KR20180071632A - 마찰저감 지중구조물 압입 시스템 및 그를 이용한 시공방법 - Google Patents

마찰저감 지중구조물 압입 시스템 및 그를 이용한 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마찰저감 지중구조물 압입 시스템에 관한 것으로서, 지중을 압입하는 압입부와 압입부의 후단 내주면에 간극을 형성하면서 결합되는 안내부를 구비하여 유압장치를 통해 지중구조물을 지중으로 압입하면서 지중구조물이 지중을 관통하도록 안내하는 선도체; 및 유압장치에 의해 선도체와 지중구조물이 압입될 때에, 안내부 내주면 둘레방향에서 적어도 하나 이상 배치되어 간극 사이로 연장되면서 지중구조물과 지중 사이에 배치되어 마찰력을 감소시키는 마찰저감부;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 지중구조물과 지중 토사의 마찰을 저감시켜 압입되는 지중구조물을 적은 부하로 손쉽게 압입시킬 수 있으며, 지중구조물 압입시 주위에 토사들의 이완영역을 최소화할 수 있어 시공이 완료된 후에도 지반 침하 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

마찰저감 지중구조물 압입 시스템 및 그를 이용한 시공방법{Underground structure pressing system for reducing friction and construction method using the same}
본 발명은 마찰저감 지중구조물 압입 시스템 및 그를 이용한 시공방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 지반과 지중구조물의 마찰력을 감소시킴으로써 시공을 용이하게 하면서 지반의 이완영역을 최소화할 수 있는 마찰저감 지중구조물 압입 시스템 및 그를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
일반적으로 관로를 매설하는 공사에는 개착공법이 사용되었다. 개착공법은 상수도관, 가스관, 통신관 및 그 관경이 직경이 600mm 이하인 경우에 적합한 것으로서, 소형 포크레인과 같은 굴착기로 지반을 굴착하여 관을 매설하는 방법에 적합한 방법이다.
하지만, 차량이나 기차가 통행하는 도로나 철로에 지하를 횡단하는 관체를 매설하기 위해서 지반을 개착공법을 적용하게 되면 교통에 많은 불편함을 초래하게 된다. 또한, 시공시 굴착한 토사를 공사현장에 쌓아야 하는 등 도로를 점유하게 되어 차량통행에 방해가 될 뿐만 아니라 안전사고의 문제점이 발생할 우려가 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 한국등록특허 제10-0457905호에 "대구경 지중구조물 압입추진 공법 및 그 장치"를 개시한 바 있다. 개시되어 있는 대구경 지중구조물압입추진공법 및 그 장치는 단위 지중구조물을 지중의 하부에서 작업공간을 형성하고, 작업공간에서 단위 지중구조물을 도로 또는 철도를 횡단하는 방향으로 계속적으로 압입하고, 연결하면서 하나의 지중구조물을 형성하는 방법을 개시하고 있다. 개시된 특허는 지중을 개착하지 않고 작업공간에서 일방향을 따라 지중구조물을 압입하기 때문에 개착공법에서 발생할 수 있는 문제점들을 예방할 수 있다.
하지만, 개시된 특허는 지중구조물을 압입할 때에, 토사와 지중구조물의 마찰력으로 인해서 지중구조물 형성시 추진기의 높은 출력이 요구되며, 높은 출력으로 인한 변형이 발생할 수 있다. 이와 같은 변형은 지중구조물이 압입되는 위치를 변형시키거나 본체의 변형이 발생하는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 압입 시 지중구조물의 주변 토사가 이완되어 지중구조물을 압입한 후에 지중구조물을 압입한 위치의 상부지반에 지반 침하 등이 발생할 수 있다. 이러한 지반침하는 철도에서는 궤도 변형으로 인한 대형 철도사고를 유발시킬 수 있으며, 도로에서는 아스팔트의 변형 및 파손이 발생하고 이로 인하여 지반 내부로 우수 또는 침투수 등이 유입이 되어 싱크홀 등이 발생할 수 있다.
