KR20150071885A - 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법 - Google Patents

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Abstract

철도노선 보호공(제1 프로텍터) 및 확폭단면 보호공(제2 프로텍터)으로 이루어진 이중 프로텍터(Dual Protector)를 이용하여 열차의 운행 중단 없이 철도터널(Train Tunnel)의 확폭(Enlarging) 공사를 안전하게 실시할 수 있고, 또한, NATM(New austrian tunnelling method)의 경제성과 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법의 안전성의 장점을 겸비한 Ring TBM을 이용하여 철도터널 내부를 안전하게 경제적으로 확폭할 수 있는, 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법이 제공된다.

Description

이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법 {METHOD FOR ENLARGING TRAIN TUNNEL USING DUAL PROTECTOR CONSIDERING OPERATION OF RAILROAD, AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 철도터널의 확폭에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 철도노선 보호공(제1 프로텍터) 및 확폭단면 보호공(제2 프로텍터)으로 이루어진 이중 프로텍터(Dual Protector)를 이용하여 열차의 운행 중단 없이 철도터널(Train Tunnel)의 확폭(Enlarging) 공사를 안전하게 실시할 수 있는 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 지하도, 터널 등의 터널 구조물을 시공하기 위해서 다양한 시공방법이 사용되고 있다. 예를 들면, 대표적인 터널 구조물 시공방법으로는 터널을 시공하고자 하는 곳의 땅을 완전히 개착하여 터널 구조물을 시공한 후, 개착된 토사를 시공된 터널 구조물의 위로 덮어 시공을 완성하는 오픈 트렌치 공법(Open Trench Method; OTM)이 있다.
또한, 터널을 시공하고자 하는 곳의 땅을 개착하지 않고 실드 터널링 머신(Shield Tunneling Machine)을 사용하여 비개착 방식으로 터널을 형성한 후, 기형성된 터널 내측에 터널 구조물을 시공하여 완성하는 터널 보링머신(Tunnel Boring Machine: TBM) 공법이 있다.
그밖에 도로 또는 철도 레일 밑에 터널을 구축하는 방법으로서, 파이프를 이용하여 상부의 토층을 지지한 상태에서 그 하부에 지하 구조물을 시공하는 파이프 루프 공법(Pipe Roof Method) 등이 있다.
상기 오픈 트렌치 공법(OTM)과 터널 보링머신 공법 중에서 현재 대표적으로 쓰이는 공법은 터널 보링머신(TBM) 공법이다. 이러한 터널 보링머신(TBM) 공법(TBM)은 주로 도시지역 또는 지반이 암반층으로 이루어진 곳에서 널리 사용되는데, 이것은 터널을 시공하는 과정에서 지상 구조물(도로, 건물 등)과 지하 구조물(하수도, 가스관 등) 및 지상의 교통 흐름에 최소한의 영향을 끼치면서 터널을 시공할 수 있기 때문이다.
한편, 열차 선로가 개설된 지반 내에 존재하는 터널의 차선폭을 확장하고자 할 경우, 일반적으로 생각할 수 있는 공법으로, 개착 방법과 비개착 방법으로 나누어 시공할 수 있다.
개착 방법의 경우, 기존 터널 외측에 신 터널을 확장 설치한 후 선로를 이설하여 열차를 통행시키며, 기존 선로를 포함하는 노반을 해제한 후에 이설된 터널과 연결하여 터널 확장 공사를 계속 진행하고, 이후 노반과 궤도를 포함하는 선로를 복구하여 열차 통행이 가능하도록 하는 방법이다.
이에 반하여 비개착 방법은, 소구경 강관들을 터널 구조물 상면에 배열하여 추진하거나 선로를 포함하는 노반을 일시적으로 해제하여 터널구조물 상면에 강판을 부설하여 노반과 터널 구조물을 분리하는 터널 확장 공사를 진행하는 방법이다.
