KR100722808B1 - Double Floor Drainage System for Tunnel - Google Patents
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- E21F16/00—Drainage
- E21F16/02—Drainage of tunnels
Abstract
본 발명은 터널 라이닝 배수 배수 및 터널 바닥면으로 유입되는 지하수를 동시에 배수처리하기 위한 터널용 배수처리 시스템에 관한 것으로서, 상부면에 블록아웃부가 다수 형성된 상부블록부; 및 상기 상부블록부 하부 면으로부터 테이퍼링 처리되면서 하방으로 연장된 기둥부;로 구성되어 배수층 상부면에 형성된 배수판; 상기 배수판 위에 일체로 형성된 린콘크리트 기층; 및 상기 린콘크리트 기층 상부면에 형성된 포장층;으로 구성되며, 상기 기둥부의 돌기부는 사각형, 앞뒤둥근형, 예연형 및 유선형으로 형성되도록 하고, 종방향 및 횡방향으로 소정의 간격을 두어 중차량 하중 조건에서 도로 포장구조체의 안정성을 확보하면서도 종래의 배수관 설치공종을 생략할 수 있게 된다.The present invention relates to a tunnel drainage system for simultaneously draining tunnel lining drainage drainage and groundwater flowing into the tunnel bottom surface, the upper block portion having a plurality of block-out portions formed on the upper surface; And a pillar portion extending downward while being tapered from the lower surface of the upper block portion; a drain plate formed on the upper surface of the drainage layer; A lean concrete base layer integrally formed on the drain plate; And a pavement layer formed on the upper surface of the lean concrete base layer, wherein the protrusions of the pillars are formed in a quadrangular, front and rear, preliminary, and streamlined shapes, and have a predetermined distance in the longitudinal and transverse directions for heavy vehicle loading conditions. While ensuring the stability of the pavement structure in the road can be omitted the conventional drain pipe installation.
터널배수관, 2중 바닥판 Tunnel drain pipe, double bottom plate
Description
도 1a는 종래의 터널바닥의 배수시스템을 도시한 것이며,Figure 1a shows a conventional drainage system of the tunnel floor,
도 1b 및 도 1c는 종래의 이중바닥판 배수방법에 사용되는 배수판 및 그 설치단면도이다.Figure 1b and Figure 1c is a drain plate used in the conventional double bottom plate drainage method and its installation cross-sectional view.
도 2a 본 발명에 의하여 시공된 터널용 이중 바닥판 배수시스템을 도시한 것이며,Figure 2a illustrates a double bottom plate drainage system for a tunnel constructed in accordance with the present invention,
도 2b는 본 발명의 배수판에 있어 실시예 1을 도시한 것이며,Figure 2b shows a first embodiment of the drain plate of the present invention,
도 2c는 본 발명의 배수판에 있어 실시예 2를 도시한 것이다.Fig. 2C shows Example 2 in the drain plate of the present invention.
도 3a는 본 발명의 모형 수로 상류로부터 하류까지의 유량과 시편 형상별 측정 수심을 도시한 그래프이다.Figure 3a is a graph showing the flow rate from the upstream to downstream of the model channel of the present invention and the measurement depth for each specimen shape.
도 3b는 본 발명의 돌기부 형상에 따른 관측 수면형상 비교 그래프이다.3B is a graph illustrating observation sleep shapes according to shapes of protrusions of the present invention.
도 4a는 본 발명의 기둥부 전,후면 종방향/횡방향 간격을 표시한 것이다.Figure 4a shows the front and rear longitudinal / transverse spacing of the column portion of the present invention.
도 4b는 본 발명의 평형사변형 형태인 돌기부의 작용상태도를 도시한 것이다.Figure 4b shows a working state diagram of the projections of the equilibrium quadrangular form of the present invention.
도 5a는 본 발명의 배수판에 있어 실시예 3을 도시한 것이다.FIG. 5A shows a third embodiment of the drain plate of the present invention. FIG.
도 5b는 본 발명의 배수판에 있어 실시예 4를 도시한 것이다.5B shows Example 4 in the drain plate of the present invention.
도 5c는 본 발명의 배수판에 있어 실시예 5를 도시한 것이다.Fig. 5C shows Example 5 in the drain plate of the present invention.
도 5d는 본 발명의 배수판에 있어 실시예 6을 도시한 것이다.5D shows Example 6 in the drain plate of the present invention.
<도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
100 :본 발명의 배수시스템 110:배수층100:
120,120a,120b,120c,120d,120e,120f:배수판120,120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f
121,121a,121b: 상부블록부 122,122a,122b:기둥부121,121a, 121b: Upper block portion 122,122a, 122b: Column portion
130:린콘크리트 기층 140 :포장층130: lean concrete base layer 140: packaging layer
200:숏크리트 300:라이닝콘크리트200: short concrete 300: lining concrete
B1,B2:배수통로 F,F1,F2,F3,F4:돌기부B1, B2: Drainage passage F, F1, F2, F3, F4: Protrusion
본 발명은 터널용 이중 바닥판 배수구조에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 터널 라이닝 배수 및 터널 바닥면으로 유입되는 지하수를 동시에 배수처리하기 위한 터널용 배수처리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a double bottom plate drainage structure for a tunnel. More specifically, the present invention relates to a tunnel drainage system for simultaneously draining tunnel lining drainage and groundwater flowing into the tunnel bottom.