(한국등록특허 제10-0457905호, 2004년 11월 10일)
본 발명의 목적은 지반과 지중구조물의 마찰력을 감소시킴으로써 시공을 용이하게 하면서 지반의 이완영역을 최소화할 수 있는 마찰저감 지중구조물 압입 시스템 및 그를 이용한 시공방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 원형강관 또는 원형 콘크리관으로 형성되는 지중구조물을 압입하는 지중의 시점과 종점을 각각 제1 토류벽으로 보강하고, 제1 토류벽에서 바깥쪽으로 소정거리 이격되어 수직으로 제2 토류벽으로 보강하며, 제1 토류벽과 제2 토류벽 사이를 굴착하여 작업공간을 형성하고, 시점에 형성된 작업공간에 유압장치를 배치하여 지중구조물을 지중으로 압입하는 지중 압입식 마찰저감형 선도체 시스템에 있어서, 지중을 압입하는 압입부와 압입부의 후단 내주면에 간극을 형성하면서 결합되는 안내부를 구비하여 유압장치를 통해 지중구조물을 지중으로 압입하면서 지중구조물이 지중을 관통하도록 안내하는 선도체; 및 유압장치에 의해 선도체와 지중구조물이 압입될 때에, 안내부 내주면 둘레방향에서 적어도 하나 이상 배치되어 간극 사이로 연장되면서 지중구조물과 지중 사이에 배치되어 마찰력을 감소시키는 마찰저감부;를 포함한다.
여기서, 상기 압입부는 선단의 상측에서 하측을 향하여 경사지도록 형성되고, 내주면 선단에서 후단을 향하여 둘레방향을 따라 보강재를 구비하고; 압입부와 안내부 사이에 둘레방향을 따라 배치되어 압입부와 안내부 사이에 간극을 형성시키면서 압입부와 안내부를 고정하여 마찰저감부의 이동영역을 구획하는 간격유지판;을 구비할 수 있다.
여기서, 마찰저감부는 낱장의 플레이트로 형성되어 상기 선도체 내측에서 용접되어 후방으로 연장되며, 시점의 제1 토류벽에 상기 플레이트 종단을 고정시키는 선단 고정부;를 구비한다.
여기서, 선단 고정부는 제1 토류벽에 형성되는 수평 지지부에 복수의 세그먼트로 결합되며, 수평 지지부에 돌출 형성되어 지중구조물의 삽입을 안내하는 원형 지지부; 및 일단이 원형 지지부의 돌출면에서 고정되고, 타단이 지중구조물을 압입하는 역방향으로 돌출되어 제1 토류벽 방향으로 돌출된 플레이트와 고정되는 플레이트 고정부;를 포함한다.
여기서, 마찰저감부는 롤플레이트; 압입부의 내주면에서 반경 중심을 향하여 연장되어 롤플레이트를 회전할 수 있도록 연결하는 복수의 고정부; 서로 이웃하는 고정부를 연결하여 고정부에 고정된 롤플레이트를 일체로 지지하는 지지 프레임; 및 시점의 제1 토류벽 방향으로 연장된 롤플레이트의 종단을 고정시키는 선단 고정부;를 구비한다.
여기서, 선단 고정부는 제1 토류벽에 형성되는 수평 지지부에 복수의 세그먼트로 결합되며, 수평 지지부에 돌출 형성되어 지중구조물의 삽입을 안내하는 원형 지지부; 및 일단이 원형 지지부의 돌출면에서 고정되고, 타단이 지중구조물을 압입하는 역방향으로 돌출되어 제1 토류벽 방향으로 돌출된 롤플레이트와 고정되는 플레이트 고정부;를 포함한다.
여기서, 원형 콘크리트관은, 원형 콘크리트관을 감싸는 마찰저감 커버플레이트; 및 마찰저감 커버플레이트와 원형 콘크리트관을 일체로 결합하는 복수의 앵커볼트;를 구비하고, 앵커볼트는 원주방향으로 서로 이웃하는 마찰저감부 사이에 형성된 공간을 따라 일방향으로 정렬배치된다.
본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템을 이용한 지중구조물 압입방법은 (a) 지중구조물이 압입되는 지중의 시점과 종점을 각각 제1 토류벽으로 보강하고, 제1 토류벽에서 바깥쪽으로 소정거리 이격되어 수직으로 제2 토류벽으로 보강하며, 제1 토류벽과 제2 토류벽 사이를 굴착하여 작업공간을 형성하고, 시점에 형성된 작업공간에 유압장치를 배치하는 단계; (b) 제1 세그먼트의 외주 직경보다 크게 형성되고, 제1 세그먼트의 선단에 선도체를 시점에 배치하고, 선도체 내주면의 둘레방향을 따라 적어도 하나 이상 배치되는 마찰저감부가 제1 세그먼트와 지중 사이의 마찰력을 저감시키면서 배치되어 제1 세그먼트의 후단에서 선도체와 제1 세그먼트를 지중으로 압입하는 단계; (c) 선도체와 제1 세그먼트가 지중에 압입된 상태에서, 선도체 내측의 토사를 외부로 배토하는 단계; 및 (d) 제1 세그먼트의 종단에 제2 세그먼트의 선단을 결합시키고, 제2 세그먼트의 후단을 상기 유압장치로 압입한 후에 추가로 압입된 선도체 내부의 토사를 외부로 배토하는 단계;를 포함하며, 선도체가 종단을 관통할 때까지 (d) 단계를 반복하여 지중을 하나로 연결된 지중구조물이 관통한다.
