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WO2018101790A1 - 암반 tbm 터널의 단층파쇄구간 보강방법 - Google Patents

암반 tbm 터널의 단층파쇄구간 보강방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2018101790A1
WO2018101790A1 PCT/KR2017/014009 KR2017014009W WO2018101790A1 WO 2018101790 A1 WO2018101790 A1 WO 2018101790A1 KR 2017014009 W KR2017014009 W KR 2017014009W WO 2018101790 A1 WO2018101790 A1 WO 2018101790A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
segment
plate
fault fracture
rock
tunnel
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/014009
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
안석
Original Assignee
안석
주식회사 호반건설산업
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 안석, 주식회사 호반건설산업 filed Critical 안석
Publication of WO2018101790A1 publication Critical patent/WO2018101790A1/ko

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D11/00—Lining tunnels, galleries or other underground cavities, e.g. large underground chambers; Linings therefor; Making such linings in situ, e.g. by assembling
    • E21D11/14—Lining predominantly with metal
    • E21D11/15—Plate linings; Laggings, i.e. linings designed for holding back formation material or for transmitting the load to main supporting members
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
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    • E21D11/14—Lining predominantly with metal
    • E21D11/18—Arch members ; Network made of arch members ; Ring elements; Polygon elements; Polygon elements inside arches
    • E21D11/22—Clamps or other yieldable means for interconnecting adjacent arch members either rigidly, or allowing arch member parts to slide when subjected to excessive pressure
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
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    • E21D11/40—Devices or apparatus specially adapted for handling or placing units of linings or supporting units for tunnels or galleries
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D13/00—Large underground chambers; Methods or apparatus for making them
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
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    • E21D9/001—Improving soil or rock, e.g. by freezing; Injections
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/0607—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining the shield being provided with devices for lining the tunnel, e.g. shuttering

Definitions

  • the present invention relates to a method for reinforcing a fault fracture section of a rock TBM tunnel, and more particularly, when a soft ground is reached in the process of excavating a rock using a tunnel boring machine equipped with a cutter head in front.
  • the present invention relates to a method of reinforcing fault fractured sections of rock TBM tunnels, which is made by reinforcing the soft ground by steel segments.
  • the drilling method for excavating the tunnel is the conventional steel support method (ASSM), the latest method is NATM (New Austrian Tunneling Method), TBM (Tunnel Boring Machine method) or shield tunnel (Shield Tunnel) method have.
  • ASSM steel support method
  • NATM New Austrian Tunneling Method
  • TBM Tunnel Boring Machine method
  • shield tunnel Shid Tunnel
  • the ASSM method which is a conventional method, is a method that supports rock that is settled by ground relaxation by using wood, steel arch support, and concrete lining as a main complement.
  • NATM method adopts rock mechanics concept that uses the surrounding rock itself, which constitutes the tunnel, as a support body, and uses shotcrete, gangjibo, and rock bolts as auxiliary support.
  • NATM method is adaptable to ground change. It is good and has a wide range of applied cross sections, so it is an excellent economic method under general conditions.
  • TBM method is a mechanical excavation method that mainly excavates rock by crushing or cutting the rock tunnel from shear tunnel to shear surface tunnel excavator, and uses the surrounding rock itself as a support body to form a dynamically stable circular structure. Supporting materials such as rock bolts can be greatly reduced.
  • the shield tunnel method pushes a strong steel cylindrical excavator called Shield, which has a cross section slightly larger than the tunnel profile, into the ground, and proceeds to excavate while preventing the collapse of the tip ground.
  • Shield a strong steel cylindrical excavator
  • the construction of the support hole or the reinforcement (segment) supporting the excavation section is a method of excavating a tunnel while repeating the construction of the tip end and the rear support hole.
  • the tunnel method is selectively applied depending on the location of construction site, geology, ground shape, surrounding environment, construction period, and the like.
  • Reinforcement of the existing soft ground is performed by the existing rock bolt, shotcrete, steel beam, wet polling, grouting, etc. in order to secure the safety of the soft ground after stopping the working excavator.
  • Excavator is restarted after implementation.
  • the structure that advances the cutter head on the front side draws the gripper, adheres to the tunnel wall, fixes the body of the excavation device, and then advances the cutter head using the hydraulic cylinder.
  • the gripper when the gripper is in close contact with the tunnel wall surface of the soft ground to fix the excavation device, the soft ground collapses as it is and collapses as a result of the contact pressure.
  • the gripper and the reinforced steel retainer are designed at intervals of 1 ⁇ 1.5m in the process of excavation using TBM after the reinforcement work, but it is constructed at intervals of 2 ⁇ 30cm.
  • the gripper and the reinforced steel retainer are designed at intervals of 1 ⁇ 1.5m in the process of excavation using TBM after the reinforcement work, but it is constructed at intervals of 2 ⁇ 30cm.
  • a lining segment for the tunnel which is registered Patent No. 10-0964205, which is assembled with each other to return to the inner wall surface of the tunnel, the skin plate for supporting the inner wall portion of the tunnel, adjacent to the skin plate
  • Fastening means for fastening the skin plates of different lining segments to each other, a sealing member for hermetically sealing the fastening portions of the lining segments, and formed on the skin plate to fill concrete between the skin plate and the inner wall of the tunnel.
