KR102129608B1 - 시공성과 작업안전성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법 - Google Patents

시공성과 작업안전성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 저토피 구간의 반개착 시공에 의한 터널에 있어서, 상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)이 안정 지반층까지 절토되며, 상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)의 양측에는 중심선에 대하여 대향되는 한쌍의 천공(20)을 터널의 종방향으로 복수개 형성하는 제1 단계; 상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)에 형성된 일측의 천공(20; 20a)에 대하여 반아치형으로 이루어진 제1 강지보 부재(30a)의 지지부(32a)가 삽입되어 부분적으로 천공(20)에 대하여 지지되는 제2 단계; 상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)에 형성된 타측의 천공(20; 20b)에 대하여 반아치형으로 이루어진 제2 강지보 부재(30b)의 지지부(32b)가 삽입되어 부분적으로 천공(20)에 대하여 지지되는 제3 단계; 및 제1 강지보 부재(30a)의 반아치 단부에 형성된 제1 플랜지부(34a)와 제2 강지보 부재(30b)의 반아치 단부에 형성된 제2 플랜지부(34b)가 서로 대향되어 체결부재에 의하여 결합되는 제4 단계를 포함하는 시공성과 작업안전성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법이 제공된다.

Description

시공성과 작업안전성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법{Semi open cut type tunnel construction method at low overburden}
본 발명은 시공성과 작업안전성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저토피 구간에서 반개착 상태에서 거푸집과 그 설치를 위한 받침대를 요하지 않을 뿐만 아니라, 반개착식 터널 시공에 있어서 경제성을 높이면서 공기를 단축할 수 있는 시공성과 작업안전성이 향상된 저토피의 반개착식 터널에 관한 것이다.
통상적으로 터널의 굴착공법으로는 폭약발파에 의한 굴착공법 또는 TBM 등의 기계식 굴착장비를 이용한 굴착공법 등으로 대별되며, 이와 같은 공법을 통하여 점차적으로 터널의 심도깊이를 증가시켜가면서 터널을 구축하게 된다. 이와 같은 통상의 굴착공법으로 터널을 굴착하기 위해서는 터널상부의 토피층(피복두께)이 어느 정도 두께이상이 되어야만 지반의 아칭효과를 통한 지지력이 확보되어 붕괴되지 않고 터널을 건설할 수 있다.
그러나 지형조건상 터널의 입출구나 계곡부와 같이 토피가 얇은 구간의 경우에는 지반자체가 견고하지 못하기 때문에 터널의 각부에 해당하는 부분까지 굴착하고 터널구조물을 시공한 후 되메움을 하는 개착식공법을 통해 터널을 시공해왔다. 그러나, 이러한 개착식공법의 경우, 지반의 두께가 두꺼운 곳에서 시공하게 되면 지반으로부터 큰 응력이 작용하기 때문에 지반을 받치는 라이닝콘크리트의 두께가 증가하게 되며, 그에 따라 라이닝콘크리트를 공장에서 미리 제작하여 운반 설치하는 것이 현실적으로 어려워서 현장에서는 직접 거푸집 및 지지대를 가설한 후 콘크리트를 타설하고 양생해야 하기 때문에 품질관리가 어렵고 양생시간에 따른 전체 공사기간이 길어지는 문제점이 있다. 또한, 터널의 바닥부까지 굴착해야 하므로 양측에 대절토 깎기 사면이 형성되며, 절토량 또한 많아 환경적 피해가 크게 발생되고, 대절토 깎기 사면 보강이 필요한 경우 매우 큰 공사비 증액이 발생되는 문제점도 있다.
한편, 반개착식 터널 시공방법은 터널 아치 슬래브(Arch Slab)부분을 콘크리트로 타설하기 위하여 천단 상부 굴착후 아치형태의 지반형성(터널 상반)이 어렵고, 아치곡면 형상의 콘크리트 아치 슬래브 타설이 어려우며, 되메움 토압에 의하여 아치 슬래브 기초부에 집중되는 작용응력과 횡방향 및 종방향 부등변위가 발생되어 구조적인 안정성 확보가 곤란하고 다수의 균열이 수반된다. 또한, 터널 굴착시 아치형상의 지반(터널 상반)을 재굴착하고, 내부에 추가적인 지보재(숏크리트) 및 콘크리트 라이닝을 타설하여야 하므로, 시공공정이 복잡하고 경제성이 매우 불량하다. 따라서 이러한 문제점을 개선하기 위하여 공개특허공보 제10-2007-95481호는 원지반을 일정 깊이로 절토하여 절토바닥면을 형성하는 단계, 절토바닥면에 H강지보 및 토류판이 보강된 아치형 구조물을 설치하는 단계, 아치형 구조물의 상부에 토사를 되메워 되메움층을 형성하는 단계, 및 아치형 구조물의 하부에 있는 지반을 굴착하여 터널을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 저토피구간의 반개착식 터널시공방법이 개시되어 있다. 이 때, H강지보 사이에 복수 개로 설치되는 토류판은 되메움 토압을 지지하는 주응력 방향에 직각방향으로 설치되고, H강지보과 일체화되지 않는 이질적인 강성차이로 보강재로써 역할이 미미하며, H강지보 사이에 다수의 토류판 삽입으로 현장 시공성이 불량하다.
