KR20070095481A - 저토피구간의 반개착식 터널시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과다한 사면절취와 별도의 보강없이 원지반을 터널의 천단아치에 해당하는 지점까지만 굴착하고 공장에서 미리 제작된 아치형 구조물을 설치하여 복토한 후 아치형 구조물 하부의 지반을 굴착함으로써, 공사기간을 단축시켜 비용을 절감할 수 있고 과다한 사면절취문제를 해결할 수 있는 저토피구간의 반개착식 터널시공방법 및 터널시공용 아치형 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 저토피구간의 반개착식 터널시공방법은, 원지반을 일정 깊이로 절토하는 단계(S1)와, 절토바닥면에 미리 제작된 아치형 구조물을 설치하는 단계(S2)와, 아치형 구조물의 상부에 토사를 되메우는 단계(S3), 및 아치형 구조물의 하부에 있는 지반을 굴착하여 터널을 형성하는 단계(S4)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 저토피구간의 반개착식 터널시공용 아치형 구조물(30)은, 절토바닥면에 이격 설치되는 복수 개의 아치형 H빔(31)과, 아치형 H빔 사이에 조밀하게 끼워지는 복수 개의 토류판(32), 및 아치형 H빔의 양단부에 작용하는 하중을 지반에 전달하는 기초부(33)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

절토바닥면, 아치형 구조물, 터널, 아치형 H빔, 토류판, 기초부

Description

저토피구간의 반개착식 터널시공방법 및 터널시공용 아치형 구조물{Semi open cut type tunnel construction method at low overburden and arch type structure for tunnel construction}

도 1은 터널이 설치되는 구간의 지형을 나타낸 도면.

도 2는 종래기술에 따른 개착식 공법에 의한 시공단면도.

도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 터널시공방법에 의해 터널을 시공하는 과정을 보인 공정도.

도 4는 도 3b 및 3d에 도시된 아치형 구조물의 사시도.

<도면의 주요부호에 대한 설명>

10 : 원지반 20 : 절토바닥면

30 : 아치형 구조물 31 : 아치형 H빔

32 : 토류판 33 : 기초부

40 : 되매움층 50 : 터널

본 발명은 도심지나 터널 갱구부, 산악지형의 계곡 등과 같이 토피가 얇은 지형에서 터널을 시공하는 방법 및 터널시공용 아치형 구조물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터널의 천단아치에 해당되는 지점까지만 굴착하고 절토바닥면에 아치형 구조물을 설치하여 복토한 후 터널을 굴착하는 저토피구간의 반개착식 터널시공방법 및 터널시공용 아치형 구조물에 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 토피층이 어느 정도 두께이상이 되어야만 아칭효과를 통한 지지력이 확보되어 붕괴되지 않고 터널을 건설할 수 있다.

그러나 도 1에 도시된 것처럼 지형조건상 터널의 입출구(A)나 계곡부(B)와 같이 토피가 얇은 구간의 경우에는 지반자체가 견고하지 못하기 때문에 전술한 통상의 굴착공법으로는 터널시공이 현실적으로 어려운 문제점이 있었다.

이에, 토피가 얇은 구간에서는 도 2에 도시된 바와 같이 터널의 각부에 해당하는 부분까지 굴착하고 터널구조물을 시공한 후 되메움을 하는 개착식공법을 통해 터널을 시공해왔다.

그러나, 전술한 바와 같은 공정을 통해 시공이 이루어지는 종래의 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 어렵 다. 따라서, 전술한 바와 같은 현장에서는 직접 거푸집 및 지지대를 가설한 후 콘크리트를 타설하고 양생해야 하기 때문에 품질관리가 어렵고 양생시간에 따른 전체 공사기간이 길어지는 문제점이 있다.

그리고, 터널의 각부까지 굴착해야 하므로 양측에 대절토 사면이 형성되며, 절토량 또한 많아 환경적 피해가 크게 발생하는 문제점도 있다.

또한, 라이닝콘크리트가 완전히 양생되기 전에는 절토된 흙을 메울 수 없기 때문에 그 위로 차량통행이 불가능하여 지면에서 행해지는 다른 작업을 수행할 수 없게 되며, 다른 작업을 수행하기 위해서는 차량통행을 위한 별도의 임시통로를 만들어야 하는 문제점도 있다.

