KR20140082343A - 터널 벽체를 선시공한 후 터널 내부를 굴착하는 비개착 터널 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 굴착될 터널의 횡방향 윤곽선 경계를 따라 다수 개의 강관을 압입하고, 압입된 강관들에 의해 형성된 터널의 횡단면 윤곽선을 기준으로 하여, 터널의 길이방향을 따라 상기 강관들이 서로 인접하는 인접부를 일정폭만큼 절단하여 상기 강관들의 각 내부를 서로 연통시키는 연결공간을 형성하고, 상기 연결공간과 상기 강관 내부에 의해 형성된 작업공간에 터널 지지보를 터널의 전장(全長)에 걸쳐 순차적으로 설치하고 콘크리트를 타설함으로써 터널 벽체시공을 완료하고 난 이후에, 터널 내 토사의 굴착작업을 실시하여 터널을 시공하는 방법에 관한 것으로서,
터널 내 토사의 굴착작업을 실시하기 이전에 미리 터널 벽체시공이 완료하기 때문에, 터널 내부 토사 굴착 시에 토압에 의한 지반침하 또는 붕괴를 방지할 수 있어 시공 안정성을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라,
터널 벽체 지지보와 상기 하부버팀보(40)가 서로 일체화된, 하나의 형폐 구조물로 거동하기 때문에 큰 내하력을 확보할 수 있는 터널 시공방법이다.

Description

터널 벽체를 선시공한 후 터널 내부를 굴착하는 비개착 터널 시공방법{METHOD FOR CONSTRUCTING TUNNEL BY USING PIPE}

본 발명은 굴착될 터널의 횡방향 윤곽선 경계를 따라 다수 개의 강관을 압입하고, 압입된 강관들에 의해 형성된 터널의 횡단면 윤곽선을 기준으로 하여, 터널의 길이방향을 따라 상기 강관들이 서로 인접하는 인접부를 일정폭만큼 절단하여 상기 강관들의 각 내부를 서로 연통시키는 연결공간을 형성하고, 상기 연결공간과 상기 강관 내부에 의해 형성된 작업공간에 터널 지지보를 터널의 전장(全長)에 걸쳐 순차적으로 설치하고 콘크리트를 타설함으로써 터널 벽체시공을 완료하고 난 이후에, 터널 내 토사의 굴착작업을 실시하여 터널을 시공하는 방법에 관한 것으로서,

터널 내 토사의 굴착작업을 실시하기 이전에 미리 터널 벽체시공이 완료될 수 있기 때문에 시공 안정성을 증대시킬 수 있는 터널 시공방법이다.

일반적으로 지하구조물을 설치하기 위해서는 상기 지하구조물이 축조될 위치의 외부에서 가해지는 각종 응력에 대해 충분히 지지 가능하도록 구조적으로 계산을 한 후에 터널굴착 작업에 들어가게 된다.

종래에는 상기와 같은 지하구조물을 축조하기 위해서 다수의 대구경 강관을 지중에서 터널 길이방향으로 압입한 후에 상기 강관 내부에 콘크리트를 타설하고, 타설된 콘크리트의 양생이 완료된 후에 굴착 가능한 깊이까지 굴착을 실시하였다.

상기와 같이 진행되는 종래의 지하구조물 공사는 강관 내에 거푸집을 설치한 후에 철근조립 및 콘크리트를 타설하기 위한 작업 공간이 협소하여 작업자의 작업 환경이 악화와 함께 공기 지연의 문제점과 공사비용이 증가되는 문제점이 발생되었다.

또한, 콘크리트의 양생이 완료될 때까지 지나치게 많은 시간이 소요되어 전체 작업 공기가 길어지고 굴착 도중에 지반이 약할 경우에는 지반 또는 암반 등이 붕괴되거나 낙하할 염려가 매우 높아서 안전 사고의 발생위험이 항상 상존하고 있었다. 따라서, 작업간의 인력과 장비의 효율적인 사용이 어려우며 안전사고에 대한 발생위험이 있는 등 여러 가지 문제점을 안고 있다.

이런 문제를 해결하기 위해, 한국 등록특허 제10-0713787호(이하 '종래기술1'이라 한다)에서는 압입된 강관이 인접한 터널내 토사 일부만을 굴착하고, 상기 강관 내부에 강관 상부 내면을 보강하는 보강부재를 설치한 후, 상기 보강부재가 설치된 위치에 강관의 횡방향으로 슬롯 홀을 절단 형성한 후에, 이 슬롯 홀에 빔 조립체를 삽입하여 설치하는 공법이 개시된 바 있다.