여기서, 마찰저감부는 롤플레이트로 형성되며, 선도체의 압입에 따라 자동으로 지중구조물과 지중 사이에 배치된다.
여기서, 마찰저감부는 낱장의 플레이트로 구비되어, 후단으로 연장할 때에 선도체 내측에서 낱장의 플레이트틀 용접하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 마찰저감 지중구조물 압입 시스템 및 그를 이용한 시공방법은 지중구조물과 지중 토사의 마찰을 저감시켜 압입되는 지중구조물을 적은 부하로 손쉽게 압입시킬 수 있으며, 지중구조물 압입시 주위에 토사들의 이완영역을 최소화할 수 있어 시공이 완료된 후에도 지반 침하 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템의 지중을 압입하는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템이 지중을 관통한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 "A" 방향 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템의 선도체의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물의 마찰저감부의 다른 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템의 시점측의 선단고정부를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 변형 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템의 시점측의 선단고정부를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템과 타 공법의 이완영역을 비교하는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
또한, 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. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템의 지중을 압입하는 개념도이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 지중 지중구조물 압입 시스템은 철도 또는 도로를 횡단하는 지중구조물을 압입하여 파이프 루핑을 시공하여 횡단 지하터널을 설치하거나 횡단한 지중구조물을 자체 구조물로 사용할 수도 있도록 지중에 지중구조물을 압입하기 위한 시스템 및 공법에 관한 것으로서, 철도 또는 도로 시점(1)과 종점(2) 측에 각각에 제1 토류벽(10)으로 보강하고, 제1 토류벽(10)에서 바깥쪽으로 소정거리 이격되어 수직으로 제2 토류벽(20)으로 보강하며, 제1 토류벽(10)과 제2 토류벽(20) 사이를 굴착하여 작업공간을 형성하고, 시점(1)에 형성된 작업공간에 유압장치(30)를 배치하여 일방향을 따라 지중구조물을 압입할 수 있는 것이다. 여기서, 유압장치에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이때, 제1 토류벽(10) 및 제2 토류벽 시공시 "H" 파일 또는 시트 파일 등을 이용할 수 있는 것으로서, 제1 토류벽(10) 및 제2 토류벽(20) 시공이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템이 지중을 관통한 상태를 나타내는 사시도이며, 도 3은 도 2의 "A" 방향 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템의 선도체의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물의 마찰저감부의 다른 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템은 선도체(100) 및 마찰저감부(200)를 포함하여 구성된다. 이때, 참고되는 구성은 도 1을 참조하여 설명한다.
선도체(100)는 지중(G)을 압입하는 압입부(110)와 압입부(110)의 후단 내주면에 간극을 형성하면서 결합되는 안내부(120)를 구비하여 유압장치(30)를 통해 지중구조물(SP)을 지중(G)으로 압입하면서 지중(G)을 관통하도록 안내하는 역할을 한다. 여기서 지중구조물(SP)은 원형강관 또는 원형 콘크리관으로 형성될 수 있다.
압입부(110)는 선단의 상측에서 하측을 향하여 경사지도록 형성된다. 이와 같이 압입부(110)가 선단 상측에서 하측으로 경사지도록 형성됨으로써 지중에 압입될 때에 상측부터 하측으로 순차적으로 압입되도록 함으로써 압입저항을 감소시켜 지중 압입을 용이하게 할 수 있다. 또한, 압입된 후에도, 경사진 각도를 기준으로 내부에 토사를 외부로 배출되도록 유도할 수 있어, 토사의 붕괴로 인한 내부에서 공사하는 근로자들의 안전사고를 방지하면서 효율적인 굴착을 제공할 수 있게 된다.
또한, 압입부(110)의 내주면 선단에서 후단을 향하여 둘레방향을 따라 보강재(111)를 구비한다. 보강재(111)는 압입부(110)가 지중을 압입할 때에 압입부(110)가 변형되는 것을 방지할 수 있다.
안내부(120)는 압입부(110)의 후단에서 선단을 향하여 삽입되어 마찰저감부(200)를 일방향을 따라 후방으로 안내하는 역할을 한다.
