KR100760977B1 - 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강구조 및 방법 - Google Patents

고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강구조 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강지보, 2차 숏크리트, 콘크리트 라이닝을 설치하지 않고 터널의 내부를 보강할 수 있어 굴착량이 감소하게 되는 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강구조 및 방법에 관한 것이며, 터널의 굴착된 설계굴착면에 텐션철망(20)이 설치되고, 텐션철망(20)이 설치된 터널의 설계굴착면에 다수개의 록볼트(30)가 설치되며, 록볼트(30)는 지압판(32)과 고정너트(33)에 의해 텐션철망(20)을 지지하게 되고, 록볼트(30)의 돌출된 단부를 덮도록 3~5cm 두께로 숏크리트(40)가 타설되며, 터널 내부벽면 하측에 위치하도록 다수개의 윕홀(50)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
텐션철망, 터널, 보강, 윕홀, 강지보

Description

고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강구조 및 방법{Structure and method of reinforcement for tunnel}
도 1은 종래의 터널 보강구조를 도시한 도면.
도 2는 종래의 터널 보강구조를 도시한 도 1의 A-A선 확대 단면도.
도 3은 종래의 터널 보강 방법을 도시한 공정도.
도 4는 본 발명의 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강구조를 도시한 도 4의 B-B선 확대 단면도.
도 6은 본 발명의 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강구조에 사용하는 윕홀을 도시한 도 4의 A부 확대도.
도 7은 본 발명의 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강 방법을 도시한 공정도.
도 8은 본 발명의 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강구조에 사용하는 록볼트의 사용상태를 도시한 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >
1 : 설계굴착선 2 : 여유굴착선
3 : 실링숏크리트 4 : 1차숏크리트
5 : 2차숏크리트 6 : 방수층
7 : 라이닝 8 : 록볼트
9 : 볼트공 10 : 설계굴착
11 : 강지보설치단계 12 : 1차숏크리트타설 단계
13 : 록볼트 설치단계 14 : 2차숏크리트타설 단계
15 : 부직포 및 방수막 설치단계 16 : 콘크리트 라이닝 설치 단계
20 : 텐션철망 30 : 록볼트
31 : 볼트홀 32 : 지압판
33 : 고정너트 40 : 숏크리트
50 : 윕홀(weephole) 51 : 다발관홀
52 : 다발관 53 : 부직포
60 : 배수로 100 : 설계 굴착
110 : 텐션너트 설치 단계 120 : 록볼트 설치 단계
130 : 숏크리트 타설 단계 140 : 윕홀 설치 단계
본 발명은 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강구조 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 강지보, 2차 숏크리트, 콘크리트 라이닝을 설치하지 않고 터널의 내부를 보강할 수 있어 굴착량이 감소하게 되는 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강구조 및 방법에 관한 것이다.
도 1, 도 2, 도 3에는 종래의 터널 보강구조와 공정을 도시하고 있는데, 기존의 터널은 실제로 터널의 공간을 형성하는 크기보다 더 크게 굴착을 하게 된다. 터널을 설계굴착(10)을 하게 되는데, 통상적으로 설계굴착선(1)보다 더 안쪽으로 들어간 여유굴착선(2)까지 굴착하게 된다.
여유굴착선(2)과 설계굴착선(1) 사이의 갭은 실링숏크리트(3)로 메우게 된다. 그리고 아치형 강지보를 설치하여 숏크리트 및 록볼트의 지보 기능이 발휘되기 전까지 안정을 도모한다.
강지보설치단계(11) 후에 1차숏크리트타설 단계(12)를 거치는데, 이때 1차숏크리트(4)의 두께는 5~16 cm의 두께로 한다. 굴착과 동시에 숏크리트를 타설하기 때문에 지반응력 배분효과가 좋으나, 비용이 많이 든다.
1차 숏크리트타설후 록볼트 설치단계(13)를 거치는데, 록볼트가 암반의 봉합, 아치형성 및 지반보강작용으로 구조적으로 안정적이나, 여러단계를 거치면서 공정이 늘어나고, 비용이 과다하게 드는 문제가 있다. 록볼트(8)는 천공된 볼트공(9)에 삽입되어 주입재로 고정된다.
