KR20130135679A - 지중 관추진용 중첩형 복공 세그먼트 및 이를 이용한 관추진 공법 - Google Patents

지중 관추진용 중첩형 복공 세그먼트 및 이를 이용한 관추진 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터널 등 지중 관체형 구조물의 비개착 추진 시공에 적용되는 관추진 공법 및 복공(覆工) 세그먼트(segment)에 관한 것으로, 외주면에 다수의 돌출부(31) 및 요입부(32)가 등간격으로 반복 형성된 내측분할판(10)과, 내주면에 상기 내측분할판(10)의 돌출부(31) 및 요입부(32)와 각각 일치하는 형상의 요입부(32) 및 돌출부(31)가 등간격으로 반복 형성된 외측분할판(20)으로 세그먼트를 구성하고, 굴진과정에서 이들 내측분할판(10) 및 외측분할판(20) 조합체가 축방향으로 결합되어 관체형 구조물이 완성될 수 있도록 한 것이다.
본 발명을 통하여 체결나사(19) 등 별도의 체결수단 없이도 지중 관체를 신속하고 견고하게 조립할 수 있을 뿐 아니라, 이형(異形) 단면의 판체가 중첩되는 구조로 지중 관체를 형성함으로써 완공시는 물론 시공중의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.

Description

지중 관추진용 중첩형 복공 세그먼트 및 이를 이용한 관추진 공법{OVERLAP TYPE SHIELD SEGMENT FOR UNDERGROUND PIPE PROPULSION AND PIPE PROPULSION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 터널 등 지중 관체형 구조물의 비개착 추진 시공에 적용되는 관추진 공법 및 복공(覆工) 세그먼트(segment)에 관한 것으로, 외주면에 다수의 돌출부(31) 및 요입부(32)가 등간격으로 반복 형성된 내측분할판(10)과, 내주면에 상기 내측분할판(10)의 돌출부(31) 및 요입부(32)와 각각 일치하는 형상의 요입부(32) 및 돌출부(31)가 등간격으로 반복 형성된 외측분할판(20)으로 세그먼트를 구성하고, 굴진과정에서 이들 내측분할판(10) 및 외측분할판(20) 조합체가 축방향으로 결합되어 관체형 구조물이 완성될 수 있도록 한 것이다.
관추진 공법이란 도로 및 철도 터널, 지하도, 공동구(共同溝), 도수관로(導水管路) 및 배수구 등 각종 관체형 지하구조물의 시공시, 공사구간의 개착을 최소화하기 위하여 구조물 노선의 시점 또는 종점에 수직갱 형태의 추진기지(15)를 구축하고, 전방에 굴착장치(41)가 설치된 선도관(40)을 투입하여 수평 굴진을 실시함과 동시에 선도관(40) 후방측에 복공 구조물을 설치하는 공법을 말한다.
관추진 공법에 있어서 복공 구조물을 설치하는 방식으로는 선도관(40)의 전진과 동시에 추진기지(15)에서 강제(鋼製) 관체를 굴진방향으로 연속 압입하는 방식과, 도 1에서와 같이 선도관(40)의 전진과 동반하여 선도관(40) 내부에서 분할된 접합세그먼트(16)를 조합함으로써 복공 구조물을 점진적으로 구축하는 방식으로 분류될 수 있다.
전자의 방식은 횡단면이 완전 폐합된 관체를 지중으로 압입하게 되는 바, 수밀성 및 시공중 구조 안정성이 우수한 장점이 있으나, 발진기지에 유압장치 등의 압입수단은 물론 반력벽(反力壁) 및 부속 보강 구조물을 구축하여야 할 뿐 아니라, 굴진거리가 증가함에 따라 압입 관체의 주면마찰이 누적되어 추진저항이 증가되므로 시공 가능한 총 연장에 한계를 가질 수 밖에 없다.
