KR20230005574A - 멀티 토트 와이어 센서장치를 이용한 신규 터널모듈의 침설 위치 제어 방식의 수중터널 시공방법 및 이에 의해 구축된 수중터널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신규 터널모듈을 부유형태로 이송한 후 침설 와이어를 이용하여 수중으로 침설시켜서 기시공 본체부의 접합단부에 순차적으로 결합 설치하는 작업을 반복 수행하여 수중터널을 시공하되, 와이어가 풀어지거나 당겨지는 속도, 길이, 방향 등을 측정할 수 있는 복수개의 토트 와이어 센서(taut wire sensor)장치를 이용하여 수중으로 침설되는 신규 터널모듈이 기시공 본체부의 접합단부와 마주하는 정확한 접합위치로 안전하게 침설될 수 있도록 함으로써 수중터널 구축 작업의 효율성과 안정성을 더욱 향상시킬 수 있는 "멀티(multi) 토트 와이어 센서장치를 이용한 신규 터널모듈의 침설 위치 제어 방식의 수중터널 시공방법", 그리고 이러한 시공방법에 의해 구축된 "수중터널"에 관한 것이다.

Description

멀티 토트 와이어 센서장치를 이용한 신규 터널모듈의 침설 위치 제어 방식의 수중터널 시공방법 및 이에 의해 구축된 수중터널{Constructing Method of Underwater Tunnel with Tethering Tunnel Modules Using Multi-Taut Wire Sensor Apparatus, and Underwater Tunnel Constructed by such Method}

본 발명은 차량이나 보행자가 통행할 수 있는 수중터널을 시공하는 방법과, 이러한 시공방법에 의해 구축된 수중터널에 관한 것으로서, 구체적으로는 새로 제작된 신규 터널모듈을 이송한 후 침설 와이어를 이용하여 수중으로 침설시켜서 수중에 이미 설치되어 있는 기(旣)시공 본체부의 접합단부에 순차적으로 결합 설치하는 작업을 반복 수행함으로써 수중터널을 시공하되, 와이어가 풀어지거나 당겨지는 속도, 길이, 방향 등을 측정할 수 있는 복수개의 토트 와이어 센서(taut wire sensor)장치를 이용하여 수중으로 침설되는 신규 터널모듈이 기시공 본체부의 접합단부와 마주하는 정확한 접합위치로 안전하게 침설될 수 있도록 함으로써 수중터널 구축 작업의 효율성과 안정성을 더욱 향상시킬 수 있는 "멀티(multi) 토트 와이어 센서장치를 이용한 신규 터널모듈의 침설 위치 제어 방식의 수중터널 시공방법", 그리고 이러한 시공방법에 의해 구축된 "수중터널"에 관한 것이다.

차량이나 보행자의 통행을 위하여 물속에 구축되는 수중터널을 시공함에 있어서 수중터널을 이루는 터널모듈을 수중터널의 일측에서 전방(수중터널이 진행하는 방향)으로 순차적으로 압출시키는 방식이 대한민국 등록특허 제10-0797795호 등에 의해 제안되어 있다.

이에 대한 대안으로서 함체(函體) 형태의 프리캐스트 콘크리트 부재로 사전 제작된 신규 터널모듈을 이송하여 수중으로 침설시키는 작업("신규 터널모듈의 수중 침설작업") 및 수중터널에서 이미 구축이 완료된 기(旣)시공 본체부의 접합단부에 결합하는 작업("신규 터널모듈의 결합작업")을 순차적으로 수행하고, 이러한 순차적인 과정을 반복함으로써 수중터널을 시공하는 방안이 제안되었다.

이와 같은 방식으로 신규 터널모듈을 기시공 본체부의 접합단부에 순차적으로 접합하여 시공하는 방법에 있어서, 중요한 사항 중의 하나는 신규 터널모듈의 수중 침설 및 접합작업 즉, 현장에 이송된 신규 터널모듈을 수상에서부터 안전하게 물속에 침설시키고, 침설된 신규 터널모듈을 기시공 본체부의 접합단부와 마주하여 접합작업을 수행할 위치("접합위치")에 정확하게 정렬시켜 배치하는 작업을 안전하고 정밀하게, 그리고 효율적으로 수행하는 것인 바, 이를 위한 구체적인 방안의 도출이 매우 시급한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-0797795호(2008. 01. 24. 공고)