터널구조물의 시공방법은 일반적으로 화약류 발파에 의한 NATM 공법(New Austrian Tunneling Method), TBM(Tunnel Boring Machine)공법 등을 이용한 기계식 굴착 및 개착식 터널 공법 등으로 크게 구분되어 질 수 있으며, 이 가운데 NATM 공법은 도 1a와 같이, 화약발파에 의하여 터널굴착을 진행하면서 숏크리트(10)를 굴착단면에 타설하여 굴착된 주위 지반 자체를 지보재로 이용하되 곧 바로 콘크리트 라이닝(20)을 숏크리트면에 형성시키는 터널굴착방법으로서 경제성 및 안전성이 검 증되어 터널구조물의 설계 및 시공에 있어 국내에서는 주류를 이루고 있다.The construction method of tunnel structure can be classified into mechanical excavation and detachable tunnel method using NATM method by explosive blasting, New Born Tunneling Method, TBM (Tunnel Boring Machine) method, etc. Among them, NATM The construction method, as shown in Figure 1a, while proceeding the tunnel excavation by the explosive blasting to place the
NATM 공법에 의한 터널구조물은 일반적으로 시공현장의 지하수조건 및 암반조건 등에 따라 다소(多少)의 차이는 있으나 지하수의 유출이 발생하게 되며, 이러한 지하수의 터널 내부유입 시 차량주행 성능 저하, 수압에 의한 콘크리트 라이닝(20)의 구조적 불안정, 동절기 결빙 등과 같은 문제점을 유발 할 수 있으므로, 도 1a와 같이 터널구조물 공용 중에 좌우측 하부에 지하수의 유도배수를 위하여 측방배수관(30), 횡방향배수관(40), 스파이럴씸닥트(또는 THP관,50)로 및 유공관(60) 등을 포함하는 배수시스템을 설치하고 있다.Tunnel structure by NATM method is generally different according to groundwater condition and rock condition of construction site, but groundwater outflow occurs, and when the groundwater flows into tunnel, deterioration of vehicle driving performance and water pressure Since it may cause problems such as structural instability of the
즉, 상기 배수시스템에서 콘크리트 라이닝(20) 배면을 따라 유입되는 지하수를 측방배수관(30)으로 집수하고, 이를 터널 길이방향으로 개략 10 m 간격으로 설치된 횡방향 배수관(40)을 통하여 주 배수관 중 하나인 스파이럴씸닥트(또는 THP관,50)로 배수시키고, 터널구조물 바닥에서 유입되는 지하수는 유공관(60)을 통하여 집수 및 배수를 수행하는 이원화 배수시스템이라 할 수 있다.That is, the groundwater flowing along the back of the
이때, 콘크리트 라이닝(20) 배면 배수를 위한 측방배수관(30), 횡방향배수관(40) 및 터널 길이방향 주 배수관으로써 스파이럴씸닥트(또는 THP관, 50) 시공을 위해서는, 공정상 터널내부의 콘크리트 구조물(집수구, 보도 등) 형성을 위한 거푸집 설치와 철근배근 공정 중에 각 배수관 들을 콘크리트 라이닝(20)을 타설 하기 이전에 설치해야 하며,At this time, the
또한 터널구조물 바닥 배수를 위한 유공관(60)은 중장비를 이용 유공관을 매설하기 위한 트렌치 굴착 및 유공관내 토사 유입을 방지를 위한 부직포(70)를 유공 관(60)에 감싸고, 굵은 골재(80) 포설 및 유공관 설치의 과정으로 시공되며, 이때 자연유하방식의 배수를 위하여 일정구배로 유공관(60)을 터널 길이방향으로 설치하여야 한다.In addition, the
상기와 같이 현재 일반적으로 적용되고 있는 터널구조물 배수시스템은 콘크리트 라이닝 배면 지하수의 유도배수 및 터널구조물 바닥배수를 위한 2원화된 배수시스템으로 각각 배수시스템의 시공을 위해서는 별도의 작업공정이 동원될 수밖에 없어 그 시공성 및 경제성이 떨어진다는 문제점이 있었다.As mentioned above, the tunnel structure drainage system currently applied generally is a two-way drainage system for induction drainage of the groundwater on the back of concrete lining and the ground drainage of the tunnel structure. Therefore, a separate work process must be mobilized for the construction of the drainage system. There was a problem that its constructionability and economic feasibility.
상기와 같은 터널구조물에 가장 일반적으로 널리 적용되고 있는 배수시스템 이외에도, 지하상가 또는 지하주차장 등과 같은 지하 생활공간 내 유입되는 지하수 배수와 관련하여 자갈공법, 이중 슬래브(SLAB) 공법, 배수 블록공법 및 이중 바닥 배수판 공법 등이 적용되고 있으며, 경제적인 측면은 물론 시공 및 관리의 간편함, 배수성능 확보 측면에서 이중 바닥 배수판 공법이 가장 효과적인 방법이라 할 수 있다. In addition to the drainage system that is most widely applied to the above tunnel structures, gravel method, double slab (SLAB) method, drainage block method, and double in connection with the groundwater drainage that flows into underground living spaces such as underground shopping centers or underground parking lots. The floor drainage plate method is applied, and the double bottom drainage method is the most effective method in terms of economical aspects, ease of construction and management, and securing drainage performance.
