KR850000535B1

KR850000535B1 - 시일드터널 굴진방법

Info

Publication number: KR850000535B1
Application number: KR1019810001944A
Authority: KR
Inventors: 도시오 아께사까
Original assignee: 가부시기 가이샤 이세끼 가이하쓰 고오기; 구로세 요시히도
Priority date: 1980-06-30
Filing date: 1981-06-01
Publication date: 1985-04-17
Also published as: DE3170101D1; MY8700215A; MX152904A; EP0042993A1; CA1173465A; EP0042993B1; GB2079349B; US4406498A; GB2079349A; KR830006564A; BR8104121A; HK43585A

Abstract

내용 없음.

Description

시일드터널 굴진방법

제1도는 본 발명에 관한 시일드터널 굴진장치의 종단면도.

제2도는 제1도에 표시한 장치의 정면도.

제3도는 제1도의 선 3-3에 따라서 얻은 횡단면도.

제4도는 본 발명의 관추진용 시일드터널 굴진장치에 적용한 예를 표시하는 종단면도.

제5도는 제4도의 선 5-5에 따라서 얻은 정면도.

제6도는 제4도의 선 6-6에 따라서 얻은 횡단면도.

제7도는 제6도의 선 7-7에 따라서 얻은 단면도.

제8도는 스포우크의 회전과 압력과의 관계를 안전적으로 포시하는 도면.

제9도는 변형예를 표시하는 제6도와 같은 횡단면도.

본 발명은 시일드터널 굴진방법에 관한 것으로서, 특히 절벽지반에 있어서 토압 및 지하수압과 평형하는 압력을 절벽에 이 절벽의 붕괴를 방지하면서 굴진하는 시일드터널 굴진방법에 관한 것이다. 터널을 굴진하기 위해서 절벽의 붕괴를 방지하는 방법의 하나로서 벤트나이트슬러리와 같은 이수(泥水)를 사용하여 절벽을 가압하는 방법이 있다. 또 다른 방법의 하나로 절벽으로 부터 생긴 돌가루를 사용하여 절벽을 가압하는 방법이 있다. 전자의 방법은 지하수에 대해서는 유효하게 대치할수가 있으나 사질지반(砂質地搬)과 같이 특수성이 높은 지반에서는 절벽 토압에 대항하여 그 자립(自立)을 도모하기는 곤란하였다.

또 후자의 방법은 지하수위의 높은 지반에 있어서는 수압에 대항하는 것이 곤란하였다. 본 발명의 목적은 따라서 이와 같은 종래의 방법의 결점을 시정하기 위해서 절벽지반의 토질이나 지하수위의 고저에 구애되지 않고 절벽지반의 토압 및 수압의 쌍방에 대향하여 절벽의 안전을 도모하면서 터널을 굴진하는 방법을 제공함에 있다.

본 발명자가 달성한 절벽안전에 관한 이론에 의하면 절벽의 굴착에 의해서 발생한 돌가루를 직접 절벽에 눌러붙어서 돌가루의 압력과 절벽의 토압을 서로 평형케 하므로서 절벽에 자연상태하의 지반에서 볼수있는 것과 같은 안정을 얻을수가 있고 한편 지하수에 대해서는 지하수압과 평형하는 압력의 액체를 이지하수에 대항시켜서 지하수의 유동을 지지하므로서 지하수를 자연상태에서와 같은 조건하에 유지할 수가 있다.

절벽지반에서의 토압과 수압에 대해서 전손한 바와 같은 평형관계에 있는 압력의 돌가루 및 액체를 이용하므로서 절벽의 안정을 지극히 합리적으로 유지 할 수가 있다. 따라서 지하수를 뽑아내는 일없이 또한 이것을 유동시키지 않고 돌가루만을 들어내면은 절벽의 안전을 손상하지 않고 터널을 안전하고 능율적으로 굴진할 수가 있다.

