KR20140008207A - 마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스 및 이를 이용한 비개착식 터널공법 - Google Patents

마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스 및 이를 이용한 비개착식 터널공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스 및 이를 이용한 비개착식 터널공법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비개착식 터널공법에 적용되는 프리캐스트 박스에 있어서,상기 프리캐스트 박스의 상면에 설치되고, 프리캐스트 박스를 지중으로의 압입 시, 프리캐스트 박스와 지반과의 마찰을 저감시키기 위한 마찰저감판이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
즉 본 발명은 종래에 지반 침하를 방지하기 위해 도입된 루프파이프를 사용하지 않을 뿐만 아니라, 루프파이프를 위한 선단슈의 단차진 부분을 평면 형태로 제작하여 선단슈와 프리캐스트 박스와의 단차를 없애 단면적 차이로 발생하는 지반 침하를 방지하고, 또한 프리캐스트 박스에 마찰계수가 적은 마찰저감판을 설치하여 프리캐스트 박스의 압입 시, 프리캐스트 박스와 토사와의 마찰을 저감시킴으로써 프리캐스트 박스가 점진적으로 압입되더라도, 프리캐스트 박스와 토사와의 마찰로 인한 토사의 압축작용과, 압축된 토사에 의하여 지표면에 작용하는 압력을 최소화하여 줌으로써 터널 시공 시, 지표면에서의 배부름현상을 방지할 수 있을 있으며, 프리캐스트 박스의 압입작업이 쉽고 용이하여 터널의 시공성능을 향상시킬 수 있는 마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스 및 이를 이용한 비개착식 터널공법을 제안하고자 한다.

Description

마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스 및 이를 이용한 비개착식 터널공법{PRECAST BOX EQUIPPED WITH PLATE FOR DECREASING FRICTION AND NON OPEN CUT TUNNELING METHOD THEREOF}
본 발명은 마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스 및 이를 이용한 비개착식 터널공법에 관한 것으로, 종래에 비개착식 터널공법의 경우 지반의 붕괴를 방지하기 위해 루프파이프가 도입되고, 이 루프파이프를 선단슈와 압입시키기 위해 선단슈의 상부 및 양측부에 단차를 형성하여 이 단차진 부분에 루프파이프를 관통 삽입시켜 고정시킴으로써 선단슈의 압입 시, 루프파이프가 동시에 압입되도록 구성되어 있다. 따라서 선단슈와 프리캐스트 박스는 선단슈의 단차진 부분만큼의 단면차이로 압입 시, 여굴을 발생시켜 지반 침하의 원인이 되고, 또한 루프파이프를 터널 전구 간에 설치하기 위해 횡방향으로 다수의 루프파이프들을 용접을 통하여 접합하여야 하기 때문에 작업능률이 저하될 뿐만 아니라, 선단슈의 압입 시, 선단슈와 함께 루프파이프가 끌려들어가게 되므로 상부에서 작용하는 토압에 의하여 루프파이프의 접합부위가 손상되거나, 또는 파단되는 문제가 있다. 아울러 다수의 루프파이프들 간의 틈새 사이로 유입되는 토사는 프리캐스트 박스의 상부에 쌓이게 되고, 이렇게 프리캐스트 박스에 쌓인 토사는 프리캐스트 박스가 압입되면서 프리캐스트 박스와의 마찰로 인하여 압입방향으로 밀려 점층적으로 압축되며, 이렇게 압축된 토사는 터널의 상부 지면에 압력으로 작용하여 지표면이 볼록해지는 배부름 현상을 발생시키는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 종래에 지반 침하를 방지하기 위해 도입된 루프파이프를 사용하지 않을 뿐만 아니라, 루프파이프를 위한 선단슈의 단차진 부분을 평면 형태로 제작하여 선단슈와 프리캐스트 박스와의 단차를 없애 단면적 차이로 발생하는 지반 침하를 방지하고, 또한 프리캐스트 박스에 마찰계수가 적은 마찰저감판을 설치하여 프리캐스트 박스의 압입 시, 프리캐스트 박스와 토사와의 마찰을 저감시킴으로써 프리캐스트 박스가 점진적으로 압입되더라도, 프리캐스트 박스와 토사와의 마찰로 인한 토사의 압축작용과, 압축된 토사에 의하여 지표면에 작용하는 압력을 최소화하여 줌으로써 터널 시공 시, 지표면에서의 배부름현상을 방지할 수 있을 있으며, 프리캐스트 박스의 압입작업이 쉽고 용이하여 터널의 시공성능을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
종래의 비개착식 터널 구조물을 시공하기 위해 본 발명의 출원인에 의하여 출원되고, 등록된 대한민국 등록특허 제10-1021867호(2011.03.07. 이하 '종래기술'이라 함.) "비개착식 터널 구조물 시공용 선단헤드"가 개시되어 있다.