그리고 록볼트 설치단계(13)후에 록볼트(8)의 머리부가 돌출되어 있으므로 2차숏크리트 타설단계(14)를 거쳐 2차숏크리트(5)로 록볼트(8)의 돌출된 머리부를 덮는다.
2차숏크리트 타설단계(14) 후에 방수층(6)을 형성하는 부직포 및 방수막 설치단계(15)를 거치고, 그 위에 콘크리트 라이닝(7)을 설치하여 마감하는 콘크리트 라이닝 설치단계(16)를 거친다.
이와 같이 종래의 터널 보강구조는 매우 많은 공정으로 이루어져 공정에 필요한 시간이 과다하게 소요되고, 비용이 많이 드는 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 종래의 공정을 대폭 줄이고, 인장력을 강화시키는 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강구조 및 방법을 제공하고자 하는 목적이 있다.
콘크리트 라이닝을 설치하지 않고, 숏크리트 타설을 한번만으로 하는 것으로 공정을 줄이며, 강지보를 설치하지 않아도 초기지지가 가능한 구조를 제공하고자 하는 목적이 있다.
공정수를 줄여 공기를 줄일 뿐만 아니라 별도의 방수구조가 필요없으며, 굴착단면을 줄여 굴착량을 줄이고자 하는 목적이 있다.
본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 터널의 보강 구조에 있어서, 터널의 굴착된 설계굴착면에 텐션철망이 설치되고, 텐션철망이 설치된 터널의 설계굴착면에 다수개의 록볼트가 설치되며, 록볼트는 지압판과 고정너트에 의해 텐션철망을 지지하게 설치되고, 록볼트의 돌출된 단부를 덮도록 3~5cm 두께로 숏크리트가 타설되며, 터널 내부벽면 하측에 위치하도록 다수개의 윕홀이 형성되는 것을 특징으로 하며, 윕홀은 터널에 천공되어 형성되는 다발관홀에 다발관이 삽입되고, 다발관의 단부는 숏크리트를 관통하여 노출되게 형성되며, 다발관의 둘레는 부직포로 둘러싸이며, 터널의 바닥면 양측 단부에 길이 방향으로 배수로가 형성되는 것을 특징으로 하는 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강구조 및 터널의 보강 방법에 있어서, 터널 공간 라인에 텐션철망 설치 두께와 숏크리트 설치두께를 더하여 굴착하는 설계 굴착 단계; 설계굴착면에 고강도 텐션철망을 설치하고, 텐션철망은 1770 N/mm2 이상의 고인장 강도를 가진 것을 사용하는 텐션철망 설치 단계; 록볼트를 굴착된 터널에 형성된 볼트홀에 삽입하고, 볼트홀과 록볼트 사이의 공간에 주입재를 충진하며, 사각의 지압판이 텐션철망을 압착하도록 고정너트로 고정하는 록볼트 설치 단계; 록볼트의 돌출된 단부가 덮히도록 숏크리트를 3~5cm 두께로 타설하는 숏크리트 타설 단계; 터널의 굴착면 양쪽 하부에 형성된 다발관홀에 다발관을 부직포에 싸서 삽입하되 다발관의 단부가 숏크리트를 통과하여 노출되게 설치되는 것을 특징으로 하는 윕홀 설치 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강 방법을 제공한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석하여서는 되지 않고, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 터널의 보강 구조를 설치할 때, 숏크리트의 타설을 한번만 해도 유사한 효과를 얻을 수 있고, 굴착량을 줄일 수 있으며, 공정의 단계를 여러단계 줄일 수 있는 구조와 방법에 관한 것으로서, 굴착된 면에 텐션철망을 설치하고, 텐션철망을 지압판(32)과 록볼트(30)로 고정하며, 록볼트(30)와 텐션철망(20)을 덮도록 숏크리트(40)를 타설하고, 배수를 위해 윕홀(50)을 다수개 설치하는 것을 주요 구성으로 한다.