간격유지판(130)은 압입부(110) 및 안내부(120) 사이에 둘레방향을 따라 배치되어 압입부(110)와 안내부(120) 사이에 간극(GA)을 형성시키면서 압입부(110)와 안내부(120)를 고정하여 마찰저감부(200)의 이동영역을 구획하는 역할을 한다. 이때, 간격유지판(130)은 안내부(120)의 선단보다 압입부(110)를 향하여 전방으로 연장되도록 배치됨으로써 후술하는 롤플레이트(210)가 원주방향을 따라 엇갈리게 배치되도록 하여 서로 이웃하는 롤플레이트(210)의 간격을 줄일 수 있게 된다.
마찰저감부(200)는 유압장치(30)에 의해 선도체(100)와 지중구조물(SP)이 압입될 때에, 안내부(120) 내주면 둘레방향에서 적어도 하나 이상 배치되어 간극(GA) 사이로 연장되면서 지중구조물(SP)과 지중(G) 사이에 배치되어 마찰력을 감소시키는 역할을 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마찰저감부(200)는 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 선도체(100) 내주면 둘레방향을 따라 적어도 하나 이상 배치되는 롤플레이트(210)를 구비하여 롤플레이트(210)가 간극(GA) 사이로 연장되는 것으로서, 롤플레이트(210), 고정부(220), 지지 프레임(230) 및 선단 고정부(240)를 포함하여 구성된다. 이때, 선단 고정부(240)는 도 6을 기준으로 후술하여 구체적으로 설명한다.
롤플레이트(210)는 선도체(100) 및 지중구조물(SP)의 이동에 따라 풀려지면서 지중(G)과 지중구조물(SP) 사이에 배치된다. 따라서 롤플레이트(210)는 압입부(110)가 압입될 때에 지중구조물(SP)과 지중(G) 사이에 배치되면서 마찰력을 저감시켜 압입부(110)와 지중구조물(SP)을 보다 원활하게 압입되도록 할 수 있다.
롤플레이트(210)의 두께는 지중구조물(SP)의 외주면에 대응되어 변형될 수 있도록 지중구조물(SP)의 두께보다 얇게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 롤플레이트(210)는 지중구조물(SP)과는 달리 구조적인 역할을 하는 것이 아니기 때문에 지중(G)과 지중구조물(SP) 사이에 배치될 때에 인장력으로 인해서 파단되지 않을 정도의 강도이면 충분하기 때문에, 지중구조물(SP)의 두께 대비하여 15 ~ 55%의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 만약, 롤플레이트(210)의 두께가 지중구조물(SP) 두께 대비하여 15% 미만으로 형성되면, 롤플레이트(210)는 선도체(100)가 압입될 때에 인장력으로 인한 파괴가 발생할 수 있다. 반대로, 55%를 초과하여 형성되면 지중구조물(SP)의 외주면에 대응한 형상으로 변형하지 못하고, 평평한 플레이트 형상을 그대로 유지하게 되고, 이로 인하여 지중을 찌르는 방향으로 롤플레이트가 배치되어 마찰저항을 증가시키는 원인을 유발시킬 수 있다.
이때, 롤플레이트(210)는 선도체(100)의 축방향을 따라 2열로 제1 롤플레이트(210a)와 제2 롤플레이트(210b)로 배열될 수 있다. 축방향을 따라 2열로 배열된 제1 롤플레이트(210a)와 제2 롤플레이트(210b)는 원주방향으로 서로 엇갈린 방향으로 배치됨으로써 지중구조물(SP)의 외주면에 서로 이웃하는 롤플레이트와 롤플레이트 사이에 간극이 줄여지도록 배치되도록 한다. 따라서 지중구조물(SP)과 지중(G) 사이의 마찰저감의 효과를 크게 증대시킬 수 있게 된다.
또한, 플레이트(210)는 표면에 마찰저감 코팅이 처리되어 마찰저감 효과를 증대시킬 수 있다.
고정부(220)는 롤플레이트(210)를 회전할 수 있도록 압입부(110)의 내주면에서 반경 중심을 향하여 연장된다. 이때, 롤플레이트(210)는 권취되어 있는 상태에서 고정부(220)에 고정되어 있으며, 선도체(100)가 전진함에 따라 선도체(100)의 전진속도에 맞추어 고정부(220)에 장착된 롤플레이트(210)가 회전하게 된다. 따라서 롤플레이트(210)를 지중구조물(SP)과 지중(G) 사이에 배치시키기 위하여 권취기와 같은 별도의 구동장비 없이 배치되도록 할 수 있다.