상기 본 출원인에 의한 종래기술은 비개착식으로 지중에 터널 구조물을 시공하기 위해 터널 구조물의 전방에 구비되어 터널 구조물의 지중 압입을 안내하는 비개착식 터널 구조물 시공용 선단헤드에 있어서, 터널 구조물의 전방에 위치하고, 내부가 상기 터널 구조물의 터널과 연통되게 중공으로 형성되며, 다수의 관통홀이 형성되는 메인 프레임; 일측은 상기 메인 프레임의 소정위치에 고정 결합되고, 타측은 상기 터널 구조물의 전면에 접하게 위치하며, 상기 메인 프레임을 상기 터널 구조물에 대해 전진 압입 시키는 다수의 전진압입잭; 및 상기 터널 구조물의 외측에 길이방향으로 구비되며, 전방 일측은 상기 메인 프레임의 관통홀에 소정길이로 끼워져 결합되며, 상기 관통홀에 끼워진 소정위치에 관통홀에서 빠지는 것을 방지하기 위한 걸림턱이 형성되는 다수의 루프구조물;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
따라서 상기 종래기술은 터널 구조물의 전방에 위치하여 터널 구조물의 지중 압입을 안내하는 구조물로, 터널 구조물의 외측으로 다수의 루프파이프를 설치하며, 상기 루프파이프의 전방 일측을 선단헤드에 끼워 넣어 결합시키고, 터널 구조물과는 독립적으로 먼저 선단헤드와 루프파이프를 지중에 소정거리만큼 압입 전진시킬 수 있도록 하여, 지중 굴착작업의 안정성을 향상시키며, 터널 구조물의 지중 압입 시공시 지반이 붕괴되는 것을 방지함과 아울러, 터널 구조물 시공작업을 단순화하고, 공사기간을 단축시킬 수 있다는 특징을 갖는다.
그러나 도 7에 도시된 바와 같이 상기 종래기술은 터널 굴착을 위해 선단슈(10)에 루프파이프(100)를 설치하여 선단슈(10)의 압입 시, 루프파이프(100)도 지중으로 끌려들어가도록 구성하기 위해
선단슈(10)의 상부 및 양측부에 단차(16)를 형성하고, 단차진 부분에 다수의 관통공을 형성하여 루프파이프(100)를 삽입한 후, 루프파이프(100)를 선단슈(10)에 전단에 고정시키게 된다.
따라서 선단슈(10)가 압입되면서 루프파이프(100)가 끌려들어가게 되는데,
이 경우 루프파이프(100) 설치를 위한 선단슈(10)의 단차진 부분에 의하여 프리캐스트 박스(20)와 선단슈(10)는 단면 차이가 발생하게 된다.
만약 도 7의 도시와 같이 상부 단차가 16cm인 경우 양측부 단차는 좌우 단차를 합쳐 32cm가 되므로 프리캐스트 박스(20)와의 단면 차이도 대략 상기 단차에 상응하게 되고,
따라서 선단슈(10)가 압입되면 선단슈(10)의 후방에는 프리캐스트 박스(20) 상면과 양측면에 상기 단차만큼 차이가 공간으로 형성된다.
이는 루프파이프(100)가 장착된 선단슈(10)가 압입되는 과정에서 상기 단차만큼 불필요한 굴착이 이루어져 여굴(余堀)이 형성되고,
이러한 여굴은 지반을 구성하는 토사가 채워지는 공간이 될 뿐만 아니라, 이 공간을 채우는 토사만큼 지반 하부에서 토사가 유실됨으로써 침하나, 또는 붕괴가 발생하는 문제가 있다.
또한 루프 구조물로서 종래기술과 같이 루프파이프(100)를 도입하는 경우에는 터널 전 구간에 루프파이프(100)를 설치하기 위해 횡방향으로 단일 루프파이프(100)들을 일일이 용접하여 접합하여야 함으로 작업능률이 떨어지는 문제가 있다.
아울러 루프파이프(100)들간의 연결체는 선단슈(10)의 압입 시, 선단슈(10)에 의하여 지중으로 끌려들어가기 때문에 상부에서 작용하는 토압에 의하여 루프파이프(100)가 눌려 루프파이프(100)들 간의 용접된 접합부위가 손상되거나, 또는 파단되는 문제와,
단차진 선단슈(10)에 의하여 형성되는 공간상에서 루프파이프(100)가 처지는 현상이 발생하여 루프파이프(100) 연결체를 직선화하기 어렵다는 문제가 있다.
나아가 종래기술과 같이 루프파이프(100)에 의하여 루프 구조물을 형성하는 경우에는 다수의 루프파이프(100)들 간의 틈새 사이로 토사 흘러내려 프리캐스트 박스(20)의 상부에 쌓이게 되고,
이렇게 프리캐스트 박스(20)에 쌓인 토사는 프리캐스트 박스(20)가 압입되면서 프리캐스트 박스(20)와의 마찰로 인하여 압입방향으로 밀려 점층적으로 압축되며, 이렇게 압축된 토사는 터널의 상부 지면에 압력으로 작용하여 지표면이 볼록해지는 배부름 현상을 발생시키는 문제가 있다.
상기한 바와 같은 문제 발생을 방지하기 위해 루프파이프(100)가 도입되지 않는 경우에도 콘크리트로 제작되는 프리캐스트 박스(20)는 그 표면이 거칠어 마찰력이 클 뿐만 아니라, 수분에 대한 흡수력이 크기 때문에 프리캐스트 박스(20)의 외측면과 접하는 지면과의 마찰이 증대되고,
이는 프리캐스트 박스(20)의 압입 시, 지면에 작용하는 전단력에 의하여 토사가 압입방향으로 밀림리는 현상이 발생하게 된다.
이러한 토사의 밀림현상은 프리캐스트 박스(20)의 압입 초기에는 토사의 양이 많지 않아 압축되는 정도가 약해 지반에 작용하는 압력이 미약하므로 지표면에 영향을 미치지 않게 되나,
상기 프리캐스트 박스(20)가 터널 내부로 점진적으로 압입되면서 프리캐스트 박스(20) 상면에 쌓이는 토사의 양이 증대될 뿐만 아니라, 토사가 압입방향으로 밀리면서 압축 정도가 심해진다.
이렇게 압축된 토사는 계속되는 프리캐스트 박스(20)의 압입으로 점층적으로 압력이 축적되고, 이렇게 압력이 축적되어 지반에 작용하게 되면 압력이 작용하는 지점의 지표면이 볼록해지는 배부름현상이 발생하게 된다.
