KR20130108218A

KR20130108218A - 근접 병설 터널의 필라부 선보강 및 굴착 시공 방법

Info

Publication number: KR20130108218A
Application number: KR1020130052629A
Authority: KR
Inventors: 서동현
Original assignee: (주)현이앤씨; 서동현
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2013-10-02
Also published as: KR101353882B1; GEP201706653B; EA201590327A1; CN105378222A; EA031926B1; WO2014182074A1; CN105378222B

Abstract

본 발명은 둘 이상의 터널이 근접하게 시공될 때, 터널과 터널 사이의 지반이 기둥체를 대신할 수 있도록 필라부를 보강하는 방법 및 굴착 시공 방법에 관한 것이다.
본 발명은 후행 터널과 터널 길이 방향으로 일정한 거리가 유지되도록 선행 터널의 선굴착부를 먼저 굴착하는 단계; 후행 터널과 선행 터널과의 사이에 필라부가 형성될 예정인 선행 터널의 측벽부에 다수의 선보강 보강재를 잔여 필라부측 미굴착부(12)를 지나서 필라부가 관통되어 후행 터널을 굴착할 때, 노출되도록 천공하고 삽입하여 그라우팅하는 단계; 후행 터널을 굴착시 노출된 보강재(20')에 판구조(40)인 굴착면 보강 숏크리트를 타설하고 지압판을 대고 너트를 체결하는 단계; 선행 터널의 잔여 필라부측 미굴착부(12)를 굴착하여 노출된 보강재에 판구조(40)인 굴착면 보강 숏크리트를 타설하고 지압판을 대고 너트를 체결하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

근접 병설 터널의 필라부 선보강 및 굴착 시공 방법{METHOD OF REINFORCEMENT AND CONSTRUCTION OF PILLAR OF NEIGHBORING TUNNEL}

본 발명은 둘 이상의 터널을 근접하게 시공할 때, 터널과 터널 사이의 지반이 기둥체를 대신할 수 있도록 필라부를 선보강하는 방법 및 굴착 방법에 관한 것이다.

본 발명에서 사용되는 용어 중, 후행 터널에 대응되는 의미로 선행 터널이란 먼저 터널 굴착이 완전히 또는 부분적으로 이루어지는 터널을 의미하고, 후행 터널이란 선행 터널에서 후행 터널 굴착 전에 필라부를 보강하기 위한 작업 공간 확보를 위하여 터널 길이 방향으로 일정한 간격을 유지하고 뒤따라 가면서 선행 터널에 이웃하여 근접하게 굴착하는 터널을 의미하며, 병설 터널이란 선행 터널과 후행 터널이 근접하게 이웃하여 설치되는 터널을 의미한다.

최근 국내에서, 병설로 터널을 형성할 경우, 터널 굴착폭의 1.5배 이상을 이격하여 설치하는 것이 구조적으로 안전성을 확보하기 위한 최소 간격으로서 설계되고 있다.

그러나, 터널 입구의 지장물 또는 과다한 토공 절취로 환경 문제가 발생할 수 있어 터널 이격 거리를 터널 굴착폭의 1.5배보다 좁혀야 할 때가 있다. 이를 해결하기 위하여, 터널 사이에 지반을 보강하는 방법으로 양측에서 보강재인 타이 로드나 강선을 사용하여 압축 구속하는 여러 가지 방법이 제안되어 있다.

종래의 선행 기술은 필라부 양측의 터널 사이를 타이 로드나 강선을 사용하여 압축하는 기술이 제안되어 있다. 대한민국 특허 제10-1096664호는 천공 홀에 도관을 삽입하고 그라우팅한 후, 선행 터널에 대응하는 깊이로 후행 터널을 굴착한 후, 선행 터널과 후행 터널을 연결하는 각각의 도관에 인장재를 삽입하며 각 도관 외측에 설치되는 가압 블록 외측에서 결속 부재를 이용하여 필라부를 압축시키는 방향으로 인장재의 양끝을 당겨 고정시킨 뒤, 인장재가 삽입된 도관 내부에 그라우팅을 실시함으로써 필라부를 보강하는 기술을 개시하고 있다.

그러나, 이러한 종래 기술에서 미해결된 문제점은 선행 터널 굴착 직후부터 후행 터널을 굴착하여 도관에 인장재를 넣고 인장하기 전까지 필라부를 압축하지 않은 상태로 방치하게 되므로 초기에 필라부 측벽을 압축 보강 없이 자립이 어려운 연약 지반에서는 적용할 수 없으며, 프리캐스트 전면판을 도관 구멍에 맞게 설치하는 것은 매우 어려우며, 발파 굴착면 또는 숏크리트면에 전면판을 밀실하게 부착할 수 없어 굴착면에 직접 현장 타설되어 완전하게 부착된 구조체에 있어서 발생하는 부착 전단 강도가 발현되지 않으며, 선시공된 도관이 전면판을 지지하는 구조로 보강되어야 할 지반에는 인장재의 압축력이 작용하지 않게 되어 초기 굴착에 따른 이완 변형이 발생한 후에 구속 효과만이 발생한다. 또한, 터널 입출구부에 존재하는 미고결 토사 지반은 필라부 양측을 구속한다 하더라도 지반 자체가 압축성이 있는 재료이기 때문에 필라부 역할을 할 수 없다는 문제점이 있다.

상기 종래의 기술보다 더 선행 기술인 대한민국 특허 제10-1028535호는 타이 볼트를 선행 터널에서 후행 터널 측으로 필라부에 설치하여 구속하고 마이크로 시멘트 밀크로 타이 볼트를 천공 설치시 주입하는 것이며 필라부 측벽에는 숏크리트와 강지보 및 철근을 현장 조립하여 형성하는데, 이는 단순 필라부의 측벽 구속 효과를 주기 위한 기술에 불과하다.

또 다른 하나의 종래 기술인 대한민국 특허 제10-0844104호는 철근을 필라부에 수평으로 천공 삽입 그라우팅하여 양측에 프레임을 대고 압축지지하기 위한 것으로 원 지반에 대한 구속 효과만이 발생하고 인장재가 늘음양이 발생하여 탄성 회복력에 의한 원지반을 압축하는 효과는 없다.

굴착시 초기 변위가 발생한 필라부에 천공 삽입된 인장재는 천공홀 전체가 그라우팅에 의해 부착된 상태로 네일과 같은 수동적 거동을 하게 되므로 필라부에 작용하는 축력에 대한 변형량이 앵커와 같은 프리스트레스에 의한 늘음량이 발생하는 능동적 구조보다 많다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 근접 병설 터널의 구조를 도시한 단면도 및 평면도이다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 선행 터널(10)과 후행 터널(11) 사이에 위치하는 필라부(2)에 구멍을 천공하여 이 천공홀에 보강재(20)가 설치되며, 상기 보강재(20)는 선행 터널(10)을 굴착하면서 후행 터널(11)을 향하여 수평 방향으로 천공하고 그 천공홀에 삽입하고 그라우팅하여 고정된다.

