KR20170007975A

KR20170007975A - Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법

Info

Publication number: KR20170007975A
Application number: KR1020150099097A
Authority: KR
Inventors: 정동면; 정인혁
Original assignee: (주)나우기술
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2017-01-23
Also published as: KR101716573B1

Abstract

본 발명은 토사지반의 비개착식 터널 시공방법 및 구조에 관한 것으로, 종전과 같이 토피가 큰 경우 토사지반에서의 터널굴진은 크라운부에 대한 강관다단그라우팅, 포폴링등 지반보강을 한 후에 강지보공으로 받치면서 굴진하는 것과 토피가 작은 경우 강관 등을 이용하여 강관루프를 형성하며 굴진하는 방법으로 시공하여 왔으나, 상기의 재래적인 방법을 지양하고 크라운부에는 흙막이판을 설치하고 측벽부에는 JSP 또는 소일네일링을 이용하여 지반보강을 시공하여 안정화를 시키면서 내부를 굴진하고 콘크리트라이닝을 최종으로 설치한 후 여굴부를 석분 또는 몰탈로 충진하는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조에 있어서,
비개착 타입 터널의 시공시 소요되는 종래에 사용하던 중구경강관을 사용치 않으면서 골조H형강 및 제작ㄷ형강의 전혀 다른 소재를 이용하여 터널 시공이 가능하도록 하는 제1의 효과와,
골조H형강과 제작ㄷ형강, 스틸리브등을 격간으로 사용하므로 상부 크라운부를 보강하여 평면 선형상 곡선부를 주어진 선형을 따라 시공할 수 있어 경제적 비용이 크게 절감되는 제2의 효과와,
터널 크라운부의 곡선반경을 임의로 조정하여 터널의 폭원과 높이의 변화에 따른 대처가 가능하도록 하는 제3의 효과와,
토사터널의 특징인 상부 크라운부의 지반보강공법을 흙막이공법으로 대체 하므로 시공 속도가 빨라 공기가 단축되며 공사비가 절감되는 제4의 효과와,
중구경강관을 사용하지 않음으로 강관 추진의 시공상 애로 및 오차로 인한 문제 발생이 해소되는 제5의 효과와,
토피가 큰 경우나 적은 경우 모두 비개착식 터널시공이 가능하도록 하는 등의 제6의 효과와,
콘크리트라이닝에 있어서 PC구조체와 현장타설에 의한 구조체의 시공방법을 함께 적용하므로 공사의 다양성을 구현하는 제7의 효과와,
장대터널 구간에서 풍도슬래브를 이용한 환기등을 시설하여 공기질을 정화할 수 있는 여건을 구축하는 등의 제8의 효과와,
형상도 직선형에서 부드러운 곡선형에 이르는 다양한 형상을 구현할 수 있도록 하므로 현장여건에 맞도록 다양한 형상을 취할 수 있는 제9의 효과와 같이 터널 시공의 단순성 및 용이성, 작업의 효율성을 두루 갖추도록 하여 공기 및 공사비, 미관등 총 9개소의 효과를 기대할 수 있는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조에 관한 것이다.

Description

Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조{The Construction Method and Structure of linear curve-shaped non-excavation tunnel with using Forepoling Board and ground reinforcement}

본 발명은 토사지반의 비개착식 터널 시공방법 및 구조에 관한 것으로, 종전과 같이 토피가 큰 경우 토사지반에서의 터널굴진은 크라운부에 대한 강관다단그라우팅, 포폴링등 지반보강을 한 후에 강지보공으로 받치면서 굴진하는 것과 토피가 작은 경우 강관 등을 이용하여 강관루프를 형성하며 굴진하는 방법으로 시공하여 왔으나, 상기의 재래적인 방법을 지양하고 크라운부에는 흙막이판을 설치하고 측벽부에는 JSP 또는 소일네일링을 이용하여 지반보강을 시공하여 안정화를 시키면서 내부를 굴진하고 콘크리트라이닝을 최종으로 설치한 후 여굴부를 석분 또는 몰탈로 충진하는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조에 관한 것이다.

일반적인 비개착식 터널굴착방법으로 채택되는 것으로 토피가 작은 경우에 사용되는 박스형의 전방견인공법(Front jacking method)과 토피가 큰 경우에 사용되는 마제형 또는 원형의 터널굴착 공법인 STM공법이 있는데, 본원 발명인에 의해 등록된 특허 제 509707 호와, 특허등록출원 제 2006-89993 호인 비개착식 터널굴착방법 및 상기 방법에 의하여 설치된 터널구조체들이 개시되고 있으며, 대한민국 특허등록 제 10-0815568 호인 비개착타입 터널시공방법 및 이에 적용되는 구조체가 개시되고 있다.

특히 대한민국 특허 10-1073523호인 비개착식 터널굴착방법 및 이에 사용되는 터널시공구조체는,

터널의 일정 높이에서 폭 방향으로 상부대구경강관을 상부 소정 위치에 등간격 다수개 압입하는 상부대구경강관추진단계와,

상기 상부측대구경추진단계에 의해 이격 압입되는 각 상부대구경강관 사이에 수평선상으로 추진되는 중구경수평강관추진단계와,

상기 중구경수평강관추진단계에 의해 이완된 주변 지반을 그라우팅 보강하는 그라우팅단계와,

상기 상부대구경강관과 동일 위치에서의 하단측에 터널의 기초를 이루는 하부기초대구경강관을 추진하는 하부기초대구경강관추진단계와,

상기 상부대구경강관과 하부기초대구경강관을 연결하는 중구경수직강관을 추진하는 중구경수직강관추진단계와,

하단측에 구조물을 추진하기 위한 추진기지 설치 및, 상기 구조물의 추진과정에서 회수되어지는 각 강관에 체결되는 볼트를 해체한 후 상기 구조물을 강선이 관통되도록 연결하여 터널의 반대편에서 상기 구조물을 추진기지를 따라 전진 이송되며 각 강관 및 부속물을 회수하기 위한 구조물 추진 및 부속물품 회수단계와,

상기 구조물 추진 및 부속물품 회수단계에 의해 추진된 구조물의 내부 토사를 굴착하는 내부토사 굴착 및 슬라이딩플레이트 회수단계와,

내부토사 굴착에 의해 잔존하는 잔재물을 회수한 후 하부슬래브를 설치하게 되는 하부슬래브 설치단계로 이루어지는 것을 특징으로 하여,

비개착식 터널 시공 과정에서 필요로 하는 각종 강관 및 구성부품 등의 완전한 회수가 가능하도록 하여 각종 구성부품의 재활용도를 높이고, 하부슬래브의 설치 작업 없이 먼저 터널 구조체의 진입이 가능하도록 하여, 전체적인 터널 시공비용의 현저한 절감 효과를 이루도록 하였는데 반하여, 기존의 공법은 하부슬래브를 포함한 터널구조체를 진입하여 발생되는 막장붕괴 및 선단저항을 줄이기 위한 방편으로 시행하는 선굴착으로 시공되어 노반이 침하되므로 공사 중 지속적으로 노반을 보강하게 되는 공사방법으로 인해 불필요한 설비 등이 투입되고 이로 인하여 공기 지연, 공사비의 증가, 작업인력의 낭비 등으로부터 발생될 수 있는 문제점을 해결하게 되는 효과를 기대할 수 있도록 하였다.

그러나, 토피가 적은 구간에서 사용되는 상기한 특허의 경우 소구경강관과 중구경강관 및 대구경강관을 모두 활용하게 되는데 강관을 추진하는 비용과 강관재료를 구입하는 비용 및 터널 굴착시 소요되는 각종 부품의 종류 및 수가 많아 공사비용이 증대되는 문제점이 있었으며,

또한, 구입한 강관의 외형을 별도로 가공 제작하여 사용하므로 제작비용이 증가하는 문제점과 강관의 특성상 직선만이 가능하므로 평면곡선 선형 및 장대길이에서의 환기장치 시설을 갖출수가 없는 문제점이 있었다.