이러한 개착 방법의 경우, 공사비는 적게 드는 장점은 있으나, 노반을 순차적으로 해제한 후 터널을 설치하여 복구하는 방법으로 열차를 서행하게 하고, 선로를 이설하므로 공사기간이 늘어나는 단점이 있다. 반면에, 비개착 방법의 경우, 열차 운행은 정상적일 수 있으며 공사기간이 적어질 수는 있으나, 공사비용이 개착 방법에 비하여 상당히 소요되는 단점이 있다.
한편, 선행 기술로서, 유럽공개특허 EP25005142A2호에는 터널 확폭장비가 개시되어 있는데, 독일의 GTA 사의 터널 확폭장비로서, 도 1a 및 도 1b를 참조하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 기술에 따른 철도터널의 확폭장비의 사시도 및 단면도이다.
종래의 기술에 따른 철도터널의 확폭장비는, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 이동형 실드(11), 자동 해머(12), 다용도 팔(13), 피봇 축(14), 원뿔형 끌(15) 등으로 구성된다.
이동형 실드(11)를 이용하여 열차 운행시 선로를 보호하면서, 자동 해머(12)와 원뿔형 끌(15)을 이용하여 기존 라이닝 및 배면 지반을 깨어내는 방식이 사용된다.
그러나 종래의 기술에 따른 철도터널의 확폭장비는, 자립하지 않는 토사나 용수가 있는 경우에는 적용하기 곤란하고, 절리가 있는 암반이나 파쇄대에 적용할 경우 붕락과 관련된 불확실성이 존재한다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 기술에 따른 철도터널의 확폭장비는 타공 및 해머와 끌 사용에 따른 소음과 진동이 발생할 수 있다는 우려가 있고, 이때, 이동형 실드 사용에 따른 별도의 레일을 설치해야 한다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 기술에 따른 철도터널의 확폭장비는 버럭처리를 위한 별도의 설비가 없으므로, 굴착량이 많을 시에는 적용하기 곤란하고, 가공전차선을 사용하는 전기철도의 경우 사용할 수 없다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허번호 제10-1142783호(출원일: 2010년 12월 3일), 발명의 명칭: "열차 선로가 개설된 지역의 터널 확장 공사 방법 및 이에 적용되는 구조체" 대한민국 등록특허번호 제10-1002402호(출원일: 2010년 6월 23일), 발명의 명칭: "소음 및 진동 저감형 터널 확대용 강재 프로텍터" 대한민국 등록특허번호 제10-899154호(출원일: 2007년 11월 7일), 발명의 명칭: "굴절형 프로텍터" 대한민국 공개특허번호 제2010-0003061호(공개일: 2001년 12월 10일), 발명의 명칭: "TBM을 이용한 파일롯터널 굴착, 확대발파, 라이닝병행시공 터널굴착 방법 및 장치" 대한민국 등록특허번호 제10-0926501호(출원일: 2008년 6월 30일), 발명의 명칭: "루프와 실드를 결합한 비개착식 터널구조물의 시공방법(RSM 공법) 및 그 터널구조물" 유럽공개특허번호 EP2500514A2호 유럽공개특허번호 EP1972753A1호
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 철도노선 보호공(제1 프로텍터) 및 확폭단면 보호공(제2 프로텍터)으로 이루어진 이중 프로텍터(Dual Protector)를 이용하여 열차의 운행 중단 없이 철도터널(Train Tunnel)의 확폭(Enlarging) 공사를 안전하게 실시할 수 있는, 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, NATM(New austrian tunnelling method)의 경제성과 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법의 안전성의 장점을 겸비한 Ring TBM을 이용하여 철도터널 내부를 안전하게 