KR20240052329A - 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법 및 이를 이용하여 시공된 터널 구조물 - Google Patents
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Abstract
터널의 분할 굴착시 4D(D는 터널 직경) 이상 이격된 상태로 좌측 및 우측 코너벤치를 형성함으로써, 암반 조건이 다소 불량한 조건에서 양 코너부에 남아있는 암반이 터널의 변위를 발생시키는 것을 방지할 수 있고, 현장 여건을 고려하여 상반과 하반의 동시 굴착 또는 개별 굴착을 자유롭게 선택할 수 있으며, 또한, 좌측 및 우측 코너벤치를 형성함으로써 하반의 굴착 물량 감소로 인해 하반 굴착 공기를 단축시킬 수 있고, 상반 및 하반 동시 발파시에도 굴착장비의 이동통로를 용이하게 확보할 수 있으며, 또한, 좌측 및 우측 코너벤치 상에 안전울타리 및 비상대피계단을 설치하고, 안전울타리 고정구를 부착하여 상반 막장면에 안전울타리를 견고하게 설치함으로써 작업자의 안전을 확보할 수 있는, 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법이 제공된다.
Description
본 발명은 터널의 분할 굴착 공법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 터널의 분할 굴착시 공기를 단축시키고 작업자의 안전을 확보할 수 있도록 하반의 양측 코너부(우각부)에 코너벤치(Coner Bench)를 형성하고, 안전울타리와 비상대피 계단 등을 설치하는, 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법 및 이를 이용하여 시공된 터널 구조물에 관한 것이다.
일반적으로, 터널의 굴착 및 시공 방법은 지반조건, 터널 단면의 크기 및 형상, 터널 연장 등 제반조건과 경제성, 시공성, 안정성, 공사기간을 고려하여 결정하는데, 일반적인 터널의 굴착시 터널 전단면을 굴착하는 것이 경제적이지만, 지반상태가 불량하거나 대단위 굴착인 경우, 굴착 단면을 나누어 분할 시공하기도 한다.
근래에 고속화 전철의 등장으로 철도터널 굴착 단면이 대형화되고, 도로터널 또한 종래에는 2차선이 대부분을 차지하고 있었지만, 근래에는 교통량의 증가로 인해 3차선 및 4차선 등으로 대형화되는 추세이며, 이것은 상반 및 하반의 분할 굴착이 터널의 안정성에 필수적이라 할 수 있다.
이렇게 대형화되는 추세에 있는 국내 터널, 특히, 양호한 지반을 갖는 고속전철, 3차선 혹은 4차선 도로터널, 지하 저장소 등의 설계 및 작업 방법은 일률적으로 상반과 하반의 분리 시공이 주류를 이루고 있으며, 실제 시공도 장대터널에서는 상반 일정 구간을 150m~300m 정도 굴착한 후 상반 작업을 중지하고, 하반 굴착과 교통로 설치작업을 진행하며, 이후, 다시 상반의 굴착을 진행하는 작업이 교대로 이루어지는 분할 굴착 방법이 사용되고 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 터널의 분할 굴착을 설명하기 위한 도면으로서, 도 1의 a)는 정면도이고, 도 1의 b)는 측면도이며, 도 1의 c)는 평면도이다.
도 1의 a) 내지 c)에 도시된 바와 같이, 종래의 기술에 따른 터널의 분할 굴착은, 스프링라인(S.L.)을 따라 하반(11) 및 상반(12)으로 분할 굴착되고, 굴착이 이루어진 단면은 록볼트(13)가 시공된다.
도 1의 b) 및 c)에 도시된 바와 같이, 상반(12)의 개별 굴착이 완료되거나 하반 이격거리를 확보한 후, 하반(11)을 개별 굴착한다.
이때, 종래의 기술에 따른 터널의 분할 굴착은, 상반(12) 및 하반(11)의 동시 굴착이 곤란하며, 이에 따라, 상반(12)의 굴착 공기 및 하반(11)의 굴착 공기가 개별적으로 소요된다.
종래의 기술에 따른 터널 분할 굴착의 경우, 작업장이 항상 1개소로 이루어지므로 장비와 인력 등의 휴지가 많이 발생하는 문제가 있으며, 상반 굴착시 막장의 용수 등 비정상적인 현상이 발생하거나 소붕락시에는 작업의 진도가 불가능해짐에 따라 공사지연의 휴지가 되어 커다란 경제적 손실을 입게 된다.
또한, 상반의 작업과 하반의 작업중 어느 한 쪽을 정지한 후 다른 한 쪽의 작업을 진행하여야 하므로 굴착장비 및 인력을 비롯한 투입비가 증가하게 되고, 또한, 배관, 환기, 튜브 등의 철수 또는 이동이 진행됨에 따라 유지관리가 중첩되는 등 경제성이 현저히 저하되는 문제점이 있다.