본 발명은 위와 같은 이론에 따라서 시일드터널 굴진방법을 개선하고 앞서 기술한 목적을 달성토록 하는 것이다. 본 발명에 의하면 간막이벽에 설치한 돌가루 수입구(受入口)를 개폐하는 덮개체에 미리 절벽지반의 주동토압(主動土壓)보다 크고, 또 수동토압(受動土壓) 보다 작은 소정의 압력을 가하고, 절벽과 이것에 이어지는 굴착토사가 간막이벽에 의해서 압압력을 받아서 이 간막이벽과 그 개구부에 마련된 덮개체에 미치는 반동력이 소정압력값을 넘었을 때에만 돌가루가 간막이벽 후방의 액체가 충만된 돌가루실내에 받아들여져서 이것에 의해 배출된 로사량에 상당하는 압력강하가 간막이 벽 전방에 발생하여서 소정압력 이하에 도달할즈음, 돌가루 수입구를 덮개체가 다시 폐쇄된다.

그 사이 지하수압과 돌가루실내의 액체의 압력이 서로 평형되어 있으므로서 지하수의 유동은 없다. 따라서 실질적으로 간막이 전방의 토사의 충진도를 희박하게 하지 않고, 또 지하수압의 저하를 발생하는 일이 없어 즉 절벽에 대한 압압력의 실질적인 강하없이 굴진과 토사의 배출을 행할 수가 있다. 그 사이 시일드 본체는 항상 추진방향으로 압압시켜 놓을수가 있어 이것에 특별한 추진제어를 가할 필요는 없다. 따라서 절벽의 붕괴를 방지하면서 시일드 본체를 추진시키며 또 굴착토사의 간막이벽 전방에서의 압력상승에 따라서 덮개체가 돌가루 수입구를 개방하고 소정압력으로의 압력강하에 수반하여 덮개체가 돌가루 수입구를 폐쇄하도록 덮개체를 작동시키므로서 시일드터널의 굴진을 자동화시키는 것이 대단히 용이하게 한다. 또한 본 발명에 의하면 토사에 혼입하는 작은 돌은 간막이벽의 뒤쪽에 마련된 액체가 충만하는 파쇄 실내에 들어가서 파쇄로우터에 의해서 가해지는 타격력을 받아서 파쇄되고 이 파쇄실의 하부로부터 방출된다.

돌가루 수입구는 간막이벽의 상부에 마련되며 파쇄실안에 들어간 작은 돌은 로우터를 향하여 낙하하여 여기서 앞에서와 같이 로우터의 파쇄력을 받는다. 본 발명의 특징을 도시한 실시예에 따른 다음의 설명에 의해 더욱 명확하게 된다.

제1도에 표시함과 같이 시일드터널 굴진장치의 시일드본체(10)는 추진용 잭(jack)(11)을 갖추며, 또 전단부(12)로 부터 얼마간 후방으로 떨어진 위치에서 이 시일드본체 내부를 횡단하는 간막이벽(14)을 갖춘다. 간막이벽(14)은 그 상부에는 나중에 설명하는 돌가루 수입구(16)를 가진다. 이 개구부(16)의 주연부에는 비트 또는 스크레이퍼(17)가 부착되어 있다. 간막이벽(14)의 중앙부에는 베어링(18)이 설치되어 있고 또 간막이벽(14)의 후방에 이것과 대체로 평행으로 배치되어 시일드 본체(10)에 지지된 벽부재(20)에 베어링(22)이 설치되어 있다. 두 베어링(18)(22)은 일단에 스포우크형의 커터해드(24)가 부착된 회전축(26)을 지지하고 있다.

커터헤드(24)는 절벽과 간막이벽과의 사이에 돌가루를 차단하지 않고 개재시킬 수가 있다. 회전축(26)의 타단에는 메인기어(28)가 키이(27)를 개재시켜서 고정되어 있고, 이 메인기어(28)는 기어(30) 및 감속장치(도시않음)를 개재해서 가역모우터(32)에 연결되어 있다. 기어(28)(30)의 벽부재(20)에 부착된 케이스(31) 내에 수용되고 있다. 커터헤드(24)는 회전축(26)의 축단에 감합되고 또한 키이(33)를 개재해서 고정된 보스부(34)로 부터 삼방향으로 뻗는 스포우크(36)를 갖추고 있다.

제2도에 표시함과 같이 각 스포우크의 전면에는 다수의 우회전용 비트(38)와 좌회전용 비트(40)가 부착되어 있다. 또 전손한 회전축단에 감합된 캡(42)에는 센터커터(44)가 설치되어 있다. 각 스포우크(36)의 뒷편에는 굴착토사의 교반날개로서 쓰여지는 리브(45)가 설치되어 있다.