도 2를 보면, 종래의 근접 병설 터널 굴착하는 방법을 도시한 도면으로서, 선행 터널(10)의 필라부측 미굴착부를 남겨놓지 않고 측벽부까지 굴착하여 타이로드를 시공하는 평면도이다.

이 종래의 방법은, 첫째, 터널굴착시 원지반에 발생하는 초기변위 만큼 필라부가 이완된 후에 보강을 하게 되며, 둘째, 필라부에 보강재를 삽입 후, 가압 그라우팅을 할 경우, 팩커를 필라부의 벽체에 설치할 경우, 지반이 연약할 경우에는 팩커를 설치하기 위하여 구속압에 견딜수 있는 소요 깊이 1.5~2.0m가 필요하고, 이 부분은 그라우팅으로 보강이 되지 않는 문제점이 있어 근접 터널의 목적인 필라부가 얇은 터널을 만들기 어려우며, 세째, 필라부의 지반이 단층 파쇄대와 같이 자립이 어려운 지반이 굴착 중, 돌출되면 이에 대한 보강을 위한 자립 시간 확보가 어렵다. 따라서, 본 종래 기술의 방법은 많은 문제점을 가지게 된다.

종래 선행 기술에서 해결되지 못한 문제점을 요약하면, 터널을 굴착한 직후, 가능한 신속히 변형이 발생하기 전에 필라부 양측을 프리스트레스로 압착하는 것이 중요하나 종래의 기술은 단순히 구속만하는 개념으로 종래의 락볼트 개념을 벗어나지 못하였고, 후행 터널이 굴착되어 필라부 양측에서 인장되기 전까지는 필라부가 받는 외력에 대한 변형을 구속하지 못하며, 터널의 갱구 입구에 흔히 존재하는 토사와 같은 미고결 지반은 입상체로서 입자 사이에 존재하는 공극과 물에 의해 필라부 외측을 구속하여도 필라부의 압축성이 개선되지 않으며 강성이 부족하게 되는 문제점이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 극복하기 위한 기술이 요구되고 있는 실정이다.

또한, 필라부를 보강하기 위하여 그라우팅과 프리스트레스로 양측을 압착할 때, 지반 자체가 갖고 있는 투수성이 감소하므로 미고결 토사에서는 필라부 상부가 포화되어 유효 응력의 감소로 전단 강도가 감소하면 터널의 구조적 안전성이 떨어지므로 필라부 상부의 지하수가 원활히 배수될 수 있는 배수 통로를 설치하여야 하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 터널 굴착으로 인하여 필라부에 추가적인 응력과 변형이 발생하는 것을, 선행 터널을 굴착할 때, 필라부에 보강 전에 변형이 생기지 않도록 굴착으로 인한 이완 영역 만큼을 제외한 잔여 부분을 선굴착하고 필라부를 관통하도록 수평으로 천공하여 미리 네일이나 앵커를 삽입하여 그라우팅 보강하고 미굴착 부분을 추가 굴착하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 필라부를 보강하는 자재는 네일과 같은 전면 부착형 타이 볼트 또는 프리스트레스를 도입할 수 있는 앵커 등으로 보강하고, 필라부 측벽을 보강하는 판구조(40)는 숏크리트 또는 RSC(Rreinforce Steel Cage)를 필라부 측벽에 설치하고 숏크리트를 타설하여 필라부 측벽을 압축하는 판으로 사용하고 부착 전단 강도를 발휘하여 지보하는 효과를 발휘하도록 하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 필라부 측벽을 압축하더라도 연약한 풍화암이나 토사 지반은 공기와 물이 흙에 함유되어 있어 압축성을 완전히 개선할 수 없으므로 이러한 경우에 판구조가 종래의 투아치 터널의 필라부를 완전히 철근 콘크리트로 치환한 것과 같이 필라부 양측벽의 판구조가 기둥 역할을 하도록 설계 시공하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같이 연약한 지반이면서 토피가 얕은 경우에 필라부를 갱외 지표면에서 선보강 후, 터널을 굴착하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 근접 병설 터널을 굴착할 때, 근접한 병설 터널의 필라부를 보강 전에 필라부에 변형이 일어나지 않도록, 선 굴착으로 인한 이완 영역 만큼을 제외한 부분을 선굴착하고, 이완 영역을 포함한 필라부를 관통하도록 수평으로 천공하여 필라부에 미리 네일이나 앵커를 삽입하고 보강 그라우팅하여 선 보강하고, 미굴착 부분인 필라부측 미굴착부를 추가 굴착함으로써 달성된다.

후행 터널과 터널 길이 방향으로 일정한 거리가 유지되도록 선행 터널의 선굴착부를 먼저 굴착하는 단계;

후행 터널과 선행 터널과의 사이에 필라부가 형성될 예정인 선행 터널의 측벽부에 다수의 선보강 보강재를 잔여 필라부측 미굴착부를 지나서 필라부가 관통되어 후행 터널을 굴착할 때, 노출되도록 천공하고 삽입하여 그라우팅하는 단계;

후행 터널을 굴착시 노출된 보강재에 판구조인 굴착면 보강 숏크리트를 타설하고 지압판을 대고 너트를 체결하는 단계;

선행 터널의 잔여 필라부측 미굴착부를 굴착하여 노출된 보강재에 판구조인 굴착면 보강 숏크리트를 타설하고 지압판을 대고 너트를 체결하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

선보강 보강재는 프리스트레스를 도입할 수 있는 형태로서 후행 터널과 선행 터널의 잔여 필라부측 미굴착부를 굴착하여 노출된 보강재에 판구조인 굴착면 보강 숏크리트를 타설하고 양생 후 지압판을 대고 너트를 체결하는 단계에서 보강재에 인장력을 가하여 필라부에 압축을 가하는 것을 특징으로 한다.

판구조인 굴착면 보강 숏크리트는 굴착면에 RSC(reinforce steel cage)를 설치하고 숏크리트를 타설하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 그라우팅은 가압 그라우팅인 것을 특징으로 한다.

토피가 얕은 연약 지반에 필라부 보강은 터널을 굴착하기 전에 지표면에서 필라부에 일정 간격으로 수직 또는 경사지게 천공하여 마이크로 파일을 삽입하고 가압 그라우팅한 후, 터널을 굴착하는 것을 특징으로 한다.

상기 천공의 천공경은 76 내지 150mm로 천공하여 압력 그라우팅하는 것을 특징으로 한다.

상기 필라부를 보강한 숏크리트에 물이 통과하지 않도록 필라부 상부와 측벽부 내에 유공 파이프를 설치하여 배수가 유도되도록 하여 백화 현상이 생기지 않고 잔류 수압이 걸리지 않도록 한 것을 특징으로 한다.