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 신규 터널모듈의 수중 침설작업 및 신규 터널모듈의 결합작업을 반복 수행함으로써 수중터널을 시공함에 있어서, 신규 터널모듈의 수중 침설작업을 잠수부의 투입을 최소화시킨 상태로 안전하고 정확하게 그리고 효율적으로 수행하며, 더 나아가 침설된 신규 터널모듈을 기시공 본체부의 접합단부와 마주하는 접합위치에 정확하게 정렬하여 배치시키는 작업을 안전하고 정밀하게, 그리고 효율적으로 수행함으로써, 수중터널 시공 비용을 최소화시킬 수 있고 안전사고 발생 위험을 줄이며 시공오차를 최소화하여 정밀한 시공이 가능하게 되는 수중터널 시공기술을 제공하는 것을 목적한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 이송장치를 이용하여 신규 터널모듈을 현장으로 이송하고, 신규 터널모듈을 수중으로 침설시켜서 기시공 본체부의 접합단부를 마주하도록 배치한 후 기시공 본체부와 신규 터널모듈을 결합하는 작업을 반복 수행하여 수중터널을 시공하는 방법으로서, 이송장치는 부유하는 폰툰과, 신규 터널모듈과 분리가능하게 체결되며 케이블 관통공이 형성되어 있고 침설 와이어에 의해 폰툰에 매달려서 침설 와이어의 이완에 의해 승하강하게 되는 승하강 체결부재를 포함하며; 승하강 체결부재에는 수중에서 추진력을 발생시켜서 승하강 체결부재를 이동시키거나 자세를 변화시키는 자력추진체가 구비되어 있고; 신규 터널모듈이 승하강 체결부재에 체결된 상태로 이송장치를 기시공 본체의 접합단부의 직상부 내지 그 부근의 침설 시작 지점으로 이송하되, 침설 시작 지점으로의 이송 작업 전, 후 또는 중간에, 이송장치와 신규 터널모듈 사이 또는 이송장치와 승하강 체결부재 사이에, 제1와이어(10)와, 제1와이어를 풀어주거나 당겨주는 보빈장치와, 제1와이어의 풀림/당김 정보를 측정하는 센서를 구비한 제1토트 와이어 센서장치를 설치하는 단계; 신규 터널모듈이 매달려 있는 이송장치가 침설 시작 지점에 도달한 후 기시공 본체부와 신규 터널모듈 사이에, 제2와이어와, 제2와이어를 풀어주거나 당겨주는 보빈장치와, 제2와이어의 풀림/당김 정보를 측정하는 센서를 구비한 제2토트 와이어 센서장치를 설치하는 단계; 침설 와이어의 이완에 의해 승하강 체결부재와 신규 터널모듈을 하강시킴과 동시에 제1,2토트 와이어 센서장치를 이용하여 신규 터널모듈의 하강 속도, 하강 방향 및 하강 깊이를 파악하여 신규 터널모듈의 위치와 자세를 제어하면서 신규 터널모듈을 침설시켜서 기시공 본체부의 접합단부와 마주하는 접합위치에 정렬시켜 배치하는 단계; 및 신규 터널모듈을 기시공 본체부에 일체로 접합하여 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중터널 시공방법이 제공된다. 또한 본 발명에서는 상기한 수중터널 시공방법에 의해 시공되어 구축된 수중터널이 제공된다.

상기한 본 발명의 수중터널 및 그 시공방법에 있어서, 이송장치에 구비된 폰툰은 종방향으로 소정 길이로 연장된 형태의 부재로 이루어져서 2개가 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치되어 있고; 2개의 폰툰 상부에는 횡방향으로 연장된 작업데크가 배치되어 폰툰과 결합됨으로써, 2개의 폰툰이 작업데크와 일체를 이루고 있으며; 작업데크에는 모터가 구비되어 있고 관통부가 형성되어 있으며; 침설 와이어는 그 일단이 모터에 결합된 상태로 관통부를 관통하여 작업데크의 아래쪽으로 연직하게 늘어뜨려져서 승하강 체결부재와 결합되어 있는 구성을 가질 수 있다.

또한 상기한 본 발명의 수중터널 및 그 시공방법에 있어서, 신규 터널모듈이 매달려 있는 이송장치가 침설 시작 지점에 도달하기 전에, 제2토트 와이어 센서장치의 제2와이어의 타단을 기시공 본체부에 결합시켜두고 제2와이어의 일단에는 부유체를 결합하여 부유체를 미리 침설 시작 지점에서 수면 또는 수중에 부유시켜 놓으며; 신규 터널모듈이 매달려 있는 이송장치가 침설 시작 지점에 도달하게 되면, 부유체에 결합되어 있던 제2와이어의 일단을 신규 터널모듈에 결합할 수도 있고; 더 나아가 제1토트 와이어 센서장치를 설치할 때, 제1와이어의 타단은 신규 터널모듈에 결합하며; 신규 터널모듈을 기시공 본체부에 결합하는 신규 터널모듈의 결합작업을 수행하거나 수행 완료된 후에는 제2토트 와이어 센서장치를 신규 터널모듈과 기시공 본체부로부터 분리시켜 회수할 수도 있다.

본 발명에서는 공장에서 프리캐스트 콘크리트 구조물로 정밀하게 제작된 신규 터널모듈을 기시공 본체부에 순차적으로 서로 일체 연결하는 방식으로 수중터널을 구축하게 되는데, 신규 터널모듈을 수중을 침설시켜서 접합위치에서 기시공 본체부의 접합단부를 마주하도록 정렬하고 배치함에 있어서, 제1,2토트 와이어 센서장치를 통해서 측정된 데이터를 기반으로 신규 터널모듈의 수중 하강 속도, 하강 방향, 하강 깊이 등을 정확하게 파악하면서 신규 터널모듈을 침설시키게 되고, 더 나아가 필요한 경우에는 승하강 체결부재에 구비된 자력추진체를 작동시켜서 추진력을 발생시킴으로써 신규 터널모듈의 위치 또는 자세를 바꾸거나 종방향이나 횡방향으로 필요한 거리만큼 이동시키면서 침설작업을 수행하게 된다. 따라서 신규 터널모듈이 접합위치에 이르는 동안에 조류(潮流) 등과 같은 여러 가지 다양한 방해 요소가 발생하더라도 신규 터널모듈이 안정적으로 그리고 정확하게 접합위치까지 도달하게 되며, 그에 따라 잠수부의 투입을 종래에 비하여 월등히 축소시킬 수 있어서 비용을 줄일 수 있고, 작업 효율을 월등히 향상시키게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시공방법에 따라 수중터널을 구축하기 위하여 이송장치를 이용하여 신규 터널모듈을 이송하는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 상태에 대한 개략적인 횡방향 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이송장치에 신규 터널모듈이 매달려 있는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 상태에 대한 개략적인 종방향의 정면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 상태에 대한 개략적인 횡방향의 측면도이다.
도 6 및 도 7은 각각 수상의 침설 시작 지점에서 기시공 본체와 신규 터널모듈 사이에 제2토트 와이어 센서장치가 연결설치된 상태를 각각 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 8은 도 6 및 도 7의 상태에 대한 개략적인 횡방향의 측면도이다.
도 9 내지 도 12는 각각 신규 터널모듈이 수중으로 하강하여 침설되고 기시공 본체부와 일체화되며 승하강 체결부재가 신규 터널모듈과 분리되어 상승하는 상태를 순차적으로 보여주는 도 8에 대응되는 개략적인 횡방향 측면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다. 참고로 본 명세서에서는 수중터널이 연장되는 방향을 "종방향"이라고 기재하는데, 특히 기시공 본체부의 접합단부에 신규 터널모듈이 점차로 접합되어서 수중터널이 연장되어 가는 방향을 "전방(前方)"이라고 기재하고, 이와 반대되는 방향을 "후방(後方)"이라고 기재한다. 본 명세서에서 "횡방향"은 종방향과 수평하게 직교하는 방향을 의미한다.