이러한 지표면의 배부름현상은 지반을 약화시킬 수 있고, 터널 공사 후 지표면의 평탄화 작업을 수행하여야 하므로 비개착식 터널공법의 특징, 즉 지반의 변위 없이 터널 구조물을 시공할 수 있다는 특징을 반감시키는 문제가 있고,
또한 프리캐스트 박스(20)와 토사와의 마찰로 발생하는 전단력에 의하여 프리캐스트 박스(20)의 압입을 위해 큰 압력이 필요하게 되므로, 압입을 위한 압입장치에 부하가 증대되는 문제가 있다.
따라서 본 출원인 상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해 터널 구조물의 압입 시, 터널 구조물과 그 상면으로 유입되는 토사와의 마찰을 저감시킬 수 있는 프리캐스트 박스를 도입하고, 이에 따른 비개착식 터널공법을 개발하기에 이른 것이다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
종래에 지반 침하를 방지하기 위해 도입된 루프파이프를 사용하지 않을 뿐만 아니라, 루프파이프를 위한 선단슈의 단차진 부분을 평면 형태로 제작하여 선단슈와 프리캐스트 박스와의 단차를 없애 단면적 차이로 발생하는 지반 침하를 방지할 수 있고,
또한 프리캐스트 박스에 마찰계수가 적은 마찰저감판을 설치하여 프리캐스트 박스의 압입 시, 프리캐스트 박스와 토사와의 마찰을 저감시킴으로써 프리캐스트 박스가 점진적으로 압입되더라도, 프리캐스트 박스와 토사와의 마찰로 인한 토사의 압축작용과, 압축된 토사에 의하여 지표면에 작용하는 압력을 최소화하여 줌으로써 터널 시공 시, 지표면에서의 배부름현상을 방지할 수 있을 있으며, 프리캐스트 박스의 압입작업이 쉽고 용이하여 터널의 시공성능을 향상시키고자 하는 것을 하나의 목적으로 한다.
아울러 본 발명은 마찰저감판의 양측부를 절곡하여 프리캐스트 박스의 양측면을 감싸는 측판이 구비됨으로써 프리캐스트 박스의 압입작업 시, 프리캐스트 박스의 양측면과 터널의 양측 지면과의 마찰로 인한 전단력을 감소시켜 프리캐스트 박스의 압입작업이 용이해질 뿐만 아니라, 프리캐스트 박스를 압입시키기 위한 원압잭의 부하를 줄일 수 있어 장치의 내구성을 향상시킬 수 있는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
나아가 본 발명은 최전방에 위치하는 프리캐스트 박스의 상하면과 양측면, 즉 프리캐스트 박스의 외측면을 마찰저감판이 완전히 감싸도록 구성됨으로써 가장 큰 압력을 받는 최전방의 프리캐스트 박스를 보강하여 줌으로써 보다 안정적인 굴착 작업을 보장할 수 있는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
아울러 본 발명은 마찰저감판이 미리 프리캐스트 박스에 설치되어 수직갱에 배치됨과 동시에 바로 압입작업을 수행할 수 있기 때문에 종래와 같이 압입 작업 중에 루프파이프들을 일일이 용접하여야 하는 불편함으로 없애 작업능률을 획기적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이를 통하여 공사기간을 단축시킴으로써 경제성을 제고할 수 있는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
본 발명에 따른 마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스는 비개착식 터널공법에 적용되는 프리캐스트 박스에 있어서,
상기 프리캐스트 박스의 상면에 설치되고, 프리캐스트 박스를 지중으로의 압입 시, 프리캐스트 박스와 지반과의 마찰을 저감시키기 위한 마찰저감판이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 마찰저감판은 상기 프리캐스트 박스의 양측면에 접하는 측판이 더 구비되거나, 또는 상기 측판과 연결되어 프리캐스트 박스의 하면에 접하는 하판이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스 및 이를 이용한 터널공법은
(a) 터널 구조물을 설치할 장소를 굴착하여 소정깊이의 수직갱을 형성하고, 상기 수직갱 후면에 반력벽을 설치한 후, 상기 수직갱의 하부 전면에서 가이드파이프를 지중으로 압입하며, 상기 반력벽에 원압잭을 설치하는 단계;
(b) 선단슈를 수직갱 전면에 배치시키고, 상기 선단슈의 후방에 프리캐스트 박스를 배치시키는 단계;
(c) 상기 선단슈를 지중으로 압입한 후, 상기 선단슈 내부의 토사를 굴착하는 단계;
(d) 상기 원압잭에 의하여 상기 프리캐스트 박스를 굴착거리만큼 전진 이동시켜 압입하는 단계; 및
(e) 상기 (d)단계 후에, 압입된 프리캐스트 박스 후방에 연속적으로 프리캐스트 박스를 배치시켜 상기 (c)단계 및 상기 (d)단계의 작업을 반복 수행함으로써 다수의 프리캐스트 박스가 압입된 터널 구조물의 시공을 완료하는 단계;를 포함하여 이루어지되,
상기 (a)단계에는 상기 프리캐스트 박스의 압입 시, 프리캐스트 박스와 지반과의 마찰을 저감시키기 위해 프리캐스트 박스의 상면과 양측면을 감싸도록 마찰저감판을 설치하는 (a′)단계가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 프리캐스트 박스 중, 최전방에 위치하는 프리캐스트 박스에 설치되는 마찰저감판은 상기 프리캐스트 박스의 양측면에 접하는 측판과 이어지고, 상기 프리캐스트 박스의 하면에 접하는 하판이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스 및 이를 이용한 비개착식 터널공법은 종래에 지반 침하를 방지하기 위해 도입된 루프파이프를 사용하지 않을 뿐만 아니라, 루프파이프를 위한 선단슈의 단차진 부분을 평면 형태로 제작하여 선단슈와 프리캐스트 박스와의 단차를 없애 단면적 차이로 발생하는 지반 침하의 방지할 수 있게 된다.
