KR100941437B1 - 시공성이 증진되며 상부거더 공극배제가 가능한 2 아치 터널의 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2 아치 터널에 있어 시공되는 중앙 터널에 중앙 기둥을 시공함에 있어 지하수 유입 등에 의한 누수방지와 중앙 기둥 상부에 위치한 상부거더를 보다 용이하게 시공할 수 있도록 한 시공성이 증진되며 상부거더 공극배제가 가능한 2 아치 터널의 시공방법에 관한 것이다.

이에 상기 중앙 터널의 천단부에는 하방 돌출된 천단부 숏크리트가 추가로 형성되도록 하고, 상부 거더를 구성하는 상부 구체(상부 크라운)를직육면체(사각구체) 형태로 형성될 수 있도록 하였다.

2 아치 터널, 시공공간, 중앙기둥, 터널 거더, 공극배제

Description

시공성이 증진되며 상부거더 공극배제가 가능한 2 아치 터널의 시공방법{2 ARCH TUNNEL CONSTRUCTION METHOD FOR UPPER GIRDER VOID PROOFING AND EFFICIENT CONSTRUCTION}

본 발명은 시공성이 증진되며 상부거더 공극배제가 가능한 2 아치 터널의 시공방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 아치형의 터널을 시공하기 위하여 먼저 중앙터널을 시공하여 중앙터널 중앙에 설치되는 중앙기둥 상부에 길이방향으로 연장되는 상부거더를 설치한 후, 상기 상부거더가 형성된 중앙기둥 좌, 우측에 아치형 터널(본선 터널)을 형성하는 시공방법 즉 2 아치터널 시공방법에 있어서 특히 상기 상부거더의 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 2 아치 터널은 도 1a와 같이 먼저 중앙터널(10)을 굴착한 후 중앙터널에 중앙기둥(11)을 설치하고, 중앙터널(10)의 좌, 우측 터널은 기계굴착 또는 발파공법을 통해 본선터널(20), (30)을 굴착하는 순서로 시공하게 된다.

상기 중앙기둥(11)의 상부에 형성되는 상부거더(40)의 형상은 도 1b와 같이 좌, 우측 터널의 라이닝 단부(21, 31)가 상부 양 측면에 지지되는 사다리꼴 모양으로 하부구체(41, 콘크리트라이닝 연결부)와 상기 하부구체의 상부에 형성된 부채꼴 모양의 상부구체(42, 상부크라운)로 구성된다.

특히 상기 상부구체(42)의 양 측면은 경사로 이루어져 있어 도 1c 및 도 1d와 같이 그 제작을 위한 거푸집 설치와 다양한 두께의 철근(43)의 가공 및 조립, 터널방수를 위한 방수막 설치에 필요한 작업공간의 확보가 어려워, 그 시공이 어렵고 품질관리가 용이하지 않다는 문제점이 있었다.

이는 상부거더(40) 형상이 다각형 형태의 모양으로 형성되어 있어 상부거더 제작을 위한 경사철근 가공 및 조립이 많아지고 복잡하여 시공성이 떨어지며, 중앙터널과 좌우측 터널의 방수막을 보호하기 위한 공간이 부족하여 연결부에서 누수가 발생하는 원인이었다.

또한, 도 1c와 같이 상부거더(40) 형성을 위한 콘크리트 타설시 그 상면부위에 공극(12)이 발생하므로 상부거더의 시공 후 발생된 공극에 대한 시멘트 모르타르 채움이 필요하다.

그러나 일반적으로 이러한 채움은 밀실하게 이루어지지 못하며 이로 인해 숏크리트와 구조물과의 구조적인 일체성을 유지할 수 없게 되므로 2 아치 터널 시공시 하중작용에 따른 침하가 발생하고 이는 구조물에 추가의 하중으로 작용되는 등 구조적으로 취약한 구간이 된다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 2 아치 터널 상부거더 시공에 있어 특히 상부구체의 형상을 변형시켜 터널방수를 위한 방수막 및 상부거더 시공을 위한 작업공간 확보를 가능하게 하고, 상부거더 제작을 위한 철근가공과 조립이 용이하여 시공성과 경제성을 향상시킬 수 있으며 상부거더 시공시 상부 공극발생을 배제하여 구조적으로 안정한 단면을 유지할 수 있고 효율적인 2 아치 터널의 시공이 가능하도록 함을 그 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,

첫째, 중앙터널의 천단부에 상부가 접하도록 시공되는 중앙기둥의 상부 구체(상부 크라운)의 경우 단순 직육면체(사각구체) 형태로 형성되도록 함으로써 그 시공을 위한 거푸집 설치 및 콘크리트 타설 등에 의한 시공성 및 품질관리가 용이하도록 하고, 거푸집 내부에 철근가공과 조립이 용이하여 구조물의 시공성을 향상시킬 수 있도록 하였다.