경제적으로 확폭할 수 있는, 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법은, 열차의 운용 시에 비개착 방식으로 철도터널을 확폭하는 방법에 있어서, a) 운행중인 철도노선 보호를 위해 제1 프로텍터인 철도노선 보호공을 철도터널의 갱구에 설치하는 단계; b) 상기 철도터널의 확폭단면 보호를 위해 제1 프로텍터의 후면에 제2 프로텍터인 확폭단면 보호공을 설치하는 단계; c) 상기 제2 프로텍터의 후면에 라이닝 양생 거푸집을 설치하는 단계; d) 상기 철도터널 내부로 상기 제1 프로텍터를 진입시키면서 상기 철도터널을 확폭하는 단계; e) 상기 제1 프로텍터의 후단을 따라 상기 제2 프로텍터인 확폭단면 보호공을 진입시키는 단계; f) 상기 제1 및 제2 프로텍터 사이에 형성된 공간을 통해 상기 철도터널의 확폭시 발생된 버럭을 처리 및 운반하는 단계; 및 g) 상기 철도터널의 기존 라이닝을 제거하고 신규 라이닝을 설치하는 단계를 포함하되, 상기 철도터널은 상기 철도노선 보호공 및 상기 확폭단면 보호공으로 이루어진 이중 프로텍터(Dual Protector)를 이용하여 열차 운행의 중단 없이 확폭되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 철도노선 보호공은 상기 철도터널의 확폭전 단면에 대응하도록 형성되어 운행중인 철도노선의 보호하고, 상기 확폭단면 보호공은 상기 철도터널의 확폭단면에 대응하도록 소정 확폭거리만큼 이격시킨 상태로 상기 철도노선 보호공의 외면에 형성되어 확폭단면을 보호하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 c) 단계의 라이닝 양생 거푸집은 상기 철도터널의 확폭단면의 형상에 대응하는 라이닝 세그먼트를 제작하여 상기 확폭된 철도터널의 내부로 공급하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 d) 단계에서 수평천공기를 이용하거나 Ring TBM을 이용하여 철도터널을 확폭할 수 있다.
여기서, 상기 수평천공기를 이용하여 철도터널을 확폭할 경우, 상기 철도터널의 갱구부를 수평 천공하여 미진동 발파를 수행하고, 이후 상기 철도노선 보호공 및 상기 확폭단면 보호공으로 이루어진 이중 프로텍터가 설치된 상태에서 상기 철도터널 내를 수평 천공하면서 상기 철도터널을 확폭하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 Ring TBM을 이용하여 철도터널을 확폭할 경우, 굴착면 안전성을 향상시키기 위해서 상기 Ring TBM의 전면에 중앙부 코어를 갖는 Ring TBM 면판이 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 Ring TBM은, 상기 철도터널의 내부 굴착시 천공 및 발파에 의해 주변부를 아이솔레이션(Isolation)시키는 1차 굴착을 실시하고, 상기 1차 굴착에 의해 소음과 진동을 최소화시킨 상태에서 2차 굴착을 수행하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 f) 단계에서 상기 철도노선 보호공 및 상기 확폭단면 보호공 사이에 형성된 통로를 따라 버럭 운반장치를 사용하여 버럭을 처리 및 운반하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 g) 단계에서 상기 철도노선 보호공 및 상기 확폭단면 보호공 사이에 형성된 통로를 따라 상기 철도터널의 기존 라이닝을 제거하고, 라이닝 설치 특수장비 또는 일반 백호를 사용하여 상기 라이닝 양생 거푸집에서 공급된 라이닝 세그먼트로 신규 라이닝을 조립 설치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 철도노선 보호공 및 확폭단면 보호공으로 이루어진 이중 프로텍터를 이용하여 열차 운용 중에 안전하게 확폭 공사를 실시할 수 있다.