또한 본 발명은 프리캐스트 박스에 마찰계수가 적은 마찰저감판을 설치하여 프리캐스트 박스의 압입 시, 프리캐스트 박스와 토사와의 마찰을 저감시킴으로써 프리캐스트 박스가 점진적으로 압입되더라도, 프리캐스트 박스와 토사와의 마찰로 인한 토사의 압축작용과, 압축된 토사에 의하여 지표면에 작용하는 압력을 최소화하여 줌으로써 터널 시공 시, 지표면에서의 배부름현상을 방지할 수 있을 있으며, 프리캐스트 박스의 압입작업이 쉽고 용이하여 터널의 시공성능을 향상시킬 수 있게 된다.
아울러 본 발명은 마찰저감판의 양측부를 절곡하여 프리캐스트 박스의 양측면을 감싸는 측판이 구비됨으로써 프리캐스트 박스의 압입작업 시, 프리캐스트 박스의 양측면과 터널의 양측 지면과의 마찰로 인한 전단력을 감소시켜 프리캐스트 박스의 압입작업이 용이해질 뿐만 아니라, 프리캐스트 박스를 압입시키기 위한 원압잭의 부하를 줄일 수 있어 장치의 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
나아가 본 발명은 최전방에 위치하는 프리캐스트 박스의 상하면과 양측면, 즉 프리캐스트 박스의 외측면을 마찰저감판이 완전히 감싸도록 구성됨으로써 가장 큰 압력을 받는 최전방의 프리캐스트 박스를 보강하여 줌으로써 보다 안정적인 굴착 작업을 보장할 수 있게 된다.
아울러 본 발명은 마찰저감판이 미리 프리캐스트 박스에 설치되어 수직갱에 배치됨과 동시에 바로 압입작업을 수행할 수 있기 때문에 종래와 같이 압입 작업 중에 루프파이프들을 일일이 용접하여야 하는 불편함으로 없애 작업능률을 획기적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이를 통하여 공사기간을 단축시킴으로써 경제성을 제고할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스를 이용한 비개착식 터널공법을 나타내는 흐름도,
도 2는 본 발명에 따른 선단슈와 프리캐스트 박스를 나타내는 단면도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 프리캐스트 박스 및 마찰저감판를 나타내는 단면도 및 사시도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 비개착식 터널공법을 나타내는 작업 공정도,
도 7은 종래의 선단슈와 루프 구조물을 나타내는 단면도.
이하에서는 본 발명에 따른 마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스 및 이를 이용한 비개착식 터널공법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
우선 본 명세서에서는 비개착식 터널공법을 먼저 기술하고, 마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스에 관하여는 비개착식 터널공법을 설명하면서 해당 부분에서 이를 보다 자세하게 기술하기로 한다.
도 1 내지 도6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스를 이용한 비개착식 터널공법은
터널 구조물을 시공하기 위한 수직갱(1)의 굴착하고, 부대시설들을 설치하는 (a)단계(S100)와, 상기 수직갱(1)에 선단슈(10)와, 프리캐스트 박스(20)를 배치시키는 (b)단계(S200)와, 상기 선단슈(10)의 압입 후, 선단슈(10) 내부의 토사를 굴착하는 (c)단계(S300)와, 상기 프리캐스트 박스(20)를 굴착거리만큼 압입시키는 (d)단계(S400)와, 그리고 다수의 프리캐스트 박스(20)를 연속적으로 압입시켜 터널 구조물의 시공을 완료하는 (e)단계(S500)를 포함하여 이루어진다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 비개착식 터널공법에서, 상기 (a)단계(S100)는
터널을 시공하고자 하는 장소의 양편을 수직방향으로 소정깊이만큼 굴착하여 수직갱(1)을 형성하고, 터널 구조물을 시공하기 위한 부대시설들은 수직갱(1)에 설치하는 공정이다.
우선 상기 수직갱(1)을 굴착한 후, 수직갱(10)의 전면을 제외한 양측면과 후면에는 수직갱 벽면의 침하나, 붕괴 및 토사의 유실을 방지하기 위해 방호용 구조물(미도시)이 설치되며,
상기 수직갱(1)의 후면에 반력벽(2)을 설치하고, 이 반력벽(2)은 철근 콘크리트 구조물 또는 무근 콘크리트 구조물로 시공되어 프리캐스트 박스(20)의 압입 추진 시, 반력으로 사용하게 된다.
다음으로 상기 반력벽(2)의 설치 후, 수직갱(1)의 하부 전면으로 가이드파이프(3)를 압입하기 위해 가설압입잭(미도시)을 설치하고, 이 가설압입잭으로 가이드파이프(3)를 지중으로 압입시키게 된다.
이때 상기 가이드파이프(3)는 프리캐스트 박스(20)의 압입 시, 터널의 하부 지면을 보강하기 위한 것으로 상기 가설압입잭에 의하여 다수의 가이드파이프(3)를 지중에 수평방향으로 나란히 압입한 후, 가이드파이프(3) 내부에 콘크리트를 타설함으로써 프리캐스트 박스(20)의 하면이 접하는 터널의 하부 지면을 보강하게 된다.
또한 상기 가이드파이프(3)의 외측에 그라우트 작업을 수행하여 방수 및 토질을 안정화시키는 것이 바람직하고,
이때 상기 가이드파이프(3)는 압입 후, 압입된 가이드파이프(3)의 후단에 또 다른 가이드파이프(3)의 전단을 용접하여 연속적으로 압입하게 된다.