대한민국 특허 제10-1073523 호 대한민국 특허 제10-0973770 호

본 발명은 상기한 문제점 들을 해결하기 위해 안출 한 것으로서, 강관의 사용을 지양하고 골조H형강과 제작ㄷ형강이 결합한 Forepoling Board를 일정길이로 제작하여 지중에 압입하되 약간의 각도를 이루며 경사지게 압입되도록 하는데, 이러한 Forepoling Board로 상부 아치형 크라운부를 보강하고 스틸리브로 지지토록 하여 토립자가 유출되지 않도록 하는데, 상기한 방법을 점진적으로 굴진하면서 일정한 간격으로 설치한다. 이후 제1차 라이닝인 숏크리트를 설치하여 상부 아치형 크라운부의 변위를 제어토록 하며 이어서 터널 라이닝의 측벽부를 JSP 및 소일네일링으로 보강하면서 수직과 수평으로 굴진하여 상부 Forepoling Board를 지지하는 스틸리브가 견고히 지지되어 안정화 되도록 하면서 내부를 완전히 굴착하여 콘크리트라이닝을 시설할 수 있는 공간을 형성한다. 이와같이 상기한 방법은 비개착식 터널을 이루는 다수의 강관을 사용치 않으므로 공사비를 절감할 수 있는 요소가 될 수 있으며, 점진적으로 굴착하면서 상부를 아치형으로 형성하고 보강재를 일정한 길이로 제작하여 설치하므로 터널 갱내에서 평면곡선을 따라 시공이 가능해지므로 그간 비개착식 공법을 적용하는 구간에서는 평면곡선을 적용할 수가 없었던 문제점을 해결할 수 있도록 하는 데 그 목적을 두고 있으며,

또한 본 발명은, 토피가 큰 경우나 적은 경우에도 이와 같은 방법을 적용할 수 있도록 고안하였는데, 특히, 토피가 큰 경우와 터널의 길이가 긴 경우에는 환기등을 위하여 풍도슬래브를 겸하여 설치할 수 있도록 하고 있으며, 토피가 적은 경우에는 상부슬래브를 우선 시공하여 상부 안정화를 도모하며 내부를 굴착하는 역 시공의 공사방법으로 구성하고 있고, 폭원이 넓은 경우에는 중앙에 기둥을 설치하는 방법으로 구성하는등 현장조건에 맞추어 시공할 수 있는 다양한 방법으로 안전한 비개착식 방법의 터널 구조체를 형성할 수 있도록 한 고안으로 PC구조체를 이용하여 터널 구조체를 형성하는 방법과 현장타설에 의한 터널 구조체를 형성하는 방법을 함께 적용하므로 공사의 다양성을 도모하였으며, 공기 및 공사비를 크게 감축할 수 있도록 하는데 또 다른 목적을 두고 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조에서,

터널의 일정높이에서 폭 방향 아치형으로 동일한 규격의 Forepoling Board인 골조H형강과 제작ㄷ형강이 격간으로 다수개 압입 추진하되, 이를 스틸리브로 지지하며 굴진하는 상부보강 시공단계(S10)와,

터널의 높이 방향에서 측벽부를 따라 내부 굴착과 함께 JSP와 소일네일링을 일정한 간격으로 시설하는 측벽부보강 시공단계(S20)와,

배수로와 공동구를 시설하며 콘크리트라이닝을 설치하기 위한 터널의 콘크리트라이닝 기초 시공단계(S30)와,

측벽부와 크라운부의 콘크리트라이닝의 설치 시공단계(S40)와,

필요시 급기와 배기등 환기를 할 수 있는 풍도슬래브 시공단계(S50)와,

차량등이 통행할 수 있는 바닥 시공단계(S60)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조에서,

터널의 높이 방향에서 측벽부를 따라 내부 굴착과 함께 JSP를 일정한 간격으로 시설하는 측벽부1보강 시공단계(S20)와,

상부슬래브를 선시공하여 안정화를 도모하는 상부슬래브 시공단계(S30)와,

터널의 높이 방향에서 측벽부를 따라 내부 굴착과 함께 소일네일링을 일정한 간격으로 시설하는 측벽부2보강 시공단계(S40)와,

배수로와 공동구를 시설하며 측벽부를 설치하기 위한 터널 라이닝의 측벽부 기초 시공단계(S50)와,

상부슬래브와 기초를 연결하는 벽체 시공단계(S60)와,

차량등이 통행할 수 있는 바닥 시공단계(S70)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

터널의 일정높이에서 폭 방향 아치형으로 동일한 규격의 Forepoling Board인 골조H형강과 제작ㄷ형강이 격간으로 다수개 압입 추진하되, 이를 스틸리브로 지지하며 굴진하는 중앙 상부보강 시공단계(S10)와,

터널의 상부를 지지하는 기둥부 시공단계(S20)

터널의 일정높이에서 폭 방향 아치형으로 동일한 규격의 Forepoling Board인 H형강과 강판틀이 격간으로 다수개 압입 추진하되, 이를 스틸리브로 지지하며 굴진하는 외측 상부보강 시공단계(S30)와,

터널의 높이 방향에서 측벽부를 따라 내부 굴착과 함께 JSP를 일정한 간격으로 시설하는 측벽부1보강 시공단계(S40)와,

상부슬래브를 선시공하여 안정화를 도모하는 상부슬래브 시공단계(S50)와,

터널의 높이 방향에서 측벽부를 따라 내부 굴착과 함께 소일네일링을 일정한 간격으로 시설하는 측벽부2보강 시공단계(S60)와,

배수로와 공동구를 시설하며 기초 및 측벽부를 설치하기 위한 터널 라이닝의 기초 및 벽체 시공단계(S70)와,

차량등이 통행할 수 있는 바닥 시공단계(S80)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 비개착 타입 터널의 시공시 소요되는 종래에 사용하던 중구경강관을 사용치 않으면서 골조H형강 및 제작ㄷ형강의 전혀 다른 소재를 이용하여 터널 시공이 가능하도록 하는 제1의 효과와,

골조H형강과 제작ㄷ형강, 스틸리브등을 격간으로 사용하므로 상부 크라운부를 보강하여 평면 선형상 곡선부를 주어진 선형을 따라 시공할 수 있어 경제적 비용이 크게 절감되는 제2의 효과와,

터널 크라운부의 곡선반경을 임의로 조정하여 터널의 폭원과 높이의 변화에 따른 대처가 가능하도록 하는 제3의 효과와,

토사터널의 특징인 상부 크라운부의 지반보강공법을 흙막이공법으로 대체 하므로 시공 속도가 빨라 공기가 단축되며 공사비가 절감되는 제4의 효과와,

중구경강관을 사용하지 않음으로 강관 추진의 시공상 애로 및 오차로 인한 문제 발생이 해소되는 제5의 효과와,

토피가 큰 경우나 적은 경우 모두 비개착식 터널시공이 가능하도록 하는 등의 제6의 효과와,

콘크리트라이닝에 있어서 PC구조체와 현장타설에 의한 구조체의 시공방법을 함께 적용하므로 공사의 다양성을 구현하는 제7의 효과와,

장대터널 구간에서 풍도슬래브를 이용한 환기등을 시설하여 공기질을 정화할 수 있는 여건을 구축하는 등의 제8의 효과와,

형상도 직선형에서 부드러운 곡선형에 이르는 다양한 형상을 구현할 수 있도록 하므로 현장여건에 맞도록 다양한 형상을 취할 수 있는 제9의 효과와 같이 터널 시공의 단순성 및 용이성, 작업의 효율성을 두루 갖추도록 하여 공기 및 공사비, 미관등 총 9개소의 효과를 기대할 수 있다.