본 발명에 따르면, NATM(New austrian tunnelling method)의 경제성과 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법의 안전성의 장점을 겸비한 Ring TBM을 이용하여 철도터널 내부를 안전하게 경제적으로 확폭할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 각각 종래의 기술에 따른 철도터널의 확폭장비의 사시도 및 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법의 동작흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 철도터널의 확폭을 위해 설치되는 이중 프로텍터를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 갱구부를 수평 천공 및 발파하는 것을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 이중 프로텍터가 설치된 상태에서 철도터널 내부를 수평 천공하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 이중 프로텍터가 설치된 상태에서 버럭을 처리 및 운반하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 철도터널 굴착을 위해 사용되는 Ring TBM을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 철도터널 굴착을 위해 사용되는 Ring TBM의 측면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 Ring TBM 면판을 기존의 TBM 면판을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 철도터널 굴착을 위해 사용되는 Ring TBM의 구동 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 Ring TBM의 기계굴착을 통해 중앙코어를 제거하는 것을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 Ring TBM을 사용하여 굴착된 철도터널 내에서 버럭을 제거하는 것을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 Ring TBM을 사용하여 굴착된 철도터널 내에 라이닝을 설치하는 것을 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
[이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법]
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법의 동작흐름도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 철도터널의 확폭을 위해 설치되는 이중 프로텍터를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법은, 열차의 운용 시에 비개착 방식으로 철도터널을 확폭하는 방법으로서, 먼저, 철도레일(300)이 설치된 운행중인 철도노선 보호를 위해 제1 프로텍터인 철도노선 보호공(110)을 철도터널(200)의 갱구에 설치한다(S110).
다음으로, 상기 철도터널(200)의 확폭단면 보호를 위해 제1 프로텍터(110)의 후면에 제2 프로텍터인 확폭단면 보호공(120)을 설치한다(S120). 여기서, 상기 철도노선 보호공(110)은 상기 철도터널(200)의 확폭전 단면에 대응하도록 형성되어 운행중인 철도노선의 보호하고, 상기 확폭단면 보호공(120)은 상기 철도터널(200)의 확폭단면에 대응하도록 소정 확폭거리만큼 이격시킨 상태로 상기 철도노선 보호공(110)의 외면에 형성되어 확폭단면을 보호하게 된다.
다음으로, 상기 제2 프로텍터(120)의 후면에 라이닝 양생 거푸집(130)을 설치한다(S130). 여기서, 상기 라이닝 양생 거푸집(130)은 상기 철도터널(200)의 확폭단면의 형상에 대응하는 라이닝 세그먼트를 제작하여 상기 확폭된 철도터널(200)의 내부로 공급하게 된다.
다음으로, 상기 철도터널(200) 내부로 상기 제1 프로텍터(110)를 진입시키면서 상기 철도터널(200)을 확폭한다(S140). 이때, 후술하는 도 4에 도시된 상기 수평천공기(140)를 이용하거나 또는 후술하는 도 7에 도시된 Ring TBM(160)을 이용하여 철도터널(200)을 확폭하게 된다.
다음으로, 상기 제1 프로텍터(110)의 후단을 따라 상기 제2 프로텍터인 확폭단면 보호공(120)을 진입시킨다(S150).
다음으로, 상기 제1 및 제2 프로텍터(110, 120) 사이에 형성된 공간을 통해 상기 철도터널(200)의 확폭시 발생된 버럭을 처리 및 운반한다(S160).
다음으로, 상기 철도터널(200)의 기존 라이닝을 제거하고 신규 라이닝을 설치한다(S170).
후속적으로, 상기 철도터널(200)의 길이방향으로 상기 철도터널(200)의 확폭이 모두 완료될 때까지 상기 S140 내지 S170 단계를 반복하여 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에 따르면, 상기 철도노선 보호공(110) 및 상기 확폭단면 보호공(120)으로 이루어진 이중 프로텍터(Dual Protector)를 이용하여 열차 운행의 중단 없이 상기 철도터널(200)을 확폭시킬 수 있다.
이하, 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 수평 천공기를 이용하여 철도터널을 굴착하는 것을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 철도터널의 확폭을 위해 설치되는 이중 프로텍터를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 철도터널의 확폭을 위해 설치되는 이중 프로텍터는 제1 프로텍터 및 제2 프로텍터로 이루어지며, 제1 프로텍터인 철도노선 보호공(110)은 운행중인 철도노선 보호를 위해 철도터널(200)의 갱구에 설치된다. 이때, 상기 철도노선 보호공(110)은 상기 철도터널(200)의 확폭전 단면에 대응하도록 형성되어 운행중인 철도노선의 보호하게 된다. 이때, 수평천공기(140)를 이용하여 철도터널(200)을 에워싸고 있는 지반(400)에 확폭할 철도터널(200) 단면에 대응하는 다수의 수평 천공홀을 형성할 수 있고, 상기 수평 천공홀을 통해 미진동 발파를 수행할 수 있다.