본 발명에서는 기본적으로 기시공(旣施工) 본체부의 접합단부에 신규 터널모듈이 순차적으로 일체 접합됨으로써 수중터널이 시공되는데, 이를 위하여 구체적으로 아래의 작업이 수행된다.

A) 신규 터널모듈의 침설작업 : 프리캐스트 콘크리트 부재로 제작된 신규 터널모듈을 현장의 시공 위치로 이송한 후 수중으로 침설시켜서 기시공 본체부의 접합단부 전방의 접합위치에서 접합단부와 마주하도록 정렬하여 배치하는 작업.

B) 신규 터널모듈의 결합작업 : 기시공 본체부의 접합단부에 신규 터널모듈을 일체로 결합하는 작업.

C) 상기한 A)작업과 B)작업을 반복수행.

도 1에는 본 발명에 따른 시공방법의 일 실시예에 따라 수중터널을 구축하기 위하여 이송장치(6)를 이용하여 신규 터널모듈(200)을 이송하는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는 도 1의 상태에 대한 개략적인 횡방향 측면도가 도시되어 있다. 도 3에는 본 발명에 따른 이송장치(6)에 신규 터널모듈(200)이 매달려 있는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 4에는 도 3에 도시된 상태에 대한 개략적인 종방향의 정면도가 도시되어 있다. 도 5에는 도 3에 도시된 상태에 대한 개략적인 횡방향의 측면도가 도시되어 있다.

신규 터널모듈(200)은 차량이나 사람이 통행할 수 있는 중공(中空)을 가지는 함체(函體) 형태의 콘크리트 부재로서 육상 내지 선박 위에서 프리캐스트 방식으로 사전 제작되어 이송된다. 본 발명에서는 폰툰을 구비한 이송장치(6)에 신규 터널모듈(200)을 매달아서 시공 현장으로 이송한다. 이송된 신규 터널모듈(200)은 후술하는 방식으로 수중으로 침설되고 접합위치에 정렬 배치된다.

구체적으로 본 발명의 이송장치(6)는 수면에 부유하는 폰툰(60)과, 신규 터널모듈(200)과 분리가능하게 체결되는 승하강 체결부재(61)와, 상기 승하강 체결부재(61)를 매달게 되는 침설(沈設) 와이어(wire)(7)를 포함하는 구성을 가진다.

폰툰(60)은 수면에 부유하는 부재로서, 도면에 도시된 실시예에서 폰툰(60)은 종방향으로 소정 길이로 연장된 형태의 부재로 이루어져 있다. 특히 도면의 실시예에서는 2개의 폰툰(60)이 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치되어 있다. 폰툰(60)의 상부에는 횡방향으로 연장된 작업데크(62)가 배치되어 폰툰(60)과 결합됨으로써, 2개의 폰툰(60)이 작업데크(62)와 일체를 이루고 있다.

작업데크(62)에는 침설 와이어(7)를 당기거나 풀어주는 모터(M)가 구비되어 있다. 침설 와이어(7)는 그 일단이 모터(M)에 결합되고 타단은 작업데크(62)의 아래쪽으로 연직하게 늘어뜨려져서 승하강 체결부재(61)와 결합되어 있다. 모터(M)의 작동에 의해 침설 와이어(7)가 당겨지거나 늘어뜨려짐에 따라 승하강 체결부재(61)가 상승 또는 하강하게 된다. 도면에 도시된 실시예에서 작업데크(62)에는 일단이 모터(M)에 결합된 침설 와이어(7)가 관통하게 되는 관통부가 형성되어 있다.

승하강 체결부재(61)는 신규 터널모듈(200)과 체결되는 부재로서, 신규 터널모듈(200)을 침설시킬 때에는 신규 터널모듈(200)과의 체결상태를 유지하여 신규 터널모듈(200)을 매달고 있다가, 신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)에 결합되면 신규 터널모듈(200)과 분리된다. 이러한 승하강 체결부재(61)와 신규 터널모듈(200) 간의 체결 및 분리는 작업자의 직접적인 조작뿐만 아니라 원격 조작에 의해 수행될 수 있다. 도면에 도시된 실시예에서 승하강 체결부재(61)는 횡방향으로 연장된 부재로 이루어져서 복수개가 종방향으로 간격을 두고 설치되어 있으나 그 형상은 이에 한정되지 않는다.

승하강 체결부재(61)에는 그 자세를 바꾸거나 또는 종,횡방향으로 이동할 수 있는 자력(自力)추진체(65)가 구비될 수 있다. 자력추진체(65)는 추진력을 발생시킬 수 있는 장치로서, 수중 프로펠러나 워터제트 방식, 분사기 등과 같이 수중에서 추진력을 발생시킬 수 있는 다양한 공지의 형태로 구현될 수 있다. 승하강 체결부재(61)에 자력추진체(65)가 구비되는 경우, 후술하는 것처럼 신규 터널모듈(200)을 수중에서 침설시키는 과정에서 필요에 따라 자력추진체(65)에서 발생되는 추진력을 이용하여 신규 터널모듈(200)의 위치나 자세를 바꿀 수 있고, 더 나아가 종방향이나 횡방향으로 필요한 거리만큼 신규 터널모듈(200)을 이동시킬 수 있게 된다.

