KR930001430B1 - 사출콘크리트에 의한 터널의 연속라이닝 방법 및 그장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

사출콘크리트에 의한 터널의 연속라이닝 방법 및 그장치

제1도는 본 발명의 방법에 따라 사출콘크리트에 의해 터널의 연속 라이닝을 실시하기 위한 장치의 도식적인 종단면도.

제2도는 제1도에 도시된 전방 프레임의 정면도.

제3도는 제1도의 A부분을 확대하여 상세하게 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 내벽 2 : 전방프레임

3 : 콘크리트 펌프설비 5 : 구동시일드(shield)

4 : 스커트부 6 : 콘크리트 주입개구

7 : 공급라인 8 : 홈형링

9, 10 : 탄성시일(seal) 11 : 전면

12 : 후면 13 : 물로 채운 고무완충물

본 발명은 터널의 길이방향에서 외주둘레에 동일한 크기로 이격된 일련의 구분된 영역내로 주입된 사출콘크리트로 터널을 연속 라이닝하는 방법 및, 이러한 방법을 실시하기 위한 장치로서, 내벽과 구동방향으로 이동이 가능하며, 그 외주둘레에 균일하게 이격된 다수의 주입개구를 구비하며 펌프 설비에 연결되는 전방 프레임 및 이 전방프레임에 연결되어 사출콘크리트를 공급하는 펌프설비를 구비하는 장치에 대한 것이다. 이하에서 설명하는 사출콘크리트라 함은 펌핑이 가능한 콘크리트를 말한다.

사출법에 의해 터널라이닝을 형성하기 위한 공지의 방법(DE-PS 34 06 980)에 따르면 구동장치의 뒷쪽 구동방향으로 미끄럼 이동하는 전방프레임의 정점상의 단일 개구를 통해 콘크리트가 펌핑되며, 상기 구동장치 뒷쪽의 취약하고 점착력이 결여되어 있을 수 있는 암석을 지탱하기 위해 전방프레임의 뒷쪽의 유체 콘크리트 압력을 터널라이닝상에 작용하는 흙 및/또는 암석 및 기타 지하수의 압력보다 항상 크게 유지하도록 해야한다. 이러한 지속적인 압력을 유지하기 위해 전방프레임을 지지하고 또한 콘크리트를 주입함에 있어 여러가지 주의가 필요하다. 물론 전방프레임을 탄성적으로 장착하고 이 전방프레임의 구동방향의 이동을 제어하는 것에 의해 사출법에 필요한 요건들의 일부가 충족되지만 사출콘크리트의 품질을 만족스러운 수준까지 유지할 수는 없었다. 따라서 전방프레임을 통해 펌핑된 콘크리트는 상기 전방 프레임에 평행한 링상으로 자리잡지 못하고 펌핑된 콘크리트내의 예상외의 통로를 통해 유동함으로써 연속으로 사출된 터널라이닝내에 덩어리가 반복되어 형성된다. 이 덩어리의 외측 주위의 콘크리트는 치밀하지 못하고 공극을 포함하게 된다. 따라서 그 강도가 기준치에 미치지 못하게 되며 물이스며 취약해진 암석이 상기 공극을 통해 라이닝을 뚫고 나올 염려가 있으며, 이로써 터널라이닝의 안전성과 내구성을 해치게 된다.

본 발명에 관련된 연구에 따르면, 외측은 암석에 의해, 내측은 강철제 내벽에 의해, 그리고 전면은 구동방향으로 미끄럼 이동하는 전방프레임에 의해 둘러싸인 환형공간내에서의 콘크리트의 흐름은 수많은 인자들에 의해 영향을 받는다는 것이 밝혀졌다.

콘크리트의 유동성은 특히 콘크리트 재료의 성질 및 그 화학반응에 걸리는 시간에 따라 달라지며, 또한 주변암석의 영향도 받는데, 그것은 암석표면이 불규칙적일 뿐만 아니라 콘크리트의 함유수가 암석으로 침투되어 소모되기 때문인데, 콘크리트 함유수가 소모되면 그 유동성에 매우 나쁜 영향을 미치게 된다.

콘크리트의 유동에 영향을 미치는 또하나의 중요한 인자는 상기 환형공간내의 정수압력분포와 전방프레임의 주입개구의 위치이다.

콘크리트의 유동은 점성 유체 운동법칙에 따른다. 상기 환형공간의 정점에 위치한 개구를 통해 펌핑주입된 콘크리트는 상부의 콘크리트내로 깊숙히 침투하며, 압력을 거의 잃지 않으므로 주입된 콘크리트는 부드러운 상태로서 약한 전당강도를 구비한다. 응고가 상당히 진행된 영역내로 수미터 침투한 후 콘크리트 분사체는 높은 정수압력 영역으로 하향유동한다. 또한 저부의 개구를 통해 펌핑주입된 콘크리트의 유동방향은 압력기울기에 의해 결정되며, 전방프레임의 바로 상방향으로 유동한다.