기존의 터널은 강지보 설치 및 숏크리트를 타설한 후 록볼트를 설치하여 아칭(arching)효과를 이용하여 터널을 생성한 후 2차 라이팅을 설치한, 본 발명은 강지보 및 2차라이닝을 설치하지 않고도 고강도 텐션철망과 소량의 숏크리트를 이용하여 아칭효과를 가질 수 있어 굴착량과 공기를 줄일 수 있고 경제적이며 시공성이 탁월한 발명이다.
터널의 예정된 넓이에 텐션철망(20)과 숏크리트(40)의 두께를 더한 깊이만큼 굴착하고, 굴착된 내측면에 텐션철망(20)이 설치된다.
텐션철망(20)은 고강도 텐션 네트를 사용하고, 인장강도 1770 N/mm2 이상을 가진 것으로서 굴착된 터널 내벽면에 밀착시킨후 다수개의 록볼트(30)를 이용하여 고정한다.
텐션철망(20)이 설치된 터널의 설계굴착면에 다수개의 록볼트(30)가 설치되며, 록볼트(30)는 지압판(32)과 고정너트(33)에 의해 텐션철망(20)을 지지하게 된다. 지압판(32)의 중앙에는 록볼트(30)가 통과할 수 있는 홀이 형성되고, 록볼트(30)의 단부에 고정너트(33)가 체결되어 지압판(32)을 누르게 되며, 지압판(32)이 텐션철망(20)을 눌러 고정시킨다.
그리고, 록볼트(30)의 돌출된 단부를 덮도록 3~5cm 두께로 숏크리트(40)가 타설되고, 터널 내부벽면 하측에 위치하도록 다수개의 윕홀(50)이 형성된다.
윕홀(weephole)(50)은 터널에 천공되어 형성되는 다발관홀(51)에 다발관(52)이 삽입되고, 다발관(52)의 단부는 숏크리트(40)를 관통하여 노출되게 형성된다. 다발관(52)의 둘레에 부직포(53)로 둘러싸되 두겹으로 둘러싸 지중의 수분을 흡수하여 다발관(52)을 통해 배출할 수 있게 한다.
다발관(52)은 터널내측을 향하여 경사지도록 삽입되어 다발관(52)을 통해 흡수된 수분은 터널의 바닥면 양측 단부에 길이 방향으로 형성된 배수로(60)에 흘러들어가게 된다.
일반 숏크리트에 의해 보강되는 방식은 인장력에 약하나, 본 발명과 같이 텐션철망을 사용하면 인장력이 우수하여 2차라이링이 필요없고, 초기 변형이 많이 일어나는 암반의 경우에 효과가 탁월하다.
이러한 텐션철망을 이용하여 터널의 내부를 보강하는 방법은 아래와 같다.
우선 터널의 실제 공간을 이루는 라인에 텐션철망(20) 설치 두께와 숏크리트(40) 설치두께를 더하여 굴착하는 설계 굴착 단계(100)를 거친다. 이때 종래에는 숏크리트의 두께를 과다하게 타설하여야 지지효과가 있어서 많은 굴착을 하여야 하나 본 발명에서는 3~5cm 정도의 숏크리트 두께로 굴착한다.
설계굴착면에 고강도 텐션철망(20)을 설치하고, 텐션철망(20)은 1770 N/mm2 이상의 고인장 강도를 가진 것을 사용하는 텐션철망 설치 단계(110)를 거친다. 텐션철망(20)은 록볼트(30)를 이용하여 지지하고, 지압판(32)과 고정너트(33)로 완전히 고정시킨다.
록볼트 설치 단계(120)에서는 록볼트(30)를 굴착된 터널에 형성된 볼트홀(31)에 삽입하고, 볼트홀(31)과 록볼트(30) 사이의 공간에 주입재를 충진하며, 사각의 지압판(32)이 텐션철망(20)을 압착하도록 고정너트(33)로 고정한다. 이때 사용하는 주입재는 일반적으로 사용하는 그라우팅재를 충진한다. 지압판(32)은 판체가 텐션철망(20)을 눌러 접선방향의 하중에 대한 인장강도를 높여준다.