반면, 후자의 방식은 도 1에서와 같이, 선도관(40)의 굴진에 동반하여 선도관(40) 내부에서 접합세그먼트(16)를 조립하게 되므로, 추진기지(15)에 압입수단 등을 구축할 필요가 없을 뿐 아니라 선도관(40)의 추진저항이 굴진거리에 따라 증가하지 않고, 접합세그먼트(16)가 조립되어 완성된 지중 관체는 해당 지점에 고정되므로 선도관(40)의 굴진과 동시에 선도관(40) 후방의 지중 관체에 대한 지수처리, 백필그라우팅(backfill grouting), 보강 또는 미장용 2차 복공 등의 후처리 작업이 가능하며, 따라서 장거리 굴진이 가능할 뿐 아니라, 공기 또한 단축할 수 있다.
이러한 접합세그먼트(16) 조립 방식의 관추진 공법에 있어, 도 1에 예시된 바와 같은 원형단면의 지중 관체 시공시에는 동 도면내 발췌 확대부에서와 같이 호형(弧形)으로 등각 분할된 접합세그먼트(16)가 사용되는 것이 일반적이며, 동 도면내 A-A' 단면도에서와 같이, 체결나사(19)를 통하여 인접한 접합세그먼트(16)의 측단부가 상호 결속되어 전체 지중 관체를 형성하게 된다.
따라서, 선도관(40)이 일정거리 굴진하면 선도관(40) 내부로 접합세그먼트(16)를 반입하여 기 구축된 접합세그먼트(16) 조립체 선단에 반입된 접합세그먼트(16)를 체결나사(19) 등을 통하여 체결하는 작업을 반복하게 되므로, 공정의 간소화에 한계가 있을 수 밖에 없다.
특히, 시공 단위 구간에 대한 접합세그먼트(16) 조립이 완료되어 해당 지점 지중 관체의 계획단면 전체가 폐합 완성되기 전 즉, 접합세그먼트(16)의 조립중에는 구조적 안정성을 담보할 수 없으므로 별도의 지보 수단을 강구하여야 하는 문제점이 있다.
또한, 도 1의 발췌 확대부에서와 같이, 접합세그먼트(16)의 외곽에 체결공(18)이 천공된 플랜지(17)를 형성하고 인접 접합세그먼트(16)의 플랜지(17)들을 상호 밀착한 후 체결나사(19)를 체결하는 방식으로 지중 관체를 조립하게 되는데, 접합세그먼트(16)에 형성되는 플랜지(17)로 인하여 지중 관체의 내부 공간이 잠식될 뿐 아니라, 접합세그먼트(16)의 두께가 불필요하게 증가되어 접합세그먼트(16)의 반입 및 취급이 어려운 문제점이 있다.
이러한 접합세그먼트(16) 반입 및 취급상 편의를 확보하기 위하여 도 1의 A-A' 단면도에서와 같이 지중 관체를 조밀하게 분할하여 접합세그먼트(16)를 소형화하고 있으나, 이는 접합세그먼트(16) 조립 공정을 지연하는 결과를 유발할 뿐 아니라, 접합세그먼트(16)간 연결부가 누수 취약부로 작용하는 심각한 문제점을 야기할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 지중 관체형(管體形) 구조물의 비개착 추진 시공용 복공(覆工) 세그먼트(segment)에 있어서, 외주면에 다수의 돌출부(31) 및 요입부(32)가 등간격으로 반복 형성된 내측분할판(10)과, 내주면에 상기 내측분할판(10)의 돌출부(31) 및 요입부(32)와 각각 일치하는 형상의 요입부(32) 및 돌출부(31)가 등간격으로 반복 형성된 외측분할판(20)으로 구성되고, 내측분할판(10)의 돌출부(31) 및 요입부(32)와 외측분할판(20)의 요입부(32) 및 돌출부(31)가 계획 지중 관체의 축방향으로 결합됨을 특징으로 하는 지중 관추진용 중첩형 복공 세그먼트이자, 상기 내측분할판(10) 또는 외측분할판(20)의 요입부(32)에는 걸림턱(33)이 형성되어 요입부(32)에 결합되는 돌출부(31)의 활동을 차단함을 특징으로 하는 지중 관추진용 중첩형 복공 세그먼트이다.