도 1 내지 도 10은 본 발명에 의한 제 1 실시예를 도시한 도면으로서,
도 1은 본 발명의 작업과정에 의한 공정 흐름을 도시한 도면
도 2는 본 발명의 공정 흐름 중 터널의 상방측 크라운부에 골조H형강과 제작ㄷ형강을 격간으로 압입하고 스틸리브를 이용하여 이를 지지하면서 점진적으로 굴착하되 상기 공종을 반복하여 설치하는 상태를 개괄적으로 도시한 도면
도 3은 도 2에 의한 시공이 종료된 후, 터널 측벽을 이루는 곡선부에 일정한 간격으로 JSP를 이용하여 굴착과 함께 지반보강을 하는 상태를 개괄적으로 도시한 도면
도 4는 도 3에 의한 시공이 종료된 후, 소일네일링을 이용하여 터널 측벽을 이루는 나머지 곡선부에 일정한 간격으로 지반을 보강하며, 터널의 양측 하단 우각부에 배수로와 공동구가 설치되는 콘크리트라이닝의 기초를 시공하는 상태를 개괄적으로 도시한 도면
도 5는 도 4에 의한 시공이 종료된 후, 터널의 콘크리트라이닝을 설치하는 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 5a는 도 4에 의한 시공이 종료된 후, 터널의 콘크리트라이닝 벽체판넬을 지지하는 상태와 상부 크라운부 라이닝을 현장타설의 방법으로 시설하는 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 6은 도 5에 의한 시공이 종료된 후, 장대터널인 경우 환기를 위한 풍도슬래브를 설치하는 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 7은 차량이 통행할 수 있는 아스팔트등의 바닥시공을 하는 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 8은 도 1 에서 도 7까지의 전공정이 이루어진 상태와 스틸리브의 기초상세의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 9는 골조H형강과 제작ㄷ형강의 Forepoling Board가 일정한 간격으로 설치되며 스틸리브 2조가 이를 순차적으로 지지하는 상태와 Forepoling Board의 골조H형강과 제작ㄷ형강이 격간으로 설치되는 상세의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 10은 PC콘크리트라이닝과 현장타설 기초라이닝이 결합하는 상세의 개괄적 단면을 확대 도시한 도면
도 11 내지 도 19는 본 발명에 의한 제 2 실시예를 도시한 도면으로서,
도 11은 본 발명의 작업과정에 의한 공정 흐름을 도시한 도면
도 12는 본 발명의 공정 흐름 중 터널의 상방측 크라운부에 Forepoling Board인 H형강과 ㄷ형강을 격간으로 압입하고 스틸리브를 이용하여 이를 지지하면서 점진적으로 굴착하되, 상기 공종을 반복하여 설치하는 상태를 개괄적으로 도시한 도면
도 13은 도 12에 의한 시공이 종료된 후, 터널 측벽을 이루는 곡선부에 일정한 간격으로 JSP를 이용하여 굴착과 함께 지반보강을 하는 상태를 개괄적으로 도시한 도면
도14는 도13에 의한 시공이 종료된 후. 상부 크라운부 콘크리트라이닝을 시공하는 상태와 이를 후속작업 동안에도 지지하는 동바리를 개괄적으로 도시한 도면
도 15는 도 14에 의한 시공이 종료된 후, 소일네일링을 이용하여 터널 측벽을 이루는 나머지 곡선부에 일정한 간격으로 지반을 보강하며, 터널의 양측 하단 우각부에 배수로와 공동구가 설치되는 콘크리트라이닝의 기초를 시공하는 상태를 개괄적으로 도시한 도면
도 16은 도 15에 의한 시공이 종료된 후, 터널의 콘크리트라이닝의 크라운부와 기초를 연결하는 벽체부 콘크리트라이닝을 시설하는 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 17은 차량이 통행할 수 있는 아스팔트등의 바닥시공을 하는 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 18은 도 11 내지 도 17까지의 전공정이 이루어진 상태와 스틸리브의 기초상세의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 19는 상부 크라운부 좌우 양측 스틸리브 기초부에서 방수상세와 상부슬래브 양단 형상의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 20 내지 도 30은 본 발명에 의한 제 3 실시예를 도시한 도면으로서,
도 20은 본 발명의 작업과정에 의한 공정 흐름을 도시한 도면
도 21은 본 발명의 공정 흐름 중 터널의 상방측 중앙 크라운부에 Forepoling Board인 H형강과 ㄷ형강을 격간으로 압입하고 트러스 구조인 스틸리브를 이용하여 이를 지지하면서 점진적으로 굴착하면서 상기 공종을 반복하여 설치하는 상태를 개괄적으로 도시한 도면
도 22는 도 21에 의한 시공이 종료된 후, 스틸리브 좌우 양측을 지보공으로 받치고 중앙부를 굴착하여 기둥을 설치하는 상태를 개괄적으로 도시한 도면
도 23은 도 22에 의한 시공이 종료된 후, 터널의 상방측 좌우 크라운부에 Forepoling Board인 H형강과 ㄷ형강을 격간으로 압입하고 스틸리브를 이용하여 이를 지지하면서 점진적으로 굴착하면서 상기 공종을 반복하여 설치하는 상태를 개괄적으로 도시한 도면
도 24는 도 23에 의한 시공이 종료된 후, 터널 측벽을 이루는 곡선부에 일정한 간격으로 JSP를 이용하여 굴착과 함께 지반보강을 하는 상태를 개괄적으로 도시한 도면
도 24a는 도 23에 의한 시공이 종료된 후, 상부슬래브를 시공한 상태를 개괄적으로 도시한 도면
도 25는 도 24 또는 도 24a에 의한 시공이 종료된 후, 소일네일링을 이용하여 터널 측벽을 이루는 나머지 곡선부에 일정한 간격으로 지반을 보강하며, 터널의 양측 하단 우각부에 배수로와 공동구가 설치되는 콘크리트라이닝의 기초 및 벽체를 시공하는 상태를 개괄적으로 도시한 도면
도 26은 차량이 통행할 수 있는 아스팔트등의 바닥시공을 하는 상태의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 27은 도 20 에서 도 26까지의 전공정이 이루어진 상태와 스틸리브의 기초 및 스틸리브의 연결상세의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 28은 H형강과 ㄷ형강의 Forepoling Board가 일정한 간격으로 설치되며 스틸리브 2조가 이를 순차적으로 지지하는 상태와 Forepoling Board의 H형강과 ㄷ형강이 격간으로 설치되는 상세의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 29는 트러스 구조인 스틸리브 가로보 배치 상세의 개괄적 단면을 도시한 도면
도 30은 상부 크라운부 좌우 양측 스틸리브 기초부에서 방수상세의 개괄적 단면을 도시한 도면

본 발명에서는 규격이 동일한 골조H형강과 제작ㄷ형강을 격간으로 터널의 크라운부에 압입하면서 이를 스틸리브가 지지토록 하고 점짐적으로 굴진하며 반복 시공을 하되, 측벽부는 상부 콘크리트라이닝이 지지될 수 있도록 JSP 및 소일네일링등으로 지반을 보강하여 안정화를 도모하면서 내부를 굴착하여 콘크리트라이닝이 설치될 수 있는 공간을 형성하고, 배수로와 공동구가 있는 라이닝의 기초부를 설치하며, PC또는 현장타설방법에 의한 콘크리트라이닝을 시설하고, 마지막으로 차량등이 통행할 수 있도록 바닥의 이스팔트를 시공하는 것으로 하되, 토피가 큰 경우에 PC콘크리트라이닝을 조립하여 설치하거나 현장타설의 방법으로 시설하고 풍도슬래브를 설치할 수 있는 방법과 토피가 작은 경우에 크라운부 콘크리트라이닝을 우선 시공하는 방법과 폭원이 커 중간 기둥이 필요한 경우에 트러스 구조의 스틸리브를 이용하여 시설하는 방법등을 동원하여 시공이 용이하고, 평면곡선형을 시공 가능토록 하며, 공사비가 절감되고 공기를 단축할 수 있는 방안을 제시한다.

한편, 이러한 본 발명에 의하여 제시되는 방안에 대하여는 다양한 실시가 가능하므로 그 각각의 바람직한 실시 예들을 첨부하는 도면들을 참조하여 설명한다.

제 1 실시예

본 발명은 도 1 에서 보는 것과 같이,

상부 보강 시공단계(S10)와, 측벽부 보강 시공단계(S20)와, 기초 계(S30)와, PC라이닝 조립 및 견인단계(S40)와, 풍도슬래브 시공단계〈필요시〉(S50)와, 바닥 시공단계(S60)로 이루어진다.

각 과정별로 나누어 본 발명의 단계 흐름과 이에 따른 각 구성을 설명한다.

상부 보강 시공단계( S10 )

본 단계는 도 2에서 보듯이 터널(1)을 이루기 위한 영역에서 크라운부측으로 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)의 일정한 길이를 경사방향으로 압입 추진하고 이를 2조의 아치형 스틸리브(103)가 지지하는 단계를 의미하는 것으로 상기의 스틸리브(103)는 상부하중을 충분히 지지할 수 있는 규격이어야 하는데 상부슬래브 시공시 매몰된 스틸리브(103)가 상부슬래브에 작용되는 부재력에 대하여 상부슬래브에 배치된 철근과 함께 저항력을 갖도록 구성함이 바람직하다.

한편, 도 9에서 보듯이 상기 골조H형강(101)은 천공기를 이용하여 다수개를 천공한 후 골조H형강(101)을 압입하여 지중에 시설하고, 이어서 제작ㄷ형강(102)을 골조H형강(101) 사이마다 격간으로 압입하는데, 지반이 단단한 경우에는 천공기를 이용하여 지반을 교란시킨 후 압입토록 하며 제작ㄷ형강(102)은 골조H형강(101)의 플렌지 사이 웨브에 접촉되면서 압입한다.

이러한 상기의 압입은 도 2에서 보듯이 일정한 간격으로 굴착되어 질 터널(1)의 일정높이에서 길이방향으로 단계적으로 시설하는데, 상기 크라운부의 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)은 터널(1)의 크라운부 상부토사의 하중을 지지하는 흙막이로서의 역할을 하고 있으며 토립자가 유출되지 않도록 한다.