인장력을 도입할 수 있는 선보강 보강재는 강봉형으로 파이프 형태의 정착체가 강봉 여유장 만큼 양측 선단으로부터 이격하여 고정된 양쪽 정착구에 고정되고 양쪽 정착구는 양쪽 외측에 강봉에 고정 결합된 스토퍼에 의해 강봉의 인장력을 고정하게 되고, 선단측으로는 양단에 강봉 보호캡이 양쪽 정착구에 나사 접합으로 고정되며, 그라우팅에 묻혀 있더라도 강봉이 인장에 의해 늘어나도록 강봉은 PE 피복부로 양쪽 정착구에 결합된 정착체와 보호캡으로 보호된 양단 너트 고정부를 제외하고 피복되어 있으며 PE 피복부와 정착체는 수축 연결 튜브로 피복 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 선행 터널의 선굴착부를 굴착하고 이완 영역인 선행 터널의 필라부측에 미굴착부를 남겨둔 상태로 필라부에 변형이 발생하기 전, 선행 터널 필라부측 미굴착부를 관통하여 필라부를 보강하고 굴착하므로 원지반의 변형을 선행 터널 전체를 굴착 후, 보강하는 것보다 줄일 수 있으며 선굴착부를 먼저 시공하는 과정에서 원지반의 절리, 용출수, 연경도 등의 지반 정보를 미리 확인하고 문제점을 보완하는 시간적 여유와 보강 방법을 다양하게 적용할 수 있는 여유가 생기는 효과가 있다.

선굴착부를 굴착하면서 파악된 지반 정보가 지반이 연약하여 필라부를 보강하는 것만으로 안전을 확보하지 못한다면 필라부 양측벽 부재를 두껍게 설계하여 종래의 투아치 터널의 철근 콘크리트 기둥으로 치환한 기둥 부재처럼 거동하도록 할 수 있게 하며, 이때, 시공 방법은 필라부측 미굴착부를 단위 길이로 굴착하면서 굴착 측벽부에 띠형 RSC를 설치하고 숏크리트를 치거나 하여 보강할 수 있는 효과가 있다

본 발명의 RSC는 철근 콘크리트로서 원지반과의 부착 전단 강도를 보강하는 효과와 굴착면의 요철에도 적응이 가능하고 숏크리트 리바운드양을 줄일 수 있으며, RSC의 길이와 폭을 자유롭게 설계하여 시공 이음 철근을 이용하여 한 조각씩 연결 시공이 가능한 효과가 있다.

필라부를 보강하는 인장재는 양단 정착형의 앵커를 사용하여 네일과 같이 거동하며 정착체를 지압판과 같은 좌대로 사용하여 간편하게 인장을 가할 수 있으며 정착체는 마찰로 저항하며 판구조와 함께 지압 효과를 발휘하고 필라부 측벽의 양측 중 한쪽에서 먼저 인장을 도입할 수 있고 인장 시 인장재의 늘음량이 발생하여 탄성 회복력에 의한 계속적인 프리스트레스 도입이 가능한 효과가 있다.

그리고 토피가 얕으면서 연약한 지반에서는 필라부 양측면을 구속하더라도 지반 자체가 공극과 물이 흙에 포함되어 있어서 압축성을 가지므로 이를 보강하는 방법으로 터널 굴착 전에 필라부를 일정 간격으로 수직 또는 경사지게 천공하여 마이크로 파일을 삽입하고 가압 그라우팅한 후, 터널을 굴착하는 방법을 수단으로 하고, 필라부를 지표에서 마이크로 파일로 선보강하는 것은 원지반이 터널 굴착으로 응력 변형이 없는 상태에서 선시공되는 것으로 터널 굴착과 동시에 지보 효과를 발휘하는 것으로 초기 굴착시의 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 터널 굴착시 필라부 양측면을 보강재로 수평으로 추가로 보강하고자 할 때에는 마이크로 파일이 겹쳐지지 않도록 필라부에 보강재를 수평으로 천공 삽입 시멘트 밀크를 주입하여 보강할 수 있도록 일정한 간격으로 설치하여 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 근접 병설 터널의 필라부를 양측 터널에서 구속하여 보강하는 방법을 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 근접 병설 터널 굴착하는 방법을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 6의 "A-A"단면도로서, 선행 터널 선굴착부를 굴착하고 선행 터널 필라부측 미굴착부와 필라부를 관통하여 천공하고, 필라부 양측벽부를 굴착할 때, 보강재를 판구조 보강을 위한 일정 길이가 노출되는 길이로 삽입 설치하고 잔여 필라부측 미굴착부에 형성된 천공홀에 팩커를 설치하여 시멘트 밀크를 가압 주입을 함으로써 필라부 자체를 주입 보강하고 보강재를 필라부와 일체화하여 같이 거동하게 하는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 대표도로서 도 6의 "B-B"단면으로서, 후행 터널에서 굴착면에 판구조 보강을 숏크리트로 하고 노출된 보강재에 지압판을 대고 너트를 체결한 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 6의 "C-C"단면으로서, 선행 터널과 후행 터널을 굴착하고 양측에서 보강재에 지압판을 대고 너트 체결을 완료한 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 단면도인 도 3 내지 도 5의 평면도이다.
도 7은 필라부에 고이는 지하수를 배수하기 위한 유공 배수관을 상향으로 경사 및 수평으로 설치한 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 연약한 지반에 갱외 지표면에서 마이크로 파일을 터널 굴착 전에 선시공하여 필라부를 보강한 단면도이다.
도 9는 연약한 지반에 갱외 지표면에서 마이크로 파일을 터널 굴착 전에 선시공하고, 선행 터널 선굴착부에서 필라부 측벽부의 이완 영역 부분인 선행 터널 필라부측 미굴착부를 천공하여 선 시공된 마이크로 파일 사이로 필라부가 관통되도록 천공, 보강재 삽입, 그라우팅을 하여 복합적으로 보강한 상태의 단면도이다.
도 10은 도 9와 같이 보강하고 후행 터널을 굴착하여 후행 터널에서 보강재를 터널 판구조와 지압판으로 결합 시공한 단면도이다.
도 11은 마이크로 파일로 선보강한 필라부에 선행 터널과 후행 터널을 시공 완료한 상태를 도시한 도면이다.
도 12는 절리가 사방향으로 존재할 때, 터널 굴착시 필라부에 절리방향으로 변형이 발생하는 취약한 형태를 보여주는 도면으로서 선보강하지 않고 터널을 굴착시 발생하는 지반 변형을 나타낸 도면이다.
도 13은 터널 굴착시 선보강되어 필라 굴착면에 노출된 보강재(20')의 선단에 RSC를 설치하고 숏크리트를 타설한 상태의 단면도이다.노출된 보강재(20')는 보강재 여유장을 일컷는 것으로 판구조 두께와 너트 체결 여유장 만큼의 길이를 합한 길이이며 보강재는 강봉 강선등 여러가지를 사용할수있으며 강봉을 보강재로 사용하면 강봉 여유장이 보강재 여유장이 되는 것이다.
도 14는 RSC의 입체 상세 도면이다.
도 15는 도 14의 "Y-Y" 선을 취한 단면도이며 부분 도면으로 터널의 굴착라인과 같이 전체 도면으로는 곡선이다.
도 16은 도 14의 "X-X" 선을 취한 단면도이다
도 17은 보강재를 양단 정착형 앵커를 사용하여 근접 병설 터널을 선보강한 상태를 도시한 도면이다.
도 18은 도 17의 상세 도면으로 선행 터널에서 인장력을 도입하여 RSC 숏크리트 판구조를 설치하고 판구조의 표면에 지압판을 설치하여 프리스트레스를 도입한 상태의 상세 단면도이다.
도 19는 양단 정착형 앵커의 양단에 보호캡을 장착한 상태의 상세 도면이다.
도 20은 종래 기술에서 일반적으로 사용되는 타이 볼트의 상세 도면이다.
도 21은 필라부 보강 외에 갱내에서 네일을 선보강한 선보강 네일과 일반적으로 사용되는 락볼트로 보강한 도면이다.