이러한 이중 바닥판 배수공법은 도 1b 및 도 1c와 같이 수평판(21)에 원추형 블록아웃부(22)를 형성시켜 놓은 상태의 배수판(20)을 바닥판(23)위에 설치한 후, 상기 바닥판(23) 위에 린 콘크리트(24)를 타설하고, 와이어 메쉬를 포설한 후 다시 무근콘크리트(25)를 타설 하면 지하공간내로 유입되는 지하수는 배수판(20)의 배수통로(A)를 통하여 집수정으로 유도되어 배수처리 된다.In the double bottom plate drainage method, as shown in FIGS. 1B and 1C, after the
그러나, 현재 지하 주차장 최하층 바닥배수를 위해 적용되고 있는 이중 바닥판 배수 시스템은 승용차 및 소형 화물차량 등과 같은 소형 차량하중이 작용하는 반면 터널 구조물 내부를 주행하는 차량은 버스, 대형 화물차량 등과 같은 중차량이 주행하게 되므로, 현재 시공되고 있는 건축구조물의 이중 바닥판 배수 시스템을 터널 구조물에 직접 적용하기에 어려움이 있었다.However, the double bottom plate drainage system currently applied for the bottom drainage of underground parking lot has a small vehicle load such as a passenger car and a small cargo vehicle, while a vehicle that runs inside the tunnel structure is a heavy vehicle such as a bus or a large cargo vehicle. Because of this driving, it was difficult to apply the double bottom plate drainage system of the current building construction directly to the tunnel structure.
본 발명의 목적은 상기 종래 터널구조물의 배수시스템에 더하여 지하 주차장 등에 적용되고 있는 이중 바닥판 배수공법을 터널구조물에 유용하게 적용할 수 있는 터널용 이중 바닥판 배수시스템을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a double bottom plate drainage system for a tunnel that can be usefully applied to the tunnel structure, the double bottom plate drainage method applied to underground parking lot, etc. in addition to the conventional drainage system of the tunnel structure.
본 발명은 상기 기술적과제를 달성하기 위하여,The present invention to achieve the above technical problem,
터널 라이닝 배면의 유도배수 및 터널구조물 바닥배수를 처리하기 위한 터널바닥 배수처리 시스템(100)에 있어서,In the tunnel bottom drainage treatment system 100 for treating the induced drainage and tunnel structure bottom drainage on the back of the tunnel lining,
터널바닥 전체 폭에 걸쳐 포설된 보조기층 또는 동상방지층을 포함하는 배수층(110);A
상기 배수층 상부면에 설치되는 것으로서, 상부면에 블록아웃부(S)가 종방향 및 횡방향으로 이격되어 다수 형성된 상부블록부(121;121a,121b); 및 상기 블록아웃부 주변의 상부블록부 하부 면으로부터 테이퍼링 처리되면서 하방으로 연장 형성된 기둥부(122;122a,122b);를 포함하며, 상기 테이퍼링 처리된 기둥부의 측면들 사이 및 전면과 후면들 사이에 형성된 공간에 의하여 상부블록부 하부에 격자형태로 배수통로(B1,B2)가 형성되는 배수판(120;120a,120b);It is installed on the upper surface of the drainage layer, the upper block portion (121; 121a, 121b) formed a plurality of block-out portion (S) spaced apart in the longitudinal and transverse direction on the upper surface; And pillar portions 122; 122a and 122b extending downward while being tapered from the lower surface of the upper block portion around the block-out portion, between the side surfaces of the tapered pillar portion and between the front and rear surfaces. Drainage plates (120; 120a, 120b) are formed in the drainage passage (B1, B2) is formed in the grid below the upper block portion by the formed space;
상기 배수판의 블록아웃부에 충진되어 형성된 린콘크리트 기층(130); 및 A lean
상기 린콘크리트 기층 상부면에 형성된 포장층(140);을 포함하는 터널용 이중 바닥판 배수시스템을 제공하게 된다.It provides a double bottom plate drainage system for a tunnel comprising a;
이하, 본 발명에 따른 터널용 이중 바닥판 배수시스템을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a double bottom plate drainage system for a tunnel according to the present invention will be described in detail with reference to the embodiment shown in the drawings.
도 2a는 본 발명의 이중바닥판을 터널 바닥면에 적용한 단면상태도이며, 도 2b는 본 발명의 실시예 1에 의한 배수판(120)을 일부 발췌한 사시도이다.Figure 2a is a cross-sectional state diagram of applying the double bottom plate of the present invention to the tunnel bottom surface, Figure 2b is a perspective view of a part of the
도 2a를 기준으로 설명하면, 화약류 발파에 의한 NATM 공법에 의하여 터널을 소정의 단면으로 굴착하게 되고, 주위 지반을 지보공으로 하기 위하여 숏크리트(200)를 터널 단면 전체에 걸쳐 타설 하게 된다. 이러한 숏트리트 타설은 별도의 작업차를 이용하여 터널굴착단면에 부직포를 먼저 포설하고 타설함으로서 그 부착성능을 높일 수 있도록 할 수 있다.Referring to Figure 2a, the tunnel is excavated to a predetermined cross-section by the NATM method by the explosives blasting, and
다음으로는 숏크리트 안쪽 내면에 미도시된 강재지보공을 임시로 설치하여 터널굴착단면이 효과적으로 지지되도록 하게 된다.Next, temporarily install the unsupported steel support on the inner surface of the shotcrete to effectively support the tunnel excavation section.