한편, 이송장치(6)와 신규 터널모듈(200) 사이 또는 이송장치(6)와 승하강 체결부재(61) 사이에는 제1토트 와이어 센서(taut wire sensor)장치(1)가 설치된다. 제1토트 와이어 센서장치(1)는 와이어가 풀어지거나 당겨지는 속도, 길이, 방향 등을 측정할 수 있는 장치이다. 제1토트 와이어 센서장치(1)에는 제1와이어(wire)(10)가 구비되어 있고, 제1와이어(10)를 풀어주거나 당길 수 있도록 제1와이어(10)의 일단 감겨져 있는 보빈장치(또는 윈치장치)와, 제1와이어(10)가 풀어지거나 당겨지는 방향, 속도, 길이 등의 제1와이어(10)의 풀림/당김 정보를 측정하는 센서가 구비된다. 와이어가 풀어지거나 당겨지는 속도, 길이, 방향(각도) 등을 측정할 수 있는 토트 와이어 센서장치 자체는 공지된 것으로서, 도면에서는 편의상 보빈장치와 센서를 간략하게 도시하고 부재번호 11로 표시하였다.

본 발명에서 위와 같은 구성과 기능을 가지는 제1토트 와이어 센서장치(1)를 이송장치(6)와 신규 터널모듈(200) 사이에 설치하거나 또는 이송장치(6)와 승하강 체결부재(61) 사이에 설치한다. 도면에서는 이송장치(6)와 신규 터널모듈(200) 사이에 제1토트 와이어 센서장치(1)가 설치되어 있는 것으로 예시하였다. 특히, 도면에 예시된 실시예의 경우, 부재번호 11로 표시된 토트 와이어 센서장치(1)의 보빈장치와 센서가 이송장치(6)의 작업데크(62)에 고정 설치되고, 제1와이어(10)의 타단은 신규 터널모듈(200)에 결합되어 있는 구성을 가지고 있다. 그러나 부재번호 11로 표시된 제1토트 와이어 센서장치(1)의 보빈장치와 센서는, 폰툰(60)과 같이 이송장치(6)의 다른 위치에 구비될 수도 있다. 도면에서 제1토트 와이어 센서장치(1)가 신규 터널모듈(200)과 이송장치(6)의 전방에 설치되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 후방에 설치되어도 무방하다. 또한 도면에 예시된 실시예의 경우, 이송장치(6)와 신규 터널모듈(200) 사이에 1개의 제1토트 와이어 센서장치(1)가 설치되어 있는 것으로 예시하였으나, 2개 이상 복수개의 제1토트 와이어 센서장치(1)가 이송장치(6)와 신규 터널모듈(200) 사이 또는 이송장치(6)와 승하강 체결부재(61) 사이에 설치될 수도 있다.

후술하는 것처럼 제1토트 와이어 센서장치(1)에 의한 계측 내지 모니터링이 더 이상 필요하지 않을 때에는, 제1토트 와이어 센서장치(1)를 신규 터널모듈(200)로부터 분리시킬 경우가 있으므로, 제1와이어(10)의 타단을 신규 터널모듈(200)에 결합함에 있어서는 작업자의 직접 또는 원격 조작에 의해 제1와이어(10)의 타단이 신규 터널모듈(200)로부터 분리될 수 있도록 구성한다. 예를 들어 원격 조작에 의해 체결 상태가 해제될 수 있는 고리장치를 이용하여 제1와이어(10)의 타단을 신규 터널모듈(200)에 분리가능하게 결합할 수 있는 것이다.

앞서 언급한 것처럼 제1토트 와이어 센서장치(1)는 이송장치(6)와 승하강 체결부재(61) 사이에 설치될 수 있으므로, 제1와이어(10)의 타단은 신규 터널모듈(200)이 아닌 승하강 체결부재(61)에 결합될 수도 있다.

이와 같이 제1토트 와이어 센서장치(1)가 구비되는 경우, 후술하는 것처럼 침설 와이어(7)가 연직하게 늘어뜨려져서 승하강 체결부재(61) 및 그와 결합되어 있는 신규 터널모듈(200)이 수중에서 하강하여 침설될 때, 제1토트 와이어 센서장치(1)에서 제1와이어(10)가 풀어지는 방향, 속도, 각도(방향) 등을 측정할 수 있게 되며, 측정된 데이터를 이용하여 승하강 체결부재(61) 및 그와 결합되어 있는 신규 터널모듈(200)의 하강 속도, 하강 방향, 하강 깊이 등을 정확하게 파악할 수 있게 된다.

신규 터널모듈(200)은 폰툰(60)을 구비한 이송장치(6)에 매달린 상태로 이송될 수 있다. 즉, 신규 터널모듈(200)은 승하강 체결부재(61)와 체결되어 승하강 체결부재(61)의 하면에서 수중에 위치하고 승하강 체결부재(61)는 침설 와이어(7)에 의해 작업데크(62) 및 폰툰(60)에 매달려 있는 상태로 이송될 수 있는 것이다.