그리고 록볼트(30)의 돌출된 단부가 덮히도록 숏크리트(40)를 3~5cm 두께로 타설하는 숏크리트 타설 단계(130)를 거친다. 숏크리트(40)는 텐션철망(20)의 사이 사이에 뿜어져 타설되므로 텐션철망(20)과 터널 굴착면 사이를 고정하여 수직압력을 견디게 한다.
터널의 배수를 위하여 방수막과 부직포를 이루어진 방수층을 형성하는 단계를 거치지 않고, 터널의 굴착면 양쪽 하부에 다수개의 윕홀(50)이 설치되는 윕홀 설치 단계(140)를 거친다.
터널의 굴착면 양쪽 하부에 천공되어 형성된 다발관홀(51)에 다발관(52)을 부직포(53)에 싸서 삽입하되 다발관(52)의 단부가 숏크리트(40)를 통과하여 노출되게 설치되게 한다.
이상과 같이 본 발명은 한번의 숏크리트 타설만 하므로 숏크리트 물량이 줄어들어 경제적인 효과가 있다. 숏크리트 대신 철망을 설치하여 공기 단축으로 인한 비용 절감의 효과가 있다.
적은 직경으로 굴착하여도 되므로 굴착단면이 줄어들어 굴착량이 감소되는 효과가 있다.
고강도 텐션철망에 의하여 인장강도가 증대되고, 텐션철망의 응력이 다른 록볼트로 전달되어 전체적 안정성이 뛰어난 효과가 있다.
강지보와 콘크리트 라이닝을 설치하지 않아도 되므로 공정과 자재의 사용이 줄어드는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 터널의 보강 구조에 있어서,
    터널의 굴착된 설계굴착면에 텐션철망(20)이 설치되고, 텐션철망(20)이 설치된 터널의 설계굴착면에 다수개의 록볼트(30)가 설치되며, 록볼트(30)는 지압판(32)과 고정너트(33)에 의해 텐션철망(20)을 지지하게 되고, 록볼트(30)의 돌출된 단부를 덮도록 3~5cm 두께로 숏크리트(40)가 타설되며, 터널 내부벽면 하측에 위치하도록 다수개의 윕홀(50)이 형성되는 것을 특징으로 하는 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 윕홀(50)은 터널에 천공되어 형성되는 다발관홀(51)에 다발관(52)이 삽입되고, 다발관(52)의 단부는 숏크리트(40)를 관통하여 노출되게 형성되며, 다발관(52)의 둘레에 부직포(53)로 둘러싸고, 터널의 바닥면 양측 단부에 길이 방향으로 배수로(60)가 형성되는 것을 특징으로 하는 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강구조.
  3. 터널의 보강 방법에 있어서,
    터널 공간 라인에 텐션철망(20) 설치 두께와 숏크리트(40) 설치두께를 더하여 굴착하는 설계 굴착 단계(100);
    설계굴착면에 고강도 텐션철망(20)을 설치하고, 텐션철망(20)은 1770 N/mm2 이상의 고인장 강도를 가진 것을 사용하는 텐션철망 설치 단계(110);
    록볼트(30)를 굴착된 터널에 형성된 볼트홀(31)에 삽입하고, 볼트홀(31)과 록볼트(30) 사이의 공간에 주입재를 충진하며, 사각의 지압판(32)이 텐션철망(20)을 압착하도록 고정너트(33)로 고정하는 록볼트 설치 단계(120);
    록볼트(30)의 돌출된 단부가 덮히도록 숏크리트(40)를 3~5cm 두께로 타설하는 숏크리트 타설 단계(130);
    터널의 굴착면 양쪽 하부에 형성된 다발관홀(51)에 다발관(52)을 부직포(53)에 싸서 삽입하되 다발관(52)의 단부가 숏크리트(40)를 통과하여 노출되게 설치되는 것을 특징으로 하는 윕홀 설치 단계(140);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 텐션 철망을 이용한 터널 보강 방법.
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