동북아 지역의 중추 공항 기능을 담당할 인천국제공항의 접근 교통 수단인 영종대교는 총 연장 $4,420{\cal}m$의 연육교로서 주경간부는 10,000ton급 이상의 선박운항이 가능한 세계 최초의 도로 및 철도 병용 복층 자정식 현수교와 접속 구간은 주경간부와의 연속성을 고려하여 복층 Truss교와 강상형교로 구성되어 있다. (주)한진중공업에서는 $2,250{\cal}m$의 복층 Truss 형식 중 해상구간 $1,375{\cal}m$(60,000tons)를 가설하였으며, 본 교량은 상로 6차선 도로, 하로 4차선 도로 및 철도복선으로 구성된 대규모 강교이다. 당초 가설공법은 교각사이에 Temporary Bent를 시공하여 교량을 $75{\cal}m$ 단위의 중블럭으로 제작하여 Floating Crane을 이용하여 가설하는 공법으로 계획되었다. 그러나 본 공법은 10개소 이상의 해상 가벤트를 설치하여 공사를 수행해야 하므로 공사기간이 길어지고 과다한 공사비 소요가 예상되며 해상공사 특성상 고품질 확보가 불확실하였다. 그러므로 당사에서는 $120{\cal}m$ 대블럭 Truss 교량을 일괄 육상/해상운송 및 육상과 동일한 조건에서 설치할 수 있는 공법을 개발함으로써 공사기간을 단축하고 현장 이음개소를 줄여 고품질을 확보함과 아울러 경제적인 공사수행이 가능했다. 본고에서는 영종대교 가설공사 수행을 위해 개발 적용한 운송 및 설치공법에 관한 기술자료를 소개함으로서 국내 교량가설 기술발전에 일조 하고자 한다.
동북아 지역의 중추 공항 기능을 담당할 인천국제공항의 접근 교통 수단인 영종대교는 총 연장 $4,420{\cal}m$의 연육교로서 주경간부는 10,000ton급 이상의 선박운항이 가능한 세계 최초의 도로 및 철도 병용 복층 자정식 현수교와 접속 구간은 주경간부와의 연속성을 고려하여 복층 Truss교와 강상형교로 구성되어 있다. (주)한진중공업에서는 $2,250{\cal}m$의 복층 Truss 형식 중 해상구간 $1,375{\cal}m$(60,000tons)를 가설하였으며, 본 교량은 상로 6차선 도로, 하로 4차선 도로 및 철도복선으로 구성된 대규모 강교이다. 당초 가설공법은 교각사이에 Temporary Bent를 시공하여 교량을 $75{\cal}m$ 단위의 중블럭으로 제작하여 Floating Crane을 이용하여 가설하는 공법으로 계획되었다. 그러나 본 공법은 10개소 이상의 해상 가벤트를 설치하여 공사를 수행해야 하므로 공사기간이 길어지고 과다한 공사비 소요가 예상되며 해상공사 특성상 고품질 확보가 불확실하였다. 그러므로 당사에서는 $120{\cal}m$ 대블럭 Truss 교량을 일괄 육상/해상운송 및 육상과 동일한 조건에서 설치할 수 있는 공법을 개발함으로써 공사기간을 단축하고 현장 이음개소를 줄여 고품질을 확보함과 아울러 경제적인 공사수행이 가능했다. 본고에서는 영종대교 가설공사 수행을 위해 개발 적용한 운송 및 설치공법에 관한 기술자료를 소개함으로서 국내 교량가설 기술발전에 일조 하고자 한다.
Young Jong Grand Bridge is approach traffic road of New Inchon International Airport which covers hub airport function in northeast asia. The total span length of this bridge is $4,420{\cal}m$ and this main bridge type is, the first in the world, Double Deck Self Anchored Suspension Bridg...
Young Jong Grand Bridge is approach traffic road of New Inchon International Airport which covers hub airport function in northeast asia. The total span length of this bridge is $4,420{\cal}m$ and this main bridge type is, the first in the world, Double Deck Self Anchored Suspension Bridge, designed as double deck systems to be arranged by road and railroad. Approach bridges to be connected with main span also are composed double deck steel truss and steel box girder to consider a continuity with this span. Our company erected $1,375{\cal}m$(about 60,000tons) of double deck steel truss bridge type which is composed by 6 traffic lane on upper deck and 4 traffic lane and Double track railroad on lower deck. The original installation method of this bridge was planed to install about 75 meters bridge blocks to use floating crane, after temporary bent was constructed between permanent piers. But this method which had to construct many temporary bents in the sea had the matter that construction periods can become lengthen and construction cost can be risen. To overcome the uncertainty to ensure high qualify of bridge and economic project execution, our company developed new bridge erection method to assure both quality control and economic construction work. The new erection method which was developed by us was one that could transport and install long bridge block, $120{\cal}m$ unit at a time and that temporary bent was not required. We hope that this paper is used as technical data which will erect bridge in the western sea and others marine region.