즉, 지중은 암반과 다양한 형태의 토질이 존재하기 때문에 압입속도를 정확히 예측되는 것이 매우 어려워 권취기를 이용하여 자동으로 플레이트를 제공하게 되는 경우, 롤플레이트의 풀림속도와 압입부의 지중 압입속도는 일치되지 않고, 서로 상이하게 될 수밖에 없다. 이러한 상태에서 계속해서 롤플레이트를 배치하게 되면, 롤플레이트는 과도한 인장력이 발생하여 파괴되거나 롤플레이트가 정상적으로 배치되지 않아 마찰력이 더 증대되는 문제점이 발생할 수 있게 된다.
본원 발명은 전술한 바와 같이, 선도체(100)의 압입속도에 따라 롤플레이트(210)의 풀림속도가 결정되기 때문에 롤플레이트(210)를 지중구조물(SP)과 지중(G)사이에 안정적으로 배치할 수 있다. 따라서 지중구조물(SP)과 지중(G) 사이에 마찰을 저감시킴으로써 선도체(100)의 압입을 원활하게 함으로써 지중구조물(SP) 주위의 지중(G)의 토사 교란을 방지하면서 지중구조물(SP)을 손쉽게 압입할 수 있게 된다.
지지 프레임(230)은 서로 이웃하는 고정부(220)를 각각 연결하여 루프를 형성하여 일체로 형성함으로써 일방향을 따라 이동할 때에 롤플레이트(210)가 흔들리는 것을 방지할 수 있다. 따라서 복수의 배치된 플레이트(210)는 후방을 따라 연속적으로 제공되도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 마찰저감부(200)는 낱장의 플레이트로 형성되어 선도체(100) 내측에서 용접되어 후방으로 연장되며, 시점(1)의 제1 토류벽(10a)에 플레이트(200) 종단을 고정시키는 선단 고정부(240)를 구비한다.
이와 같이 마찰저감부(200)가 낱장의 플레이트로 구성되는 경우에는 전술한 롤플레이트(210) 및 이를 고정하기 위한 구성들 없이 간단한 용접 연결만으로 일방향으로 연장되어 지중구조물(SP)과 지중(G) 사이에 배치되도록 함으로써 마찰저감 효과를 얻을 수 있다.
이때, 마찰저감부(200)의 두께는 지중구조물(SP)의 두께 대비하여 15 ~ 55%의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 범위의 두께로 플레이트가 형성되면 선도체(100) 내부에서 작업자가 지중구조물(SP)의 외주형상에 따라 변형시켜 안내부(120)와 압입부(110) 사이에 형성된 간극(GA)을 따라 삽입할 수 있다.
만약, 플레이트의 두께가 지중구조물(SP) 두께 대비하여 15% 미만으로 형성되면, 플레이트(210)를 손쉽게 변형시킬 수 있지만, 선도체(100)가 압입될 때에 인장력으로 인한 파괴가 발생할 수 있다. 반대로, 55%를 초과하여 형성되면 선도체 내측에서 작업자가 플레이트를 지중구조물(SP)의 외주면에 대응한 형상으로 변형시킬 수 없어 안내부(120)와 압입부(110) 사이에 형성된 간극(GA)을 따라 삽입할 수 없게 된다.
이하에서 선단 고정부(240)는 시점의 제1 토류벽(1)에 구비되어 플레이트(210) 종단을 고정시키는 역할을 하는 것으로서, 도 6을 통하여 구체적으로 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템의 시점측의 선단고정부를 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하여 설명하면 본 발명의 실시예에 따른 선단 고정부(240)는 원형 지지부(241) 및 플레이트 고정부(242)를 포함하여 구성된다.
원형 지지부(241)는 제1 토류벽(10a)에 형성되는 수평 지지부(3)에 복수의 세그먼트로 결합되며, 돌출 형성되어 지중구조물(SP)의 삽입을 안내하는 역할을 한다.
원형 지지부(241)는 "H"형강 또는 "ㄷ"형강으로 형성될 수 있다. 여기서, 제1 토류벽(1)은 H 형상으로 형성된 것으로 도시되었으나 쉬트파일(Sheet pile)로 형성될 수도 있다.
플레이트 고정부(242)는 한 쌍으로 마련되며, 일단이 원형 지지부(241)의 돌출면에서 고정되고, 타단이 지중구조물(SP)을 압입하는 역방향으로 돌출되어 롤플레이트(210)의 종단 또는 낱장으로 형성되어 일방향으로 연장 결합된 마찰 방지부와 고정된다.
따라서 플레이트 고정부(242)는 선도체(100)와 지중구조물(SP)이 이동할 때에 롤플레이트(210) 또는 낱장으로 결합된 마찰저감부(200)가 제1 토류벽(1)에서 분리되지 않기 때문에 일방향을 따라 지중구조물(SP)과 지중(S) 사이에 배치되도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 변형 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템의 시점측의 선단고정부를 나타내는 사시도이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 선단 고정부는 원형 지지부(241) 및 플레이트 고정부(242)를 포함하여 구성되며, 전술한 바와 동일하므로 이하 자세한 내용은 생략한다.