한편, 기존에 외국에서 시공된 사례가 있는 반개착식 터널 시공방법은 아치 슬래브(Arc Slab)부분을 콘크리트로 타설하기 위하여 천단 상부 굴착시 아치형태로 굴착해야 하는 어려움이 있을 뿐만 아니라, 취성의 종방향 연속구조로서 하부 굴착시 변위나 발파 등의 진동에 취약하여 적용대상의 토질에 제한이 있었으며, 곡면에의 콘크리트 타설 등의 시공에도 어려움이 있었다. 또한 이 공법에서도 개착식 공법의 문제점과 같이 전체구간의 콘크리트 아치 슬래브가 양생이 된 후에 복토와 후부 굴착이 이루어져야 하므로 공사 기간이 길어지는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 과다한 사면절취와 별도의 보강없이 원지반을 터널의 천단아치에 해당하는 지점까지만 굴착함으로써 과다한 사면절취에 의한 환경파괴 및 사면안정문 제를 해결할 수 있는 저토피구간의 반개착식 터널시공방법 및 터널시공용 아치형 구조물을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 공장에서 미리 제작된 아치형 H빔과 토류판 등으로 구성된 아치형 구조물을 설치함으로써 아치형 구조물이 하부 터널굴착에 의한 진동에 일체로 거동하지 않고 개별적으로 반응하여 진동에 강한 구조물을 형성할 수 있으며, 복토한 후 아치형 구조물 하부 지반에 적합한 굴착공법으로 터널을 굴착함으로써 공사기간을 단축시켜 비용을 절감할 수 있는 저토피구간의 반개착식 터널시공방법 및 터널시공용 아치형 구조물을 제공하는 목적도 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 저토피구간의 반개착 터널시공방법은, 원지반을 일정 깊이로 절토하여 절토바닥면을 형성하는 단계와, 절토바닥면에 미리 제작된 아치형 구조물을 설치하는 단계와, 아치형 구조물의 상부에 토사를 되메워 되메움층을 형성하는 단계, 및 아치형 구조물의 하부에 있는 지반을 굴착하여 터널 갱구를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것에 기술적 특징이 있다.

전술한 터널시공방법에 있어서, 아치형 구조물은, 아치형으로 형성되어 절토바닥면에 이격 설치되는 복수 개의 아치형 H빔과, 아치형 H빔 사이에 조밀하게 끼워지는 복수 개의 토류판, 및 아치형 H빔의 양단부에 작용하는 하중을 지반에 전달할 수 있도록 된 기초부를 포함하여 이루어진다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 저토피구간의 반개 착 터널시공용 아치형 구조물은, 아치형으로 형성되며 절토된 절토바닥면에 이격 설치되는 복수 개의 아치형 H빔과, 아치형 H빔 사이에 조밀하게 끼워지는 복수 개의 토류판, 및 아치형 H빔의 양단부에 작용하는 하중을 지반에 전달할 수 있도록 된 기초부를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 저토피구간의 반개착 터널시공방법 및 터널시공용 아치형 구조물의 바람직한 실시예를 통하여 전술한 바와 같은 구성들의 특징과 그 작용을 보다 상세히 설명하기로 한다.

첨부된 도면의 도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 터널시공방법에 의해 터널을 시공하는 과정을 보인 공정도이고, 도 4는 도 3b 및 도 3d에 도시된 아치형 구조물의 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 저토피구간의 터널은, 먼저 원지반(10)을 절토하여 절토바닥면(20)을 형성하는 절토바닥면 형성단계(S1)와, 절토바닥면(20)에 미리 제작된 아치형 구조물(30)을 설치하는 아치형 구조물 설치단계(S2)와, 아치형 구조물(30)의 상부에 토사를 메워 되메움층(40)을 형성하는 되메움단계(S3)와, 아치형 구조물(30)의 하부에 있는 지반을 굴착하여 터널(50)을 형성하는 터널 형성단계(S4)를 포함하여 시공된다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 전술한 절토바닥면 형성단계(S1)는 도심지나 산악지형의 계곡부와 같이 토피가 얇은 구간의 원지반(10)을 포크레인 등의 절토장비 를 이용해 절토하는 과정이다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 전술한 아치형 구조물 설치단계(S2)는 절토바닥면(20)에 아치형 구조물(30)을 설치하는 과정이다.

