98. 침매공법(tube(caisson) sinking method)

 침매공법은 수저에 터널을 건설하기 위한 공법으로서 일반적으로 다음과 같은 순서로 시공을 한다.

① 적당한 길이의 침매함(엘레멘트)을 드라이 도크 또는 조선대 등에서 제작, 양단을 막아 임시 격벽을 만들어 물에 뛰울 수 있게 한다.

② 현장의 바닥은 미리 소요 심도까지 굴착하여 침설시킬 구(트렌치)를 만든다.

③ 침매함을 물에 띄워 예인하여 침설구에 침강시키고 기설 침매함과 접합하여 일체화 한 후 격벽을 제거한다.

④ 침매함 주위를 되메움하여 원래의 상태로 한다.

⑤ 상기의 작업을 각 침매함마다 반복하여 수저터널을 완성한다.

1890년대부터 시공되기 시작한 이 공법은 아주 간단한 원리를 이용한 것인데 시공방법은 표 98-1과 같이 여러 가지가 있으며, 실제의 시공시는 이들을 조합시킨 방법으로 한다.

그러나 재래의 방법을 역사적, 지리적 배경을 고려하면 두 가지 방법으로 나눌 수 있다.

  가. 원형강각방식

 원형을 기본으로 하는 강각을 선대에서 만들어 진수시킨 후 물에 뜬 상태에서 함 내에 콘크리트를 타설하여 평탄하게 정지한 자갈기초 위에 그림 98-1과 같이 침설하는 방법인데 초기에 미국에서 널리 이용되었으며, 실용상 지름은 10m 정도가 한계이다.

  나. 구형 콘크리트 방식

 드라이 도크 내에서 그림 98-2와 같은 철근콘크리트 함체를 완성한 후 물에 띄어 현장의 임시 지지대 위에 침설하고 함저와 지반 사이에 모래를 채워서 다지는 방법인데 폭이 넓은 도로터널용으로 화란에서 개발되었으며, 수십 m 이상의 폭이 많이 시공되고 있다.

이들 방식의 요점을 대비하면 표 98-2와 같으며, 세부적으로 양자의 차이는 적은 경향이므로 중간적인 시공방법도 증가하고 있다.

침매공법에서 특이한 점은 여러 가지가 있으나 설계시공상으로 보면 침설함의 중량과 부력 및 침설 후 상호간의 접합문제이다.

1) 침설함의 중량과 부력

침설함은 부력에 의하여 물 윙 뜨고 또한 약간의 힘을 가하면 침강되어야 한다. 따라서 침설함의 크기 및 부재 두께를 결정할 때는 이 상황을 고려해야 한다.

일반적으로 철도 복선터널에서는 강도로 보아 부재 두께를 두껍게 하여 부력의 균형을 유지하며, 다차선 터널 등 대형단면의 경우는 부재의 경간이 크기 때문에 부재 뚜께가 두꺼워 중량이 무거우므로 소요 단면보다 내부 공간을 크게하여 부력과 균형을 취하는 경우도 있다.

이와 같은 것은 침설 후 침설함 저면반력이 매우 작아서 연약지반에도 적용할 수 있으나 설계시는 일반터널보다 지진에 대한 검토를 세밀하게 하고 또한 함체 제작시는 시공관리를 철저히 하여 설계대로 중량 및 용적을 확보해야 한다.

2) 침설함의 접합

당초는 접합부 외주를 둘러싸는 지수틀을 설치하고 그 안에 수중콘크리트를 충진하여 외수와 절연한 후 침매함 상호간의 이음을 하였다. 그러나 현재는 수압을 이용하는 압착방식이 널리 이용되고 있다.

이 방법은 침매함 접합단면 외주에 그림 98-3과 같이 돌기가 있는 고무가스켓을 설치하고 침설 후 함체를 가까이 끌어 당겨 돌출부를 접촉시켜서 접합부를 외수로부터 절연한다.

그리고 그림 98-4와 같이 임시 격벽 사이에 있는 물을 배수하여 공기로 치환하면 함체 반대쪽에 작용하는 정수압이 접합부에 가해져 가스켓 본체가 압축되어 완전히 지수되는데 자연력을 이용하는 합리적인 방법이라 할 수 있다.