Young Jong Grand Bridge is approach traffic road of New Inchon International Airport which covers hub airport function in northeast asia. The total span length of this bridge is $4,420{\cal}m$ and this main bridge type is, the first in the world, Double Deck Self Anchored Suspension Bridge, designed as double deck systems to be arranged by road and railroad. Approach bridges to be connected with main span also are composed double deck steel truss and steel box girder to consider a continuity with this span. Our company erected $1,375{\cal}m$(about 60,000tons) of double deck steel truss bridge type which is composed by 6 traffic lane on upper deck and 4 traffic lane and Double track railroad on lower deck. The original installation method of this bridge was planed to install about 75 meters bridge blocks to use floating crane, after temporary bent was constructed between permanent piers. But this method which had to construct many temporary bents in the sea had the matter that construction periods can become lengthen and construction cost can be risen. To overcome the uncertainty to ensure high qualify of bridge and economic project execution, our company developed new bridge erection method to assure both quality control and economic construction work. The new erection method which was developed by us was one that could transport and install long bridge block, $120{\cal}m$ unit at a time and that temporary bent was not required. We hope that this paper is used as technical data which will erect bridge in the western sea and others marine region.
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문제 정의
개발하였다. 본 공법은 운송 및 설치를 위한 블럭 구분을 크게 하여 해상작업을 최소화함으로써 공사기간 단축이 가능하고 교량의 품질을 극대화시킬 수 있는 새로운 대안의 일괄가설공법이다.
본고에서는 인천국제공항 접근도로의 일환으로 인천광역시 육지부와 영종도를 연결하는 영종대교의 해상구간의 복층 Warren Truss의 육상, 해상 운송 및 설치시 개발 적용한 공법 및 사용 장비에 관한 부분을 다루었다.
가설 설정
가설 단위를 대블럭화하여 해상에서 가벤트를 사용하지 않고 연결 개소를 줄일 수 있는 대블럭 일괄가설로 Truss 구조물의 Camber 및 품질관리가 양호하고 안전한 작업이 가능하다.
제안 방법
(2) Barge를 이용하여 약 120m 교량을 Base Structure 상단에 정위치 킨 후 그림 10과 같이 Lifting Post 및 Strand Jack을 설치하고 Strand를 대블럭 하현재에 기 설치한 Cross Head와 Lifting Post에 연결한다.
3경간 연속 강 Truss 교량을 육상에서 완전조립 및 검사 완료 후 1경간이 125m인 5,500톤 단위로 교량을 분리하여 해상 Jetty까지 Bogie System을 사용하여 안전하고 신속한 육상 운송작업을 수행하였다.
본 Barge는 길이 110m 중량 6,000 Tons 규모의 교량을 기 가설된 Jetty 부두에 진입하여 Ballasting System을 사용하지 않고 조석간만의 차이를 이용하여 교량을 선적할 수 있는 최적의 운송장비이다. Barge에 30Tons급 Winch 11Set를 이용하여 선적 및 거치시 Barge에 설치된 중앙통제실에서 Mooring System을 조절할 수 있게 하였다.
Bogie System은 Wheel을 포함한 Bogie Frame에 유압 Jack을 장착하고 각각의 유압 Jack에는 수동 및 자동으로 제어할 수 있는 제어 장치를 설치하였으며, 본 System을 이용한 Load-out 공법의 특징 및 장점을 서술하면 다음과 같다.
Lifting System을 그림 8과 같이 Hinge 연결 구조로 함으로써 유효길이 및 P-Δ효과를 최소화하여 경제적인 설계가 가능하고 2차 응력발생을 최소화였으며 전용이 가능하게 설계였다.
Load-out시 Bogie System에 설치된 유압 제어 장치를 이용함으로써, 교량 자중을 등가의 반력상태로 지반에 전달할 수 있게 하였다. 그러므로 Skid Way 지반보강 및 교량 본체 보강을 최소화할 수 있었다.