또한, 상기 지중 관추진용 중첩형 복공 세그먼트를 이용한 관추진 공법에 있어서, 전방에 굴착장치(41)가 설치된 선도관(40) 내주면에는 다수의 유압잭(42) 후단부가 고정되며, 내측분할판(10)이 선도관(40)내로 반입되고 유압잭(42)이 수축된 상태에서 선도관(40)내 선두(先頭) 외측분할판(20) 선단부의 요입부(32) 및 돌출부(31)에 내측분할판(10) 후단부의 돌출부(31) 및 요입부(32)를 삽입 거치하는 단계와, 유압잭(42)을 신장하여 유압잭(42)이 상기 내측분할판(10) 선단부를 계획 굴진 방향의 역방향으로 압박함으로써 외측분할판(20) 및 내측분할판(10)의 돌출부(31) 및 요입부(32)가 상호 결합된 상태에서 내측분할판(10)을 외측분할판(20)에 압입하는 단계와, 유압잭(42)의 신장을 속행(續行)하여 선도관(40) 및 굴착장치(41)를 전진시키는 단계가 포함됨을 특징으로 하는 지중 관추진용 중첩형 복공 세그먼트를 이용한 관추진 공법이다.
본 발명을 통하여 체결나사(19) 등 별도의 체결수단 없이도 지중 관체를 신속하고 견고하게 조립할 수 있을 뿐 아니라, 이형(異形) 단면의 판체가 중첩되는 구조로 지중 관체를 형성함으로써 완공시는 물론 시공중의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
또한 완성된 지중 관체의 분할 부위를 최소화하고 분할 부위를 중첩되는 판체가 밀착 폐쇄할 수 있도록 함으로써, 지중 관체의 수밀성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 관추진 공법 설명도
도 2는 본 발명 세그먼트의 결합상태 사시도
도 3은 본 발명 세그먼트의 분해사시도
도 4는 본 발명이 적용된 지중 관체 사시도
도 5는 본 발명이 적용된 지중 관체의 횡단면도
도 6은 본 발명의 시공에 사용되는 선도관 부분절단 사시도
도 7은 본 발명의 시공과정 설명도
도 8은 걸림턱이 형성된 본 발명 세그먼트의 일 실시예 분해사시도
도 9는 도 8 실시예가 적용된 지중 관체 사시도
도 10은 본 발명이 적용된 지중 관체 횡단면 예시도
본 발명의 상세한 구성을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 2는 본 발명의 세그먼트가 결합, 조립되어 단위 구간의 지중 관체를 형성한 상태를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2 지중 관체의 조립전 상태를 도시한 분해사시도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명의 세그먼트는 외주면에 다수의 돌출부(31) 및 요입부(32)가 등간격으로 반복 형성된 내측분할판(10)과, 내주면에 상기 내측분할판(10)의 돌출부(31) 및 요입부(32)와 각각 일치하는 형상의 요입부(32) 및 돌출부(31)가 등간격으로 반복 형성된 외측분할판(20)으로 구성된다.
도 2에서와 같이, 내측분할판(10)의 외주면 및 외측분할판(20)의 내주면에 형성되는 돌출부(31)와 요입부(32)는 돌출방향과 요입방향으로 단면 형상이 확대되는 일종의 도브테일(dovetail) 구조를 가지게 되며, 동일한 형상의 돌출부(31)와 요입부(32)가 등간격으로 반복되면서 내측분할판(10) 외주면과 외측분할판(20) 내주면이 밀착, 치합되는 방식으로 결합된다.
이렇듯 내측분할판(10)과 외측분할판(20)으로 구성되는 본 발명의 세그먼트를 통하여 조립 구축된 지중 관체가 도 4에 도시되어 있다.
도 4를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 지중 관체의 조립에 있어서 외측분할판(20) 및 내측분할판(10)의 측단 연결부가 교호(交互)로 형성되도록 즉, 지중 관체의 노선상 측단 연결부가 동일선상에 위치하는 것이 아니라 구간별로 엇갈려 형성되록 조립된다.
또한, 외측분할판(20) 및 내측분할판(10)의 전, 후단 연결부도 교호로 즉, 외측분할판(20)의 전, 후단 연결부와 내측분할판(10)의 전, 후단 연결부 위치가 지중 관체의 노선상 일치하는 것이 아니라, 외측분할판(20)과 내측분할판(10)이 엇갈려 중첩되도록 조립된다.