  • the fastening means is a first fastening formed at both ends of the skin plate so that both ends of adjacent skin plates can be screwed together along the circumferential direction of the tunnel. Plates and adjacent skinplates along the length of the tunnel The second fastening plates are formed on both side portions of the skin plate so as to screw both sides of each other.
  • the conventional technique is applied to a shield tunnel method using an excavation device that is not provided with a gripper, that is, an excavation device having a collapse protection body at the periphery of the cutter head, the hydraulic cylinder is supported by the gripper. It is difficult to apply the TBM method that is advanced and does not have a collapse protection body in the cutter head, and even if applied, the problem of slipping between the gripper and the segment still does not solve the situation.
  • the present invention is to provide a gripper and reinforcement work for the soft ground fault fracture section when the excavation of rock tunnel using a tunnel boring machine (Tunnel Boring Machine) that is advanced by the hydraulic cylinder to the operator
  • the purpose of this study is to provide a method of reinforcing fault fracture sections of rock TBM tunnels, which can ensure the safety of and prevent slippage between the gripper and the segment.
  • a reinforcing operation comprising: a first step of connecting a segment to a segment collector; A second step in which the segments connected to the segments are in close contact with the rock tunnel surface located in the fault fracture section by rotating the tractor; A third step of fastening and fixing the set anchors to the segments in close contact with the rock tunnel surface;
  • the process of repeating the first to the third step is made of a segment construction process for constructing a plurality of segments in a 360 degree direction with respect to the circular rock tunnel surface located in the fault fracture section, wherein the segment construction process,
  • a front panel A rear plate located at a rear side by connecting the upper plate and the lower plate, the left plate and the right plate;
  • the segment penetrates the front plate and the rear plate and is in close contact with the fault fracture section, the segment is made of a steel material having a fastening portion to which the connecting protrusion of the tractor is connected and closely contacted to the fault fracture section, and then the set anchor is fastened.
  • the probe drill (D) is removed. After the segment is mounted on the tractor and drilled to proceed the geological exploration of the fault fracture section, the reinforcement work process is further provided to proceed with fore poling or pre-grouting reinforcement.
  • a short patch process is further provided to connect the mortar spray nozzles to the segment ejector and to perform the short patch operation to prevent the fall.
  • the present invention not only facilitates rock tunnel excavation work by the TBM (Tunnel Boring Machine method), which is advanced by close support by grippers, so as to support the fault fracture section by the segment when excavating underground rock tunnels.
  • TBM Torl Boring Machine method
  • the construction of rock tunnel excavation using TBM not only shortens the construction period due to fault fracture zones, but also reduces construction costs and prevents worker accidents.
  • the present invention can replace the existing reinforcement work such as rock bolt, steel jibo, shotcrete by the installation and reinforcement of the steel segment can be replaced by the segment, so construction cost reduction, air shortening, safety can be secured by the existing design method If you do this, it takes a lot of time according to the reinforcement work, it can solve the problem that causes enormous obstacles due to air delay, cost increase, safety accidents.
  • existing reinforcement work such as rock bolt, steel jibo, shotcrete
  • 1 is a process chart showing the process of the method of reinforcing the fault fracture section of the rock TBM tunnel of the present invention.
  • Figure 2 is a process chart showing another embodiment of the method of reinforcing fault fracture section of the rock TBM tunnel of the present invention.
  • Figure 3 is a process chart showing another embodiment of the method of reinforcing fault fracture section of the rock TBM tunnel of the present invention.
  • 4 to 6 are a perspective view and a configuration diagram showing the segments of the method of reinforcing the fault fracture section of the rock TBM tunnel of the present invention, respectively.
  • the method of reinforcing a fault fracture section of a rock TBM tunnel includes an excavator having a rotary cutter head and a forward moving part for advancing the rotary cutter head, and the excavator is in close contact with the rock tunnel surface when the excavator moves forward.
  • the present invention consists of a third step (S3) for fastening and fixing the set anchor to the segment in close contact with the tunnel surface.
  • the segment etractor is rotatable in a 360 degree direction. Accordingly, the segment connected to the segment is installed in a 360 degree direction with respect to a circular rock tunnel surface.
  • the first step to the third step is repeatedly performed to construct a segment construction step (S4) for constructing a plurality of segments in a 360 degree direction with respect to the circular rock tunnel surface located in the fault fracture section, the segment Construction process (S4), the segment is connected by rotating the segment is connected to the segment is made so that the plurality of segments do not overlap each other, the sides are in close contact with each other and installed.
  • the segment construction process (S4) is not limited, but it is preferable to construct a plurality of segments by assembling and connecting from the bottom with respect to the circular rock tunnel surface, and about 5 to 7 segments are constructed depending on the size of the tunnel.
  • the plurality of segments connected in the segment construction process (S4) are firmly connected by fastening with each other using bolts and nuts.
  • the segment 400 may include an upper surface plate 410 through which the plurality of first fastening holes 411 pass through, a lower surface plate 420 through which the plurality of second fastening holes 421 pass through, and a plurality of first A seat plate 430 through which the three fastening holes 431 pass through, a right face plate 440 through which the plurality of fourth fastening holes 441 pass through, a top plate 410, a bottom plate 420, and a seat plate
  • the first fastening hole 411, the second fastening hole 421, the third fastening hole 431, and the fourth fastening hole 441 are located at the front side by connecting the 430 and the right surface plate 440.