제2 프로텍터인 확폭단면 보호공(120)은 상기 철도터널(200)의 확폭단면 보호를 위해 제1 프로텍터(110)의 후면에 설치된다. 이때, 상기 확폭단면 보호공(120)은 상기 철도터널(200)의 확폭단면에 대응하도록 소정 확폭거리만큼 이격시킨 상태로 상기 철도노선 보호공(110)의 외면에 형성되어 확폭단면을 보호하게 된다.
한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 갱구부를 수평 천공 및 발파하는 것을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 이중 프로텍터가 설치된 상태에서 철도터널 내부를 수평 천공하는 것을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 상기 수평천공기(140)를 이용하여 철도터널(200)을 확폭할 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 철도터널(200)의 갱구부를 수평 천공하여 미진동 발파를 수행하게 된다.
이후, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 철도노선 보호공(110) 및 상기 확폭단면 보호공(120)으로 이루어진 이중 프로텍터가 설치된 상태에서 상기 철도터널(200) 내를 수평 천공하면서 상기 철도터널(200)을 확폭할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 이중 프로텍터가 설치된 상태에서 버럭을 처리 및 운반하는 것을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 철도노선 보호공(110) 및 상기 확폭단면 보호공(120) 사이에 형성된 통로를 따라 버럭 운반장치(150)를 사용하여 버럭을 처리 및 운반할 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 Ring TBM을 이용하여 철도터널을 굴착하는 것을 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 철도터널 굴착을 위해 사용되는 Ring TBM을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 철도터널 굴착을 위해 사용되는 Ring TBM의 측면도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 Ring TBM 면판을 기존의 TBM 면판을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 철도터널 굴착을 위해 사용되는 Ring TBM(160)은, 버럭 챔버(161), 배토 파이프(162), 유압 실린더(163), 회전모터(164), Ring TBM 면판(165), 실드(Shield: 166), 및 요 베어링(Yaw Bearing: 167)을 구비한다.
본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 철도터널 굴착을 위해 사용되는 Ring TBM(160)은, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 버럭 챔버(161), 배토 파이프(162), 유압실린더(163) 및 회전모터(164) 등으로 구성됨으로써, 기존의 NATM 장비의 경제성과 기존의 TBM의 안전성이라는 장점을 겸할 수 있다.
특히, 상기 Ring TBM(160)은 중앙부 코어가 형성됨으로써 굴착면의 안전성을 향상시킬 수 있고, 기존의 숏크리트 및 록볼트와 같은 1차 지보재를 사용하지 않아도 되므로 굴착비용을 절감시킬 수 있고, 이때, 최소화된 디스크비트를 사용함으로써 유지보수비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 도 9의 b)에 도시된 바와 같이, 상기 Ring TBM(160)을 이용하여 철도터널(200)을 확폭할 경우, 굴착면 안전성을 향상시키기 위해서 상기 Ring TBM(160)의 전면에 중앙부 코어를 갖는 Ring TBM 면판(165)이 형성된다. 즉, 도 9의 a)에 도시된 기존의 TBM 면판의 경우, 중앙부 코어가 형성되어 있지 않지만, 본 발명의 실시예에 따른 Ring TBM(160)은 중앙부 코어를 갖는 Ring TBM 면판(165)이 형성됨으로써 굴착면 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 철도터널 굴착을 위해 사용되는 Ring TBM의 구동 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 철도터널 굴착을 위해 사용되는 Ring TBM(160)은, 슬러리 주입구를 통해 슬러리를 주입하여 굴착을 수행하고, 이때, 버럭 챔버(161) 내에서 구동축(168)의 회전에 의해 Ring TBM 면판(165)이 하면서 지반을 굴착하게 된다. 이때, 굴착에 의해 발생된 배토는 배토 파이프를 따라 Ring TBM(160)의 후단으로 배출되고, 버럭 운반장치에 의해 철도터널 외부로 운반된다.
