼트(16)와 같이 거동하게 된다. 이때의 프리스트레스형 선지보재(1)는 터널 주면 지반이 굴착에 따른 응력 해방에 의해 변형함으로써 프리스트레스형 선지보재(1)에 인장력이 발생하게 된다. 이 인장력이 터널의 지보 역할을 하는 것이다. 그리고 본선 터널까지 확대 굴착 후 인장재(46)를 인장하여 갱측 정착구(2) 하단의 선단 고정너트(5)를 추가적으로 잠금으로써 목적하는 양만큼의 프리스트레스를 추가 도입할 수 있는 것이다.

상기 프리스트레스형 선지보재(1)는 본선터널 굴착면(20)의 보강을 위해 선지보재(1)에 프리스트레스가 발생하도록 선지보재(1)를 인장할 때 정착 장치가 고정되는 부위를 제외하고 그라우팅된 홀 내에서 선지보재가 가동되도록 윤활 보호관(4)을 피복하고, 그 선지보재(1) 한쪽 끝은 갱외측 정착구(3)가 구성되고, 다른쪽 끝단인 갱측 선지보재 외주면에는 파이프로 형성된 갱측 정착구(2)가 인장 재(46)와 가동되도록 장치되어 있으며 고정너트(5)에 의해 인장 후 조임이 가능하도록 결합되어 있다.

이와 같은 구조는 상기 선지보재의 선단 고정너트를 고정하여 인장 전은 NATM 공법의 락볼트와 같은 기능을 하고, 인장 후는 프리스트레스를 도입한 터널 지보재 기능을 하도록 한다.

상기 프리스트레스형 선지보재(1)는 터널 주변지반과 발파 손상영역보다 길게 파이프로 형성된 갱측 정착구(2)가 마찰형으로 정착되고 선지보재(1)와 가동되도록 장치되어 있으며 선단 고정너트(5)로 고정되어 프리스트레스가 도입된다. 파일럿 터널과 본선터널 굴착면(20)의 사이를 굴착 또는 확장 발파시에 선단 고정너트(5)의 주변이 국부적으로 손상이 생기더라도 정착 파이프에 의해 지지 되므로 프리스트레스의 손실이 없게 된다.

종래 일반 터널의 굴착면에서도 락볼트형 지보재 대신에 상기 양단 정착이 가능한 프리스트레스형 선지보재를 사용하여 터널을 시공하는 프리스트레스 선지보터널 시공 방법이 적용된다.

이때는 상기의 프리스트레스형 선지보재(1)가 락볼트 역할도 하면서 추가로 프리스트레스를 도입함으로써 터널 원지반의 아칭력을 증가시키게 된다.

상기 프리스트레스형 선지보재(1)를 상향으로 삽입 시공할 때 상기 선지보재(1)가 중력에 의해 내려오는 것을 방지하기 위한 깔때기형으로 접은 스토퍼(8)를 밴드(14)로 결합하여 선지보재(1)에 한 개 이상 설치하여 시공이 용이하도록 구성한다. 이때의 깔때기 재질은 경강판을 사용하여 탄성이 있어야 한다. 선지보재(1) 삽입시는 오므라져서 인입이 쉽고, 빠질 때는 깔때기가 탄성 회복력으로 벌어져서 중력에 의해 빠지지 않게 된다.

상기 깔때기형 스토퍼(8)는 탄성을 갖는 철판으로 별모양(도 10 참조)의 형태로서 쐐기(15)의 요철부위가 아래로 향하고 삽입은 용이하나 흘러내리지 않는 구조로서 선택적으로 천공홀 내의 지반조건의 연경도에 따라 사용한다. 이때 경도가 높은 곳은 별 모양을 사용한다.

상기의 프리스트레스형 선지보재(1)는 절리가 많은 암반지반과 토사지반에서 정착장치에 결합된 상기 정착부 팩킹장치(17)에 의해 선단 고정너트(5)를 그라우트 누액으로부터 보호하여 프리스트레스 인장잭(30)을 용이하게 설치하도록 하고 3~7kg/㎠의 압력으로 가압그라우팅을 실시하여 터널지반과 선지보재(1)의 정착력을 증가시키게 된다.