  • Each of the fastening grooves 451 corresponding to each other is provided, and the front plate 450 to which the gripper body 200 is in close contact when the excavator 100 moves forward by the forward moving part 120 and the top plate.
  • the segment actor 380 Connection protrusion 381 is connected and made of a steel material having a fastening part 470 which is entered into the set anchor (A) after being in close contact with the fault fractured intervals.
  • a separate reinforcing rib may be further provided inside the front plate 450 and the back plate 460 to further improve durability and robustness of the segment 400 of the present invention.
  • the segment 400 is made of steel, the mobility and installation as well as the workability are greatly improved as compared with the segment made of a conventional concrete material.
  • the reason why the back plate 460 is provided in the segment 400 of the present invention is to improve the adhesion to the rock tunnel surface of the fault fracture zone by the back plate 460 and the blocking area of the rock tunnel surface.
  • the reason why the front plate 450 is provided is that the gripper body is in close contact with the front plate 450 because the improved rock tunnel drilling apparatus of the present invention is made of a TBM (Tunnel Boring Machine) which is moved forward by the holding force of the gripper body. To be supported.
  • TBM Torl Boring Machine
  • the plurality of first fastening holes 411, the second fastening holes 421, the third fastening holes 431, and the fourth fastening holes 441 are installed by connecting the plurality of segments 400 in a 360 degree direction. This is to fix the plurality of segments 400 using bolts and nuts through respective fastening holes corresponding to each other.
  • the reason why the plurality of fastening grooves 451 corresponding to the plurality of first fastening holes 411, the second fastening holes 421, the third fastening holes 431, and the fourth fastening holes 441 is provided is also provided.
  • the first fastening holes 411, the second fastening holes 421, the third fastening holes 431, and the fourth fastening holes 441 are respectively an upper surface plate 410, a lower surface plate 420, and a seating surface.
  • the worker is connected to the plurality of segments 400 to closely contact each other. This is to facilitate the operation of fixing the plurality of segments 400 through the fastening holes corresponding to each other by introducing the nut through the fastening groove 451.
  • the fastening part 470 is provided to penetrate the front plate 450 and the back plate 460.
  • the fastening part 470 is provided to penetrate the front plate 450 and the back plate 460.
  • One reason is that a short patch operation (mortar spray operation) or a quick mortar cement for the fault fracture section blocked by the segment 400 is injected into the rock tunnel surface side of the fault fracture section, thereby ensuring the stability of the fault fracture section early. To do that.
  • a set anchor (A) is fastened to the fastening part 470 in the process of connecting the plurality of segments 400 to each other using bolts and nuts, the binding between the rock tunnel surface and the segment 400 and the solid fastness. It can be improved to prevent the collapse of the segment 400 is installed in a 360 degree direction along the circular rock tunnel surface in advance.
  • the present invention before the third step (S3), the front and rear of the medium / large scale is generated in the rigid beam, rock bolt, shotcrete, before poling or pre-grouting at a predetermined interval on the top If reinforcement work is required, the probe drill (D) is mounted on the segment, and then drilled to conduct geological exploration on the fault fracture zone, and then perform fore poling or pre-grouting reinforcement.
  • the reinforcement work step (S5) to be made is further provided.
  • a short batch process (S6) to prevent the fall by performing a short batch operation after connecting the mortar spray nozzle to the segment ejector is further provided. It is done.
  • the short batch operation can be performed first using mortar spray before installing the segment made of steel, thereby preventing accidents of workers due to fall and falling, and the segment ejector rotated in the 360 degree direction. Since the short batch operation is performed by connecting the mortar spray nozzles to the surface, the even short batch operation can be performed for the circular rock drilling tunnel surface.

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Abstract

본 발명은 암반 TBM 터널의 단층파쇄구간 보강방법이 개시되는 것으로, 회전커터헤드와 상기 회전커터헤드를 전진시키는 전진이동부를 갖는 굴착체와, 상기 굴착체가 전진이동할 때 암반터널면에 밀착되어 상기 굴착체를 지지하는 그리퍼체와, 상기 굴착체의 회전커터헤드와 상기 그리퍼체 사이에 구비되는 세그먼트이랙터를 갖는 암반터널 굴착장치를 이용하여 암반터널의 굴착작업 시 단층파쇄구간에 대한 보강작업에 있어서, 세그먼트이랙터에 세그먼트를 연결하는 제1공정(S1); 세그먼트가 연결된 세그먼트이랙터를 회전시켜 단층파쇄구간에 위치되는 암반터널면에 밀착하는 제2공정(S2); 암반터널면에 밀착된 세그먼트에 세트앙카를 체결하여 고정하는 제3공정(S3)으로 이루어지며, 상기 제1공정 내지 제3공정을 반복적으로 진행하여 단층파쇄구간에 위치되는 원형의 암반터널면에 대해 360도 방향으로 복수개의 세그먼트를 시공하는 세그먼트시공공정(S4)으로 이루어지고, 상기 세그먼트시공공정(S4)은, 상기 세그먼트가 연결되는 세그먼트이랙터를 회전시키는 것에 의해 상기 세그먼트가 회전되어 복수개의 세그먼트가 서로 겹쳐지지 않고 서로 측면이 밀착되어 조립설치되도록 이루어진다.

