KR20240059719A - Tunnel structure of multi-layer shell for absorbing shear deformation of ground, and method for the same - Google Patents

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KR20240059719A
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김대상
김웅진
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한국철도기술연구원
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Abstract

하저터널이나 해저터널과 같은 터널 구조에서, 지반 전단변형을 흡수할 수 있도록 외부 라이닝, 중간층 및 내부 라이닝으로 이루어진 다층쉘을 형성함으로써 터널 라이닝을 슬림화시킬 수 있으며, 또한, 공기의 통기 역할을 함과 동시에 외부로부터 충격을 완충해주는 역할을 하는 덕트형 댐퍼를 설치함으로써 터널 내 공기압을 조절할 수 있고, 이에 따라, 열차 고속화가 가능해지는, 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조 및 그 시공방법이 제공된다.In tunnel structures such as undersea tunnels or undersea tunnels, the tunnel lining can be slimmed by forming a multi-layer shell consisting of an outer lining, a middle layer, and an inner lining to absorb ground shear deformation, and also serves as air ventilation. At the same time, the air pressure in the tunnel can be adjusted by installing a duct-type damper that buffers shock from the outside, and thus, a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure and its construction method that enable high-speed trains are provided.

Description

지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조 및 그 시공방법 {TUNNEL STRUCTURE OF MULTI-LAYER SHELL FOR ABSORBING SHEAR DEFORMATION OF GROUND, AND METHOD FOR THE SAME}Ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure and construction method {TUNNEL STRUCTURE OF MULTI-LAYER SHELL FOR ABSORBING SHEAR DEFORMATION OF GROUND, AND METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 다층쉘 터널 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 하저터널(Underwater Tunnel)이나 해저터널(Undersea Tunnel)과 같은 터널 구조에서, 지반 전단변형(Shear Deformation)을 흡수할 수 있도록 외부 라이닝, 중간층 및 내부 라이닝으로 이루어진 다층쉘(Multi-layer Shell)을 형성하는, 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조 및 그 시공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-layer shell tunnel structure, and more specifically, in a tunnel structure such as an underwater tunnel or an undersea tunnel, an external lining and an intermediate layer are provided to absorb ground shear deformation. and a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure that forms a multi-layer shell consisting of an internal lining and a construction method thereof.

최근 국내외에서 연안지역 또는 국가간 교통물류 네트워크를 형성할 수 있고, 태풍과 폭설 등 천재지변에 자유로운 해저터널 또는 하저터널 건설에 대한 요구가 제기되고 있다. 이러한 해저터널의 건설 방법으로는 개착식, 지중 굴착식, 침매식, 부유식 등 각기 건설조건과 용도에 따라 다양한 방법들이 사용된다.Recently, demands have been raised both domestically and internationally for the construction of undersea tunnels or undersea tunnels that can form a transportation and logistics network in coastal areas or between countries and are free from natural disasters such as typhoons and heavy snowfall. Various methods are used to construct such undersea tunnels, depending on construction conditions and purposes, such as cut-and-cover, underground excavation, submerged, and floating methods.

예를 들면, 세이칸 터널(Seikan Tunnel)은 일본의 혼슈와 홋카이도 사이의 쓰가루 해협을 관통하여 두 지역을 연결하는 해저터널로서 1988년에 개통되었다. 또한, 채널 터널(Channel Tunnel)은 영국과 프랑스를 연결하는 해저터널로서, 1994년에 개통되었다. For example, the Seikan Tunnel is an undersea tunnel that passes through the Tsugaru Strait between Japan's Honshu and Hokkaido, connecting the two regions, and was opened in 1988. Additionally, the Channel Tunnel is an undersea tunnel connecting the UK and France, and was opened in 1994.

또한, 헬싱키 탈린 터널(Helsinki Tallinn Tunnel)은 핀란드와 에스토니아를 연결해주는 해저터널로서, 현재 터널공사 예정에 있다. In addition, the Helsinki Tallinn Tunnel is an undersea tunnel connecting Finland and Estonia, and is currently scheduled for tunnel construction.

국내의 경우, 충남 보령시 신흑동 대천항에서 오천면 원산도를 연결하는 보령 해저터널이 2021년 11월에 전면 개통되었다.In Korea, the Boryeong Undersea Tunnel, which connects Daecheon Port in Sinheuk-dong, Boryeong-si, Chungcheongnam-do, to Wonsan Island in Ocheon-myeon, was fully opened in November 2021.

도 1은 일반적인 해저터널 구조로서 유로 해저터널을 예시하는 도면이다.Figure 1 is a diagram illustrating a flow path undersea tunnel as a general undersea tunnel structure.

도 1에 도시된 바와 같이, 영불 해저터널 등에서 적용하고 있는 해저터널 구조에서는 본선병렬 터널외에 서비스 터널 및 압력 릴리프(저감형) 덕트를 사용하고 있다.As shown in Figure 1, the undersea tunnel structure used in the Anglo-French undersea tunnel uses a service tunnel and a pressure relief (reduction type) duct in addition to the main line parallel tunnel.

이러한 해터저널은 바다 아래로 지나가는 터널로, 교량건설시 항만의 존재로 인해 선박의 항로에 영향을 주는 구간이거나 장거리의 바다 구간을 지나야 하여 교량 건설에 무리가 있을 때 필요한 것으로, This Hatter Journal is a tunnel that passes under the sea, and is necessary when the bridge construction is a section that affects the shipping route due to the presence of a port during bridge construction, or when bridge construction is difficult due to the need to pass over a long sea section.

전술한 바와 같이 여러 해저터널이 개통되었고, 미래에도 필요한 구간에 꾸준하게 수요가 있을 것으로 예상된다.As mentioned above, several undersea tunnels have been opened, and it is expected that there will continue to be demand for necessary sections in the future.

한편, 대부분의 해저터널 공사에서는 단층, 연약대 및 대규모 해수유입으로 인한 안정성 문제가 주요한 항목이다. Meanwhile, in most undersea tunnel construction, stability issues due to faults, soft zones, and large-scale seawater inflow are major issues.

구체적으로, 이러한 해저터널은 일반터널과는 다음과 같이 여러 가지 면에서 차이가 있다.Specifically, these undersea tunnels differ from regular tunnels in several ways as follows.

해저터널의 주요 공사구간이 바닷물로 덮혀 있고, 자주 상당한 토사층이 해저 바닥에 퇴적되어 있을 수 있기 때문에 높은 수준의 해저 조사기술들이 적용되어야 하며, 또한, 조사결과의 해석시 육상터널보다 많은 불확실성이 있기 때문에 높은 양질의 지반조사와 설계가 요구된다.Because the main construction sections of undersea tunnels are covered with seawater, and often a significant layer of soil may be deposited on the undersea floor, high-level undersea survey techniques must be applied, and there is also more uncertainty when interpreting the survey results than for land tunnels. Therefore, high-quality ground investigation and design are required.

또한, 해저터널은 해수의 유입가능성이 무제한이며 수압이 매우 높기 때문에 높은 수압하에서 터널시공시 유입수 대책이 중요하며, 해수유입의 예측이 일반적으로 매우 어렵다. In addition, because the possibility of seawater inflow is unlimited in undersea tunnels and the water pressure is very high, measures against inflow are important when constructing tunnels under high water pressure, and predicting seawater inflow is generally very difficult.

또한, 해저터널의 연속적인 붕괴 또는 상당한 양의 해수유입은 대형 참사로 이어질 수 있기 때문에 이러한 위험에 대한 대책 마련이 필수적이다.In addition, because the continuous collapse of an undersea tunnel or the inflow of a significant amount of seawater can lead to a large-scale disaster, it is essential to prepare countermeasures against such risks.

또한, 해저터널은 해수 유입의 가능성이 불확실하며, 모든 유입수는 펌프를 이용하여 터널밖으로 양수해야 한다. In addition, the possibility of seawater inflow is uncertain in undersea tunnels, and all inflow water must be pumped out of the tunnel using a pump.

이때, 유입된 해수는 염분을 함유하고 있기 때문에 터널굴착장비와 지보재에 상당한 부식 문제를 발생시킬 수 있다.At this time, because the inflow seawater contains salt, it can cause significant corrosion problems in tunnel excavation equipment and support materials.

또한, 터널의 입구 및 출구에서부터의 하향 기울기는 교통 및 양수에 높은 비용을 발생시킬 수 있고, 터널 상부의 최소암반두께의 최적화가 항상 해저터널 설계의 핵심요소가 된다. In addition, the downward slope from the entrance and exit of the tunnel can result in high costs for transportation and pumping, and optimization of the minimum rock thickness at the top of the tunnel is always a key element in undersea tunnel design.

또한, 터널 굴착중에 계속적인 지질조사가 필요하며, 터널 굴착중 예기치 않은 사태발생에 대한 높은 수준의 경계와 조치가 준비되어 있어야 한다.In addition, continuous geological surveys are required during tunnel excavation, and a high level of vigilance and measures must be prepared for unexpected occurrences during tunnel excavation.

또한, 지반조사, 설계, 굴착 및 시공 동안 높은 수준의 품질관리가 확실히 보장되어야 하고, 고수압과 해수의 특수한 환경조건으로 인해 지반조사가 어렵기 때문에 이러한 상태에서 건설된 해저터널은 육상터널보다 훨씬 높은 안정률이 확보되어야 한다. In addition, a high level of quality control must be ensured during ground investigation, design, excavation, and construction, and because ground investigation is difficult due to high pressure and special environmental conditions of seawater, undersea tunnels constructed under these conditions are much more difficult than land tunnels. A high stability rate must be secured.

또한, 해저터널 내 위험물질의 운송에 관한 특별한 제약이 필요하다.Additionally, special restrictions are needed regarding the transportation of hazardous materials in undersea tunnels.

도 2는 기존의 터널 공법을 적용한 해저터널을 예시하는 도면이다.Figure 2 is a diagram illustrating an undersea tunnel using existing tunnel construction methods.

도 2에 도시된 바와 같이, 기존의 터널 공법을 적용한 하저터널 및 해저터널은 높은 토압 및 수압에 저항할 수 있기 위하여 라이닝 및 지보재의 두께가 크게 증가한다. As shown in Figure 2, in order to be able to resist high earth pressure and water pressure in underwater tunnels and undersea tunnels using existing tunnel construction methods, the thickness of the lining and support material increases significantly.

이에 따라, 콘크리트 구조물이 비대해지고 터널 굴착 단면적이 증가하므로 터널의 경제성이 저하될 수 있다는 한계가 있다.Accordingly, there is a limitation that the economic feasibility of the tunnel may decrease as the concrete structure becomes enlarged and the cross-sectional area of the tunnel excavation increases.

한편, 해저터널과 관련된 선행기술로서, 일본 공개특허번호 평7-42181호에는 "터널체 유닛"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 3을 참조하여 설명한다.Meanwhile, as prior art related to undersea tunnels, Japanese Patent Publication No. Hei 7-42181 discloses an invention titled “tunnel unit,” which will be described with reference to FIG. 3.