또한, 되메움 토압은 심도가 가장 깊은 기초부에서 가장 크게 작용하여 H강지보에 과도한 응력집중 및 변형이 발생되나, 전체 아치형 구조물(H강지보 및 토류판)을 동일한 강성으로 형성시켜 현장의 다양한 되메움 토압조건에 따른 구조적 안정성 확보에 취약한 기술적 한계가 있다.
한편, 종래 아치형 구조물은 거푸집을 제작한 상태에서 철근 배근과 콘크리트 타설에 의하여 이루어지고 아치형 구조물 하부 터널굴착 및 지보재가 설치되기 때문에, 시공 기간이 길 뿐만 아니라, 마지막 단계에서 추가적인 콘크리트 라이닝 작업을 반드시 수행해야 하는 기술적 한계가 있다.
한편, 반개착 터널의 아치 구조물로서 균질하지 못한 강도특성을 나타내는 강지보 구조체를 적용하는 경우에 강지보에 숏크리트를 타설, 터널 하반 굴착 및 반개착부 되메움 작업을 수행할 때 설계에서 예상하지 못한 아치 강지보 천장부 과대변위, 기초부 부등변위 및 강지보 응력이 허용치를 초과하여 구조적인 안정성이 확보되지 못하는 문제점이 발생된다.
한편, 종래 카린시안 공법을 이용한 저토피의 반개착식 터널시공방법에 의할 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 터널 상반면 추가 굴착 후에 암버력과 토사 쌓기를 한 후에 상부 린콘크리트와 아치철근콘크리트 타설을 하며, 그 후에 상반 파쇄암을 걷어 내는 등의 공법을 이용해야 하기 때문에 공사비용이 많이 들 뿐만 아니라 시공성이 저하되는 문제점이 있다.
이와 같이, 종래 아치형 구조물을 이용할 경우 구조물의 설치 및 해체에 따른 시공성 저하와 공정에 따른 비용이 높은 문제점이 있다.
따라서 이러한 문제점을 개선할 수 있는 시공성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법의 개발이 요구되고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 저토피 구간에서 반개착 상태에서 거푸집과 그 설치를 위한 받침대를 요하지 않고 현장에서 터널 시공의 공기를 단축할 수 있는 시공성과 작업안전성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 하반 굴착시 강지보 연결공종을 생략함으로써 공정을 최소화하며, 강지보재의 볼트 체결 공정을 하지 않음으로써 시공성을 향상시킴과 동시에 공사시간을 단축시켜 경제성을 높일 수 있는 시공성과 작업안전성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 의하면, 저토피 구간의 반개착 시공에 의한 터널에 있어서, 상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)이 안정 지반층까지 절토되며, 상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)의 양측에는 중심선에 대하여 대향되는 한쌍의 천공(20)을 터널의 종방향으로 복수개 형성하는 제1 단계; 상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)에 형성된 일측의 천공(20; 20a)에 대하여 반아치형으로 이루어진 제1 강지보 부재(30a)의 지지부(32a)가 삽입되어 부분적으로 천공(20)에 대하여 지지되는 제2 단계; 상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)에 형성된 타측의 천공(20; 20b)에 대하여 반아치형으로 이루어진 제2 강지보 부재(30b)의 지지부(32b)가 삽입되어 부분적으로 천공(20)에 대하여 지지되는 제3 단계; 및 제1 강지보 부재(30a)의 반아치 단부에 형성된 제1 플랜지부(34a)와 제2 강지보 부재(30b)의 반아치 단부에 형성된 제2 플랜지부(34b)가 서로 대향되어 체결부재에 의하여 결합되는 제4 단계를 포함하는 시공성과 작업안전성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법이 제공된다.