상기 덩어리, 즉 응고되기전까지 상기 전방프레임과 함께 이동하는 사출콘크리트 덩어리는 콘크리트의 국부적인 유동성이 감소하거나 압력분포선이 장기간 일정하게 유지될때 발달하며, 특히 상기 전방프레임의 주입개구 사이의 거리가 지나치게 멀때 이 한쌍의 주입개구 사이의 중심선상에서 발달한다. 이와 같이 덩어리가 발달한 고압으로 흐르는 콘크리트의 흐름이 이 덩어리를 우회하여 지나가게 되며 이 덩어리는 전방프레임을 따라 끌려다니게 된다. 조만간 이 덩어리를 우회하는 콘크리트의 유동로가 막히거나 암석과의 마찰이 커지면, 이 덩어리는 정지하고 그 즉시 전방프레임의 인접측에 저압영역이 형성되며, 계속 이동하는 전방 프레임과 상기 정지된 덩어리 사이의 확장되는 공간에 콘크리트가 즉시 채워지지 않으면 공극(void)이 형성될 것이다. 본 발명의 목적은 전술한 덩어리의 형성을 방지하는 것이다.

본 발명의 터널의 연속 라이닝 방법은 사출콘크리트가 전방프레임의 원주주위의 각 분할영역들의 각 중간점에서 동일양만큼 그 경화시간보다 짧은 시간간격으로 연속적으로 주입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 터널의 연속 라이닝 장치의 특징은 펌핑설비가 상기 전방프레임의 원주둘레에 콘크리트 주입개구를 구비하도록 설계되는 것이다.

다시말하면, 상기 전방프레임의 원주둘레에 일정한 간격을 두고 형성된 다수의 주입개구를 통해 동일양으로 그리고 비교적 빠른 속도로 사출 콘크리트가 주입되며, 등간격으로 이격 형성된 주입개구를 통해 동일양으로 콘크리트가 주입되므로 콘크리트의 유동거리가 최소화될 수 있으며, 따라서 상기 덩어리의 형성이 방지될 수 있다.

사출콘크리트는 상기 전방프레임 주위의 적어도 6개의 분할 영역내로 주입되는 것이 바람직하며, 이에 따라 상기 전방프레임에는 적어도 6개의 콘크리트 주입개구를 형성하는 것이 바람직하다.

주입 콘크리트의 압력에 의해 추진되는 강성인(그러나 전체적으로는 탄성 지지되는)전방 프레임이 구동방향으로 이동함에 의해 상기 전방프레임의 주위에는 다양한 응력분포가 생긴다. 상기 콘크리트는 하나의 주입개구를 통해 전방 프레임의 탄력성 후방부의 주입영역내에서 일시에 주입된다. 그러나, 상기 프레임이 강성인 강철구조로 되어 있으므로 이 탄성구조부가 변형하면 저압영역이 발생한다. 이 저압영역의 압력강하가 지나치게 크면 국부적인 콘크리트의 압력이 암석과 물에 의해 콘크리트에 가해지는 외부압력보다 낮아질 수 있다. 따라서, 물이 스며 푸석푸석해진 암석이 이 저압영역으로부터 콘크리트를 밀어낼 염려가 있다. 이러한 문제는 상기 전방프레임의 전면이 터널의 길이방향을 따라 탄성변형하도록 하고, 비교적 소량의 시멘트만을 주입함으로써 주입동안의 강성 전방프레임의 이동거리를 최소로 유지하도록 상기 라이닝으로부터 멀리 있는 전면에서 전방프레임이 지지되도록 함으로써 효과적으로 해결될 수 있다. 상기한 분할 영역의 크기는 그 원주방향의 길이보다 터널의 길이방향을 따른 깊이를 더 작게 할 수 있으며, 기술적인 제어문제가 해결된다면 하나의 펌핑개구로부터 다른 펌핑개구로의 신속한 전환은 콘크리트 라이닝 공정에 효과적이며, 따라서 개별적인 공급라인의 콘크리트는 주기적으로 이동되어 콘크리트가 조기에 경화하는 위험은 최소화된다. 이러한 압력강하를 최소화하기 위한 두번째 방법은 라이닝에 면하는 전방 프레임의 이격된 후면을 국부적인 응력 집중을 완화하기 위해 물로 채운 고무나 플라스틱과 같은 완충물로 형성하여 탄성변형가능하게 하는 것이다.

이하 첨부 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예가 상세히 설명된다.