벽부재(20), 간막이벽(14) 및 이들 사이의 부재(46)는 간막이벽의 뒷편에 항상 액체가 채워져 있는 돌가루실(48)을 형성하는 케이스(49)를 구성한다. 간막이벽(14)에 설치된 수입구(16)는 이 돌가루실(48)의 돌가루 수입구(16)이며, 이 돌가루 수입구는 덮개체(50)에 의해서 개폐된다.

덮개체(50)는 벽부재(20)에 부착된 복동액압(複動液壓) 피스턴, 실린더 장치로 이루어지며 작동장치(52)의 피스턴로드(54)에 연결되어 있다. 작동장치(52)에는 덮개체(50)가 통상 돌가루 수입구(16)를 폐쇄하고 있도록 피스턴을 그 실린더내의 정위치에 머물도록 선택 가능하게 설정된 소정의 액압력을 실린더내에 도입하는 액압회로(도시않음)가 접속되어 있다.

이것에 의해 절벽과 간막이벽(14)과의 사이를 처우는 돌가루의 압력이 절벽의 붕괴를 방지할 수가 있는 압력 즉 절벽지반의 주동토압보다 크고 또 수동토압보다 작은 압력범위내에 있는 소정의 압력이하인 한 덮개체(50)는 돌가루 수입구(16)를 계속 폐쇄한다.

한편 돌가루의 압력이 전손한 소정의 압력을 초과하면은 덮개체(50)는 돌가루에 압압되어 돌가루 수입구(16)를 열고 돌가루의 침입을 허용한다. 돌가루가 돌가루실(48)에 들어가므로서 돌가루의 압력이 전술한 소정압력 값으로 강하하면은 작동장치(52)는 즉시 덮개체(50)를 폐쇄위치로 다시 밀어붙여서 돌가루 수입구(16)를 폐쇄케한다. 이 돌가루의 압력의 변동에 따라서 돌가루수입구(16)를 개폐하고 압력상승에 의한 개방시에만 돌가루를 간막이벽 후방의 액체로 채워진 돌가루실(48)에 넣어서, 이것을 그돌가루실(48)의 하부 즉 케이스부재(46)에 설치된 돌가루 반출관(56)을 거쳐서 돌가루실(48) 밖으로 방출한다.

이것에 의해 돌가루의 배출이 간막이벽(14)에 의한 돌가루 압압력에 현저한 변동을 발생시키지는 않으며 따라서 돌가루 반출을 절벽의 붕괴를 초래하지 않고 행할 수가 있다. 돌가루가 작은 돌이혼합된 토사인 경우에 적합하도록 돌가루실(48)을 그 내부에 파쇄시설을 갖춘 파쇄실로 할수가 있다.

이 경우에 회전축(26)에는 파쇄치(齒)(58)를 갖춘로우터(60)가 키이(62)에 의해서 고정된다. 또 로우터(60)를 둘러쌓는 케이스(49)를 구성하는 벽부재(20)(46)를 파쇄충격에 견디는 충분한 두께의 것으로 한다. 그외에 작은 돌 파쇄효과를 높이기 위해서 제3도에 표시함과 같이 회전축(26)의 축선과 로우터(60)의 축선과의 사이에 편심량(e)을 두고 또 필요하다면은 케이스(47)의 내벽면에 파쇄치(58)를 갖춘 라이너(도시안됨)을 설치한다. 돌가루실(48)을 단순한 굴착토사 때문의 돌가루실(48)로 하는 경우 돌가루실(48)을 구성하는 케이스(49)를 제1도에 표시함과 같이 회전축(26)을 수용토록 배치할 필요는 없다.

그러나, 돌가루실(48)에 파쇄수단을 갖춘 파쇄실로서 구성하는 경우 로우터(60)를 회전축(26) 위에 설치하고 이 로우터를 높은 토오크로 구동시키는 것이 유리하며, 따라서 도시한 바와 같이 회전축(26) 및 이것에 편심적으로 부착된 로우터(60)를 둘러쌓는 파쇄실을 케이스(49)에 의해서 구성하는 것이 바람직하다.