그러나, 상기 종래기술1의 시공방법은 슬롯홀 가공작업이 어려울 뿐만 아니라, 빔 조립체를 먼저 설치한 후에 지하터널 전체 구간을 굴착하고, 그 다음 공정으로 강관의 하부를 모두 절단한 후에, 지하 구조물이 축조될 바닥과 좌우 양측 및 상측에 철근 배근 및 콘크리트를 타설하는 공정으로 진행되기 때문에, 터널 시공에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라, 터널 시공의 작업능률이 떨어지는 문제점이 지적되고 있다.

또 다른 종래기술로서, 본원 발명의 발명자가 개발하여 특허받은 한국 등록특허 제10-1072470호(이하 '종래기술2'라 한다)에서는, 터널 윤곽선에 맞춰 다수 개 강관을 삽입한 후에, 터널 종방향(길이방향)으로 일정 구간(span)씩 수직지지보 및 천장지지보를 설치하여 지압 하중에 충분히 견디도록 강구조물을 설치한 이후에 해당 구간(강구조물 설치구간)에 대해 굴착작업을 수행하고, 다시 일정 구간만큼 터널의 길이방향으로 더 전진하여 수직지지보 및 천장지지보를 설치한 후에 해당 구간 굴착작업을 반복적으로 수행하면서 지하터널을 점진적으로 시공하는 지하터널 시공방법이 개시된 바 있다.

그러나, 상기 종래기술2의 시공방법은, 일정 구간씩 구조물 설치작업과 굴착작업을 반복 실시하므로 작업 효율성이 낮을 뿐만 아니라, 강구조물 설치와 터널 굴착이 완료된 이후 또는 이와 병행하여 철근배근 작업과 콘크리트 타설을 실시해야 하므로 좁은 터널 공간 내에서 다수 작업의 동시진행에 어려움이 있다.

KR 10-0713787 B1 KR 10-1072470 B1 KR 10-1040066 B1

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 발명으로서,

굴착될 터널의 윤곽선을 따라 다수 개의 강관을 삽입한 후에, 상기 강관들에 의해 형성된 터널의 내부를 굴착함에 있어서,

상기 강관들의 각 내부를 서로 연통시켜 형성한 작업공간에, 터널의 전장(全長)에 걸쳐 터널 지지보 설치와 콘크리트 타설을 실시하여 터널벽체 시공을 완료한 이후에, 터널 내 토사의 굴착작업을 실시하여 터널을 시공함으로써,

터널 외부의 토압에 의한 침하를 방지할 수 있으면서도 신속한 터널 시공이 가능하도록 하는 비개착식 터널 시공방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명은 터널 외부에서 작용하는 토압이 매우 큰 경우에도 터널 굴착시공 중에 침하를 방지할 수 있도록 하는 비개착 터널 시공방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기한 목적 이외의 추가적인 목적을 갖는 바, 추가적인 목적 및 그 목적을 구현하기 위한 해결수단들은 후술하게 될 발명의 상세한 설명에서 구체적으로 제시될 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 지하터널 시공방법은,

굴착될 터널의 횡방향 윤곽선 경계를 따라 다수 개의 강관을 압입하는 강관 압입하고, 상기 강관의 내부를 굴착하는 강관압입단계와;

상기 터널 윤곽선을 다수개(1~N개)의 구역으로 구분하고, 상기 구역들 중에서 상기 터널 윤곽선의 최하단에 해당하는 제1 구역 강관들 내부를 서로 연통시키기 위해 상기 강관들의 전장에 걸쳐 일정폭을 갖도록 길이방향으로 절단하여 상기 복수의 강관들 내부를 서로 연통시키는 연결공간을 형성하는 제1 구역 작업공간 확보단계와;

상기 연결공간과 상기 강관 내부에 의해 형성된 작업공간에 제1 지지보를 터널의 전장(全長)에 걸쳐 순차적으로 설치하는 제1 구역 지지보 설치단계와;

터널 전장에 걸쳐 상기 제1 지지보가 설치된 구역에 철근배근 및 콘크리트를 타설하여 터널 벽체의 일부분을 시공하는 제1 구역 벽체 시공단계와;

상기 제1 구역 벽체 시공단계에 의해 시공된 제1 구역 벽체의 단부에 인접한 제2 구역의 강관들 내부를 서로 연통시키기 위해 상기 강관들의 전장에 걸쳐 일정폭을 갖도록 길이방향으로 절단하여 상기 복수의 강관들 내부를 서로 연통시키는 연결공간을 형성하는 제2 구역 작업공간 확보단계와;

상기 연결공간과 상기 강관 내부에 의해 형성된 작업공간에 제2 지지보를 터널의 전장(全長)에 걸쳐 순차적으로 설치하되, 상기 제2 지지보의 일단부를 상기 제1 지지보의 상단부에 결합하여 설치하는 제2 구역 지지보 설치단계와;

터널 전장에 걸쳐 상기 제2 지지보가 설치된 구역에 철근배근 및 콘크리트를 타설하여 터널 벽체의 일부분을 시공하는 제2 구역 벽체 시공단계와;