따라서 도 5에 도시된 도 4 지중 관체의 구간별 횡단면도에서와 같이, 내측분할판(10)과 외측분할판(20)이 상호 중첩, 치합되어, 나사 등 별도의 체결수단 없이도 내측분할판(10)과 외측분할판(20)의 조립은 물론 내측분할판(10) 상호간 및 외측분할판(20) 상호간의 조립이 가능하다.
내측분할판(10)과 외측분할판(20)의 조립은 조립대상 내측분할판(10) 또는 외측분할판(20)을 축방향 후방측 즉, 지중 관체의 노선상 추진 방향의 역방향으로 삽입하는 방식으로 이루어지는데, 이러한 삽입은 도 6에서와 같이 선도관(40)에 설치된 유압잭(42)을 통하여 수행되며, 여기서 유압잭(42)은 내측분할판(10) 및 외측분할판(20)의 후방측 삽입 뿐 아니라, 삽입이 완료된 후에는 지중 관체를 반력체로 활용하여 선도관(40)을 전진시키는 역할도 수행하게 된다.
선도관(40) 전방에 굴착장치(41)가 설치된 기계식 굴착 추진에 있어서 본 발명의 세그먼트 적용시 시공과정을 도 7을 통하여 설명하면 다음과 같다.
우선 도 7의 상단부에서와 같이, 전방에 굴착장치(41)가 설치된 선도관(40) 내주면에는 다수의 유압잭(42) 후단부가 고정되며, 내측분할판(10)이 선도관(40)내로 반입되고 유압잭(42)이 수축된 상태에서 선도관(40)내 선두(先頭) 외측분할판(20) 선단부의 요입부(32) 및 돌출부(31)에 내측분할판(10) 후단부의 돌출부(31) 및 요입부(32)를 부분 삽입하여 거치한다.
이후 유압잭(42)에 유압을 인가하여 신장하면 유압잭(42)이 상기 내측분할판(10) 선단부를 계획 굴진 방향의 역방향으로 압박하게 되고, 이로써 외측분할판(20) 및 내측분할판(10)의 돌출부(31) 및 요입부(32)가 상호 결합된 상태에서 내측분할판(10)이 활동(sliding)하면서 삽입 결합되게 된다.
이러한 내측분할판(10)과 외측분할판(20)의 유압잭(42)을 통한 결합시 선도관(40)은 굴진을 중지하고 정지상태를 유지하는 것이 바람직하며, 내측분할판(10)의 삽입 활동은 삽입 대상 내측분할판(10)의 후단이 외측분할판(20)에 기 결합된 선두 내측분할판(10)의 선단에 도달함으로써 완료된다.
삽입이 완료된 내측분할판(10)은 후단부가 이전 내측분할판(10)의 선단에 의하여 지지되는 상태가 되어, 유압잭(42)이 압박하여도 더이상의 활동은 중지되며, 따라서 유압잭(42)이 신장을 지속함에 따라 유압잭(42)의 후단부가 고정된 선도관(40)이 전진하게 된다.
즉, 삽입 완료된 내측분할판(10)이 선도관(40) 추진의 반력체로서 작용하게 되는 것으로, 내측분할판(10)의 삽입 완료 후 유압잭(42)의 신장을 속행(續行)하면서 굴착장치(41)를 작동함으로써 선도관(40) 및 굴착장치(41)를 추진하게 되는 것이다.
이후 선도관(40)의 굴진이 소정 거리 진행되면, 선도관(40)내로 외측분할판(20)을 반입하고 유압잭(42)을 수축한 후 전술한 내측분할판(10)의 조립과 동일한 방식으로 선두 내측분할판(10)에 반입된 외측분할판(20)을 결합하게 되며, 이러한 과정을 반복함으로써 전체 지중 관체를 구축하게 된다.