이 구조는 또 로우터 때문에 특별한 구동원 또는 도시된 가역모우터(32)으로 부터의 특별한, 진동장치를 배제하여 장치 전체의 구조를 단순화하는데에도 유리하다. 본 발명에 따라서 항상 돌가루실(48)을 액체로서 채우기 때문에 이 돌가루실의 윗부분에 개구부(64)를 가진 액체공급판(66)이 청수(淸水), 이수(泥水)등의 액체를 돌가루실내에 도입한다. 이 액체에 돌가루실 내에 주입한 토사 또는 파쇄가 끝난 작은 돌을 포함하는 토사를 합쳐서 돌가루 반출관(56)을 거쳐서 유체 수송방식으로 돌가루실(48) 밖으로 반출할 때에는 돌가루실(48)에 액체가 보충된다. 벤트나이트 수용액과 같은 액상의 골재를 간막이벽(14)의 전면의 일부에 공급하고 이것에 의해 그 간막이벽과 돌가루와의 사이에 작용하는 마찰력은 감하게 하므로서 커터헤드(24)의 구동로오크에 대한 저항을 감소시킬 수가 있다.

그 때문에 간막이벽(14)의 하부에 복수의 통공(14a)을 설치하고 그 배후에 액조(14b)를 설치하여, 이 액조(14b)에 도관(14c)으로 골재를 공급한다. 제4도에 표시하는 관추진용의 시일드터널 굴진장치의 시일드 본체(110)는 헤드부(110a) 및 테일부(110b)를 이루어지 며헤드부는 테일부에 시일(111a)에 의해서 액밀적으로 또 네개의 방향수정용 액압잭(111b)에 의해서 요동이 가능토록 연결되어 있다. 시일드 본체(111b)는 테일부(110)에 설치된 추진잭(도시않음)의 작동에 의해 추진된다.

시일드 본체(110)는 그 전단부(112)로 부터 얼마간 후방으로 떨어진 위치에서 이 시일드 본체 내부를 횡단하는 간막이벽을 갖춘다. 간막이벽(114)은 그 상부에는 뒤에 설명하는 돌가루를 수입하는 두개의 수입구(116)(제6도)를 가진다. 간막이벽(114)의 중앙부에는 베어링(118)이 설치되어 있다. 이 베어링(118)은 간박이벽(114)의 후방에 이것과 대체로 평행으로 배치되며, 그리고 시일도 본체(110)에 부착된 고정벽(120)까지 뻗쳐서 그 고정벽에 고정된다. 베어링(118)은 일단에 스포우크형의 커터헤드(124)가 부착된 회전축(126)을 지지하고 있다.

커터헤드(124)는 골착한 토사의 후방으로의 자유로운 통과를 방해하거나 제한하는 일은 없고 절벽과 간막이벽(114)과의 사이에 돌가루를 차단하지 않고 개재시킬 수가 있다. 회전축(126)의 타단은 고정벽(120)에 장착된 감속기(128)에 연결되고 모우터(130)로 부터 구동력을 받는다. 커터헤드(124)는 회전축(126)의 축단에 감합되어서 고정된 보스부(132)로 부터 세방향으로 뻗는 스포우크(134)를 장비한다.

제5도에 표시하는 것처럼 각 스포우크의 전면에는 다수의 비트(136)가 부착되어 있다. 또 회전축(126)의 단부에 감합된 캡(138)에는 쎈터커터(140)가 설치되어 있다. 또한 각스포우크의 후면에 비트(도시않음)를 설치할 수도 있다. 각 스포우크(134)는 굴착토사의 교반날개로서도 기능을 발휘할 수 있다. 간막이벽(114)과 고정벽(120)과는 그 사이에 돌가루실(142)을 형성한다. 돌가루실(142)은 송급파이프(143)에 의해서 공급되는 액체에 의해서 항상 채워져있다. 수입구(116)로 부터 이 돌가루실(142)에 유입하는 돌가루는 돌가루실(142)에 송급파이프(143)에 의해서 공급되는 청수 또는 이수에 혼입되고 이것과 같이 배출파이프(144)를 거쳐서 돌가루실 밖으로 배출된다.

절벽지반의 지하수는 그 압력이 돌가루실(142) 매의 액체의 압력과 평형하므로서 유동하지 않고 배출되지 않는다. 수입구(116)는 제6도 및 제7도에 표시함과 같이 베어링(118)으로 부터 윗편으로 돌출설치된 지지부재(146)를 사이에 끼고 좌, 우에 각각 하나씩 설치되어 있다. 각 개구는 부채형의 형상을 가진다. 두개의 수입구(116)에는 덮개체(148)(149)가 이것을 개폐하기 위해서 각각 배치되어져 있다.

