KR100644778B1 - 터널의 방수 공법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터널의 방수 공법에 관한 것으로서, 저비용, 신뢰성, 내구성 등이 고루 갖추어진 신기술을 도입하여, 기존의 방수공법에서 발생하였던 문제점을 해결함과 동시에, 공사기간의 단축, 공사비 줄이기 등의 효과를 갖게 한 것으로서, 본 발명의 방수공법으로 사회 간접자본에 투자한 시설물에 대한 장기적 내구성을 확보할 수 있도록 하고, 방수용 시트의 인장 강도, 신장률, 유연성을 향상시켜 안전하며 신뢰성 있는 터널의 방수 공사를 수행할 수 있도록 하였으며, 특히 지형이 험난한 산과 같은 곳에 직선의 도로망을 확보하기 위하여 산과 같은 장애물에 터널을 굴착하고 그 터널 내면에 보강 및 평탄작업을 위하여 숏크리트를 시공한 후,

① 부직포와 투명 방수용 시트를 점 융착 일체화한 상기 방수시트를

② 터널 구경에 맞게 재단하는 재단공정을 거치고,

③ 상기 재단공정에서 소정 크기로 재단된 방수 시트를 숏크리트면에 같은 간격으로 일정하게 고정하는 고정공정과,

④ 상기 고정공정에서 고정된 방수시트와 방수시트의 이음 부위를 자동 열풍에 의해 융착되는 공정이 시공 공정에서 이루어지는 터널의 방수 공법에 있어서;

상기의 투명 방수 시트는 부직포와 방수용 시트가 부직포와 같은 간격으로 열 융착부에 의해 점 융착되며, 일면 소정위치에는 고정날개가 구비되어 고정 패킹(일명 란델)의 사용이 필요치 않으므로,

이에 따른 란델의 타정 고정 및 방수시트와 란델 간의 수동 열풍 융착 공정 이 생략되므로 시공성 향상에 따른 경제성이 우수하여 공사비 절감효과를 가져온다.

또한, 품질관리 측면에서도 방수시트가 투명함으로 시트의 이음 부위를 시각적으로 확인이 가능하며 기존방수 공법에서 발생하였던 부직포의 탄화현상을 완전히 제거할 수 있고, 또한 신장률과 유연성이 뛰어나서 마감 라이닝 콘크리트 타설시 숏크리트의 표면 굴곡에 대한 굴곡 대응성이 우수하여 방수시트에 의한 공극발생을 최소화시킴으로써, 이로 인한 천정부 균열을 최소화하여 유지보수비가 절감되도록 하는 한편, 특수시공 부위(횡 터널과 종 터널의 연결부, 대피소, 갱구부 등)는 부직포 분리형 투명 VE 시트를 사용하여 시공하되, 약화 링이 설계된 개량 란델을 부직포 탄화방지를 위한 열 차단을 목적으로 열 차단막 일체형 란델을 사용하는 공법으로 이루어지는 터널의 방수공법을 제공한다.

부직포, 방수시트, 터널공사, 방수공사

Description

터널의 방수 공법{A process for Water-Proof Construction}

도 1은 터널의 방수 시공법을 개략적으로 도시한 공정도

도 2는 터널굴착시 단면을 보여주기 위한 시공단면도

도 3은 본 발명의 터널 방수공법에 대한 공정 흐름도

도 4는 본 발명의 방수시트를 이용한 방수공법이 적용된 터널 내 단층구조도

도 4a는 본 발명 방수시트의 사시도

도 5는 본 발명의 방수용 시트 제조를 위하여 동원되는 장치의 구성도

도 6은 본 발명의 란델을 이용한 또 다른 터널의 방수공법을 시공 단면도

도 7은 본 발명의 고정 링이 터널의 배수구조물에 설치된 상태의 구성도

도 8은 본 발명 도 7의 상세구조도

도 9는 본 발명 도 8의 고정링 사시도

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10...부직포 20...방수용 시트 32...고정날개

