SegArch 프리캐스트 개착식 터널공법 김정현 기자 입력 2024-09-12 (목) 13:57  콘크리트 충전부 및 루프철근 이음연결 구조를 갖는 2분절 아치부재와 가설 임시고정장치 활용 기존 개착식 터널을 형성하는 아치구조물을 2분절한 형태로 제작하고 부재 간 연결부의 구조를 개선한 신기술이 나왔다. 이 기술은 가설 보조장비를 활용하여 부재 가설조립이 용이하도록 하고, 부재의 천단부 연결 시 종철근 작업을 단순화했다. 또한 횡철근 체결 작업 및 거푸집 작업을 배제하여 시공성을 강화했다. 아울러 천단부에 종철근 무배근부가 없으면서도 접합 단면을 확대하여 구조적 안정성을 향상시켰다. 구체적으로 살펴보면 신기술은 2분절 터널 아치 부재를 곡률 조정이 가능한 강재거푸집 시스템을 활용하여 사전제작하고 현장에서 임시고정장치를 활용해 조립·시공한다. 또한 아치 천단부에 오목하게 콘크리트 충전부를 형성하고 루프철근 이음구조를 적용하여 횡철근을 구성하며 2분절된 부재 간 접합면에는 전단키와 전단홈을 형성하여 접합 단면을 확대하는 개착식 터널 시공기술이다. ㈜인터컨스텍이 개발한 콘크리트 충전부 및 루프철근 이음연결구조를 갖는 2분절 아치부재와 가설 임시고정장치를 활용한 프리캐스트 개착식 터널공법인 SegArch공법은 이러한 기술력을 인정받아 건설신기술 제927호로 지정됐다. 보호기간은 2030년 3월 3일까지 8년이다. ■ 기술개발자 · ㈜인터컨스텍 서울특별시 마포구 월드컵북로58길 9 www.interconstech.com ■ 건설신기술 제927호 보호 기간 : 2022. 3. 4. ~ 2030. 3. 3. (8년)  2분절 PC 아치 시스템 및 천단부 연결구조 적용 신기술의 특징을 살펴보면 크게 ▲2분절 PC 아치 시스템, ▲효율적인 천단부 연결구조, ▲가설고정부재 및 장비, ▲곡률 가변형 거푸집 시스템 등으로 구분할 수 있다. 먼저 아치를 2분절한 형태의 PC 세그먼트 부재를 활용한다. 아치 세그먼트를 현장에서 가설 조립하고 천단부를 강결 이음하여 터널 구조체를 시공한다. 천단부는 종방향으로 연속되는 절취부를 형성하고 횡방향 철근을 루프철근 구조로 구성된다. 또한 부재 간 접합단면을 확대하고 전단키·홈 구조로 형성하여 효율적인 천단부 연결구조를 가진다. 가설 고정부재 및 장비는 가설 시 가설 리프트카를 활용하여 부재 설치가 용이하고 가설 리프트에 거치하여 안전성을 강화했다. 아울러 가설 임시고정장치로 부재 고정 및 오차를 조정할 수 있다. 곡률 가변형 거푸집 시스템은 각 아치 세그먼트 별로 곡률 대응이 가능하여 부재 제작 오차를 최소화할 수 있다. 또한 가변형 거푸집을 분해·재조립하여 재사용이 가능하다.  현장작업 최소화…경제성·시공성 확보 신기술은 아치 세그먼트 제작 공정 중 가변형 거푸집의 조립 및 조정, 부재 철근망 조립 공정을 제외한 전 공정을 자동화하여 70% 이상의 자동화율을 달성했다. 또한 프리캐스트를 활용하여 터널 구조물을 구성하는 아치를 모듈화하여 제작하고, 모듈화된 각 아치 부재인 아치 세그먼트의 조립구조를 효율화하여 프리팹(Prefabrication) 구조의 개착식 터널 시공 기술을 구현했다. 신기술은 개착식 터널의 프리팹 건설 기술화 및 자동화 뿐만 아니라 건설기술 융합 측면에도 부합하는 기술이다. 설계 단계에서부터 각 시공 단계별 적정 철근량 검토, 토공 단계에서의 지반환경과의 상호작용 검토, 각 시공 단계별 해석 적용 등을 통해 시공 전단계를 고려한 데이터 기반의 설계를 수행하고 있다. 또한 3D 모델링 설계를 추가 도입하여 곡선형 조건, 종단경사 등 현장조건에 따라 비대칭 형상의 검토와 조립상태 검증을 수행한다. 설계 단계에서부터 현장조건에 따른 부재간의 이격과 단차의 발생 여부를 3D 모델을 기반으로 정밀하게 확인할 수 있어 현장 조정작업을 최소화하여 생산성을 강화할 수 있는 것이다. 곡률 가변형 거푸집, 도로·철도 터널 등 활용 시공절차를 살펴보면 현장 하부기초 시공과 함께 곡률 가변형 거푸집 시스템을 활용하여 2분절 아치 부재를 사전제작한 후 현장으로 운반한다. 이후 2분절 아치 천단부 연결구조와 가설 고정부재를 설치하여 아치 부재를 현장 조립하고 타설 및 양생을 통해 천단연결부를 강결한다. 이어서 연결부 방수공사와 뒤채움 및 다짐 등 토공을 통해 시공이 완료된다. SegArch공법은 한국도로공사 서울~세종 고속도로 안성~구리 건설공사 제13공구, 강릉국토관리사무소 국도7호선 삼척 원덕 노곡 생태통로, 서울문산고속도로 민간투자사업 제2공구, 충남 천안시 독립종주로 생태통로 조성사업, 서울시 건설안전본부 율곡로 창경궁앞 도로구조 개선공사 등에 활용됐다. 