Description

암반 TBM 터널의 단층파쇄구간 보강방법
본 발명은 암반 TBM 터널의 단층파쇄구간 보강방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전방에 커터헤드가 구비된 터널보링머신(Tunnel Boring Machine)을 이용하여 암반을 굴착하는 과정에서 연약지반에 도달할 경우 스틸 세그먼트에 의해 연약지반에 대한 보강작업이 선행되도록 한 암반 TBM 터널의 단층파쇄구간 보강방법에 관한 것이다.
일반적으로 터널을 굴착하기 위한 공법은, 재래공법인 ASSM(American Steel Support Method)이 있고, 최신공법으로는 NATM(New Austrian Tunneling Method), TBM(Tunnel Boring Machine method) 또는 실드터널(Shield Tunnel) 공법이 있다.
이 중 재래공법인 ASSM 공법은 지반 이완으로 침하하는 암반을 목재나 철재 Arch지보, 콘크리트 라이닝을 주지보체로 활용하여 지지하는 방식으로서 안정성이 낮은 재래식 공법이다.
또한, NATM 공법은 터널을 구성하는 주변암반 자체를 지보체로 활용하고 숏크리트 또는 강지보, 록볼트(Rock Bolt)를 보조지보체로 사용하는 암반 역학적 개념을 도입한 공법으로 NATM 공법은 지반 변화에 적응성이 좋고, 적용단면의 범위가 넓어서 일반적 조건하에서는 경제성이 우수한 공법이다.
또한, TBM 공법은 주로 암반 터널에서 전단면 터널굴착기로 암반을 압쇄 또는 절삭에 의해 굴착하는 기계식 굴착 공법으로 주변 암반 자체를 지보체로 활용하여 역학적으로 안정된 원형 구조를 형성하기 때문에, 숏크리트나 강지보,록볼트와 같은 지보재를 대폭 줄일 수 있다.
또한, 실드터널공법은, 터널 외형단면보다 약간 큰 단면을 갖는 실드(Shield)라고 하는 튼튼한 강재 원통형 굴착기를 지반 중에 밀어 넣고, 이를 진행시켜 그 선단부 지반의 붕괴를 막으면서 굴착하고, 실드기계 후방부에서는 굴착단면을 지보하는 지보공 또는 복공(세그먼트)을 구축하며, 이러한 선단 굴착과 후방 지보공의 구축을 반복하면서 터널을 굴착해가는 공법을 말한다.
이와 같은 터널공법은 공사현장 위치나 지질, 지반 형상, 주변 환경, 공사기간 등에 따라 각각 선택적으로 적용되고 있다.
이와 같은 터널공법 중 단단한 암반을 뚫어 터널을 굴착하는 TBM의 경우 단단한 암반에 의해 터널보링머신에 의해 터널이 굴착되는 과정에서 암반의 이완 영역이 최소화 되기때문에 숏크리트나 강지보, 록볼트를 이용한 복공작업이 적게 소요되기 때문에 공사기간이 크게 되는 장점이 있다.
한편, 암반터널 굴착공사시에도 구간에 따라 연약지반(단층파쇄구간)이 나타나게 되는 바, 이와 같은 연약지반을 통과하는 경우에는 굴착장치인 터널보링머신의 진행이 어렵기 때문에 굴착작업이 중단되며 연약지반에 대한 보강작업이 이루어진다.
기존 연약지반의 보강작업은, 작동중인 굴착장치를 중단시킨 후 작업자가 연약지반의 안전성을 확보하기 위해 종래 록볼트나 숏크리트, 강지보, 훠 폴링, 그라우팅 작업을 진행하여 연약지반에 대한 보강작업을 실시한 후 굴착장치를 재가동하고 있다.
이와 같이 작업자가 연약지반에 대한 보강작업을 진행하는 과정에서 연약지반 TBM 굴착시 커터헤드, 자켓 후방에서 낙반이나 붕락이 발생되기 때문에 작업자의 안전확보가 어렵고, 작업자의 안전이 확보되지 않은 상태에서 보강작업이 이루어짐에 따라 작업자의 안전이 매우 위험한 상황에 놓이게 되며, 좁은 공간에서의 보강작업이 어려워 보강작업에 따른 작업시간이 지연됨은 물론 이에 따른 작업효율성이 크게 떨어지는 문제점이 있다.
더욱이, 암반터널의 굴착장치인 TBM의 경우 전방측의 커터헤드를 전진시키는 구조가 그리퍼를 인출하여 터널 벽면에 밀착하여 굴착장치의 몸체를 고정한 후 유압실린더를 이용하여 커터헤드를 전진시키기 때문에 연약지반의 경우 굴착장치를 몸체를 고정하기 위해 그리퍼를 연약지반의 터널 벽면에 밀착시킬 경우 밀착압력에 의해 연약지반이 그대로 무너져 붕괴됨은 물론 그리퍼의 지지력이 현저하게 저하되는 문제점이 있다.