Truss 접합면 연결작업은 Lifting 장비인 Strand Jack System 및 Guide Bearing을 이용하여 대블럭을 상하, 교축 및 교축직각 방향 이동이 가능하도록 하고, 소블럭은 미세조정장치를 이용하여 교축방향 이동 및 회전이 가능하게 하여 원활한 접합면 연결작업이 이루어질 수 있게 하였다.
거치 후 Lifting Post와 Truss 본체를 Lifting System을 이용하여 교각위로 Lifting하고 Truss의 연결작업은 Lifting 장비인 Strand Jack과 교각 상부에 설치된 미세조정 장치 등의 Jig를 개발하여 상하, 전후, 좌우 이동 및 회전이 가능토록 하여 작업성을 확보하고, 안전한 작업이 가능하도록 하였다.
교량 구조물을 선적한 운송용 프레임의 자중을 효과적으로 바지에 전달하고 바지와 운송용 Frme 사이에 공간을 확보하여 설치장비 배치 및 효과적인 고박 작업을 가능케 하고자 바지 상부에 Loading Beam을 설치하였다.
이 구조물은 약 5,500Tons의 교량자중을 지지하며, 부재 길이 또한 최대 24m에 달하는 기둥구조이다. 그러므로 구조물의 좌굴장을 줄이기 위하여 Base Structure와 Lifting Post의 연결부를 힌지 연결로 처리하여 경제적인 설계를 가능하게 하였다.
대블럭의 거치 후 Lifting Post와 트러스 본체를 Strand로 연결하여 600Tons Strand Jack 16Set를 이용하여 그림 12와 같은 절차에 따라 3경간 연속 Truss의 접합작업을 수행하고, 설치작업 전반에 관한 작업 단계를 설명하면 다음과 같다.
본 공법 적용을 위해서는 Jetty 시설물의 건설, 운송용 프레임의 개발/설치, 무어링 앵커 시스템의 개발, Jetty 시설물과의 충돌 방지를 위한 펜더(Fender) 설치 및 무어링 비트(Mooring Bitt) 설치 등의 작업을 선행하여 한다.
선적된 Truss는 예인선을 이용하여 가설 위치까지 약 7.7km 해상 운송 후 교각 기초 상부에 기 설치된 작업대(Base Structure)에 조수간만의 차이를 이용하여 거치하였다.
세계에서 조석간만의 차이가 가장 큰 인천지역의 자연조건을 최대한 활용하여 국내 최초로 조석간만의 차이를 이용하여 11,000톤급 중형 Barge에 대형 Truss 교량을 선적하였다. 선적된 Truss는 예인선을 이용하여 가설 위치까지 약 7.
대상 데이터
해상 운송용 장비는 D.W.T 11,000 Tons급 Barge(97m×27m×7m)를 사용하였다. 본 Barge는 길이 110m 중량 6,000 Tons 규모의 교량을 기 가설된 Jetty 부두에 진입하여 Ballasting System을 사용하지 않고 조석간만의 차이를 이용하여 교량을 선적할 수 있는 최적의 운송장비이다.
성능/효과
(4) 조수가 상승함에 따라 바지가 부양되면서 선적될 중량 교량구조물의 하중이 바지에 전달되기 시작한다. 선적될 중량 교량구조물의 중량이 바지에 완전히 전달되면 교량구조물이 Jetty에서 분리되면서 바지에 선적된다.
길어질 가능성이 컸다. 그리고 가설 현장의 조류속도(Max. 2.15m/sec)가 빠르고 조수간만의 차이가 심하여 해상크레인 작업시 정확한 위치에 구조물을 설치하는데 많은 시간이 소요될 것으로 예상되었다.
본 공법은 Wheel의 구름마찰(마찰계수 : 0.01)을 이용하여 Load-out을 수행하는 방법이므로 기존의 Skidding 방법과 비교하여 약 1/20정도의 적은 용량의 견인장비를 사용하여 작업이 가능하다. 그러므로 작업시 상대적으로 안전성 확보가 가능하고 견인장비를 지지하기 위한 소규모의 정착단 조성으로 공사수행이 가능하다.
후속연구
필자는 향후 서해안 및 기타 해상지역에서 대형 교량의 가설공사에 당사에서 사용한 가설공법들이 기술자료로써 참고되기 바란다.
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