도 3은 종래의 기술에 따른 터널체 유닛이 적용된 수중 터널을 나타내는 단면도이다.Figure 3 is a cross-sectional view showing an underwater tunnel to which a tunnel body unit according to the prior art is applied.

도 3을 참조하면, 종래의 기술에 따른 터널체 유닛이 적용된 수중 터널은, 콘크리트 재질의 동심상에 위치하는 외통체(19)와 내통체(21)의 사이에 코어부(11)를 형성하고, 여기에 벌집 구조체(22)를 형성함으로써, 다수의 웹 플레이트 (12)를 외통체(19)와 내통체(21)를 접속 연결하며, 웹 플레이트(12)에 의해서 코어부(11)에 육각기둥모양의 충전을 다수 형성한다. Referring to Figure 3, the underwater tunnel to which the tunnel body unit according to the prior art is applied, By forming a core portion 11 between the outer cylinder 19 and the inner cylinder 21, which are concentrically made of concrete, and forming a honeycomb structure 22 thereto, a plurality of web plates 12 are formed. The outer cylinder 19 and the inner cylinder 21 are connected, and a plurality of hexagonal column-shaped fillings are formed in the core portion 11 by the web plate 12.

충전공간에 경량 충전재(13)를 충전하여 경량화를 도모하고, 충전공간으로의 누수 침수를 방지한다. By filling the charging space with lightweight filler 13, weight reduction is achieved and water leakage into the charging space is prevented.

또한, 웹 플레이트(12)의 보강 강도를 통해 터널체 유닛(15)을 국소적인 파괴나 휨에 강한 구조 상태로 형성할 수 있다.In addition, the tunnel unit 15 can be formed in a structural state that is resistant to local destruction or bending through the reinforcing strength of the web plate 12.

구체적으로, 수중 터널은, 도 3에 도시한 바와 같이, 바다 등의 수중에 부유하는 형태의 터널 구조체(15)를 갖고 있고, 터널 구조체(15)의 내부에는 터널 공간 이 형성된다. 터널 구조체(15)는 전체 비중이 바다의 비중보다 작도록 형성된다.Specifically, as shown in FIG. 3, the underwater tunnel has a tunnel structure 15 floating in water such as the sea, and a tunnel space is formed inside the tunnel structure 15. The tunnel structure 15 is formed so that its overall specific gravity is smaller than that of the sea.

또한, 터널체 유닛의 외주부를 형성하는 형태의 외통체(19), 터널체 유닛의 내주부를 형성하는 형태의 내통체(21), 및 외통체(19) 및 내통체(21) 사이의 코어부(11)를 메우도록 터널 원주방향으로 벌집 구조체(22)가 형성된다.In addition, the outer cylinder 19 forming the outer periphery of the tunnel body unit, the inner cylinder 21 forming the inner periphery of the tunnel body unit, and the core between the outer cylinder 19 and the inner cylinder 21. A honeycomb structure 22 is formed in the tunnel circumferential direction to fill the portion 11.

종래의 기술에 따른 터널체 유닛이 적용된 수중 터널에 따르면, 경량으로 큰 강성의 터널체 유닛으로 수중 터널을 구축할 수 있다.According to an underwater tunnel using a tunnel body unit according to conventional technology, an underwater tunnel can be built with a tunnel body unit that is lightweight and has high rigidity.

한편, 해저터널과 관련된 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-892134호에는 "해저터널용 블록"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한다.Meanwhile, as another prior art related to undersea tunnels, Republic of Korea Patent No. 10-892134 discloses an invention titled “block for undersea tunnels,” which will be described with reference to FIGS. 4A and 4B.

도 4a는 종래의 기술에 따른 해저터널용 블록을 나타내는 사시도이고, 도 4b는 해저터널용 블록을 나타내는 정면도이다.Figure 4a is a perspective view showing a block for an undersea tunnel according to the prior art, and Figure 4b is a front view showing a block for an undersea tunnel.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 종래의 기술에 따른 해저터널용 블록은, 해저터널을 시공시 사용되는 블록에 있어서, 간단한 구조로 인해 제조가 용이하게 이루어지고, Referring to FIGS. 4A and 4B, the blocks for undersea tunnels according to the prior art are blocks used when constructing undersea tunnels and are easily manufactured due to their simple structure.

시공 또한 단기간 내에 신속하게 이루어짐은 물론 교량에 비해 시공비용을 현저하게 절감할 수 있도록 하기 위하여, 본체(30), 중량인가부(40), 부력인가부(50) 및 도로부(60)를 포함한다.In order to ensure that construction is carried out quickly within a short period of time and to significantly reduce construction costs compared to bridges, it includes a main body (30), a weight application unit (40), a buoyancy application unit (50), and a road unit (60). .

본체(30)는 내부관(31)과 외부관(33) 사이에 중간관(32)을 형성하되, 내부관과 중간관 사이와 중간관과 외부관 사이에는 수개의 격막(32a, 33a)이 형성되도록 합성수지재를 통상의 압출기를 사용하여 다중관 형태로 성형된다.The main body 30 forms a middle tube 32 between the inner tube 31 and the outer tube 33, and has several diaphragms 32a and 33a between the inner tube and the middle tube and between the middle tube and the outer tube. The synthetic resin material is molded into a multi-tube shape using a conventional extruder.

중량인가부(40)는 내부관(31)과 중간관(32) 사이에 해저로 가라앉을 수 있도록 콘크리트를 주입하여 중량을 갖도록 형성된다.The weight application part 40 is formed to have weight by injecting concrete between the inner tube 31 and the middle tube 32 so that it can sink to the seabed.

부력인가부(50)는 중간관(32)과 외부관(33) 사이에는 해저의 깊이에 따라 가라앉거나 띄울 수 있도록 공기를 주입 또는 배기하여 부력을 인가할 수 있도록 형성된다.The buoyancy application unit 50 is formed between the middle tube 32 and the outer tube 33 to apply buoyancy by injecting or exhausting air so that the tube can sink or float depending on the depth of the sea floor.

도로부(60)는 내부관(31)의 내부에는 해저의 압력에도 큰 지지력을 가지면서 차량이나 기차 등의 통행을 위해 형성된다.The road portion 60 is formed inside the inner pipe 31 for the passage of vehicles, trains, etc. while having a large bearing capacity even under the pressure of the sea floor.

여기서, 도로부(60)는 그 내부관의 내주면에 조립식 블록(63)이 서로 맞닿아 연결 고정부(70)에 의해 장착 고정되고, Here, the road unit 60 is mounted and fixed by a connection fixing part 70 with prefabricated blocks 63 in contact with each other on the inner peripheral surface of the inner pipe,

그 조립식 블록의 내부에 지지교각(61)의 상부로 바닥판(62)이 시공되어 차도(62a)와 인도(62b)가 형성되며, 바닥판의 하부에는 각종 케이블이 수용되도록 수용공간부(62c)가 형성된다.Inside the prefabricated block, a floor plate 62 is constructed on the upper part of the support piers 61 to form a roadway 62a and a sidewalk 62b, and a receiving space 62c is provided at the lower part of the floor plate to accommodate various cables. ) is formed.

연결 고정부(70)는 그 조립식 블록이 맞닿는 서로 대응되는 부분에 인입 공간부(71)를 형성하여 일측의 인입 공간부에 조립식 블록을 성형시 너트 등과 같은 고정구(72)를 내장하고, 타측 인입 공간부에는 고정구(72)로 체결되는 볼트 등과 같은 체결 고정구(73)를 삽입하여 체결 고정된다.The connection fixing part 70 forms an inlet space 71 in a corresponding part where the prefabricated blocks come into contact, so that when the prefabricated block is molded in the inlet space on one side, a fixture 72 such as a nut is built in, and the inlet space on one side is inserted into the other side. The space portion is fastened and fixed by inserting a fastening fixture 73 such as a bolt fastened to the fixture 72.

이에 따라, 종래의 기술에 따른 해저터널용 블록에 따르면, 간단한 구조로 인해 제조가 용이하게 이루어지고, 시공 또한 단기간 내에 신속하게 이루어짐은 물론 교량에 비해 시공비용을 현저하게 절감함으로써, Accordingly, according to the block for an undersea tunnel according to the conventional technology, manufacturing is easy due to a simple structure, construction is also carried out quickly in a short period of time, and construction costs are significantly reduced compared to bridges.

최소한의 시공비용으로 단기간 내에 시공이 원활하게 이루어져 현 실정에 적합한 해저터널의 시공이 용이하게 이루어질 수 있다. Construction can be carried out smoothly within a short period of time with minimal construction costs, making it easy to construct an undersea tunnel suitable for the current situation.

또한, 도로부의 바닥판에 하부에는 각종 케이블을 수용할 수 있도록 함으로서, 별도의 케이블을 설치할 필요가 없이 실용성도 뛰어나며, In addition, various cables can be accommodated at the bottom of the floor plate of the road, so there is no need to install separate cables, and it is highly practical.

또한, 내부관에 구비되는 조립식 블록과 그 조립식 블록에 와이어를 삽입하여 연결할 수 있도록 함으로서, 해저터널의 시공 후 블록 자체에서 더욱더 큰 지지력을 가질 수 있다.In addition, by allowing wires to be inserted and connected to the prefabricated blocks provided in the inner pipe, the blocks themselves can have greater bearing capacity after construction of the undersea tunnel.

한편, 또 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-998649호에는 "지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 및 그 시공방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다.Meanwhile, as another prior art, Republic of Korea Patent No. 10-998649 discloses an invention titled “Underwater tube tunnel built in an underground excavation hole and its construction method,” referring to FIGS. 5A and 5B. Explain.

도 5a는 종래의 기술에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 중력식으로 시공하는 과정을 도시한 측단면도이고, 도 5b는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 부력식으로 시공하는 과정을 도시한 정단면도이다.Figure 5a is a side cross-sectional view showing the process of gravity-based construction of an underwater tube tunnel built in an underground excavation according to conventional technology, and Figure 5b is a buoyancy-type construction process of an underwater tube tunnel built in an underground excavation hole. This is a cross-sectional view shown.

도 5a를 참조하면, 종래의 기술에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널(80)을 중력식으로 시공시, 먼저, 해저 지중에 지중 굴착구(81b)가 형성되는데, 이와 같은 지중 굴착구(81b)는 육상으로부터 해저 지중으로 굴착 형성되고, 지중 굴착구(81b)의 내부면에는 라이닝층(81c)이 형성된다. Referring to FIG. 5A, when constructing the underwater tube tunnel 80 built in an underground excavation according to the conventional technology by gravity, first, an underground excavation 81b is formed in the seafloor, such an underground excavation ( 81b) is formed by excavating from land to the seafloor, and a lining layer 81c is formed on the inner surface of the underground excavation hole 81b.

이와 같은 지중 굴착구(81b)는, 예를 들면, TBM(Tunnel Boring Machine) 장치(81)를 이용하여 연속적으로 해저 지중에 설치될 수 있다.Such underground drilling holes 81b can be continuously installed in the seafloor using, for example, a Tunnel Boring Machine (TBM) device 81.