본 발명은 병설 터널을 굴착할 때, 여건상 부득이하게 터널과 터널 사이를 구조적으로 문제가 없는 이격 거리, 예를 들면 터널 굴착폭의 1.5배 이상을 벌리지 못할 때, 터널 사이의 원지반이 이격 거리가 클 때보다 큰 압축력을 받아 기둥과 같은 압축력을 받는 구조가 된다. 이 부분을 필라부(2)라고 하며, 이러한 필라부(2)를 보강하는 방법에 관한 기술이다.

병설 터널을 굴착하게 되면, 굴착면이 받고 있던 토압이 터널 주변에 아칭력이 형성되면서 자립을 하게 된다. 이 아칭력이 병설 터널 사이의 원지반에서는 중복되어 보다 더 큰 압축력을 받게 되며 터널 사이가 좁을수록 응력을 크게 받게 되므로 굴착에 따른 응력에 견딜 수 있도록 보강을 하여야 한다.

종래의 이러한 필라부 부분을 보강하는 방법은 병설 터널의 양측에서 판구조(40)에 보강재로써 타이 볼트를 사용하여 구속함으로써 보강하였다. 이때, 해결하지 못한 기술적 문제점은 굴착 순간부터 타이 볼트를 설치하기까지 초기에 발생하는 변위를 제어하지 못하는 점이며, 다시 설명하면 굴착하는 순간은 무지보 상태가 되며, 이때, 터널 굴착에 따른 총변형량의 대부분이 변형을 완료하게 되므로 연약한 지반에서는 이 시점에서 붕괴되어 버린다.

본 발명은 이러한 점에 착안하여 근접 병설 터널을 굴착할 때, 근접한 병설 터널의 필라부를 보강하기 전에 필라부에 변형이 생기지 않도록, 선 굴착으로 인한 이완 영역 만큼을 제외한 부분을 선굴착하고, 이완 영역인 필라부측 미굴착부(12)를 포함한 필라부를 관통하도록 수평으로 천공하여 필라부에 미리 네일이나 앵커를 삽입하고 보강 그라우팅하여 선 보강하고 미굴착 부분인 필라부측 미굴착부(12)를 추가 굴착하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 근접 병설 터널의 필라부 선보강 및 굴착 시공 방법을 적용한다.

이와 같은 방법은 선굴착부(14)를 굴착시 발생하는 이완 영역인 필라부측 미굴착부(12)를 남겨 놓은 상태에서 선보강을 위한 천공홀을 천공하여 필라부(2)를 보강하면 필라부(2)는 이완되지 않은 상태에서 보강재(20)로 보강되고 남겨 놓은 필라부측 미굴착부(12)를 굴착하는 순간부터 보강재에 응력이 발생하면서 지보되게 되는 것이다.

이완 영역인 필라부측 미굴착부(12)를 자세히 설명하면, 터널을 굴착하면, 굴착면은 굴착으로 인해 지중에서 본래 받고 있던 응력이 해방되면서 굴착면에 직각 방향으로 변형이 생긴다. 이러한 변형은 굴착면에서 최대 변형량을 나타내며 굴착면에서 깊어질수록 작아지며 지반의 종류에 따라 차이가 있으나 2m 내지 6m정도의 깊이에서는 변형량이 미소해진다. 본 발명에서 이러한 영역을 이완 영역이라 정의하고 있으며 보강하고자 하는 필라부 부분이 이완이 되지 않도록 필라부측에 이완 영역 만큼의 토피인 필라부측 미굴착부(12)를 확보하고 그 외측 굴착부에서 필라부(2)를 관통하도록 드릴로 천공하여 선형 형태의 인장 보강재를 필라부에 삽입하여 그라우팅하는 방법으로 선보강하는 것이다

그리고 선굴착부(14)를 먼저 시공하는 과정에서 원지반의 절리, 용출수, 연경도 등의 지반 정보를 미리 확인하고 문제점을 보완하는 시간 여유와 보강 방법을 다양하게 적용할 수 있는 여유가 생기게 되는 것이다.

필라부를 보강하는 선보강 보강재는 네일과 같은 전면 부착형 타이 볼트 또는 프리스트레스를 도입할 수 있는 앵커 등으로 보강한다. 보강재를 천공하여 삽입 후, 그라우팅은 원지반의 절리, 공극 등의 조건에 따라 가압 그라우팅을 하여 필라부 원지반을 보강하기도 한다.

상기에 필라부측 터널 원지반에 필라부측 미굴착부를 남겨두고 응력 변형을 받기 전에 선보강을 하고 굴착을 하겠다는 기술 사상을 다양하게 응용하여 굴착 순서를 바꾸어 시공할 수 있으며, 상하 단면을 분할하여 필라부측 미굴착부(12)를 상하로 단면을 나누어 남겨두고 필라부를 선보강한 후, 굴착할 수도 있다.

도 3는 도 6의 "A-A"선을 취한 단면도로서, 선행 터널(10)의 선굴착부(14)를 먼저 굴착한다. 그런 다음에, 선행 터널의 필라부측 미굴착부(12)로부터 후행 터널(11)의 필라측 예정 굴착 라인을 향하여 수평으로 천공홀을 천공한다. 상기 천공홀에 보강재(20)를 삽입하고 그라우팅하여 필라부의 지반과 일체가 되도록 한다.

도 4는 본 발명의 대표도로서, 도 6의 "B-B"선을 취한 단면도로서, 후행 터널(11)을 굴착 예정 라인까지 굴착한다. 상기 예정 굴착 라인까지 굴착하면 보강재(20)가 노출되게 되는 데, 이때, 숏크리트를 타설하여 판구조(40)를 형성한 후, 상기 노출된 보강재(20')에 지압판을 대고 너트를 체결하여 단순 고정하거나 유압잭을 사용하여 노출된 보강재(20')에 너트를 체결한 상태에서 상기 노출된 보강재(20')를 유압잭 등으로 인장시킨 후, 잡아당긴 만큼 너트를 재체결하여 인장력을 도입한다.