이때, 철도터널 확폭단면을 따라 상기 Ring TBM(160)의 후단에서 라이닝 조립장비를 사용하여 기존의 라이닝이 제거되고 라이닝 세그먼트(169)를 조립하여 신규 라이닝을 설치하게 된다.
한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 Ring TBM의 기계굴착을 통해 중앙코어를 제거하는 것을 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서, 상기 Ring TBM(160)은, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 철도터널(200)의 내부 굴착시 천공 및 발파에 의해 주변부를 아이솔레이션(Isolation)시키는 1차 굴착을 실시하고, 상기 1차 굴착에 의해 소음과 진동을 최소화시킨 상태에서 2차 굴착을 수행하게 된다. 이때, 1차 굴착을 위한 천공 및 발파 시에 예를 들면, 전기발파를 적용할 경우 추가적으로 비용을 절감할 수 있다.
한편, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 Ring TBM을 사용하여 굴착된 철도터널 내에서 버럭을 제거하는 것을 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 Ring TBM을 사용하여 굴착된 철도터널 내에서 상기 철도노선 보호공(110) 및 상기 확폭단면 보호공(120) 사이에 형성된 통로를 따라 버럭 운반장치(150)를 사용하여 버럭을 처리 및 운반할 수 있다. 이때, 상기 버럭 운반장치(150)로 비용을 최소화시킬 수 있도록 기존의 NATM 공법에 적용된 장비를 사용할 수 있다.
한편, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 Ring TBM을 사용하여 굴착된 철도터널 내에 라이닝을 설치하는 것을 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에서 Ring TBM을 사용하여 굴착된 철도터널 내에 라이닝을 설치할 경우, 상기 철도노선 보호공(110) 및 상기 확폭단면 보호공(120) 사이에 형성된 통로를 따라 상기 철도터널(200)의 기존 라이닝을 제거하고, 라이닝 조립장비(170)를 사용하여 상기 라이닝 양생 거푸집(130)에서 공급된 라이닝 세그먼트(169)로 신규 라이닝을 조립 설치할 수 있다. 이때, 상기 라이닝 조립장비(170)는 라이닝 설치 특수장비 또는 일반 백호를 사용할 수 있다. 즉, 상기 라이닝 조립장비(170)로서, 특수장비가 아닌 일반 백호로도 라이닝을 조립 및 설치할 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 운행중인 철도노선 보호공 및 확폭단면 보호공의 이중 프로텍터를 이용하여 열차 운용 중에도 안전하게 확폭 공사를 실시할 수 있고, NATM의 경제성과 TBM의 안전성의 장점을 겸비한 Ring TBM을 이용하여 철도터널 내부를 안전하게 경제적으로 확폭할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 운행중인 철도노선 보호공(제1 프로텍터)
120: 확폭단면 보호공(제2 프로텍터)
130: 라이닝 양생 거푸집
140: 천공장치
150: 버럭 운반장치
160: Ring TBM(링 터널굴착기)
170: 라이닝 조립장비
161: 버럭 챔버
162: 배토 파이프
163: 유압 실린더
164: 회전모터
165: Ring TBM 면판
166: 실드(Shield)
167: 요 베어링(Yaw Bearing)
168: 구동축(Driving Shaft)
169: 라이닝 세그먼트(Segment)
200: 철도터널
300: 철도레일
400: 지반

Claims (10)

  1. 열차의 운용 시에 비개착 방식으로 철도터널을 확폭하는 방법에 있어서,
    a) 운행중인 철도노선 보호를 위해 제1 프로텍터인 철도노선 보호공(110)을 철도터널(200)의 갱구에 설치하는 단계;
    b) 상기 철도터널(200)의 확폭단면 보호를 위해 제1 프로텍터(110)의 후면에 제2 프로텍터인 확폭단면 보호공(120)을 설치하는 단계;
