KR101111594B1

KR101111594B1 - 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법

Info

Publication number: KR101111594B1
Application number: KR1020110088177A
Authority: KR
Inventors: 김재성; 구정회; 안종혁; 황종익; 육정훈; 황대원; 박상철; 송병옥; 이규식
Original assignee: 주식회사 삼안; 지에스건설 주식회사
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2012-02-13
Anticipated expiration: 2031-08-31

Abstract

본 발명은 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법에 관한 것으로, 지중에 신규 선로를 시공할 때 신규 선로가 기존에 시공되어 있는 지상 구조물(선로용 교각 등)과 간섭을 일으킬 때 신규 선로를 지상 구조물로부터 회피하지 않고 통과하도록 하고, 지상 구조물의 변형없이 지중에 신규 선로를 시공함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법은, 지상 선로의 교각 주변 지중에 다이아프램 벽을 시공하고, 지중을 터파기하면서 가시설을 설치하는 제1단계와; 상기 제1단계에 의해 형성된 터파기 공간의 굴착면에, 중앙부가 상부를 향해 볼록하게 프리스트레스된 지지 거더를 설치하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 설치된 지지 거더 위에 다수의 하중전이용 잭을 설치하고, 상기 하중전이용 잭을 통해 상기 지지 거더를 상기 터파기 공간의 굴착면에 밀착시키고 상기 지지 거더를 상기 다이아프램 벽에 고정하여 상기 교각의 하중이 상기 지지 거더를 통해 상기 다이아프램 벽으로 분산되도록 하는 제3단계와; 상기 제3단계 이후 상기 교각을 지지하는 파일을 절단하는 제4단계와; 상기 지지 거더 저부와 상기 다이아프램 벽 안쪽을 터파기하여 지중 선로의 시공 공간을 확보하는 제5단계와; 상기 제5단계를 통해 마련된 공간에 선로를 시공하고 되메우기 마감하는 제6단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법{METHOD FOR CONSTRUCTING UNDERGROUND STRUCTURE}

본 발명은 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지중에 구조물(철도 선로 등)을 설계한 결과 지중 구조물이 지상 구조물(철도 선로, 건축물 등)을 통과하게 되며, 이 부분에서 지상 구조물의 붕괴 등을 막고 지상 구조물과 지중 구조물 모두 구조적으로 안정성을 도모할 수 있는 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법에 관한 것이다.

일반적으로 지중에 도로(이하 철도 선로를 예로 들어 설명한다)를 시공하는 방법으로는 지중 굴착을 통해 공간을 확보한 후 현장에서 콘크리트를 타설하는 방법, 소형의 경우 콘크리트 박스를 프론트잭킹 등으로 시공하는 방법 등이 있다.

신규 지중 구조물(예를 들어, 철도 선로)이 기존 지상 구조물(철도 선로를 예로 들어 설명한다)과 간섭을 일으키는 경우 종래에는 신규 지중 철도 선로를 기존 지상 선로의 교각과 간섭되지 않도록 회피 설계하고 있다. 따라서, 최단 및 최적의 선로를 구상하지 못하여 공기가 길어지고 경제적으로 손실이 큰 실정이다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지중에 신규 구조물을 시공할 때 지중 구조물이 기존에 시공되어 있는 지상 구조물(선로용 교각 등)과 간섭을 일으키는 경우 지중 구조물을 지상 구조물로부터 회피하지 않고 통과하도록 하고, 지상 구조물의 변형없이 지중 구조물을 시공할 수 있는 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법은, 지상 선로의 교각 주변 지중에 다이아프램 벽을 시공하고, 지중을 터파기하면서 가시설을 설치하는 제1단계와; 상기 제1단계에 의해 형성된 터파기 공간의 굴착면에, 중앙부가 상부를 향해 볼록하게 프리스트레스된 지지 거더를 설치하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 설치된 지지 거더 위에 다수의 하중전이용 잭을 설치하고, 상기 하중전이용 잭을 통해 상기 지지 거더를 상기 터파기 공간의 굴착면에 밀착시키고 상기 지지 거더를 상기 다이아프램 벽에 고정하여 상기 교각의 하중이 상기 지지 거더를 통해 상기 다이아프램 벽으로 분산되도록 하는 제3단계와; 상기 제3단계 이후 상기 교각을 지지하는 파일을 절단하는 제4단계와; 상기 지지 거더 저부와 상기 다이아프램 벽 안쪽을 터파기하여 지중 선로의 시공 공간을 확보하는 제5단계와; 상기 제5단계를 통해 마련된 공간에 선로를 시공하고 되메우기 마감하는 제6단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법에 의하면, 프리스트레스 지지 거더를 이용하여 지상 구조물(지상 철도 선로의 교각 등)을 안전하게 지지함으로써 지중 구조물(철도 선로 등)을 기존 지상 구조물로부터 회피하지 않고 통과하도록 시공할 수 있으므로 최단 및 최적의 선로를 구축하여 공기를 단축하고 시공비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법의 공정도.
도 2 내지 도 9는 본 발명에 의한 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법의 각 단계별 공정 확대도.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법은 (S10) 가시설 시공 - (S20) 지지 거더 거치 - (S30) 지지 거더 하중 전이 - (S40) 파일 절단 - (S50) 지지 거더 저부 굴착 - (S60) 지중 선로 축조 및 마감으로 이루어지며, 각 공정별 구체적인 시공 방법은 다음과 같다.

