KR101234091B1 - 프리캐스트 콘크리트 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법 - Google Patents

프리캐스트 콘크리트 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도에 프리캐스트 콘크리트 슬래브(Precast concrete slab, PC slab)를 직접적으로 설치하여 지하횡단 구조물을 시공하기 위한 PC 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법을 개시한다. 본 발명은 철도의 양측에 철도의 종방향을 따라 복수 쌍의 가교각들을 지중에 매설하고, 철도의 하부를 가로질러 복수 쌍의 가교각들의 상단에 지지되도록 복수의 가로보들을 지중에 매설한다. 복수의 가로보들이 매설되어 있는 철도의 일부 구간을 제거하여 제1 시공구간을 시공하고, 가로보들에 지지되도록 PC 슬래브를 제1 시공구간에 설치한다. PC 슬래브의 상면에 철도와 연결되는 제1 교체 철도를 설치하고, PC 슬래브의 하부를 터파기하여 메인터널을 시공하며, 메인터널에 지하횡단 구조물을 시공한다. 본 발명에 의하면, 철도의 지하횡단 시공구간에 PC 슬래브를 직접적으로 설치하고, 이를 본구조물로 활용하여 시공성과 경제성을 향상시킬 수 있다. 또한, 굴착 깊이를 최소화할 수 있고, 열차 주행의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

프리캐스트 콘크리트 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법{METHOD OF UNDERGROUND RAILWAY CROSSING OVER DIRECT INSTALLATION OF PRECAST CONCRETE SLAB}
본 발명은 지하횡단 공법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철도의 지하횡단 시공구간에 프리캐스트 콘크리트 슬래브(Precast concrete slab, PC slab)를 직접적으로 설치하여 지하횡단 구조물을 시공하기 위한 PC 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법에 관한 것이다.
도로가 철도를 평면으로 교차하는 철도건널목은 건널목 개량촉진법에 의해 입체교체화 사업이 수행되고 있으며, 철도를 횡단하는 신설 도로인 경우에는 입체화를 원칙으로 하고 있다. 입체교차(Grade separation)는 과선교와 지하차도로 건설되고 있다. 과선교의 경우 소음이 발생되고, 경관이 해치기 때문에 제한적으로 적용되고 있으며, 대부분 지하횡단으로 입체교체화 되고 있다. 이외에도 지하철 건설, 도시가스관, 통신력구 등의 지하횡단 구조물이 건설되고 있다.
지하횡단 공법은 상부 철도의 변형을 최소화시켜 열차의 안전운행은 물론 선로의 틀림으로 인한 열차의 운행에 지장을 감소시킬 수 있는 다양한 공법들이 개발되어 있다. 지하횡단 공법은 크게 지반에서 땅을 굴착하여 구조물을 설치하고 흙을 다시 메우는 개착식과 비개착식으로 구분되고 있다. 개착 공법은 가받침 공법, 특수선 부설 공법 등이 있다. 비개착 공법은 파이프루프(Pipe roof) 공법, 프론트잭킹(Front jacking) 공법, JES(Joint element structure) 공법 등이 있다. 이들 공법은 안전성, 경제성, 공사기간, 철도의 중요도(열차 통과 회수 및 속도), 단·복선, 구조물의 크기 등에 따라 적정한 것이 적용되고 있다.
상기한 바와 같은 지하횡단 공법들은 특수선 부설 공법을 제외하고는 모두 가시설 구조로 철도를 유지시키고, 열차를 통행시키면서 철도 하부를 굴착하여 지하횡단 구조물을 설치하는 공법들이다. 하로판형을 이용한 개착 공법은 하로판형의 처짐과 진동 등으로 열차의 서행이 요구된다. 비개착 공법들은 철도를 그대로 보존하고 시공을 하기 위해 복잡한 공정을 내포하고 있어 이에 따른 공사기간과 공사비의 증가로 비경제적이다. 또한, 공사기간의 증가로 하여 현장관리감독, 소음진동, 주변주민 및 차량 통행의 불편 등이 문제로 제기되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 지하횡단 공법의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은, 철도의 지하횡단 시공구간에 PC 슬래브를 직접적으로 설치하고, 이를 본구조물로 활용하여 시공성과 경제성을 향상시킬 수 있는 PC 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 굴착 깊이(토피고)를 최소화할 수 있는 PC 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 열차 주행의 안전성을 향상시킬 수 있는 PC 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, PC 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법이 제공된다. 