이때, 연속 형성되는 지중 굴착구(81ㅠ)에는 내면에 최대한 얇은 두께의 방수 라이닝층(81c)이 형성된다. 이와 같은 방수 라이닝층(81c)은, At this time, a waterproof lining layer 81c of the thinnest possible thickness is formed on the inner surface of the continuously formed underground excavation hole 81ㅠ. This waterproof lining layer (81c) is,

예를 들면, 지중 굴착구(81b)의 내면에 1차 시멘트 콘크리트층을 분무 형성하고, 1차 시멘트 콘크리트층 상에는 플라스틱 또는 고무 시트를 포함하는 방수시트를 부착 설치하며, 방수시트의 접착층 상에 콘크리트 라이닝층(81c)을 설치하는 과정을 통하여 지중 굴착구(81b)의 내부에 시공가능하다.For example, a primary cement concrete layer is sprayed on the inner surface of the underground excavation hole 81b, a waterproof sheet containing a plastic or rubber sheet is attached and installed on the primary cement concrete layer, and concrete is placed on the adhesive layer of the waterproof sheet. It can be constructed inside the underground excavation hole (81b) through the process of installing the lining layer (81c).

콘크리트 라이닝층(81c)은 지중 굴착구(81b) 내의 TBM(Tunnel Boring Machine) 장치(81) 후방에 이동식 라이닝 시공장치(81a)를 설치하여 지중 굴착구(81b)의 형성 후에 뒤이어서 연속으로 시공된다.The concrete lining layer 81c is constructed continuously after the formation of the underground excavation hole 81b by installing a mobile lining construction device 81a behind the TBM (Tunnel Boring Machine) device 81 in the underground excavation hole 81b. .

이후, 지중 굴착구(81b)의 내부에는 튜브 터널(82)이 구축되는데, 이와 같은 튜브 터널(82)은 내부에 차도 또는 인도가 형성되는 구조이다.Afterwards, a tube tunnel 82 is built inside the underground excavation hole 81b, and this tube tunnel 82 has a structure in which a roadway or sidewalk is formed inside.

튜브 터널(82)은 별도의 육상 제작장에서 각각의 단위 유닛으로 제작된 다음, 육상에 마련된 드라이 도크(82a)와 같은 구조물 내로 이송되고, 예를 들면, 대형 유압 실린더와 같은 별도의 압출 장치(82b)를 통한 연속 압출 공법으로 지중 굴착구(81b)의 라이닝층(81c) 내부로 삽입된다.The tube tunnel 82 is manufactured as individual units in a separate onshore manufacturing plant, and then transported into a structure such as a dry dock 82a provided on land, and is equipped with a separate extrusion device such as a large hydraulic cylinder, for example. It is inserted into the lining layer (81c) of the underground excavation hole (81b) by a continuous extrusion method through 82b).

튜브 터널(82)은 지중 굴착구(81b)의 내부로 슬라이딩 유입되는데, 이와 같은 슬라이딩이 원활하게 이루어지도록 지중 굴착구(81b)의 라이닝층(81c)에는 튜브 터널(82)의 압출시 슬라이딩이 이루어지도록 하기 위한 다수의 롤러(82c)들을 그 길이방향을 따라서 일정 간격으로 설치할 수 있다.The tube tunnel 82 slides into the underground excavation hole 81b. To ensure smooth sliding, the lining layer 81c of the underground excavation hole 81b is provided with a sliding surface when the tube tunnel 82 is extruded. To achieve this, a plurality of rollers 82c can be installed at regular intervals along the longitudinal direction.

또한, 지중 굴착구(81b) 내에 구축된 수중튜브터널(80)은 지중 굴착구(81b)와 튜브 터널(82)의 사이 공간에 충전되는 물 충전층(83)이 형성된다. In addition, the underwater tube tunnel 80 built within the underground excavation hole 81b is formed with a water-filled layer 83 filled in the space between the underground excavation hole 81b and the tube tunnel 82.

이러한 물 충전층(82)은 지중 굴착구(81b)의 외면과 수중튜브터널(80)의 내면 사이에서 형성되는데, 이러한 물 충전층(83)으로는 이후에 설명되는 물 유입구(83a)를 통하여 외부로부터, 예를 들면, 해수가 유입되며, This water-filled layer 82 is formed between the outer surface of the underground excavation hole 81b and the inner surface of the underwater tube tunnel 80. This water-filled layer 83 is formed through the water inlet 83a, which will be described later. From outside, for example, sea water flows in,

도 5a에 도시된 바와 같이, 튜브 터널(82)의 전단 외측 둘레에는 다단 방수링(84)이 설치되어 지중 굴착구(81b)와 튜브 터널(82)의 사이 공간에 한정하여 물을 충전하게 되고, 튜브 터널(82)의 전방으로는 물의 유입을 차단하는 구조이다.As shown in Figure 5a, a multi-stage waterproof ring 84 is installed around the front outer edge of the tube tunnel 82 to fill the space limited to the space between the underground excavation hole 81b and the tube tunnel 82 with water. , It is a structure that blocks the inflow of water in front of the tube tunnel 82.

구체적으로, 물 충전층(83)에 물을 공급하기 위한 물 유입구(83a)를 구비하는데, 이와 같은 물 유입구(83a)는 지중 굴착구(81b)의 상부 측에서 해수면까지 연장되는 수직 통로 형태이고, 해저면에 케이슨(83b)을 시공하여 구축된다. Specifically, it is provided with a water inlet (83a) for supplying water to the water filled layer 83, and this water inlet (83a) is in the form of a vertical passage extending from the upper side of the underground excavation hole (81b) to the sea level. , It is constructed by constructing a caisson (83b) on the sea floor.

그리고 이와 같은 물 유입구(83b)에는 내부로 유입되는 물 흐름을 조절하기 위한 차단장치, 예를 들면, 밸브장치(83c)들을 구비한다. And this water inlet (83b) is equipped with blocking devices, for example, valve devices (83c), to control the flow of water flowing into the inside.

또한, 물 유입구(83a)는 그 상단으로 수면 위까지 연장하는 환기구(83d)를 포함할 수 있다.Additionally, the water inlet 83a may include a ventilation hole 83d extending above the water surface.

또한, 도 5b를 참조하면, 종래의 기술에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 부력식으로 시공시, 지중 굴착구(81b) 내에 구축된 수중튜브터널(80)은 지중 굴착구(81b)와의 사이에서 튜브 터널(82)이 일정 간격을 유지하기 위한 스페이서(85)를 구비한다. In addition, referring to FIG. 5b, when constructing an underwater tube tunnel built in an underground excavation hole according to the conventional technology using a buoyancy method, the underwater tube tunnel 80 built in the underground excavation hole 81b is ) and the tube tunnel 82 is provided with a spacer 85 to maintain a certain gap.

이때, 스페이서(85)는 튜브 터널(82)이 중력식 구조물 또는 부력식 구조물인지의 여부에 따라서 그 장착 위치가 달라질 수 있다.At this time, the mounting position of the spacer 85 may vary depending on whether the tube tunnel 82 is a gravity structure or a buoyancy structure.

이와 같은 스페이서(85)는 완충 받침(85a)을 포함하는 구조인데, 스페이서(85)는 튜브 터널(82)의 외측면에 다수의 요홈(85d)을 형성하고, 그 각각의 요홈(85d) 내측에는 완충 받침(85a)을 구비한다.This spacer 85 has a structure including a cushioning support 85a. The spacer 85 forms a plurality of grooves 85d on the outer surface of the tube tunnel 82, and the inside of each groove 85d is formed. is provided with a buffer support (85a).

완충 받침(85a)은 탄성력 및 복원력이 우수한 고무재료로 이루어지며, 그 완충 받침(85a)의 하단에는 유압 잭(85b)이 위치되어 유압 잭(85b)의 작동으로 완충 받침(85a)이 튜브 터널(82)의 외측으로 돌출한다.The buffer support (85a) is made of a rubber material with excellent elasticity and restoring force, and a hydraulic jack (85b) is located at the bottom of the buffer support (85a), so that the buffer support (85a) moves into the tube tunnel by the operation of the hydraulic jack (85b). It protrudes to the outside of (82).

유압 잭(85b)은 튜브 터널(82)의 내측으로 연결되는 유압 잭 라인(85c)을 통하여 로드의 전 후진이 이루어져서 유압 잭(85b)의 작동으로 완충 받침(85a)이 승 하강하며, 유압 잭(85b)에 의해서 들어 올려지면 튜브 터널(82)의 외면으로부터 지중 굴착구(81b)의 내면으로 완충 받침(85a)이 돌출한다.The hydraulic jack (85b) moves the rod forward and backward through the hydraulic jack line (85c) connected to the inside of the tube tunnel (82), so that the shock absorber (85a) rises and falls by the operation of the hydraulic jack (85b). When lifted by (85b), the buffer support (85a) protrudes from the outer surface of the tube tunnel (82) to the inner surface of the underground excavation hole (81b).

스페이서(85)는 완충 받침(85a)이 외측으로 돌출한 다음, 그 위치를 고정하기 위해서 요홈(85d)의 내부에 고강도 무수축 몰타르(86)가 충전되는데, 이를 위하여 요홈(85d)의 일측에는 몰타르 충전구(86a)가 형성되고, 타측에는 공기 배출구(86b)가 형성되며, 완충 받침(85a)의 외측으로는 요홈(85d)의 내측 공간을 외부와 차단하는 신축식 방수 고무링(86c)이 장착될 수 있다.The spacer 85 is filled with high-strength non-shrinking mortar 86 inside the groove 85d to fix the position after the cushioning support 85a protrudes outward. To this end, one side of the groove 85d is provided. A mortar filling port (86a) is formed, an air outlet (86b) is formed on the other side, and an elastic waterproof rubber ring (86c) is formed on the outside of the cushioning support (85a) to block the inner space of the groove (85d) from the outside. This can be installed.

이와 같은 구조를 통하여 요홈(85d)의 내측 공간은 그 외부와 격리되고, 몰타르 충전구(86a)를 통하여 고강도 무수축 몰타르(86)가 투입되면서 공기 배출구(86b)를 통해서는 요홈(85d) 공간 내의 공기가 배출되어 요홈(85d) 내에 몰타르(86)가 충전된다.Through this structure, the inner space of the groove (85d) is isolated from the outside, and the high-strength non-shrinking mortar (86) is injected through the mortar filling port (86a) and the groove (85d) space through the air outlet (86b). The air inside is discharged and the mortar 86 is filled in the groove 85d.