지중 구조물은 원형 콘크리트관(CP)으로 형성될 수 있다. 원형 콘크리트관(CP)으로 형성될 때에 원형 콘크리트관(CP)의 외주면은 마찰저감 커버플레이트(250)로 감싸진다. 마찰저감 커버플레이트(250)는 롤플레이트(210) 또는 낱장으로 결합 연장된 마찰저감부(200)와 마찰저감효과를 증대시키는 역할을 할 수 있다.
즉, 원형 콘크리트관(CP)이 롤플레이트(210) 또는 낱장으로 결합 연장된 마찰저감부(200)에 직접 접촉된 상태에서 압입되는 것에 비하여, 원형 콘크리트관(CP)에 마찰저감 커버플레이트(250)가 감싸진 상태에서 롤플레이트(210) 또는 낱장으로 결합 연장된 마찰저감부(200)와 접촉되면서 압입될 때에 마찰저감 효과를 크게 더욱 증대시켜 원형 콘크리트관(CP)의 원활한 압입을 유도할 수 있다.
또한, 마찰저감 커버플레이트(250)는 원형 콘크리트관(CP)이 압입될 때에 미세한 균열로 인해서 방수성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 것으로서, 1~3mm의 얇은 플레이트로 구성될 수 있다.
이때, 원형 콘크리트관(CP)에 마찰저감 커버플레이트(250)를 연결할 때에, 콘크리트관(CP)과 마찰저감 커버플레이트(250)는 앵커볼트(251)로 연결된다. 이때 앵커볼트(251)는 원주방향으로 서로 이웃하는 플레이트(210) 사이에 형성된 공간(g)을 따라 일방향으로 정렬배치된다. 따라서 원형 콘크리트관(CP)이 시점부에서 삽입될 때에 저항을 받지 않고 플레이트(210)와도 접촉되지 않으면서 자연스럽게 삽입되도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템은 지중구조물(G)의 압입시 발생하는 지중(G)의 지반이완 영역을 도 8 b에 도시된 바와 같이 감소시킬 수 있게 된다. 따라서 지중구조물(G) 압입 후에도 지중구조물 주변을 보강하기 위한 추가적인 공정을 진행할 필요가 없으므로 공사기간 및 공사비를 큰 폭으로 절감시킬 수 있게 된다.
또한, 지중(G) 및 지중구조물(SP)의 압입시 작은 압력으로도 압입이 가능하게 용량이 작은 유압장치(30)를 사용할 수 있으므로 굴착영역을 감소시킬 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중구조물 압입 시스템의 선도체를 이용한 시공방법은 작업준비 단계(S100), 1차 압입단계(S200), 1차 배토단계(S300) 및 2차 압입 및 배토단계(S400)를 포함하여 구성된다. 이때, 도 1 내지 도 7을 참조할 수 있다.
작업준비 단계(S100)는 지중구조물이 압입되는 지중의 시점과 종점을 각각 제1 토류벽으로 보강하고, 제1 토류벽에서 바깥쪽으로 소정거리 이격되어 수직으로 제2 토류벽으로 보강하며, 제1 토류벽과 제2 토류벽 사이를 굴착하여 작업공간을 형성하고, 시점에 형성된 작업공간에 유압장치를 배치한다.
1차 압입단계(S200)는 제1 세그먼트의 외주 직경보다 크게 형성되고, 제1 세그먼트의 선단에 선도체를 시점에 배치하고, 선도체 내주면의 둘레방향을 따라 적어도 하나 이상 배치되는 마찰저감부가 제1 세그먼트와 지중 사이의 마찰력을 저감시키면서 제1 세그먼트의 후단에서 선도체와 제1 세그먼트를 지중으로 압입한다.
이후에, 1차 배토단계(S300)는 선도체와 제1 세그먼트 지중구조물이 지중에 압입된 상태에서, 선도체 내측의 토사를 외부로 배토한다. 이때에는 인력굴착 및 소형 굴착장비를 이용하여 굴착할 수 있다.
2차 압입 및 배토 단계(S400)는 제1 세그먼트의 후단에 제2 세그먼트의 선단을 결합시키고, 제2 세그먼트의 후단을 유압장치로 압입한 후에 추가로 압입된 선도체 내부의 토사를 외부로 배토하는 단계;를 포함한다.