한편, 일반적인 터널 시공 방법은 대상 지반의 특성에 따라 달라진다.
크게는 토사터널과 암반터널로 구분되는데, 국내의 도심지나 토피가 낮은 터널을 제외하고는 거의 암반터널로 구성되어 있으며, 이러한 암반터널의 굴착도 기계적인 방법보다는 천공발파 방법으로 굴착이 이루어지고 있다.
최근에는 천공장비의 발달로 천공 정확도와 천공속도가 향상되고 있지만, 진동 및 소음 등으로 인해 민원이 제기되므로 발파시간이 제약되어 건설공기가 연장되고 있는데, 이는 경제성의 가장 커다란 요소중의 하나인 공기 단축에 치명적이다.
이러한 상황에서 현재 일반적으로 시행되고 있는 상반 및 하반 교대시공 방법의 공기는 상반의 굴착 시공과 하반의 굴착시공의 합계로 이루어지기 때문에 공기 단축이 어려우며, 특히, 장대 터널의 경우에는 상반과 하반의 폐합 시기가 늦어지게 되어, 예상하지 않은 요소에 의한 공기의 지연으로 공사비가 증가되어 경제성이 현저히 저하되는 심각한 문제점이 발생하고 있다.
통상적인, 터널의 굴착 공법은 [표 1]과 같이 분류되며, 막장의 자립성, 원지반의 지보 능력, 지표 침하 및 주변의 영향 등을 검토한 후, 시공성 및 경제성을 고려하여 적용한다. 이러한 터널의 굴착은 전단면 굴착 및 분할 굴착으로 구분되며, 여기서, 분할 굴착은 수평분할 굴착, 연직분할 굴착 및 선진도갱 굴착으로 구분될 수 있다.
구체적으로, 전단면 굴착은 터널의 상반 및 하반을 동시에 굴착하는 공법으로서, 터널 단면적이 작거나 지반의 자립성과 지보능력이 충분한 경우에 적용한다.
또한, 분할 굴착 중에서 수평분할 굴착은 터널의 상반, 하반 또는 인버트로 분할하여 굴착하는 공법으로서, 막장의 자립시간이 짧아 전단면 굴착이 곤란할 경우에 적용한다.
또한, 연직분할 굴착은 대단면 터널을 좌우로 양분 또는 삼분할하는 공법으로서, 터널 막장의 안정을 증대시키고 지표면 침하량을 저감시킬 목적으로 적용한다.
또한, 선진도갱 굴착은 시험터널을 선 굴착하는 공법으로서 지반이 연약하여 소분할 굴착이 필요하거나 막장 전방의 지층조건이 불확실하여 전단면굴착 전에 전방지반을 확인할 필요가 있을 때 적용한다.
한편, 터널의 분할 굴착과 관련된 선행기술로서, 대한민국 공개특허번호 제2002-28404호에는 "지하공간 및 TUNNEL 소단면 분할 ADVANCE 발파에 의한 굴착 및 지보 공법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데,
불량한 암반 조건에서 상반이 굴착된 후 하반을 분할 발파하는 공법으로서, 공정을 단축하기 위하여 하반 중앙부를 종방향으로 길게 굴착 후 코너부를 제거하는 공법 및 심발 발파공법이 개시되어 있다.
즉, 불량한 암반조건에서 상반이 굴착된 후 하반을 분할 발파하는 공법으로 공정을 단축하기 위해 하반 중앙부를 종방향으로 길게 굴착 후 코너부를 제거하는 공법이 개시되어 있다.
한편, 터널의 분할 굴착과 관련된 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-2301960호에는 "터널 수평분할 동시 굴착 공법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 기술에 따른 터널 수평분할 동시 굴착 공법의 굴착 과정을 나타내는 개략도이고, 도 3은 종래의 기술에 따른 터널 수평분할 동시 굴착 공법에서 터널 전단면의 다양한 수평분할 형태를 나타내는 개략도이다.
도 2의 a) 내지 c)를 참조하면, 종래의 기술에 따른 터널 수평분할 동시 굴착 공법은, 암반상태가 불량한 조건의 터널 굴착 시 터널 단면을 상하로 수평 분할하여 발파 공법으로 굴착하는 방법으로서,
먼저, 도 2의 a)에 도시된 바와 같이, 터널의 단면을 수평으로 2분할하여 수평의 경계선을 사이에 두고 윗쪽의 상단 선진부(21)와 아래쪽의 하단 후진부(31)가 배치된다.