본 발명에서 적용되는 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)의 결합은 상기에서 설명하였듯이 골조H형강(101)이 먼저 압입 추진되고 그 사이마다 격간으로 제작ㄷ형강(102)을 압입 추진하는데, 이때 골조H형강(101)의 웨브에 제작ㄷ형강(102)의 플렌지가 겹쳐지도록 압입 추진함이 바람직하고 그렇게 하는 이유는 상부의 하중을 받아 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)에 부재력이 발생할 시 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)이 일체로 거동하여 부재력에 저항할 수 있기 때문이며, 또한 제작ㄷ형강(102)에 변형 및 일탈이 발생하지 않도록 하는데 도움이 되기 때문이고, 또한, 제작ㄷ형강(102)을 압입 추진할 시 웨브가 아래측으로 배치되도록 함이 바람직한데 이는 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)을 지지하는 아치형 스틸리브(103)와의 접촉면이 늘어날 수 있도록 하기 위함이다.

한편, 상기의 스틸리브(103) 시공방법으로는 도 8의 상세에서 보듯이 스틸리브(103)의 좌우 양단은 콘크리트블럭(104a) 위에 놓여지며 스틸리브(103) 웨브에 부착된 스티프너(104b)와 콘크리트블럭(104a) 사이에 유압잭(104c)을 시설하고 작동시켜 스틸리브(103)가 크라운부 굴착면 Forepoling Board에 충분히 압착되도록 한 후 간격재를 스틸리브(103) 양 끝단에 충진하여 지지토록 하고 유압잭(104c)을 철거하는 방법으로 시공하는 것이다.

이와같이, 상기의 상부 보강 시공이 종료된 후, 굴착면을 따라 제1차 라이닝인 숏크리트(107)를 타설하여 향후 터널(1)의 변위에 대응토록 한다.

측벽부 보강 시공단계( S20 )

상부 보강 시공단계(S10)에 이어 본 발명에 적용되는 측벽부 보강 시공단계(S20)는 JSP(105) 및 소일네일링(106)으로 구분하여 명명하고 그 시공구성에 대하여 설명한다.

이와같이 구분을 두는 것은 JSP(105)와 소일네일링(106)에서 터널(1)의 길이방향에 따라 단계적으로 시공하여야 하기 때문이다.

우선, 도 3 에서 보듯이 JSP(105)의 시공시기와 시공근거에 대하여 설명하면,

JSP(105)는 도 2까지의 공사를 종료한 후 터널(1)의 좌우측 벽체부 상단의 지반을 보강하는 것으로 도 3에서 보듯이 일정한 간격을 유지하며 보강체가 상호 겹쳐지도록 배치하되 어느 정도의 군락을 형성하면 일정한 간격을 띠어 또 다른 보강 군락을 유지하며 터널(1)의 길이방향을 따라 진행토록 하는데, 이는 상기 JSP(105) 공사에 의하여 스틸리브(103)의 기초를 견고하게 지지토록 하기 위함과 벽체부 상단의 지반을 견고하도록 하여 내부 굴착시 붕괴가 발생치 않도록 조치하여 터널(1) 벽체부의 변위가 발생치 않도록 하기 위함이다.

한편, 이러한 JSP(105) 공사가 종료된 후 벽체의 나머지 부분은 도 4에서 보듯이 터널(1)의 잔여 굴착과 함께 소일네일링(106)을 일정한 간격의 방사형으로 시설하여 벽체부의 지반 안정화를 도모하도록 구성하고 있다.

이와같은 상기의 측벽부 보강 시공이 종료된 후, 굴착선을 따라 제1차 라이닝인 숏크리트(107)를 타설하여 향후 터널(1)의 변위에 대응토록 하며 이어서 시트방수재(108)를 부착하여 굴착면을 따라 흐르는 지하수가 터널(1)의 내측으로 유입되지 않도록 구성하고 있다.

기초 시공단계( S30 )

상기의 모든 측벽부 보강 시공단계(S20)를 종료한 후, 도 4에서 보듯이 측벽부 및 크라운부 굴착면을 따라 터널(1) 콘크리트라이닝(3)의 외면을 타고 유입되는 지하수를 처리하는 배수로와 각종 전선등이 배치되는 공동구등이 설치되는 콘크리트라이닝의 기초부(2)를 시공하는데, 이때 기초부와 콘크리트라이닝(3)의 연결부를 도 10에서 보듯이 계단식으로 설치하되 토압이 작용하는 방향으로 계단턱을 만들어 횡토압에 의한 콘크리트라이닝(3)의 슬라이딩이 발생치 않도록 하며, 콘크리트라이닝의 기초부(2)를 시설할 때 콘크리트라이닝(3)을 PC구조체로 사용할 경우 갱외에서 PC로 제작되어 조립된 콘크리트라이닝(3)을 견인할 수 있는 시설인 레일장치(4a)를 설치하는 것으로 구성하고 있다.

또한, 콘크리트라이닝(3)의 하면에는 레일장치(4a)의 두부를 끼울 수 있는 ㄷ형강을 시설하여 콘크리트라이닝(3)이 견일될 때 슬라이딩이 잘 이루어지도록 하는 구성을 갖추는 것이 바람직한데, 이러한 결합부에 콘크리트라이닝(3) 외면에서 유입되는 지하수가 차단될 수 있도록 수팽창성지수제를 콘크리트라이닝(3)의 기초부(2)에 요홈을 내어 끼어넣고 PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)의 홈에 끼워 설치하면 압착력이 발생되어 누수가 차단될 수 있는 구성을 이루고 있다.

콘크리트라이닝 설치 시공단계( S30 )

기초 시공단계(S20)가 종료된 후, 콘크리트라이닝(3)을 도 5에서 보듯이 시설하여야 하는데 이는 PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)을 갱외에서 조립하고 견인하여 설치하는 방법과 PC로 제작된 벽체부 콘크리트라이닝(3) 판넬을 갱내에서 조립하는 방법, 그리고 모든 콘크리트라이닝(3)을 현장타설의 방법으로 시공하는 3가지의 방법으로 설치할 수 있을 것이다.

우선, PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)을 설치하는 제1의 방법으로는 갱외에 발진기지를 시설하고 이 발진기지에서 PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)의 판넬을 조립한 후 PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)의 판넬을 제작시에 내부에 매설한 PVC파이프(109) 내부로 PC강연선(110)을 인입하여 반력대에 설치한 유압잭과 연결시켜 유압잭의 스트로크를 작동시키면 조립된 PC콘크리트라이닝(3)이 갱외에서 갱내로 견인되어 소정의 위치에 안착되도록 하는데, 이때 PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)의 하면은 기초부(2)와 힌지방식으로 접합될 수 있도록 계단턱의 형상으로 제작하고 2조의 레일장치(4a)의 두부가 끼워질 수 있는 ㄷ형강(4b)을 시설하여 견인시 마찰이 적어지도록 하며, 지하수의 유입을 차단할 수 있는 수팽창성지수재(111)가 끼워질 수 있는 요홈이 내어지는 형상으로 제작되어지는 것이 바람직하다.

한편, 크라운부의 개구부는 PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)의 배면부 공극을 충진하기 위한 투입구이므로 석분 또는 몰탈을 이용하여 충진한 후 외면에 시트방수재를 설치하고 콘크리트를 이용하여 밀폐시켜야 한다.

둘째로, PC로 제작된 벽체부 콘크리트라이닝(3) 판넬을 갱내에서 조립하는 제2의 방법으로는 도 5의 상세에서 보듯이 크레인을 이용하여 PC로 제작된 벽체부 콘크리트라이닝(3)의 벽체판넬(3a)을 측벽부에 먼저 시설하고 풍도슬래브 받침턱(112)을 지보재(3c)로 지지토록 하여 변위가 발생치 않도록 터널(1)의 길이방향으로 시설하며, 콘크리트라이닝(3)의 크라운부(3b)를 최종으로 현장타설의 방법으로 설치하는 것이다.

한편, PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)의 벽체판넬(3a)의 하면은 상기 제 1의 방법과 같은 계단턱과 수팽창성지수재(111)를 구비하는 시설을 적용하여 제작하는데, 이때 제2의 방법은 견인하여 설치하는 방식이 아니기 때문에 레일장치(4a)를 설치할 필요는 없다. 또한, PC로 제작된 벽체부 콘크리트라이닝(3)의 벽체판넬(3a)을 측벽부에 먼저 시설하고 이어서 벽체판넬(3a)의 배면부 공극에 석분 또는 몰탈을 사용하여 충진한 후, 크라운부(3b)를 최종으로 현장타설의 방법으로 설치하는 것이다.