즉, 상부 거더를 구성하는 상부구체(상부 크라운)의 형상을 변형(다각 구체 ==>사각 구체)시켜 상부 거더와 중앙터널의 여유 공간을 확대함으로써 본선터널과의 방수막 연결을 위한 방수막 보호공간의 확보 및 강지보재 절단 등으로 인한 방수막 손상 보호 등이 가능하여 2 아치 터널에서 발생하기 쉬운 구조물 접속부의 누수방지를 가능하도록 하였다.

셋째, 2 아치 터널의 거더 상부의 공극 발생을 배제하기 위하여 일반적으로 사용하고 있는 마감용 숏크리트를 사전에 곡면으로 타설하여 숏크리트와 구조물과의 구조적인 일체성을 유지할 수 있도록 하였다.

본 발명에 의하여 2 아치 터널의 시공을 함에 있어, 중앙기둥 상부거더의 시공작업이 매우 용이해질 뿐만 아니라, 방수막의 손상에 대한 보호가 가능하며 거더 상부에 발생하는 공극을 배제하여 구조적으로 안정화 할 수 있어 시공성이 우수하며 경제적이고, 안정성이 향상된 2 아치 터널의 시공이 가능하게 된다.

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.

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.

먼저, 도 2a와 같이 2 아치 터널의 시공을 위한 중앙 터널(100)을 먼저 시공 하게 된다.

이러한 중앙 터널(100)은 화약 발파에 의한 NATM공법으로 시공되는 것이 통상적인데, 이러한 NATM공법은 화약 발파에 의하여 일정한 아치형태의 터널 굴착면이 형성되면, 곧 바로 1차 지보재(110, SHOTCRETE, 숏크리트)를 터널 굴착면에 타설하여 원지반 암반의 거동을 조기에 정착시키고 미도시된 록볼트(ROCK BOLT)를 터널 굴착면 배면의 원지반에 방사형으로 삽입 설치하여 터널 굴착면 주변지반 이완 방지 및 암반간의 봉합효과 등을 확보할 수 있도록 하게 된다.

이때 추가로 역시 미도시된 콘크리트라이닝과 같은 2차 지보재를 록볼트와 숏크리트가 형성된 터널 굴착면에 설치하여 최종 터널을 완성시키게 된다.

이때 본 발명은 도 2b와 같이 상기 숏크리트(110)를 타설할 때, 아치형태의 터널 굴착면의 천단부(A)에 타설되는 숏크리트(110)가 더 하방 돌출되도록 형성시키게 된다.

이러한 하방 돌출된 부위를 천단부 숏크리트(120)라고 지칭하기로 하며, 결국 상기 천단부 숏크리트(120)는 추후 상부 거더(310, 320, 콘크리트라이닝 연결부인 하부구체 및 상부 크라운인 상부구체)의 상부면에 콘크리트가 거푸집 내부에 밀실하게 충전되지 않아 터널 내부로의 누수를 유발하는 여유 공간을 충전하는 역할을 하게 된다.

이에 상기 여유 공간을 메워주는 정도로 형성되어야 하는 천단부 숏크리트(120)는 숏크리트(110) 타설에 의하여 자연스럽게 형성되므로 그 두께 등을 정확하게 형성시키는 것이 용이하지 않을 수 있다.

이에 본 발명에서는 먼저 천단부(A)에 있어 터널의 종방향(길이방향)으로 소정의 간격을 가지며 천단부(A)로부터 하방으로 중앙단이 노출되어 수평 설치되도록 하되 그 양단이 1차 숏크리트(110)에 박혀지도록 가이드 바(130)를 먼저 설치하게 된다.