다음으로, 1∼2m의 1회 굴진장에 상응하는 길이로 1차 상단 선진부(21)를 선굴착하는 동시에 1차 상단 선진부(31)의 천반면에 록볼트와 수평방향 철근을 설치한다.
다음으로, 도 2의 b)에 도시된 바와 같이, 1회 굴진장에 상응하는 길이로 2차 상단 선진부(22)와 1차 하단 후진부(31)를 동시에 굴착한 후,
2차 상단 선진부(22)와 1차 하단 후진부(31) 간의 경계라인을 따라 터널 전단면에 걸쳐 1차 강지보재(41)를 설치하는 동시에 2차 상단 선진부(22)의 천반면에 록볼트와 다수 개의 수평방향 철근을 설치한 후에 천반면에 숏크리트를 시공하여 천반면을 낙반의 위험으로부터 보강하되, 수평방향 철근은 강지보재와 록볼트 사이에 양단부가 고정되는 구조로 설치한다.
다음으로, 도 2의 c)에 도시된 바와 같이, 전술한 과정을 반복하여 1회 굴진장에 상응하는 길이로 n차 상단 선진부와 n-1차 하단 후진부를 동시에 굴착한 후, n차 상단 선진부와 n-1차 하단 후진부 간의 경계라인을 따라 터널 전단면에 걸쳐 n차 강지보재를 설치하는 동시에 n차 상단 선진부의 천반면에 록볼트와 수평방향 철근을 설치한다.
종래의 기술에 따른 터널 수평분할 동시 굴착 공법은,
터널 수평분할 동시 굴착공법은 터널의 전체 단면을 수평으로 2분할하여 상단 선진부와 하단 후진부으로 구획한 후, 상단 선진부와 하단 후진부를 1회 굴진장 길이만큼씩 또는 2회 굴진장 길이만큼씩 동시에 굴착하면서 이음부위가 없는 강지보재를 터널 전단면에 걸쳐 구축함과 더불어 록볼트와 수평방향 철근을 굴착 천반면에 시공하는 공법이다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 다양한 형태로 수평 분할한 터널의 전단면 형태를 보여준다. 예를 들면, 터널의 전단면을 수평으로 상하 분할하여 윗쪽으로 상단 선진부(20)가 배치되고 아래쪽으로 하단 후진부(30)가 배치되도록 할 수 있다.
또한, 다른 예로서, 터널의 전단면을 수평으로 상하 분할하되, 상단 선진부(20)가 하단 후진부(30)의 영역에 배치되는 중앙 선진부(25)를 포함하도록 분할함으로써, 하단 후진부(30)는 중앙 선진부(25)의 양옆에 각각 배치되는 2개의 좌우 하단 후진부(30a, 30b)로 이루어지도록 할 수 있다.
종래의 기술에 따른 터널 수평분할 동시 굴착 공법에 따르면, 도로나 철도 터널 시공 시 터널의 단면을 수평으로 2분할하여 상단 선진부와 하단 후진부로 구획한 다음,
이렇게 구획한 상단 선진부와 하단 후진부를 1회 굴진장으로 함께 굴착함과 더불어 시공 이음매가 없는 강지보재를 선택적으로 터널 전단면에 걸쳐 구축함과 더불어 록볼트와 수평방향 철근을 시공하는 터널 수평분할동시굴착공법을 제공함으로써, 굴진 속도를 높여 공기를 단축할 수 있고, 터널 굴착 시의 천반면 등의 안정성을 확보할 수 있다.