(S10) 가시설 시공.

지상 선로의 교각(10)은 예를 들어 기초부(11), 기초부(11) 위에 올려지는 교각 본체(12)로 구성되고, 지중에 설치되며 하단부가 예를 들어 암반층에 정착된 다수의 파일(20)들에 의해 지지된다.

이 교각(10)의 아래쪽 지중에 지중 선로를 시공하기 위하여 먼저 가시설을 다음과 시공하여야 한다.

가. 말뚝 시공.

도 1과 도 2에서처럼, 말뚝(30)은 예를 들어 강관 및 상기 강관 내부에 채워지는 속채움재로 이루어지며, 지중 선로의 축조 과정에서부터 영구적으로 지중 선로를 보호한다.

교각(10)의 둘레부(후술하는 지지 거더 등의 설치를 위한 공간을 확보하여야 하므로 지지 거더의 크기 등을 고려하여 말뚝(30)의 위치를 결정한다)에 말뚝(30)을 설치하며, 상기 강관을 압입한 후 상기 강관 내부에 속채움재를 고강도 그라우팅하여 말뚝(30)을 시공한다.

말뚝(30)들은 후술하는 가시설을 지지하는 기능 등을 수행한다.

나. 다이아프램 벽 시공.

말뚝(30)의 안쪽 공간에 교각(10)의 양측에 대칭(지중 선로의 진행방향을 기준으로 좌우 양측)으로 다이아프램 벽(40)을 시공한다. 다이아프램 벽(40)은 예를 들어, 현장 타설 벽체로서 지중 굴착 - 철근망 근입 - 타설 등의 공정을 통해 시공된다. 이때, 상기 철근망은 지지 거더의 위치를 감안한 높이로 이루어진다. 이러한 방법을 연속 수행하여 교각(10)의 둘레부에 다이아프램 벽(40)을 시공한다. 여기서, 다이아프램 벽(40)은 선단부가 암반층에 정착되도록 시공되며, 선단부의 보강을 위하여 그라우팅에 의한 선단보강부(41)를 시공한다. 선단보강부(41)는 다수개가 일정 간격을 두고 시공될 수 있다.

다. 가시설 설치 및 굴착.

말뚝(30)의 안쪽에 가시설(31)을 설치한 후 가시설(31) 내부를 굴착한다.

가시설(31) 설치와 굴착은 각각 단일 공정으로 이루어질 수도 있고, 다단계 공정을 통해서 이루어질 수 있으며, 여기서는 다단계에 걸쳐 이루어지는 것을 예로 들어 설명한다.

말뚝(30)의 둘레부에 가시설(31)을 설치하되, 가시설(31)은 교각(10)의 기초부(11) 아래쪽의 심도까지 설치된다. 가시설(31)은 토목 공사시 사용되는 모든 것들이 사용될 수 있으므로 구체적인 구조와 시공 방법에 대해서는 설명을 생략한다.

이어서, 교각 본체(12)가 노출되도록 예를 들어 기초부(11)의 상면 높이까지 굴착하고, 교각 본체(12)의 휨 변형을 막기 위하여 다수의 제1수평변위 버팀보(32)(교각 본체(12)를 지지하는 버팀보)를 설치한다. 계속해서 교각(10) 기초부(11)의 저면까지 2차 굴착하고 다수의 제2수평변위 버팀보(33)(교각의 기초부(11)를 지지하는 버팀보)를 설치한다. 마지막으로 다이아프램 벽(40)의 상면까지 3차 굴착한다. 제1,2수평변위 버팀보(31,32)는 지중 가시설에 사용되는 모든 것이 사용 가능하며 구체적인 구조를 한정하지 않는다.