본 발명에 따른 PC 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법은, 철도의 양측에 철도의 종방향을 따라 복수 쌍의 가교각들을 지중에 매설하는 단계와; 철도의 하부를 가로질러 복수 쌍의 가교각들의 상단에 지지되도록 복수의 가로보들을 지중에 매설하는 단계와; 복수의 가로보들이 매설되어 있는 철도의 일부 구간을 제거하여 제1 시공구간을 시공하는 단계와; 복수의 가로보들에 지지되도록 PC 슬래브를 제1 시공구간에 설치하는 단계와; PC 슬래브의 상면에 철도와 연결되는 제1 교체 철도를 설치하는 단계와; PC 슬래브의 하부를 터파기하여 메인터널을 시공하는 단계와; 메인터널에 지하횡단 구조물을 시공하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 PC 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법은, 철도의 지하횡단 시공구간에 PC 슬래브를 직접적으로 설치한 후 철도의 설치, 터파기, 지하횡단 구조물의 시공 등을 실시하여 시공성을 향상시킴으로써, 공사기간을 단축할 수 있다. 또한, PC 슬래브는 지하횡단 구조물의 본구조물로 활용하여 시공비를 절감할 수 있다. PC 슬래브의 설치에 의하여 굴착 깊이가 최소화되어 지하횡단 도로의 경사에 의한 길이를 단축시킬 수 있고, 접속도로의 옹벽 및 가시설을 감소시킬 수 있다. 또한, 공사 중에도 PC 슬래브에 설치되어 있는 철도를 통한 열차 주행이 가능하고, 열차 주행에 따른 진동이나 처짐을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 철도지하횡단 공법에 의하여 시공하기 위한 일반적인 철도를 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 철도지하횡단 공법에서 가설재가 시공구간에 설치되어 있는 구성을 나타낸 사시도들이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 철도지하횡단 공법에서 PC 슬래브를 설치하는 공정을 설명하기 위하여 나타낸 사시도들이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 철도지하횡단 공법에서 접속 PC 슬래브를 설치하는 공정을 설명하기 위하여 나타낸 사시도들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 철도지하횡단 공법에서 터파기를 설명하기 위하여 나타낸 단면도들이다.
도 12는 본 발명에 따른 철도지하횡단 공법에서 터파기를 설명하기 위하여 나타낸 사시도이다.
도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 철도지하횡단 공법에서 지하횡단 구조물의 시공을 설명하기 위하여 나타낸 단면도들이다.
도 16은 본 발명에 따른 철도지하횡단 공법에 의하여 시공한 지하횡단 구조물의 사시도이다.
도 17은 도 16의 단면도이다.
도 18은 도 16의 평면도이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 PC 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 PC 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법은 가받침 공법과 유사한 공법으로 가받침 공법에서 하로판형을 견고한 PC 슬래브로 대체하여 시공하고, 공사기간 중 가받침으로 사용된 PC 슬래브는 본구조물로 사용하여 지하횡단 구조물을 시공한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 철도(10)가 지반(20)에 설치되어 있다. 철도(10)는 횡방향(X)과 종방향(Y)을 구비한다. 지하횡단의 시공을 위하여 가설재(30)를 철도(10)의 지하횡단 시공구간에 설치한다. 가설재(30)는 복수 쌍의 가교각(32)들과 복수의 가로보(34)들로 구성되어 있다. 복수 쌍의 가교각(32)들은 철도(10)의 양측으로부터 간격을 두고 철도(10)의 종방향을 따라 지중(22)에 매설한다. 가교각(32)들 각각의 상단은 그 상방에 복수 쌍의 구멍(24)들을 형성하도록 지중(22)에 배치된다.
복수의 채널(Channel: 26)들이 복수의 가로보(34)들의 상부에 복수 쌍의 구멍(24)들을 횡방향(X)을 따라 연결하도록 형성되어 있다. 작업자는 복수의 가로보(34)들은 복수 쌍의 가교각(32)들 각각의 상단에 지지되도록 채널(24)들에 각각 매설한다. 가로보(34)들은 철도(10)의 하부를 가로질러 배치된다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, PC 슬래브(40)는 공장 또는 시공현장 근처에서 거푸집에 의하여 규격에 맞도록 콘크리트 타설 및 양생하여 사전 제작한 철근 콘크리트이다. 이러한 PC 슬래브(40)는 시공현장으로 운반한 후 가설하기 때문에 콘크리트 타설 및 양생 기간만큼 공사기간을 단축시킬 수 있다. 또한, PC 슬래브(40)에 의해서는 규격화에 의하여 품질을 보증하고, 생산비를 절감할 수 있다. 철도(10)의 설치를 위한 PC 슬래브(40)는 PC 슬래브 트랙(Precast concrete slab track)이라 부르고도 있다.
한편, 작업자는 PC 슬래브(40)가 지하횡단의 시공현장에 운반하여 준비한다. PC 슬래브(40)는 철도(10)와 이웃하도록 평행하게 준비하여 둔다. PC 슬래브(40)가 준비되면, PC 슬래브(40)의 설치를 위하여 철도(10)의 일부 구간을 제거하여 제1 시공구간(50)을 형성한다.