이 단계에서 사용되는 아치형 구조물(30)은 도 4에 도시된 바와 같이, 아치형으로 된 복수 개의 아치형 H빔(31)과, 아치형 H빔(31) 사이에 조밀하게 끼워지는 복수 개의 토류판(32), 및 아치형 H빔(31)의 양단부를 지지하고 지반에 하중을 전달하는 기초부(33)로 구성된다.

이 때, 기초부(33)는 철근콘크리트 기초로서 아치형 H빔(31)에 작용하는 하중을 지반에 전달하는 역할을 한다.

그리고, 토류판(32)들은 아치형 H빔(31)의 측부에 형성된 홈의 상하폭보다 그 두께가 작기 때문에, 아치형 H빔(31)들을 일정간격으로 설치한 후 아치형 H빔(31)들 사이의 홈에 끼우면 된다.

이러한 아치형 구조물(30)은 공장에서 미리 제작된 후 운반되어 작업현장에서 조립만 하면 된다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 전술한 되메움단계(S3)는 절토바닥면 형성단계(S1)에서 절토된 흙들을 아치형 구조물(30)의 상부에 다시 메워 되매움층(40)을 형성하는 과정이다.

도 3d에 도시된 바와 같이, 전술한 터널 형성단계(S4)는 아치형 구조물(30)의 하부에 있는 지반을 지반상태에 적합한 굴착공법을 이용해 굴착하여 최종 터널(50)을 형성하는 과정이다.

이 때, 최종 터널(50)을 형성하는 과정에는 굴착공법을 이용해 갱구를 형성하는 과정과, 갱구의 내측면 및 바닥에 콘크리트 라이닝을 시공하는 과정 등이 포함된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저토피구간의 반개착식 터널시공방법 및 터널시공용 아치형 구조물을 첨부된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 상세히 설명된 실시예와 도면에 한정되지 아니하며, 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형이 이루어질 수 있다. 이하, 다양하게 변형 실시될 수 있는 예들을 간단히 살펴보기로 한다.

첫 째, 본 발명의 실시예에서는 기초부가 독립된 독립기초 형태로 형성되어 아치형 H빔을 각각 지지하도록 이루어져 있으나, 지반조건에 따라 기초부가 서로 연결되는 일체형의 줄기초 형태로 형성될 수도 있다.

둘 째, 절토바닥면의 지반이 약한 경우에는 기초부를 설치하기 전에 보강부재를 박고 그 위에 기초부를 설치할 수도 있다. 이 때, 보강부재는 사선방향으로 박음으로써, 상부에 지지되는 아치형 구조물을 견고하게 지지할 수 있다. 즉, 상부에 지지되는 아치형 구조물의 응력이 수직으로 작용하지 않고 사선방향으로 경사지게 작용하기 때문에 이에 효과적으로 대응할 수 있다. 이러한 보강부재의 경사각은 수직에 대하여 20~28°범위 이내가 가장 바람직하다. 만일, 보강부재의 경사각이 20°미만이거나 28°를 초과할 경우에는 아치형 구조물의 응력방향과 달라져 아치형 구조물을 견고하게 지지할 수 없다.

셋 째, 아치형 구조물의 설치한 후에 하부 굴착으로 인한 아치형 H빔의 부등침하에 의한 아치형 구조물의 손상을 방지하기 위하여 H빔들을 별도의 연결부재를 이용해 연결할 수도 있다. 이 때, 연결부재들은 용접에 의해 H빔에 결합되거나 볼트 및 너트 등의 체결수단에 의해 결합될 수 있다. 또한, 연결부재들은 일자형 또는 십자형 등 다양한 형태로 형성되는 것이 가능하다.

넷 째, 본 발명의 도면에서는 아치형 구조물과 최종터널의 상부의 형태가 서로 동일한 형태로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 지면의 조건에 따라 아치형 구조물의 좌우폭을 시공하고자 하는 최종터널의 상부폭보다 더 넓게 형성할 수도 있다.

다섯 째, 토류판들을 아치형 H빔 사이에 끼우기 전에 터널의 상부벽에 콘크리트 라이닝층 형성하기 위한 와이어 매쉬를 아치형 H빔 사이에 미리 끼운 다음, 토류판들을 아치형 H빔 사이에 끼우는 것도 가능하다. 또한, 아치형 H빔의 상부에 와이어 매쉬를 덮고 그 위에 토류판들을 조밀하게 설치하는 것도 가능하다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명 저토피구간의 반개착식 터널시공방법 및 터널시공용 아치형 구조물에 따르면, 과다한 사면절취와 별도의 보강없이 원지반을 터널의 천단아치에 해당하는 지점까지만 굴착함으로써, 과다한 사면절취에 의한 환경파괴 및 사면안정문제를 해결할 수 있다.

