KR101119195B1

KR101119195B1 - 해저 굴착 및 수직구 시공 방법

Info

Publication number: KR101119195B1
Application number: KR1020110122939A
Authority: KR
Inventors: 박호성; 박정환; 정재진; 황진석; 송재면; 장현귀
Original assignee: 삼보이엔씨 주식회사
Priority date: 2011-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2012-03-21
Also published as: WO2013077595A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 해저 굴착 및 수직구 시공 방법은 a) 준설면에 케이싱이 배치될 수 있도록 잭업 바지(jack-up barge)를 고정 설치하는 단계; b) 상기 잭업 바지의 일측에 가이드 프레임을 설치하는 단계; c) 상기 케이싱을 인양하여 상기 가이드 프레임을 통해 상기 준설면에 상기 케이싱을 배치하는 단계; d) 상기 케이싱의 외주에 수중 콘크리트를 타설하는 단계; e) 상기 케이싱 외주면에 타설된 상기 수중 콘크리트의 상면을 지지하는 침하방지 지지대를 설치하는 단계; f) 상기 케이싱에 굴착기를 삽입하여 상기 준설면을 수직으로 굴착하는 단계; g) 이너케이싱을 제작하는 단계; h) 상기 케이싱에 상기 이너케이싱을 삽입하여 상기 준설면의 굴착된 부분에 설치하는 단계; 및 i) 상기 케이싱의 상기 수중 콘크리트의 상측으로 돌출된 부분을 절단 후 제거하는 단계를 포함하고, 해저면 굴착을 위해 설치되는 케이싱에 침하 방지 지지대를 연결하여 수중 콘크리트를 지지할 수 있어 케이싱의 침하를 방지할 수 있으며, 해저면 굴착을 다단계로 나누어 굴착기에 과부하가 발생되는 것을 방지하여 굴착기가 고장나는 것을 방지할 수 있는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법을 제공할 수 있다.

Description

해저 굴착 및 수직구 시공 방법{METHOD FOR EXCAVATING SUBMARINE SURFACE AND CONSTRUCTING SUBMARINE VERTICAL WATERWAY}

본 발명은 해저 굴착 및 수직구 시공 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산업시설용 냉각수의 심층 취수와 배수를 행하기 위해 해저를 굴착하고 수직구를 시공하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 산업시설은 공업용수를 많이 필요로 하며, 산업시설 중 특히 발전시설은 충분한 수자원의 확보를 위해 통상 임해지역에 건설된다.

상기 발전시설의 일례로서 원자력 발전시설은, 우라늄의 핵분열 시 발생되는 열을 이용하여 증기 발생기의 물을 증기로 만들고, 그 증기의 힘으로 터빈을 가동시켜 전기를 발생시키기 위한 발전시설이다.

상기 터빈의 가동에 이용되는 증기는 복수기에서 냉각되어 물로 만들어져 다시 증기발생기로 보내진다. 이때 사용되는 냉각수는 해수로서, 증기를 충분히 냉각시키고 난 후 온배수가 되어 해저 수직구를 통해 배출된다.

그런데 온배수를 심층에서 배출하는 이유는 온배수가 해저면을 통해 방출되면 해수의 온도가 비교적 낮은 심층해수와 혼합되어 희석되기 때문에 표층해수의 온도 상승을 줄여 해양의 생태계 파괴를 최소화할 수 있기 때문이다.

이와 같이 심층 취/배수 시설은 원자력 발전소 외에 화력발전소나 제철소 및 일반 산업시설 등에 주로 적용되며, 등록특허공보 제10-0929482호에는 이러한 심층 취/배수를 위한 해상수직구 시공 방법이 개시되어 있다.

그런데 이러한 시공 방법을 통하더라도, RCD(Reverse Circulation Drill) 공법과 같은 굴착 공법을 이용하여 해저면을 굴착하기 위해 설치된 케이싱이 굴착 작업이 진행되는 동안 점차 침하되는 문제점이 발생되고 있다.

그리고 큰 규모의 해저 수직구를 시공하기 위해 큰 직경으로 해저면을 굴착할 때, 이러한 큰 직경의 해저면을 한번에 굴착하게 되면 굴착기에 과부하가 발생되어 굴착기 고장의 원인이 되는 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 해저면 굴착을 위해 설치되는 케이싱의 침하를 방지할 수 있고, 해저면 굴착 시 과부하로 굴착기 고장이 발생되는 것을 방지할 수 있는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, a) 준설면에 케이싱이 배치될 수 있도록 잭업 바지(jack-up barge)를 고정 설치하는 단계; b) 상기 잭업 바지의 일측에 가이드 프레임을 설치하는 단계; c) 상기 케이싱을 인양하여 상기 가이드 프레임을 통해 상기 준설면에 상기 케이싱을 배치하는 단계; d) 상기 케이싱의 외주에 수중 콘크리트를 타설하는 단계; e) 상기 케이싱 외주면에 타설된 상기 수중 콘크리트의 상면을 지지하는 침하방지 지지대를 설치하는 단계; f) 상기 케이싱에 굴착기를 삽입하여 상기 준설면을 수직으로 굴착하는 단계; g) 이너케이싱을 제작하는 단계; h) 상기 케이싱에 상기 이너케이싱을 삽입하여 상기 준설면의 굴착된 부분에 설치하는 단계; 및 i) 상기 케이싱의 상기 수중 콘크리트의 상측으로 돌출된 부분을 절단 후 제거하는 단계를 포함하되, 상기 f) 단계는, f-1) 상기 케이싱의 내주보다 작은 직경으로 1차 굴착하는 단계; 및 f-2) 상기 케이싱의 내주에 대응되는 직경으로 2차 굴착하는 단계를 포함하는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법을 제공한다.