제1토트 와이어 센서장치(1)는 이러한 신규 터널모듈(200)의 이송 작업의 전(前), 후(後) 또는 이송하는 도중에 설치될 수 있다. 즉, 제1토트 와이어 센서장치(1)가 설치된 상태로 신규 터널모듈(200)이 침설 시작 지점으로 이송될 수도 있고, 이와 달리 신규 터널모듈(200)이 침설 시작 지점으로 이송 완료된 후 즉, 신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)의 접합단부의 직상부 내지 그 부근의 침설 시작 지점에 도달한 후에 제1토트 와이어 센서장치(1)가 설치될 수도 있는 것이다. 물론 신규 터널모듈(200)을 침설 시작 지점으로 이송하는 도충에 제1토트 와이어 센서장치(1)를 설치할 수도 있다.

신규 터널모듈(200)이 승하강 체결부재(61)에 체결되어 매달려 있는 상태로 이송장치(6)가 수면에서 이동하여, 기시공 본체부(100)의 접합단부의 직상부 내지 그 부근의 침설 시작 지점에 도달하게 되면, 기시공 본체부(100)과 신규 터널모듈(200) 사이에는 제2토트 와이어 센서장치(2)를 연결 설치한다. 도 6 및 도 7에는 신규 터널모듈(200)이 매달려 있는 이송장치(6)가 침설 시작 지점에 도달한 후 기시공 본체부(100)과 신규 터널모듈(200) 사이에 제2토트 와이어 센서장치(2)를 연결설치된 상태를 각각 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 8에는 도 6 및 도 7에 도시된 상태에 대한 개략적인 횡방향의 측면도가 도시되어 있다.

제2토트 와이어 센서(taut wire sensor)장치(2)는 앞서 설명한 제1토트 와이어 센서장치(1)와 마찬가지로 와이어가 풀어지거나 당겨지는 속도, 길이, 방향 등을 측정할 수 있는 장치로서, 제2와이어(20)와, 상기 제1와이어(20)를 풀어주거나 당길 수 있도록 제2와이어(20)의 일단 감겨져 있는 보빈장치(또는 윈치장치)와, 제2와이어(20)가 풀어지거나 당겨지는 방향, 속도, 길이 등의 제2와이어(20)의 풀림/당김 정보를 측정하는 센서를 포함하는 구성을 가진다. 이러한 제2토트 와이어 센서장치(2) 역시 그 자체는 공지된 것으로서, 편의상 도면에서는 제2토트 와이어 센서장치(2)에 구비되는 보빈장치와 센서를 간략하게 도시하고 부재번호 21로 표시하였다.

도면에서는 부재번호 21로 표시된 제2토트 와이어 센서장치(2)의 보빈장치와 센서가 신규 터널모듈(200)에 설치되고, 제2와이어(20)의 타단은 기시공 본체부(100)의 접합단부에 결합되어 있는 형태로 예시되어 있으나, 이와 반대로 제2와이어(20)의 타단이 신규 터널모듈(200)에 결합되고 부재번호 21로 표시된 제2토트 와이어 센서장치(2)의 보빈장치와 센서가 기시공 본체부(100)의 접합단부에 설치되어도 무방하다.

이와 같이 제2토트 와이어 센서장치(2)의 제2와이어(20)는 그 일단이 신규 터널모듈(200)에 결합되고 타단은 기시공 본체부(100)에 결합되는데, 이를 위하여 도 1 및 도 2에 예시된 것처럼 제2와이어(20)의 타단을 기시공 본체부(100)에 결합시켜둔 상태에서 제2와이어(20)의 일단에 부유체(40)를 결합하여 미리 기시공 본체부(100)의 접합단부 연직 위쪽의 직상부 내지 그 부근의 침설 시작 지점에서 수면 또는 수중에 부유(浮游)시켜 놓는다. 이러한 상태에서 신규 터널모듈(200)이 매달려 있는 이송장치(6)가 침설 시작 지점에 도달하게 되면, 작업자는 부유체(40)에 결합되어 있던 제2와이어(2)의 일단을 신규 터널모듈(200)에 결합하게 된다. 즉, 부유체(40)에 결합되어 있던 제2와이어(2)의 일단을 신규 터널모듈(200)에 구비되어 있던 제2토트 와이어 센서장치(2)의 보빈장치와 센서에 연결하는 것이다. 이러한 방식을 이용함으로써 수중의 깊은 곳에 위치하는 기시공 본체부(100)의 접합단부와 수면 내지 수면 부근에 위치하는 신규 터널모듈(200) 사이를 제2와이어(20)로 연결하여 제2토트 와이어 센서장치(2)를 매우 용이하게 설치할 수 있게 된다.

침설 시작 지점에 도달한 신규 터널모듈(200)과 수중의 기시공 본체부(100) 사이에 제2토트 와이어 센서장치(2)를 설치한 후에는 신규 터널모듈(200)을 하강시켜 수중으로 침설시키게 된다. 도 9 내지 도 12에는 각각 도 8에 대응되는 개략적인 횡방향측면도가 도시되어 있는데, 도 9에는 도 8에 도시된 상태에 후속하여 승하강 체결부재(61)와 신규 터널모듈(200)이 하강하는 과정이 도시되어 있다. 도 10에는 신규 터널모듈(200)의 하강이 완료되고 기시공 본체부(100)과 신규 터널모듈(200)이 결합된 상태가 도시되어 있다. 도 11에는 신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)에 결합된 후 승하강 체결부재(61)를 신규 터널모듈(200)로부터 분리시키고 상승시켜 회수하는 상태가 도시되어 있고, 도 12에는 신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)에 결합된 후 신규 터널모듈(200)에 결합되어 있던 제1와이어(10)의 위쪽 단부에 새로운 부유체(40)를 설치하여 수면에 부유시킨 상태가 도시되어 있다.