도 5는 도 6의 "C-C"선을 취한 단면도로서, 선행 터널(10)의 선굴착부(14)와 후행 터널(11)을 굴착하고 난 다음에 상기 선행 터널(10)에 남아 있는 선행 터널 필라부측 미굴착부(12)를 굴착하고 상기 선행 터널(10)의 굴착 예정 라인까지 굴착하면 보강재(20)가 노출되게 되는데, 이때, 숏크리트를 타설하여 판구조(40)를 형성한 후, 상기 노출된 보강재(20')에 지압판을 대고 너트를 체결하여 단순 고정하거나 유압잭을 사용하여 노출된 보강재(20')에 너트를 체결한 상태에서 상기 노출된 보강재(20')를 인장시킨 후, 잡아당긴 만큼 너트를 재체결하여 인장력을 도입한다.

도 6는 도 3 내지 도 5의 평면도로서, 후행 터널(11)과 터널 길이 방향으로 일정한 거리가 유지되도록 선행 터널(10)의 선굴착부(14)를 먼저 굴착하고, 후행 터널(11)과 선행 터널(10)과의 사이에 필라부(2)가 형성될 예정인 선행 터널(10)의 측벽부에 다수의 선보강 보강재(20)를 잔여 필라부측 미굴착부(12)를 지나 필라부(2)가 관통되어 후행 터널(11)을 굴착할 때, 굴착면으로부터 노출되도록 천공홀을 천공하고 이 천공홀에 상기 보강재(20)를 삽입하여 그라우팅한 다음에, 선행 터널(10)의 잔여 필라부측 미굴착부(12)가 굴착되기 전에 후행 터널(11) 굴착시 노출된 보강재(20')에 판구조(40)인 굴착면 보강 숏크리트를 타설하고 지압판을 대고 너트를 체결하고, 그 다음에, 선행 터널(10)의 잔여 필라부측 미굴착부(12)를 굴착하여 노출된 보강재(20')에 판구조(40)인 굴착면 보강 숏크리트를 타설하고 지압판을 대고 너트를 체결하는 순서로 시공되는 것을 나타낸 도면이다.

상기에서 잔여 필라부측 미굴착부(12)에 형성되는 빈공(13)은 잔여 필라부측 미굴착부(12)를 굴착할 때, 상기 빈공(13)에 화약을 장약하여 발파공으로 사용하는 것이다. 이때, 화약 장약시, 완충재를 선삽입하여 보강재(20)가 손상되지 않도록 발파하여야 한다.

도 7은 필라부(2)를 그라우팅으로 보강하게 되면 원지반의 투수 계수가 작아져 불투수층이 되게 되므로 잔류 수압을 제거하기 위하여 고이는 지하수를 배수하기 위한 유공 배수관(25)이 상향으로 경사지게 설치한 것과, 또한 수평으로 설치한 것을 도시한 도면이다. 상기 수평 및 경사 유공 배수관(25)은 터널 하부 배수로까지 호스로 연결하여 터널 굴착면의 숏크리트를 통과하지 않고 직접 배수되도록 하여야 한다.

도 3에서, 우측 선행 터널 선굴착부(14)를 선굴착하고 이로 인한 이완 영역인 선행 터널 필라부측 미굴착부(12)와 필라부(2)를 관통하여 천공하고, 필라부(2) 양측벽부를 굴착할 때, 선재 형태의 인장 보강재(20)를 너트(68)체결과 판구조(40) 보강을 위한 일정 길이가 노출되는 길이로 삽입 설치하고 잔여 굴착부인 필라부측 미굴착부(12)에 형성된 빈 천공홀에 팩커를 설치하여 시멘트 밀크를 가압 주입함으로써 필라부(2) 자체를 보강하고 보강재(20)를 필라부(2)와 일체화하여 같이 거동하게 하는 것을 나타낸 도면이다. 그 다음, 후행 굴착부(11)를 굴착하여 선보강된 보강재(20)가 노출되면 필라부(2) 굴착면에 판구조(40)를 설치하고 보강재(20)에 지압판을 대고 너트를 체결하여 압착을 하면 된다. 이 후행 터널(11)을 굴착할 때, 필라부(2)와 선행 터널(10) 필라부측 미굴착부(12)가 미굴착 상태로 남아 있을 때에 함으로써 병설 터널의 중앙 폭이 두꺼운 상태에서 후행 터널(11)을 굴착하고 판구조(40)와 지압판을 대고 너트를 체결함으로써 보다 더 구조적으로 안전한 상태에서 시공을 할 수 있다. 그 다음 굴착 단계는 선행 터널 필라부측 미굴착부(12)를 굴착하고 노출된 보강재(20')에 판구조(40)를 설치하고 지압판을 대고 너트를 체결하여 압착을 하면 된다.

제 1 실시예를 설명하면, 후행 터널(11)과 터널 길이 방향으로 일정한 거리가 유지되도록 선행 터널(10)의 선굴착부(14)를 먼저 더 깊게 굴착한다.

후행 터널(11)과 선행 터널(10)과의 사이에 필라부(2)가 형성될 예정인 선행 터널(10)의 측벽부에 다수의 보강재(20)를 선행 터널 필라부측 미굴착부(12)를 지나서 필라부(2)가 관통되어 후행 터널(11)을 굴착할 때, 노출되도록 구멍을 천공하고 삽입하여 그라우팅한다.

후행 터널(11)을 굴착시 노출된 보강재(20')에 판구조(40)인 굴착면 보강 숏크리트를 타설하고 지압판을 대고 너트를 체결한다.

선행 터널(10)의 선행 터널 필라부측 미굴착부(12)를 굴착하여 노출된 보강재(20')에 판구조(40)인 굴착면 보강 숏크리트를 타설하고 지압판을 대고 너트를 체결하여 이루어지는 근접 병설 터널의 필라부 선보강 및 굴착 시공하는 방법이다.

그리고 지압판과 너트를 체결하여 요철이 생긴면을 방수공정을 위해 숏크리트로 추가 취부하여 면을 매끄럽게 할수있다.

제 1 실시예의 시공 순서를 도 3 내지 7을 이용하여 설명하면, 선행 굴착부(14)를 굴착하고 굴착으로 생긴 공간을 이용하여 인장을 받을 수 있는 보강재(20)를 필라부측 미굴착부(12)와 필라부(2)를 관통하도록 드릴로 선보강을 위한 천공홀을 천공하여 필라부(2)의 양측에서 판구조(40)를 설치할 수 있도록 소요 길이 만큼만 삽입하고 선보강을 위한 천공홀의 이완 영역인 필라부측 미굴착부(12)의 천공홀을 이용하여 팩커를 설치하여 가압 그라우팅하는 단계이고, 다음으로, 후행 터널(11)을 굴착하여 노출된 보강재(20')에 판구조(40)와 지압판을 대고 너트를 체결하여 압착하는 단계이고, 다음은 남겨 놓은 필라부측 미굴착부(12)를 굴착하고 판구조(40)와 지압판을 대고 너트를 체결하는 단계로 이루어진다.