본 발명은 해저면 굴착을 위해 설치되는 케이싱에 침하 방지 지지대를 연결하여 수중 콘크리트를 지지할 수 있어 케이싱의 침하를 방지할 수 있으며, 해저면 굴착을 다단계로 나누어 굴착기에 과부하가 발생되는 것을 방지하여 굴착기가 고장나는 것을 방지할 수 있는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 잭업 바지를 고정시키는 단계가 도시된 것이다.
도 2는 잭업 바지의 일측에 가이드 프레임을 설치하는 단계가 도시된 것이다.
도 3 내지 도 6은 케이싱이 인양되는 단계가 도시된 것이다.
도 7a 및 도 7b는 케이싱을 설치하는 단계가 도시된 것이다.
도 8은 사석을 쌓는 단계가 도시된 것이다.
도 9a 내지 도 10은 준설면을 굴착하는 단계가 도시된 것이다.
도 11a 및 도 11b는 이너케이싱이 제작되는 단계가 도시된 개략도이다.
도 12 내지 도 14는 이너케이싱이 인양되는 단계가 도시된 것이다.
도 15는 준설면의 굴착된 부분에 설치될 이너케이싱 및 일부 확대도가 도시된 것이다.
도16 및 도 17은 이너케이싱을 고정시키는 단계가 도시된 것이다.
도 18a 내지 도 18c는 사석을 준설하는 단계가 도시된 것이다.
도 19는 케이싱을 절단하여 제거하는 단계가 도시된 것이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 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.

본 발명에 따른 해저 굴착 및 수직구 시공 방법을 도면을 참조하여 시공 순서대로 설명하기로 하겠다.

도 1은 잭업 바지(jack-up barge)를 고정시키는 단계가 도시된 것으로, 수직구 즉, 이너케이싱(90)를 형성할 해저면의 적정한 위치를 준설하여 준설면(1)을 형성하고, 준설면(1)에 케이싱(50)을 설치할 수 있도록 해상에는 잭업 바지 (10)를 위치시킨 후 준설면(1)과 연결하여 고정시킨다.

한편, 상기 단계에서 형성되는 준설면(1)은 다양한 형태로 형성될 수 있는데, 예시적으로 본 발명의 실시예에서는 단면의 형상이 역 마름모 형태를 가지도록 형성된다. 이는 후술될 단계에서 설명될 케이싱(50)의 설치 및 수중 콘크리트(4)의 타설 시 편의성과 마무리 작업 시 안전성을 확보하기 위함이다.

잭업 바지(10)는 해수면의 파고 또는 간만의 차에 영향받지 않고 정교한 시공을 할 수 있도록 설치하는 것으로, 본 발명의 실시예에서는 랙 앤 피니언 유압시스템에 의해 작동된다.

도 2는 잭업 바지(10)의 일측에 가이드 프레임(30)을 설치하는 단계가 도시된 것으로, 잭업 바지(10)의 일측, 보다 정확하게는 케이싱(60)이 설치될 준설면(1)과 대향하는 위치에 가이드 프레임(30)이 설치된다. 예시적으로 본 발명의 실시예에서 가이드 프레임(30)은 도 2에 도시된 바와 같이 골조 형태로 형성되지만, 판상체로 형성되어도 무방하다.

한편, 가이드 프레임(30)에는 케이싱(50)을 준설면(1)에 설치하기 위해 케이싱(50)을 지지할 수 있는 클램프(31)가 장착된다. 클램프(31)는 케이싱(50)의 상부에 고정되어 케이싱(50)을 인양한 후 케이싱(50)의 하부에 준설면(1)이 맞닿도록 이동시킬 수 있다.

도 3 내지 도 6은 케이싱(50)을 인양하는 단계가 순차적으로 도시되어 있다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 먼저 플로팅 크레인(40)을 이용하여 케이싱(50)을 평바지(20)로 이동시킬 수 있는데, 이때 케이싱(50)은 도 3에 도시된 바와 같이 평바지(20)에 수평한 방향으로 평바지(20)에 배치될 수 있다. 그리고 케이싱(50)은 평바지(20)의 일측에 회전 가능하게 구비된 리프팅 프레임(21)에 케이싱(50)의 일부가 지지되도록 배치시킬 수 있다.