도 9에 예시된 것처럼 이송장치(6)에 설치된 모터(M)를 작동시켜서 침설 와이어(7)를 연직하게 늘어뜨리게 되고, 그에 따라 승하강 체결부재(61) 및 그와 결합되어 있는 신규 터널모듈(200)이 수중에서 하강하게 된다. 이 때 제1토트 와이어 센서장치(1)에서는 제1와이어(10)가 풀리면서 길어지게 되고, 이 과정에서 제1와이어(10)가 풀어지는 길이, 풀어지는 속도, 풀어지는 방향 등이 측정된다. 이와 병행하여 제2토트 와이어 센서장치(2)에서는 제2와이어(20)가 감기면서 그 길이가 줄어드는데, 이 과정에서도 제2와이어(20)가 감기는 길이, 감기는 속도, 제2와이어(20)의 방향 등이 측정된다. 즉, 제1,2토트 와이어 센서장치(1, 2) 각각에 구비된 제1,2와이어(10, 20)의 풀림/당김 정보를 측정하게 되는 것이다.

작업자는 제1,2토트 와이어 센서장치(1, 2)에서 측정된 데이터(제1,2와이어의 풀림/ 당김 정보)를 기반으로 신규 터널모듈(200)의 수중 하강 속도, 하강 방향, 하강 깊이 등을 정확하게 파악하면서 신규 터널모듈(200)을 수중으로 침설시킬 수 있게 된다. 만일 신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)의 접합단부 전방의 접합위치를 향하여 하강하는 상태가 적절하지 않거나 기타 필요한 경우에는, 작업자의 조작에 의해 또는 자동적인 제어에 의해 승하강 체결부재(61)에 구비된 자력추진체(65)를 작동시켜서 추진력을 발생시킴으로써 신규 터널모듈(200)의 위치 또는 자세를 바꾸거나 종방향이나 횡방향으로 필요한 거리만큼 이동시킬 수 있다. 본 발명에서는 이와 같이 제1,2토트 와이어 센서장치(1, 2)를 이용하여 신규 터널모듈(200)의 수중 하강 속도, 하강 방향, 하강 깊이 등을 정확하게 파악함과 동시에 자력추진체(65)를 이용하여 신규 터널모듈(200)의 위치, 자세 등을 제어하면서 신규 터널모듈(200)을 수중으로 침설시켜서 기시공 본체부(100)의 접합단부와 마주하는 접합위치에 설계에 맞추어 정확하게 정렬시켜 배치할 수 있게 되며, 특히 이러한 신규 터널모듈(200)의 접합위치 배치 및 정렬시키는 작업을 안전하고 정밀하게, 그리고 효율적으로 수행할 수 있게 된다.

침설 와이어(7)가 이완되어 늘어뜨려지면 신규 터널모듈(200)은 대체적으로 연직하게 하강하게 되지만, 기시공 본체부(100)는 상당한 수심에 위치하고 수중에는 조류 등과 같이 신규 터널모듈(200)의 연직 하강을 방해하는 다양한 요소들이 존재한다. 따라서 기시공 본체부(100)의 접합단부 전방의 접합위치에서 연직 상부의 수면에서부터 단순히 터널모듈(200)을 자중에 의해 하강시키는 것만으로는 신규 터널모듈(200)의 연직하강 및 정확힌 접합위치로의 침설을 보장할 수 없다. 그러나 위에서 살펴본 것처럼 본 발명에서는 제1,2토트 와이어 센서장치(1, 2)를 설치한 상태에서 신규 터널모듈(200)이 하강하게 되고, 이 과정에서 제1,2토트 와이어 센서장치(1, 2)를 이용하여 신규 터널모듈(200)의 하강 속도, 하강 방향, 하강 깊이 등을 정확하게 파악할 수 있게 된다. 특히, 본 발명에서는 신규 터널모듈(200)과 기시공 본체부(100) 사이에는 제2토트 와이어 센서장치(2)를 설치하고, 신규 터널모듈(200)과 이송장치(6) 사이에 제1토트 와이어 센서장치(1)를 설치하는 형태로 복수개의 토트 와이어 센서장치를 이용하여 신규 터널모듈(200)의 아래쪽과 위쪽에서 각각 신규 터널모듈(200)의 하강 속도, 하강 방향, 하강 깊이 등을 측정하여 파악하게 되므로 높은 계측 정확도 및 신뢰도를 가지게 되어 신규 터널모듈(200)의 침설 상태를 매우 정확하고 정밀하게 파악할 수 있게 되고, 그에 따라 정밀 시공이 가능하게 되는 장점이 발휘된다.

특히, 이와 같이 신규 터널모듈(200)의 침설 상태를 파악함과 동시에 자력추진체(65)를 이용하여 신규 터널모듈(200)의 위치, 자세 등을 제어하면서 신규 터널모듈(200)을 침설시키게 되므로, 신규 터널모듈(200)과 승하강 체결부재(61)가 접합위치에 이르는 동안에 조류(潮流) 등과 같은 여러 가지 다양한 방해 요소가 발생하더라도 신규 터널모듈(200)과 승하강 체결부재(61)는 안정적으로, 그리고 정확하게 접합위치에 도달하여 신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)의 접합단부와 마주하도록 정렬될 수 있다. 이러한 과정에서는 잠수부의 투입을 종래에 비하여 월등히 축소시킬 수 있게 되고, 그에 따라 인력 투입, 비용 발생 등이 감소되고 경제적인 수중터널 시공이 가능하게 된다. 즉, 본 발명에 의하면 신규 터널모듈의 수중 반입 및 침설 작업을 잠수부의 투입을 최소화시키고, 안전하며 정확하게, 그리고 효율적으로 수행할 수 있게 되는 것이다. 따라서 본 발명에 의하면 수중터널 시공비용을 최소화시킬 수 있고 안전사고 발생 위험을 줄이며 시공오차를 최소화하여 정밀한 시공이 가능하게 되는 것이다.