굴착이 완료되면 다이아프램 벽(40)의 상면을 정리한다. 다이아프램 벽(40)의 상면에는 후술하는 지지 거더가 연결되고 상기 지지 거더로부터 교각(10)의 하중을 전가받아야 할 것이므로 다이아프램 벽(40)의 상면을 평평하게 정리하여야 하며 예를 들어 무수축 모르타르 등으로 정리한다.

여기서, 다이아프램 벽(40)에 지지 거더를 고정하기 위한 자재 예를 들어 고정앵커, 받침보강철근 등을 설치한다.

또한, 지지 거더의 설치를 위하여 교각(10)의 기초부(11)의 저부에 있는 버림콘크리트를 제거하고 무수축 모르타르를 이용한 마감면을 정리한다.

또한, 굴착면 위에 지지 거더가 설치될 것을 감안하여 굴착면의 표면도 평평하게 정리하는 것이 바람직하고, 현장 용접 등을 위하여 굴착면보다 낮은 깊이의 작업공간을 만들 수 있다.

(S20) 지지 거더 거치.

도 3과 도 4에서 보이는 것처럼, 교각(10)으로부터 전가되는 하중을 다이아프램 벽(40)으로 분산 전가하기 위한 지지 거더(50)를 설치한다. 지지 거더(50)는 H 빔, 박스 등 다양한 제품이 사용 가능하다.

지지 거더(50)는 계획된 길이(양측의 다이아프램 벽(40)에 연결될 수 있는 길이)로 이루어지며, 제조성과 시공성을 감안하여 다수의 세그먼트가 결합되어 이루어질 수 있다.

지상의 크레인 등을 통해 다수의 세그먼트를 굴착면 위로 운반한 후 파일(20)들의 사이에 다이아프램 벽(40) 사이를 횡단하는 방향으로 배열하면서 이음부를 용접 연결한다.

지지 거더(50)는 교각(10)을 지지하는 파일(20)의 반발력을 다이아프램 벽(40)으로 전이시켜 후공정에서 파일(20)을 제거하도록 할 수 있는 것이며, 이러한 기능이 효율적으로 이루어지도록 교각(10)을 상부로 지지하는 힘을 발휘하도록 구성되고, 예를 들어 중앙부가 상부를 향해 볼록한 프리스트레스 구조이다. 지지 거더(50)에 대한 작용 설명은 후술하는 지지 거더 하중 전이 공정에서 구체화한다.

(S30) 지지 거더 하중 전이.

도 5에서처럼, 지지 거더(50)의 상부에 다수의 하중전이용 잭(60)을 설치하고, 하중전이용 잭(60)에 유압을 가하여 지지 거더(50)가 반발력을 통해 교각(10)을 저부에서 지지하면서 교각(10)의 하중이 지지 거더(50)를 통해 다이아프램 벽(40)으로 분산되도록 한다. 지지 거더(50)의 하중 전이가 완료 시점은 소요유압을 통해 결정될 것이며, 예를 들어 교각(10)에서 400톤의 하중이 가해지는 경우 모든 하중전이용 잭(60)에 가해진 소요유압의 합이 400톤 이상이 되면 구조적으로 안전한 것으로 판단하여 하중전이용 잭(60)의 작동을 정지시킨다.

하중 전이가 완료되면 지지 거더(50)를 다이아프램 벽(40)에 고정한다(고정 앵커 등 이용).

도 6은 하중전이용 잭(60)에 의한 지지 거더(50)의 하중 전이 과정을 도시한 것으로, 지지 거더(50)는 초기에 하중전이용 잭(60)이 작동하지 않은 상태이므로 중앙부가 상부를 향해 볼록한 상태를 유지하며, 하중전이용 잭(60)을 통해 지지 거더(50)를 저부로 누르면 지지 거더(50)가 반력을 발생하면서 펼쳐지게 되고, 소요유압에 도달하면 하중전이용 잭(60)을 정지시킨다. 대개, 지지 거더(50)는 소요 유압에 도달하는 시점에서 굴착면에 근접 내지 밀착될 것이다.

(S40) 파일 절단.

도 7에 도시된 것처럼, 전술한 공정을 통해 지지 거더(50)의 설치가 완료되어 교각의 하중을 다이아프램 벽(40)으로 전이되도록 한 후, 파일(20)을 절단한다.