여기서, 제1 플랜지부(34a)와 제2 플랜지부(34b)에는 각각 서로 체결되도록 하기 위한 체결공(36a, 36b)이 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 제1 플랜지부(34a)와 제2 플랜지부(34b)의 지지부(32a, 32b)가 천공(20)에 삽입된 상태에서 채움부재(40)를 삽입되는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 제1 강지보 부재(30a)와 제2 강지보 부재(30b)에 대하여 상반 쇼크리트(50)가 타설되는 제5 단계; 상반을 토사 또는 암버력으로 되메우는 제6 단계; 터널 하반 굴착 공정이 수행되며, 록볼트(60)가 암반층과 지지부(32a, 32b) 사이에 설치된 후에 지지부(32a, 32b)의 내측에 대하여 숏크리트가 타설되는 제7 단계; 및 터널의 내측벽에 대하여 콘크리트 라이닝(70)이 타설되는 제8 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에 의하면, 저토피 구간에서 반개착 상태에서 거푸집과 그 설치를 위한 받침대를 요하지 않고 현장에서 터널 시공의 공기를 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 본 발명의 다른 목적은 하반 굴착시 강지보 연결공종을 생략함으로써 공정을 최소화하며, 강지보 부재의 공정에서 작업 안정성과 시공성을 향상시킴과 동시에 공사시간을 단축시켜 경제성을 높일 수 있다.
도 1은 공개특허공보 제10-2007-95481호에 따른 저토피구간의 반개착식 터널시공방법의 개략도이다.
도 2는 종래 카린시안 공법에 다른 반개착식 터널의 시공방법을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시공성과 작업안전성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법을 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시공성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시공성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법의 개략도이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 시공 전 지반 조사를 실시하여 지반 조건이 설계 조건과 동일한지 확인한 후에, 상반 굴착선(10)까지 절토 및 부지정리를 실시한다. 이 때 상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)은 안정층인 경암층까지 절토한다. 한편, 상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)의 양측에는 중심선에 대하여 대향되는 한쌍의 천공(20)을 터널의 종방향으로 복수개 형성한다.
천공(20)은 제1 강지보 부재(30a)와 제2 강지보 부재(30b)의 지지부재(32a, 32b)의 단면폭보다 적어도 1.5 내지 3배의 크기로로 천공된다.
이후, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)에 형성된 일측의 천공(20; 20a)에 대하여 반아치형으로 이루어진 제1 강지보 부재(30a)의 지지부(32a)가 삽입된다. 상기 제1 강지보 부재(30a)는 종방향 중심에 대하여 'H'자의 형강으로 이루어지며 반아치를 이루는 상단부는 'H'형강의 단부에 대하여 수직한 제1 플랜지부(34a)를 구비하며, 제1 플랜지부(34a)에는 체결부재(미도시)에 의하여 체결되도록 하기 위한 제1 체결공(36a)이 복수개 구비된다.
이후, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)에 형성된 일측의 천공(20; 20b)에 대하여 반아치형으로 이루어진 제2 강지보 부재(30b)의 지지부(32b)가 삽입된다. 상기 제2 강지보 부재(30b)는 종방향 중심에 대하여 'H'자의 형강으로 이루어지며 반아치를 이루는 상단부는 'H'형강의 단부에 대하여 수직한 제2 플랜지부(34b)를 구비하며, 제2 플랜지부(34b)에는 체결부재(미도시)에 의하여 체결되도록 하기 위한 제2 체결공(36b)이 복수개 구비된다.
본 발명에 의하면, 제1 강지보 부재(30a)와 제2 강지보 부재(30b)는 서로 대칭되는 한쌍의 반아치형상을 가지며, 반아치의 단부에는 각각 제1 플랜지부(34a)와 제2 플랜지부(34b)가 서로 대향되도록 구비되며, 제1 플랜지부(34a)와 제2 플랜지부(34b)에는 각각 서로 체결되도록 하기 위한 체결공(36a, 36b)이 구비된다.
이후, 도 3d에 도시된 바와 같이, 제1 강지보 부재(30a)와 제2 강지보 부재(30b)의 각 지지부(32a, 32b)가 천공(20)에 각각 삽입된 상태에서, 제1 강지보 부재(30a)와 제2 강지보 부재(30b)의 제1 플랜지부(34a)와 제2 플랜지부(34b)가 서로 대향되어 접하도록 한다. 이후, 제1 강지보 부재(30a)와 제2 강지보 부재(30b)의 제1 플랜지부(34a)와 제2 플랜지부(34b)가 서로 대향된 상태에서 제1 플랜지부(34a)와 제2 플랜지부(34b)의 체결공(36a, 36b)에 대하여 체결부재(미도시)에 의하여 제1 강지보 부재(30a)와 제2 강지보 부재(30b)가 결합된다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 제1 강지보 부재(30a)와 제2 강지보 부재(30b)의 결합 작업시 제1 강지보 부재(30a)와 제2 강지보 부재(30b)의 지지부(32a, 32b)가 각각 천공(20)에 삽입된 상태에서 조립 결합 공정이 이루어지기 때문에 조립 결합 작업시에 제1 강지보 부재(30a)와 제2 강지보 부재(30b)의 자립력이 우수할 뿐만 아니라 그에 따른 인력과 장비의 소요를 최소화할 수 있으며, 작업의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
이후, 제1 플랜지부(34a)오 제2 플랜지부(34b)의 지지부(32a, 32b)가 천공(20)에 삽입된 상태에서 채움부재(40)를 삽입한다. 천공(20)에 삽입되는 채움부재(40)는 모래나 토사로 이루어지는 것이 바람직하며, 시멘트페이스트나 무수축 몰탈로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.