신규 터널모듈(200)이 기시공 본체부(100)의 접합단부를 마주하도록 접합위치에 정렬, 배치된 후에는 신규 터널모듈(200)을 기시공 본체부(100)에 결합하는 "신규 터널모듈의 결합작업"을 수행한다. 결합작업이 이루어지면 승하강 체결부재(61)를 신규 터널모듈(200)로부터 분리시키고, 이송장치(6)에 설치된 모터(M)를 작동시켜서 침설 와이어(7)를 감아서 당김으로써 승하강 체결부재(61)를 수면으로 다시 회수하게 된다. 제1토트 와이어 센서장치(1)에 구비된 제1와이어(10)의 타단이 신규 터널모듈(200)에 결합되어 있는 경우, 제1토트 와이어 센서장치(1)에 의한 계측 내지 모니터링이 더 이상 필요하지 않을 때(예를 들면, 신규 터널모듈(200)을 기시공 본체부(100)에 결합하는 신규 터널모듈의 결합작업이 시작 또는 진행되거나 또는 종결된 후), 도 11에 예시된 것처럼 제1와이어(10)의 타단을 신규 터널모듈(200)로부터 분리시킬 수도 있고, 이와 달리 도 12에 예시된 것처럼 제1와이어(10)의 타단과 신규 터널모듈(200) 간의 결합은 유지하고 제1와이어(10)의 일단 즉, 이송장치(6)에 결합되어 있던 제1와이어(10)의 단부를 이송장치(6)와 분리시킨 후 분리된 제1와이어(10)의 단부에 부유체(40)를 설치하여 수상에 부유시킬 수도 있다.

또한 신규 터널모듈(200)을 기시공 본체부(100)에 결합하는 "신규 터널모듈의 결합작업"을 수행하거나 수행 완료된 후에는 제2토트 와이어 센서장치(2)를 신규 터널모듈(200)과 기시공 본체부(100)로부터 분리시켜 회수하게 된다. 제2토트 와이어 센서장치(2)의 분리 회수 작업은 접합된 신규 터널모듈(200)과 기시공 본체부(100)의 내부 공간에서 진행된다.

이와 같이 기시공 본체부(100)에 신규 터널모듈(200)이 접합 완료되면, 접합된 신규 터널모듈이 새로운 기시공 본체부에 해당하게 된다. 한편, 도 12에 도시된 것처럼 이송장치(6)에 결합되어 있던 제1와이어(10)의 일단을 이송장치(6)와 분리시키고 부유체(40)를 매달아 수상에 부유시킨 경우, 결국 앞서 도 2와 관련하여 살펴본 것처럼 기시공 본체부에 와이어를 결합하고 그 와이어의 상부 단부에 부유체를 설치한 것과 동일한 상태가 된다. 따라서 접합된 신규 터널모듈은 새로운 기시공 본체부에 해당하게 되고, 접합된 신규 터널모듈에 단부가 결합되어 있던 제1와이어(10)는 이제 제2토트 와이어 센서장치의 제2와이어로서 기능하게 된다. 즉, 신규 터널모듈(200)을 기시공 본체부(100)에 결합하는 신규 터널모듈의 결합작업이 시작 또는 진행되거나 또는 종결된 후에는, 이송장치(6)와 결합되어 있던 제1와이어(10)의 단부를 이송장치(6)로부터 분리시키고, 분리된 제1와이어(10)의 단부에 부유체(40)를 새로 결합함으로써, 부유체(40)가 결합된 제1와이어(10)가 새롭게 이송될 신규 터널모듈을 접합할 때 제2토트 와이어 센서장치의 제2와이어(20)로서 기능하게 만드는 것이다.

후속하여 새로운 신규 터널모듈을 이송장치에 매달아 시공 위치로 이송하고, 부유체(40)를 제거하고 와이어의 단부를 이송장치(6)에 결합하며, 토트 와이어 센서장치를 새롭게 설치하는 등과 같은 앞서 설명한 일련의 과정을 반복 수행함으로써, 종방향으로 신규 터널모듈을 순차적으로 일체 접합하면서 수중터널을 구축하여 완성하게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 신규 터널모듈의 수중 침설작업 및 신규 터널모듈의 결합작업을 반복 수행함으로써 수중터널을 시공함에 있어서, 신규 터널모듈의 수중 침설작업을 잠수부의 투입을 최소화시킨 상태로 안전하고 정확하게, 그리고 효율적으로 수행하며, 더 나아가 침설된 신규 터널모듈을 기시공 본체부의 접합단부와 마주하는 접합위치에 정확하게 정렬하여 배치시키는 작업을 안전하고 정밀하게, 그리고 효율적으로 수행함으로써, 수중터널 시공비용을 최소화시킬 수 있고 안전사고 발생 위험을 줄이며 시공오차를 최소화하여 정밀한 시공이 가능하게 된다.

1: 제1토트 와이어 센서장치
2: 제2토트 와이어 센서장치
6: 이송장치
7: 침설 와이어
10: 제1와이어
20: 제2와이어
60: 폰툰
61: 승하강 체결부재
62: 작업데크
100: 기시공 본체부
200: 신규 터널모듈

Claims (6)