110...부직포 형성부 111...정체기

120… 방수용 시트 형성부 211...열풍기 212...압착 로울러

1010...란델 1012...요홈 1013… 열 차단막

1014...결착용 강 못

본 발명은 터널의 방수 공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일반도로터널, NATM터널, 지하철, 고속철도터널 등 모든 터널공사에 사용되는 공법의 적용, 즉, 터널의 숏크리트 굴곡 면에 시공하는 방수 공법으로, 인장 강도, 신장률, 유연성 등의 물리적인 성질이 향상된 투명V.E시트와 부직포를 일체화한 방수시트를 사용함으로써 보다 안전하고 신뢰성과 경제성을 크게 향상시킨 터널의 방수 공법에 관한 것이다.

현대 사회는 지속적인 발전과 더불어 안전하고 경제적인 도로터널 건설이 요구되고 있으며, 실질적으로 사용자와 시공자 모두가 현실적으로 체감할 수 있는 부분인 방수공사상의 중요성이 터널공사의 중요한 공사의 하나로 부각되어 가고 있다.

이러한 사업의 일환으로 최근 중요한 사회간접자본인 토지자원의 효율적인 이용을 촉진하고 국토의 종합적인 이용 및 개발을 도모하며 건전한 국민경제의 발전에 이바지하도록 하기 위하여 기존 도로의 확장시 선회하는 방식에서 도로의 직선화를 통한 최단거리의 확보가 이루어지고 있다.

이에 기존 도로의 확장에 있어 교량이나 터널 등과 같은 직선화에 필요한 공사들이 점차 증대되어 지고 있다.

이에 따라 상기한 터널공사의 중요성은 날로 증대하고 있으며, 특히 안전하 고 빠른 시공의 터널공사를 수행할 수 있는 새로운 방법 및 기술이 최근 널리 제안되고 사용되어 지고 있다.

상기에서 사용자, 시공자, 감리자 등이 가장 민감하게 체감하고 있는 터널공사로 인한 하자 중에는 방수공사에 따른 하자를 들 수 있으며 방수공사의 부실시공에 대한 보고가 잇따르고 있는 실정이다.

종래에 사용되는 터널 내 방수공법은 도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같이 터널굴착 후 그 내면에 숏크리트를 타설하고, 록 볼트의 두부는 제거하고 요철부위의 면을 정리한 후 그 구경에 맞도록 부직포를 재단하여 란델 및 강 못을 사용하여 부직포를 고정하고, 불투명 ECB시트를 터널의 구경에 맞게 재단한 후, 이 ECB시트를 란델과 수동 열풍에 의해 융착시키고 시트와 시트이음부를 자동 열풍접합에 위해 접합하고 상기 이음부를 에어 테스트한 후 테스트를 통과하면 라이닝 콘크리트를 타설하는 것으로 이루어져 있다.

상기 란델은 부직포 및 ECB 방수시트를 숏크리트에 고정할 때 사용하는 것으로서, 재질은 시트와 쉽게 열 융착 되어 완벽하게 접합 되도록 반드시 방수시트와 동일한 재질로써 제작된 제품을 사용하여야만 한다.

그러나 상기와 같이 시공되는 종래의 ECB 방수시트의 사용상 문제점은 방수시트가 투명하지 않아 란델에 시트 접착시는 수동 열풍기의 열기로 인하여 부직포가 타는 문제점이 발생하며, 또한 란델과 시트와의 접착 여부가 육안으로 확인되지 않고 감으로 접합하기 때문에 접합이 견실하게 시공되었는지 판단 기준이 없어, 품질관리에 어려운 문제점이 있었다.

또, 상기와 같이 란델 사용에 따른 기존 공법에서의 문제점은 라이닝 콘크리트 타설시 방수층이 아래로 밀림현상이 발생, 란델에 응력이 집중되어 방수층이 끊기는 단점과 천단부에 공극이 과다 발생하는 문제점이 노출되어, 이에 공극 충전을 하여도 공극 충전이 완벽하지 못하여 균열발생의 원인을 제공하고 있다.