종래의 기술에 따른 터널 수평분할 동시 굴착 공법의 경우, 1~2m의 1회 굴진장에 상응하는 길이로 1차 상단 선진부를 선 굴착함과 동시에 1회 굴진장에 상응하는 길이로 상단 선진부와 1차 하단 후진부를 동시에 굴착하는 구성으로써, 상단부와 하단부를 1~2막장 이격하여 동시에 굴착하는 구성을 개시하고 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 터널의 분할 굴착시 4D(D는 터널 직경) 이상 이격된 상태로 좌측 및 우측 코너벤치를 형성함으로써, 암반 조건이 다소 불량한 조건에서 양 코너부에 남아있는 암반이 터널의 변위를 발생시키는 것을 방지할 수 있고, 현장 여건을 고려하여 상반과 하반의 동시 굴착 또는 개별 굴착을 자유롭게 선택할 수 있는, 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법 및 이를 이용하여 시공된 터널 구조물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 좌측 및 우측 코너벤치를 형성함으로써 하반의 굴착 물량 감소로 인해 하반 굴착 공기를 단축시킬 수 있고, 상반 및 하반 동시 발파시에도 굴착장비의 이동통로를 확보할 수 있는, 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법 및 이를 이용하여 시공된 터널 구조물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 좌측 및 우측 코너벤치 상에 안전울타리 및 비상대피계단을 설치하고, 안전울타리 고정구를 부착하여 상반 막장면에 안전울타리를 견고하게 설치할 수 있는, 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법 및 이를 이용하여 시공된 터널 구조물을 제공하기 위한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법은, 터널 발파 굴착시 양측 코너부를 제외한 부분을 선행 발파 굴착하고, 양측 코너부를 후행 발파 굴착하는 터널 분할 굴착 공법으로서, a) 터널의 분할 굴착을 위해 상반 및 하반의 암반등급을 판정하고 현장 여건을 확인하는 단계; b) 좌측 및 우측 코너벤치의 단면 및 벤치 길이인 이격거리를 결정하는 하는 단계; c) 벤치 길이를 확보하도록 상기 상반을 선행 굴착하여 좌측 및 우측 코너벤치와 중앙부 이동통로를 형성하는 단계; d) 작업자 안전확보를 위해 상기 좌측 및 우측 코너벤치 중 일측에 안전울타리 및 비상대피계단을 설치하는 단계; e) 후행 굴착시 암반등급과 현장 여건에 따라 상반 및 하반 동시 굴착 여부를 결정하는 단계; f) 상반 및 하반 동시 굴착을 결정한 경우, 벤치 1회 굴진장씩 상반 및 하반인 좌측 및 우측 코너벤치를 동시 굴착하는 단계; 및 g) 상반 및 하반 개별 굴착을 결정한 경우, 벤치 길이를 유지하면서 상반 및 좌측 및 우측 코너벤치를 개별 굴착하는 단계를 포함하되, 상기 좌측 및 우측 코너벤치는, 터널 직경이 D인 경우, 4D 이상의 벤치 길이를 갖도록 형성되고, 상반과 하반의 동시 발파 여부는 현장 여건을 고려하여 선택하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 b) 단계에서 코너벤치 형성을 위한 암반등급은, RMR 값에 따라 5등급으로 암반을 분류할 경우, 지반조건이 RMR 31 이상인 1등급 내지 양호한 4등급인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 좌측 및 우측 코너벤치는 2~3m의 벤치 폭 및 1.5~2.5m의 벤치 높이를 갖도록 형성되고, 전단면 굴착이 가능한 터널 높이에서 굴착장비의 운용이 가능한 현장 여건에서 형성될 수 있다.
여기서, 상기 좌측 및 우측 코너벤치는 후행 굴착되는 양측 코너부의 폭을 제외하여도 중앙부 이동통로를 통해 굴착장비의 운용이 가능하도록 터널 단면의 폭이 10m 이상의 충분이 넓은 조건에서 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 좌측 및 우측 코너벤치의 적용 조건으로서, 터널 상반 암반 대비 하반 암반이 양호한 조건이고, 선행 굴착시 하반 중앙부를 동시에 굴착하여 중앙부 이동통로를 형성함으로써 지반의 변위가 발생할 가능성이 적은 지반조건에 적용되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 d) 단계의 안전울타리는 상기 코너벤치 중 일측 상부에 설치되고, 상기 안전울타리의 일측 단부는 장약 전 발파공을 이용하여 터널 상반 막장에 탈부착이 가능한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 비상대피 계단은 작업자의 이동을 위해 상기 안전울타리의 타측 단부에 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법은, h) 안전울타리 고정구를 이용하여 상기 안전울타리 단부를 상기 상반의 막장면에 고정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 안전울타리 고정구는 상기 상반 막장면에 형성된 절리 및 암반 틈에 삽입 부착되는 형태이거나 또는 원형 발파공에 적용되는 원기둥 고정 형태일 수 있다.
본 발명에 따르면, 터널의 분할 굴착시 4D(D는 터널 직경) 이상 이격된 상태로 좌측 및 우측 코너벤치를 형성함으로써, 암반 조건이 다소 불량한 조건에서 양 코너부에 남아있는 암반이 터널의 변위를 발생시키는 것을 방지할 수 있고, 현장 여건을 고려하여 상반과 하반의 동시 굴착 또는 개별 굴착을 자유롭게 선택할 수 있다.