상기한 일련의 단계를 반복적으로 실시하여 제N-1 구역에 대해 작업공간 확보단계와, 지지보 설치단계와, 벽체 시공단계를 완료하며;

상기 터널 윤곽선의 가장 중앙부에 위치하는 제N 구역에 대해서 상기와 동일한 제N 구역 작업공간 확보단계와;

상기 연결공간과 상기 강관 내부에 의해 형성된 작업공간에 제N 지지보를 터널의 전장(全長)에 걸쳐 순차적으로 설치하되, 상기 제N 지지보의 양 단부는 좌우 양측의 상기 제N-1 지지보의 일단부에 각각 결합되도록 설치하는 제N 구역 지지보 설치단계와;

터널 전장에 걸쳐 상기 제N 지지보가 설치된 구역에 철근배근 및 콘크리트를 타설하여 터널 벽체의 마지막 구역을 시공하는 제N 구역 벽체 시공단계로 구성되며;

상기한 시공단계를 거쳐, 터널 주변의 지반 하중에 충분히 응력에 견딜 수 있도록 터널 벽체시공을 완료한 이후에, 터널 내부 전장에 걸쳐 굴착작업을 실시하는 비개착 터널 시공방법을 특징으로 한다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 비개착 터널 시공방법은, 터널 내부의 굴착작업을 실시하기 이전에 터널 전장에 걸쳐 벽체시공을 완료함으로써, 터널내부 굴착과 지지보 설치를 병행하던 종래기술들과는 달리 굴착작업에 의한 지반 침하문제를 해결할 수 있다.

본 발명에 따른 비개착 터널 시공방법은, 터널 윤곽선을 따라 지지보 설치를 위한 작업을 강관의 내부공간에서 실시하기 때문에 작업 안전성을 확보할 수 있으며, 상기 작업공간에서 벽체시공을 위한 거푸집 설치가 간편하여 작업성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 터널시공 방법은 터널 윤곽선을 기준으로 좌우 양단에서 동시에 제1 구역의 벽체시공이 가능할 뿐만 아니라, 전장을 따라 선두에서는 지지보 설치작업을 수행해 나가는 동안 후속하여 철근배근 작업과 콘크리트 타설이 가능하므로, 순차적인 동시 시공이 가능하여 공사기간을 단축할 수 있다.

도 1은 강관 압입 공정을 설명하는 종단면도로서, 반력벽이 설치된 상태에서 강관을 압입하는 공정을 설명하는 종단면도이다.
도 2는 시공될 터널의 윤곽선을 따라 다수의 강관들이 압입완료된 상태를 도시한 단면도
도 3은 제1 구역 강관들 내부를 서로 연통시키는 연결공간(15)을 형성한 상태를 도시한 단면도
도 4는 터널 시점에 메인빔(B11a)을 설치한 후, 다음 위치에 설치할 메인빔(B11b)을 운반하는 과정을 설명하는 사시도
도 5는 제1 구역에 철근 배근과 거푸집(60) 설치가 완료된 상태를 도시한 단면도
도 6은 제1 구역에 대해 콘크리트 타설이 완료된 상태를 도시한 단면도
도 7은 제2 구역 강관들 내부를 서로 연통시키는 연결공간을 형성하고 차폐판을 설치한 상태를 도시한 단면도
도 8은 제2 구역의 강관들의 연결공간과 강관 내부에 형성된 작업공간에서 제2 지지보를 설치하는 공정을 도시한 사시도
도 9는 제2 구역에 대한 제2 지지보 설치 및 철근배근이 완료된 상태를 도시한 단면도
도 10은 제2 구역에 대해 철근 배근과 거푸집(60) 설치가 완료된 상태를 도시한 단면도
도 11은 상기 제2 구역구역에 대해 콘크리트 타설이 완료된 상태를 도시한 단면도
도 12는 제N-1 구역 강관들 내부를 서로 연통시키는 연결공간을 형성하고 차폐판을 설치한 상태를 도시한 단면도
도 13은 제N-1 구역에 대해 지지보를 설치하는 공정을 도시한 사시도
도 14는 제N-1 구역에 대해 철근 배근과 거푸집(60) 설치 후 콘크리트 타설을 완료한 상태를 도시한 단면도
도 15는 제N 구역에 대해 지지보가 설치 완료된 상태를 도시한 단면도
도 16은 터널 전장에 걸쳐 터널 벽체시공을 완료한 상태를 도시한 단면도
도 17은 터널 내부의 토사굴착이 완료된 상태를 도시한 사시도
도 18은 굴착된 터널 바닥에 하부버팀보(40)가 설치완료된 상태를 도시한 사시도
도 19는 모든 시공이 완료된 철로용 터널 단면도