란델의 사용으로 인한 작업의 효율성 저하로 공사기간이 지연되고, 단가가 상승하여 비경제적인 부담이 증가하는 등 시공품질의 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들과 터널 방수재료 및 공법상의 문제점을 보완하기 위해 신기술을 적용하여 기존의 방수공법의 문제점을 해결한 것으로서,

공사기간과 공사비 등을 절감시킨 방수시트를 이용한 터널의 방수공사를 수행함으로써 경쟁력을 강화시키고, 사회간접자본에 대한 장기적 내구성을 확보할 수 있도록 하고, 방수용 시트의 인장 강도와 신장률 및 유연성을 향상시켜, 더욱 안전하며 신뢰성 있는 터널의 방수 공사를 수행할 수 있도록 터널의 방수 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 따른 터널의 방수 공법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 터널의 방수 공법은 도 3에서 도시된 바와 같이 지형이 험난한 산과 같은 곳에 직선의 도로망을 확보하기 위하여 산과 같은 장애물에 터널을 굴착하고, 그 터널 내면의 평탄작업과 보강을 위하여 숏크리트를 시공한 후 부직포와 투명 방수용 시트를 일체화한 상기 방수시트를 터널 구경에 맞게 재단하는 재단공정과, 상기 재단공정에서 소정 크기로 재단된 방수 시트를 숏크리트면에 같은 간격으로 일정하게 고정하는 고정공정과, 상기 고정공정에서 고정된 방수시트와 방수 시트의 이음 부위를 열풍에 의해 자동 열풍기로 융착하는 공정과 상기 시트 이음 부위를 에어 테스트한 후 테스트에 통과되면 라이닝 콘크리트를 타설하는 공정으로 이루어져 있다.

상기에서 상술한 방수 시트는 부직포와 방수용 시트가 부직포와 같은 간격으로 열 융착부에 의해 부분적으로 점 융착되고, 일면 소정위치에는 고정날개(중심 부직포)를 구비하며,

상기 방수용 시트는 에틸렌 비닐 아세트산(EVA) 수지 85-95중량%에 초저밀도 폴리에틸렌(VLDPE)수지 5-15중량%를 혼합하여 VA 함량이 15중량% 이상인 투명 원재료 상태로 제조된 합성고분자 투명V.E시트로 이루어져 있다.

도 4는 상기 방수시트를 이용하여 방수공법이 적용된 터널 내 단층구조를 보인 도면으로 부직포(10)와 방수용 시트(20)가 같은 간격으로 열 융착부(S)가 구비되어 점 융착되며, 그 일면 중앙에는 고정날개(32)가 구비되어 터널방수공사시에 숏크리트면에 고정날개(32)가 타정못에 의해 고정되는 것이다.

도 4a는 방수시트의 상세 구조를 보여주기 위한 사시도에 관한 것으로서,

방수용 시트 형성함에 있어서, 부직포(10)와 방수용 시트(20)는 자동 융착공정을 통해 가로세로 일정 간격을 두고 융착점(S)을 매개로 부분적으로 융착되어 일체화되는 것이다.

즉, 도 5에서 도시된 바와 같이 상기 방수용 시트 형성부(120)는 호퍼와 압착(성형) 로울러 및 냉각 로울러로 구성되는데, 호퍼에 원재료인 에틸렌 비닐 아세트산(EVA)수지 85-95중량%와 초저밀도 폴리에틸렌(VLDPE) 수지 5-15중량%를 혼합기에서 혼합된 수지가 이송되어 하부에 설치된 압출기에 의해 용융시키고, 이 용융된 혼합물이 T-Die로 배출되면 일정한 두께와 폭이 형성되어 각종 로울러를 거친다.

그리고 일정 폭으로 형성된 시트는 냉각 로울러를 통과하여 경질화 되면서 방수용 시트로 완성되며, 이 방수용 시트는 이송 로울러를 통해 다음 공정인 융착공정으로 이송되는 것이다.