다만 필요에 따라서는 상기 가이드파이프(3) 대신에 시공 현장에서 손쉽게 구할 수 있고, 공사비용을 절감할 수 있는 H형강(미도시)을 도입하는 것도 가능하다.
그리고 상기 가이드파이프(3)의 압입 후, 상기 반력벽(2)에 다수의 원압잭(5)을 설치한 후, 상기 수직갱(1)의 바닥면에 추진레일(6)을 설치하여 프리캐스트 박스(20)가 추진레일(6)에 거치되도록 하고, 프리캐스트 박스(20)의 압입 시, 상기 추진레일(6)에 의하여 프리캐스트 박스(20)의 이동이 원활해질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
아울러 상기 각 원압잭(5)의 전단부는 프리캐스트 박스(20)의 후면에 대응하도록 형성된 압륜(미도시)이 연결되어 있는데,
상기 원압잭(5)에 의한 압력으로 프리캐스트 박스(20)를 압입시키는 경우,
고압력의 원압잭(5) 단부가 직접 프리캐스트 박스(20)의 후면에 접촉됨으로써 프리캐스트 박스(20)의 압입 시, 원압잭(5)과 접촉되는 프리캐스트 박스(20)의 접촉면이 패이거나, 균열과 같은 손상이 발생할 수 있게 때문에 상기 압륜에 의하여 프리캐스트 박스(20)를 보호함으로써 손상을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 비개착식 터널공법에서, 상기 (b)단계(S200)는
선단슈(10)와, 프리캐스트 박스(20)를 제작하여 상기 수직갱(1)에 배치시켜 선단슈(10)와 프리캐스트 박스(20)를 압입 추진시키기 위한 준비 공정이다.
우선 상기 선단슈(10)는 전단에 연결되는 압입날(12)과,
그리고 후단에 연결되고, 동일한 평면상에 구비되는 토사유입방지패널(11)을 포함하여 이루어진다.
상기 토사유입방지패널(11)은 선단슈(10)의 압입 추진 시, 토사나 자갈 등의 낙하를 방지하여 최전방에 위치하는 프리캐스트 박스(20)로 토사나 자갈이 유입되는 것을 방지하게 되고,
상기 압입날(13)은 선단슈(10)의 최전방에 배열되어 있어 선단슈(10)의 압입 추진 시, 관입을 통하여 지중으로의 압입이 용이해지게 한다.
아울러 상기 선단슈(11)는 압입 과정에서 내부로 들어오는 토사가 내측면에 구비된 경사부(15)에 의하여 토사가 압축되어 근입되도록 함으로써 지하수의 침투를 방지하게 된다.
또한 상기 선단슈(10)의 내측 상부 및 하부에는 압입잭(14)을 수용하기 위한 박스 형태의 장착부(13)가 구비되어 압입잭(14)이 고정 설치되고,
상기 압입잭(14)은 최전방에 배치되는 프리캐스트 박스의 전면을 반력체로 하여 선단슈(10)를 압입 추진시키게 된다.
특히 본 발명은 도 7에 도시된 바와 같이 종래에 지반의 침하를 방지하기 위해 도입되었던 루프파이프(100)는 다음과 같은 이유에서 적용되지 않고, 이와 더불어 루프파이프(100)의 도입으로 단차진 형태를 갖도록 제작되었던 선단슈의 구조 역시 다음과 같은 이유에서 구조적인 개선을 통하여 지반 침하 및 붕괴를 방지할 수 있게 된다.
우선 종래의 비개착식 터널 시공 시, 지반의 침하를 방지하기 위해 터널 전 구간에 루프 구조물을 형성하기 위해 다수의 루프파이프(100)를 터널 구조물 상부 및 양측부에 나란히 배치시켜 루프 구조물을 형성하게 된다.
이 경우 루프파이프(100)를 터널 전구간에 설치하기 위해서는 횡방향으로 다수의 루프파이프(100)들을 연속적으로 용접하여 지중으로 수평하게 매설되는데,
매설되는 루프파이프(100)의 직경이 소경인 경우에는 루프파이프 후방에서 압입장치를 이용하여 직접 압입하는 것이 용이하지 않다.
이는 터널 시공 초기에 압입되는 루프파이프(100)는 압입길이가 짧아 횡방향으로의 휨이나, 굽힘이 발생하지 않게 되지만,
터널 시공이 어느 정도 진행된 경우에는 상호 접합된 루프파이프(100)의 길이가 길어짐으로써 후방에서 가해지는 압력에 의하여 휨이나, 굽힘과 같은 변형이 발생하는 문제가 있다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 터널 굴착을 위해 선단슈(10)에 루프파이프(100)를 설치하여 선단슈(10)의 압입 시, 루프파이프(100)도 지중으로 끌려들어가도록 구성하기 위해
선단슈(10)의 상부 및 양측부에 단차(16)를 형성하고, 단차진 부분에 다수의 관통공을 형성하여 루프파이프(100)를 삽입한 후, 루프파이프(100)를 선단슈(10)에 전단에 고정시키게 된다.
따라서 선단슈(10)가 압입되면서 루프파이프(100)가 끌려들어가게 되는데,
이 경우 루프파이프(100) 설치를 위한 선단슈(10)의 단차진 부분에 의하여 프리캐스트 박스와 선단슈(10)는 단면 차이가 발생하게 된다.
만약 상부 단차가 16cm인 경우 양측부 단차는 좌우 단차를 합쳐 32cm가 되므로 프리캐스트 박스와의 단면 차이도 대략 상기 단차에 상응하게 되고,
따라서 선단슈(10)가 압입되면 선단슈(10)의 후방에는 프리캐스트 박스 상면과 양측면에 상기 단차만큼 차이가 공간으로 형성된다.