셋째로, 현장타설의 방법으로 하는 제3의 방법으로는 재래식의 방법인 스틸폼의 거푸집을 제작하여 이를 이용하여 설치하되, 콘크리트라이닝의 기초부(2)와의 연결은 철근을 상호 겹치도록 하여 이음을 한 후 시공하는 강결방식을 채택하여야 한다.

따라서, 상기와 같은 3가지 방법의 설치방식으로는 제1의 방법이 터널(1)의 중앙부와 양측의 기초부 상단이 힌지인 3힌지 방식의 구조형태이고, 제2의 방법이 양측의 기초부 상단이 힌지인 2힌지 방식의 구조형태이며, 제3의 방법이 고정방식의 구조형태를 갖추고 있으므로 현장조건에 따라 다양한 설치방법을 적용하여 시설할 수 있는 것이다.

풍도슬래브 시공단계( S40 )

본 단계는 터널(1)의 환기를 유도하기 위한 풍도슬래브(5)를 시설하는 단계로서의 공사 공종이다.

본 실시 예에서는 도 6에서 보듯이 터널(1)이 마제형과 같은 형상을 하고 있으므로 차량이 주행하는 노면에서의 5.0m 정도까지의 하부공간외 상부공간의 환기를 위한 풍도슬래브(5)를 설치할 수 있는 여유공간을 구성하고 있다.

한편, 풍도슬래브(5)는 슬래브 받침턱(112)위에 PC로 제작한 중공의 슬래브를 얹어 조립하는 방식으로 이루어지는데 슬래브의 조립이 종료된 후 풍도슬래브(5)의 고정된 양단을 밀폐시키고 터널(1) 양측 크라운부에 기 설치된 연결고리(113)에 풍도슬래브(5)의 PC강연선(114)을 연결하므로 풍도슬래브(5)가 낙하할 수 있는 위험요소를 제거하는 공정과 급기와 배기를 나누는 터널(1)의 풍도슬래브(5) 상면 중앙부를 가르는 격벽(115)을 설치하는 공종으로 구성되고 있다.

이러한 풍도슬래브(5)는 현장조건에 따라 설치할 수도 있으며 도 8과 같이 설치하지 않을 수도 있는 것이다.

바닥 시공단계( S50 )

본 단계는 도 7에서 보듯이 차량이 통행할 수 있는 바닥에 아스팔트포장을 하는 단계로서 아스팔트 포장을 위하여 굴착할 시 콘크리트라이닝이 토압에 의하여 슬라이딩이 일어나지 않도록 터널(1)의 좌우 라이닝 기초부를 연결하는 콘크리트막대(4)를 시설하는 것으로 구성하고 아스팔트를 포설하여 바닥을 마무리하는 것으로 모든 공사가 종료되는 것이다.

제 2 실시예

본 발명은 도 11 에서 보는 것과 같이,

상부 보강 시공단계(S10)와, 측벽부1 보강 시공단계(S20)와, 상부슬래브 시공단계(S30), 측벽부2 보강 시공단계(S40), 기초 시공단계(S50)와, 벽체 시공단계(S60)와, 바닥 시공단계(S70)로 이루어진다.

상부 보강 시공단계( S10 )

본 단계는 도 12에서 보듯이 터널(1)을 이루기 위한 영역에서 크라운부측으로 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)의 일정한 길이를 경사방향으로 압입 추진하고 이를 2조의 아치형 스틸리브(103)가 지지하는 단계를 의미하는 것으로 상기의 스틸리브(103)는 상부하중을 충분히 지지할 수 있는 규격이어야 하는데 상부슬래브 시공시 매몰된 스틸리브(103)가 상부슬래브에 작용되는 부재력에 대하여 상부슬래브에 배치된 철근과 함께 저항력을 갖도록 구성함이 바람직하다.

한편, 스틸리브(103) 좌우 양단에는 스틸리브(103)를 보강하는 보조지지대(103a)를 설치하여 보강하는 것으로 구성하고 있는데, 이는 터널(1)의 폭원이 큰 경우 스틸리브(103)가 지지하는 지간을 짧아지게 형성하여 안전을 도모하기 위함이다. 상기 골조H형강(101)은 도 9에서 보듯이 천공기를 이용하여 다수개를 천공한 후 골조H형강(101)을 압입하여 지중에 시설하고, 이어서 제작ㄷ형강(102)을 골조H형강(101) 사이마다 격간으로 압입하는데, 지반이 단단한 경우에는 천공기를 이용하여 지반을 교란시킨 후 압입토록 하며 제작ㄷ형강(102)은 골조H형강(101)의 플렌지 사이 웨브에 접촉되면서 압입토록 한다.

이러한 상기의 압입은 도 12에서 보듯이 일정한 간격으로 굴착되어 질 터널(1)의 일정높이에서 길이방향으로 단계적으로 시설하는데, 상기 크라운부의 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)은 터널(1)의 크라운부 상부토사의 하중을 지지하는 흙막이로서의 역할을 하고 있으며 토립자가 유출되지 않도록 한다.

이와같이, 상기의 상부 보강 시공(S10)이 종료된 후, 굴착면을 따라 제1차 라이닝인 숏크리트(107)를 타설하여 향후 터널(1)의 변위에 대응토록 하며, 이어서 방수시트를 고정하여 상부슬래브(6) 시공에 대비한다.

측벽부1 보강 시공단계( S20 )

우선, 도 13 에서 보듯이 JSP(105)의 시공시기와 시공근거에 대하여 설명하면,

JSP(105)는 도 12까지의 공사를 종료한 후 터널(1)의 좌우측 벽체부 상단의 지반을 보강하는 것으로 도 13에서 보듯이 일정한 간격을 유지하며 보강체가 상호 겹쳐지도록 배치하되 어느 정도의 군락을 형성하면 일정한 간격을 띠어 또 다른 보강 군락을 유지하며 터널(1)의 길이방향을 따라 진행토록 하는데, 이는 상기 JSP(105) 공사에 의하여 스틸리브(103)의 기초를 견고하게 지지토록 하기 위함과 벽체부 상단의 지반을 견고하도록 하여 내부 굴착시 붕괴가 발생치 않도록 조치하여 터널(1) 벽체부의 변위가 발생치 않도록 하기 위함이다.

상부슬래브 시공단계( S30 )

본 단계는 측벽부1 보강 시공단계(S20)가 종료된 후, 도 14에서 보듯이 아치형의 상부슬래브(6)를 시공하는 단계로서 상부슬래브(6) 양단은 JSP(105)에 지지되도록 하면서 형상을 도 10과 같이 벽체의 폭원보다 길게 형성하고 각지게 구성하여 벽체부 굴착시 각지게 구성된 상부슬래브(6) 내측으로 굴착하므로 상부슬래브(6)의 양단이 지중에 압입되어 있는 것처럼 구성함이 바람직한데, 이는 상부슬래브(6)가 낙하되지 않도록 하는 조치이다. 이때 상부슬래브(6) 외측으로 시트방수를 상부슬래브(6) 공사전에 시설하여 지하수가 침투하지 못하도록 구성하고 있으며 상부슬래브(6)를 시공하기 위하여 지지하고 있는 동바리(116)등에서 중앙부측은 해체하지 않고 벽체부 시공이 종료될 때까지 유지하는 것으로 구성하고 있다.

측벽부2 보강 시공단계( S40 )

상부슬래브 시공단계(S30)에 이어 본 발명에 적용되는 측벽부 보강 시공단계(S40)는 소일네일링(106)을 시공하는 단계로서 도 15에서 보듯이 터널(1)의 잔여 굴착과 함께 소일네일링(106)을 일정한 간격의 방사형으로 시설하여 벽체부의 지반 안정화를 도모하도록 구성하고 있다.

기초 시공단계( S50 )

상기의 모든 측벽부 보강 시공단계(S40)를 종료한 후, 도 15에서 보듯이 측벽부 굴착면을 따라 터널(1) 콘크리트라이닝(3)의 외면을 타고 유입되는 지하수를 처리하는 배수로와 각종 전선등이 배치되는 공동구등이 설치되는 콘크리트라이닝의 기초부(2)를 시공하는데, 이때 기초부와 콘크리트라이닝(3)의 연결부를 강결처리 할 수 있도록 철근등을 내어놓음이 바람직하며 콘크리트라이닝의 기초부(2)를 시설할 때 복잡한 구조등을 고려하여 현장타설의 방법으로 시설하는 것이 바람직하다.

벽체 시공단계( S60 )

기초 시공단계(S50)가 종료된 후, 벽체부를 도 16에서 보듯이 시설하여야 하는데 현장타설의 방법으로 하되 상부슬래브(6) 및 기초부와 강결연결이 될 수 있는 벽체(7) 구조로 시설함이 바람직하며, 현장타설시 상부슬래브(6)와 접속하는 콘크리트 양생과정에서 건조수축에 의한 틈이 발생될 수 있으므로 이 틈이 충실히 메워질 수 있도록 무수축몰탈(117)등을 활용하는 방법으로 구성하고 있다.