시험시공 결과 토사 터널에서 가압그라우팅을 3~7kg/㎠의 압력으로 시공했을 때 지반이 수압 할렬되는 한계주입압 보다 안전측의 압력이 되며 주면마찰 저항값은 일반 토사 지반에서 무압식 그라우팅 보다 2~3배 증가한다.

상기의 가압그라우팅을 위한 팩커는 갱측정착구(2)의 선단 바로 전에 설치되는 것으로서 원통형의 갱측정착구(2)에 팩커를 압축하는데 필요한 길이만큼 슬릿 홈(44)을 길이방향으로 길게 양측 또는 120도의 각으로 균등하게 배치하여 설치하고, 즉 적어도 두개소 이상 설치하고 스토퍼링(41)의 내측 링부와 인장재(46)의 외측을 슬릿홈(44) 사이로 용접하여 고정하고 팩커용 요부 고무튜브(42)와 철부 고무튜브(43)를 삽입하거나 원형 실린더형의 팩커형 고무튜브를 삽입하여 가동압축 링(40)을 인장재에 조립하고 선단고정너트를 돌려서 조임으로써 가동압축링(40)이 고무튜브를 압축하면 고무튜브는 직경방향으로 팽창하게 된다. 고무튜브는 탄성을 갖은것으로 이와 같은 재질이면 물론 대체사용도 가능하다.

상기에서 가동압축링이 고무튜브를 압축시 갱측정착구도 슬릿홈의 길이 만큼 여유있게 삽입되어 고무튜브의 압축 변형을 자유롭게 한다.

또한 천공홀 벽과 유격이 있는 종래의 팩커와는 달리 본 발명의 팩커는 나팔형 요부 팩커(42)의 확대부 직경은 천공홀의 직경보다 5~15% 크게 만들어서 천공홀에 삽입시 고무의 탄성에 의해 오므라지면서 외주면에 마찰력이 생기도록 한다. 따라서 상기 요부 팩커(42)와 천공홀 벽의 마찰력에 의해 상향으로 삽입시 하향으로 흘러내리지 않게 되고 팩커를 작동하기 위해 선단 고정너트를 조일 때는 요부 팩커(42)의 주면 마찰력에 의해 겉돌지 않게 된다.

도 1은 일반적인 갱외 선지보 터널을 도시한 단면도.

도 2는 종래 파일럿 터널 내에서 본선 터널 굴착면을 향하여 선지보재를 천공 삽입 그라우팅하여 보강하는 갱내 선지보 터널을 도시한 단면도.

도 3은 본 발명의 갱외 선지보 터널에서 프리스트레스형 선지보재를 적용한 단면도.

도 4는 도 3의 A부분을 일부 확대 도시한 단면도.

도 5는 본 발명의 프리스트레스형 선지보재를 도시한 단면도와 갱내 선지보 터널에서 빈공을 이용해 선지보재를 삽입하기 위한 삽입용 파이프를 도시한 단면도.

도 6은 본 발명의 터널 굴착면에서 숏크리트 타설후 선지보재에 프리스트레스를 도입하는 것을 도시한 단면도.

도 7은 본 발명의 갱내 선지보 터널의 빈공에서 프리스트레스형 선지보재가 설치된 것을 도시한 단면도.

도 8은 본 발명의 갱내 선지보 파일럿 터널에서 빈공을 이용하여 프리스트레스를 선지보재에 도입하기 위한 파이프형 인장장치를 도시한 상세 단면도.

도 9는 본 발명의 선지보재의 흘러내림을 방지하는 깔때기형 스토퍼를 도시한 단면도.

도 10은 본 발명의 깔때기형 스토퍼를 도시한 사시도.