이하에서는 본 발명에 따른 지하터널 시공방법을 첨부도면을 기준으로 하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 굴착작업을 시행하기 위한 추진기지를 설치한다. 추진기지 설치를 위한 굴착작업은 엄지말뚝(1)을 설치한 후에 토사를 소정 깊이까지 굴착한다. 서로 마주보는 두 엄지말뚝(1) 사이에는 버팀보(3)를 설치하여 토압에 의한 엄지말뚝의 변형을 방지한다. 굴착 후, 지하수 용출 및 작업환경을 고려하여 바닥콘크리트를 타설할 수도 있다. 그리고, 굴착될 지반의 반대편 위치에 반력벽(2)을 설치한다. 반력벽(2)은 정확한 위치를 결정하여 설치하게 된다. 이 단계를 시공준비단계라 한다.

다음 단계로서, 반력벽에 추진장비(4)를 밀착시킨 후 추진강관을 설치하고 강관 압입작업을 개시한다. 첫번째 삽입될 강관의 위치에 유압잭을 설치한 후에 강관 압입작업을 개시한다. 도 1은 강관을 압입하는 공정을 도시한 종단면도이다.

강관(10)의 압입순서는 일반적으로, 터널의 황단면 윤곽선을 기준으로 양단 하부에 위치되는 강관부터 압입을 시작하며, 순차적으로 그에 인접한 강관을 순차적으로 각각 압입 시공한다. 시공될 터널의 상단 중앙부에 위치하는 강관은 맨 마지막에 압입하는 것이 굴착 지반의 토압 영향을 덜 받아 시공효율을 높일 수 있어 유리하다.

이와 같이, 시공할 터널의 윤곽선을 따라 다수 개의 강관을 압입하는 단계를 강관 압입단계라 한다. 강관의 압입작업은 진입거리가 매 1~2m 단위마다 선형을 확인하는 작업이 필요하며, 강관 압입단계에서 강관 내부의 토사 제거작업이 동시에 이루어진다.

강관 압입이 완료되면, 강관의 길이방향을 따라 일정 간격으로 강관 내부를 상하로 지지하는 지지봉(미도시)을 설치하여, 터널 시공에 소요되는 장기간 동안에 강관의 변형을 미연에 방지할 수 있도록 보강하는 것이 바람직하다.

다음 단계는 강관들 사이의 지반을 보강하는 단계로서, 강관 외부 특히 강관들 사이의 지반을 그라우팅하여 보강한다. 이 단계는 강관 압입이 이루어지는 지반이 연약지반 또는 지반 변화가 발생되기 쉬운 상태일 경우에 상기 강관의 외측부에 그라우팅을 실시하여 지반을 보강하는 공정으로서, 이 단계를 그라우팅 보강단계라 한다.

그라우팅 보강단계는 지반 특성에 따라서 생략될 수도 있으며, 후술하게 될 본 발명의 차단부재의 도입을 통해 안접한 두 강관 사이로부터의 토사유출을 방지할 수도 있다.

상기 시공준비단계, 상기 강관 압입단계 및 상기 그라우팅 보강단계는 일반적으로 시공되고 있는 종래의 기술과 동일한 과정이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 상기 단계의 작업 과정에서 강관 내부의 토사 제거작업이 함께 이루어진다.

본 발명에 따른 비개착식 터널 시공방법은 강관 압입단계 이후의 작업공정에 특징이 있다.

즉, 본 발명에 따른 터널 시공방법은, 강관 압입과 그라우팅 보강이 완료된 후에, 터널 내부(즉, 강관들에 의해 둘러싸인 터널 윤곽선 내)의 굴착작업을 수행하기 이전에, 터널 벽체를 선 시공하는 데에 가장 큰 특징이 있는 것으로서,

특히, 터널의 전장에 걸쳐 벽체를 시공하되, 터널 윤곽선을 다수개(1~N개)의 구역으로 구분하여, 각 구역 단위로 강관들 내부를 서로 연통시키는 연결공간을 터널 전장에 걸쳐 형성하여 작업공간을 확보하여, 지지보 설치와 벽체 콘크리트 타설작업을 실시함으로써, 터널 윤곽선 전체를 순차적으로 터널 벽체를 시공하는 것을 특징으로 한다.

도 2는 시공될 터널의 윤곽선을 따라 다수의 강관들이 압입 완료된 상태를 도시한 터널 횡단면도로서, 인접한 두 강관의 사이에 그라우팅이 완료된 상태를 도시한 것이다. 도 2에서 도면부호 9는 시공될 터널 벽체의 가상선을 나타낸 것이다.

도 2에서 도시된 터널 윤곽선을 다수개(1~N개)의 구역으로 구분하여 적정한 시공계획을 수립하게 된다. 본 발명에 첨부된 도면(특히, 도 3 참조)에서는 설명의 편의를 위해 총 7개의 구역으로 구분하여, 상기 윤곽선의 양단에서부터 순차적으로 제1 구역, 제2 구역, .... , 제N-1 구역으로 지칭하기로 하며, 터널 윤곽선의 가장 중앙부를 제N 구역이라고 지칭한다.