한편, 벽체부(3a)와 상부슬래브(6)의 연결은 철근이 커플러에 의하는 이음을 한 후 시공한다.

바닥 시공단계( S70 )

본 단계는 도 17에서 보듯이 차량이 통행할 수 있는 바닥에 아스팔트포장을 하는 단계로서 아스팔트 포장을 위하여 굴착할 시 벽체부가 토압에 의하여 슬라이딩이 일어나지 않도록 터널(1)의 좌우 기초부(2)를 연결하는 콘크리트막대(4)를 시설하는 것으로 구성하고 아스팔트를 포설하여 바닥을 마무리하는 것으로 모든 공사가 종료되는 것이다.

이와같이, 모든 시공이 종료되면 콘크리트라이닝(3)은 도 18과 같은 형상으로 구성된다.

제 3 실시예

본 발명은 도 20 에서 보는 것과 같이,

중앙상부 보강 시공단계(S10)와, 기둥부 시공단계(S20)와, 외측상부 보강 시공단계(S30), 측벽부1 보강 시공단계(S40)와, 상부슬래부 시공단계(S50), 측벽부2 보강 시공단계(S6), 기초 및 벽체 시공단계(S70)와, 바닥 시공단계(S80)로 이루어진다.

중앙상부 보강 시공단계( S10 )

본 단계는 도 21에서 보듯이 터널(1)을 이루기 위한 영역에서 크라운부측으로 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)의 일정한 길이를 경사방향으로 압입 추진하고 이를 2조의 스틸리브(103)가 지지하는 단계를 의미하는 것으로 상기의 스틸리브(103)는 상부하중을 충분히 지지할 수 있는 규격이어야 하는데 상부슬래브 시공시 매몰된 스틸리브(103)가 상부슬래브에 작용되는 부재력에 대하여 상부슬래브에 배치된 철근과 함께 저항력을 갖도록 구성함이 바람직하다.

또한, 스틸리브(103)는 도29에서 보듯이 아치형스틸리브(103d)를 'L'형강(103b)을 이용한 트러스 구조의 형상으로 조립하여 적용하고 상부 재하하중을 지탱하는 역할을 담당하게 하는 것으로 구성하고 있는데, 이는 터널(1)의 폭원이 큰 경우 상부 크라운부 스틸리브(103)의 중앙부를 보강하여 안전을 도모하기 위함이다. 상기 골조H형강(101)은 도28에서 보듯이 천공기를 이용하여 다수개를 천공한 후 골조H형강(101)을 압입하여 지중에 시설하고, 이어서 제작ㄷ형강(102)을 골조H형강(101) 사이마다 격간으로 압입하는데, 지반이 단단한 경우에는 천공기를 이용하여 지반을 교란시킨 후 압입토록 하며 제작ㄷ형강(102)은 골조H형강(101)의 플렌지 사이 웨브에 접촉되면서 압입토록 한다.

이러한 상기의 압입은 도 21에서 보듯이 일정한 간격으로 굴착(8)되어 질 터널(1)의 일정높이에서 길이방향으로 단계적으로 시설하는데, 상기 크라운부의 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)은 터널(1)의 크라운부 상부토사의 하중을 지지하는 흙막이로서의 역할을 하고 있으며 토립자가 유출되지 않도록 조치한다.

본 발명에서 적용되는 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)의 결합은 상기에서 설명하였듯이 골조H형강(101)이 먼저 압입 추진되고 그 사이마다 격간으로 제작ㄷ형강(102)을 압입 추진하는데, 이때 골조H형강(101)의 웨브에 제작ㄷ형강(102)의 플렌지가 겹쳐지도록 압입 추진함이 바람직하고 그렇게 하는 이유는 상부의 하중을 받아 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)에 부재력이 발생할 시 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)이 일체로 거동하여 부재력에 저항할 수 있기 때문이며, 또한 제작ㄷ형강(102)에 변형 및 일탈이 발생하지 않도록 하는데 도움이 되기 때문이고, 또한, 제작ㄷ형강(102)을 압입 추진할 시 웨브가 아래측으로 배치되도록 함이 바람직한데 이는 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)을 지지하는 스틸리브(103)와의 접촉면이 늘어날 수 있도록 하기 위함이다.

기둥부 시공단계( S20 )

본 단계는 중앙상부 보강 시공단계(S10)가 종료된 후, 외측상부 보강 시공단계(S30)를 시공하기 전에 중앙부를 보강하기 위한 것으로 도 22에서 보듯이 중앙상부 보강 시공단계(S10)의 양단의 스틸리브(103)를 지보공(103c)로 지지되도록 추가 보강한 후 중앙 하부를 추가굴착(9) 하여 기둥을 설치하여 중앙상부를 지탱하도록 하여 안전을 도모하는 구성을 한다.

외측상부 보강 시공단계( S30 )

본 단계는 중앙상부 보강 시공단계(S10)와 같이 터널(1)을 이루기 위한 영역에서 도23에서 보듯이 크라운부 양외측으로 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)의 일정한 길이를 경사방향으로 압입 추진하고 이를 2조의 스틸리브(103)가 지지하도록 하며, 상기의 스틸리브(103)는 상부하중을 충분히 지지할 수 있는 규격이어야 하는데 상부슬래브 시공시 매몰된 스틸리브(103)가 상부슬래브에 작용되는 부재력에 대하여 상부슬래브에 배치된 철근과 함께 저항력을 갖도록 구성함이 바람직하다.

또한, 스틸리브 양단에는 도 23에서 보듯이 보조지지대(103a)를 추가하여 보강하는 구성을 하고 있는데, 이는 터널(1)의 폭원이 큰 경우 상부하중을 지탱할 수 있도록 지지하는 지간을 가급적 짧아지게 형성하여 안전을 도모하기 위함이다. 상기 골조H형강(101)은 도 28에서 보듯이 천공기를 이용하여 다수개를 천공한 후 골조H형강(101)을 압입하여 지중에 시설하고, 이어서 제작ㄷ형강(102)을 골조H형강(101) 사이마다 격간으로 압입하는데, 지반이 단단한 경우에는 천공기를 이용하여 지반을 교란시킨 후 압입토록 하며 제작ㄷ형강(102)은 골조H형강(101)의 플렌지 사이 웨브에 접촉되면서 압입토록 한다.

이러한 상기의 압입은 도 21에서 보듯이 일정한 간격으로 잔여굴착(10)되어 질 터널(1)의 일정높이에서 길이방향으로 단계적으로 시설하는데, 상기 크라운부의 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)은 터널(1)의 크라운부 상부토사의 하중을 지지하는 흙막이로서의 역할을 하고 있으며 토립자가 유출되지 않도록 한다.

측벽부1 보강 시공단계( S40 )

외측상부 보강 시공단계(S30)에 이어 본 발명에 적용되는 측벽부 보강 시공단계(S40)는 JSP(105) 및 소일네일링(106)으로 구분하여 명명하고 그 시공 구성에 대하여 설명한다.

우선, 도 24 에서 보듯이 JSP(105)의 시공시기와 시공근거에 대하여 설명하면,

JSP(105)는 도 23까지의 공사를 종료한 후 터널(1)의 좌우측 벽체부 상단의 지반을 터널(1)의 길이방향으로 진행굴착(11)을 하며 보강하는 것으로 도 24에서 보듯이 일정한 간격을 유지하며 보강체가 상호 겹쳐지도록 배치하되 어느 정도의 군락을 형성하면 일정한 간격을 띠어 또 다른 보강 군락을 유지하며 터널(1)의 길이방향을 따라 진행토록 하는데, 이는 상기 JSP(105) 공사에 의하여 스틸리브(103)의 기초를 견고하게 지지토록 하기 위함과 벽체부 상단의 지반을 견고하도록 하여 내부 굴착시 붕괴가 발생치 않도록 조치하여 터널(1) 벽체부의 변위가 발생치 않도록 하기 위함이다.