케이싱(50)이 평바지(20)에 배치된 후에는 플로팅 크레인(40)의 후크부(60)를 케이싱(50)의 타측(평바지(20)의 리프팅 프레임(21)에 지지된 일측과 반대되는 측)에 연결시킬 수 있고, 이 때 평바지(20)와 플로팅 크레인(40)은 교차되게 배치될 수 있다. 평바지(20)와 플로팅 크레인(40)이 교차되게 배치되면, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 플로팅 크레인(40)의 후크부(60)가 케이싱(50)의 일측을 수직으로 들어올리고 평바지(20)가 후진(케이싱(50)이 회전되는 방향의 반대 방향으로 이동)하면서 수평 방향으로 배치되어 있던 케이싱(50)을 수직 방향으로 회전시킬 수 있다.

특히, 평바지(20)에 구비되어 있는 리프팅 프레임(21)은 케이싱(50)을 지지하고 있기 때문에 케이싱(50)의 일측이 플로팅 크레인(40)의 후크부(60)에 의해 수직으로 들어올려지면 케이싱(50)의 타측은 후크부(60)에 의해 들어올려지는 방향과 반대 방향으로 무게가 집중되므로 리프팅 프레임(21)이 회전되면서 케이싱(50)이 수평 방향에서 수직 방향으로 회전될 수 있게 도울 수 있다.

한편, 후크부(60)는 메인 후크(61)와 보조 후크(63)를 포함할 수 있는데, 메인 후크(61)는 후크 가이드 프레임(61a)을 통해서 케이싱(50)의 일측에 연결될 수 있고, 보조 후크(63)는 케이싱(50)의 외주면에 연결될 수 있다. 메인 후크(61)는 복수 개 구비될 수 있으며, 복수 개의 메인 후크(61)가 케이싱(50)의 둘레 방향을 따라 케이싱(50)의 일측에 연결될 수 있다.

이 때 복수 개의 메인 후크(61)가 일정한 간격으로 케이싱(50)에 연결되지 않으면 케이싱(50)의 무게가 메인 후크(61)에 골고루 분산되어 전달되지 않고 각각의 메인 후크(61)에 서로 다르게 케이싱(50)의 무게가 전달될 수 있고, 메인 후크(61)에 케이싱(50)의 무게가 골고루 전달되지 않으면, 케이싱(50)을 들어올리기 위한 메인 후크(61)의 무게 중심이 흐트러져 케이싱(50)이 기울어지는 것과 같은 문제점이 있을 수 있다.

따라서 메인 후크(61)가 전술한 바와 같이 후크 가이드 프레임(61a)을 통해 케이싱(50)의 일측에 연결되면 복수 개의 메인 후크(61)는 일정한 간격으로 후크 가이드 프레임(61a)에 미리 연결되어 있으므로 케이싱(50)의 무게도 각각의 메인 후크(61)에 골고루 분산되어 전달될 수 있다.

보조 후크(63)도 메인 후크(61)와 마찬가지로 복수 개 구비될 수 있고, 보조 후크(63)는 전술한 바와 같이 케이싱(50)의 외주면에 연결될 수 있는데 보조 후크(63)는 작업자가 케이싱(50)의 외주면에 메인 후크(61)와 적당히 이격되게 연결시킬 수 있다.

메인 후크(61)와 보조 후크(63)는 케이싱(50)이 수평 방향에서 수직 방향으로 회동될수록 케이싱(50)의 무게가 전달되는 비율이 변동될 수 있다. 즉, 케이싱(50)이 수평 방향에서 수직 방향으로 회동되기 시작할 때에는 보조 후크(63)가 케이싱(50)의 무게를 더 많이 전달받지만 케이싱(50)이 수평 방향에서 수직 방향으로 회동될수록 메인 후크(61)가 케이싱(50)의 무게를 더 많이 전달받을 수 있다.

한편, 전술한 바와 같은 과정을 거쳐 인양된 케이싱(50)은 가이드 프레임(30)을 통과하여 준설면(1)에 배치될 수 있다.

케이싱(50)이 준설면(1)에 배치되면 도 7a에 도시된 바와 같이 클램프(31)가 케이싱(50)의 상부에 고정된 상태로 케이싱(50)을 지지하고, 케이싱(50)의 하부가 고정될 수 있는 높이까지 수중 콘크리트(4)를 타설한다.

도 7b를 참조하여 보면, 케이싱(50)의 하부 외주면에는 둘레 방향으로 돌출된 스틸밴드(51)가 형성되어있다. 예시적으로 스틸밴드(51)는 케이싱(50)을 육상에서 제작할 때 형성하게 되는데, 케이싱(50) 하부에 형성된 스틸밴드(51)가 수중 콘크리트(4)와 부착됨으로써, 케이싱(50)의 침하가 효과적으로 방지될 수 있다.