제1 시공구간(50)은 가로보(34)들 사이에 배치된다. 제1 시공구간(50)의 레일은 잘라내서 제거하고, 침목, 자갈과 노반을 걷어낸다. 작업자는 제1 시공구간(50)을 형성한 후, PC 슬래브(40)를 제1 시공구간(50)에 밀어넣기에 의하여 설치한다. PC 슬래브(40)가 설치되면, PC 슬래브(40)의 상면에 레일들을 결합하여 제1 교체 철도(12)를 설치한다. 제1 교체 철도(12)는 공장 또는 시공현장 근처에서 PC 슬래브(40)의 상면에 사전 설치할 수 있다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 작업자는 한 쌍의 접속 PC 슬래브(60, 62)들을 준비한다. 접속 PC 슬래브(60, 62)들은 PC 슬래브(40)와 마찬가지로 사전에 제작하여 시공현장으로 운반한다. 접속 PC 슬래브(60, 62)들이 준비되면, 작업자는 PC 슬래브(40)의 선단과 후단에 이웃하는 철도(10)의 일부 구간을 제거하여 접속 PC 슬래브(60, 62)들의 설치하기 위한 제2 및 제3 시공구간(52, 54)을 형성한다. 본 실시예에 있어서, 제2 및 제3 시공구간(52, 54)은 제1 시공구간(50)과 함께 단일 공정에 의하여 시공할 수 있다.
작업자는 제2 및 제3 시공구간(52, 54)을 형성한 후, 접속 PC 슬래브(60, 62)들 각각을 제2 및 제3 시공구간(52, 54)에 밀어넣기에 의하여 설치한다. 접속 PC 슬래브(60, 62)들이 설치되면, 접속 PC 슬래브(60, 62)들의 상면에 레일들을 결합하여 제2 교체 철도(14)를 설치한다. 접속 PC 슬래브(60, 62)들은 PC 슬래브(40)의 선단과 후단 각각에 종방향(Y)을 따라 정렬된다. 본 실시예에 있어서, 접속 PC 슬래브(60, 62)들은 지하횡단의 형태에 따라 어느 하나만 설치하거나 둘다 설치하지 않을 수 있다. 접속 PC 슬래브(60, 62)들 각각의 하면은 복수의 가로보(34)들과 복수의 받침보(64)들에 의하여 견고하게 받쳐 있다. 받침보(64)들은 PC 슬래브(40)의 설치 전에 횡방향(X)을 따라 지반(20)에 매립하여 설치하거나 제2 및 제3 시공구간(52, 54)의 시공 시 설치할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 접속 PC 슬래브(60, 62)들 각각은 가로보(34)들과 받침보(64)들 중 하나에 의하여 받쳐줄 수도 있다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 작업자는 PC 슬래브(40)와 접속 PC 슬래브(60, 62)들의 설치가 완료되면, 지반(20)의 터파기에 의하여 메인터널(Mail tunnel: 70)을 시공한다. 지반(20)의 굴착 시 PC 슬래브(40)의 하부를 먼저 굴착하고, 지하횡단 구조물의 시공을 위한 측면 공간을 확보하기 위하여 PC 슬래브(40)의 하부와 이웃하는 접속 PC 슬래브(60, 62)들의 하부 일부를 굴착하여 사이드터널(Side tunnel: 72. 74)들을 시공한다.
도 13 내지 도 15를 참조하면, 메인터널(70)과 사이드터널(72, 74)들에 지하횡단 구조물(80), 예를 들면 지하횡단도로를 시공한다. 지하횡단 구조물(80)은 바닥 프리캐스트 콘크리트 슬래브(Bottom Precast concrete slab, Bottom PC slab: 82), 벽체(84)로 구성되어 있다. 바닥 PC 슬래브(82)와 벽체(84)는 콘크리트의 타설 및 양생에 의하여 시공되는 철근 콘크리트 구조물이다. 바닥 PC 슬래브(82)는 가교각(32)들 사이에 시공하고, 벽체(84)는 가교각(32)들과 가로보(34)들 사이에 시공한다. 지하횡단 구조물(80)의 시공이 완료되면, 지하횡단 구조물(80)의 시공을 위하여 가설되었던 가시설, 예를 들면 거푸집 등을 철거한 후, 되메우기(성토) 및 다짐을 실시한다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 지하횡단 구조물(80)의 시공에 의하여 완성된 지하횡단(90)은 PC 슬래브(40)가 본구조물, 즉 지하횡단 구조물(80)의 천장으로 사용된다. 본 발명에 따른 지하횡단 공법은 공사 중에도 PC 슬래브(40)와 접속 PC 슬래브(60, 62)들의 철도(10)에 의하여 열차 운행이 가능하고, 도로교통에 지장을 주지 않아 통행량이 많거나 우회도로를 건설하기 어려운 지역에 적합하다. PC 슬래브(40)와 접속 PC 슬래브(60, 62)들은 충분한 강성을 보유하기 때문에 열차 주행에 따른 진동이나 처짐을 방지하여 안전성을 확보함으로써, 열차의 서행을 최소화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 지하횡단 공법에 있어서 지하횡단 구조물(80)은 가교각(32)들 사이에서 바닥 PC 슬래브(82)를 시공하고, 가교각(32)들과 가로보(34)들 사이에 벽체(84)를 시공함으로써, 지하횡단 구조물(80), 즉 구체(Frame)를 연속적으로 시공할 수 있어 시공성이 향상된다. 또한, 자갈도상을 설치하고자 하면, PC 슬래브(40)을 자갈도상의 두께 만큼 낮게 설치하여 지하횡단 구조물을 설치할 수 있다. 이 경우, 접속 PC 슬래브(60, 62)의 설치는 필요 없게 된다.