이에 따라, 종래의 기술에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널에 따르면, 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 물이 충전되고 튜브 터널의 압출이 이루어지면 물에 의해서 튜브 터널에 부력이 가해지게 되고, 이와 같은 부력을 통하여 튜브 터널을 무중력에 가깝게 유지시키고, 압출작동을 이룰 수 있다. 따라서 수중 튜브터널의 시공이 용이하게 이루어질 수 있다.Accordingly, according to the underwater tube tunnel built in an underground excavation according to the conventional technology, when water is filled between the underground excavation and the tube tunnel and the tube tunnel is extruded, buoyancy is applied to the tube tunnel by the water. , Through this buoyancy, the tube tunnel can be maintained close to weightlessness and extrusion operation can be achieved. Therefore, the construction of an underwater tube tunnel can be easily accomplished.

그리고 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 충전된 물이 상당한 수압으로 지중 굴착구의 라이닝층을 내부에서 밀어 떠받칠 수 있기 때문에, 구조적으로 안전하여 지중 굴착구의 붕괴를 효과적으로 방지할 수 있다. And since the water filled between the underground excavation hole and the tube tunnel can push and support the lining layer of the underground excavation from the inside with significant water pressure, it is structurally safe and can effectively prevent the collapse of the underground excavation hole.

뿐만 아니라 지중 굴착구와 튜브 터널의 사이에 충전된 물이 유체 완충 댐퍼의 역할을 함으로써 지진과 같은 외력에 대해서도 수중 튜브터널이 구조적으로 안전하게 유지될 수 있다.In addition, the water filled between the underground excavation hole and the tube tunnel acts as a fluid buffer damper, allowing the underwater tube tunnel to remain structurally safe even against external forces such as earthquakes.

한편, 기존 해저터널의 경우, 프리캐스트 내부 라이닝 또는 외부 라이닝을 서로 연결하는 구성과 관련하여 기존에는 프리캐스트 패널에 체결부재가 인입될 수 있는 인입구가 구성되어 볼트와 너트 등의 체결부재를 활용하여 패널 또는 세그먼트를 연결하는 구성이 대다수로 활용되고 있다. Meanwhile, in the case of existing undersea tunnels, in relation to the configuration of connecting the precast inner lining or outer lining, an inlet through which fastening members can be inserted into the precast panel is constructed, using fastening members such as bolts and nuts. The majority of configurations that connect panels or segments are used.

또한, 해저의 염분 특성을 고려한 고내구성 프리캐스트 패널을 구성하는 재료적 구성과 각 프리캐스트 패널간의 연결이음구에 대한 보다 심층적인 추가 연구가 필요한 실정이다.In addition, there is a need for more in-depth research on the material composition of high-durability precast panels considering the salinity characteristics of the seabed and the connection joints between each precast panel.

또한, 해저터널 구축시 프리캐스트 패널을 활용하여 급속 시공하되, 해저에 시공되는 특성을 고려하여 그에 맞는 내구성 및 안정성을 요하는 구체적인 시공방법이 필요한 실정이다.In addition, when constructing an underwater tunnel, precast panels are used for rapid construction, but a specific construction method that requires appropriate durability and stability is needed considering the characteristics of construction on the seabed.

대한민국 등록특허번호 제10-892134호(등록일: 2009년 3월 31일), 발명의 명칭: "해저터널용 블록"Republic of Korea Patent No. 10-892134 (registration date: March 31, 2009), title of invention: “Block for undersea tunnel” 대한민국 등록특허번호 제10-998649호(등록일: 2010년 11월 30일), 발명의 명칭: "지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널 및 그 시공방법"Republic of Korea Patent No. 10-998649 (registration date: November 30, 2010), title of invention: “Underwater tube tunnel constructed in an underground excavation hole and its construction method” 일본 등록특허번호 제6,935,471호(등록일: 2021년 8월 27일), 발명의 명칭: "해상 터널"Japanese Registered Patent No. 6,935,471 (Registration Date: August 27, 2021), Title of Invention: “Sea Tunnel” 미국 등록특허번호 제4,657,435호(등록일: 1987년 4월 14일), 발명의 명칭: "해저 터널구조(Underwater Tunnel Construction)"U.S. Patent No. 4,657,435 (registration date: April 14, 1987), title of invention: “Underwater Tunnel Construction” 일본 공개특허번호 평7-42181호(공개일: 1995년 2월 10일), 발명의 명칭: "터널체 유닛"Japanese Patent Publication No. Hei 7-42181 (publication date: February 10, 1995), title of invention: “Tunnel unit” 유럽 공개특허번호 EP3945164A1(공개일: 2022년 2월 2일), 발명의 명칭: "해저 교통터널(Underwate Traffic Tunnel)"European Patent Publication No. EP3945164A1 (publication date: February 2, 2022), title of invention: “Underwate Traffic Tunnel”

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 하저터널이나 해저터널과 같은 터널 구조에서, 지반 전단변형을 흡수할 수 있도록 외부 라이닝, 중간층 및 내부 라이닝으로 이루어진 다층쉘을 형성함으로써 터널 라이닝을 슬림화시킬 수 있는, 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조 및 그 시공방법을 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention to solve the above-described problems is to form a multi-layer shell consisting of an outer lining, a middle layer, and an inner lining to absorb ground shear deformation in a tunnel structure such as an underwater tunnel or an undersea tunnel. The purpose is to provide a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure that can slim the lining and its construction method.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 공기의 통기 역할을 함과 동시에 외부로부터 충격을 완충해주는 역할을 하는 덕트형 댐퍼를 설치함으로써 터널 내 공기압을 조절할 수 있는, 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조 및 그 시공방법을 제공하기 위한 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure that can control the air pressure in the tunnel by installing a duct-type damper that serves to ventilate the air and at the same time buffer shock from the outside. and its construction method.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 터널 굴착단면 감소를 통해 건설비용을 절감시킬 수 있고, 터널 내부 구조물의 안전성 및 유지보수성을 향상시킬 수 있는, 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조 및 그 시공방법을 제공하기 위한 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to reduce construction costs by reducing the tunnel excavation cross-section, and to improve the safety and maintainability of the tunnel internal structure, such as a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure and the same. It is intended to provide a construction method.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조는, 터널굴착 내주면에 형성되어 터널에 가해지는 하중을 1차적으로 지지하는 외부 라이닝; 덕트형 댐퍼 및 중간재로 이루어지고, 상기 외부 라이닝으로부터 전달되는 하중 및 변형을 흡수하여 내부 라이닝을 보호하도록 상기 외부 라이닝의 내주면에 형성되는 중간층; 상기 중간층의 내주면에 형성되어 유입수로 인한 부식 문제 없이 터널 내부 구조물을 보호하는 내부 라이닝; 및 터널 내부 공기압 조절 및 공기 순환을 위해 외부 공기 순환구로 연결되도록 상기 중간층의 덕트형 댐퍼와 상기 내부 라이닝을 연통시켜 형성되는 공기 순환구를 포함하되, 상기 외부 라이닝, 중간층 및 내부 라이닝이 다층쉘을 형성하며, 상기 덕트형 댐퍼는 상기 외부 라이닝으로부터 전달되는 하중을 저감시켜 지반 전단변형을 흡수하는 댐핑 역할을 하는 것을 특징으로 한다.As a means to achieve the above-described technical problem, the ground shear strain absorbing multi-layer shell tunnel structure according to the present invention includes an external lining formed on the inner peripheral surface of tunnel excavation to primarily support the load applied to the tunnel; An intermediate layer made of a duct-type damper and an intermediate material and formed on the inner peripheral surface of the outer lining to protect the inner lining by absorbing the load and deformation transmitted from the outer lining; An internal lining formed on the inner peripheral surface of the intermediate layer to protect the tunnel internal structure without corrosion problems caused by inflow water; and an air circulation port formed by communicating the duct-type damper of the middle layer with the inner lining to be connected to an external air circulation port for air pressure adjustment and air circulation inside the tunnel, wherein the outer lining, the middle layer, and the inner lining form a multi-layer shell. The duct-type damper is characterized in that it acts as a damper to absorb ground shear deformation by reducing the load transmitted from the external lining.

여기서, 상기 외부 라이닝은 고수압 및 토압에 의한 하중과 지진의 외력으로 인한 하중을 1차적으로 지지하되, 파괴 및 손상이 발생하지 않는 한도 내에서 변형을 최대로 허용하는 재질로 형성된다.Here, the outer lining primarily supports the load due to high water pressure and earth pressure and the external force of earthquake, but is made of a material that allows maximum deformation within the limit without destruction or damage.

여기서, 상기 중간층은, 동하중에 의한 전단변형에 의한 최대 인장 및 압축 변형을 흡수할 수 있는 위치에 내부 라이닝을 따라 종방향으로 설치되는 덕트형 댐퍼; 및 상기 외부 라이닝과 내부 라이닝 사이의 공간을 충전하는 중간재를 포함할 수 있다.Here, the intermediate layer includes a duct-type damper installed longitudinally along the inner lining at a position capable of absorbing maximum tensile and compressive deformation due to shear deformation due to a dynamic load; And it may include an intermediate material that fills the space between the outer lining and the inner lining.

여기서, 상기 덕트형 댐퍼는 상기 외부 라이닝으로부터 전달되는 변형을 저감하도록 상기 외부 라이닝 및 상기 내부 라이닝의 변형이 최대로 발생하는 위치에 복수 개 설치될 수 있다.Here, a plurality of duct-type dampers may be installed at positions where maximum deformation of the outer lining and the inner lining occurs to reduce deformation transmitted from the outer lining.

여기서, 상기 덕트형 댐퍼는 그 단면 형상에 따라 사각 형태의 덕트형 댐퍼 또는 원 형태의 덕트형 댐퍼일 수 있다.Here, the duct-type damper may be a square-shaped duct-type damper or a circular duct-type damper depending on its cross-sectional shape.

여기서, 상기 중간재는 상기 외부 라이닝으로부터 전달되는 하중 및 지진 등에 의한 충격을 저감하도록 방수 기능을 갖는 연질 재료로 형성되는 것이 바람직하다.Here, the intermediate material is preferably formed of a soft material with a waterproof function to reduce the load transmitted from the outer lining and shock due to earthquakes.

여기서, 상기 내부 라이닝은 무부식 및 무시공이음으로 터널 내부로의 유입수를 차단할 수 있다.Here, the inner lining is non-corrosive and non-porous, and can block water flowing into the tunnel.