또한, 종래 보강작업을 진행한 후 TBM을 이용하여 굴착을 진행하는 과정에서 그리퍼와 보강작업된 강지보재가 설계되어 있는 1~1.5m 간격으로 되어있지만 실제 2~30cm 간격으로 시공되는데 강지보와 낙반, 붕락된 뒷부분 여굴발생으로 원형을 유지하지 못하고 심한 변형으로 인해 TBM 굴착시 터널선형 유지에도 문제점이 발생한다.
또한, TBM 그리퍼와의 강지보사이 충분하지 못한 마찰력으로 미끄러짐이 발생되어 그리퍼에 의해 굴착장치의 몸체가 견고하게 지지되지 못하게 되는 문제점이 있다.
종래 기술을 살펴보면, 등록특허 10-0964205호인 터널용 라이닝 세그먼트가 안출된 바 있으며, 이는 서로 조립되어 터널의 내벽면을 복공하는 것으로, 터널의 내벽면 부분을 지지하는 스킨플레이트와, 스킨플레이트와 인접하는 다른 라이닝 세그먼트의 스킨플레이트를 서로 체결하는 체결수단과, 라이닝 세그먼트들의 체결부분을 기밀적으로 밀봉시키는 실링부재와, 스킨플레이트와 터널의 내벽면 사이에 콘크리트를 충전할 수 있도록 스킨플레이트에 형성되는 콘크리트 타설구멍을 포함하는 터널용 라이닝 세그먼트에 있어서, 체결수단은, 터널의 둘레방향을 따라 인접하는 스킨플레이트들의 양쪽 끝부분들을 서로 나사체결할 수 있도록 스킨플레이트의 양쪽 끝부분에 형성되는 제 1체결플레이트들과, 터널의 길이방향을 따라 인접하는 스킨플레이트들의 양쪽 측면부분들을 서로 나사 체결할 수 있도록 스킨플레이트의 양쪽 측면부분에 형성되는 제 2체결플레이트들로 이루어져 있다.
이러한 종래 기술은, 터널 내부로의 세그먼트 반입이 용이하고 세그먼트들에 대한 조립성을 향상시키도록 하고 있다.
그러나, 종래 기술의 경우 그리퍼가 구비되지 않은 굴착장치 즉, 커터헤드의 둘레부에 붕괴보호체를 갖는 굴착장치를 이용한 실드터널공법에 적용되기 때문에 그리퍼에 의해 몸체가 지지된 상태에서 유압실린더에 의해 전진되고 커터헤드에 붕괴보호체가 구비되어 있지 않은 TBM 공법에 적용키 어려우며, 적용한다하더라도 그리퍼와 세그먼트와의 미끄러짐이 발생되는 문제점은 여전히 해결하지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 그리퍼가 구비되고 유압실린더에 의해 커터헤드가 전진되는 터널보링머신(Tunnel Boring Machine)을 이용하여 암반터널을 굴착할 때 연약지반인 단층파쇄구간에 대한 보강작업이 신속하게 이루어지도록 하고 작업자의 안전을 확보할 수 있으며 그리퍼와 세그먼트와의 미끄러짐을 방지할 수 있도록 한 암반 TBM 터널의 단층파쇄구간 보강방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명인 암반 TBM 터널의 단층파쇄구간 보강방법은, 회전커터헤드와 상기 회전커터헤드를 전진시키는 전진이동부를 갖는 굴착체와, 상기 굴착체가 전진이동할 때 암반터널면에 밀착되어 상기 굴착체를 지지하는 그리퍼체와, 상기 굴착체의 회전커터헤드와 상기 그리퍼체 사이에 구비되는 세그먼트이랙터를 갖는 암반터널 굴착장치를 이용하여 암반터널의 굴착작업 시 단층파쇄구간에 대한 보강작업에 있어서, 세그먼트이랙터에 세그먼트를 연결하는 제1공정; 세그먼트가 연결된 세그먼트이랙터를 회전시켜 단층파쇄구간에 위치되는 암반터널면에 밀착하는 제2공정; 암반터널면에 밀착된 세그먼트에 세트앙카를 체결하여 고정하는 제3공정; 상기 제1공정 내지 제3공정을 반복적으로 진행하여 단층파쇄구간에 위치되는 원형의 암반터널면에 대해 360도 방향으로 복수개의 세그먼트를 시공하는 세그먼트시공공정으로 이루어지고, 상기 세그먼트시공공정은, 상기 세그먼트가 연결되는 세그먼트이랙터를 회전시키는 것에 의해 상기 세그먼트가 회전되어 복수개의 세그먼트가 서로 겹쳐지지 않고 서로 측면이 밀착되어 조립설치되도록 이루어지며, 상기 세그먼트는, 복수개의 제1체결구멍이 통공된 상면판과; 복수개의 제2체결구멍이 통공된 하면판과; 복수개의 제3체결구멍이 통공된 좌면판과; 복수개의 제4체결구멍이 통공된 우면판과; 상기 상면판과 하면판, 좌면판 및 우면판을 연결하여 전방측에 위치되고 상기 제1체결구멍과 제2체결구멍, 제3체결구멍 및 제4체결구멍과 각각 대응되는 체결홈부가 각각 구비되는 전면판과; 상기 상면판과 하면판, 좌면판 및 우면판을 연결하여 후방측에 위치되는 후면판과; 상기 전면판과 후면판을 관통하고 단층파쇄구간에 밀착될 때 상기 세그먼트이랙터의 연결돌부가 연결되고 단층파쇄구간에 밀착된 후 세트앙카가 체결되는 체결부를 갖는 스틸재질로 이루어진다.