도 3은 터널 윤곽선을 따라 압입된 강관들의 내부 토사를 제거한 상태에서, 상기 터널 윤곽선의 최하단에 해당하는 제1 구역 강관들 내부를 서로 연통시키기 위해 상기 강관들의 전장에 걸쳐 일정폭(15W)을 갖도록 길이방향으로 절단하여 상기 복수의 강관들 내부를 서로 연통시키는 연결공간(15)을 형성한 상태를 도시한 것이다.

상기 두 강관 사이의 외측 틈새는 앞서 설명한 그라우팅이 시공되어 있으나, 연결공간이 형성된 이후에 이 틈새로 토사 또는 지하수 등이 유입되는 것을 방지하기 위해 인접한 두 강관의 외측 절단면에 차폐판(50)을 설치한다. 상기 인접한 두 강관의 틈새에는 그라우팅 보강시공이 이루어지는 것이 일반적이므로 토압에 의한 토사유출 또는 지하수 유출이 일어날 가능성이 작지만, 혹시라도 발생될 토사붕괴에 대한 저항력을 증대하기 위해 상기 차폐판(50)을 상기 강관들의 전장에 걸쳐 설치하는 것이 바람직하다.

도 3에 도시된 부분확대도는, 시공할 터널의 길이방향으로 인접한 각 강관 사이에 연결공간(15)이 형성된 상태를 도시한 것이다.

상기 제1 구역의 강관들 내부와 상기 연결공간(15)으로 이루어지는 빈 공간이 후술하게 될 벽체시공을 위한 작업공간이 되므로, 상기에서 설명한 단계를 '제1 구역 작업공간 확보단계'라 한다.

제1 구역 작업공간 확보단계 이후에, 상기 터널 윤곽선 중의 상기 제1 구역에 대응하는 형상을 갖는 제1 지지보(B(1))를 터널의 전장(全長)에 걸쳐 순차적으로 일정 간격으로 이격되게 설치한다. 상기 제1 지지보(B(1))의 설치작업은 상기 연결공간과 상기 강관 내부에 의해 형성되는 작업공간에서 이루어진다.

이 때, 제1 지지보(B(1))는 바람직하게 세로방향으로 세워지는 메인빔(B11)과, 시공될 터널의 바닥면에 매설되는 수평빔(B12)로 구성되는데, 상기 메인빔(B11)과 수평빔(B12)은 체결볼트 등으로 결합된다. 상기 수평빔(B12)은, 터널의 황단면 윤곽선을 기준으로, 양단 하부에 위치되는 두 강관의 내부에서 수평방향으로 각각 설치되며, 상기 수평빔(B12)의 터널 내측 단부는 후술하게 되는 '터널내부 마감단계'에서 하부버팀보(40)의 양단부에 각각 결합된다.

상기 제1 지지보(B(1))의 설치작업은, 상기 제1 구역 작업공간 확보단계와 병행하여 실시될 수도 있다. 즉, 예를 들어, 터널의 시점(시작위치)에서부터 종점방향을 향해 상기 제1 구역 작업공간 확보를 진행해 나가는 동안에, 이 작업과 일정 거리를 유지하면서 터널 길이방향을 따라 상기 제1 지지보 설치작업을 후속하여 수행할 수 있다. 이 때에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 인접한 두 강관의 연결공간의 폭(15W)은, 터널 시점에 메인빔(B11a)이 이미 설치된 상태에서, 또 다른 메인빔(B11b)을 터널 말단부 쪽으로 운반할 수 있도록 하기 위해, 충분한 폭(최소한 메인빔(B11) 두께의 2배 이상)을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 도 4는 터널 시점에 메인빔(B11a)을 설치한 후, 다음 위치에 설치할 메인빔(B11b)을 상기 연결공간을 통해 터널 말단부 쪽으로 운반하는 과정을 설명하는 사시도이다.

물론, 경우에 따라서는, 상기 제1 구역 작업공간 확보단계를 터널 말단까지 완료한 이후에, 터널 말단에서부터 추진기지 쪽으로 제1 지지보 설치작업을 수행하는 것도 가능하다.

상기와 같이 제1 구역 작업공간 확보단계 이후에, 상기 제1 구역에 대응하는 제1 지지보(B(1))를 터널의 전장(全長)에 걸쳐 일정 간격으로 설치하는 과정을 '제1 구역 지지보 설치단계'라 한다.