덮개체(148)(149)는 각각 지지부재(146)와 시일드 본체(110)에 제각기 설치된 브래킷(142)(154) 사이에 뻗치는 축(155)에 베어링(156)을 개재해서 회동이 가능하게 지지되어 있다. 축(155)과 간막이벽(114)의 수입구의 연부(158)와는 평행으로 배치되는 것이 바람직하다. 이것에 의해 후술하는 바와 같이 돌가루에 의해 덮개체(148)(149)가 개방될 때에 덮개체에 미치는 힘이 평형한다. 덮개체(148)(149)의 하나하나는 고정벽(120)에 부착된 복수의 액압피스턴, 실린더 장치로서 이루어지는 덮개체를 위한 작동장치(160)의 피스턴로드(162)에 장착되어 있다. 덮개체(148)(149)는 그 작동에 있어서 동일한 것이므로서 설명의 간략화 때문에 한편의 덮개체(148)에 한해서만 다음에 설명코져 한다. 덮개체 작동장치(160)에는 덮개체(148)가 수입구(116)를 통상 폐쇄하고 있도록 피스턴을 그 실린더내의 정위치로 멈추어두도록 미리 설정된 전술한 소정압력을 실린내에 도입하는 액압회로(도시않음)가 접속되어 있다.

이것에 의해 절벽과 간막이벽(114)과의 사이를 채우는 돌가루의 압력이 전술한 소정압력 이하인한 덮개체(148)는 돌가루 수입구를 계속 폐쇄한다.

한편 돌가루의 압력이 전술의 소정압력을 초과하면은 덮개체(148)는 돌가루에 압압되고 축(155)을 중심으로 하여 회동되어서 돌가루 수입구(116)를 열고 돌가루의 침입을 허용한다. 돌가루가 돌가루실(142)에 들어오므로서 돌가루의 압력이 소정압력 값으로 강하하면은 덮개체 작동장치(160)는 다시 덮개체(148)를 폐쇄 위치까지 밀어 부쳐서 수입구(116)를 폐쇄케한다.

이와 같이 돌가루의 압력의 변동에 따라서 수입구(116)를 개폐하고 압력상승에 의한 개방시에만 돌가루를 간막이벽(114)의 후방에 설치한 돌가루실(142)에 넣고 배출파이프(144)에 의해서 다시 후방으로 유체 수송한다.

이것에 의해 돌가루의 배출이 간막이벽(114) 및 덮개체(148)에 의한 돌가루 압압력에 현저한 변동을 발생케하는 일은 없고 따라서 돌가루 배출을 절벽의 붕괴를 초래하지 않고 행할 수가 있다. 덮개체(148)(149)는 커터헤드(124)의 회전방향에 따라서 선후관계로서 순차로 개폐한다. 그런데 전술한 예에서는 제6도에 표시한 것처럼 덮개체는 지지부재(146)를 끼고 좌, 우로 두개 설치되어 있다. 지금 시일드 본체(110)의 후방으로 부터 전방을 보고 커터헤드(124)가 반시계 방향으로 회전하는 것이라고 하면은 돌가루도 같은 방향으로 회전한다. 따라서 제6도에 있어서 돌가루는 우측의 덮개체(148) 위를 이동하고 그후에 좌측의 덮개체(149)에 이룬다. 이제 설명의 편의 때문에 한개의 스포우크(134)의 움직임에 대해서 생각해본다. 이 움직임과 돌가루 압력과의 정상적인 관계는 제8도에 표시함과 같이 된다. 이 스포우크(134)가 좌측의 덮개체(149)의 위치를 넘어서 간막이벽(114)(제8a도 위치)에 이르면 돌가루는 이 스포우크(134)에 의해서 절벽과 간막이벽(114)과의 사이에 끼워진 상태로 우측의 덮개체(148)에 향하여 돌려져 그 사이에 굴착된 돌가루와 시일드 본체(110)의 추진과 어울려서 돌가루의 압력 P는 차츰 높여져서 P₁에서 P₂가 된다. 이어서 우측의 덮개체(148)(제8b도 위치)에 이르렀을 때 그 돌가루의 압력이 덮개체 작동위치(160)에 미리 설정해놓은 압력보다 높게 되어 있으면 우측의 덮개체(148)가 돌가루에 의해서 개방되어 돌가루는 돌가루실(142)로 배출된다. 이것에 의해돌가루의 압력은 P₃까지 저하하나 그 저하의 정도는 작동장치(160)에 설정해 놓은 압력보다도 내려가는 일이없다고 하면은 덮개체(148)는 개방된 상태로 유하게 된다. 그후에 스포우크(134)가 우측의 덮개체(148)에 따라서 회전함에 따라 돌가루의 압력 P는 또 차차 높여져서 P₄가 되고 지지부재(146)(제8c도 위치)를 넣으면, 이 돌가루 압력에 의해서 이번에는 좌측의 덮개체(149)가 개방되어 돌가루는 돌가루 수입구로 부터 돌가루실(148)로 배출된다. 그결과, 돌가루의 압력 P는 다시 저하되여 P₅가 되고 그 후 스포우크(134)의 회전에 따라서 또 다시 압력은 상승하여 P₆의 상태로 배출되어 돌가루의 압력은 P₁으로 저하하여 좌측의 덮개체(149)가 폐쇄된다.