다음으로는 터널 바닥 전체 폭에 걸쳐 포설된 보조기층 또는 동상방지층을 포함하는 배수층(110)을 형성시키게 된다.Next, a
종래에도 이러한 보조기층 또는 동상방지층을 배수층을 형성시키게 되지만 종래의 배수층은 도 1a와 같이 유공관(60) 사이 부위에만 형성시키는 반면, 본 발명에서는 라이닝콘크리트(300) 배면 집수를 위하여 별도의 배수관들을 설치할 필요가 없기때문에 배수층(110)을 터널 단면 양쪽 하단 끝까지 연장시켜 라이닝콘크리트(300) 배면을 따라 집수되는 유수가 침투할 수 있도록 하게 된다.Conventionally, such an auxiliary base layer or an in-phase prevention layer forms a drainage layer, but the conventional drainage layer is formed only between the
다음으로는 본 발명의 배수판(120)을 배수층(110) 상부면에 설치하게 된다.Next, the
이러한 배수판(120)은 본 발명에서 실시예 1 내지 실시예 6으로서 살펴보도록 한다.This
<실시예 1><Example 1>
상기 실시예 1의 배수판(120a)을 도시한 것이 도 2b이다. 2B shows the
상기 배수판(120a)은 상부블록부(121a) 및 기둥부(122a)로 구성된다.The
상기 상부블록부(121a)는 소정의 두께를 판재의 형태를 가지게 되며 그 상부면에는 후술되는 린콘크리트가 충전될 수 있도록 블록아웃부(S)가 형성된다. 이러한 블록아웃부(S)는 상부블록부(121a)에 일정 간격을 두고 종방향(통수방향) 및 횡방향으로 연속하여 다수가 형성되도록 설치되며, 직육면체 형태로 형성되어 있다.The
상기 상부블록부(121a) 하면에는 기둥부(122a)가 형성되는데 이러한 기둥부는 블록아웃부(S) 단면적에 대응하여 상부블록부(121a) 하면에 하방으로 연장되어 형성되며, 상부블록부(121a)와 연결되는 부분은 모두 테이퍼링 처리되도록 하였다.A
즉, 상기 블록아웃부 주변의 상부블록부(121a) 하부 면으로부터 테이퍼링 처리되면서 기둥부(122a)가 연속으로 형성된다. 상기 테이퍼링 부위는 일종의 헌치부로서 기능하게 되는 것인데, 이로서 상부블록부(121a)로부터 전달되는 하중이 효과적으로 기둥부(122a)에 전달될 수 있게 된다.That is, while the tapering process from the lower surface of the
테이퍼링 처리가 끝나는 부위에서는 수직 하방으로 연장되어 배수층(110)과 접하도록 기둥부(122a)가 직육면체 형태로 최종 형성된다.At the end of the tapering process, the
이로서 테이퍼링 처리는 기둥부(122a) 상부면과 상부블록부(121a) 모든 하부 면 4면 모두에 형성되며, 상기 기둥부(122a)의 각 측면 4면은 자연스럽게 다른 기둥부(122a)와 이격되어 형성됨으로서 배수통로(B1,B2)가 자연스럽게 형성된다.Thus, the tapering process is formed on all four surfaces of the upper surface of the
이러한 배수통로(B1,B2)는 종방향 및 횡방향으로 서로 격자형으로 형성됨으로서 결국 상기 횡방향의 배수통로(B2)는 종래의 횡배수관 역할을 하게 되며, 종방향의 배수통로(B1)는 종래의 스파이럴씸닥트의 역할을 하게 됨으로서 결국, 종래 터널 바닥 배수를 위한 횡배수관 및 스파이럼씸닥트 설치작업이 필요 없게 되고, 나아가 종래의 트렌치 형성 후 유공관을 매설하는 작업 없이도 터널 하부 전체 폭으로 형성된 배수층(110) 하부로부터 유입되는 지하수가 종방향 배수통로(B1) 그대로 유입되어 결국 터널 바닥 배수도 함께 가능하게 된다.Such drainage passages B1 and B2 are formed in a lattice shape in the longitudinal and transverse directions so that the transverse drainage passage B2 serves as a conventional horizontal drainage pipe, and the longitudinal drainage passage B1 is As a result of the role of the conventional spiral duct, eventually eliminating the need for installing the horizontal drain pipe and the spiral duct duct for the drainage of the conventional tunnel, and further, forming the entire width of the lower part of the tunnel without having to bury the perforated pipe after the conventional trench is formed. Underground water flowing from the bottom of the
이때, 상기 기둥부 하면과 배수층 상부면 사이에 부직포를 더 형성시킴으로서 유입수를 필터링 할 수 있다.At this time, by forming a non-woven fabric between the lower surface of the pillar and the upper surface of the drainage layer can filter the influent.