한편, 부직포 형성부(110)는 부직포(10)와 고정날개(32)를 봉재하는 재봉기와 부직포의 이송속도를 조절할 수 있는 정체기로 이루어져 있으며 고정날개가 봉재된 부직포는 방수용 시트(20)와 그 공급속도를 맞추기 위해 정체기(111)를 통과하게 되는 것이다.

즉, 정체기(111)는 고정날개(32)가 봉재된 부직포가 융착공정으로 공급될 때 시트형성부(120)에서 공급되는 방수용 시트(20)의 공급속도에 상응하도록 원활하게 공급될 수 있게 정체기(111)에서 그 공급속도를 유동적으로 조절할 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 공급공정(1)에서 공급되는 부직포(10)와 방수용 시트(20)는 융착공정으로 이동된다.

상기 융착공정(2)은 열풍기(211)와 압착 로울러(212)로 이루어진다.

상기 열풍기(211)는 공급되는 방수용 시트(20)와 부직포(10)의 폭 범위 내에 서 소정간격으로 다수 개가 설치되며 방수용 시트와 부직포 사이에서 열풍을 발생하여 가열시킴으로써 부직포와 방수용 시트가 일체화되게 압착(성형)로울러(212)를 통과시켜 방수시트를 제조하게 되는 것이다.

상기에서 상술한 바와 같이 신기술 일체형 터널방수공법은 기존터널방수공법에서 문제점으로 발생하였던 ① 불투명 방수시트의 재질사용으로 란델과 시트의 접합상태 확인불가, ② 란델과 방수시트의 수동 열풍접합시 부직포의 탄화현상 발생, ③ 시트가 경질이어서 굴곡 대응성의 부족과 라이닝 콘크리트 타설 시 집중 응력에 따른 천정부 공극 과다 발생에 대한 그 해결점의 발명으로, ㉮ 투명방수 시트 개발, ㉯ 란델이 불필요한 점 융착 일체형 시트 개발, ㉰ 굴곡 대응성을 향상하기 위해 EVA 수지에 최적의 VLDPE수지를 혼합하여 물리적 강도를 향상시키도록 발명한 것을 특징으로 한다.

이와 같은 특징으로 기존터널 방수공정을 절반(4단계→2단계로)으로 줄여 시공성을 배로 향상시킨 것이다.

상기에서와 같이, 본 발명에 따른 터널 공사용 방수시트를 구성하는 방수용시트(투명 VE 일체형 시트)의 인장 강도, 신장률, 유연성을 기존 시트와 비교하면 다음과 같다.

시험항목	단위	본 발명	기존	시험방법
		투명 V.E 시트	ECB 시트
인장 강도	kg f / ㎠	200 이상	160 이상	KS F 4911
신장률	%	700 이상	600 이상	KS F 4911
유연성	℃	-31 이하	-28 이하	KS M 3805-97
경도	shore A	92	97	KS M 6518-96

* 공인기관에서 시행한 시험성적서임.

이와 같이 이루어지는 방수용 시트(20)는 부직포(10)에 점 융착 되어 부직포와 일체화된 상태로 터널의 방수 공사에 사용되며 고정은 고정날개(일명: 중심부직포)와 부직포에 직접 강 못, 와셔, 보조 란델 등을 이용하여 고압 타정총으로 숏크리트면에 고정하는 공법이다.

도 6은 또 다른 터널의 방수공법을 보인 도면으로 특수시공 부위(횡 터널과 종 터널의 연결부위, 대피소, 갱구부 등)는 부직포 분리형 투명 V.E시트(혹은 투명 EVA시트)로 시공하되 약화 링이 설계된 개량 란델을 열 차단막과 함께 고정하는 방수공법을 사용하도록 하며, 시공방법은 기존방법과 유사하나 기존 공법에서는 부직포의 탄화현상이 발생하던 것을 개량 란델과 열 차단막을 개발하여 부직포의 탄화를 방지하고 특정부위에 적합한 시공성이 발휘되어 이에 따른 경제성이 향상된 것으로 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 지형이 험난한 산과 같은 곳에 직선의 도로망을 확보하기 위하여 산과 같은 장애물에 터널을 굴착하고 그 터널이 쌍 터널인 경우 터널과 터널의 통로 및 횡 터널과 종 터널의 연결부위, 대피소, 갱구부 등의 굴곡이 심한 부위에는 분리형 공법을 적용하기 위하여 숏크리트의 표면을 정리한 후, 란델(1010)을 매개로 하여 타정하여 숏크리트면에 부직포(103)를 고정한 후, 방수시트(104)는 굴곡 대응에 따라 밀착 시공이 되도록 적정 간격으로 굴곡이 깊은 곳에 고정된 란델(1010)간에 수동 열풍접합을 하고, 부직포 분리형 방수시트(B)와 방수시트(B)의 이음 부위를 융착하게 되는데,