나아가, 상기 제3공정 전, 전방 상부에서 중/대규모의 붕락이 발생되어 상부에 일정간격으로 훠폴링(fore poling) 또는 프리그라우팅(pre-grouting) 보강작업이 필요할 경우, 프로브드릴(D)을 상기 세그먼트이랙터에 장착한 후 천공하여 단층파쇄구간에 대한 지질탐사를 진행한 후 훠폴링(fore poling) 또는 프리그라우팅(pre-grouting) 보강작업을 진행하는 보강작업공정이 더 구비되어 이루어진다.
나아가, 상기 제1공정 전, 소규모의 낙반 발생 시, 몰탈 스프레이 노즐을 상기 세그먼트 이랙터에 연결한 후 숏패치 작업을 진행하여 낙반을 방지하는 숏패치(shot patch)공정이 더 구비되어 이루어진다.
본 발명은 지하 암반터널굴착 시 단층파쇄구간을 세그먼트에 의해 보강하여 지지하도록 함에 따라 그리퍼에 의한 밀착 지지력에 의해 전진되는 TBM(Tunnel Boring Machine method)에 의한 암반터널굴착 공사가 용이하게 이루어지도록 할 뿐만 아니라, TBM을 이용한 암반터널굴착 공사시 단층파쇄구간에 따른 공사기간 단축은 물론 공사원가를 절감할 수 있으며 작업자의 안전사고를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 강재 세그먼트를 설치 보강함으로써 기존 설계 시공되는 락볼트, 강지보, 숏크리트와 같은 보강작업을 세그먼트로 대체가능하므로 공사 원가절감, 공기단축, 안전성을 확보할 수 있어 기존 설계방식으로 시공을 할 경우 보강작업에 따른 많은 시간이 소요되어 공기지연, 원가상승, 안전사고로 막대한 지장을 초래하게 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명인 암반 TBM 터널의 단층파쇄구간 보강방법의 공정을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명인 암반 TBM 터널의 단층파쇄구간 보강방법의 다른 실시예를 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명인 암반 TBM 터널의 단층파쇄구간 보강방법의 또 다른 실시예를 나타낸 공정도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명인 암반 TBM 터널의 단층파쇄구간 보강방법의 세그먼트를 각각 나타낸 사시도 및 구성도이다.
이하, 상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 암반 TBM 터널의 단층파쇄구간 보강방법을 첨부된 도면을 참고하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
도시된 바와 같이 본 발명인 암반 TBM 터널의 단층파쇄구간 보강방법은, 회전커터헤드와 상기 회전커터헤드를 전진시키는 전진이동부를 갖는 굴착체와, 상기 굴착체가 전진이동할 때 암반터널면에 밀착되어 상기 굴착체를 지지하는 그리퍼체와, 상기 굴착체의 회전커터헤드와 상기 그리퍼체 사이에 구비되는 세그먼트이랙터를 갖는 암반터널 굴착장치를 이용하여 암반터널의 굴착작업 시 단층파쇄구간에 대한 보강작업에 관한 것으로, 스틸재질의 세그먼트를 쉽고 간단하게 조립설치하여 단층파쇄구간을 보강함에 따라 작업자들이 안전사고를 방지할 수 있으며, 헤드자켓 상부 반단면이 루프 형태로 보호되며 좁은공간에서의 보강작업이 용이하도록 할 수 있다.
이를 위해 본 발명은, 세그먼트이랙터에 세그먼트를 연결하는 제1공정(S1)과, 세그먼트가 연결된 세그먼트이랙터를 회전시켜 단층파쇄구간에 위치되는 암반터널면에 밀착하는 제2공정(S2)과, 암반터널면에 밀착된 세그먼트에 세트앙카를 체결하여 고정하는 제3공정(S3)으로 이루어진다.
상기 세그먼트이랙터는 360도 방향으로 회전이 가능한 것으로, 이에 따라 상기 세그먼트이랙터에 연결되는 세그먼트를 원형의 암반터널면에 대해 360도 방향으로 설치 시공한다.
즉, 상기 제1공정 내지 제3공정을 반복적으로 진행하여 단층파쇄구간에 위치되는 원형의 암반터널면에 대해 360도 방향으로 복수개의 세그먼트를 시공하는 세그먼트시공공정(S4)으로 이루어지고, 상기 세그먼트시공공정(S4)은, 상기 세그먼트가 연결되는 세그먼트이랙터를 회전시키는 것에 의해 상기 세그먼트가 회전되어 복수개의 세그먼트가 서로 겹쳐지지 않고 서로 측면이 밀착되어 조립설치되도록 이루어진다.
이와 같이 복수개의 세그먼트를 단층파쇄구간에 위치되는 원형의 암반터널면에 대해 360도 방향으로 각각 밀착시켜 조립시공함에 따라 단층파쇄구간에 대한 보강작업이 신속하게 이루어지기 때문에 공사기간 단축은 물론, 원가절감 효과를 얻을 수 있으며 작업자의 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.