본 발명에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조는, 방수를 위해 상기 외부 라이닝의 내주면에 설치되는 방수막을 추가로 포함할 수 있다.The ground shear deformation absorbing multilayer shell tunnel structure according to the present invention may further include a waterproofing membrane installed on the inner peripheral surface of the external lining for waterproofing.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널의 시공방법은, a) 터널 시공을 위해 지반을 굴착하는 단계; b) 상기 지반 굴착면에 세그먼트를 조립하여 외부 라이닝을 형성하는 단계; c) 상기 외부 라이닝 내주면에 방수막을 설치하는 단계; d) 덕트형 댐퍼 및 중간재로 이루어진 중간층을 상기 외부 라이닝의 내주면에 형성하는 단계; e) 상기 중간층 내주면에 내부 라이닝을 형성하는 단계; 및 f) 상기 내부 라이닝과 덕트형 댐퍼를 연통시켜 공기순환구를 형성하는 단계;를 포함하되, 상기 외부 라이닝, 중간층 및 내부 라이닝이 다층쉘을 형성하며, 상기 c) 단계의 덕트형 댐퍼는 상기 외부 라이닝으로부터 전달되는 하중을 저감시켜 지반 전단변형을 흡수하는 댐핑 역할을 하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, as another means for achieving the above-described technical problem, the construction method of a ground shear strain absorbing multi-layer shell tunnel according to the present invention includes the steps of a) excavating the ground for tunnel construction; b) forming an external lining by assembling segments on the ground excavation surface; c) installing a waterproof membrane on the inner peripheral surface of the outer lining; d) forming an intermediate layer consisting of a duct-type damper and an intermediate material on the inner peripheral surface of the outer lining; e) forming an inner lining on the inner peripheral surface of the intermediate layer; and f) forming an air circulation port by communicating the inner lining with the duct-type damper, wherein the outer lining, the middle layer, and the inner lining form a multi-layer shell, and the duct-type damper of step c) is It is characterized by playing a damping role in absorbing ground shear deformation by reducing the load transmitted from the external lining.

여기서, 상기 a) 단계의 터널은 하저터널 또는 해저터널일 수 있다.Here, the tunnel in step a) may be an undersea tunnel or an undersea tunnel.

여기서, 상기 f) 단계의 공기 순환구는 터널 내부 공기압 조절 및 공기 순환을 위해 외부 공기 순환구로 연결되도록 상기 중간층의 덕트형 댐퍼와 상기 내부 라이닝을 연통시켜 형성된다.Here, the air circulation port in step f) is formed by communicating the duct-type damper of the intermediate layer with the inner lining so as to be connected to the external air circulation port for air pressure control and air circulation inside the tunnel.

본 발명에 따르면, 하저터널이나 해저터널과 같은 터널 구조에서, 지반 전단변형을 흡수할 수 있도록 외부 라이닝, 중간층 및 내부 라이닝으로 이루어진 다층쉘을 형성함으로써 터널 라이닝을 슬림화시킬 수 있다.According to the present invention, in a tunnel structure such as an underwater tunnel or an undersea tunnel, the tunnel lining can be slimmed by forming a multi-layer shell consisting of an outer lining, a middle layer, and an inner lining to absorb ground shear deformation.

본 발명에 따르면, 공기의 통기 역할을 함과 동시에 외부로부터 충격을 완충해주는 역할을 하는 덕트형 댐퍼를 설치함으로써 터널 내 공기압을 조절할 수 있고, 이에 따라 열차 고속화가 가능해진다.According to the present invention, the air pressure in the tunnel can be adjusted by installing a duct-type damper that serves to ventilate the air and at the same time buffer shock from the outside, thereby making it possible to increase train speed.

본 발명에 따르면, 터널 굴착단면 감소를 통해 건설비용을 절감시킬 수 있고, 터널 내부 구조물의 안전성 및 유지보수성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, construction costs can be reduced by reducing the tunnel excavation cross-section, and the safety and maintainability of the tunnel internal structure can be improved.

본 발명에 따르면, 대부분의 해저터널에서 적용하고 있는 압력 릴리프 덕트를 배제함으로써 해저터널 시공시 안전성을 향상시키고 시공비용을 절감시킬 수 있고, 해저터널 등 초장대 터널 건설시 환기구 간격을 최대한 넓게 형성함으로써 건설비용을 절감시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve safety and reduce construction costs during the construction of undersea tunnels by excluding the pressure relief duct used in most undersea tunnels, and by forming the ventilation opening gap as wide as possible when constructing ultra-long tunnels such as undersea tunnels. Construction costs can be reduced.

도 1은 일반적인 해저터널 구조로서 유로 해저터널을 예시하는 도면이다.
도 2는 기존의 터널 공법을 적용한 해저터널을 예시하는 도면이다.
도 3은 종래의 기술에 따른 터널체 유닛이 적용된 수중 터널을 나타내는 단면도이다.
도 4a는 종래의 기술에 따른 해저터널용 블록을 나타내는 사시도이고, 도 4b는 해저터널용 블록을 나타내는 정면도이다.
도 5a는 종래의 기술에 따른 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 중력식으로 시공하는 과정을 도시한 측단면도이고, 도 5b는 지중 굴착구 내에 구축된 수중튜브터널을 부력식으로 시공하는 과정을 도시한 정단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조를 나타내는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조에서 사각 형태의 덕트형 댐퍼의 위치를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 사각 형태의 덕트형 댐퍼를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조에서 원 형태의 덕트형 댐퍼를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 원 형태의 덕트형 댐퍼를 구체적으로 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조가 전단병형을 흡수하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널의 시공방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 13a 내지 도 13f는 각각 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널의 시공방법을 구체적으로 설명하기 위한 단면도들이다.
Figure 1 is a diagram illustrating a flow path undersea tunnel as a general undersea tunnel structure.
Figure 2 is a diagram illustrating an undersea tunnel using existing tunnel construction methods.
Figure 3 is a cross-sectional view showing an underwater tunnel to which a tunnel body unit according to the prior art is applied.
Figure 4a is a perspective view showing a block for an undersea tunnel according to the prior art, and Figure 4b is a front view showing a block for an undersea tunnel.
Figure 5a is a side cross-sectional view showing the process of gravity-based construction of an underwater tube tunnel built in an underground excavation according to conventional technology, and Figure 5b is a buoyancy-type construction process of an underwater tube tunnel built in an underground excavation hole. This is a cross-sectional view shown.
Figure 6 is a front view showing a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a perspective view showing the position of a square-shaped duct-type damper in a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram specifically showing the square-shaped duct-type damper shown in FIG. 7.
Figure 9 is a diagram showing a circular duct-type damper in a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram specifically showing the circular duct-type damper shown in FIG. 9.
Figure 11 is a diagram for explaining that the ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure absorbs shear strain according to an embodiment of the present invention.
Figure 12 is an operation flow chart showing the construction method of a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel according to an embodiment of the present invention.
Figures 13a to 13f are cross-sectional views for specifically explaining the construction method of a ground shear strain absorbing multi-layer shell tunnel according to an embodiment of the present invention.

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.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts unrelated to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.

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. Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.

[지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조(100)][Ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure (100)]

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조를 나타내는 정면도이다.Figure 6 is a front view showing a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조(100)는, 외부 라이닝(110), 방수막(120), 중간층(130), 내부 라이닝(140) 및 배수 유도로(150)를 포함한다. Referring to FIG. 6, the ground shear strain absorbing multilayer shell tunnel structure 100 according to an embodiment of the present invention includes an outer lining 110, a waterproofing membrane 120, an intermediate layer 130, an inner lining 140, and Includes a drainage guideway (150).

또한, 후술하는 도 8에 도시된 바와 같이 공기 순환구(160)를 포함한다.In addition, it includes an air circulation port 160 as shown in FIG. 8, which will be described later.

외부 라이닝(110)은 터널굴착 내주면에 형성되며, 터널에 가해지는 하중을 1차적으로 지지하는 라이닝으로서, 파괴 및 손상이 발생하지 않는 한도 내에서 변형을 최대로 허용하므로 라이닝 두께를 최소화할 수 있다. The outer lining 110 is formed on the inner peripheral surface of tunnel excavation and is a lining that primarily supports the load applied to the tunnel. It allows maximum deformation within the limit that does not cause destruction or damage, so the lining thickness can be minimized. .

즉, 고수압 및 토압에 의한 하중과 지진 등의 외력으로 인한 하중을 1차적으로 외부 라이닝(110)에서 지지한다. 이때, 상기 외부 라이닝(110)의 파괴 및 손상이 발생하지 않는 한도 내에서 최대한 변형을 허용할 수 있으므로 전체 라이닝의 두께를 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 외부 라이닝(110)은 다수의 콘크리트 세그먼트를 조립하여 형성될 수 있다.That is, the external lining 110 primarily supports the load due to high water pressure and earth pressure and external forces such as earthquakes. At this time, maximum deformation can be allowed within the limit without destruction or damage to the outer lining 110, so the thickness of the entire lining can be reduced. For example, the outer lining 110 may be formed by assembling multiple concrete segments.

방수막(120)은 방수를 위해 상기 외부 라이닝(110)의 내주면에 설치된다.The waterproof membrane 120 is installed on the inner peripheral surface of the outer lining 110 for waterproofing.

중간층(130)은 외부 라이닝(110)으로부터 전달되는 하중 및 변형을 흡수하는 내부 라이닝(140)을 보호하는 역할을 하는 층으로, 덕트형 댐퍼(131) 및 방수 기능을 갖는 중간재(132)로 구성된다. 여기서, 상기 덕트형 댐퍼(131)는, 후술하는 바와 같이, 그 형상에 따라 사각 형태의 덕트형 댐퍼(131a) 또는 원 형태의 덕트형 댐퍼(131b)일 수 있다.The middle layer 130 is a layer that protects the inner lining 140 by absorbing the load and deformation transmitted from the outer lining 110, and is composed of a duct-type damper 131 and an intermediate material 132 with a waterproof function. do. Here, the duct-type damper 131 may be a square-shaped duct-type damper 131a or a circular duct-type damper 131b depending on its shape, as will be described later.

상기 중간층(130)의 덕트형 댐퍼(131)는 지진 등 동하중에 의한 전단변형에 의한 최대 인장 및 압축 변형을 흡수할 수 있는 위치에 내부 라이닝(140)을 따라 종방향으로 설치하는 댐퍼로서, 상기 외부 라이닝(110)으로부터 전달되는 하중을 저감시키는 댐핑 역할을 한다.The duct-type damper 131 of the middle layer 130 is a damper installed longitudinally along the inner lining 140 at a position that can absorb the maximum tensile and compressive deformation caused by shear deformation due to dynamic loads such as earthquakes. It plays a damping role in reducing the load transmitted from the external lining 110.

상기 중간층(130)의 중간재(132)는 상기 외부 라이닝(110)과 내부 라이닝(140) 사이의 공간을 충전하며, 상기 외부 라이닝(110)으로부터 전달되는 하중 및 지진 등에 의한 충격을 저감하는 연질의 재료로 형성된다.The intermediate material 132 of the intermediate layer 130 fills the space between the outer lining 110 and the inner lining 140, and is a soft material that reduces the load transmitted from the outer lining 110 and shock due to earthquakes, etc. It is formed from materials.

내부 라이닝(140)은 무부식 및 무시공이음이 가능한 라이닝으로 해수 등의 유입수로 인한 부식 등의 문제 없이 터널 내부 구조물을 보호하는 역할을 한다.The inner lining 140 is a lining capable of non-corrosion and non-porous joints, and serves to protect the inner structure of the tunnel without problems such as corrosion caused by inflow water such as seawater.

배수 유도로(150)는 터널의 배수를 위해 상기 내부 라이닝(140)의 중앙 하부 또는 양측면 하부에 설치된다.The drainage guideway 150 is installed in the lower center or lower portions on both sides of the inner lining 140 to drain the tunnel.