    c) 상기 제2 프로텍터(120)의 후면에 라이닝 양생 거푸집(130)을 설치하는 단계;
    d) 상기 철도터널(200) 내부로 상기 제1 프로텍터(110)를 진입시키면서 상기 철도터널(200)을 확폭하는 단계;
    e) 상기 제1 프로텍터(110)의 후단을 따라 상기 제2 프로텍터인 확폭단면 보호공(120)을 진입시키는 단계;
    f) 상기 제1 및 제2 프로텍터(110, 120) 사이에 형성된 공간을 통해 상기 철도터널(200)의 확폭시 발생된 버럭을 처리 및 운반하는 단계; 및
    g) 상기 철도터널(200)의 기존 라이닝을 제거하고 신규 라이닝을 설치하는 단계
    를 포함하되,
    상기 철도터널(200)은 상기 철도노선 보호공(110) 및 상기 확폭단면 보호공(120)으로 이루어진 이중 프로텍터(Dual Protector)를 이용하여 열차 운행의 중단 없이 확폭되는 것을 특징으로 하는 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 철도노선 보호공(110)은 상기 철도터널(200)의 확폭전 단면에 대응하도록 형성되어 운행중인 철도노선의 보호하고, 상기 확폭단면 보호공(120)은 상기 철도터널(200)의 확폭단면에 대응하도록 소정 확폭거리만큼 이격시킨 상태로 상기 철도노선 보호공(110)의 외면에 형성되어 확폭단면을 보호하는 것을 특징으로 하는 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 c) 단계의 라이닝 양생 거푸집(130)은 상기 철도터널(200)의 확폭단면의 형상에 대응하는 라이닝 세그먼트를 제작하여 상기 확폭된 철도터널(200)의 내부로 공급하는 것을 특징으로 하는 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 d) 단계에서 수평천공기(140)를 이용하거나 Ring TBM(160)을 이용하여 철도터널(200)을 확폭하는 것을 특징으로 하는 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수평천공기(140)를 이용하여 철도터널(200)을 확폭할 경우, 상기 철도터널(200)의 갱구부를 수평 천공하여 미진동 발파를 수행하고, 이후 상기 철도노선 보호공(110) 및 상기 확폭단면 보호공(120)으로 이루어진 이중 프로텍터가 설치된 상태에서 상기 철도터널(200) 내를 수평 천공하면서 상기 철도터널(200)을 확폭하는 것을 특징으로 하는 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 Ring TBM(160)을 이용하여 철도터널(200)을 확폭할 경우, 굴착면 안전성을 향상시키기 위해서 상기 Ring TBM(160)의 전면에 중앙부 코어를 갖는 Ring TBM 면판이 형성된 것을 특징으로 하는 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 Ring TBM(160)은, 상기 철도터널(200)의 내부 굴착시 천공 및 발파에 의해 주변부를 아이솔레이션(Isolation)시키는 1차 굴착을 실시하고, 상기 1차 굴착에 의해 소음과 진동을 최소화시킨 상태에서 2차 굴착을 수행하는 것을 특징으로 하는 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 f) 단계에서 상기 철도노선 보호공(110) 및 상기 확폭단면 보호공(120) 사이에 형성된 통로를 따라 버럭 운반장치(150)를 사용하여 버럭을 처리 및 운반하는 것을 특징으로 하는 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 g) 단계에서 상기 철도노선 보호공(110) 및 상기 확폭단면 보호공(120) 사이에 형성된 통로를 따라 상기 철도터널(200)의 기존 라이닝을 제거하고, 라이닝 설치 특수장비 또는 일반 백호를 사용하여 상기 라이닝 양생 거푸집(130)에서 공급된 라이닝 세그먼트(169)로 신규 라이닝을 조립 설치하는 것을 특징으로 하는 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법에 의해 시공된 철도터널.
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