상기한 란델(1010)은 중앙부에 결착홈(1011)을 형성하고, 결착홈(1011) 주변으로 일정개수의 관통되지 않은 요홈(1012)을 형성하면서, 상기 요홈(1012)은 일정 깊이를 갖게 하고, 하단부에는 열 차단막(1013)을 일체로 형성하여서 구성되어 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 란델(1010)은 도면에 도시된 바와 같이 터널 암벽층(101)에 숏크리트(102)를 일정두께로 타설하고 그 상태에서 충분한 양생 기간이 지난 후 바닥면을 정리하고나서 부직포(103), 그리고 란델(1010)이 결착용 강 못(1014)을 매개로 결착되어 있고, 방수시트(104)는 란델(1010)과 열 융착으로 결합 되어 있다.

상기에서 결착홈(1011) 주변에 형성하는 요홈(1012)은 관통되지 않게 하면서 일정 깊이를 갖게 형성하는데 이는 란델(1010)과 열 융착으로 결합하는 방수시트(104)에 전해지는 압력을 견디면서 집중 응력이 심할 경우에는 방수시트는 파열되지 않고 란델이 쉽게 분리되어 라이닝 콘크리트의 집중 응력에 대응하도록 한 것이다.

즉, 숏크리트층(102)이 양생 된 시점에서 부직포(103)를 포설하고, 란델(1010)을 부착하게 되는데, 여기에는 고압 공기 타정총에 물린 강 못(1014)으로 부직포(103)와 란델(1010)을 암벽 층(101)에 부착되게 한 후에 열풍기(100)를 가동시켜 란델의 상면과 방수시트가 맞닿는 부분에 열풍을 가해 상호 열 융합에 의해 융착되게 한다.

이때 수동열풍기에서 500-600℃ 열이 란델(1010)의 상면 주위에 아래에 있는 부직포(103)에 전해지는 열에 의한 손상을 방지하고자, 열 차단막(1013)을 일체로 형성하여 란델의 하부를 막게 함으로써 열 손상에 의한 부직포의 탄화 현상을 해소함은 물론 열의 손실을 방지하게 되고 이로 인해 열 융착시간이 빨라져 작업속도가 향상된다.

상기와 같은 작업이 완료되면 방수시트 표면에 라이닝 콘크리트를 타설하는 작업을 수행한다.

라이닝 콘크리트의 타설 공사는 높은 압력으로 콘크리트를 분사시켜 방수시트(104) 표면에 높은 압력이 가해지면서 콘크리트와 충돌되어 방수시트가 밀리게 되고, 이때, 방수시트(104)에 집중 응력이 발생하여 란델(1010)의 형태가 변형되면서 란델(1010)의 약한 부위인 요홈(1012)에서 부터 먼저 파손되어 결국 방수시트는 란델(1010)의 파손으로 생긴 공간부로 이동하여 방수시트(104)의 파손(찢어짐)을 방지시켜 이를 보호할 수 있다.