상기의 선보강 보강재(20)는 인장력을 도입할 수 있는 형태로서 선행 터널(10)의 선행 터널 필라부측 미굴착부(12)를 굴착하여 노출된 보강재(20')에 판구조(40)인 굴착면 보강 숏크리트를 타설하고 양생 후, 지압판을 대고 너트를 체결하는 단계에서 보강재(20)에 인장력을 가하여 필라부(2)에 압축을 가하여 근접 병설터널의 필라부(2)를 선보강할 수 있다.

도 8에는 터널의 입출구부에서 흔히 있을 수 있는 토사와 같은 연약한 지반일 경우에 갱외 지표면에서 마이크로 파일(30)을 터널 굴착 전에 선시공하여 필라부를 보강한 단면도이다.

도 9 내지 도 11은 연약한 지반에 갱외 지표면에서 필라부(2)를 보강하기 위하여 마이크로 파일(30)을 터널 굴착 전에 선시공하고, 도 3 내지 도 5와 같은 방법으로 선행 터널 선굴착부(14)에서 필라부 측벽부의 이완 영역 부분인 선행 터널 필라부측 미굴착부(12)를 천공하여 선시공된 마이크로 파일(30) 사이로 필라부(2)가 관통되도록 천공하고 보강재(20)를 삽입하여 그라우팅하여 복합적으로 보강한 상태를 도시한 단면도이다.

도 12는 암반에서 절리가 사방향(16)으로 존재하는 경우에 터널을 굴착시 필라부에 압축 하중이 작용하여 절리 방향으로 미끄러짐 변형이 발생하는 취약한 형태를 보여주는 도면으로서 선보강하지 않고 터널을 굴착시 발생하는 지반 변형을 나타낸 도면이다.

도 13은 터널 굴착시 선보강되어 노출된 보강재의 선단에 RSC(41)를 설치하고 숏크리트를 타설한 상태의 단면도이다.

도 14는 도 13의 RSC(41)의 입체 상세 도면이며, 도 15는 도 14의 "Y-Y" 선을 취한 단면도이고, 도 16은 도 14의 "X-X" 선을 취한 단면도이다. 도 15의 42는 상기 RSC(41)의 단면 방향의 주철근이고, 43은 하부 주철근이다. 45는 주철근을 서로 연결해 주는 트러스 철근이다. 도 16에서 44는 종방향의 상하부 철근을 트러스 철근(45)으로 연결되어 형태를 유지해 준다. 42는 주철근으로서 종방향의 철근(44)과 직각으로 교차한다. 46은 간격을 유지하는 스트럽이다.

도 17은 양단 정착형 앵커(60)를 보강재로 사용하여 근접 병설 터널을 선보강한 상태를 도시한 도면이다.

도 18은 하나의 양단 정착형 앵커(60)의 상세도이며, 여러 형태의 보강재 중에서 본 발명의 보강재는 양단 정착형 앵커(60)로서 기능과 구성, 시공 방법을 상세히 설명하면, 기능은 인장력을 앵커의 양단에서 도입이 가능한 것으로 긴장력을 도입하기 전에는 네일처럼 전 길이가 천공홀 내에 그라우팅에 의해 지반과 일체화되도록 부착되어 지반이 변형이 생길 때, 지반을 구속하는 효과가 있다.

구성은 강봉의 양단은 너트를 체결할 수 있도록 나사산이 형성되어 있고 강봉의 양단에서 필라부(2) 측벽을 보강하는 판구조(40)의 두께와 너트를 체결하기 위한 길이를 강봉 여유장이라 하며, 이 길이 만큼을 남겨 놓고 강봉의 양측에 정착구(67)가 삽입되고 양외측으로 강봉에 고정된 스토퍼(71)로 고정되어 어느 한 측에서 강봉을 인장할 때, 다른 한 측에서 정착체 스토퍼(71)에 의해 강봉이 고정되고 인장측에서는 인장에 의한 인장 변형이 생기도록 한 구성이다.

선단 정착구는 앵커의 양측 선단 쪽으로는 단부가 막힌 앵커 보호캡(66)이 나사 결합으로 장착되어 천공홀 내에서 그라우팅을 할 때에 나사산이 형성되어 있는 강봉 여유장을 그라우트액을 차수하여 보호한다. 양쪽 정착구의 양 내측단으로는 외측에 돌기(64)가 형성된 파이프 형태의 정착체(63)가 고정 결합되며 정착체와 강봉은 분리되며 어느 한 쪽의 강봉을 인장하면, 타측의 강봉에 고정된 스토퍼(71)에 의해 정착구(67)와 결합된 정착체가 고정되며 정착체의 길이는 지반의 종류와 인장력에 따라 계산하여 결정한다.

양 정착체(63)의 사이에 강봉은 PE로 피복되고 PE 피복부(62)와 정착체는 수축 연결 튜브(69)로 결합된다. 인장재가 PE 피복부(62)와 정착체로 피복하는 것은 그라우팅이 된 홀 내에서 인장력에 의한 인장재인 강봉의 변형이 자유롭도록 하고 양생된 그라우트가 균열과 같은 손상을 입더라도 영구적인 부식이 생기지 않도록 하는 것이다

양측의 앵커 보호캡(66)을 감싼 스펀지(70)는 후행 터널(11)을 굴착할 때와 필라부측 미굴착부(12)를 굴착할 때, 그라우팅 내에서 보호캡(66)이 손상이 가지 않도록 하는 역할을 하고, 만약 보호캡(66)이 터널을 굴착할 때, 발파로 손상이 가면 스펀지는 인장재인 강봉을 감아서 판구조를 숏크리트로 시공할 때, 숏크리트로부터 인장재의 나사산을 보호하고 인장시 스토퍼의 변형이 자유롭도록 보호한다.

양단 정착형 앵커(60)의 장점은 양쪽 중 어느 한쪽에서 인장을 하여 인장력을 도입할 수 있으며 인장력을 도입 전에는 네일과 같이 원지반의 변형에 저항할 수 있다.

필라부를 보강하기 위해 선행 터널 선굴착부(14)의 공간에서 필라부측 미굴착부(12)와 필라부(2)를 관통하여 천공하고 양단 정착형 앵커를 설치하여 그라우팅을 한 후에는 양단 정착형 앵커가 양쪽에 설치된 정착체에 의하여 네일과 같은 역할을 하고 후행 터널(11)을 굴착할 때, 노출된 앵커에 판구조를 설치 후, 지압판을 대고 인장시켜 정착하면 양단 정착형 앵커(60)는 앵커로서의 역할을 하게 되는 것이다.

시공 방법을 설명하면, 선행 터널(10)의 선굴착부(14)를 굴착한 공간에서 필라부측 미굴착부(12)의 굴착면에서 필라부(2)를 관통하도록 필라부 측벽을 보강하는 판구조(40)의 두께와 너트를 체결하기 위한 길이를 강봉 여유장이라 하며, 이 길이 만큼을 여유 있게 더 천공하여 양단 정착형 앵커를 삽입하고 그라우팅을 한 다음에 후행 터널(11)을 굴착하여 스펀지로 보호된 앵커의 보호캡이 노출되면 터널 굴착면을 보강하는 판구조를 먼저 설치하고 양생 후, 보호캡(66)을 제거하고 노출된 나사산이 형성된 강봉에 지압판을 설치하고 너트를 결합 후, 유압잭으로 소요의 인장력을 도입하여 늘음량이 발생하면 너트를 더욱 조인다.