수중 콘크리트(4)를 타설하여 케이싱(50)을 고정시킨 후에는 도 7b에 도시된 바와 같이 케이싱(50)의 외주면에 침하 방지 지지대(100)를 연결시킨다.

침하 방지 지지대(100)는 케이싱(50)의 외주면에 장착된 연결부재(140)와, 연결부재(140)와 체결되어 케이싱(50)의 외측 방향으로 연장되는 지지부재(110)를 포함한다.

연결부재(140)는 케이싱(50)을 준설면(1)에 설치하기 전, 케이싱(50)을 육상에서 제작할 때 미리 장착시켜 둘 수 있거나, 케이싱(50)이 준설면(1)에 설치된 후 잠수부에 의해 장착될 수 있으며, 연결부재(140)는 예시적으로 볼트 체결 또는 용접에 의해 장착될 수 있다.

지지부재(110)는 케이싱(50)에 미리 설치할 수 있지만, 예시적으로 지지부재(110)가 "I" 빔 형상의 복수의 단위 부재로 이루어질 수 있다. 그리고 단위 부재를 별도의 연결부품(130), 예를 들면 경첩(판형 플레이트)과 같은 연결부품(130)과 볼트 체결에 의해 연결시킬 수 있다. 한편, 연결부품(130) 대신 연결부재(140)를 이용하여 단위 부재를 연결시킬 수도 있다.

특히, "I" 빔은 시중에 판매되는 기성 제품이기 때문에 구하기 쉽고, "I" 빔 간의 볼트 체결 또한 용이하게 이루어질 수 있기 때문에 잠수부가 수중에서 단위 부재들을 연결시키는 작업 시 작업성을 높일 수 있으며, 보다 안정적이고 신속한 작업이 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.

예시적으로, 이러한 연결부재(140)와 지지부재(110)는 케이싱(50)을 준설면(1)에 설치한 후 잠수부가 해저로 잠수하여 볼트 체결을 함으로써 연결될 수 있다. 침하 방지 지지대(100)가 케이싱(50)이 준설면(1)에 놓이기 전부터 이미 설치되어 있으면, 케이싱(50)의 운반 시 외측 반경 방향으로 방사상으로 돌출되어 있는 침하 방지 지지대(100)로 인해 케이싱(50)의 운반이 지장이 생길 수 있고, 침하 방지 지지대(100)가 운반 시의 충격 등으로 인해 손상될 우려도 있다.

따라서, 케이싱(50)을 준설면(1)에 설치한 후 이와 같이 별도로 침하 방지 지지대(100)를 연결하는 작업을 함으로써, 케이싱(50)의 운반이 보다 용이해질 수 있고, 침하 방지 지지대(100)가 보다 안정적으로 설치될 수 있다.

아울러, 케이싱(50) 하부 외주면에 형성된 스틸밴드(51)와 케이싱(50) 외주면에 침하 방지 지지대(100)가 유기적으로 조합됨으로써 케이싱(50)의 침하 방지를 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 스틸밴드(51)를 통해 수중 콘크리트(4)에 대한 케이싱(50)의 부착력을 더욱 향상시키고, 더불어 침하 방지 지지대(100)를 통해 수중 콘크리트(4) 상면을 지지함으로써 케이싱(50)의 침하를 방지시키는 효과가 크게 향상될 수 있다.

준설면(1)에 케이싱(50)을 설치한 후 수중 콘크리트(4)를 타설한 후에는 도 8에 도시된 바와 같이 사석(5)을 쌓는 단계가 이루어진다. 수중 콘크리트(4)의 상측에 쌓이는 사석(5)은 케이싱(50) 중간 높이까지 해당하는 외주면에 접하여 케이싱(50)을 지지하는 역할을 하게 된다.

사석(5)으로 케이싱(50)의 중간 높이까지 지지하게 되면, 케이싱(50)의 하부만 고정하여 지지할 때 보다 해수면의 파고 또는 간만의 차에 영향받아 케이싱(50)의 상부 측이 흔들리는 것을 방지할 수 있기 때문에 후술될 굴착 단계에서 굴착기(70, 70’)를 케이싱(50) 내부로 인입시키는 작업이 수월하게 진행될 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 굴착기(70, 70’)가 케이싱(50)을 통해 준설면(1)을 수직으로 굴착하는 단계를 도시한 것으로, 굴착하는 단계는 크게 1차 굴착 단계와 2차 굴착 단계로 이루어진다.

도 9a는 1차 굴착 단계가 도시된 것으로, 1차 굴착 단계는 케이싱(50)의 내주보다 작은 직경으로 굴착되는 굴착기(70)를 이용하여 굴착하는 것이고, 도 9b는 2차 굴착 단계가 도시된 것으로, 2차 굴착 단계는 케이싱(50)의 내주에 대응되는 직경으로 굴착되는 굴착기(70’)를 이용하여 굴착하는 것이다.