상기와 같이 터널의 방수공사가 완료되면 터널 내의 숏크리트층과 라이닝 콘크리트 층 사이에 설치된 부직포를 타고 흐르는 지하수가 하부의 유공 관으로 유입되게 하기 위한 배수공사가 수행되는바, 이때에는 도7 내지 도 9에 도시된 배수구조물을 터널 내에 장착하는 것으로 이루어지며 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 7은 고정 링(30)이 터널의 배수구조물에 설치된 상태를 도시한 구성도로써, 암벽 면(10')에 타설된 숏크리트층(12')과, 상기 숏크리트층(12')의 내측에 거푸집에 의해 타설된 라이닝 콘크리트 층(14')과, 상기 숏크리트층(12')과 라이닝 콘크리트 층(14') 사이에 개재되어 상기 숏크리트층을 통하여 침투된 물을 터널의 하부로 유도하는 방수시트(16')의 아래에 부착된 부직포에 의해 아래로 투수 되도록 하여 종 방향 배수관으로 원활히 유도되도록 설치되는 U-보강방수 시트(32'), 방수 모르타르인 실링제(36'). 고정링(30'), 각각의 배수관들(22', 24', 26')로 구성 된다.

배수관들(22', 24', 26')은 상기 숏크리트층과 라이닝 콘크리트 층 사이에 위치되어 상기 부직포를 타고 흐르는 지하수를 모집하는 둘레방향으로, 도 8에서 보는 바와 같이, 다수개의 구멍(23')이 형성된 원통 모양의 종 방향 배수관(22')과, 상기 종 방향배수관에 상기 방수시트와 U-보강방수 시트(32')를 결착시키는 고정링(30'), 및 상기 종 방향배수관과 연결되어 있는 횡 방향배수관(24')과, 이와 연결되어 모든 지하수를 외부로 배수시키는 주 배수관(26')으로 이루어진다.

도 9에서와 같이 상기 고정링(30')의 내면(44')에 요철(46')을 형성하여 상기 U-보강방수 시트(32')와 쉽게 분리되지 않도록 적정탄력을 주도록 되어 있다.

이와 같이 터널 내부에서 발생하는 침출수는 부직포에 의해 걸려져서 종 방향 배수관으로(22') 전부 흘러들어가도록 하기 위한 U-보강 방수시트(32‘)를 적용하여 완벽한 배수 구조물을 제공할 수 있어 우기 시에 동결시 종 방향 배수관 밑으로 누수 되는 침출수를 차단하여 터널의 안전성을 확보할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 터널의 방수 공법은 터널 방수재료 및 시공상의 문제점을 보완하고 저비용, 신뢰성, 내구성 등을 고루 갖추어진 신기술을 적용하여 기존의 방수공법의 문제점을 해결함으로써 공사기간과 공사비 등을 줄일 수 있게 된 방수시트를 이용한 터널의 방수공사를 수행함으로써, 경쟁력을 강화시키고, 사회간접자본에 대한 장기적 내구성을 확보할 수 있도록 하고, 방수용 시트의 투명화와 물리적인 인장 강도, 신장률, 유연성을 향상시켜 더욱 안전하며 신뢰성 있는 품질관리로 터널의 방수 공사를 수행하여 시공비 및 유지보수비를 줄일 수 있도록 된 것이다.

Claims (3)

1. 터널의 방수 공법에서, 터널 굴착 후 숏크리트 시공 공정과, 부직포와 일체로 형성된 투명 방수시트를 숏크리트면에 고정하는 공정을 시행함에 있어서, 투명 V.E 시트 내지는 EVA 시트 그 어느 것 하나를 적용한 방수시트와 부직포를 마련하되, 가로세로 방향으로 일정간격을 두고 상기 부직포와 상기 투명 방수시트를 열풍 점 융착시킨 일체형 방수시트(A)를 적용하고, 터널의 굴곡이 심한 부위에는 부직포와 분리형으로 된 투명 V.E 시트 내지는 EVA 방수시트를 단독 적용하고, 상기 부직포 분리형 방수시트(B)와, 하부에 열 차단막이 형성되는 란델을 적용하여 시공함을 특징으로 하는 터널의 방수공법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   터널 내부에서 발생하는 침출수 및 지하수의 원활한 배수를 유도하기 위하여, U-보강방수 시트(32')를 적용하고, 고정 링(30')으로 체결하는 U-보강 시스템을 적용함을 특징으로 하는 터널의 방수공법.

Images