터널 전장에 걸쳐 상기 제1 지지보가 설치된 완료되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 구역에 대해 터널의 전장(全長)에 걸쳐 순차적으로 철근을 배근하고, 제1 구역 터널 벽체 성형용 거푸집(60)을, 터널의 전장(全長)에 걸쳐, 상기 제1 구역 강관의 내측 절단면에 고정하여 설치한다. 이 때에도 터널 길이방향을 따라 철근배근 작업을 선행하고, 후속작업으로 거푸집 설치를 연속적으로 병행 실시할 수 있다.

철근 배근이 완료되고 콘크리트를 타설하면, 터널 벽체의 일부(터널 윤곽선의 제1 구역)가 터널 전장에 걸쳐 시공 완료된다.

이 때, 상기 제1 지지보(B(1))의 상단부는 후술하게 되는 제2 지지보(B(2))의 하단부와 결합되어야 하므로, 상기 제1 지지보(B(1))의 상단부는 콘크리트 속에 매립되지 않도록 주의해야 한다.

도 6은 제1 구역에 대해 콘크리트 타설이 완료된 상태를 도시한 것으로서, 상기 공정을 '제1 구역 벽체 시공단계'라 한다.

터널 전장에 걸쳐 상기 제1 구역에 대한 터널 벽체 시공이 완료되면, 다음으로 제2 구역에 대한 터널 벽체를 시공하기 위한 작업이 개시된다. 상기 제2 구역은 상기 제1 구역에 대한 터널 벽체의 단부에 인접한 구역이다.

상기 제2 구역의 강관들 내부를 서로 연통시키기 위해 상기 강관들의 전장에 걸쳐 일정폭을 갖도록 길이방향으로 절단하여 상기 복수의 강관들 내부를 서로 연통시키는 연결공간을 형성하는 '제2 구역 작업공간 확보단계'를 수행한다.

도 7은 제2 구역의 강관들을 길이방향으로 절단하여 두 강관이 연통하는 연결공간을 형성하고 차폐판을 설치하는 공정을 도시한 터널 단면도이다.

물론, 이 때에도 제1 구역에 대해 터널 길이방향을 따라 콘크리트 타설작업을 선행함과 동시에, 후속작업으로 제2 구역에 대해 작업공간 확보단계를 후행하면서 병행 실시할 수 있다. 이하의 각 공정들 또한 터널 길이?향을 따라 순차적으로 병행 실시할 수 있음은 당연하다.

상기 제2 구역 작업공간 확보단계는 앞서 설명한 제1 구역 작업공간 확보단계에서와 마찬가지로 인접한 두 강관의 외측 절단면에 차폐판(50)을 설치하는 작업을 포함한다.

상기 제2 구역의 연결공간과 강관 내부에 의해 형성된 작업공간에서, 제2 지지보(B(2))를 터널의 전장(全長)에 걸쳐 순차적으로 일정 간격으로 이격되게 설치한다. 도 8은 제2 구역의 강관들의 연결공간과 강관 내부에 형성된 작업공간에서 제2 지지보를 설치하는 공정을 도시한 사시도이다. 이 공정을 '제2 구역 지지보 설치단계'라 한다.

이 때, 상기 제2 지지보(B(2))의 일단부와 상기 제1 지지보(B(1))의 상단부를 체결볼트 등으로 견고히 결합한다.

다음으로 터널 전장에 걸쳐 상기 제2 지지보(B(2))가 설치된 제2 구역에 철근배근 및 콘크리트를 타설하여 터널 벽체의 일부(터널 윤곽선의 제2 구역)를 시공하는 '제2 구역 벽체 시공단계'를 가진다.

도 9는 제2 구역에 대한 제2 지지보 설치 및 철근배근이 완료된 상태를 도시한 터널 단면도로서, 제1 지지보(B(1))의 상단부와 제2 지지보(B(2))의 하단부가 결합된 구성이 확대 도시되어 있다.

도 10은 제2 구역 터널 벽체 성형용 거푸집(60)이, 터널의 전장(全長)에 걸쳐, 상기 제2 구역 강관의 내측 절단면에 고정되어 설치된 상태를 도시한 것이다.

그리고, 도 11은 상기 제2 구역의 터널 전장(全長)에 걸쳐, 콘크리트가 타설되어 터널 벽체의 일부(터널 윤곽선의 제1 및 제2 구역)가 시공 완료된 상태를 도시한 터널 단면도다.

제2 구역에 대한 시공과정에 있어서도, 상기 제2 지지보(B(2))의 상단부는 그 다음에 이어지는 제3 지지보(미도시)의 하단부와 결합되어야 하므로, 상기 제2 지지보(B(2))의 상단부는 콘크리트 속에 매립되지 않도록 한다.

상기한 일련의 단계를 반복적으로 실시한다.

제N-1 구역에 대해 작업공간 확보단계와, 제N-1 지지보(B(N-1))를 설치하는 단계와, 제N-1 구역 벽체 시공단계가 순차적 또는 터널 길이방향을 따라 시차를 두고 병행 실시된다.