안정적인 콘크리트 품질관리…구조적 안전성 확보 ㈜인터컨스텍이 개발한 SegArch공법은 이러한 기술력을 바탕으로 ▲구조성, ▲시공성, ▲안전성, ▲경제성을 확보했다. 먼저 종방향철근 일체형 배근으로 횡단면 무배근부를 배제했다. 또한 횡방향 루프철근 구성으로 연결부의 연속성을 강화했으며 콘크리트 충전부 면적을 최소화하여 현장타설물량이 작고 안정적인 콘크리트 품질관리가 가능하다. 시공성도 확보했다. 루프철근 이음연결로 철근 체결작업이 불필요하고 종방향철근 일체형 배근으로 분리배근이 불필요하다. 콘크리트 충전부 직접 타설로 거푸집 작업 또한 불필요하며 부재 연결 시 돌출부가 없어 방수 시공과 뒤채움 시공이 용이하다. 아울러 가설리프트에 부재를 거치하여 안전하게 가설할 수 있으며 임시고정장치를 적용하여 부재 탈락을 방지할 수 있다. 또한 가설리프트카 작업자 탑승으로 고소작업 위험성을 완화하고 연결부 공기단축에 따른 고소 작업량을 절감했다.  가설리프트카 개발, 오차 확인 및 조정 작업 강화 특히 여기서 아치 세그먼트는 2분절된 형태다. 이에 따라 세그먼트의 가설은 하부기초의 적절한 위치에 부재를 설치하고 반대편 부재와 접합하여 아치 구조체를 형성하기 위해 오차를 조정하는 과정을 필요로 한다. 왕복 2차선 도로를 기준으로 아치 천단부는 약 10m 전후의 높이를 가지게 된다. 이러한 고소에서의 가설고정 부재 설치 및 아치 세그먼트 부재 오차 조정작업을 강화하기 위하여 신기술은 가설리프트카를 개발했다. 가설리프트카를 활용하면 장비활용의 효율성이 높아지고 아치 세그먼트 부재를 거치할 수 있어서 작업자의 부재 간 오차 확인 및 조정 작업이 용이해져 시공성을 강화할 수 있다. SegArch공법은 이러한 특징을 바탕으로 경제성을 확보했다. 정밀하고 재사용 가능한 거푸집 시스템으로 부재를 사전 제작하고 이를 활용하여 현장에서 급속 시공할 수 있다. 또한 현장에서의 거푸집 설치 및 해체, 철근 체결 용접 등의 작업이 불필요하여 공사기간을 단축할 수 있다. 신기술의 구조는 휨과 축력을 동시에 받는 벽체 구조물로 구조적 안정성을 확보했다. 일반적으로 콘크리트 강도 40MPa, 철근 강도 400MPa, 두께 300~500㎜ 및 폭 1.0~2.0m로 터널 최대폭 30m까지 적용이 가능하다. 신기술은 도로 및 철도 터널 갱구부와 생태통로 뿐만 아니라 절토사면 복원을 위한 개착터널 공사에 활용할 수 있다. 기존기술 프리캐스트 터널 구조체 형식 보완 기존의 개착식 터널 조성공법은 현장타설공법과 파형강판공법, 프리캐스트 콘크리트 활용공법 등이 있다. 먼저 현장타설공법은 현장에서 일정구간 단위로 거푸집 설치, 철근 배근 및 조립, 콘크리트 타설 및 양생 공정을 반복하여 터널 구조물을 조성하는 공법이다. 현장타설공법은 터널을 시공하는 지반조건에 제약이 없고 구조적인 안정성이 우수하나 반복적인 거푸집 설치와 철근 작업 그리고 양생기간이 필요하여 전체 공사기간이 길어지는 한계가 있다. 특히 거푸집과 동바리 설치 등으로 인해 공사기간 중에는 교통이 전면 통제되고 콘크리트 양생을 현장에서 진행하기 때문에 세밀한 콘크리트 품질 등 시공성이 저하된다. 프리캐스트 공법을 활용한 개착식 터널 시공 공법은 사전에 제작한 부재를 현장으로 운송하여 설치 조립하는 방식이다. 국내외 프리캐스트 공법의 터널 구조체 형식을 살펴보면 단일부재 구조, 2분절 구조, 3분절 구조로 구분할 수 있다. ㈜인터컨스텍, 건설기술 품질 향상 ‘앞장’ 기존기술의 단점을 극복하기 위하여 ㈜인터컨스텍은 프리캐스트 콘크리트 아치 세그먼트의 구조적 안정성을 확보하고 가설 안전성과 강결 이음 시공성을 개선했다. 한편 ㈜인터컨스텍은 건설기술로는 최초로 10대 신기술에 선정된 IPC거더 연속화 공법과 친환경 녹색인증 기술인 SegBeam 공법 등을 개발한 기업이다. 2017년 5월 괴산 대제산단에 제1공장을 준공하여 SegArch 뿐만 아니라 지하터널 등에 적용할 수 있는 Shield TBM Segment, 이중합성구조의 DU Girder, 하부조건에 제약없이 거더 건설이 가능한 Beam Launcher 등을 개발하여 국가기간산업 육성과 건설기술 품질 향상에 앞장서고 있다. 김정현 기자 |
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