선도체가 종단을 관통할 때까지 2차 압입 및 배토 단계(S400)를 반복하여 지중을 하나로 연결된 지중구조물이 관통하도록 할 수 있다.
이때, 마찰저감부는 간극을 형성하는 선도체 내주면에는 둘레방향을 따라 적어도 하나 이상의 플레이트가 배치된다. 이때 플레이트는 간극 사이로 연장되어 시점의 제1 토류벽에 고정되고, 유압장치에 의해 선도체 및 적어도 하나 이상으로 이루어진 지중구조물이 압입될 때에 플레이트가 지중구조물 및 지중 사이에 길이방향을 따라 배치되면서 결합되어 연장됨으로써 지중구조물과 지중의 마찰력을 감소시킨다.
이때, 롤플레이트는 선도체의 압입에 따라 자동으로 지중구조물과 지중 사이에 배치된다. 또한, 마찰저감부가 낱장의 플레이트로 형성되는 경우에는 낱장의 플레이트로 구비되어, 후단으로 연장할 때에 선도체 내측에서 상기 낱장의 플레이트틀 용접하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 방법을 통해서 철도 또는 도로 등을 횡단하는 지중에 구조물(S)을 형성하기 위하여 도 8b와 같이 본 발명을 통해서 연속해서 강관루프(PL)를 형성할 때에, 주변에 이완영역을 감소시킬 수 있다.
종래에는 도 8a와 같이 압입영역 마찰로 인해서 주변 지반이 이완되기 때문에 이완영역을 그라우팅 보강(GR)을 필요로 하게 된다. 이와 같은 보강은 공사비용 뿐만 아니라 공사기간을 증가시키는 문제점을 야기시키게 된다. 만약, 이완영역을 보강하지 않는 경우에는 지반침하 등으로 인해 구조물, 철도 및 도로 시설물의 안정성에 심각한 문제를 야기시킬 수 있다.
하지만, 본원 발명은 도 8 (b)에 도시된 바와 같이 이완영역이 크게 감소되기 때문에 주변 지반의 보강을 위해서 별도의 그라우팅 보강이 필요 없으며, 압입을 손쉽게 할 수 있기 때문에 공사기간을 단축하면서 시공을 간편하게 할 수 있다.
도 8 b에 도시된 것은, 지하횡단 지하차도 구조물을 시공하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중 지중구조물이 적용된 것을 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명의 실시예에 따른 마찰저감 지중 지중구조물은 독립적으로 사용될 수 있는 것은 자명하다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 선도체 110 : 압입부
120 : 안내부 130 : 간격유지판
200 : 마찰저감부 210 : 플레이트
220 : 고정부 230 : 지지프레임
240 : 선단 고정부 250 : 마찰저감 커버플레이트

Claims (10)

  1. 원형강관 또는 원형 콘크리관으로 형성되는 지중구조물을 압입하는 지중의 시점과 종점을 각각 제1 토류벽으로 보강하고, 상기 제1 토류벽에서 바깥쪽으로 소정거리 이격되어 수직으로 제2 토류벽으로 보강하며, 상기 제1 토류벽과 상기 제2 토류벽 사이를 굴착하여 작업공간을 형성하고, 상기 시점에 형성된 작업공간에 유압장치를 배치하여 상기 지중구조물을 지중으로 압입하는 지중 압입식 마찰저감형 선도체 시스템에 있어서,
    지중을 압입하는 압입부와 상기 압입부의 후단 내주면에 간극을 형성하면서 결합되는 안내부를 구비하여 상기 유압장치를 통해 상기 지중구조물을 지중으로 압입하면서 상기 지중구조물이 지중을 관통하도록 안내하는 선도체; 및
    상기 유압장치에 의해 상기 선도체와 상기 지중구조물이 압입될 때에, 상기 안내부 내주면 둘레방향에서 적어도 하나 이상 배치되어 상기 간극 사이로 연장되면서 상기 지중구조물과 지중 사이에 배치되어 마찰력을 감소시키는 마찰저감부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰저감 지중 지중구조물 압입 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압입부는,
    선단의 상측에서 하측을 향하여 경사지도록 형성되고, 내주면 선단에서 후단을 향하여 둘레방향을 따라 보강재를 구비하고;
    상기 압입부와 상기 안내부 사이에 둘레방향을 따라 배치되어 상기 압입부와 상기 안내부 사이에 상기 간극을 형성시키면서 상기 압입부와 상기 안내부를 고정하여 상기 마찰저감부의 이동영역을 구획하는 간격유지판;을 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰저감 지중구조물 압입 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마찰저감부는,
    낱장의 플레이트로 형성되어 상기 선도체 내측에서 용접되어 후방으로 연장되며,