도 11은 본 발명의 다른 형태의 깔때기형 스토퍼를 도시한 사시도.

도 12a는 본 발명의 압력식 그라우팅 팩커장치의 팩킹 전을 도시한 단면도.

도 12b는 본 발명의 압력식 그라우팅 팩커장치의 팩킹 후를 도시한 단면도.

도 12c는 본 발명의 압력식 그라우팅 팩커장치의 고무튜브를 압축하기 위한 가동 압축링(40)과 스토퍼링(41)이 갱측 정착구 내의 스릿을 통해 선지보재에 부착되어 있는 것을 도시한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 선지보재 2 : 갱측 정착구

3 : 갱외측 정착구 4 : 윤활보호관

5 : 선단 고정너트 7 : 정착두부 보호캡

8 : 스토퍼 11 : 조각판

12 : 지압판 13 : 주입호스

14 : 스프링밴드 15 : 쐐기

16 : 락볼트 17 : 팩킹장치

18 : 삽입용파이프 20 : 본선 터널의 굴착면

21 : 파일럿 터널의 굴착면 30 : 파이프형 인장잭

31 : 제1 구동부 32 : 제2 구동부

33 : 피스톤부 34 : 인장봉

35 : 커플러 36 : 유압호스

40 : 가동 압축링 41 : 스토퍼링

42 : 요부 팩커 43 : 철부 팩커

44 : 스토퍼링 고정 슬릿 홈 45 : 스토퍼링과 인장재 접합부

46 : 인장재

Claims

대단면 터널 내에 파일럿 터널을 굴착하는 단계와; 상기 파일럿 터널 내의 다수의 위치에서 상기 대단면 터널 내에 선지보재를 설치하기 위하여 방사상으로 천공홀을 형성하는 단계와; 상기 단계에서 형성된 방사상의 천공홀에 본선터널 굴착면으로부터 본선터널 갱외측 원지반까지 선지보재를 삽입한 후, 그라우팅하고 양생하는 단계로 이루어지는 선지보 터널 시공 방법에 있어서,

상기 공정에서 선지보재를 프리스트레스가 발생하도록 프리스트레스형 선지보재로 대체 시공하는 단계와;

상기 프리스트레스형 선지보재를 인장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스형 선지보 터널 시공 방법.
제1항에 있어서,

상기 선지보재를 인장하는 단계는, 파일럿 터널의 굴착면에서 선지보재를 시공하기 위하여 천공할 때 상기 본선 터널 굴착면과 상기 파일럿 터널 굴착면의 사이 빈공 내에서 인장잭을 이용하여 선지보재에 프리스트레스가 도입되도록 하는 단계인 것을 특징으로 하는 프리스트레스형 선지보 터널 시공 방법.
대단면 터널 내에 파일럿 터널을 굴착하고, 상기 파일럿 터널 내의 다수의 위치에서 상기 대단면 터널 내에 선지보재를 설치하기 위하여 방사상으로 천공홀을 형성하며, 상기 방사상의 천공홀에 본선터널 굴착면(20)으로부터 본선터널 갱외측 원지반까지 선지보재를 삽입한 후, 그라우팅하고 양생하는 선지보 터널 시공 장치에 있어서,

상기 선지보재는, 이를 인장할 때 상기 선지보재에 프리스트레스 발생수단에 의해 프리스트레스가 발생하도록 하는 프리스트레스형 선지보재인 것을 특징으로 하는 프리스트레스형 선지보 터널 시공 장치.
제3항에 있어서,

상기 프리스트레스 발생수단은 파일럿 터널의 굴착면에서 선지보재를 시공하기 위하여 천공할 때 상기 본선 터널 굴착면과 상기 파일럿 터널 굴착면의 사이 빈공 내의 인장잭(30)이고;

상기 인장잭(30)은 긴 파이프 내에 선지보재(1)를 고정하기 위해 선단 고정너트(5)를 유압으로 회전시키는 제1 구동부(31)와;

