pipe roof공법(기술자료) 건양C&E(주)

[암밧사]

파이프루프공법(기술자료)

파이프루프공법 (Pipe Roof Method)

1. 파이프루프공법의 적용

1-1. 파이프루프공법의 사용목적

일반적으로 지반은 흙입자의크기 및 배열, 간극비, 밀도, 함수

비, 지하수위등에 따라 지반강도 측면에서 대단히 복잡하고 다양

하게 변화하며, 또한 사질층에서의 점토 Seam등의 협층존재, 지반

내 피압지하수의 형성 등, 지반에 따라서 지질적인 다양한 변화요

소를 갖고 있기 때문에 토류구조물 축조시에 많은 어려운 문제를

야기시키게 된다. 특히 도심지에서의 지하구조물 축조는 지하구조

물 자체의 안정뿐만 아니라 굴착시의 지반 응력 변화에 따른 주변

기존구조물의 안정에 대해서도 각별히 주의를 기울여야 하므로 이

러한 복잡한 양상을 나타내는 지반에 대한 안정처리가 더욱 중요

한 과제로 대두되고 있다. 따라서 지하수위가 높아 지하 굴착시

주변지반의 침하가 크게 예상되거나, 연약지반으로 인한 지반 이

완영역이 넓은 경우 등은 지하구조물 및 인근구조물의 안정성을

고려하여 굴착공법과 병행하여 적절한 보조공법을 사용하게 된다.

이러한 보조공법으로는 전세계적으로 많이 이용되고 잇는 주입공

법을 대표적으로 들 수 있겠으나, 철도 및 인근 고층건물 등으로

인한 상재하중이 아주 큰 경우나 지반의 낮은 투수계수로 인해 주

입공법을 통한 지수. 보강의 확실한 효과를 기대하기가 어려운 연

약한 점성토 지반에서는 다른 적절한 보조공법이 요구된다. 파이

프루프공법은 주입공법으로 해결하기 어려운 지반 및 환경조건하

에서 상재하중 및 방호대책용으로 주로 이용되고 있는 공법이다.

파이프루프 공법은 주로 터널 굴착에 선행하여 터널예정단면 주변

에, 소구경관을 Percussion type에 의해 일정간격으로 설치하고

일련의 파이프루프를 형성시켜, 지반의 이완 및 지압의 확대 등을

미연에 방지함으로써 굴착면의 붕괴토사의 붕락 및 유출, 지반침

하 등을 방지해 나가는 공법이기 때문에 연약한 사질토에서 점성

토지반 및 파쇄대층에 이르기까지 다양한 지반에 적용될 수 있으

며, 특히 철도횡단, 상부구조물 횡단 등, 시공이 어려운 난지역에

서 다른 시공법에 비해 지하구조물에 대한 안정효과가 큰 것으로

밝혀져 국내에서도 최근 이용실적이 증가하고 있다.

1-2. 파이프루프공법의 용도

파이프루프공법은 굴착전에 일정규모의 강관을 지중에 삽입, 지

반굴착시에 강관의 Beam작용을 유발시켜 상부 및 주변 지반을지지

해 주는 역할을 하기 때문에 하중 경감효과를 크게 얻을 수 있어

최근 다양한 용도로 이용되고 있다. 파이프루프공법은 상재하중

크기나 지질조건, 인접구조물의 특성 및 규모, 터널의 토피두께등

에 따라 강관을 적절한 형상으로 배열시켜 주변환경적, 지질적 요

소에 강력히 대처해 나가는 것이므로 장비의 출반입 및 발진 개구

경의 설치가 가능한 곳에서는 어느 장소에서나 시공 할 수 있는

것으로 간주되어 왔으나 최근 Percussion Type의 수평천공장비가

개발 . 보급됨에 따라서 지질적인 요소는 시공상 문제화 되지 안

고 있다.

파이프루프공법은 일반적으로 다음과 같은 용도로 이용되고 있다.