다음으로는 도 2a와 같이 상기 배수판(120) 위에 무근콘크리트로서 린콘크리트를 타설하게 된다. 이러한 린콘크리트는 배수판(120) 상면에 형성된 블록아웃부(S)에 충전되어 배수판(120)과 일체로 린콘크리트층(130)이 형성된다.Next, as shown in FIG. 2A, lean concrete is poured on the
이로서 배수판(120)이 마치 린콘크리트층(130) 내부에 설치되는 형태로 설치되게 된다.As a result, the
다음으로는 임시로 설치한 강재지보공을 이용하여 거푸집을 터널 단면 내부에 설치하여 소정의 두께로 라이닝콘크리트(300)를 타설하게 된다. Next, the formwork is installed inside the tunnel cross section using the temporarily installed steel support to pour the lining concrete 300 to a predetermined thickness.
라이닝콘크리트의 경우 내측 양 측에 사람이 위에 지나갈 수 있는 보도역할을 하는 통행로를 설치하게 된다.In the case of lining concrete, there will be a passageway that acts as a sidewalk for people to pass on both sides.
이러한 통행로 하부 사이에 포장층(140)을 형성시키게 된다. 이러한 포장층(140)은 아스팔트 콘크리트 또는 콘크리트를 이용하여 포설되도록 하며, 횡방향으로 구배가 형성될 수 있도록 한다.The
<실시예 2><Example 2>
상기 실시예 2는 실시예 1과 비교하여 도 2c와 같이 배수판(120b)의 상부블록부(121b)의 형태에 있어 차이가 있으며, 기둥부(122b)는 동일하게 형성되어 있음을 알 수 있다.Compared to the first embodiment, the second embodiment has a difference in the shape of the
즉, 상부블록부(121b)의 경우 측면이 종방향으로 연장되며 전,후면이 반원형으로 형성된 타원형 블록이 종방향, 길이방향으로 서로 연접되어 형성되어 있으며, 이에 블록아웃부(S)도 타원형으로 형성됨을 알 수 있다.That is, in the case of the
즉, 상부블록부(121b)를 타원형 블록으로 형성시킴으로서 블록아웃부에 충진되는 린콘크리트의 구속압을 향상시킬 수 있는 등 외부하중에 대한 저항성능을 높일 수 있게 되는 장점이 있다.In other words, by forming the
본 발명에 의한 배수판에 있어 배수판의 통수성능 극대화를 위해서는 구조적 안정성이 확보되는 범위내에서 배수판의 기둥부 전,후면 및 측면의 형상(이하 돌기부의 형상이라 한다.)에 대한 수리학적 검토가 수행되어야 하나, 통수량 극대화를 위한 최적화 개념이 종래에는 적용되지 않아 자칫 배수통로(B1,B2)의 통수성능을 저하시킬 우려가 있었다.In the drainage plate according to the present invention, in order to maximize the water permeability of the drainage plate, a hydraulic examination of the shape of the front, rear, and side surfaces (hereinafter, referred to as the shape of the protrusion) of the pillar of the drainage plate should be performed within the range of ensuring structural stability. However, the optimization concept for maximizing the amount of water flow is not applied in the related art, so there is a concern that the water flow performance of the drain passages B1 and B2 may be lowered.
교량의 교각형상에 따른 하천흐름 저항계수(도로교설계기준, 2000)를 참조하면, 교각형상이 사각형인 경우의 저항계수는 원형 또는 앞뒤둥근형 교각형상에 비 해 1.75배 크며, 따라서 사각형 교각형상이 원형 또는 앞뒤둥근형 교각에 비해 하천흐름을 저해하는 영향이 크다 할 수 있어 배수판의 통수성능은 돌기부의 형상에 큰 영향을 받을 수 있다고 볼 것이다.Referring to the river flow resistance coefficient according to the bridge pier shape (Road Bridge Design Standard, 2000), the resistance coefficient when the pier is rectangular is 1.75 times larger than that of the circular or the round pier, and thus the rectangular pier shape is circular. Or, compared with the front and rear pier piers can have a greater effect of inhibiting the flow of the river, so the water permeability of the drain plate may be greatly affected by the shape of the projection.
이에 본 발명에서는 돌기부 형상이 배수판의 통수성능에 미치는 영향 분석을 위하여 수리모형실험을 수행하였으며, 수리모형 실험시 수위변화 측정을 통하여 각 돌기부 형상에 따른 개수로 흐름의 저항 정도를 분석하였다.Therefore, in the present invention, a hydraulic model test was performed to analyze the effect of the shape of the protrusion on the water permeation performance of the drainage plate, and the resistance of the flow path in the channel according to the shape of each protrusion was analyzed by measuring the water level change.
수리모형 실험을 위한 모형 수로(개수로로서 U형 단면 형태)를 총 연장 12,000mm, 폭 400mm, 높이 400mm로 제작하고, 원형, 정사각형(실시예 1), 앞뒤둥근형(실시예 2)의 3가지 형상의 시편을 실제와 동일한 규격으로 제작하여 축소모형으로 인한 프로이드(Froude) 상사법칙에 대한 제약을 받지 않도록 하면서 모형 수로 내부에 시편을 설치하고, 개수로 흐름에 큰 영향을 미치는 모형 수로 경사는 0.25%로 고정하였다. A model channel (U-shaped cross-section as a channel) for a hydraulic model experiment was produced with a total length of 12,000 mm, a width of 400 mm, and a height of 400 mm, and three types of round, square (Example 1) and front and rear round (Example 2) The specimens are manufactured in the same size as the actual ones, so that the specimens are installed inside the model channel without being restricted by the Freudian analogy law due to the reduced model, and the slope of the model channel which has a great influence on the channel flow is 0.25. Fixed to%.