공기 순환구(160)는, 후술하는 도 8에 도시된 바와 같이, 터널 내부 공기압 조절 및 공기 순환을 위해 외부 공기 순환구로 연결되도록 상기 중간층(130)의 덕트형 댐퍼(131)와 상기 내부 라이닝(140)을 연통시켜 형성된다.As shown in FIG. 8, which will be described later, the air circulation port 160 includes the duct-type damper 131 of the middle layer 130 and the inner lining ( 140) is formed by connecting.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조는, 해저터널과 같이 높은 하중이 작용하는 조건하에서 지진과 같은 지반 전단변형 발생 시, 이를 감소시킬 수 있는 단면 저감형 다층쉘 구조로 형성된다.Accordingly, the ground shear strain absorbing multilayer shell tunnel structure according to an embodiment of the present invention is a cross-sectional reduction type multilayer that can reduce ground shear strain such as an earthquake under conditions of high load such as an undersea tunnel. It is formed in a shell structure.

통상적으로, 해저터널은 높은 압력에 저항할 수 있도록 라이닝을 두껍게 시공하며 그에 따라 건설비용이 크게 증가한다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조는 외부 라이닝(110)에서 경험하는 하중을 덕트형 댐퍼(131)를 포함한 중간층(130)에서 흡수하여 내부 라이닝(140)으로의 전달을 최소화할 수 있는 구조로 터널 안정성을 해치지 않으면서도 라이닝의 두께 저감이 가능하다. Typically, undersea tunnels have thick linings to resist high pressure, which significantly increases construction costs. However, the ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure according to an embodiment of the present invention absorbs the load experienced in the outer lining 110 in the middle layer 130 including the duct-type damper 131 and transfers it to the inner lining 140. With a structure that minimizes the transmission of , it is possible to reduce the thickness of the lining without compromising tunnel stability.

또한, 공기압 조절이 가능한 덕트형 댐퍼(131)는 내부 라이닝(140) 내의 공기압을 원하는 수준까지 조절함으로써 초장대 건설에 필요한 환기구 설치 간격을 넓힐 수 있으며, 기존의 해저터널에서 적용하고 있는 압력저감터널을 제거할 수 있다.In addition, the air pressure-adjustable duct-type damper 131 can adjust the air pressure within the internal lining 140 to the desired level, thereby widening the ventilation opening installation interval required for ultra-long tunnel construction, and is a pressure reduction tunnel used in existing undersea tunnels. can be removed.

한편, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조에서 사각 형태의 덕트형 댐퍼의 위치를 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 사각 형태의 덕트형 댐퍼를 구체적으로 나타내는 도면이다.Meanwhile, Figure 7 is a perspective view showing the position of a square-shaped duct-type damper in a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure according to an embodiment of the present invention, and Figure 8 shows the square-shaped duct-type damper shown in Figure 7. This is a drawing that shows it specifically.

도 7에 도시된 바와 같이, 덕트형 댐퍼(131)은 내부가 비어 있는 중공의 덕트 형태를 가지고 있으며, 상기 내부 라이닝(140)과 공기 순환구(160)가 연결됨으로써 터널 내부의 공기압을 조절할 수 있다. As shown in FIG. 7, the duct-type damper 131 has the shape of a hollow duct with an empty interior, and the air pressure inside the tunnel can be adjusted by connecting the inner lining 140 and the air circulation port 160. there is.

이때, 상기 덕트형 댐퍼(131)는 터널의 외부 환기구(도시되지 않음)와 연결되어 있으므로, 공기의 주입과 배출이 임의로 가능하다. 또한, 터널 설계 시 하중 검토결과에 따라 수량 및 배치 위치 및 형상을 변경할 수 있다.At this time, since the duct-type damper 131 is connected to the external ventilation port (not shown) of the tunnel, air can be injected and discharged arbitrarily. Additionally, when designing a tunnel, the quantity, placement location, and shape can be changed according to the load review results.

이때, 도 7에서 도면부호 A로 도시된 덕트형 댐퍼(131)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 사각 형태의 덕트형 댐퍼(131a)일 수 있다.At this time, the duct-type damper 131 shown by reference numeral A in FIG. 7 may be a square-shaped duct-type damper 131a, as shown in FIG. 8 .

다시 말하면, 하중 작용에 의해 외부 라이닝(110)에서 발생하는 변형을 덕트형 댐퍼(131) 및 연질의 중간재(132)로 구성된 중간층(130)에 의해 흡수하여 상기 내부 라이닝(140)으로 전달되는 영향을 최소화시킨다. In other words, the deformation occurring in the outer lining 110 due to the load is absorbed by the intermediate layer 130 composed of the duct-type damper 131 and the soft intermediate material 132 and is transmitted to the inner lining 140. minimize.

이에 따라, 상기 외부 라이닝(110)에서 변형이 발생하여도 상기 내부 라이닝(140) 및 터널 내부 구조물의 안전성을 해치지 않는다.Accordingly, even if deformation occurs in the outer lining 110, the safety of the inner lining 140 and the tunnel internal structure is not impaired.

한편, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조에서 원 형태의 덕트형 댐퍼를 나타내는 도면이고, 도 10은 도 9에 도시된 원 형태의 덕트형 댐퍼를 구체적으로 나타내는 도면이다.Meanwhile, Figure 9 is a diagram showing a circular duct-type damper in a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure according to an embodiment of the present invention, and Figure 10 specifically shows the circular duct-type damper shown in Figure 9. This is a drawing that represents.

도 9에서 도면부호 B로 도시된 덕트형 댐퍼(131)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 원 형태의 덕트형 댐퍼(131b)일 수 있다.The duct-type damper 131 shown by reference numeral B in FIG. 9 may be a circular duct-type damper 131b, as shown in FIG. 10 .

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조는 지진과 같은 동하중을 경험하는 터널의 전단변형 시 전단변형 흡수가 가능한 다층쉘로 형성된다.Accordingly, the ground shear strain absorbing multilayer shell tunnel structure according to an embodiment of the present invention is formed as a multilayer shell capable of absorbing shear strain when a tunnel experiences a dynamic load such as an earthquake.

이러한 다층쉘 터널 구조는 외부 라이닝(110)과 내부 라이닝(140) 및 그 사이에서 전단변형을 흡수하는 역할을 하는 중간층(130)으로 구성된다. This multi-layer shell tunnel structure is composed of an outer lining 110, an inner lining 140, and an intermediate layer 130 that serves to absorb shear deformation between them.

이때, 상기 외부 라이닝(110)에서 받은 지진과 같은 큰 하중에 대한 에너지 흡수 및 공기압 조절 기능을 하는 덕트형 댐퍼(131)와 부드러운 재질의 중간재(132)에서 경감시킨 후 상기 내부 라이닝(140)으로 전달함으로써, 터널 구조 전체 라이닝의 두께를 저감시킬 수 있고, 이에 따라, 터널 시공시 안전성을 향상시키고 공사비를 절감시킬 수 있다.At this time, a large load such as an earthquake received from the outer lining 110 is relieved by the duct-type damper 131, which functions to absorb energy and control air pressure, and the intermediate material 132 made of a soft material, and then is transferred to the inner lining 140. By delivering this, the thickness of the entire lining of the tunnel structure can be reduced, thereby improving safety during tunnel construction and reducing construction costs.

한편, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조가 전단병형을 흡수하는 것을 설명하기 위한 도면이다.Meanwhile, Figure 11 is a diagram for explaining that the ground shear strain absorbing multi-layer shell tunnel structure absorbs shear strain according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조는, 도 11에 도시된 바와 같이, 외부 라이닝(110)에 외력이 작용하여 외부 라이닝(110)의 전단변형이 발생하면, In the ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 11, when an external force acts on the outer lining 110 and shear deformation of the outer lining 110 occurs,

덕트형 댐퍼(131) 및 중간재(132)가 전단변형을 흡수할 수 있고, 이에 따라, 내부 라이닝(140)의 변형을 제어함에 따라 터널 내부 안정성을 확보할 수 있다.The duct-type damper 131 and the intermediate material 132 can absorb shear deformation, and thus, the stability inside the tunnel can be secured by controlling the deformation of the inner lining 140.

지진 등의 외력을 1차적으로 외부 라이닝(110)이 지지하면서 전단변형이 발생한다. 이때, 상기 외부 라이닝(110)은 변형을 다소 허용하는 구조로 형성되며, 상기 외부 라이닝(110)의 전단변형을 연질의 덕트형 댐퍼(131) 및 중간재(132)에서 흡수할 수 있다.Shear deformation occurs as the external lining 110 primarily supports external forces such as earthquakes. At this time, the outer lining 110 is formed in a structure that allows some degree of deformation, and the shear deformation of the outer lining 110 can be absorbed by the soft duct-type damper 131 and the intermediate material 132.

다시 말하면, 상기 외부 라이닝(110)에서의 변형을 중간층(130)에서 흡수하므로 상기 내부 라이닝(140)으로 전달되는 하중이 대폭 줄어들게 되며, In other words, since the deformation in the outer lining 110 is absorbed by the middle layer 130, the load transmitted to the inner lining 140 is greatly reduced,

이에 따라, 상기 내부 라이닝(140)의 변형이 제어되며 해저터널 내부 안정성을 확보할 수 있다.Accordingly, the deformation of the inner lining 140 is controlled and internal stability of the undersea tunnel can be secured.

또한, 상기 외부 라이닝(110)의 변형을 다소 허용하는 구조이므로, 상기 외부 라이닝(110)의 두께를 최소화할 수 있으며, 이에 따라, 터널 구조의 전체 라이닝 두께 및 굴착 단면적을 저감시킬 수 있다. In addition, since the structure allows for some deformation of the outer lining 110, the thickness of the outer lining 110 can be minimized, and thus the overall lining thickness and excavation cross-sectional area of the tunnel structure can be reduced.

이에 따라, 터널 전체의 라이닝 두께의 감소에 따라 터널 구조물의 비용뿐만 아니라 터널 굴착 단면도 저감되므로 경제적인 터널 설계 및 시공이 가능하다. Accordingly, as the lining thickness of the entire tunnel is reduced, not only the cost of the tunnel structure but also the tunnel excavation cross-section is reduced, enabling economical tunnel design and construction.

또한, 공기압 조절이 가능한 덕트형 댐퍼(131)을 적용함으로써 기존의 압력 저감을 위해 해저터널 등에서 적용하고 있는 추가 횡단 터널(압력 릴리프 덕트)이 불필요하다.In addition, by applying the duct-type damper 131 capable of controlling air pressure, there is no need for an additional transverse tunnel (pressure relief duct) used in undersea tunnels, etc. to reduce existing pressure.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조에 따르면, 하저터널이나 해저터널과 같은 터널 구조에서, Ultimately, according to the ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure according to an embodiment of the present invention, in tunnel structures such as undersea tunnels or undersea tunnels,

지반 전단변형을 흡수할 수 있도록 외부 라이닝, 중간층 및 내부 라이닝으로 이루어진 다층쉘을 형성함으로써 터널 라이닝을 슬림화시킬 수 있으며, The tunnel lining can be slimmed by forming a multi-layer shell consisting of an outer lining, a middle layer, and an inner lining to absorb ground shear deformation.