본 발명에 따르면, 좌측 및 우측 코너벤치를 형성함으로써 하반의 굴착 물량 감소로 인해 하반 굴착 공기를 단축시킬 수 있고, 상반 및 하반 동시 발파시에도 굴착장비의 이동통로를 용이하게 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 좌측 및 우측 코너벤치 상에 안전울타리 및 비상대피계단을 설치하고, 안전울타리 고정구를 부착하여 상반 막장면에 안전울타리를 견고하게 설치함으로써 작업자의 안전을 확보할 수 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 터널의 분할 굴착을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 터널 수평분할 동시 굴착 공법의 굴착 과정을 나타내는 개략도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 터널 수평분할 동시 굴착 공법에서 터널 전단면의 다양한 수평분할 형태를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 좌측 및 우측 코너벤치를 구체적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 상반과 좌측 및 우측 코너벤치의 동시 굴착을 설명하기 위한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 안전울타리 및 비상대피 계단의 설치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 안전울타리 및 비상대피 계단을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 절리 및 암반 틈에 부착되는 안전울타리 고정구를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 원기둥형 고정 형태의 안전울타리 고정구를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 터널 수평분할 동시 굴착 공법의 굴착 과정을 나타내는 개략도이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 터널 수평분할 동시 굴착 공법에서 터널 전단면의 다양한 수평분할 형태를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 좌측 및 우측 코너벤치를 구체적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 상반과 좌측 및 우측 코너벤치의 동시 굴착을 설명하기 위한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 안전울타리 및 비상대피 계단의 설치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 안전울타리 및 비상대피 계단을 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 절리 및 암반 틈에 부착되는 안전울타리 고정구를 예시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 원기둥형 고정 형태의 안전울타리 고정구를 구체적으로 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.
[코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법]
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착을 설명하기 위한 도면으로서, 도 4의 a)는 정면도이고, 도 4의 b)는 측면도이며, 도 4의 c)는 평면도이다.
도 4의 a) 내지 c)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착은,
양측 코너부(우각부)를 제외한 부분을 선행 발파 굴착하고, 양측 코너부(우각부)를 후행 발파 굴착하는 터널 분할 발파 공법으로서, 스프링라인(spring line: S.L.)을 따라 하반과 상반(120)을 분할하여 굴착하고, 상기 하반은 좌측 코너벤치(110a) 및 우측 코너벤치(110b)를 형성하며, 이에 따라, 상반(120) 및 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)는 동시에 굴착할 수 있으며, 후술하는 바와 같이 개별 굴착도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널 굴착 공법이 적용되는 현장 여건으로서, 터널 단면의 폭이 충분이 넓어서 후행 굴착되는 양측 코너부의 폭을 제외하여도 중앙부 이동통로를 통해 굴착장비의 운용이 가능한 조건이어야 한다.
여기서, 스프링라인(S.L.)은 터널의 상반 아치의 시작선 또는 터널 단면 중 최대폭을 형성하는 점과 만나는 수평선을 말한다.
또한, 벤치(bench)는 터널 단면을 상하로 분할하여 종방향으로 굴착하는 경우의 분할면을 말하며, 도 4의 c)에 도시된 벤치 길이는 분할 굴착 시 상부 막장면(굴진면)과 하부 막장면 간의 종방향 이격거리를 말한다.
또한, 록볼트(130)는 지반 중에 정착되어 단독 또는 다른 지보재와 함께 지반을 보강하거나 변위를 구속하여 지반의 지내력을 증가시키는 막대기 모양의 부재를 말한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법은, 터널 발파 굴착시, 암반등급이 RMR 값이 31 이상인 1긍급 내지 양호한 4등급의 지반조건에 적용한다. 즉, RMR 값이 21~40의 4등급 중에서 31 이상인 양호한 4등급의 지반조건에 적용한다.
구체적으로, 국내의 철도, 도로터널 등 개설 심도가 깊지 않은 대다수 터널의 지보재 설계를 위한 암반분류는 RMR을 적용하고 있으며, RMR(Rock Mass Rating) 값에 따라 5등급으로 암반을 분류하는 것을 원칙으로 하고 터널의 크기, 용도 및 지역 특성을 이용하여 5등급 이상으로 세분될 수 있다.
이러한 RMR은 암반의 상태를 등급화하기 위하여 암석을 일측압축강도 RQD, 지하수 상태, 절리 상태, 절리 간격 등의 요소를 조사하여 각 요소가 시공에 미치는 중요도에 따라 평가점수의 총 합계를 나타내며,
예를 들면, 표 2에 도시된 바와 같이, 분류평점 합계에 의한 RMR 값을 기준으로 암반을 5등급으로 분류할 수 있다. 여기서, RQD(Rock Quality Designation)는 암반 분류법 중 하나인 암질지수로서 암반 절리의 많고 적음의 지표로 10㎝ 이상의 코어(Core) 길이를 전체 길이로 나눈 값을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널 굴착 공법의 경우, 하반의 벤치 이격거리 확보 후 상반 및 하반을 동시에 굴착할 수 있으며,
또한, 상반 및 하반의 개별 굴착시 하반 물량이 감소됨에 따라 하반 굴착 소요공기를 단축시킬 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법은, 터널 발파 굴착시 양측 코너부(우각부)를 제외한 부분을 선행 발파 굴착하고, 양측 코너부를 후행 발파 굴착하는 터널 분할 굴착 공법으로서,
먼저, 터널의 분할 굴착을 위해 상반(120) 및 하반의 암반등급을 판정하고 현장 여건을 확인한다(S110).