상부슬래브 시공단계( S50 )

본 단계는 도 24a에서 보듯이 측벽부1 보강 시공단계(S40)가 종료된 후, 아치형의 상부슬래브(6)를 시공하는 단계로서 상부슬래브(6) 양단은 JSP(105)에 지지되도록 하면서 형상을 도 30과 같이 벽체의 폭원보다 길게 형성하고 각지게 구성하여 벽체부 굴착시 각지게 구성된 상부슬래브(6) 내측으로 굴착하므로 상부슬래브(6)의 양단이 지중에 압입되어 있는 것처럼 구성함이 바람직한데, 이는 상부슬래브(6)가 낙하되지 않도록 하는 조치이다. 이때 상부슬래브(6) 외측으로 시트방수를 상부슬래브(6) 공사전에 시설하여 지하수가 침투하지 못하도록 구성하고 있으며 상부슬래브(6)를 시공하기 위하여 지지하고 있는 중앙 기둥부와의 연결성을 고려하여 시설하도록 구성하고 있다.

측벽부2 보강 시공단계( S60 )

상기의 상부슬래브(6) 공사가 종료된 후 터널(1)의 길이및 수직방향으로 부분굴착(12)을 하여 벽체의 나머지 부분에서 도25에서 보듯이 소일네일링(106)을 일정한 간격의 방사형으로 시설하여 벽체부의 지반 안정화를 도모하도록 구성하고 있다.

이와같은 상기의 측벽부 보강 시공이 종료된 후, 굴착선을 따라 제1차 라이닝인 숏크리트(107)를 타설하여 향후 터널(1)의 변위에 대응토록 하며 이어서 시트방수재(108)를 상부슬래브를 포함하여 부착하므로 굴착면을 따라 흐르는 지하수가 터널(1)의 내측으로 유입되지 않도록 조치함이 바람직하다.

기초 및 벽체 시공단계( S70 )

상기의 측벽부2 보강 시공단계(S60)가 종료한 후, 도 25에서 보듯이 측벽부 굴착면을 따라 터널(1) 콘크리트라이닝(3)의 외면을 타고 유입되는 지하수를 처리하는 배수로와 각종 전선등이 배치되는 공동구등이 설치되는 콘크리트라이닝의 기초부(2)를 시공하는데, 이때 기초부와 콘크리트라이닝(3)의 연결부를 강결처리 할 수 있도록 철근등을 내어놓음이 바람직하며 콘크리트라이닝의 기초부(2)를 시설할 때 복잡한 구조등을 고려하여 현장타설의 방법으로 시설하는 것이 바람직하며, 이어서 벽체부를 시설하여야 하는데 현장타설의 방법으로 하되 상부슬래브(6) 및 기초부와 강결연결이 될 수 있는 구조로 시설함이 바람직하며, 현장타설시 상부슬래브(6)와 접속하는 콘크리트 양생과정에서 건조수축에 의한 틈이 발생될 수 있으므로 이 틈이 충실히 메워질 수 있도록 무수축몰탈(117)등을 활용하는 방법으로 구성하고 있다.

한편, 벽체부(3a)와 상부슬래브(6)의 연결은 도 31에서 보듯이 철근이 커플러에 의하는 이음을 한 후 시공한다.

바닥 시공단계( S80 )

본 단계는 도 26에서 보듯이 차량이 통행할 수 있는 바닥에 아스팔트포장을 하는 단계로서 아스팔트 포장을 위하여 잔여 마무리굴착(13)을 할 시 벽체부가 토압에 의하여 슬라이딩이 일어나지 않도록 터널(1)의 좌우 기초부(2)를 연결하는 콘크리트막대(4)를 시설하는 것으로 구성하고 아스팔트를 포설하여 바닥을 마무리하는 것으로 모든 공사가 종료되는 것이다.

이와같이, 모든 시공이 종료되면 콘크리트라이닝(3)은 도 27과 같은 형상으로 구성된다.

- 제 1 실시예에서의 도면부호 -
S10; 상부 보강 시공단계
S20; 측벽부 보강 시공단계
S30; 기초 시공단계
S40; 콘크리트라이닝 설치 시공단계
S50; 풍도슬래브 시공단계
S60; 바닥 시공단계
- 제 2 실시예에서의 도면부호 -
S10; 상부 보강 시공단계
S20; 측벽부1 보강 시공단계
S30; 상부슬래브 시공단계
S40; 측벽부2 보강 시공단계
S50; 기초 시공단계
S60; 벽체 시공단계
S70; 바닥 시공단계
- 제 3 실시예에서의 도면부호 -
S10; 중앙상부 보강 시공단계
S20; 기둥부 시공단계
S30; 외측상부 보강 시공단계
S40; 측벽부1 보강 시공단계
S50; 상부슬래브 시공단계
S60; 측벽부2 보강 시공단계
S70; 기초 및 벽체 시공단계
S80; 바닥 시공단계
1; 터널 2; 기초부
3; 콘크리트라이닝 3a; 벽체판넬
3b; 크라운부 3c; 지보재
4; 콘크리트막대 4a; 레일장치
4b; ㄷ형강 5; 풍도슬래브
6; 상부슬래브 7; 벽체
8; 굴착 9; 추가굴착
10; 잔여굴착 11; 진행굴착
12; 부분굴착 13; 마무리굴착
101; 골조H형강 102; 제작ㄷ형강
103; 스틸리브 103a; 보조지지대
103b; L형강 103c; 지보공
103d; 아치형스틸리브 104; 스틸리브기초
104a; 콘크리트블럭 104b; 스티프너
104c; 유압잭 105; JSP
106; 소일네일링 107; 숏크리트
108; 시트방수재 109; PVC파이프
110; PC강연선 111; 수팽창성지수재
112; 받침턱 113; 연결고리
114; PC강연선 115; 격벽
116; 동바리 117; 무수축몰탈