이는 루프파이프(100)가 장착된 선단슈(10)가 압입되는 과정에서 상기 단차만큼 불필요한 굴착이 이루어져 여굴(余堀)이 형성되고,
이러한 여굴은 지반을 구성하는 토사가 채워지는 공간이 될 뿐만 아니라, 이 공간을 채우는 토사만큼 지반 하부에서 토사가 유실됨으로써 침하나, 또는 붕괴가 발생하는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명에서는 루프파이프(100)를 적용하지 않고, 이에 의하여 종래의 선단슈(10)와 같이 단차진 형태로 제작할 필요가 없으며,
이는 선단슈(10)의 외측면에 수평하게 제작됨으로써 선단슈(10)와 프리캐스트 박스(20)간의 단면 차이를 발생시키지 않아 종래와 같이 선단슈(10)의 압입 시에 여굴이 발생할 여지가 없게 된다.
나아가 본 발명은 종래와 같이 루프 구조물로서 루프파이프(100)를 도입하지 않는 것은 상기한 바와 같은 선단슈(10)의 구조적인 문제를 해결하고,
또한 루프파이프(100)를 터널 전 구간에 설치하기 위해 횡방향으로 단일 루프파이프(100)들을 일일이 용접하여 접합하여야 함으로 작업능률이 떨어지는 문제를 해결할 수 있게 된다.
아울러 루프파이프(100)들간의 연결체는 선단슈(10)의 압입 시, 선단슈(10)에 의하여 지중으로 끌려들어가기 때문에 상부에서 작용하는 토압에 의하여 루프파이프(100)가 눌려 루프파이프(100)들 간의 용접된 접합부위가 손상되거나, 또는 파단되는 문제와,
단차진 선단슈(10)에 의하여 형성되는 공간상에서 루프파이프(100)가 처지는 현상이 발생하여 루프파이프(100) 연결체를 직선화하기 어렵다는 문제가 있다.
나아가 종래와 같이 루프파이프(100)에 의하여 루프 구조물을 형성하는 경우에는 다수의 루프파이프(100)들 간의 틈새 사이로 토사 흘러내려 프리캐스트 박스(20)의 상부에 쌓이게 되고,
이렇게 프리캐스트 박스(20)에 쌓인 토사는 프리캐스트 박스(20)가 압입되면서 프리캐스트 박스(20)와의 마찰로 인하여 압입방향으로 밀려 점층적으로 압축되며, 이렇게 압축된 토사는 터널의 상부 지면에 압력으로 작용하여 지표면이 볼록해지는 배부름 현상을 발생시키는 문제가 있다.
상기한 바와 같은 문제 발생을 방지하기 위해 루프파이프(100)가 도입되지 않는 경우에도 콘크리트로 제작되는 프리캐스트 박스(20)는 그 표면이 거칠어 마찰력이 클 뿐만 아니라, 수분에 대한 흡수력이 크기 때문에 프리캐스트 박스(20)의 외측면과 접하는 지면과의 마찰이 증대되고,
이는 프리캐스트 박스(20)의 압입 시, 지면에 작용하는 전단력에 의하여 토사가 압입방향으로 밀림리는 현상이 발생하게 된다.
이러한 토사의 밀림현상은 프리캐스트 박스(20)의 압입 초기에는 토사의 양이 많지 않아 압축되는 정도가 약해 지반에 작용하는 압력이 미약하므로 지표면에 영향을 미치지 않게 되나,
상기 프리캐스트 박스(20)가 터널 내부로 점진적으로 압입되면서 프리캐스트 박스(20) 상면에 쌓이는 토사의 양이 증대될 뿐만 아니라, 토사가 압입방향으로 밀리면서 압축 정도가 심해진다.
이렇게 압축된 토사는 계속되는 프리캐스트 박스(20)의 압입으로 점층적으로 압력이 축적되고, 이렇게 압력이 축적되어 지반에 작용하게 되면 압력이 작용하는 지점의 지표면이 볼록해지는 배부름현상이 발생하게 된다.
이러한 지표면의 배부름현상은 지반을 약화시킬 수 있고, 터널 공사 후 지표면의 평탄화 작업을 수행하여야 하므로 비개착식 터널공법의 특징, 즉 지반의 변위 없이 터널 구조물을 시공할 수 있다는 특징을 반감시키는 문제가 있고,
또한 프리캐스트 박스(20)와 토사와의 마찰로 발생하는 전단력에 의하여 프리캐스트 박스의 압입을 위해 큰 압력이 필요하게 되므로, 압입을 위한 원압잭(5)에 부하가 증대되는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 (a)단계(S100)에서는 상기 프리캐스트 박스(20)에 마찰저감판(40)을 설치하기 위한 (a′)단계(110)를 도입하여 프리캐스트 박스(20)의 압입과정에서 프리캐스트 박스(20)와 지면과의 마찰로 인한 토사의 압축과, 이로 인한 지표면에 대한 압력작용을 최소화시킬 수 있게 된다.
우선 상기 마찰저감판(30)은 상기 프리캐스트 박스(20) 상면에 고정 설치되는데,
상기 마찰저감판(30)은 철판과 같이 콘크리트로 제작된 프리캐스트 박스(20)의 표면보다 마찰계수가 적은 소재를 도입하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에서는 마찰저감판(30)은 마찰력이 크지 않은 철판으로 구성함으로써,
프리캐스트 박스(20)의 압입작업 시, 프리캐스트 박스(20)와 지면과의 마찰을 줄일 수 있고, 이에 의하여 프리캐스트 박스(20)가 점진적으로 압입되더라도 마찰로 인한 토사의 밀린 현상을 최소화할 수 있게 된다.