여기서, 코너벤치 형성을 위한 암반등급은, RMR(Rock Mass Rating) 값에 따라 5등급으로 암반을 분류할 경우, 지반조건이 RMR 31 이상인 1등급 내지 양호한 4등급인 것이 바람직하다.
다음으로, 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)의 단면 및 벤치 길이인 이격거리를 결정한다(S120).
다음으로, 벤치 길이를 확보하도록 상기 상반(120)을 선행 굴착하여 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)와 중앙부 이동통로를 형성한다(S130).
다음으로, 작업자 안전확보를 위해 상기 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b) 중 일측에 안전울타리(140) 및 비상대피계단(150)을 설치한다(S140).
여기서, 상기 안전울타리(140)는 상기 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b) 중 일측 상부에 설치되고, 상기 안전울타리(140)의 일측 단부는 장약 전 발파공을 이용하여 터널 상반 막장에 탈부착될 수 있다. 또한, 상기 비상대피 계단(150)은 작업자의 이동을 위해 상기 안전울타리(140)의 타측 단부에 결합된다.
다음으로, 후행 굴착시 암반등급과 현장 여건에 따라 상반 및 하반 동시 굴착 여부를 결정한다(S150).
다음으로, 상반 및 하반 동시 굴착을 결정한 경우, 벤치 길이를 유지하면서 상반(120) 및 하반인 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)를 동시 굴착한다(S160),
구체적인 굴착 과정으로서, 암반등급의 판정, 천공 및 장약, 발파 및 환기, 버럭 처리, 1차 숏크리트와 지보재 설치, 2차 숏크리트 타설, 록볼트 설치 및 3차 숏크리트 타설의 순서로 진행될 수 있다.
다음으로, 상반 및 하반 개별 굴착을 결정한 경우, 벤치 1회 굴진장씩 상반(120) 및 하반인 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)를 개별 굴착한다(S170).
이때, 개별 굴착 적용시에는 코너부 1회 굴진장을 결정한다.
다음으로, 안전울타리 고정구(160)를 이용하여 상기 안전울타리(140)의 단부를 상반(120)의 막장면에 고정한다(S180).
여기서, 상기 안전울타리 고정구(160)는 일측이 상기 안전울타리(140) 단부에 연결되고, 타측이 상기 상반(120) 막장면에 형성된 절리 및 암반 틈에 삽입 부착된다. 또는 상기 안전울타리 고정구(160)는 원형 발파공에 적용되는 원기둥 고정 형태일 수 있다.
다음으로, 분할 굴착이 완료되었는지 확인하고(S190),
터널의 분할 굴착이 완료될 때까지 전술한 S110 내지 S180 단계를 반복하여 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서, 상기 코너벤치의 형성은 암반 조건이 다소 불량한 조건에서 양측 코너부에 남아있는 암반이 터널의 변위를 발생시키는 것을 방지하기 위하여 벤치길이가 4D(D는 터널 직경을 나타냄) 이상 이격된 상태로 진행되고, 동시 발파는 현장 여건을 고려하여 선택될 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 좌측 및 우측 코너벤치를 구체적으로 설명하기 위한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 상반과 좌측 및 우측 코너벤치의 동시 굴착을 설명하기 위한 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서,
상기 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)는 2~3m의 벤치 폭 및 1.5~2.5m의 벤치 높이를 갖도록 형성되고, 전단면 굴착이 가능한 터널 높이에서 굴착장비의 운용이 가능한 현장 여건에서 형성될 수 있다.
여기서, 상기 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)의 벤치 길이는 4D(D는 터널 직경) 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)는 후행 굴착되는 양측 코너부의 폭을 제외하여도 중앙부 이동통로를 통해 굴착장비의 운용이 가능하도록 터널 단면의 폭이 10m 이상의 충분이 넓은 조건에서 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)의 적용 조건으로서, 터널 상반 암반 대비 하반 암반이 양호한 조건이고, 선행 굴착시 하반 중앙부를 동시에 굴착하여 중앙부 이동통로를 형성함으로써 지반의 변위가 발생할 가능성이 적은 지반조건에 적용되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 코너벤치의 적용 조건으로서, 터널 천단부 암반 대비 하반 암반이 양호한 조건이어야 하며,
특히, 선행 굴착시 하반 중앙부도 동시에 굴착함으로써 지반의 변위가 발생할 가능성이 적은 지반조건에 적용할 수 있다. 또한, 터널의 높이가 너무 높지 않아 전단면 굴착 및 장비 운용이 가능한 조건인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널 굴착 공법을 적용하면 공기를 단축시킬 수 있는데, 이때, 현장 적용시 현장의 예정 공기 및 공정을 확인한 후에 단축 공기를 미리 산정할 수 있다.