한편, 2차 굴착 단계에서 케이싱(50)의 내주에 대응된다는 것은 케이싱(50)의 내주로 2차 굴착 단계에 사용되는 굴착기(70’)를 인입하였을 때 굴착기(70’)의 외주면과 케이싱(50)의 내주면이 맞닿아 마찰이 발생되지 않을 정도로 케이싱(50)과 굴착기(70’)가 맞물림 되는 것을 의미할 수 있다.

준설면(1)을 굴착할 때 전술한 바와 같이, 1차 굴착 단계와 2차 굴착 단계로 나누어 진행하면 한번에 큰 직경을 굴착할 경우 굴착기에 과부하가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 굴착기가 고장나거나 손상되는 것을 예방할 수 있어 큰 직경을 한번에 굴착하는 경우보다 오히려 신속하면서도 안정적인 굴착이 이루어질 수 있다.

굴착기(70, 70’)는 준설면(1)을 굴착하기 위해 준설면(1)과 맞닿는 하측면에 특수한 롤러비트(roller bit)가 형성되어 있어 이 롤러비트가 360˚ 회전으로 암반을 파쇄하고 파쇄된 굴착토는 드릴로드 파이프를 통해 배출되어 토사운반선에 수집된다. 그리고 굴착기(70, 70’)로 준설면을 굴착할 때에는 케이싱(50) 내부에 물을 채운 후 굴착을 하면 굴착되는 굴착토가 진흙과 같은 슬라임의 형태로 배출되게 할 수 있다.

한편, 준설면(1)을 굴착하는 단계에서 준설면(1)을 굴착하는 도중에 파쇄대(3)가 나오면 굴착을 잠시 멈추고, 도 10에 도시된 바와 같이 파쇄대 공벽 붕괴를 방지하기 위한 작업이 이루어질 수 있다.

파쇄대 공벽 붕괴 방지 작업은, 먼저 파쇄대(3)가 있는 위치에 수중 거푸집(81)을 만들어 설치하고 수중 거푸집(81)과 파쇄대(3) 사이로 수중 콘크리트(83)를 타설하여 진행한다.

이때, 수중 거푸집(81)은 굴착되는 직경보다 수중 거푸집(81)의 외주 직경이 더 작도록 만들어 설치하여야 전술한 바와 같이 수중 거푸집(81)과 파쇄대(3) 사이로 수중 콘크리트(83)를 타설할 수 있다.

준설면(1)을 굴착하는 단계는 이너케이싱(90)을 굴착된 부분에 인입시키기 위해 진행되는 것으로, 굴착되는 깊이는 이너케이싱(90)의 높이보다 짧도록 굴착한다.

굴착이 완료된 후에는 전술한 바와 같이 준설면(1)의 굴착된 부분에 이너케이싱(90)을 설치하는 단계가 이루어진다. 굴착된 부분에 설치되는 이너케이싱(90)은 육상에서 미리 제작(precast)된 후 인양되어 설치 된다.

도 11a및 도 11b는 이너케이싱(90)이 제작되는 단계가 개략적으로 도시된 개략도이다. 이너케이싱(90)은 강관을 인양하여 제작장에 세워 배치시킨 후 강관이 전도되는 것을 방지하기 위해 강관의 내부에 물을 충진시킬 수 있다.

강관(90’)의 내부에 물을 충진시킨 후에는 단계적으로 강관(90’)의 외주에 철근 콘크리트를 타설하는데, 먼저 강관(90’)의 외주 둘레에 동바리 및 비계를 설치하고 철근을 조립한다. 그리고 그 둘레에 거푸집을 설치한 후 강관(90’)의 외주 및 거푸집 사이에 콘크리트를 타설한다. 그 후 거푸집을 해체하고 콘크리트를 양생시킨다.

전술한 강관(90’)의 외주에 철근 콘크리트를 타설하는 단계는 강관을 층별로 구획하여 반복적인 공정으로 이루어질 수 있다. 이를테면, 본 발명의 실시예에서는 단계적으로 콘크리트를 타설하는 단계가 도 11b에 도시된 바와 같이 1단부터 5단까지 진행됨에 따라 이루어질 수 있다.

이렇게 강관(90’)의 외주에 철근 콘크리트를 단계적으로 타설하면서 프리캐스트 라이닝을 형성하는 이너케이싱(90)을 제작할 수 있다. 여기서, 프리캐스트 라이닝은 철근 콘크리트를 프리캐스팅하여 상측에서 보았을 때, 원형의 라이닝(Lining)이 형성되도록 이너케이싱(90)을 제작하는 것을 말한다.