상기 세그먼트시공공정(S4)은 한정하는 것은 물론 아니나, 원형의 암반터널면에 대해 하부에서부터 복수개의 세그먼트를 조립연결하여 시공하는 것이 바람직하며 터널의 크기에 따라 약 5 ~ 7개의 세그먼트가 시공된다.
또한, 상기 세그먼트시공공정(S4)에서의 복수개 연결되는 세그먼트들은 서로에 대해 볼트와 너트를 이용하여 체결함으로써 견고하게 연결된다.
이를 위해 상기 세그먼트(400)는, 복수개의 제1체결구멍(411)이 통공된 상면판(410)과, 복수개의 제2체결구멍(421)이 통공된 하면판(420)과, 복수개의 제3체결구멍(431)이 통공된 좌면판(430)과, 복수개의 제4체결구멍(441)이 통공된 우면판(440)과, 상기 상면판(410)과 하면판(420), 좌면판(430) 및 우면판(440)을 연결하여 전방측에 위치되고 상기 제1체결구멍(411)과 제2체결구멍(421), 제3체결구멍(431) 및 제4체결구멍(441)과 각각 대응되는 체결홈부(451)가 각각 구비되고 상기 전진이동부(120)에 의해 상기 굴착체(100)가 전진이동할 때 상기 그리퍼체(200)가 밀착되는 전면판(450)과, 상기 상면판(410)과 하면판(420), 좌면판(430) 및 우면판(440)을 연결하여 후방측에 위치되는 후면판(460)과, 상기 전면판(450)과 후면판(460)을 관통하고 단층파쇄구간에 밀착될 때 상기 세그먼트이랙터(380)의 연결돌부(381)가 연결되고 단층파쇄구간에 밀착된 후 세트앙카(A)가 체결되는 체결부(470)를 갖는 스틸재질로 이루어진다.
이 때, 상기 전면판(450)과 후면판(460)의 내측에 별도의 보강리브를 더 구비하여 본 발명의 세그먼트(400)에 대한 내구성 및 견고성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 상기 세그먼트(400)가 스틸재질로 이루어지기 때문에 종래 콘크리트 재질로 이루어진 세그먼트에 비해 이동성 및 설치성은 물론 작업성이 크게 향상된다.
본 발명의 세그먼트(400)에 후면판(460)을 구비하는 이유는, 후면판(460)에 의해 단층파쇄구간의 암반터널면에 밀착성 및 암반터널면에 대한 막음면적이 향상되도록 하기 위함이다.
또한, 전면판(450)을 구비한 이유는, 본 발명인 개량형 암반터널 굴착장치가 그리퍼체의 지지력에 의해 전진 이동하는 TBM(Tunnel Boring Machine)으로 이루어져 있기 때문에, 그리퍼체가 전면판(450)에 밀착되어 지지되도록 하기 위함이다.
상기 복수개의 제1체결구멍(411), 제2체결구멍(421), 제3체결구멍(431), 제4체결구멍(441)은 복수개의 세그먼트(400)를 360도 방향으로 연결하여 설치 시공할 때 서로에 대해 대응되는 각각의 체결구멍을 통해 볼트와 너트를 이용하여 복수개의 세그먼트(400)를 고정하기 위함이다.
또한, 상기 복수개의 제1체결구멍(411), 제2체결구멍(421), 제3체결구멍(431), 제4체결구멍(441)에 각각 대응되는 체결홈부(451)를 구비한 이유는, 상기 복수개의 제1체결구멍(411), 제2체결구멍(421), 제3체결구멍(431), 제4체결구멍(441)이 각각 상면판(410), 하면판(420), 좌면판(430), 우면판(440)과 같이 상기 전면판(450)과 후면판(460)의 측면에 위치되어 구비됨에 따라 복수개의 세그먼트(400)를 서로 연결하여 밀착시킨 상태에서 작업자가 볼트와 너트를 상기 체결홈부(451)를 통해 인입하여 서로 대응되는 체결구멍들을 통해 복수개의 세그먼트(400)를 고정하는 작업이 용이하도록 하기 위함이다.
상기 체결부(470)는, 상기 전면판(450)과 후면판(460)을 관통하여 구비되는 것으로, 이와 같이 체결부(470)를 전면판(450)과 후면판(460)에 관통되도록 구비한 이유는, 상기 세그먼트(400)에 의해 막힌 단층파쇄구간에 대한 숏패치작업(몰탈 스프레이작업) 또는 급결몰탈시멘트를 단층파쇄구간의 암반터널면측으로 주입하여 단층파쇄구간에 대한 안정성을 조기에 확보할 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 복수개의 세그먼트(400)를 볼트와 너트를 이용하여 서로 연결하는 과정에서 상기 체결부(470)에 세트앙카(A)를 체결함에 따라 암반터널면과 세그먼트(400)와의 결착성 및 견고한 결속성을 향상시킬 수 있어 원형의 암반터널면을 따라 360도 방향으로 설치되는 세그먼트(400)가 붕괴되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 제3공정(S3) 전, 전방 상부에서 중/대규모의 붕락이 발생되어 상부에 일정간격으로 강지보, 락볼트, 숏크리트, 훠폴링(fore poling) 또는 프리그라우팅(pre-grouting) 보강작업이 필요할 경우, 프로브드릴(D)을 상기 세그먼트이랙터에 장착한 후 천공하여 단층파쇄구간에 대한 지질탐사를 진행한 후 훠폴링(fore poling) 또는 프리그라우팅(pre-grouting) 보강작업을 진행하는 보강작업공정(S5)이 더 구비되어 이루어진다.