그러면 필라부(2)에 인장력이 도입된 상태가 되며 프리스트레스를 형성한 것이 된다.

다음에 선행 터널(10)의 필라부측 미굴착부(12)를 굴착하여 앵커가 노출되면 판구조(40)를 설치 후, 보호캡(66)을 제거하여 지압판(65)과 너트(68)로 조이면 되는 것이며, 추가적으로 유압잭을 사용하여 인장력을 추가 도입할 수 있다.

인장력의 도입 방법은 유압 피스톤에 연결된 강봉과 나사가 형성된 결합구에 의해 연결되며 실린더부에 연결된 반력대는 필라부(2) 측벽을 보강하는 판구조(40)에 지지되어 인장하게 된다.

인장력을 도입할 수 있는 기능을 하는 선보강 보강재(20)의 일종으로서 양단 정착형 앵커(60)는 정착체가 강봉형 양측 외부에 삽입되어 강봉 여유장 만큼 양측 선단으로부터 이격하여 고정된 양쪽 정착구(67)에 고정되고 양쪽 정착구는 양쪽 외측에 강봉에 고정 결합된 스토퍼에 의해 강봉의 인장력을 고정하게 된다.

선단측으로는 양단에 강봉 보호캡(66)이 양쪽 정착구(67)에 나사 결합으로 고정된다. 그라우팅에 묻혀 있더라도 강봉이 인장에 의해 늘어나도록 강봉은 PE 피복부(62)로 양쪽 정착구에 결합된 정착체와 보호캡(66)으로 보호된 양단 너트 고정부를 제외하고 피복되어 있는 형태이며 PE 피복부와 정착체는 수축 연결 튜브(69)로 피복 결합된다.

후행 터널(11) 또는 필라부측 미굴착부(12)를 굴착시 선 보강된 보강재의 선단이 손상되지 않고 쉽게 노출되도록 보호캡(66)과 스펀지로 보호하고 굴착및 숏크리트와 같은 판구조를 보강후, 보호캡(66)과 스펀지를 제거한다.

필라부(2) 측벽을 지압력과 부착 전단 강도로 보강하기 위한 판구조(40)인 굴착면 보강 숏크리트는 일반 숏크리트를 판구조(40)로 사용하거나 굴착면에 RSC(41)를 설치하고 숏크리트를 타설하여 형성하는 것을 적용하며 RSC(41)는 터널 단면 방향으로 철근을 트러스 형태로 용접하여, 도 14와 같이 제작하며 필요시 종방향으로도 트러스 형태로 용접하여 제작하며 종방향 길이가 1.5m 이내로 짧을 경우는 트러스 철근(45)을 배근하지 않고 스트럽철근(45)만을 배근하여 선보강된 보강재(20)에 부착하여 지압판으로 결합하고 숏크리트를 취부하여 양생하여 형성한다.

이외에도 다양한 판구조(40)를 고안하여 적용할 수 있다.

지반이 연약하여 필라부(2) 측면을 판구조(40)가 압축만하는 기능에서 추가로 기둥 역할이 필요한 경우에는 필라부(2) 양측벽부의 판구조(40)를 필라부(2)에 작용하는 하중을 받을 수 있도록 두께를 설계하여 기둥 역할을 하는 벽구조로 사용할 수 있다.

이 경우에는 측벽의 기초 부분은 지지력에 견딜 수 있도록 판구조(40)의 하부에 저판을 설치하여 지지력을 증가시키거나 추가로 마이크로 파일을 저판 하부에 시공하여 기초를 더 보강할 수 있는 기초 구조로 설계되고 측벽의 상부는 터널 굴착면을 지지하는 판구조(40)와 연결되어야 한다. 이 경우, 필라부(40)의 폭을 더 얇게 줄일 수 있다. 그리고 하중을 산정하는 방법은 선행 터널(10)과 후행 터널(11)을 포함하는 하나의 최소 대단면 터널로 가정하고 대단면 터널의 내부 단면과 근접 병설 터널의 내부 단면과의 사이의 지반이 하중으로 작용하는 것으로 가정하여 계산하거나 아칭이 형성되지 않는 저토피의 경우는 양측 병설 터널의 중심선 사이의 지표까지 지반의 자중을 하중으로 계산할 수 있다.

그리고 토피가 얕으면서 연약한 지반에서는 필라부(2) 양측면을 구속하더라도 지반 자체가 공극과 물이 흙에 포함되어 있어서 압축성을 가지므로 이를 보강하는 방법으로, 도 8와 같이 터널 굴착 전에 필라부(2)를 일정 간격으로 수직 또는 경사지게 천공하여 마이크로 파일을 삽입하고 가압 그라우팅 한 후, 터널을 굴착하는 방법이 있다.

또한, 도 9, 도 10, 도 11의 시공 순서와 같이, 터널 굴착시 필라부(2) 양측면을 보강재(20)로 수평으로 추가로 보강하고자 할 때에는 마이크로 파일이 겹쳐지지 않도록 필라부(2)에 보강재(20)를 수평으로 천공 삽입하고 보강 주입재를 주입하여 보강할 수 있도록 일정한 간격으로 설치하면 된다. 보강 주입재는 시멘트, 마이크로 시멘트 등 다양한 주입재를 물로 배합하여 사용할 수 있다.

이 경우 마이크로 파일을 삽입하기 위한 천공경은 76~150mm로 천공하여 그라우팅하는 것이 시공성이 좋으며 지반이 연약할수록 그라우트 구근과 마찰 면적을 크게 하기 위해 직경을 크게 하는 것이 구조적으로 유리하다.

또한, 필라부(2)를 보강하기 위하여 그라우팅과 프리스트레스로 양측을 압착할 때, 지반 자체가 갖고 있는 투수성이 감소하므로 필라부(2) 상부가 지하수로 포화되어 유효 응력 감소로 전단 강도가 감소하면 터널의 구조적 안전성이 떨어지므로 배수 터널로 설계시는 필라부(2) 상부의 지하수가 원활히 배수될 수 있는 배수로를 설치하여야 한다. 이때, 배수되는 물은 터널 숏크리트의 화학 물질이 물에 융해되어 공기 중의 이산화탄소와 반응하면 백태가 생기므로 숏크리트를 통과하지 않도록 하여야 한다.

따라서, 필라부(2)를 보강한 후, 숏크리트를 물이 통과하지 않도록 필라부(2) 상부와 측벽부 내에 유공 배수관(25)을 설치하여 배수가 유도되도록 하고 잔류 수압이 걸리지 않도록 하여야 한다.