이렇듯, 내측분할판(10)과 외측분할판(20)의 중첩 결합을 통하여 나사, 접착 또는 용접 등 별도의 접합 수단 없이도 굴진과 지중 관체 조립을 신속하고 견고하게 수행할 수 있으며, 이형(異形) 단면의 판체가 중첩되는 구조로 지중 관체를 형성함으로써 완공시는 물론 시공중의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
또한 완성된 지중 관체의 분할 부위를 최소화하고 도 5에서와 같이, 분할 부위를 중첩되는 판체가 밀착 폐쇄할 수 있도록 함으로써, 지중 관체의 수밀성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
한편, 도 8 및 도 9는 내측분할판(10) 또는 외측분할판(20)의 요입부(32)에 걸림턱(33)을 형성하여 요입부(32)에 결합되는 돌출부(31)의 활동을 조기에 차단함으로써, 지중 관체의 전체 구간에 걸쳐 내측분할판(10) 및 외측분할판(20)이 중첩되는 것이 아니라, 도 9에서와 같이, 간헐적인 중첩이 이루어지도록 한 것이다.
이러한 내측분할판(10) 및 외측분할판(20)의 간헐 중첩을 통하여 굴진 속도를 향상시키고 한정된 수량의 내측분할판(10) 및 외측분할판(20)을 통하여 시공할 수 있는 지중 관체의 연장을 극대화할 수 있다.
또한, 도 10은 다양한 단면 형상의 내측분할판(10) 및 외측분할판(20) 조립체를 예시한 것으로, 동 도면의 상부 도면에서와 같이 사각형 단면의 지중 관체의 경우 동일한 형상의 내측분할판(10)과 외측분할판(20)을 적용할 수 있으며, 동 도면의 하부 도면에서와 같이 돌출부(31) 및 요입부(32)를 완만하게 만곡 형성함으로써 내측분할판(10)과 외측분할판(20)간 결합시 삽입 저항을 저감할 수도 있다.
10 : 내측분할판
15 : 추진기지
16 : 접합세그먼트
17 : 플랜지(flange)
18 : 체결공
19 : 체결나사
20 : 외측분할판
31 : 돌출부
32 : 요입부
33 : 걸림턱
40 : 선도관
41 : 굴착장치
42 : 유압잭

Claims (3)

  1. 지중 관체형(管體形) 구조물의 비개착 추진 시공용 복공(覆工) 세그먼트(segment)에 있어서,
    외주면에 다수의 돌출부(31) 및 요입부(32)가 등간격으로 반복 형성된 내측분할판(10)과;
    내주면에 상기 내측분할판(10)의 돌출부(31) 및 요입부(32)와 각각 일치하는 형상의 요입부(32) 및 돌출부(31)가 등간격으로 반복 형성된 외측분할판(20)으로 구성되고;
    내측분할판(10)의 돌출부(31) 및 요입부(32)와 외측분할판(20)의 요입부(32) 및 돌출부(31)가 계획 지중 관체의 축방향으로 결합됨을 특징으로 하는 지중 관추진용 중첩형 복공 세그먼트.
  2. 청구항 1에 있어서, 내측분할판(10) 또는 외측분할판(20)의 요입부(32)에는 걸림턱(33)이 형성되어 요입부(32)에 결합되는 돌출부(31)의 활동을 차단함을 특징으로 하는 지중 관추진용 중첩형 복공 세그먼트.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2의 지중 관추진용 중첩형 복공 세그먼트를 이용한 관추진 공법에 있어서,
    전방에 굴착장치(41)가 설치된 선도관(40) 내주면에는 다수의 유압잭(42) 후단부가 고정되며;
    내측분할판(10)이 선도관(40)내로 반입되고 유압잭(42)이 수축된 상태에서 선도관(40)내 선두(先頭) 외측분할판(20) 선단부의 요입부(32) 및 돌출부(31)에 내측분할판(10) 후단부의 돌출부(31) 및 요입부(32)를 삽입 거치하는 단계와;
    유압잭(42)을 신장하여 유압잭(42)이 상기 내측분할판(10) 선단부를 계획 굴진 방향의 역방향으로 압박함으로써 외측분할판(20) 및 내측분할판(10)의 돌출부(31) 및 요입부(32)가 상호 결합된 상태에서 내측분할판(10)을 외측분할판(20)에 압입하는 단계와;
    유압잭(42)의 신장을 속행(續行)하여 선도관(40) 및 굴착장치(41)를 전진시키는 단계가 포함됨을 특징으로 하는 지중 관추진용 중첩형 복공 세그먼트를 이용한 관추진 공법.
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