이에 따라, 공간이 협소하여 천공이 어려운 구간에 대해 쉽고 용이하게 훠폴링(fore poling) 또는 프리그라우팅(pre-grouting)에 의한 보강작업이 가능하며, 회전커터헤드의 원주방향으로 천공 가이드 홀 파이프를 내장 구성하여 약 5 ~ 15도로 상향 천공할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제1공정(S1) 전, 소규모의 낙반 발생 시, 몰탈스프레이노즐을 상기 세그먼트이랙터에 연결한 후 숏배치작업을 진행하여 낙반을 방지하는 숏배치공정(S6)이 더 구비되어 이루어진다.
이에 따라, 스틸 재질의 세그먼트를 설치 시공하기 전, 몰탈스프레이를 이용하여 숏배치작업을 먼저 진행할 수 있기 때문에 낙반에 따른 작업자의 안전사고를 미연에 방지할 수 있으며, 360도 방향으로 회전되는 세그먼트이랙터에 몰탈스프레이노즐을 연결하여 숏배치작업을 진행하기 때문에 원형의 암반굴착터널면에 대해 고른 숏배치작업이 이루어질 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다

Claims (2)

  1. 회전커터헤드와 상기 회전커터헤드를 전진시키는 전진이동부를 갖는 굴착체와, 상기 굴착체가 전진이동할 때 암반터널면에 밀착되어 상기 굴착체를 지지하는 그리퍼체와, 상기 굴착체의 회전커터헤드와 상기 그리퍼체 사이에 구비되는 세그먼트이랙터를 갖는 암반터널 굴착장치를 이용하여 암반터널의 굴착작업 시 단층파쇄구간에 대한 보강작업에 있어서,
    세그먼트이랙터에 세그먼트를 연결하는 제1공정(S1);
    세그먼트가 연결된 세그먼트이랙터를 회전시켜 단층파쇄구간에 위치되는 암반터널면에 밀착하는 제2공정(S2);
    암반터널면에 밀착된 세그먼트에 세트앙카를 체결하여 고정하는 제3공정(S3)으로 이루어지며,
    상기 제1공정 내지 제3공정을 반복적으로 진행하여 단층파쇄구간에 위치되는 원형의 암반터널면에 대해 360도 방향으로 복수개의 세그먼트를 시공하는 세그먼트시공공정(S4)으로 이루어지고,
    상기 세그먼트시공공정(S4)은,
    상기 세그먼트가 연결되는 세그먼트이랙터를 회전시키는 것에 의해 상기 세그먼트가 회전되어 복수개의 세그먼트가 서로 겹쳐지지 않고 서로 측면이 밀착되어 조립설치되도록 이루어지며,
    상기 세그먼트(400)는,
    복수개의 제1체결구멍(411)이 통공된 상면판(410)과;
    복수개의 제2체결구멍(421)이 통공된 하면판(420)과;
    복수개의 제3체결구멍(431)이 통공된 좌면판(430)과;
    복수개의 제4체결구멍(441)이 통공된 우면판(440)과;
    상기 상면판(410)과 하면판(420), 좌면판(430) 및 우면판(440)을 연결하여 전방측에 위치되고 상기 제1체결구멍(411)과 제2체결구멍(421), 제3체결구멍(431) 및 제4체결구멍(441)과 각각 대응되는 체결홈부(451)가 각각 구비되고 상기 전진이동부(120)에 의해 상기 굴착체(100)가 전진이동할 때 상기 그리퍼체(200)가 밀착되는 전면판(450)과;
    상기 상면판(410)과 하면판(420), 좌면판(430) 및 우면판(440)을 연결하여 후방측에 위치되는 후면판(460)과;
    상기 전면판(450)과 후면판(460)을 관통하고 단층파쇄구간에 밀착될 때 상기 세그먼트이랙터(380)의 연결돌부(381)가 연결되고 단층파쇄구간에 밀착된 후 세트앙카(A)가 체결되는 체결부(470)를 갖는 스틸재질로 이루어지며,
    상기 제3공정(S3) 전,
    전방 상부에서 중/대규모의 붕락이 발생되어 상부에 일정간격으로 훠폴링(fore poling) 또는 프리그라우팅(pre-grouting) 보강작업이 필요할 경우,
    프로브드릴(D)을 상기 세그먼트이랙터에 장착한 후 천공하여 단층파쇄구간에 대한 지질탐사를 진행한 후 훠폴링(fore poling) 또는 프리그라우팅(pre-grouting) 보강작업을 진행하는 보강작업공정(S5)이 더 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 암반 TBM 터널의 단층파쇄구간 보강방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1공정(S1) 전,
    소규모의 낙반 발생 시, 몰탈스프레이노즐을 상기 세그먼트이랙터에 연결한 후 숏배치작업을 진행하여 낙반을 방지하는 숏배치공정(S6)이 더 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 암반 TBM 터널의 단층파쇄구간 보강방법.
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