전술한 바와 같이 두개의 덮개체(148)(149)를 성피하므로서 하나의 덮개체(148)에서 상승한 압력은 다음의 덮개체(149)에 이르러서 저하하므로 하나의 덮개체 만으로서 돌가루의 배출을 행하는 경우보다도 압력변동은 저감되고 보다 균일화되게 된다.

전술한 스포우크(134)의 움직임에 의해서 좌측의 덮개체(149)를 개방시켜서 돌가루실(142)에 들어가는 돌가루는 제7도에 표시한 것처럼 간막이벽(114)에 대해서 윗편으로 부터 아래편을 향하여 회전되어 온다. 그래서 이 간막이 벽(114)의 수입구 연부(158)에 비트 또는 스크레이퍼(166)를 부착해 놓으므로서 커터헤드(124)에 의해 굴착된 돌가루는 이 스크레이퍼(166)에 의해서 다시 잘려져 돌가루는 이차적인 절삭을 당한다.

따라서 크기가 비교적 큰 돌가루도 이 스크레이퍼(166)에 의해서 더욱 분쇄되어 작게되므로 그 후의 배출이 원활하게 된다. 우측의 수입구연부(158)에 설치되는 비트 또는 스크레이퍼(168)는 (제5도) 커터헤드(124)가 앞의 것과는 반대로 시계방향으로 회전할 때에 전술한 바와 같은 작용을 한다.

제9도에 표시하는 것은 전술한 간막이벽(114)에 네개의 수입구를 설치하고 각 수입구에 덮개체(148)를 배치한 예이다. 이예와 같이 간막이벽(114)의 전역을 개폐하는 덮개체(148)를 가지고 구성하므로서 각 덮개체(148)는 돌가루의 압력이 이 덮개체에 부착되는 작동창치(160)에 설정된 압력을 넘지않을 때에는 패쇄상태를 유지하므로 돌가루를 개재해서 절벽을 미치게하여 절벽의 붕괴를 방지할 수가 있다.

이 예에서는 스크레이퍼(166)는 전술한 것과 같이 커터헤드(124)가 반시계 방향으로 회전할때에 또 스크레이퍼(168)는 시계방향으로 회전할 때에 각각 돌가루의 2차적인 굴착과 돌가루의 수입구로의 반입에 기여한다. 기타의 구성은 전술한 것과 같다.

Claims

절벽에서 굴착한 돌가루를 시일드 내에 주입하여 그 시일드의 추진에 의해 절벽지반의 토압과 돌가루의 압력을 평형케 하도록 이 돌가루를 절벽지반의 주동토압보다 크고 또 수종토압보다는 작은 범위내에 있는 소정압력으로 압압하고, 지하수의 유동을 방해토록 이 지하수의 압력과 평형하는 압력의 액체를 이 지하수에 대향시켜 이것에 의해 절벽의 안정을 도모하는 사이에 그 돌가루의 압력이 그 소정의 압력을 초과하였을 때에 돌가루를 시일드 밖으로 배출하는 시일드터널 굴진방법.