Claims

비개착식 터널공사 시공방법 및 구조에 있어서,
터널의 일정높이에서 폭 방향 아치형으로 동일한 규격의 Forepoling Board인 골조H형강과 제작ㄷ형강이 격간으로 다수개 압입 추진하되, 이를 스틸리브로 지지하며 굴진하는 상부보강 시공단계(S10)와,
터널의 높이 방향에서 측벽부를 따라 내부 굴착과 함께 JSP와 소일네일링을 일정한 간격으로 시설하는 측벽부보강 시공단계(S20)와,
배수로와 공동구를 시설하며 콘크리트라이닝을 설치하기 위한 터널의 콘크리트라이닝 기초 시공단계(S30)와,
측벽부와 크라운부에 콘크리트라이닝 설치 시공단계(S40)와,
필요시 급기와 배기등 환기를 할 수 있는 풍도슬래브 시공단계(S50)와,
차량등이 통행할 수 있는 바닥 시공단계(S60)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조.
비개착식 터널공사 시공방법 및 구조에 있어서,
터널의 일정높이에서 폭 방향 아치형으로 동일한 규격의 Forepoling Board인 골조H형강과 제작ㄷ형강이 격간으로 다수개 압입 추진하되, 이를 스틸리브로 지지하며 굴진하는 상부보강 시공단계(S10)와,
터널의 높이 방향에서 측벽부를 따라 내부 굴착과 함께 JSP를 일정한 간격으로 시설하는 측벽부1보강 시공단계(S20)와,
상부슬래브를 선시공하여 안정화를 도모하는 상부슬래브 시공단계(S30)와,
터널의 높이 방향에서 측벽부를 따라 내부 굴착과 함께 소일네일링을 일정한 간격으로 시설하는 측벽부2보강 시공단계(S40)와,
배수로와 공동구를 시설하며 측벽부를 설치하기 위한 터널 라이닝의 측벽부 기초 시공단계(S50)와,
상부슬래브와 기초를 연결하는 벽체 시공단계(S60)와,
차량등이 통행할 수 있는 바닥 시공단계(S70)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조.
비개착식 터널공사 시공방법 및 구조에 있어서,
또한, 본 발명은 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조에서,
터널의 일정높이에서 폭 방향 아치형으로 동일한 규격의 Forepoling Board인 골조H형강과 제작ㄷ형강이 격간으로 다수개 압입 추진하되, 이를 스틸리브로 지지하며 굴진하는 중앙 상부보강 시공단계(S10)와,
터널의 상부를 지지하는 기둥부 시공단계(S20)
터널의 일정높이에서 폭 방향 아치형으로 동일한 규격의 Forepoling Board인 H형강과 강판틀이 격간으로 다수개 압입 추진하되, 이를 스틸리브로 지지하며 굴진하는 외측 상부보강 시공단계(S30)와,
터널의 높이 방향에서 측벽부를 따라 내부 굴착과 함께 JSP를 일정한 간격으로 시설하는 측벽부1보강 시공단계(S40)와,
상부슬래브를 선시공하여 안정화를 도모하는 상부슬래브 시공단계(S50)와,
터널의 높이 방향에서 측벽부를 따라 내부 굴착과 함께 소일네일링을 일정한 간격으로 시설하는 측벽부2보강 시공단계(S60)와,
배수로와 공동구를 시설하며 기초 및 측벽부를 설치하기 위한 터널 라이닝의 기초 및 벽체 시공단계(S70)와,
차량등이 통행할 수 있는 바닥 시공단계(S80)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
터널(1)을 이루기 위한 영역에서 크라운부측으로 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)의 일정한 길이를 경사방향으로 압입 추진하고 이를 2조의 아치형 스틸리브(103)가 지지하도록 하며, 상기의 스틸리브(103)는 상부하중을 충분히 지지할 수 있는 규격으로 하되, 상부슬래브 시공시 매몰된 스틸리브(103)가 상부슬래브에 작용되는 부재력에 대하여 상부슬래브에 배치된 철근과 함께 저항력을 갖도록 구성하고 있으며,
상기 골조H형강(101)은 천공기를 이용하여 다수개를 천공한 후 골조H형강(101)을 압입하여 지중에 시설하고, 이어서 제작ㄷ형강(102)을 골조H형강(101) 사이마다 격간으로 압입하는데, 지반이 단단한 경우에는 천공기를 이용하여 지반을 교란시킨 후 압입토록 하되 골조H형강(101)의 플렌지 사이 웨브에 접촉되면서 압입한다.
상기의 제작ㄷ형강(102)을 압입 추진할 시에는 Forepoling Board인 골조H형강(101)과 제작ㄷ형강(102)을 지지하는 아치형 스틸리브(103)와의 접촉면이 늘어날 수 있도록 웨브가 아래측으로 배치되도록 한다.
또한, 상기의 스틸리브(103)에 있어서 스틸리브(103)의 좌우 양단은 콘크리트블럭(104a) 위에 놓여지며 스틸리브(103) 웨브에 부착된 스티프너(104b)와 콘크리트블럭(104a) 사이에 유압잭(104c)을 시설하고 작동시켜 스틸리브(103)가 크라운부 굴착면 Forepoling Board에 충분히 압착되도록 한 후 간격재를 스틸리브(103) 양 끝단에 충진하여 지지토록 하고 유압잭(104c)을 철거하는 방법으로 시공하는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조.
제 3 항에 있어서,
터널(1)의 폭원이 큰 경우 상부 재하하중을 지탱할 수 있도록 상부 크라운부 스틸리브(103)의 중앙부를 보강하는 아치형스틸리브(103d)를 'L'형강(103b)을 이용한 트러스 구조의 형상으로 조립하여 적용하는 것으로 구성하며, 지지하는 지간이 가급적 짧아지도록 형성하기 위하여 스틸리브(103) 양단에는 보조지지대(103a)를 추가하여 보강하는 구성을 하는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
스틸리브(103)의 기초를 견고하게 지지토록 하며 벽체부 상단의 지반을 견고히 하도록 하여 내부 굴착시 붕괴가 발생치 않도록 하기 위하여 JSP(105)는 벽체부 상단에 시설하여 터널(1)의 좌우측 벽체부 지반을 보강하는 것으로 일정한 간격을 유지하며 보강체가 상호 겹쳐지도록 배치하되 어느 정도의 군락을 형성하면 일정한 간격을 띠어 또 다른 보강 군락을 유지하며 터널(1)의 길이방향을 따라 진행토록 하며, JSP(105) 공사가 종료된 후 벽체의 하단 부분을 터널(1)의 잔여 굴착과 함께 소일네일링(106)을 일정한 간격의 방사형으로 시설하여 벽체부의 지반 안정화를 도모하도록 구성하는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조.
제 1 항 및 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
터널(1) 콘크리트라이닝(3)의 외면을 타고 유입되는 지하수를 처리하는 배수로와 각종 전선등이 배치되는 공동구등이 설치되는 콘크리트라이닝의 기초부(2)를 시공하는데 있어서 기초부와 콘크리트라이닝(3)의 결합부를 계단식으로 설치하되 토압이 작용하는 방향으로 계단턱을 만들어 횡토압에 의한 콘크리트라이닝(3)의 슬라이딩이 발생치 않도록 하는 힌지방식으로 구성하며,
콘크리트라이닝(3) 외면에서 유입되는 지하수가 차단될 수 있도록 수팽창성지수제를 콘크리트라이닝(3)의 기초부(2)에 요홈을 내어 끼어넣고 PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)의 홈에 끼워 압착하여 설치할 수 있도록 구성하는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조.
제 1 항에 있어서,
PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)을 조립하고 견인하여 설치하는 방법으로서 갱외에 발진기지를 시설하고 이 발진기지에서 PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)의 판넬을 조립한 후 PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)의 판넬을 제작시에 내부에 매설한 PVC파이프(109) 내부로 PC강연선(110)을 인입하여 반력대에 설치한 유압잭과 연결시켜 유압잭의 스트로크를 작동시키면 조립된 PC콘크리트라이닝(3)이 갱외에서 갱내로 견인되어 소정의 위치에 안착되도록 하는데, 이때 PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)의 하면은 기초부(2)와 힌지의 방식으로 접합될 수 있도록 계단턱의 형상으로 제작하고 2조의 레일장치(4a)의 두부가 끼워질 수 있는 ㄷ형강(4b)을 시설하여 견인시 마찰이 적어지도록 하며, 지하수의 유입을 차단할 수 있는 수팽창성지수재(111)가 끼워질 수 있는 요홈이 내어지는 형상으로 제작하며,
크라운부의 개구부를 통하여 PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)의 배면부 공극을 석분 또는 몰탈을 이용하여 충진한 후 외면에 시트방수재를 설치하고 콘크리트를 이용하여 밀폐시키는 것으로 구성하는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조.
제 2 항에 있어서,
PC로 제작된 벽체부 콘크리트라이닝(3) 판넬을 갱내에서 조립하는 방법으로서 크레인을 이용하여 PC로 제작된 벽체부 콘크리트라이닝(3)의 벽체판넬(3a)을 측벽부에 먼저 시설하고 풍도슬래브 받침턱(112)을 지보재(3c)로 지지토록 하여 변위가 발생치 않도록 터널(1)의 길이방향으로 시설하되,
PC로 제작된 콘크리트라이닝(3)의 벽체판넬(3a)의 하면은 기초부(2)와 힌지의 방식으로 접합될 수 있도록 계단턱의 형상으로 제작하고 지하수의 유입을 차단할 수 있는 수팽창성지수재(111)를 구비하는 시설을 적용하여 제작하는데, PC로 제작된 벽체부 콘크리트라이닝(3) 벽체판넬(3a)의 배면부 공극에 석분 또는 몰탈을 사용하여 충진한 후, 크라운부(3b)를 최종으로 현장타설의 방법으로 설치하는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조.
제 1 항에 있어서,
터널(1)이 마제형과 같은 형상을 하고 있으므로 차량이 주행하는 노면에서의 5.0m 정도까지의 하부공간외 상부공간의 환기를 위한 풍도슬래브(5)를 설치할 수 있는 여유공간을 구성하고 있는데,
풍도슬래브(5)는 슬래브 받침턱(112)위에 PC로 제작한 중공의 슬래브를 얹어 조립하는 방식으로 이루어지되 슬래브의 조립이 종료된 후 풍도슬래브(5)의 고정된 양단을 밀폐시키고 터널(1) 양측 크라운부에 기 설치된 연결고리(113)에 풍도슬래브(5)의 PC강연선(114)을 연결하므로 풍도슬래브(5)가 낙하할 수 있는 위험요소를 제거하는 공정과 급기와 배기를 나누는 터널(1)의 풍도슬래브(5) 상면 중앙부를 가르는 격벽(115)을 설치하는 공종으로 구성되는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조.
제 2 항 및 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
아치형의 상부슬래브(6)가 낙하되지 않도록 상부슬래브(6)의 양단은 JSP (105)에 지지되도록 하면서 형상을 벽체의 폭원보다 길게 형성하고 각지게 구성하고 벽체부 굴착시 각지게 구성된 상부슬래브(6) 내측으로 굴착하므로 양단이 지중에 압입되어 있는 것처럼 구성하되, 상부슬래브(6) 외측으로 시트방수를 상부슬래브(6) 공사전에 시설하여 지하수가 침투하지 못하도록 하고 있으며, 동바리(116) 및 기둥으로 상부슬래브(6)의 중앙부를 지지하도록 구성하는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조.
제 3 항에 있어서,
중앙상부 보강 시공단계(S10)의 양단의 스틸리브(103)를 지보공(103c)으로 지지 되도록 추가 보강한 후 중앙 하부를 추가굴착(9) 하여 기둥을 설치하여 중앙상부를 지탱하도록 하는 Forepoling Board와 지반보강을 이용하여 곡선선형을 이루는 비개착식 터널 시공방법 및 구조.