굴착면과 교각(10) 기초부(11)의 사이에 노출된 파일(20)의 두부(21)를 산소 절단기 등으로 절단하며, 절단순서는 열(지지 거더(50)의 직각방향)을 기준으로 중앙부에서 바깥으로 가면서 절단한다.

(S50) 지지 거더 저부 굴착.

도 8에서처럼, 지지 거더(50) 저부와 다이아프램 벽(40) 안쪽을 터파기하여 지중 선로의 시공 공간을 확보한다.

지지 거더(50)는 파일(20)들의 사이에 개재되어 파일(20)이 제거된 자리에는 공간이 형성되며, 이 공간이 구조적으로 취약할 것이므로 공간 확보 전에 지지 거더(50)의 사이와 지지 거더(50)의 둘레부에 보호콘크리트를 타설하여 1차 보호층(51)을 형성함으로써 지지 거더(50)와 함께 콘크리트 구조물을 시공한다. 보호콘크리트(51)는 지지 거더(50)의 상면(하중전이용 잭(60) 저부)까지 타설될 수 있다. 이는 하중전이용 잭(60)에 의한 2차 제어를 하기 위함이다.

이어서, 단일 공정 내지 다수의 공정으로 굴착한다. 굴착시 지중에 매설된 파일(20)을 분할식으로 절단한다. 굴착과 병행하여 가시설(33)을 설치한다. 가시설(33)은 양측이 다이아프램 벽(40)에 지지된다.

(S60) 지중 선로 축조 및 마감

도 9에서 보이는 것처럼, 지중 선로(1)를 현장 타설로 축조하고, 되메우기한다. 되메우기는 지중 선로(1)의 저부에서 상면까지의 인력 되메우기 - 지지 거더(50) 저부까지의 고유동 소일 시멘트 되메우기 - 지면까지의 되메우기로 구분될 수 있다.

그리고, 지지 거더(50)의 상면에서부터 기초부(11)의 저부 즉 하중전이용 잭(60)이 있는 부분은 보호콘크리트를 타설하여 2차 보호층(52)을 형성한다.

10 : 교각, 20 : 파일
30 : 말뚝, 40 : 다이아프램 벽
50 : 지지 거더, 51,52 : 1,2차 보호층
60 : 하중전이용 잭,

Claims

지상 선로의 교각(10) 주변 지중에 다이아프램 벽(40)을 시공하고, 지중을 터파기하면서 가시설(31)을 설치하는 제1단계와;
상기 제1단계에 의해 형성된 터파기 공간의 굴착면에, 중앙부가 상부를 향해 볼록하게 프리스트레스된 지지 거더(50)를 설치하는 제2단계와;
상기 제2단계에서 설치된 지지 거더 위에 다수의 하중전이용 잭(60)을 설치하고, 상기 하중전이용 잭을 통해 상기 지지 거더에 하중을 전이한 후 상기 지지 거더를 상기 다이아프램 벽에 고정하여 상기 교각의 하중이 상기 지지 거더를 통해 상기 다이아프램 벽으로 분산되도록 하는 제3단계와;
상기 제3단계 이후 상기 교각을 지지하는 파일(20)을 절단하는 제4단계와;
상기 지지 거더 저부와 상기 다이아프램 벽 안쪽을 터파기하여 지중 선로(1)의 시공 공간을 확보하는 제5단계와;
상기 제5단계를 통해 마련된 공간에 선로를 시공하고 되메우기 마감하는 제6단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제1단계는, 상기 교각의 둘레부에 말뚝을 시공하는 제1-1단계, 상기 말뚝 안에 상기 다이아프램 벽을 시공하는 제1-2단계, 상기 제1-2단계 이후 상기 다이아프램 벽 안쪽을 터파기하는 제1-3단계, 상기 제1-3단계에 의해 터파기된 공간의 벽에 가시설을 설치하고 상기 가시설과 교각의 기초부(11) 및 교각 본체(12)의 사이에 다수의 수평변위방지 버팀보(32,33)를 설치하는 제1-4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제2단계는, 일정 길이와 폭을 갖는 지지 거더를 상기 파일의 사이에 개재하여 굴착면에 설치하는 것을 특징으로 하는 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 제6단계에서는, 상기 지지 거더의 둘레부에 콘크리트 타설하여 보호층을 형성하는 것을 특징으로 하는 지상 구조물을 통과하는 지중 구조물 시공 방법.