제N-1 구역에 대해 작업공간 확보단계와, 제N-1 지지보(B(N-1))를 설치하는 단계와, 제N-1 구역 벽체 시공단계는 앞서 설명한 제2 구역에 대한 작업공간 확보단계와, 제2 지지보(B(2))를 설치하는 단계와, 제2 구역 벽체 시공단계와 각각 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 12는 제N-1 구역의 강관들을 길이방향으로 절단하여 두 강관이 연통하는 연결공간을 형성하고 차폐판을 설치하는 공정을 도시한 터널 단면도이다.

도 13은 제N-1 구역의 강관들의 연결공간과 강관 내부에 형성된 작업공간에서 제N-1 지지보를 터널 전장에 걸쳐 순차적으로 일정 간격으로 이격되게 설치하는 공정을 도시한 사시도이다.

도 14는 제N-1 구역의 터널 전장(全長)에 걸쳐, 콘크리트가 타설되어 터널 벽체의 일부(터널 윤곽선의 제1 내지 제N-1 구역)가 시공 완료된 상태를 도시한 터널 단면도다.

다음으로, 상기 터널 윤곽선의 가장 중앙부에 위치하는 제N 구역에 대해서 상기와 동일한 제N 구역 작업공간 확보단계가 실시된다. 도 15는 제N 구역 작업공간 확보단계는 앞서 설명한 제2 구역 작업공간 확보단계와 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.

도 15는 제N 구역에 연결공간을 형성하고 차폐판을 설치한 후, 제N 지지보를 터널 전장에 걸쳐 일정 간격으로 이격되게 설치한 상태를 단면도이다.

제N 구역 지지보 설치단계는, 상기 제N 구역의 연결공간과 상기 강관 내부에 의해 형성된 작업공간에 제N 지지보(B(N))를 터널의 전장(全長)에 걸쳐 순차적으로 설치하는 단계로서, 상기 제N 지지보의 양 단부는 좌우 양측의 상기 제N-1 지지보의 일단부에 각각 결합되도록 설치한다.

그리고, 제N 구역 벽체 시공단계는, 터널 전장에 걸쳐 상기 제N 지지보가 설치된 해당 구역에 철근배근 및 콘크리트를 타설하여 터널 벽체의 마지막 구역을 시공하는 단계이다.

도 16은 제N 구역의 터널 전장(全長)에 걸쳐, 철근 배근 후에 콘크리트를 타설함으로써, 터널 윤곽선 전 구역에 대해 벽체시공을 완료한 상태를 도시한 단면도다.

이와 같이, 본 발명에 따른 비개착식 터널 시공방법은, 도 16에 도시되어 있는 바와 같이, 터널 내부의 토사를 전혀 굴착하지 않고, 터널 전장에 걸쳐 벽체 시공을 완료할 수 있다.

터널 벽체의 시공이 완료되면, 도 17에 도시되어 있는 바와 같이, 터널 내부의 토사를 굴착하게 된다.

터널 내부의 토사굴착이 완료된 후, 또는 토사굴착 작업에 후행하여 터널 내부를 마감처리하는 '터널내부 마감단계'를 더 포함한다.

본 발명에 따른 비개착식 터널시공방법에 있어서, 상기 터널내부 마감단계는, 터널 벽체의 내측으로 노출된 강관의 일부를 제거하는 공정과, 터널 바닥의 지반을 안정화하는 공정을 포함한다.

상기 터널내부 마감단계에서는, 현장 여건 또는 필요에 따라, 상기 거푸집(60)을 터널 벽체로부터 제거하거나 또는 거푸집(60)을 스테인레스 강판 재질을 사용하여 터널 벽체 내부 마감재로 그대로 활용할 수도 있다.

특히 본 발명의 터널내부 마감단계는, 굴착된 터널 바닥에 하부버팀보(40)를 횡방향으로 설치하되, 터널 횡단면을 기준으로 좌우에 각각 설치된 상기 제1 지지보(B(1))의 수평빔(B12) 단부에 상기 하부버팀보(40)의 양단을 각각 체결하는 것을 특징으로 한다. 이와 같이, 제1 내지 제N 지지보 및 상기 하부버팀보(40)가 서로 일체화된, 하나의 형폐 구조물로 거동하기 때문에 큰 내하력을 확보할 수 있게 된다.

도 18은 터널내부 마감단계에 의해 하부버팀보(40)가 설치완료된 상태를 도시한 사시도이다.

이와 같은 공정이 모두 완료되면, 터널의 용도에 따라, 도로 노면 포장 또는 철로 설치 등의 작업이 이루어지게 된다. 도 19는 철로를 예로 들어, 모든 시공이 완료된 터널 단면도를 도시한 것이다.