이러한 가이드바(130)는 철근을 이용하여 그 양 단부가 1차 숏 크리트(110)에 매립되어 고정되도록 하되, 양 단부 사이의 부위는 외부에 노출되도록 하게 된다.

이에 상기 가이드바(130)는 그 설치 형태에 따라 천단부 콘크리트의 최종 형상을 가이드할 수 있다는 점에서 가이드바라고 지칭됨을 알 수 있다.

즉, 상기 가이드 바(130)를 기준으로 가이드 바가 묻히도록 2차 숏크리트를 제어 타설함으로써, 천단부(A)의 하방으로 돌출되어 곡면형태의 천단부 숏크리트(120)가 소정의 두께 및 곡면으로 자연스럽게 형성되도록 할 수 있게 된다.

이에 상기 가이드 바(130)는 천단부 숏크리트(120)의 위치 세팅 및 그 두께를 조절할 수 있도록 세팅하면 된다.

다음으로는 역시 도 2a와 같이 중앙 기둥을 시공하게 되는데, 순서적으로는 천단부(A)의 하방으로 기둥부(400)를 미도시된 거푸집과 콘크리트 타설에 의하여 먼저 시공하게 된다.

다음으로는 콘크리트라이닝 연결부인 하부구체(310) 및 상부 크라운인 상부구체(320)에 의한 상부 거더(300)를 시공하게 된다.

이에 먼저 상기 하부구체(310) 및 상부구체(320)의 전체 형태에 따른 철근을 먼저 기둥부(400) 상부면에 조립 설치하게 된다.

미도시하였지만 상기 철근을 조립, 설치하면서 터널 길이방향 등으로 유공관 등과 같이 배수관을 미리 배치하게 된다.

이러한 철근은 결국 기둥부(400) 주위에 미도시된 비계를 별도로 설치한 후, 이를 작업대로 하여 중앙 터널(100)에 형성시킨 천단부 숏크리트(120) 하방으로 조립되어 설치하게 된다.

이에 철근이 모두 설치되면 거푸집을 상부 거더(310, 320)의 형태에 따라 철근 주위에 설치하게 되는데, 이러한 거푸집 내부에 콘크리트를 충전시켜 최종 상부 거더가 완성되게 된다.

이때 상기 하부구체(320)의 최종 형태는 후술되는 본선 터널의 콘크리트라이닝(510)의 단부가 걸쳐지도록 전체적으로 기둥부(400) 상부에서 외측으로 벌어지면서 다시 안쪽으로 모아져 마름모형태로 절곡되도록 하여 전체적으로 마름모 단면 형태로 형성되게 된다.

이에 상기 안쪽으로 모아지는 절곡지지면(B)에 콘크리트라이닝(510)의 단부가 접하도록 하는 것이다.

다음으로는 상기 하부구체(310)의 상부에 사각구체 형태(구체형태)의 상부 크라운인 상부구체(320)를 형성시키게 된다.

이때, 종래 하부구체와 종래 상부구체의 경우 전체적으로 마름모 단면 형태로써 좁은 공간에서의 철근조립 및 거푸집 설치와 같이 그 제작이 용이하지 않다는 문제점이 있었으나 본 발명에서는 도 2a 및 도 2c와 같이 특히 상부구체(320)를 단 순한 사각구체(구체) 형태로 형성시킴에 따라 그 내부에 조립 설치되는 철근(321) 및 거푸집 설치에 있어 매우 작업이 용이하게 되며, 주위에 설치된 작업대로부터의 자유 공간(C)을 확보할 수 있어 작업자의 작업 능률도 기대할 수 있게 됨을 알 수 있다.

또한, 통상 상부구체(320)와 천단부(A)에는 지하수 등의 유입에 따른 누수문제 때문에 방수쉬트와 같은 방수막을 추가로 시공하게 된다.

이러한 방수막을 미리 상기 천단부(A)에 설치한 후, 후술되는 본선 터널의 콘크리트라이닝 및 그 방수막과 서로 연결시키는 작업이 뒤따르게 되는데, 종래의 마름모 단면 형태의 상부 크라운에 있어서는 이러한 연결공간을 확보하기 쉽지 않아, 상기 이를 통한 누수 문제가 항상 지적되고 있었는 바 본 발명에서는 이러한 방수수단의 연결부위 및 공간확보를 상기 상부 크라운의 형태를 사각구체 형태로 변경함에 따라 쉽게 확보할 수 있어 위와 같은 누수문제를 해결 할 수 있게 된다.