한편, 이너케이싱(90)이 제작된 후 이너케이싱(90)을 준설면(1)의 굴착된 부분에 인입하기 위한 이너케이싱(90)의 인양 단계가 도 12 내지 도 14에 도시되어 있다.이너케이싱(90)이 인양되는 단계는, 전술에서 케이싱(50)을 설치하기 위해 케이싱(50)을 인양하는 단계와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 도 15를 참조하면 알 수 있듯이, 이너케이싱(90)의 둘레면 하부에는 배수 밸브(91)가 구비될 수 있고, 이너케이싱(90)의 하측에는 바닥판(92)이 구비될 수 있으며, 바닥판(92)에는 통수 밸브(95)가 구비될 수 있다. 이너케이싱(90)의 둘레면 하부에 배수 밸브(91)가 구비됨으로써 이너케이싱(90) 제작 단계에서 내부에 충진되었던 물을 배수할 때 배수 밸브(91)에 배수 파이프를 연결하여 배수할 수 있다.

이너케이싱(90)의 내부에 충진되었던 물은 이너케이싱(90)이 제작된 직후 배수하지 않고, 이너케이싱(90)을 설치하기 바로 전에 배수한다. 그 이유는, 제작된 이너케이싱(90)의 내부에 물을 채우지 않고 그냥 세워두면 풍하중 등으로 인해 이너케이싱(90)이 흔들리거나 넘어지는 등의 전도가 발생할 수 있게 된다. 즉, 이러한 진동이나 움직임을 방지하기 위해 육상에서 대기 중일 때는 이너케이싱(90)의 내부에 물을 채워두어야 한다.

따라서 전술한 바와 같이 이너케이싱(90)의 하부에 구비된 배수 밸브(91)는 이너케이싱(90)을 준설면(1)의 굴착된 부분에 인입하기 위해 인양될 때 이너케이싱(90)의 내부에 채워진 물을 배수할 때 사용될 수 있다.

준설면(1)의 굴착된 부분에 이너케이싱(90)을 인입할 때에는 이너케이싱(90)이 해저에 소정 깊이까지 들어간 상태에서 이너케이싱(90)의 내부에 물을 채울 수 있다. 이렇게 이너케이싱(90)의 내부에 물을 채운 후, 이너케이싱(90)을 굴착된 부분에 인입을 완료시키면 이너케이싱(90)은 하부 본선 터널과 연결이 되고, 이너케이싱(90)의 하측에 구비된 바닥판(92)을 제거할 수 있다. 이 때 바닥판(92)을 제거하기 전에 바닥판(92)에 구비된 통수 밸브(95)를 이용하여 이너케이싱(90)의 내부에 채워진 물을 통수시키고 바닥판(92)를 제거할 수 있다.

또한, 도 15에 도시된 바와 같이 이너케이싱(90)의 하부에는 이너케이싱(90)의 둘레 방향을 따라 복수 개의 저면 가이드(93)가 더 구비될 수 있다. 저면 가이드(93)는 이너케이싱(90)을 케이싱(50)의 내부로 인입시킬 때 이너케이싱(90)이 수월하게 인입될 수 있도록 이너케이싱(90)의 인입 위치를 가이드 해주는 역할을 한다.

따라서 도 15에 도시된 바와 같이 저면 가이드(93)는 이너케이싱(90)의 하측 단부와 접하는 시작점에서 하측 방향으로 갈수록 이너케이싱(90)의 내부 방향으로 경사지도록 구비될 수 있다.

이너케이싱(90)을 준설면(1)의 굴착된 부분에 인입시킨 후에는 도 16에 도시된 바와 같이, 이너케이싱(90)과 케이싱(50) 사이로 몰탈(80)을 주입하여 이너케이싱을 굴착된 부분에 고정시킨다.

한편, 몰탈(80)을 주입하여 이너케이싱(90)을 고정시키기 전에 도 17에 도시된 바와 같이 굴착된 부분으로 인입된 이너케이싱(90)을 임시 고정하는 단계가 이루어지는데, 이 때 이너케이싱(90)의 상측에 미리 구비되어 있던 수중 고정대(97)에 의해 이너케이싱(90)이 케이싱(50)에 임시 고정될 수 있다.

이너케이싱(90)을 임시 고정하는 단계는 잠수부가 케이싱(50) 내부로 들어가 수중 고정대(97)의 일측을 케이싱(50)의 내주면에 수중용접(99)시켜 고정시킬 수 있다. 이와 같이 이너케이싱(90)을 임시 고정시키면 전술한 몰탈 주입 단계에서 몰탈(80) 주입이 수월하게 이루어질 수 있으며 이너케이싱(90)을 보다 정확한 위치에 고정시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.

몰탈(80) 주입으로 이너케이싱(90)을 고정한 후에는 케이싱(50) 외측에 쌓여있던 사석(5)을 준설하는 단계가 이루어진다. 도 18a 내지 도 18c에 도시된 바와 같이 쌓여있는 사석(5)의 크기에 따라 단계적으로 사석(5)을 제거하고 마지막에는 잠수부가 동원되어 사석 제거 작업을 마무리 한다.