또한, 공기의 통기 역할을 함과 동시에 외부로부터 충격을 완충해주는 역할을 하는 덕트형 댐퍼를 설치함으로써 터널 내 공기압을 조절할 수 있고, 이에 따라, 열차 고속화가 가능해진다.In addition, by installing a duct-type damper that serves to ventilate the air and at the same time buffer shock from the outside, the air pressure in the tunnel can be adjusted, thereby making it possible to increase train speed.

[지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널의 시공방법][Construction method of ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel]

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널의 시공방법을 나타내는 동작흐름도이고, 도 13a 내지 도 13f는 각각 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널의 시공방법을 구체적으로 설명하기 위한 단면도들이다.Figure 12 is an operation flow chart showing the construction method of a ground shear deformation absorption type multi-layer shell tunnel according to an embodiment of the present invention, and Figures 13a to 13f are each a flow chart showing the construction method of a ground shear deformation absorption type multi-layer shell tunnel according to an embodiment of the present invention. These are cross-sectional drawings to explain the construction method in detail.

도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널의 시공방법은, 먼저, 터널 시공을 위해 지반(200)을 굴착한다(S110). Referring to FIG. 12, in the construction method of a ground shear strain absorbing multi-layer shell tunnel according to an embodiment of the present invention, first, the ground 200 is excavated for tunnel construction (S110).

구체적으로, 도 13a에 도시된 바와 같이, 하저터널 또는 해저터널과 같은 터널의 시공을 위해 지반(200)을 NATM(New Astrian Tunnelling Method) 또는 TBM(Tunnel Boring Machine) 방식으로 굴착하며, 장거리 해저터널인 경우 TBM(Tunnel Boring Machine) 방식으로 굴착하는 것이 바람직하다. 이때, 터널의 단면은 원형인 것으로 도시되었지만, 마제형일 수도 있다.Specifically, as shown in Figure 13a, the ground 200 is excavated using the New Astrian Tunneling Method (NATM) or Tunnel Boring Machine (TBM) method for the construction of a tunnel such as an undersea tunnel or an undersea tunnel, and a long-distance undersea tunnel In this case, it is preferable to excavate using the TBM (Tunnel Boring Machine) method. At this time, the cross-section of the tunnel is shown as being circular, but it may also be horse-shaped.

다음으로, 지반(200) 굴착면에 세그먼트를 조립하여 외부 라이닝(110)을 형성한다(S120). Next, the segments are assembled on the excavated surface of the ground 200 to form the external lining 110 (S120).

구체적으로, 도 13b에 도시된 바와 같이, 상기 외부 라이닝(110)은 고수압 및 토압에 의한 하중과 지진의 외력으로 인한 하중을 1차적으로 지지하되, 파괴 및 손상이 발생하지 않는 한도 내에서 변형을 최대로 허용하는 재질로 형성된다. Specifically, as shown in Figure 13b, the outer lining 110 primarily supports the load due to high water pressure and earth pressure and the external force of earthquake, but is deformed within the limit without destruction or damage. It is made of a material that allows maximum.

예를 들면, 상기 외부 라이닝(110)은 급속 시공을 위해 다수의 콘크리트 세그먼트를 조립하여 형성할 수 있다.For example, the outer lining 110 can be formed by assembling multiple concrete segments for rapid construction.

다음으로, 도 13c에 도시된 바와 같이, 상기 외부 라이닝(110) 내주면에 방수막을 설치한다(S130). Next, as shown in FIG. 13C, a waterproof membrane is installed on the inner peripheral surface of the outer lining 110 (S130).

다음으로, 덕트형 댐퍼(131) 및 중간재(132)로 이루어진 중간층(130)을 형성한다(S140). Next, an intermediate layer 130 consisting of a duct-type damper 131 and an intermediate material 132 is formed (S140).

구체적으로, 도 13d에 도시된 바와 같이, 상기 중간층(130)은, Specifically, as shown in FIG. 13D, the middle layer 130 is,

동하중에 의한 전단변형에 의한 최대 인장 및 압축 변형을 흡수할 수 있는 위치에 내부 라이닝(140)을 따라 종방향으로 설치되는 덕트형 댐퍼(131); 및 상기 외부 라이닝(110)과 내부 라이닝(140) 사이의 공간을 충전하는 중간재(132)를 포함할 수 있다. A duct-type damper 131 installed longitudinally along the inner lining 140 at a position capable of absorbing maximum tensile and compressive deformation due to shear deformation due to dynamic load; And it may include an intermediate material 132 that fills the space between the outer lining 110 and the inner lining 140.

이때, 상기 덕트형 댐퍼(131)는 상기 외부 라이닝(110)으로부터 전달되는 변형을 저감하도록 상기 외부 라이닝(110) 및 상기 내부 라이닝(140)의 변형이 최대로 발생하는 위치에 복수 개 설치되며, At this time, a plurality of duct-type dampers 131 are installed at positions where maximum deformation of the outer lining 110 and the inner lining 140 occurs to reduce the deformation transmitted from the outer lining 110,

상기 덕트형 댐퍼(131)는 그 단면 형상에 따라 사각 형태의 덕트형 댐퍼(131a) 또는 원 형태의 덕트형 댐퍼(131b)일 수 있다. The duct type damper 131 may be a square duct type damper 131a or a circular duct type damper 131b depending on its cross-sectional shape.

또한, 상기 중간재(132)는 상기 외부 라이닝(110)으로부터 전달되는 하중 및 지진 등에 의한 충격을 저감하도록 방수 기능을 갖는 연질 재료로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, the intermediate material 132 is preferably made of a soft material with a waterproof function to reduce the load transmitted from the outer lining 110 and shock due to earthquakes.

다음으로, 상기 중간층(130) 내주면에 내부 라이닝(140)을 형성한다(S150). 구체적으로, 도 13e에 도시된 바와 같이, 상기 내부 라이닝(140)은 상기 중간층(130)의 내주면에 형성되어 유입수로 인한 부식 문제 없이 터널 내부 구조물을 보호하며, 무부식 및 무시공이음으로 터널 내부로의 유입수를 차단할 수 있다.Next, an internal lining 140 is formed on the inner peripheral surface of the intermediate layer 130 (S150). Specifically, as shown in Figure 13e, the internal lining 140 is formed on the inner peripheral surface of the intermediate layer 130 to protect the structure inside the tunnel without corrosion problems caused by inflow water, and is a corrosion-free and non-porous joint inside the tunnel. The inflow of water into the furnace can be blocked.

다음으로, 상기 내부 라이닝(140)과 덕트형 댐퍼(131)를 연통시켜 공기순환구(160)를 형성한다(S160). Next, the inner lining 140 and the duct-type damper 131 are communicated to form an air circulation port 160 (S160).

구체적으로, 도 13f에 도시된 바와 같이, 상기 공기 순환구(160)는 터널 내부 공기압 조절 및 공기 순환을 위해 외부 공기 순환구로 연결되도록 상기 중간층(130)의 덕트형 댐퍼(131)와 상기 내부 라이닝(140)을 연통시켜 형성된다.Specifically, as shown in FIG. 13F, the air circulation port 160 is connected to the duct-type damper 131 of the middle layer 130 and the inner lining to be connected to the external air circulation port for air pressure control and air circulation inside the tunnel. It is formed by connecting (140).

본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널의 시공방법에 따르면, 터널 굴착단면 감소를 통해 건설비용을 절감시킬 수 있고, 터널 내부 구조물의 안전성 및 유지보수성을 향상시킬 수 있으며, According to the construction method of a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel according to an embodiment of the present invention, construction costs can be reduced by reducing the tunnel excavation cross-section, and the safety and maintainability of the tunnel internal structure can be improved,

또한, 대부분의 해저터널에서 적용하고 있는 압력 릴리프 덕트를 배제함으로써 해저터널 시공시 안전성을 향상시키고 시공비용을 절감시킬 수 있고, 해저터널 등 초장대 터널 건설시 환기구 간격을 최대한 넓게 형성함으로써 건설비용을 절감시킬 수 있다.In addition, by excluding the pressure relief duct used in most undersea tunnels, safety can be improved and construction costs can be reduced during undersea tunnel construction, and construction costs can be reduced by making the ventilation gap as wide as possible when constructing ultra-long tunnels such as undersea tunnels. It can be reduced.

결국, 본 발명의 실시예에 따른 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널의 시공방법은, 환기구 설치가 어려운 장거리 해저터널의 시공에 적용할 수 있고, In the end, the construction method of the ground shear strain absorbing multi-layer shell tunnel according to the embodiment of the present invention can be applied to the construction of long-distance undersea tunnels where it is difficult to install ventilation holes,

또한, 대륙철도 등 장거리 해저터널 등 지반조건이 불리한 구간에서의 터널 시공에 적용할 수 있다.In addition, it can be applied to tunnel construction in sections with unfavorable ground conditions, such as long-distance undersea tunnels such as continental railways.

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.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.

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.The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

100: 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조
200: 지반
110: 외부 라이닝 120: 방수막
130: 중간층
131: 덕트형 댐퍼 132: 중간재
131a: 사각 형태의 덕트형 댐퍼 131b: 원 형태의 덕트형 댐퍼
140: 내부 라이닝
150: 배수 유도로 160: 공기 순환구
100: Ground shear deformation absorption type multi-layer shell tunnel structure
200: Ground
110: outer lining 120: waterproof membrane
130: middle layer
131: Duct type damper 132: Intermediate material
131a: Square-shaped duct-type damper 131b: Circular-shaped duct-type damper
140: inner lining
150: drainage induction channel 160: air circulation port

Claims (17)