상기 선지보재(1)와 연결하는 커플러(35)와, 상기 커플러(35)를 구동시키는 제2 구동부(32)와;

상기 선지보재(1)를 인장하기 위한 피스톤부(33)로 이루어진 것을 특징으로 하는 프리스트레스형 선지보 터널 시공 장치.
선지보 터널에서 본선 터널의 굴착면에 프리스트레스형 선지보재가 천공 삽입 그라우팅 양생 완료된 상태에서 굴착면에 인장잭으로 프리스트레스형 선지보재 를 인장하여 설계 늘음량을 발생시키고 상기 선지보재가 돌출되도록 고정한 후 상기 선지보재의 정착부가 가동될 수 있도록 보호캡으로 보호하고 판구조를 추가하여 돌출된 프리스트레스형 선지보재에 고정하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스형 선지보 터널 시공 방법.
제3항에 있어서,

상기 프리스트레스형 선지보재는 굴착면 보강을 위해 선지보재에 프리스트레스가 발생하도록 선지보재를 인장할 때 정착장치가 고정되는 부위를 제외하고 그라우팅된 홀내에서 선지보재가 가동되도록 윤활 보호관을 피복하고,

상기 선지보재의 한쪽 끝은 갱외측 정착구가 구성되고, 다른 쪽 끝단인 갱측 선지보재의 외주면에는 파이프로 형성된 갱측 정착구가 인장재와 가동되도록 장치되어 있으며,

상기 선지보재의 선단 고정너트를 고정하여 인장 전은 NATM 공법의 락볼트와 같은 기능을 하고, 인장 후는 프리스트레스를 도입한 터널 지보재 기능을 하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스형 선지보 터널 시공 장치.
제6항에 있어서,

상기 선지보재를 상향으로 삽입 시공할 때 선지보재가 중력에 의해 내려오는 것을 방지하기 위한 경강판을 깔때기 형태로 접은 스토퍼가 선지보재에 적어도 하나 이상 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스형 선지보 터널 시공 장 치.
제7항에 있어서,

상기 스토퍼는 탄성을 갖은 철판으로 별모양으로서 쐐기의 요철부위가 하향으로 향하여 삽입은 용이하나 흘러내리지 않는 구조인 것을 특징으로 하는 프리스트레스형 선지보 터널 시공 장치.
제1항 또는 제5항에 있어서,

상기 프리스트레스형 선지보재의 그라우팅 방법은 절리가 많은 암반지반과 토사지반에서 정착구에 결합된 선단 팩킹장치에 의해, 가압그라우팅을 실시하여 상기 터널 지반과 상기 프리스트레스형 선지보재의 정착력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 프리스트레스형 선지보 터널 시공 방법.
가압그라우팅을 위한 팩커는 갱측정착구의 선단 바로 전에 설치되는 것으로서 원통형의 갱측정착구에 팩커를 압축하는데 필요한 길이만큼 슬릿홈이 길이방향으로 길게 주변에 균등하게 두개 이상을 배치하여 설치되어 있으며;

스토퍼링의 내측 링부와 인장재의 외측을 슬릿 홈 사이로 고정하고 팩커용 고무튜브를 삽입하여 가동압축링을 선지보재의 인장재에 조립하고 너트를 돌려서 조임으로써 상기 가동압축링이 상기 갱측정착구에 설치된 고무튜브를 압축하여 압축된 변형량에 의해 고무튜브가 직경방향으로 팽창하게 되는 것을 특징으로 하는 프리스트레스형 선지보 터널 시공 장치.
제10항에 있어서,

상기 팩커용 고무튜브는 요부 팩커와 철부 팩커로 분리되어 있으며,

상기의 요부 팩커는 나팔형으로서 확대부 직경은 천공홀의 직경보다 5~15% 크게 만들어서 천공홀에 삽입시 고무의 탄성에 의해 오므라지면서 외주면에 마찰력이 생기도록 하는 것을 특징으로 하는 프리스트레스형 선지보 터널 시공 장치.