사석(5)이 제거된 후에는 도 19에 도시된 바와 같이 케이싱(50)을 절단하는 작업이 이루어진다. 케이싱(50)의 하부는 전술한 단계에서 수중 콘크리트(4)에 의해 고정되어 있다. 따라서 케이싱(50)을 수중 콘크리트(4)로부터 분리시키기 어려우므로 수중 콘크리트(4)의 상측면에 해당하는 위치에서 잠수부가 절단기를 이용하여 케이싱(50)을 절단하게 된다. 즉, 케이싱(50)을 절단한 후, 절단된 케이싱(50)을 인양하여 제거하는 것으로 이너케이싱(90) 시공이 완료될 수 있다. 이렇게 시공이 완료된 이너케이싱(90)이 해저 수직구라 할 수 있다.

본 발명에 따른 해저 수직구(이너케이싱) 시공방법에 따르면, 준설면을 굴착하는 단계가 1차 굴착 단계와 2차 굴착 단계로 이루어져 한번에 큰 직경을 굴착할 경우 굴착기로 걸리는 과부하에 의해 굴착기가 고장나는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.

그리고 준설면을 굴착하기 전에 준설면 굴착을 위해 구비되는 케이싱에 침하 방지 지지대가 구비되도록 함으로써, 케이싱이 굴착 작업이 이루어지는 동안 침하되는 것을 방지할 수 있다.

특히, 침하 방지 지지대는 수중 콘크리트의 부착력을 향상시키기 위해 케이싱 하부 외측에 형성된 스틸밴드와 유기적으로 조합됨으로써, 케이싱의 침하를 보다 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 준설면 3: 파쇄대
4: 수중 콘크리트 5: 사석
10: 잭 업 바지 20: 평바지
21: 리프팅 프레임 30: 가이드 프레임
31: 클램프 40: 플로팅 크레인
50: 케이싱 51: 스틸 밴드
60: 후크부 61: 메인 후크
61a: 후크 가이드 프레임 63: 보조 후크
70, 70’: 굴착기 80: 몰탈
81: 수중 거푸집 83: 수중 콘크리트
90: 이너케이싱 91: 배수 밸브
92: 바닥판 93: 저면 가이드
95: 통수 밸브 97: 수중 고정대
99: 수중 용접 100: 침하 방지 지지대
110: 지지부재 130: 연결부품
140: 연결부재