이는 종래와 같이 압축된 토사에 의하여 지면에 작용하는 압력을 극감시킴으로써 프리캐스트 박스(20)의 압입 과정에서 지표면의 배부름현상을 방지하고,
또한 터널의 시공 후, 지표면이 평탄화 작업과 같이 불필요한 부수적인 작업공정을 없앨 수 있을 뿐만 아니라, 프리캐스트 박스(20)와 토사와의 마찰이 저감됨으로써 프리캐스트 박스(20)의 압입이 보다 수월해져 압입력을 공급하는 원압잭(5)의 부하를 줄일 수 있게 된다.
특히 상기 마찰저감판(30)은 지면과의 마찰이 거의 발생하지 않기 때문에 프리캐스트 박스(20)의 압입 시, 프리캐스트 박스(20)와 지면과의 전단력이 최소화됨으로써 프리캐스트 박스(20)의 압입이 적은 압력으로 가능하게 되어 압입 작업이 쉽고 용이하게 된다.
이러한 상기 마찰저감판(30)은 상기 프리캐스트 박스(20)의 상면에 설치되는 상판(31)과, 상기 상판(31)의 양측부를 절곡하여 상기 프리캐스트 박스(20)의 양측면을 감싸는 측판(33)을 포함하여 이루어진다.
우선 상기 마찰저감판(30)의 상판(31)은 분절된 형태로 이루어지고, 각 상판(31)의 인접 단부를 용접하여 접합함으로써 프리캐스트 박스(20)의 상면에 설치하게 되는데,
이 경우 상기 상판(31)을 분절된 형태로 제작하여 용접 접합시키는 것은 설치상의 편의성을 위한 것으로, 이와 달리 상판(31)을 하나의 판재로 하여 프리캐스트 박스(20)의 상면에 고정 설치하는 것도 가능하다.
다음으로 상기 마찰저감판(30)의 측판(33)은 각 상판(31)의 측단부를 하부 방향으로 절곡하여 프리캐스트 박스(20)의 상부 양측면을 감싸도록 구성되는 (a″)단계(S110)를 도입하여
상기 측판(33)이 프리캐스트 박스(20)의 압입 시, 상기 프리캐스트 박스(20)의 양측면과 터널의 양측 지면과의 마찰을 저감시켜 프리캐스트 박스(20)의 압입이 용이해지도록 함으로써 터널의 시공성능을 향상시키고, 원압잭(5)의 부하를 줄일 수 있게 된다.
아울러 상기 측판(33)은 도 3의 도시와 같이 프리캐스트 박스(20)의 양측면 상부 일정 부분만을 감싸도록 형성되어 있으나, 이와 달리 도 4의 도시와 같이 상기 측판(33)이 프리캐스트 박스(20)의 양측면 전체를 감싸도록 형성하는 것도 가능하다.
한편 도 4에 도시된 바와 같이 상기 마찰저감부(30)가 장착된 다수의 프리캐스트 박스(20)를 입입하는 경우 최전방에 배치되는 프리캐스트 박스(20)는 선단슈(10)의 압입을 위한 압입잭(14)과, 프리캐스트 박스(20)의 압입을 위한 원압잭(5)에 의하여 가장 빈번한 압력이 작용하게 될 뿐만 아니라, 가장 큰 압력을 받기 때문에 압력이 작용하는 부위가 패이거나, 파손될 수 있다.
따라서 본 발명에서는 최전방에 배치되는 프리캐스트 박스(20)에 장착되는 마찰저감판(30)은 프리캐스트 박스(20)의 상면과 양측면을 감싸도록 상판(31)과 측판(33)을 구성되고,
특히 상기 측판(33)의 하단을 연결하여 프리캐스트 박스(20)의 하면에 접하는 하판(35)을 도입하여 최전방의 프리캐스트 박스(20)의 강도를 보강하여 줌으로써 보다 안정적인 압입 구조를 도입할 수 있게 된다.
그리고 상기 마찰저감판(30)은 프리캐스트 박스(20)에 별도로 부착하는 것이 가능하나, 프리캐스트 박스(20)의 성형 시, 마찰저감판(30)을 일체로 형성하여 프리캐스트 박스(20)와 마찰저감판(30) 간의 부착력을 증대시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
나아가 상기 마찰저감판(30)은 미리 프리캐스트 박스(20)에 설치되어 압입을 위하여 바로 투입되고, 압입됨으로써 종래에 루프파이프(100)가 적용되는 경우와 같이 압입 작업 중에 루프파이프를 접합시키기 위한 용접 작업을 할 필요가 없어 작업능률을 획기적으로 향상시킬 수 있고,
이에 의하여 공사기간을 단축시킴으로써 경제성을 제고할 수 있게 된다.
또한 철판으로 제작되는 마찰저감판(30)에 소요되는 비용은 강관으로 제작된 루프파이프(100)에 비하여 훨씬 저가이기 때문에 비용의 절감이라는 차원에서 루프파이프(100)가 도입된 경우와 비교할 수 없는 경제적인 이점을 얻을 수 있게 된다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 비개착식 터널공법에서, 상기 (c)단계(S300)는
상기 선단슈(10)를 압입한 후, 선단슈(10) 내부를 굴착하여 프리캐스트 박스(20)를 압입을 준비하는 공정이다.
우선 상기 (c)단계(300)에서는 상기 선단슈(10)를 압입잭(14)에 의하여 지중으로 압입시키게 되는데,
상기 선단슈(10)의 압입은 상기 압입잭(14)이 작동하여 최전방의 프리캐스트 박스(20)의 전면을 반력체로 하여 압입이 이루어진다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 비개착식 터널공법에서, 상기 (d)단계(S400)는
상기 (c)단계(S300)에 의하여 터널을 굴착한 후, 프리캐스트 박스(20)를 원압잭(5)에 의하여 상기 프리캐스트 박스(20)를 굴착거리만큼 전진시켜 지중으로 압입시키는 공정이다.