상기 원형시편의 재원은 원형 직경 114mm, 정사각형 시편의 재원은 가로×세로= 114mm×114mm, 앞뒤둥근형 시편의 재원은 폭×길이=114mm×500mm로 하였고, 시편은 수로 총 연장 12,000mm 가운데 10,000mm에 2열로 설치되도록 하였다.The circular specimen had a diameter of 114 mm, a square specimen of width × length = 114 mm × 114 mm, and the front and rear round specimens of width × length = 114 mm × 500 mm, and the specimen was 10,000 mm out of a total length of 12,000 mm. It was installed in two rows.
유량 조건은 현재 터널 구조물 배수시스템 설계에 널리 적용되고 있는 용수량 유입 조건(3㎥/min/km)을 기준으로 터널 연장 4.1km(종방향 편구배 조건) 에 해당하는 유량을 선정하였다. 이에 단위길이당 0.0170㎡/sec의 유량이 모형 수로에 유입되도록 하였다.The flow rate was selected based on the water inflow condition (3㎥ / min / km), which is widely applied in the design of the tunnel system drainage system. Therefore, a flow rate of 0.0170㎡ / sec per unit length was introduced into the model channel.
도 3a는 모형 수로 상류로부터 하류까지의 유량과 시편 형상별(정사각형,원 형, 앞뒤둥근형) 측정 수심을 도시한 것으로, 상류부 수위가 증가하는 수위곡선을 보여준다.FIG. 3A shows the flow rate from the upstream to the downstream of the model channel and the measurement depth for each specimen shape (square, circle, and front and rear), and shows a water level curve with increasing upstream level.
돌기부 형상이 정사각형인 경우 수위증가가 가장 크게 나타났으며, 원형, 앞뒤둥근형의 순서로 상류부 수위증가가 감소함을 알 수 있다.The increase in water level was the largest when the shape of the projection was square, and the increase in the upstream water level decreased in the order of circular and rounded back and forth.
이는 돌기부 형상이 정사각형인 경우 유체흐름에 대한 저항이 가장 크고, 돌기부 형상이 앞뒤둥근형인 경우 저항이 가장 작은 것을 의미하며, 따라서 돌기부 형상에 따른 흐름의 저항차에 의해 배수판의 통수량은 큰 영향을 받는다 할 수 있다.This means that the resistance to the fluid flow is the largest when the protrusion is square, and the resistance is the smallest when the protrusion is rounded forward and backward. Therefore, the flow rate of the drainage plate is greatly affected by the resistance difference of the flow according to the protrusion shape. I can do it.
또한 통수성능이 우수한 앞뒤둥근형 시편에 대하여 돌기부 종방향 간격을 86mm로부터 61mm, 36mm, 0mm의 3단계에 걸쳐 줄여가며 수리모형 실험을 수행한 결과 설치간격이 좁은 36mm와 0mm의 경우에는 설치간격이 비교적 넓은 86mm, 61mm 경우에 비하여 상류측 수심의 증가 없이 배수곡선이 도 3b와 같이 형성되는 것으로 나타났다. 따라서 돌기부의 형상은 물론 유수 직교방향에 대한 돌기부(또는 기둥부 전면,후면간)의 설치간격은 유수흐름에 대한 저항에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.In addition, for the front and rear round specimens with excellent water permeability, the longitudinal distance of the projections was reduced in three stages from 86mm to 61mm, 36mm, and 0mm. Compared with the wide 86mm and 61mm cases, the drainage curve was formed as shown in FIG. 3B without increasing the upstream depth. Therefore, the shape of the projections, as well as the spacing of the projections (or between the front and rear of the pillar) in the flowing orthogonal direction has a great influence on the resistance to the flow of the flow.
따라서, 도 4a와 같이 돌기부(F)의 종방향 간격(D)은 배수판 기둥부의 크기 등을 고려하여 일정한 간격을 유지하도록 함이 바람직하다고 볼 수 있으며, 하나의 배수판에 있어서 종방향 간격을 균등하게 유지할 필요는 없고, 차등간격으로 종방향 간격을 조정할 수도 있다.Therefore, as shown in FIG. 4A, the longitudinal spacing D of the protrusion F may be preferably maintained at a constant spacing in consideration of the size of the drainage plate pillar, and the like. There is no need to maintain, and the longitudinal spacing can be adjusted at differential intervals.
또한 터널 굴착 바닥면에 배수판 시공시 우각부(콘크리트 라이닝 지점부)에 는 차량주행부에 비하여 상대적으로 적은 하중이 작용하게 되므로, 상기 우각부에 적용하는 배수판 기둥부의 각 측면들과의 사이간격인 횡방향 간격은 차량주행부에 적용하는 배수판 기둥부의 횡방향 간격보다 크게 설계할 수 있으며, 이를 통하여 터널구조물 전체의 바닥배수판 통수량을 보다 증대할 수 있게 된다.In addition, when the drainage plate is installed on the tunnel excavation bottom surface, a relatively small load acts on the right angle part (concrete lining point part) compared to the vehicle driving part, so that it is an interval between each side of the drain plate pillar part applied to the right angle part. The lateral spacing may be designed to be larger than the lateral spacing of the drain plate pillars applied to the vehicle driving portion, thereby increasing the amount of water passing through the bottom drainboard of the entire tunnel structure.