    상기 시점의 제1 토류벽에 상기 플레이트 종단을 고정시키는 선단 고정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰저감 지중구조물 압입 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 선단 고정부는,
    상기 제1 토류벽에 형성되는 수평 지지부에 복수의 세그먼트로 결합되며, 상기 수평 지지부에 돌출 형성되어 상기 지중구조물의 삽입을 안내하는 원형 지지부; 및
    일단이 상기 원형 지지부의 돌출면에서 고정되고, 타단이 상기 지중구조물을 압입하는 역방향으로 돌출되어 상기 제1 토류벽 방향으로 돌출된 상기 플레이트와 고정되는 플레이트 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰저감 지중구조물 압입 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마찰저감부는,
    롤플레이트;
    상기 압입부의 내주면에서 반경 중심을 향하여 연장되어 상기 롤플레이트를 회전할 수 있도록 연결하는 복수의 고정부;
    서로 이웃하는 상기 고정부를 연결하여 상기 고정부에 고정된 롤플레이트를 일체로 지지하는 지지 프레임; 및
    상기 시점의 제1 토류벽 방향으로 연장된 상기 롤플레이트의 종단을 고정시키는 선단 고정부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰저감 지중구조물 압입 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 선단 고정부는,
    상기 제1 토류벽에 형성되는 수평 지지부에 복수의 세그먼트로 결합되며, 상기 수평 지지부에 돌출 형성되어 상기 지중구조물의 삽입을 안내하는 원형 지지부; 및
    일단이 상기 원형 지지부의 돌출면에서 고정되고, 타단이 상기 지중구조물을 압입하는 역방향으로 돌출되어 상기 제1 토류벽 방향으로 돌출된 상기 롤플레이트와 고정되는 플레이트 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰저감 지중구조물 압입 시스템.
  7. 제4항 또는 제6항에 있어서,
    상기 원형 콘크리트관은,
    상기 원형 콘크리트관을 감싸는 마찰저감 커버플레이트; 및
    상기 마찰저감 커버플레이트와 상기 원형 콘크리트관을 일체로 결합하는 복수의 앵커볼트;를 구비하고,
    상기 앵커볼트는,
    원주방향으로 서로 이웃하는 상기 마찰저감부 사이에 형성된 공간을 따라 일방향으로 정렬배치되는 것을 특징으로 하는 마찰저감 지중 구조물 압입 시스템.
  8. (a) 지중구조물이 압입되는 지중의 시점과 종점을 각각 제1 토류벽으로 보강하고, 상기 제1 토류벽에서 바깥쪽으로 소정거리 이격되어 수직으로 제2 토류벽으로 보강하며, 상기 제1 토류벽과 상기 제2 토류벽 사이를 굴착하여 작업공간을 형성하고, 상기 시점에 형성된 작업공간에 유압장치를 배치하는 단계;
    (b) 제1 세그먼트의 외주 직경보다 크게 형성되고, 상기 제1 세그먼트의 선단에 선도체를 시점에 배치하고, 상기 선도체 내주면의 둘레방향을 따라 적어도 하나 이상 배치되는 마찰저감부가 상기 제1 세그먼트와 상기 지중 사이의 마찰력을 저감시키면서 배치되어 상기 제1 세그먼트의 후단에서 상기 선도체와 상기 제1 세그먼트를 지중으로 압입하는 단계;
    (c) 상기 선도체와 제1 세그먼트가 지중에 압입된 상태에서, 상기 선도체 내측의 토사를 외부로 배토하는 단계; 및
    (d) 상기 제1 세그먼트의 후단에 제2 세그먼트의 선단을 결합시키고, 상기 제2 세그먼트의 후단을 상기 유압장치로 압입한 후에 추가로 압입된 상기 선도체 내부의 토사를 외부로 배토하는 단계;를 포함하며,
    상기 선도체가 상기 종점을 관통할 때까지 상기 (d) 단계를 반복하여 지중을 하나로 연결된 지중구조물이 관통하도록 하는 것을 특징으로 하는 마찰저감 지중구조물 압입 시스템을 이용한 지중구조물 압입방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 마찰저감부는,
    롤플레이트로 형성되며, 상기 선도체의 압입에 따라 자동으로 상기 지중구조물과 지중 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 마찰저감 지중구조물 압입 시스템을 이용한 지중구조물 압입방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 마찰저감부는,
    낱장의 플레이트로 구비되어, 상기 후단으로 연장할 때에 상기 선도체 내측에서 상기 낱장의 플레이트틀 용접하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰저감 지중구조물 압입 시스템을 이용한 지중구조물 압입방법.
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