이에 하부구체(310)와 상부구체(320)의 형태에 따른 거푸집과 그 내부의 철근이 조립된 상태에서, 상기 거푸집 내부에 콘크리트를 충전시켜 본 발명에 의한 상부 거더(300 : 310, 320)를 완성시키게 된다.

즉, 폐쇄된 상태의 거푸집 내부에 콘크리트를 충전시키게 되면 거푸집 하부로부터 콘크리트가 채워지도록 하게 되는데, 이는 거푸집 상부에 구멍을 형성시키고, 이러한 구멍을 통해 콘크리트를 충전시키는 절차를 통상 따르게 된다.

하지만, 콘크리트가 거푸집 내부를 밀실하게 충전되도록 해야 하지만 거푸집의 상부 형태 등에 따라 거푸집 상부 즉, 상부 크라운 상단부는 여유공간이 형성되 어 이는 곧 시공하자로써 터널의 누수문제가 되고 있음을 살펴본 바 있다.

이에 본 발명은 미리 천단부(A)에 하방 돌출된 천단부 숏크리트(120)가 형성되어 있으므로, 이러한 여유공간이 만들어지 않으면서 거푸집 내부에 밀실하게 콘크리트가 충전되도록 할 수 있음을 알 수 있다.

다음으로는 상기 상부 거더(300 : 310, 320)가 최종 완성되면, 역시 도 2a와 같이 본선 터널(500)을 역시 NATM공법에 의하여 형성시키고, 1차 지보재인 숏크리트를 타설하고, 록볼트를 설치한 다음, 2차 지보재인 라이닝 콘크리트를 시공하게 된다.

이때 상기 콘크리트라이닝의 단부가 상기 라이닝 연결부의 상부 절곡면에 지지되도록 함으로써, 중앙터널과 본선터널에 의한 2 아치 터널이 형성될 수 있도록 하게 된다.

도 1a, 도 1b, 도 1c, 도 1d 및 도 1e는 종래 2 아치 터널의 시공단계를 개략적으로 도시한 단면도, 발췌단면도 및 시공사진들이고,

도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 의한 2 아치 터널의 시공단계를 도시한 단면도들이다.

<주요 도면 부호의 간단한 설명>

100:중앙 터널

110:숏크리트

120:천단부 숏크리트

121:1차 숏크리트 122:2차 숏크리트

130:가이드바

300:상부 거더

310:하부구체(콘크리트라이닝연결부) 320:상부구체(상부크라운)

400:기둥부 500:본선 터널

Claims (2)

1. 중앙 터널(100)을 형성시킨 후 중앙 터널의 양 측에 본선 터널(500)을 형성시키는 2 아치 터널의 상기 중앙 터널의 중앙 기둥의 상부에 형성되는 상부 거더(300 : 310, 320)를 형성시킴에 있어,

   중앙 터널(100)의 천단부(A)에 숏크리트를 타설하여 상기 천단부 하방의 숏크리트면이 하방 곡면으로 돌출되어 형성된 천단부 숏크리트(120)를 형성시키고,

   상기 천단부 숏크리트(120) 저면에 상기 중앙 기둥의 상부에 형성되는 상부 거더 상면이 접하여 형성되도록 하되, 상기 상부 거더는 중앙 기둥의 기둥부(400) 상부에 형성되는 콘크리트라이닝 연결부인 하부구체(310)로부터 상향으로 연장되는 사각구체 형태의 상부크라운인 상부구체(320)로 형성되도록 하며,

   상기 천단부의 하방 곡면으로 돌출 형성되는 숏크리트는, 터널 길이방향으로 소정의 간격을 가지며 숏크리트 면의 천단부로부터 하방으로 수평 설치되도록 하되 그 양단이 1차 숏크리트(110)에 박혀지도록 가이드 바(130)를 설치한 후, 상기 가이드 바가 묻히도록 2차 숏크리트를 타설하여 상기 가이드 바에 따라 천단부의 하방 곡면으로 숏크리트가 돌출 형성되도록 하는 시공성이 증진되며 상부거더 공극배제가 가능한 2 아치 터널의 시공방법.
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