즉 상기 (d)단계(S400)는 상기 선단슈(10)의 압입 후, 선단슈(10) 내부를 굴착하게 되는데,
이 경우 상기 선단슈(10)의 압입거리는 프리캐스트 박스(20)의 폭 길이에 대응하는 거리, 예컨대 프리캐스트 박스(20)의 폭 길이가 50cm 인 경우에는 압입거리 역시 50cm 정도 압입하고, 굴착거리 역시 압입거리만큼 굴착하게 되므로 50cm 정도 굴착을 하게 된다.
도 1 내지 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 비개착식 터널공법에서, 상기 (e)단계(S500)는
상기 프리캐스트 박스(20)를 연속적으로 입입시켜 터널 구조물의 시공을 완료하기 위한 공정이다.
즉 상기 (e)단계는 상기 (d)단계(S400)에 의하여 상기 프리캐스트 박스(20)가 지중으로 압입된 후,
압입된 프리캐스트 박스(20) 후방에, 또 다른 프리캐스트 박스(20)를 연속적으로 배치시키고, 상기 (c)단계(S300) 및 상기 (d)단계(S400)에 의하여 선단슈(10)의 반복적인 압입과, 굴착 작업을 수행함과 동시에, 프리캐스트 박스(20)들을 연속적으로 압입함으로써 다수의 프리캐스트 박스가 압입된 터널 구조물의 시공을 완료하게 된다.
이 경우 상기 프리캐스트 박스(20)0는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 압입 시, 상기 토사유입방지패널(11)의 후미에서 벗어나지 않도록 하여 토사가 최전방에 배치된 프리캐스트 박스(20)의 전방으로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편 본 발명에 따른 원압잭 및 압입잭은 각각 큰 압입력을 공급하기 위해 고용량의 유압식 잭을 사용하는 것이 바람직하고,
필요에 따라서는 설치 개수의 증감을 통하여 압입력을 조절할 수 있도록 하는 것도 가능하다.
아울러 첨부된 도면에는 도시되지 않았지만 본 발명에 따른 프리캐스트 박스에는 강선이 삽입 가능하도록 관통공이 형성되어 다수의 프리캐스트 박스가 터널 구조물을 형성한 후, 상기 관통공들을 통하여 강선을 삽입하여 긴장하여 줌으로써 터널 구조물의 구조적인 안정성을 도모할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한 첨부된 도면에는 도시되지 않았지만 본 발명에 따른 프리캐스트 박스의 전면와 후면에는 상호 대응하도록 안치홈을 형성하고, 이 안치홈에 방수를 위한 패킹부재를 삽입하여 각 프리캐스트 박스의 접촉면으로 지하수가 유입되거나, 미세 토사들이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스 및 이를 이용한 비개착식 터널공법을 설명함에 있어 특정 형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 수직갱 2 : 반력벽
3 : 가이드파이프 5 : 원압잭
6 : 추진레일
10 : 선단슈 11 : 토사유입방지패널
12 압입날 13 : 장착부
14 : 압입잭 15 : 경사부
16 : 단차
20 : 프리캐스트 박스
30 : 마찰저감판 31 : 상판
33 : 측판 35 : 하판
100 : 루프파이프

Claims (4)

  1. 비개착식 터널공법에 적용되는 프리캐스트 박스에 있어서,

    상기 프리캐스트 박스의 상면에 설치되고, 프리캐스트 박스를 지중으로의 압입 시, 프리캐스트 박스와 지반과의 마찰을 저감시키기 위한 마찰저감판이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 박스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마찰저감판은 상기 프리캐스트 박스의 양측면에 접하는 측판이 더 구비되거나, 또는 상기 측판과 연결되어 프리캐스트 박스의 하면에 접하는 하판이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 프리캐스트 박스.
  3. (a) 터널 구조물을 설치할 장소를 굴착하여 소정깊이의 수직갱을 형성하고, 상기 수직갱 후면에 반력벽을 설치한 후, 상기 수직갱의 하부 전면에서 가이드파이프를 지중으로 압입하며, 상기 반력벽에 원압잭을 설치하는 단계;
    (b) 선단슈를 수직갱 전면에 배치시키고, 상기 선단슈의 후방에 프리캐스트 박스를 배치시키는 단계;
    (c) 상기 선단슈를 지중으로 압입한 후, 상기 선단슈 내부의 토사를 굴착하는 단계;
    (d) 상기 원압잭에 의하여 상기 프리캐스트 박스를 굴착거리만큼 전진 이동시켜 압입하는 단계; 및
    (e) 상기 (d)단계 후에, 압입된 프리캐스트 박스 후방에 연속적으로 프리캐스트 박스를 배치시켜 상기 (c)단계 및 상기 (d)단계의 작업을 반복 수행함으로써 다수의 프리캐스트 박스가 압입된 터널 구조물의 시공을 완료하는 단계;를 포함하여 이루어지되,

    상기 (a)단계에는 상기 프리캐스트 박스의 압입 시, 프리캐스트 박스와 지반과의 마찰을 저감시키기 위해 프리캐스트 박스의 상면과 양측면을 감싸도록 마찰저감판을 설치하는 (a′)단계가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스를 이용한 비개착식 터널공법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 프리캐스트 박스 중, 최전방에 위치하는 프리캐스트 박스에 설치되는 마찰저감판은 상기 프리캐스트 박스의 양측면에 접하는 측판과 이어지고, 상기 프리캐스트 박스의 하면에 접하는 하판이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 마찰저감판을 구비한 프리캐스트 박스를 이용한 비개착식 터널공법.
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