또한, 하반의 굴착 물량 감소로 인해 하반 굴착 공기를 단축시킬 수 있고, 또한, 상반 및 하반 동시 발파시에도 굴착장비의 이동통로를 확보할 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 안전울타리 및 비상대피 계단의 설치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 안전울타리 및 비상대피 계단을 구체적으로 나타내는 도면이다.
일반적으로, 터널의 분할 굴착시, 중앙부 장비운행간 협착 위험이 존재하고, 굴착장비 운행이 가능한 폭이 좁아서 작업자 협착 위험이 존재한다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널 굴착 공법의 경우, 작업자가 벤치 위로 이동하도록 유도한다.
또한, 터널의 분할 굴착시, 고소 작업 구간에 단차가 발생함에 따라 약 1.5m~2.5m의 코너부 벤치 높이로 인해 후속적인 강지보 설치 및 장약시에 작업자의 안전을 확보하기 위한 안전울타리(140)의 설치가 필요하며, 또한, 비상시 대피통로로서 비상대피 계단(150)의 확보가 필요하다.
본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법의 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 강지보 설치 및 장약시 작업자 작업 위치와 작업자 이동동선을 고려하여, 안전울타리(140) 및 비상대피 계단(또는 대피 사다리)(150)이 설치된다.
구체적으로, 안전대피 계획에 관련하여 일반적인 상반 및 하반 분할 굴착시 상반 굴착을 위한 굴착장비의 이동으로 인해 하반에 경사면이 형성된다.
따라서 터널 내부에서는 상반과 하반을 이동하는 계단과 같은 구조물이 적용된 경우가 거의 없다.
본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법의 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 터널 분할 굴착 형상에 대응하여, 안전울타리(140)가 비상대피계단(150)에 부착되고, 또한, 터널 상반(120)의 막장에 탈착 및 부착(장약 전 발파공 이용)될 수 있다.
이때, 굴착장비가 하반 위에 올라가서 작업하는 상황이 발생하지 않기 때문에, 작업인원이 이동하기 위한 이동 통로가 계단 형식으로 마련되고, 또한, 안전대피 계획이 필수적으로 고려되어야 한다.
한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 절리 및 암반 틈에 부착되는 안전울타리 고정구를 예시하는 도면이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 원기둥형 고정 형태의 안전울타리 고정구를 구체적으로 나타내는 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법에서 안전울타리 고정구(160)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 절리 및 암반 틈에 부착될 수 있으며, 또한, 도 10의 하부에 도시된 바와 같이, 안전울타리 끝단 형상으로서 발파공에 부착될 수 있다.
또한, 안전울타리(140)의 고정 방식은 터널의 발파공이 원형으로 굴착되므로, 안전울타리 고정구(160)는, 전술한 도 10에 도시된 산악 등반시 사용되는 암반 틈새에 끼우는 형식이 아니라, 도 11에 도시된 바와 같이, 원형 발파공에 적용할 수 있도록 원기둥형 고정 장치(160b)로 형성될 수 있다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 터널의 분할 굴착시 4D(D는 터널 직경) 이상 이격된 상태로 좌측 및 우측 코너벤치를 형성함으로써, 암반 조건이 다소 불량한 조건에서 양 코너부에 남아있는 암반이 터널의 변위를 발생시키는 것을 방지할 수 있고, 현장 여건을 고려하여 상반과 하반의 동시 굴착 또는 개별 굴착을 자유롭게 선택할 수 있다.
또한, 좌측 및 우측 코너벤치를 형성함으로써 하반의 굴착 물량 감소로 인해 하반 굴착 공기를 단축시킬 수 있고, 상반 및 하반 동시 발파시에도 굴착장비의 이동통로를 용이하게 확보할 수 있다.
또한, 좌측 및 우측 코너벤치 상에 안전울타리 및 비상대피계단을 설치하고, 안전울타리 고정구를 부착하여 상반 막장면에 안전울타리를 견고하게 설치함으로써 작업자의 안전을 확보할 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.