B(1), B(2), .... B(N): 제1, 제2, ... , 제N 지지보
40: 하부버팀보
50: 차폐판
60: 거푸집

Claims (4)

1. 굴착될 터널의 횡방향 윤곽선 경계를 따라 다수 개의 강관을 압입하는 강관 압입하고, 상기 강관의 내부를 굴착하는 강관압입단계와;
   상기 터널 윤곽선을 다수개(1~N개)의 구역으로 구분하고, 상기 구역들 중에서 상기 터널 윤곽선의 최하단에 해당하는 제1 구역 강관들 내부를 서로 연통시키기 위해 상기 강관들의 전장에 걸쳐 일정폭을 갖도록 길이방향으로 절단하여 상기 복수의 강관들 내부를 서로 연통시키는 연결공간을 형성하는 제1 구역 작업공간 확보단계와;
   상기 연결공간과 상기 강관 내부에 의해 형성된 작업공간에 제1 지지보를 터널의 전장(全長)에 걸쳐 순차적으로 설치하는 제1 구역 지지보 설치단계와;
   터널 전장에 걸쳐 상기 제1 지지보가 설치된 구역에 철근배근 및 콘크리트를 타설하여 터널 벽체의 일부분을 시공하는 제1 구역 벽체 시공단계와;
   상기 제1 구역 벽체 시공단계에 의해 시공된 제1 구역 벽체의 단부에 인접한 제2 구역의 강관들 내부를 서로 연통시키기 위해 상기 강관들의 전장에 걸쳐 일정폭을 갖도록 길이방향으로 절단하여 상기 복수의 강관들 내부를 서로 연통시키는 연결공간을 형성하는 제2 구역 작업공간 확보단계와;
   상기 연결공간과 상기 강관 내부에 의해 형성된 작업공간에 제2 지지보를 터널의 전장(全長)에 걸쳐 순차적으로 설치하되, 상기 제2 지지보의 일단부를 상기 제1 지지보의 상단부에 결합하여 설치하는 제2 구역 지지보 설치단계와;
   터널 전장에 걸쳐 상기 제2 지지보가 설치된 구역에 철근배근 및 콘크리트를 타설하여 터널 벽체의 일부분을 시공하는 제2 구역 벽체 시공단계와;
   상기한 일련의 단계를 반복적으로 실시하여 제N-1 구역에 대해 작업공간 확보단계와, 지지보 설치단계와, 벽체 시공단계를 완료하며;
   상기 터널 윤곽선의 가장 중앙부에 위치하는 제N 구역에 대해서 상기와 동일한 제N 구역 작업공간 확보단계와;
   상기 연결공간과 상기 강관 내부에 의해 형성된 작업공간에 제N 지지보를 터널의 전장(全長)에 걸쳐 순차적으로 설치하되, 상기 제N 지지보의 양 단부는 좌우 양측의 상기 제N-1 지지보의 일단부에 각각 결합되도록 설치하는 제N 구역 지지보 설치단계와;
   터널 전장에 걸쳐 상기 제N 지지보가 설치된 구역에 철근배근 및 콘크리트를 타설하여 터널 벽체의 마지막 구역을 시공하는 제N 구역 벽체 시공단계로 구성되며;
   상기한 시공단계들을 거쳐, 터널 주변의 지반 하중에 충분히 응력에 견딜 수 있도록 터널 벽체시공을 완료한 이후에, 터널 내부의 토사 굴착작업을 실시하는 것을 특징으로 하는, 터널 벽체를 선시공한 후 내부를 굴착하는 비개착 터널 시공방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   터널 내부의 토사굴착이 완료된 후, 또는 토사굴착 작업에 후행하여 터널 내부를 마감처리하는 터널내부 마감단계를 더 포함하되,
   상기 터널내부 마감단계는, 터널 벽체의 내측으로 노출된 강관의 일부를 제거하는 공정과, 터널 바닥의 지반을 안정화하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 터널 벽체를 선시공한 후 내부를 굴착하는 비개착 터널 시공방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 작업공간 확보단계에서 형성되는 연결공간의 폭은, 해당 구역의 터널 벽체 두께와 같도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 터널 벽체를 선시공한 후 내부를 굴착하는 비개착 터널 시공방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 지지보(B(1))는, 세로방향으로 세워지는 메인빔(B11)과, 시공될 터널의 바닥면에 매설되는 수평빔(B12)로 구성되어 이루어지되;
   상기 메인빔(B11)과 수평빔(B12)은 체결볼트 등으로 결합되며,
   상기 수평빔(B12)의 터널 내측 단부는, 굴착된 터널의 바닥면에 횡방향으로 설치되는 하부버팀보(40)의 양단이 각각 일체로 결합되어 구성됨으로써,
   제1 내지 제N 지지보 및 상기 하부버팀보(40)가 서로 일체화된 형폐 구조물로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 터널 벽체를 선시공한 후 내부를 굴착하는 비개착 터널 시공방법.
   

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