터널굴착 내주면에 형성되어 터널에 가해지는 하중을 1차적으로 지지하는 외부 라이닝(110);
덕트형 댐퍼(131) 및 중간재(132)로 이루어지고, 상기 외부 라이닝(110)으로부터 전달되는 하중 및 변형을 흡수하여 내부 라이닝(140)을 보호하도록 상기 외부 라이닝(110)의 내주면에 형성되는 중간층(130);
상기 중간층(130)의 내주면에 형성되어 유입수로 인한 부식 문제 없이 터널 내부 구조물을 보호하는 내부 라이닝(140); 및
터널 내부 공기압 조절 및 공기 순환을 위해 외부 공기 순환구로 연결되도록 상기 중간층(130)의 덕트형 댐퍼(131)와 상기 내부 라이닝(140)을 연통시켜 형성되는 공기 순환구(160);를 포함하되,
상기 외부 라이닝(110), 중간층(130) 및 내부 라이닝(140)이 다층쉘을 형성하며; 상기 덕트형 댐퍼(131)는 상기 외부 라이닝(110)으로부터 전달되는 하중을 저감시켜 지반 전단변형을 흡수하는 댐핑 역할을 하는 것을 특징으로 하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조.
An external lining (110) formed on the inner peripheral surface of tunnel excavation to primarily support the load applied to the tunnel;
An intermediate layer made of a duct-type damper 131 and an intermediate material 132 and formed on the inner peripheral surface of the outer lining 110 to absorb the load and deformation transmitted from the outer lining 110 and protect the inner lining 140. (130);
An internal lining 140 formed on the inner peripheral surface of the intermediate layer 130 to protect the tunnel internal structure without corrosion problems caused by inflow water; and
An air circulation port 160 formed by communicating the duct-type damper 131 of the middle layer 130 and the inner lining 140 to be connected to an external air circulation port for air pressure control and air circulation inside the tunnel,
The outer lining 110, middle layer 130, and inner lining 140 form a multilayer shell; The duct-type damper 131 is a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure, characterized in that it plays a damping role in absorbing ground shear deformation by reducing the load transmitted from the external lining 110.
제1항에 있어서,
상기 외부 라이닝(110)은 고수압 및 토압에 의한 하중과 지진의 외력으로 인한 하중을 1차적으로 지지하되, 파괴 및 손상이 발생하지 않는 한도 내에서 변형을 최대로 허용하는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조.
According to paragraph 1,
The outer lining 110 primarily supports the load due to high water pressure and earth pressure and the external force of earthquake, but is formed of a material that allows maximum deformation within the limit without destruction or damage. A ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure.
제1항에 있어서, 상기 중간층(130)은,
동하중에 의한 전단변형에 의한 최대 인장 및 압축 변형을 흡수할 수 있는 위치에 내부 라이닝(140)을 따라 종방향으로 설치되는 덕트형 댐퍼(131); 및
상기 외부 라이닝(110)과 내부 라이닝(140) 사이의 공간을 충전하는 중간재(132)를 포함하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조.
The method of claim 1, wherein the middle layer 130 is:
A duct-type damper 131 installed longitudinally along the inner lining 140 at a position capable of absorbing maximum tensile and compressive deformation due to shear deformation due to dynamic load; and
A ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure including an intermediate material (132) that fills the space between the outer lining (110) and the inner lining (140).
제3항에 있어서,
상기 덕트형 댐퍼(131)는 상기 외부 라이닝(110)으로부터 전달되는 변형을 저감하도록 상기 외부 라이닝(110) 및 상기 내부 라이닝(140)의 변형이 최대로 발생하는 위치에 복수 개 설치되는 것을 특징으로 하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조.
According to paragraph 3,
The duct-type damper 131 is characterized in that a plurality of duct-type dampers 131 are installed at positions where maximum deformation of the outer lining 110 and the inner lining 140 occurs to reduce the deformation transmitted from the outer lining 110. A multi-layer shell tunnel structure that absorbs ground shear deformation.
제3항에 있어서,
상기 덕트형 댐퍼(131)는 그 단면 형상에 따라 사각 형태의 덕트형 댐퍼(131a) 또는 원 형태의 덕트형 댐퍼(131b)인 것을 특징으로 하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조.
According to paragraph 3,
The duct-type damper 131 is a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure, characterized in that it is a square-shaped duct-type damper 131a or a circular duct-type damper 131b depending on its cross-sectional shape.
제3항에 있어서,
상기 중간재(132)는 상기 외부 라이닝(110)으로부터 전달되는 하중 및 지진 등에 의한 충격을 저감하도록 방수 기능을 갖는 연질 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조.
According to paragraph 3,
The intermediate material 132 is a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure, characterized in that it is formed of a soft material with a waterproof function to reduce the load transmitted from the external lining 110 and shock due to earthquakes.
제1항에 있어서,
상기 내부 라이닝(140)은 무부식 및 무시공이음으로 터널 내부로의 유입수를 차단하는 것을 특징으로 하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조.
According to paragraph 1,
The internal lining 140 is a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure, characterized in that it blocks inflow into the tunnel through non-corrosion and non-porous joints.
제1항에 있어서,
방수를 위해 상기 외부 라이닝(110)의 내주면에 설치되는 방수막(120)을 추가로 포함하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조.
According to paragraph 1,
A ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure further comprising a waterproofing membrane 120 installed on the inner peripheral surface of the external lining 110 for waterproofing.
a) 터널 시공을 위해 지반(200)을 굴착하는 단계;
b) 상기 지반(200) 굴착면에 세그먼트를 조립하여 외부 라이닝(110)을 형성하는 단계;
c) 상기 외부 라이닝(110) 내주면에 방수막을 설치하는 단계;
d) 덕트형 댐퍼(131) 및 중간재(132)로 이루어진 중간층(130)을 상기 외부 라이닝(110)의 내주면에 형성하는 단계;
e) 상기 중간층(130) 내주면에 내부 라이닝(140)을 형성하는 단계; 및
f) 상기 내부 라이닝(140)과 덕트형 댐퍼(131)를 연통시켜 공기순환구(160)를 형성하는 단계;를 포함하되,
상기 외부 라이닝(110), 중간층(130) 및 내부 라이닝(140)이 다층쉘을 형성하며; 상기 c) 단계의 덕트형 댐퍼(131)는 상기 외부 라이닝(110)으로부터 전달되는 하중을 저감시켜 지반 전단변형을 흡수하는 댐핑 역할을 하는 것을 특징으로 하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조의 시공방법.
a) excavating the ground 200 for tunnel construction;
b) forming an external lining 110 by assembling segments on the excavated surface of the ground 200;
c) installing a waterproof membrane on the inner peripheral surface of the outer lining (110);
d) forming an intermediate layer 130 made of a duct-type damper 131 and an intermediate material 132 on the inner peripheral surface of the outer lining 110;
e) forming an inner lining 140 on the inner peripheral surface of the intermediate layer 130; and
f) forming an air circulation port 160 by communicating the inner lining 140 and the duct-type damper 131;
The outer lining 110, middle layer 130 and inner lining 140 form a multi-layer shell; Construction of a ground shear strain absorbing multi-layer shell tunnel structure, wherein the duct type damper 131 in step c) plays a damping role to absorb ground shear deformation by reducing the load transmitted from the external lining 110. method.
제9항에 있어서,
상기 a) 단계의 터널은 하저터널 또는 해저터널인 것을 특징으로 하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조의 시공방법.
According to clause 9,
A method of constructing a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure, characterized in that the tunnel in step a) is an underwater tunnel or an underwater tunnel.
제9항에 있어서,
상기 b) 단계의 외부 라이닝(110)은 고수압 및 토압에 의한 하중과 지진의 외력으로 인한 하중을 1차적으로 지지하되, 파괴 및 손상이 발생하지 않는 한도 내에서 변형을 최대로 허용하는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조의 시공방법.
According to clause 9,
The outer lining 110 in step b) is made of a material that primarily supports the load due to high water pressure and earth pressure and the external force of earthquakes, but allows maximum deformation within the limit without destruction or damage. A construction method for a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure, characterized in that it is formed.
제9항에 있어서, 상기 d) 단계의 중간층(130)은,
동하중에 의한 전단변형에 의한 최대 인장 및 압축 변형을 흡수할 수 있는 위치에 내부 라이닝(140)을 따라 종방향으로 설치되는 덕트형 댐퍼(131); 및
상기 외부 라이닝(110)과 내부 라이닝(140) 사이의 공간을 충전하는 중간재(132)를 포함하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조의 시공방법.
The method of claim 9, wherein the intermediate layer 130 in step d) is,
A duct-type damper 131 installed longitudinally along the inner lining 140 at a position capable of absorbing maximum tensile and compressive deformation due to shear deformation due to dynamic load; and
A method of constructing a ground shear strain absorbing multi-layer shell tunnel structure including an intermediate material (132) that fills the space between the outer lining (110) and the inner lining (140).
제12항에 있어서,
상기 덕트형 댐퍼(131)는 상기 외부 라이닝(110)으로부터 전달되는 변형을 저감하도록 상기 외부 라이닝(110) 및 상기 내부 라이닝(140)의 변형이 최대로 발생하는 위치에 복수 개 설치되는 것을 특징으로 하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조의 시공방법.
According to clause 12,
The duct-type damper 131 is characterized in that a plurality of duct-type dampers 131 are installed at positions where maximum deformation of the outer lining 110 and the inner lining 140 occurs to reduce the deformation transmitted from the outer lining 110. Construction method of ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure.
제12항에 있어서,
상기 덕트형 댐퍼(131)는 그 단면 형상에 따라 사각 형태의 덕트형 댐퍼(131a) 또는 원 형태의 덕트형 댐퍼(131b)인 것을 특징으로 하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조의 시공방법.
According to clause 12,
The construction method of the ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure, characterized in that the duct-type damper 131 is a square-shaped duct-type damper 131a or a circular duct-type damper 131b depending on its cross-sectional shape.
제12항에 있어서,
상기 중간재(132)는 상기 외부 라이닝(110)으로부터 전달되는 하중 및 지진 등에 의한 충격을 저감하도록 방수 기능을 갖는 연질 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조의 시공방법.
According to clause 12,
The intermediate material 132 is a construction method of a ground shear strain absorbing multi-layer shell tunnel structure, characterized in that the intermediate material 132 is formed of a soft material with a waterproof function to reduce the load transmitted from the external lining 110 and shock due to earthquakes.
제9항에 있어서,
상기 e) 단계의 내부 라이닝(140)은 상기 중간층(130)의 내주면에 형성되어 유입수로 인한 부식 문제 없이 터널 내부 구조물을 보호하며, 무부식 및 무시공이음으로 터널 내부로의 유입수를 차단하는 것을 특징으로 하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조의 시공방법.
According to clause 9,
The inner lining 140 in step e) is formed on the inner peripheral surface of the intermediate layer 130 to protect the inner structure of the tunnel without corrosion problems caused by inflow water, and to block inflow water into the tunnel through non-corrosion and non-porous joints. A construction method for a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure.
제9항에 있어서,
상기 f) 단계의 공기 순환구(160)는 터널 내부 공기압 조절 및 공기 순환을 위해 외부 공기 순환구로 연결되도록 상기 중간층(130)의 덕트형 댐퍼(131)와 상기 내부 라이닝(140)을 연통시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 지반 전단변형 흡수형 다층쉘 터널 구조의 시공방법.
According to clause 9,
The air circulation port 160 in step f) is formed by communicating the duct-type damper 131 of the middle layer 130 with the inner lining 140 to be connected to the external air circulation port for air pressure control and air circulation inside the tunnel. A construction method for a ground shear deformation absorbing multi-layer shell tunnel structure, characterized in that:
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미국 등록특허번호 제4,657,435호(등록일: 1987년 4월 14일), 발명의 명칭: "해저 터널구조(Underwater Tunnel Construction)"
유럽 공개특허번호 EP3945164A1(공개일: 2022년 2월 2일), 발명의 명칭: "해저 교통터널(Underwate Traffic Tunnel)"

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