이후, 도 3e에 도시된 바와 같이, 제1 강지보 부재(30a)와 제2 강지보 부재(30b)에 대하여 상반 쇼크리트(50)를 타설한다.
이후, 도 3f에 도시된 바와 같이, 상반 쇼크리트(50)의 상부에 대하여 되메우기 공정을 수행한다.
이후, 도 3g에 도시된 바와 같이, 터널 하반 굴착 공정이 수행되며, 록볼트(60)를 암반층과 지지부(32a, 32b) 사이에 설치한 후에 지지부(32a, 32b)의 내측에 대하여 숏크리트를 타설한다.
이후, 도 3h에 도시된 바와 ƒˆ이, 터널의 내측벽에 대하여 콘크리트 라이닝(70)의 타설이 수행된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 현장에서 천공(20)이 설치된 후에 천공(20)에 대하여 제1 강지보 부재(30a)와 제2 강지보 부재(30b)가 각각 삽입된 상태에서 제1 강지보 부재(30a)와 제2 강지보 부재(30b)의 제1 플랜지부(34a)와 제2 플랜지부(34b)가 결합이 되도록 함으로써 작업의 안전성과 시공성을 향상시킬 뿐만 아니라, 터널의 공정에 필요한 공정비용을 현저히 절감할 수 있다.
10: 상반 굴착선
20: 천공
30a: 제1 강지보 부재
30b: 제2 강지보부재
32a, 32b: 지지부재
34a: 제1 플랜지부
34b: 제2 플랜지부
36a: 제1 체결공
36b: 제2 체결공
40: 채움부재
50: 상반 쇼크리트

Claims (4)

  1. 저토피 구간의 반개착 시공에 의한 터널시공방법에 있어서,
    상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)이 안정 지반층까지 절토되며,
    상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)의 양측에는 중심선에 대하여 대향되는 한쌍의 천공(20)을 터널의 종방향으로 복수개 형성하는 제1 단계;
    상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)에 형성된 일측의 천공(20; 20a)에 대하여 반아치형으로 이루어진 제1 강지보 부재(30a)의 지지부(32a)가 삽입되어 부분적으로 천공(20)에 대하여 지지되는 제2 단계;
    상반 굴착선(10)의 바닥면(10B)에 형성된 타측의 천공(20; 20b)에 대하여 반아치형으로 이루어진 제2 강지보 부재(30b)의 지지부(32b)가 삽입되어 부분적으로 천공(20)에 대하여 지지되는 제3 단계; 및
    제1 강지보 부재(30a)의 반아치 단부에 형성된 제1 플랜지부(34a)와 제2 강지보 부재(30b)의 반아치 단부에 형성된 제2 플랜지부(34b)가 서로 대향되어 체결부재에 의하여 결합되는 제4 단계를 포함하며,
    상기 제1 단계에 있어서, 상기 바닥면(10B)의 일측과 타측에 각각 위치한 천공(20)들은 일정한 간격을 유지한 상태에서 복수개로 일렬로 정렬되며,
    지지부재(32a, 32b)의 단면폭의 1.5 내지 3배 지름 크기를 갖도록 원통형으로 형성되며,
    상기 제2 및 제3 단계에 있어서, 상기 원통형으로 이루어진 천공(20)에 지지부재(32a, 32b)가 삽입 지지된 상태에서 시멘트페이스트 또는 무수축 몰탈이 충진되는 것을 특징으로 하는 시공성과 작업안전성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 플랜지부(34a)와 제2 플랜지부(34b)에는 각각 서로 체결되도록 하기 위한 체결공(36a, 36b)이 구비되는 것을 특징으로 하는 시공성과 작업안전성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서, 제1 강지보 부재(30a)와 제2 강지보 부재(30b)에 대하여 상반 쇼크리트(50)가 타설되는 제5 단계;
    상반을 토사 또는 암버력으로 되메우는 제6 단계;
    터널 하반 굴착 공정이 수행되며, 록볼트(60)가 암반층과 지지부(32a, 32b) 사이에 설치된 후에 지지부(32a, 32b)의 내측에 대하여 숏크리트가 타설되는 제7 단계; 및
    터널의 내측벽에 대하여 콘크리트 라이닝(70)이 타설되는 제8 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시공성과 작업안전성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법.
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KR1020190153829A KR102129608B1 (ko) 2019-11-26 2019-11-26 시공성과 작업안전성이 향상된 저토피의 반개착식 터널시공방법

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