Claims

해저 굴착 및 수직구 시공 방법에 있어서,
a) 준설면에 케이싱이 배치될 수 있도록 잭업 바지(jack-up barge)를 고정 설치하는 단계;
b) 상기 잭업 바지의 일측에 가이드 프레임을 설치하는 단계;
c) 상기 케이싱을 인양하여 상기 가이드 프레임을 통해 상기 준설면에 상기 케이싱을 배치하는 단계;
d) 상기 케이싱의 외주에 수중 콘크리트를 타설하는 단계;
e) 상기 케이싱 외주면에 타설된 상기 수중 콘크리트의 상면을 지지하는 침하방지 지지대를 설치하는 단계;
f) 상기 케이싱에 굴착기를 삽입하여 상기 준설면을 수직으로 굴착하는 단계;
g) 이너케이싱을 제작하는 단계;
h) 상기 케이싱에 상기 이너케이싱을 삽입하여 상기 준설면의 굴착된 부분에 설치하는 단계; 및
i) 상기 케이싱의 상기 수중 콘크리트의 상측으로 돌출된 부분을 절단 후 제거하는 단계를 포함하되,
상기 f) 단계는,
f-1) 상기 케이싱의 내주보다 작은 직경으로 1차 굴착하는 단계; 및
f-2) 상기 케이싱의 내주에 대응되는 직경으로 2차 굴착하는 단계를 포함하는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제1항에 있어서,
상기 침하방지 지지대는
상기 케이싱의 외주면에 장착된 연결부재; 및
상기 연결부재와 체결되고 상기 케이싱의 외측 방향으로 연장되는 지지부재를 포함하는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제2항에 있어서,
상기 지지부재는 설치 작업 시 무게가 경감되도록 복수 개의 단위부재를 체결하여 구비되는 것인 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제3항에 있어서,
상기 복수의 단위부재 및 상기 연결부재는 서로 볼트 체결되는 것인 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 연결부재 및 상기 지지부재는 "I"빔인 것인 해저 굴착 및 수직구 시공방법.
제 1 항에 있어서,
상기 c) 단계는,
c-1) 평바지에 상기 케이싱을 수평 방향으로 배치하고, 플로팅 크레인의 후크부를 상기 케이싱에 연결하는 단계;
c-2) 상기 평바지를 수평으로 이동시키고 상기 플로팅 크레인이 상기 케이싱을 수직으로 들어 올림으로써, 상기 케이싱을 상기 수평 방향에서 수직 방향으로 회전시키는 단계; 및
c-3) 상기 케이싱을 상기 준설면에 인양하여 배치하는 단계를 포함하되,
상기 평바지는 일측에 힌지 결합되어 상기 케이싱을 회전 가능하게 지지하는 리프팅 프레임을 포함하며,
상기 평바지는 상기 케이싱이 회전되는 방향의 반대 방향으로 이동하는 것인 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 평바지와 상기 플로팅 크레인은 교차되게 배치되는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 후크부는,
후크 가이드 프레임을 통해서 상기 케이싱의 일측과 연결되는 메인 후크; 및
상기 메인 후크와 연결되며, 상기 케이싱의 외주면에 연결되는 보조 후크를 포함하는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제1항에 있어서,
상기 g) 단계는,
g-1) 강관을 인양하여 제작장에 세워 배치하는 단계;
g-2) 상기 강관의 전도가 방지되도록 상기 강관의 내부에 물을 충진하는 단계;
g-3) 상기 강관의 외주에 철근 콘크리트를 단계적으로 타설하여 프리캐스팅 라이닝을 형성하는 이너케이싱의 제작을 완료하는 단계; 및
g-4) 상기 강관의 하부에 구비된 배수 밸브에 연결된 배수 파이프를 통해 충진된 상기 물을 배수하는 단계를 포함하는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제9항에 있어서,
상기 g-3) 단계는,
g-31) 상기 강관의 둘레에 동바리 및 비계를 설치하는 단계;
g-32) 상기 강관의 외주에 철근을 조립하는 단계;
g-33) 상기 강관의 둘레에 거푸집을 설치하는 단계;
g-34) 상기 강관의 외주 및 상기 거푸집 사이에 콘크리트를 타설하는 단계;
g-35) 상기 거푸집을 해체하고 상기 콘크리트를 양생하는 단계; 및
g-36) 상기 양생된 콘크리트의 상측에 상기 g-31) 내지 g-35) 단계를 반복하는 단계를 포함하는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제9항에 있어서,
상기 g) 단계는,
g-5) 충진된 상기 물의 배수가 완료된 후 상기 이너케이싱을 들어올려 상기 배수 파이프를 제거하고 상기 배수 밸브를 잠그는 단계; 및
g-6) 상기 케이싱 내부로의 삽입이 가이드 되도록 상기 이너케이싱의 저면의 둘레에 가이드 부재를 장착하는 단계를 더 포함하는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 f)단계는 서로 직경이 다른 두 대의 역순환 굴착 장치를 통해 수행되는 것인 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제1항에 있어서,
상기 f) 단계는
f-3) 상기 굴착된 부분에 파쇄대가 있는 경우, 상기 파쇄대 공벽 붕괴를 방지하기 위한 작업이 이루어지는 단계를 더 포함하는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제13항에 있어서,
상기 f-3) 단계는,
f-31) 상기 파쇄대가 있는 위치에 수중 거푸집을 설치하는 단계; 및
f-32) 상기 수중 거푸집과 상기 파쇄대 사이로 수중 콘크리트를 타설하는 단계를 포함하는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 e) 단계는 상기 수중 콘크리트의 상측에 사석을 쌓는 단계를 포함하는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 i)단계는 상기 사석을 준설하는 단계를 포함하는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제1항에 있어서,
상기 수중 콘크리트가 타설되는 상기 케이싱의 하부 외주면에는 상기 수중 콘크리트와의 부착력을 향상시키는 스틸밴드가 구비되는 것인 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제1항에 있어서,
상기 h) 단계는,
h-1) 평바지에 상기 이너케이싱을 수평 방향으로 배치하고, 플로팅 크레인의 후크부를 상기 이너케이싱에 연결하는 단계;
h-2) 상기 평바지를 수평으로 이동시키고 상기 플로팅 크레인이 상기 이너케이싱을 수직으로 들어 올림으로써, 상기 이너케이싱을 상기 수평 방향에서 수직 방향으로 회전시키는 단계;
h-3) 상기 이너케이싱을 상기 굴착된 부분에 인입 후, 상기 이너케이싱을 임시 고정시키는 단계; 및
h-4) 몰탈을 주입하여 상기 이너케이싱을 고정시키는 단계를 포함하되,
상기 평바지는 일측에 힌지 결합되어 상기 이너케이싱을 회전 가능하게 지지하는 리프팅 프레임을 포함하며,
상기 평바지는 상기 이너케이싱이 회전되는 방향의 반대 방향으로 이동하는 것인 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 평바지와 상기 플로팅 크레인은 교차되게 배치되는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 후크부는,
후크 가이드 프레임을 통해서 상기 이너케이싱의 일측과 연결되는 메인 후크; 및
상기 메인 후크와 연결되며, 상기 이너케이싱의 외주면에 연결되는 보조 후크를 포함하는 해저 굴착 및 수직구 시공 방법.