110a: 좌측 코너벤치
110b: 우측 코너벤치
120: 상반
130: 록볼트
140: 안전울타리
150: 비상대피계단
160: 안전울타리 고정구
160b: 원기둥형 고정 장치
110b: 우측 코너벤치
120: 상반
130: 록볼트
140: 안전울타리
150: 비상대피계단
160: 안전울타리 고정구
160b: 원기둥형 고정 장치
Claims (10)
- 터널 발파 굴착시 양측 코너부(우각부)를 제외한 부분을 선행 발파 굴착하고, 양측 코너부를 후행 발파 굴착하는 터널 분할 굴착 공법으로서,
a) 터널의 분할 굴착을 위해 상반(120) 및 하반의 암반등급을 판정하고 현장 여건을 확인하는 단계;
b) 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)의 단면 및 벤치 길이인 이격거리를 결정하는 하는 단계;
c) 벤치 길이를 확보하도록 상기 상반(120)을 선행 굴착하여 좌측 및 우측 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)와 중앙부 이동통로를 형성하는 단계;
d) 작업자 안전확보를 위해 상기 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b) 중 일측에 안전울타리(140) 및 비상대피계단(150)을 설치하는 단계;
e) 후행 굴착시 암반등급과 현장 여건에 따라 상반 및 하반 동시 굴착 여부를 결정하는 단계;
f) 상반 및 하반 동시 굴착을 결정한 경우, 벤치 1회 굴진장씩 상반(120) 및 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)를 동시 굴착하는 단계; 및
g) 상반 및 하반 개별 굴착을 결정한 경우, 벤치 길이를 유지하면서 상반(120) 및 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)를 개별 굴착하는 단계를 포함하되,
상기 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)는, 터널 직경이 D인 경우, 4D 이상의 벤치 길이를 갖도록 형성되고, 상반과 하반의 동시 발파 여부는 현장 여건을 고려하여 선택하는 것을 특징으로 하는 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법. - 제1항에 있어서,
상기 b) 단계에서 코너벤치 형성을 위한 암반등급은, RMR(Rock Mass Rating) 값에 따라 5등급으로 암반을 분류할 경우, 지반조건이 RMR 31 이상인 1등급 내지 양호한 4등급인 것을 특징으로 하는 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법. - 제1항에 있어서,
상기 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)는 2~3m의 벤치 폭 및 1.5~2.5m의 벤치 높이를 갖도록 형성되고, 전단면 굴착이 가능한 터널 높이에서 굴착장비의 운용이 가능한 현장 여건에서 형성되는 것을 특징으로 하는 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법. - 제1항에 있어서,
상기 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)는 후행 굴착되는 양측 코너부의 폭을 제외하여도 중앙부 이동통로를 통해 굴착장비의 운용이 가능하도록 터널 단면의 폭이 10m 이상의 충분이 넓은 조건에서 형성되는 것을 특징으로 하는 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법. - 제4항에 있어서,
상기 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b)의 적용 조건으로서, 터널 상반 암반 대비 하반 암반이 양호한 조건이고, 선행 굴착시 하반 중앙부를 동시에 굴착하여 중앙부 이동통로를 형성함으로써 지반의 변위가 발생할 가능성이 적은 지반조건에 적용되는 것을 특징으로 하는 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법. - 제1항에 있어서,
상기 d) 단계의 안전울타리(140)는 상기 좌측 및 우측 코너벤치(110a, 110b) 중 일측 상부에 설치되고, 상기 안전울타리(140)의 일측 단부는 장약 전 발파공을 이용하여 터널 상반 막장에 탈착 및 부착이 가능한 것을 특징으로 하는 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법. - 제6항에 있어서,
상기 비상대피 계단(150)은 작업자의 이동을 위해 상기 안전울타리(140)의 타측 단부에 결합되는 것을 특징으로 하는 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법. - 제1항에 있어서,
h) 안전울타리 고정구(160)를 이용하여 상기 안전울타리(140) 단부를 상기 상반(120)의 막장면에 고정하는 단계를 추가로 포함하는 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법. - 제8항에 있어서,
상기 안전울타리 고정구(160)는 상기 상반(120) 막장면에 형성된 절리 및 암반 틈에 삽입 부착되는 형태이거나 또는 원형 발파공에 적용되는 원기둥 고정 형태인 것을 특징으로 하는 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코너벤치를 이용한 터널의 분할 굴착 공법을 이용하여 시공된 터널 구조물.
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Citations (5)
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| 대한민국 공개특허번호 제2002-28404호(공개일: 2002년 4월 17일), 발명의 명칭: "지하공간 및 TUNNEL 소단면 분할 ADVANCE 발파에 의한 굴착 및 지보 공법" |
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