1. 이송장치(6)를 이용하여 신규 터널모듈(200)을 현장으로 이송하고, 신규 터널모듈(200)을 수중으로 침설시켜서 기시공 본체부(100)의 접합단부에 결합 설치하는 작업을 반복 수행하여 수중터널을 시공하는 방법으로서,
   이송장치(6)는 부유하는 폰툰(60)과, 신규 터널모듈(200)과 분리가능하게 체결되며 케이블 관통공(610)이 형성되어 있고 침설 와이어(7)에 의해 폰툰(60)에 매달려서 침설 와이어(7)의 이완에 의해 승하강하게 되며 승하강 체결부재(61)를 포함하며;
   승하강 체결부재(61)에는 수중에서 추진력을 발생시켜서 승하강 체결부재(61)를 이동시키거나 자세를 변화시키는 자력추진체(65)가 구비되어 있고;
   신규 터널모듈(200)이 승하강 체결부재(61)에 체결된 상태로 이송장치(6)를 기시공 본체부(100)의 접합단부의 직상부 내지 그 부근의 침설 시작 지점으로 이송하되, 침설 시작 지점으로의 이송 작업 전, 후 또는 중간에, 이송장치(6)와 신규 터널모듈(200) 사이 또는 이송장치(6)와 승하강 체결부재(61) 사이에, 제1와이어(10)와, 제1와이어(10)를 풀어주거나 당겨주는 보빈장치와, 제1와이어(10)의 풀림/당김 정보를 측정하는 센서를 구비한 제1토트 와이어 센서장치(1)를 설치하는 단계;
   신규 터널모듈(200)이 매달려 있는 이송장치(6)가 침설 시작 지점에 도달한 후 기시공 본체부(100)와 신규 터널모듈(200) 사이에, 제2와이어(20)와, 제2와이어(20)를 풀어주거나 당겨주는 보빈장치와, 제2와이어(20)의 풀림/당김 정보를 측정하는 센서를 구비한 제2토트 와이어 센서장치(2)를 설치하는 단계;
   침설 와이어(7)의 이완에 의해 승하강 체결부재(61)와 신규 터널모듈(200)을 하강시킴과 동시에 제1,2토트 와이어 센서장치(1, 2)를 이용하여 신규 터널모듈(200)의 하강 속도, 하강 방향 및 하강 깊이를 파악하여 신규 터널모듈(200)의 위치와 자세를 제어하면서 신규 터널모듈(200)을 침설시켜서 기시공 본체부(100)의 접합단부와 마주하는 접합위치에 정렬시켜 배치하는 단계; 및
   신규 터널모듈(200)을 기시공 본체부(100)에 일체로 접합하여 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중터널 시공방법.
2. 제1항에 있어서,
   신규 터널모듈(200)이 매달려 있는 이송장치(6)가 침설 시작 지점에 도달하기 전에, 제2토트 와이어 센서장치(2)의 제2와이어(20)의 타단을 기시공 본체부(100)에 결합시켜두고 제2와이어(20)의 일단에는 부유체(40)를 결합하여 미리 침설 시작 지점에서 수면 또는 수중에 부유시켜 놓으며;
   신규 터널모듈(200)이 매달려 있는 이송장치(6)가 침설 시작 지점에 도달하게 되면, 부유체(40)에 결합되어 있던 제2와이어(20)의 일단을 신규 터널모듈(200)에 결합하는 것을 특징으로 하는 수중터널 시공방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   제1토트 와이어 센서장치(1)를 설치할 때, 제1와이어(10)의 타단은 신규 터널모듈(200)에 결합하며;
   신규 터널모듈(200)을 기시공 본체부(100)에 결합하는 신규 터널모듈의 결합작업이 시작 또는 진행되거나 또는 종결된 후에는 제1와이어(10)의 타단을 신규 터널모듈(200)로부터 분리시키며;
   신규 터널모듈(200)을 기시공 본체부(100)에 결합하는 신규 터널모듈의 결합작업을 수행하거나 수행 완료된 후에는 제2토트 와이어 센서장치(2)를 신규 터널모듈(200)과 기시공 본체부(100)로부터 분리시켜 회수하는 것을 특징으로 하는 수중터널 시공방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   제1토트 와이어 센서장치(1)를 설치할 때, 제1와이어(10)의 타단은 신규 터널모듈(200)에 결합하며;
   신규 터널모듈(200)을 기시공 본체부(100)에 결합하는 신규 터널모듈의 결합작업을 수행하거나 수행 완료된 후에는 신규 터널모듈(200)과 기시공 본체부(100) 사이를 연결하고 있던 제2토트 와이어 센서장치(2)를 회수하며;
   신규 터널모듈(200)을 기시공 본체부(100)에 결합하는 신규 터널모듈의 결합작업이 시작 또는 진행되거나 또는 종결된 후에는, 이송장치(6)와 결합되어 있던 제1와이어(10)의 단부를 이송장치(6)로부터 분리시키고, 분리된 제1와이어(10)의 단부에 부유체(40)를 새로 결합하여, 부유체(40)가 결합된 제1와이어(10)가 새롭게 이송될 신규 터널모듈을 접합할 때 제2토트 와이어 센서장치의 제2와이어로서 기능하게 만드는 것을 특징으로 하는 수중터널 시공방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   이송장치(6)에서, 폰툰(60)은 종방향으로 소정 길이로 연장된 형태의 부재로 이루어져서 2개가 횡방향으로 간격을 두고 나란하게 배치되어 있고;
   2개의 폰툰(60) 상부에는 횡방향으로 연장된 작업데크(62)가 배치되어 폰툰(60)과 결합됨으로써, 2개의 폰툰(60)이 작업데크(62)와 일체를 이루고 있으며;
   작업데크(62)에는 모터(M)가 구비되어 있고 관통부가 형성되어 있으며;
   침설 와이어(7)는 그 일단이 모터(M)에 결합된 상태로 관통부를 관통하여 작업데크(62)의 아래쪽으로 연직하게 늘어뜨려져서 승하강 체결부재(61)와 결합되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 수중터널 시공방법.
6. 차량이나 사람이 통행할 수 있는 중공(中空)을 가지는 터널모듈을 수중에서 전방으로 순차적으로 연결하여 구축된 수중터널로서,
   청구항 제1항 또는 제2항에 의한 수중터널 시공방법에 의해 구축되어, 터널모듈이 연속적으로 연결된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 수중터널.

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