한편, 본 발명에 따른 지하횡단 공법에 있어서 PC 슬래브(40)와 접속 PC 슬래브(60, 62)들이 본구조물로 사용되기 때문에 굴착 깊이가 최소화된다. 이와 같이 굴착 깊이가 감소되면, 지하횡단 도로의 종방향(철도의 횡방향) 경사에 의한 길이를 단축시킬 수 있으므로, 굴착량이 감소되고, 공사비가 절감되며, 차량의 통행에도 유리하게 된다. 굴착량이 감소되면, 지하횡단 도로에 연결되는 접속도로의 옹벽 및 가시설도 크게 감소하게 된다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다. 예컨대, 본 발명은 철도 이외에도 도로, 고속도로 등의 지하횡단 구조물을 시공하는 데 적용될 수 있다.
10: 철도 12: 제1 교체 철도
14: 제2 교체 철도 20: 지반
30: 가설재 32: 가교각
34: 가로보 40: PC 슬래브
60, 62: 접속 PC 슬래브 64: 받침보
50: 메인터널 52, 54: 사이드터널
80: 지하횡단 구조물 82: 바닥 PC 슬래브
84: 벽체 90: 지하횡단

Claims (5)

  1. 철도의 양측에 상기 철도의 종방향을 따라 복수 쌍의 가교각들을 지중에 매설하는 단계와;
    상기 철도의 하부를 가로질러 상기 복수 쌍의 가교각들의 상단에 지지되도록 복수의 가로보들을 상기 지중에 매설하는 단계와;
    상기 복수의 가로보들이 매설되어 있는 상기 철도의 일부 구간을 제거하여 제1 시공구간을 시공하는 단계와;
    상기 복수의 가로보들에 지지되도록 프리캐스트 콘크리트 슬래브를 상기 제1 시공구간에 설치하는 단계와;
    상기 프리캐스트 콘크리트 슬래브의 상면에 상기 철도와 연결되는 제1 교체 철도를 설치하는 단계와;
    상기 프리캐스트 콘크리트 슬래브의 하부를 터파기하여 메인터널을 시공하는 단계와;
    상기 메인터널에 지하횡단 구조물을 시공하는 단계를 포함하는 프리캐스트 콘크리트 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 교체 철도를 설치한 후 프리캐스트 콘크리트 슬래브의 선단과 후단에 연결되도록 상기 철도의 일부 구간을 제거하여 제1 시공구간과 제2 시공구간을 형성하는 단계와;
    상기 제1 시공구간과 상기 제2 시공구간 각각에 한 쌍의 접속 프리캐스트 콘크리트 슬래브들을 설치하는 단계와;
    상기 한 쌍의 접속 프리캐스트 콘크리트 슬래브들의 상면에 상기 제1 교체 철도와 연결되는 제2 교체 철도를 설치하는 단계를 더 포함하는 프리캐스트 콘크리트 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메인터널을 시공한 후 상기 지하횡단 구조물의 시공을 위한 측면 공간을 확보하기 위하여 상기 한 쌍의 접속 프리캐스트 콘크리트 슬래브들의 하부를 터파기하여 사이드터널을 시공하는 단계를 더 포함하는 프리캐스트 콘크리트 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 한 쌍의 접속 프리캐스트 콘크리트 슬래브들을 설치하기 전에 상기 한 쌍의 접속 프리캐스트 콘크리트 슬래브들의 하면을 지지하도록 지반에 복수의 받침보들을 매설하는 단계를 더 포함하는 프리캐스트 콘크리트 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지하횡단 구조물을 시공하는 단계는,
    상기 복수 쌍의 가교각들 사이에 바닥 슬래브를 시공하는 단계와;
    상기 복수 쌍의 가교각들과 상기 복수의 가로보들 사이에 벽체를 시공하는 단계로 이루어지는 프리캐스트 콘크리트 슬래브의 직접 설치를 통한 철도지하횡단 공법.
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