도 18은 도 17의 상세 도면으로 선행 터널(10)에서 인장력을 도입하여 RSC(41) 숏크리트 판구조(40)를 설치하고 판구조(40)의 표면에 지압판(65)을 설치하여 프리스트레스를 도입할 수 있는 양단 정착형 앵커(60)의 상세 단면도이다.

도 19는 양단 정착형 앵커(60)의 양단에 보호캡(66)을 정착한 상태의 상세 도면이다. 굴착시 보호캡(66) 부위가 쉽게 노출되도록 스펀지(70)를 부착할 수도 있다.

도 20은 종래 일반적으로 사용되는 타이 볼트의 상세 도면이다.

도 21은 필라부 보강 외에 갱내에서 네일을 선보강한 선보강 네일(80)과 일반으로 사용되는 락볼트(81)를 보강한 도면이다.

필라를 보강할때 보강재의 간격과 수량은 터널의 크기와 지반의 조건과 필라의 두께에 따라서 설계자의 판단과 구조계산에 의해 결정한다.

2 : 필라부 10 : 선행 터널
11 : 후행 터널 12 : 필라부측 미굴착부
13 : 빈공 14 : 선행 터널 선굴착부
20 : 보강재 20': 노출된 보강재(보강재 여유장)
21 : 타이 볼트 25 : 유공 배수관
30 : 마이크로 파일 40 : 판구조
41 : RSC(Reinforce Steel Cage) 60 : 양단 정착형 앵커
61 : 강봉 62 : PE 튜브
63 : 정착체 64 : 정착체 돌기
65 : 지압판 66 : 보호캡
67 : 정착구 68 : 너트
69 : 연결 수축 튜브 70 : 스펀지
71 : 스토퍼 80 : 선보강 네일
81 : 락볼트

Claims

근접 병설 터널을 굴착할 때, 근접한 병설 터널의 필라부(2)를 보강 전에 필라부(2)에 변형이 생기지 않도록, 선 굴착으로 인한 이완 영역 만큼을 제외한 부분을 선굴착하고, 이완 영역인 필라부측 미굴착부(12)를 포함한 필라부를 관통하도록 천공하여 필라부(2)에 미리 네일이나 앵커를 삽입하고 보강 그라우팅하여 선 보강하고 미굴착 부분인 필라부측 미굴착부(12)를 추가 굴착하는 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 근접 병설 터널의 필라부 선보강 및 굴착 시공 방법.
후행 터널(11)과 터널 길이 방향으로 일정한 거리가 유지되도록 선행 터널(10)의 선굴착부(14)를 먼저 더 깊게 굴착하는 단계;
후행 터널(11)과 선행 터널(10)과의 사이에 필라부(2)가 형성될 예정인 선행 터널(10)의 측벽부에 다수의 보강재(20)를 선행 터널 필라부측 미굴착부(12)를 지나서 필라부(2)가 관통되어 후행 터널(11)을 굴착할 때, 선보강 보강재(20)가 노출되도록 천공하고 삽입하여 그라우팅하는 단계;
후행 터널(11)을 굴착시 노출된 보강재(20')에 판구조(40)인 굴착면 보강 숏크리트를 타설하고 지압판을 대고 너트를 체결하는 단계;
선행 터널(10)의 잔여 필라부측 미굴착부(12)를 굴착하여 노출된 보강재(20')에 판구조(40)인 굴착면 보강 숏크리트를 타설하고 지압판을 대고 너트를 체결하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 근접 병설 터널의 필라부 선보강 및 굴착 시공 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 선보강 보강재(20)는 프리스트레스를 도입할 수 있는 형태로서 선행 터널(10)의 잔여 필라부측 미굴착부(12)를 굴착하여 노출된 보강재(20')에 판구조(40)인 굴착면 보강 숏크리트를 타설하고 양생 후 지압판을 대고 너트를 체결하는 단계에서 보강재(20)에 인장력을 가하여 필라부(2)에 압축을 가하는 것을 특징으로 하는 근접 병설 터널의 필라부 선보강 및 굴착 시공 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 판구조(40)인 굴착면 보강 숏크리트는 굴착면에 RSC(41)(Reinforce Steel Cage)를 설치하고 숏크리트를 타설하여 형성하는 것을 특징으로 하는 근접 병설 터널의 필라부 선보강 및 굴착 시공 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 그라우팅은 가압 그라우팅인 것을 특징으로 하는 근접 터널의 필라부 근접 병설 터널의 필라부 선보강 및 굴착 시공 방법.
청구항 2에 있어서,
토피가 얕은 연약 지반에서 토사로 이루어진 필라부(2)의 보강은 터널을 굴착하기 전에 지표면에서 필라부(2)에 일정 간격으로 수직 또는 경사지게 천공홀을 천공하여 마이크로 파일을 삽입하고 가압 그라우팅한 후, 터널을 굴착하는 것을 특징으로 하는 근접 병설 터널의 필라부 선보강 및 굴착 시공 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 천공홀의 천공경은 76 내지 150mm로 천공하며, 천공 후 압력 그라우팅하는 것을 특징으로 하는 근접 병설 터널의 필라부 선보강 및 굴착 시공 방법 .
청구항 2에 있어서,
상기 필라부(2)를 보강한 숏크리트에 물이 통과하지 않도록 필라부(2) 상부와 측벽부 내에 상향으로 경사 또는 수평의 유공 배수관(25)을 설치하여 배수가 유도되도록 하여 잔류 수압이 걸리지 않도록 한 것을 특징으로 하는 근접 병설 터널의 필라부 선보강 및 굴착 시공 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 판구조(40)가 필라부(2) 측면을 압축하는 기능과 기둥 역할을 하는 기능을 동시에 하도록 하기 위하여 상기 필라부(2)에 작용하는 하중을 견딜 수 있는 상기 필라부(2) 측벽부의 판구조(40) 두께를 계산하여 설계하고, 상기 판구조(40)의 터널 바닥과 연결되는 부분은 기초 구조로 설계하는 것을 특징으로 하는 근접 병설 터널의 필라부 선보강 및 굴착 시공 방법.
인장력을 도입할 수 있는 선보강 보강재(20)로서, 강봉형으로 파이프 형태의 정착체는 강봉 여유장 만큼 양측 선단으로부터 이격하여 고정된 양쪽 정착구(67)에 고정되고 양쪽 정착구(67)는 양쪽 외측에 강봉에 고정 결합된 스토퍼(71)에 의해 강봉의 인장력을 고정하게 되고, 선단측으로는 양단에 강봉 보호캡(66)이 양쪽 정착구(67)에 나사 접합으로 고정되며, 그라우팅에 묻혀 있더라도 강봉이 인장에 의해 늘어나도록 강봉은 PE 피복부(62)로 양쪽 정착구에 결합된 정착체(63)와 보호캡(66)으로 보호된 양단 너트 고정부를 제외하고 피복되어 있고, PE 피복부(62)와 정착체(63)는 수축 연결 튜브(69)로 피복 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 근접 병설 터널의 필라부 선보강 앵커.