본 발명에 따르면, 공장에서 미리 제작된 아치형 H빔과 토류판 및 기초부로 구성된 아치형 구조물을 이용함으로써, 시공의 편리함과 함께 공기 단축의 효과도 기대할 수 있으며, 아치형 구조물들이 서로 분리된 상태에서 서로 조립 시공됨으로써 하부 터널굴착에 의한 진동에 대해 일체로 반응하지 않고 개별적으로 반응하여 진동에 강한 구조물을 형성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 이치형 구조물이 콘크리트처럼 양생이 필요한 구조물이 아니기 때문에 아치형 구조물의 상부에 토사를 되메우는 되메움과정과 아치형 구조물의 하부에 있는 지반을 굴착하는 과정을 일정간격을 두고 동시에 수행할 수 있어 공사기간을 단축할 수 있다.

본 발명에 따르면, 아치형 구조물이 설치된 후에는 그 상부에 절토된 흙을 되매움함으로써, 터널시공중에라도 지면으로 차량통행이 가능하기 때문에 지면에서 행해지는 다른 작업도 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면, 아치형 구조물이 일정간격으로 설치되는 아치형 H빔과 그 사이에 조밀하게 끼워지는 토류판들을 포함하여 이루어짐으로써, 종방향과 횡방향으로 지반의 아칭효과가 발현되어 아치형 구조물의 상부 하중을 경감시켜줌에 따라 기초보강을 경감시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 절토바닥면을 아치형태로 굴착하지 않고 평평하게 굴착함으로써 시공성을 향상을 기대할 수 있다.

Claims (8)

1. 도심지나 터널 갱구부, 산지 계곡부와 같이 토피가 얇은 구간의 터널을 시공하는 방법에 있어서,

   원지반을 일정 깊이로 절토하여 절토바닥면을 형성하는 단계;

   상기 절토바닥면에 미리 제작된 아치형 구조물을 설치하는 단계;

   상기 아치형 구조물의 상부에 토사를 되메워 되메움층을 형성하는 단계; 및

   상기 아치형 구조물의 하부에 있는 지반을 굴착하여 터널을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저토피구간의 반개착식 터널시공방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 아치형 구조물은,

   아치형으로 형성되며 절토바닥면에 이격 설치되는 복수 개의 아치형 H빔;

   상기 아치형 H빔 사이에 조밀하게 끼워지는 복수 개의 토류판; 및

   상기 아치형 H빔의 양단부에 작용하는 하중을 지반에 전달할 수 있도록 된 기초부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저토피구간의 반개착식 터널시공방법.
3. 도심지나 터널 갱구부, 산지 계곡부와 같이 토피가 얇은 구간의 터널을 시공하기 위한 아치형 구조물에 있어서,

   아치형으로 형성되며 절토된 절토바닥면에 이격 설치되는 복수 개의 아치형 H빔;

   상기 아치형 H빔 사이에 조밀하게 끼워지는 복수 개의 토류판; 및

   상기 아치형 H빔의 양단부에 작용하는 하중을 지반에 전달할 수 있도록 된 기초부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저토피구간의 반개착식 터널시공용 아치형 구조물.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 기초부는 독립기초 형태로 형성되어 상기 아치형 H빔들을 각각 지지하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 저토피구간의 반개착식 터널시공용 아치형 구조물.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 기초부는 줄기초 형태로 형성되어 복수개의 아치형 H빔들을 동시에 지지하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 저토피구간의 반개착식 터널시공용 아치형 구조물.
6. 제 3 항에 있어서,

   상기 아치형 H빔들을 서로 연결하여 아치형 구조물이 부등침하에 의해 손상받지 않도록 하는 연결부재를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저토피구 간의 반개착식 터널시공용 아치형 구조물.
7. 제 3 항에 있어서,

   상기 토류판들을 상기 아치형 H빔들 사이에 끼우기 전에 아치형 H빔들 사이에 끼워지는 와이어 매쉬를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저토피구간의 반개착식 터널시공용 아치형 구조물.
8. 제 3 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 기초부를 설치하기전 지반에 박아 기초부를 지지하도록 된 보강부재를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저토피구간의 반개착식 터널시공용 아치형 구조물.

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