도면에 도시된 실시예는 내벽(1)과 구동방향, 즉 제1도의 우측방향으로 이동 가능한 전방프레임(2) 및 사출 콘크리트를 주입하기 위해 전방프레임(2)에 연결된 펌프설비(3)으로 이루어지는 프레임시스템으로 구성되며, 상기 전방프레임(2)는 구동시일드(shield)(5)의 스커트(skirt)부(4)와 내벽(1)사이에 배치된다.

제2도에 도시된 바와 같이 상기 전방프레임(2)의 둘레에는 총 6개의 콘크리트 주입개구(6)이 등간격으로 배치되어 있으며, 이들 콘크리트 주입개구(6) 각각은 공급라인(7)을 통해 콘크리트 펌프설비(3)에 연결되며, 이 콘크리트 펌프설비(3)에 의해 콘크리트는 상기 콘크리트 주입개구(6)으로 공급된다.

강성의 홈형링(8)로 구성된 상기 전방프레임(2)는 상기 스커트부(4)와 내벽(1)사이의 탄성 시일(seal)(9, 10)사이에 배치되며, 라이닝으로부터 이격된 전면(11)위에서 지지수단에 의해 터널의 길이방향으로 탄성지지된다. 제3도는 라이닝에 면해있는 전방프레임(2)의 후면(12)에 탄성변형표면이 구비되어 있는 것을 도시한 것으로서, 이 탄성변형표면은 상기 홈형링(8)의 내부에 물이 채워진 고무완충물(13)을 설치함에 의해 형성된다.

사출콘크리트는 비교적 소량으로 그러나 동일한 양으로 콘크리트 주입개구(6)을 통해 전술한 분할영역내로 신속하고 연속적으로 주입된다.

Claims (7)

1. 내면과 원주를 가지며 축을 따라 뻗어있는 터널에서 일정한 경화시간을 가지는 사출콘크리트로, 고정된 환형내벽과 전방으로의 이동에 대해 탄성적으로 지지되며 상기 터널의 내면에 인접하는 축방향의 전방으로 이동가능한 전방프레임으로 된 프레임 장치에 의하여 연속라이닝을 형성하는 방법에 있어서, 상기 전방프레임의 다수의 동일하게 이격된 주입개구를 통하여 상기 터널의 원주둘레에서 원주방향으로, 콘크리트 경화시간보다 더 작은 시간 간격 및 탄성 지지된 전방 프레임을 전방으로 이동시키는 압력으로 각각의 주입개구를 통해 사출 콘크리트가 연속적으로 주입될 수 있는 속도로 축방향의 후방으로 동일한 양의 사출콘크리트를 연속적으로 주입하는 단계; 및 축방향 거리보다 각 거리가 더 큰 일정한 거리를 사출된 각각의 콘크리트가 상기 터널의 내면에서 분산되도록 사출콘크리트의 양을 조정하며 일정한 속도로 상기 전방프레임을 전방으로 이동시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 사출 콘크리트에 의한 터널의 연속라이닝 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 사출 콘크리트가 상기 원주둘레의 적어도 6개의 분할영역내로 주입되는 것을 특징으로 하는 사출콘크리트에 의한 터널의 연속라이닝 방법.
3. 내벽과, 구동방향으로 이동가능한 전방프레임 및 사출콘크리트를 공급하기 위해 상기 전방프레임에 연결된 펌프설비를 구비하는 프레임 시스템으로 구성되며, 상기 전방프레임에는 그 원주둘레에 균등한 간격으로 이격 배치된 다수의 콘크리트 주입개구가 구비되며, 이 콘크리트 주입개구 각각은 상기 펌프설비에 연결되며, 이 펌프설비는 상기 원주둘레의 콘크리트 주입개구로 순차적으로 콘크리트를 공급하는 것을 특징으로 하는 사출콘크리트에 의한 터널의 연속라이닝 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 전방프레임에는 적어도 6개의 콘크리트 주입개구가 구비되는 것을 특징으로 하는 사출콘크리트에 의한 터널의 연속라이닝 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 전방프레임은 라이닝으로부터 이격된 전면에서 터널의 길이방향으로 탄성변형될 수 있도록 지지되는 것을 특징으로 하는 사출콘크리트에 의한 터널의 연속라이닝 장치.
6. 제3항에 있어서, 상기 라이닝에 면하는 전방프레임의 후면이 탄성변형 가능하도록 형성된 것을 특징으로 하는 사출콘크리트에 의한 터널의 연속라이닝 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 탄성변형 가능한 표면이 물로 채운 속이 빈 고무나 플래스틱 삽입물에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 사출콘크리트에 의한 터널의 연속라이닝장치.

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