즉, 상기 기둥부 측면 및 전후면들간의 간격인 횡방향 및 종방향 간격은, 등간격 또는 차등간격으로 형성함으로서 보다 효율적인 배수판의 통수성능을 확보할 수 있게 되는 것이다.That is, the horizontal and longitudinal intervals, which are intervals between the pillar side surfaces and the front and rear surfaces, are formed at equal intervals or differential intervals, thereby ensuring more efficient water passage performance.
또한 돌기부 형상을 예연형(전,후면이 정점부로 모아져 직각보다 작은 각인 예연각으로 형성되어 측면이 종방향으로 연장)으로 하는 경우 앞뒤둥근형(전, 후면이 둥글게 형성되며 측면이 종방향으로 연장)과 동일한 저항계수를 가지게 되는데 특히 유선형(전,후면과 측면이 유선형으로 함께 형성되어 전체적으로 종방향으로 연장)의 경우 저항계수가 가장 적게 되어, 배수판의 돌기부 형상도 예연형으로 할 경우 앞뒤둥근형과 유사한 통수성능 증대 효과가 있으며, 돌기부 형상을 유선형으로 할 경우 가장 큰 통수성능을 확보할 수 있게 된다.In addition, when the projection shape is preliminary (the front and rear are gathered into the apex and formed into a preliminary angle that is smaller than the right angle, and the side extends in the longitudinal direction), the front and rear round (the front and the rear are rounded and the side extends in the longitudinal direction). In particular, in case of streamline type (front, back and side are formed together in a streamline shape and extend in the longitudinal direction as a whole), the coefficient of resistance is the smallest. There is an effect of increasing the performance, and when the projection shape is streamlined, it is possible to secure the largest water permeation performance.
또한 배수판 제작시 무근콘크리트 또는 모르타르를 이용하는 경우 구조적 안정성을 검토하면 예연형 및 유선형 돌기부는 구조적 안정성을 확보하는 범위내에서는 통수단면적이 앞뒤둥근형에 보다 작아지게 되므로, 통수성능이 감소하게 된다. In addition, when using structural concrete or mortar in the production of drainage plate, if the structural stability is examined, the preliminary and streamlined protrusions will be smaller in the front and rear rounded shape within the range of ensuring the structural stability, thereby reducing the water permeability.
따라서, 구조적 안정성 증대를 위하여 바닥판을 제작할 때 무근콘크리트 또는 모르타르로 제작할 수도 있으나, 바닥판 강성을 증가시키기 위하여 철근콘크리트, 고강도무근콘크리트 및 섬유보강무근콘크리트 중 어느 하나로 제작하는 경우 예연형 및 유선형 돌기부를 갖는 배수판 적용범위가 자유롭게 된다.Therefore, when manufacturing the bottom plate to increase the structural stability may be made of bare concrete or mortar, but in order to increase the bottom plate rigidity of any one of reinforced concrete, high-strength reinforced concrete and fiber-reinforced reinforced concrete precast and streamlined projections The drainage plate having a free range.
또한 배수판의 돌기부 형상을 도 4b와 같이 평행사변형 형태로 제작하는 경우 배수판의 배수통로를 통과하는 유수의 방향을 제어할 수 있는 기능성을 갖게 되며, 국부적인 과다 용수부분에서의 용수량을 제어 할 수 있게 된다.In addition, when the projection shape of the drainage plate is manufactured in a parallelogram shape as shown in FIG. 4B, the drainage plate has a function to control the direction of flow through the drainage passage of the drainage plate and to control the amount of water in the local excess water portion. do.
<실시예 3><Example 3>
실시예 3에 의한 배수판(120c)는 실시예 1,2의 배수판(120a,120b)과 비교하여, 기둥부 정확하게는 돌기부(F)에 있어 차이가 있다.The
즉, 실시예 3에 의한 돌기부(F1)는 도 5a와 같이 실시예 1에 의한 상부블록부에 있어서 상부가 테이퍼링 처리되면서 돌기부 형상이 앞뒤둥근형으로 형성되어 있음을 보인 것이며, 이때 각 기둥부의 종방향, 횡방향 간격은 등간격 또는 차등간격으로 형성될 수 있다.That is, the protrusion part F1 according to the third embodiment shows that the protrusion is formed in the shape of the front and rear as the upper part is tapered in the upper block part according to the first embodiment as shown in FIG. The transverse spacing may be formed at equal or differential spacing.
<실시예 4><Example 4>
실시예 4에 의한 배수판(120d)도 실시예 1,2의 배수판(120a,120b)과 비교하여, 기둥부 정확하게는 돌기부(F)에 있어 차이가 있다.The
즉, 실시예 4에 의한 돌기부(F2)는 도 5b와 같이 테이퍼링 처리되면서 예연형으로 형성될 수 있음을 보인 것이며, 각 기둥부의 종방향, 횡방향 간격은 등간격 또는 차등간격으로 형성될 수 있다.That is, the protrusion part F2 according to the fourth embodiment shows that it may be formed in a preliminary shape while being tapered as shown in FIG. 5B, and the longitudinal and lateral spacings of the column parts may be formed at equal intervals or differential intervals. .