* 도로 . 철도 횡단시의 보조수단

-. 도로 . 철도의 방호

-. 굴착터널 자체안정

* 지상 및 지중 구조물 주변통과시의 보조수단

-. 지상의 수로 및 고층건물의 방호

-. 지중 매설물 (전력 및 통신 케이블, 가스관, 상하수도관 등)의

방호

-. 굴착터널 자체안정

* 대단면 터널 시공시의 보조 수단

-. 지하 확대 단면부의 방호

-. 지하역, 복합 대단면 시공시의 터널 방호

* 터널 항구부 시공시의 보조수단

-. 애추사면의 방호

-. 풍화된 파쇄대층의 방호

-. 사면 상하방의 건조물 시설의 방호

* 하해저, 단층파쇄대, 붕괴성 지반 통과시의 보조수단

-. 터널 막장 및 주변의 강력 방호

* 기타보조수단

-. 교량기초등의 Underpinning 용

-. 쉴드 및 추진공발진부의 방호

그림 1.1 ~ 그림 1.4는 기존 구조물의 방호용으로 사용된 강관의

배열형상을 도시하고 있다.

그림에서와 같이 강관배열은 용도에 따라 다양하게 변화할 수 있

으므로 사전에 경제성 및 기술성에 입각한 최적 배열방법이 결정

되어야 한다.

철로횡단

지중 매설관의 방호

매설수로의 방호

중요 문화재의 방호

사력층의 방호

그림 1.5 ~ 그림 1.8은 지반 자체의 자립성이 상당히 낮은 경우에

는 터널의 방호용으로 적용된 파이프루프의 예를 도시하고 있다.

그림에서와 같이 지질 조사를 통하여 사력층이나 파쇄대, 애추층

등과 같은 연약지반이 터널주변에 형성되어 있는 것이 밝혀지면

이러한 연약지층을 통과하기 전에 파이프루프를 견고한 지반에까

지 거치시켜 굴착면의 붕괴, 토사의 봉락 및 유출 등을 미연에 방

지해 나갈 수 있다.

해저파쇄대층의 방호

단층파쇄대의 방호

애추사면의 방호

이밖에도 그림 1.9와 같이 복합대단면 터널부나 그림 1.10의 상부

구조물 기초의 방호용으로도 파이프루프공법이 이용되고 있다.

복합대단면 터널의 방호

교량기초의 방호

2. 파이프루프공법의 기본원리

파이프루프의 기본원리는 터널굴착전에 강관을 적절한 형상으로

배열·설치,터널 굴착시 강관의 Beam작용을 유발시켜 터널에 가해

지는 상재하중, 토압등의 분산작용 및 경감효과를 얻는 것이기 때

문에 터널의 전 지보공 위치에서 막장전방의 이완영역을 고려한

가상 지중 지점간의 강관 Span을 단순보 혹은 연속보 개념으로 해

석, 강관 및 터널 구조물의 안전성을 검토 . 분석해 나가는 해석

방법을 설계시에 주로 채택하고 있다. 파이프루프공법은 강시판

혹은 Messel공법 등과 같은 원리로 터널 굴착전에 지지재를 설치

하여 상부의 토압 및 이완영역의 경감효과를 얻는 공법이므로 다

소의 자립성이 있는 지반에서는 각 강관사이의 간격틈이 존재한다

할지라도 흙의 전단강도 유발로 인해 지지될 수 있으므로 단관분

리설치방법이 경제성 및 시공성 측면에서 주로 이용된다. 그러나

지하수위가 높고 자립성이 낮아 강관사이의 간격틈을 통해 토사의

유출이 예상되는 곳이나 토피가 극히 얕아 큰 상재 하중을 직접적

으로 받는 곳인 경우는 강관 사이에 연결 조인트를 설치, 각 강관

을 연결시켜 완전한 강관구조물을 형성시킴으로써 강관의 처짐량

및 지하수 배출정도에 따른 영향을 터널 및 상부구조물의 안정에

반영해 나가는 방법이 적용되고 있다.

[송장군]

자료 감사합니다.