<실시예 5>Example 5
실시예 5에 의한 배수판(120e)도 실시예 1,2의 배수판(120a,120b)과 비교하여, 기둥부 정확하게는 돌기부(F)에 있어 차이가 있다.The
즉, 실시예 5에 의한 돌기부(F3)는 도 5c와 같이 테이퍼링 처리되면서 유선형으로 형성될 수 있음을 보인 것이며, 각 기둥부의 종방향, 횡방향 간격은 등간격 또는 차등간격으로 형성될 수 있다.That is, the protrusion part F3 according to the fifth embodiment has been shown to be formed in a streamline while being tapered as shown in FIG. 5C. The longitudinal and lateral intervals of each pillar part may be formed at equal intervals or differential intervals.
<실시예 6><Example 6>
실시예 6에 의한 배수판(120f)도 실시예 1,2의 배수판(120a,120b)과 비교하여, 기둥부 정확하게는 돌기부(F)에 있어 차이가 있다.The
즉, 실시예 6에 의한 돌기부(F4)는 도 5d와 같이 테이퍼링 처리되면서 돌기부에 관계없이 종방향에 대하여 일정한 경사(도 5d는 종방향에 대하여 우측으로 경사지도록)를 가지도록 하여 도 4b와 같이 평행사변형 형태로 제작될 수 있음을 보인 것이다.That is, the projection F4 according to the sixth embodiment is tapered as shown in FIG. 5D and has a constant inclination with respect to the longitudinal direction (FIG. 5D is inclined to the right with respect to the longitudinal direction) regardless of the projection, as shown in FIG. 4B. It has been shown that it can be produced in parallelogram shape.
본 발명의 터널 구조물의 배수시스템 개선 방안으로써 현재 지하주차장 등과 같은 생활 지하공간의 배수를 위해 적용되는 이중 바닥판 배수시스템을 적용을 위하여 중차량 하중 조건에서 도로 포장구조체의 안정성을 확보하고, 종래의 콘크리트 라이닝 배면 배수를 위한 측방배수관, 횡방향배수관 및 종방향 주 배수관으로써 스파이럴씸닥트(또는 THP) 시공 및 유공관 설치를 위한 일련의 공정들을 생략할 수 있으며, 이로 인한 부대공정의 생략 및 공사기간의 단축 등을 통하여 터널구조물의 경제적 시공이 가능하게 된다.As a method of improving the drainage system of the tunnel structure of the present invention, the stability of the road pavement structure under heavy vehicle load conditions is applied to apply a double bottom plate drainage system that is currently applied for drainage of living underground spaces such as underground parking lots. As a lateral drainage, transverse drainage and longitudinal main drainage for drainage of concrete linings, a series of processes for the installation of spiral duct (or THP) construction and perforated pipes can be omitted. Economical construction of tunnel structures is possible through shortening.
또한 배수판 돌기부의 형상을 최적하시켜 보다 경제적이고 안정적인 배수판 제작이 가능하게 된다.In addition, by optimizing the shape of the drain plate projections it is possible to produce a more economical and stable drainage plate.
나아가 본 발명에서는 이중 바닥판 배수공법을 터널구조물에 적용하기 위하여 중차량 하중 조건에 대한 포장구조체의 안정성 검토를 위하여, 현장조건과 동일한 하중 및 경계조건 등을 모사하여 수치해석적으로 검토를 수행하였으며, Furthermore, in the present invention, in order to examine the stability of the pavement structure against heavy vehicle load conditions in order to apply the double bottom drainage method to the tunnel structure, the same load and boundary conditions were simulated and numerically examined. ,
수치해석 결과 버스, 대형 화물차량 등과 같은 중차량 하중 재하 시 이중 바닥판 배수시스템 시공을 위한 콘크리트에 발생하는 인장, 압축 및 전단 응력은 허용응력설계법 기준을 만족하는 것으로 나타나 포장구조체 공용시 안정성 2중 바닥판 배수시스템의 안정성을 확보하는 것으로 나타났다(표 1 참조).As a result of numerical analysis, the tensile, compressive and shear stresses generated in concrete for the construction of the double bottom plate drainage system under heavy vehicle loads such as buses and large cargo vehicles satisfy the allowable stress design method criteria. It has been shown to ensure the stability of the bottom plate drainage system (see Table 1).
<2중 바닥판 배수시스템 안정성 평가를 위한 수치해석 결과,표 1>Numerical Results for the Evaluation of Double Bottom Plate Drainage System, Table 1
※ 기준 콘크리트 일축압축강도(fck = 135 kgf/㎠)※ Standard concrete uniaxial compressive strength (fck = 135 kgf / ㎠)
※ 허용응력 산정시 증가계수를 고려(도로교설계기준·해설 pp 70~71, 2003)※ Considering the increase factor in calculating allowable stress (Road Bridge Design Criteria /
또한 돌기부의 형상 즉, 앞뒤둥근형, 예연형, 유선형 및 평행사변형으로 돌기부 형상을 배수판에 적용하여 통수성능을 최적화할 수 있게 되었다.In addition, the shape of the projections, ie front and rear round, preliminary, streamlined and parallelogram shape, by applying the shape of the projection to the drainage plate it is possible to optimize the water flow performance.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자 는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.An embodiment of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications fall within the protection scope of the present invention as long as it will be apparent to those skilled in the art.
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