KR100786356B1 - 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기존의 나틈 공법(NATM 공법, New Austrian Tunneling Method)에 비해 공기가 단축되고 배수가 향상되며 별도의 내장재를 필요로 하지 않는 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법에 관한 것으로서, 터널을 천공 및 굴착하는 단계; 굴착면 내벽에 숏크리트를 타설하는 단계; 숏크리트 타설면에 락볼트를 시공하는 단계; 내측에 유도 배수관이 설치되고 터널의 진행 방향인 제 1 방향을 따라 평탄하며 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 따라 일정한 곡률을 가지는 복수의 강재 거푸집 패널을 연결하여, 숏크리트 타설면으로부터 소정의 간격 이격된 거푸집을 설치하는 단계; 거푸집 내에 콘크리트를 타설하는 단계;를 포함하고, 콘크리트 타설 단계 이후 거푸집은 제거되지 않는 것을 특징으로 하는 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법을 제공한다.
터널, 거푸집, 콘크리트, 숏크리트, 락볼트, 유도배수, NATM
Description
도 1은 종래 기술에 따른 터널 시공 공법의 순서도,
도 2는 종래 기술에 따른 터널 시공 공법에 의해 완성된 터널의 종단면도,
도 3는 본 발명에 따른 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법의 순서도,
도 4는 락볼트 시공이 완료된 때 터널의 종단면도,
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법에서 거푸집 패널의 측단면도 및 배면도,
도 6는 도 5a 및 5b에 도시된 거푸집 패널의 결합을 도시하는 측단면도,
도 7은 본 발명에 따른 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법에 의해 완성된 터널의 확대된 종단면도, 및
도 8은 본 발명에 따른 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법에 의해 완성된 터널의 종단면도.
<도면의 부호에 대한 설명>
100: 터널 101: 암반
102: 숏크리트층 103: 락볼트
104: 철근 105: 콘크리트층
106: 도로 107: 배수구
200: 거푸집 패널 201: 거푸집 패널 본체
202: 유도 배수관 203: 볼록부
203a: 돌기부 204: 오목부
204a: 걸림부 205: 지지대
206: 철근 결합구
본 발명은 터널 시공 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 나틈 공법(NATM 공법, New Austrian Tunneling Method)에 비해 공기가 단축되고 배수가 향상되며 별도의 내장재를 필요로 하지 않는 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법에 관한 것이다.
터널 시공 방법으로는 재래식 공법(ASSM 공법, American Steel Support Method), NATM 공법, TBM(Tunnel Boring Machine) 공법, 침매(沈埋) 공법 등이 사용되고 있다. ASSM 공법은 철재 지보공(Steel Rib)과 콘크리트 라이닝(Lining)을 지보재로 사용하여 터널 내벽을 지지한다. 이에 비하여, NATM 공법은 터널을 굴진하면서 암반에 숏크리트(Shotcrete)를 타설하고 락볼트(Rock Bolt)를 이용하여 조이는 공법으로서, 암반이 주요한 지보재이고 숏크리트와 락볼트를 이용하여 터널 내벽을 지지한다. 즉, NATM 공법은 원암반에 숏크리트를 실시하여 원암반의 이완을 방지하고 지지력을 증대시켜 최소의 지보재(숏크리트, 락볼트)를 사용하여 터널 시 공을 할 수 있다. 이러한 NATM 공법은 현재 국내에서 가장 보편화되어 있고 시공 경험도 풍부하며 기술이 많이 축적되어 있다.
도 1의 순서도를 참조하면, NATM 공법은 다음과 같은 시공 순서에 의해 진행된다: (1) 천공 및 굴착, (2) 1차 숏크리트 타설, (3) 락볼트 시공, (4) 2차 숏크리트 타설, (5) 방수막 시공, (6) 라이닝 콘크리트 타설, (7) 타일 등의 내장재 시공 및 마무리 작업.
이러한 공법으로 만들어진 터널(100')은 도 2의 단면도에 도시된다. 도 2를 참조하면, NATM 공법으로 만들어진 터널(100')은 암반(101'), 암반(101') 표면에 형성된 제 1 숏크리트층(102'), 암반(101')과 제 1 숏크리트층(102')을 관통하여 연결하는 락볼트(103'), 제 1 숏크리트층(102') 표면에 형성된 제 2 숏크리트층(104'), 제 2 숏크리트층(104') 표면에 설치된 방수막(105'), 방수막(105') 표면에 형성된 라이닝 콘크리트층(106') 및 마감 타일(107')로 구성된 내벽을 가지고, 철근(108')은 라이닝 콘크리트층(106')에 포함될 수 있다. 바닥에는 도로, 철로, 인도 등이 형성되며, 배수로, 전기 배선로 등이 추가로 구성된다.
이러한 NATM 공법에서는 숏크리트를 타설하고 거푸집을 설치하여 라이닝 콘크리트를 타설하기 때문에 콘크리트가 중복되어 타설된다. 또한, 라이닝 콘크리트를 타설할 때 방수층이 쉽게 파손되어 암벽으로부터 터널 내측으로 쉽게 누수가 이루어진다. 그리고, 터널 내벽을 위한 타일 시공 등의 별도의 마감 공정을 필요로 한다.
본 발명은 상술한 문제점으로부터 안출된 것으로서, 터널 내벽에 일체화된 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하여 2차 숏크리트 타설, 방수막 시공 및 타일 시공 등의 단계를 생략할 수 있는 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그리하여, 2차 숏크리트 타설, 방수막 시공 및 타일 시공 단계를 생략하여 터널 시공 공기를 단축하고, 2차 숏크리트층을 생략하고 라이닝 콘크리트층의 두께를 감소시켜 터널 발파 면적을 축소시킬 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 방수층을 설치하는 대신 물을 유도 배수시켜 누수를 방지하는 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그리하여, 방수층의 파손에 의한 누수가 제거될 수 있다.
또한, 본 발명은 거푸집이 터널 내측에 노출되어 타일 등의 내장재를 필요로 하지 않는 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 터널을 천공 및 굴착하는 단계; 굴착면 내벽에 숏크리트를 타설하는 단계; 숏크리트 타설면에 락볼트를 시공하는 단계; 내측에 유도 배수관이 설치되고 터널의 진행 방향인 제 1 방향을 따라 평탄하며 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 따라 일정한 곡률을 가지는 복수의 강재 거푸집 패널을 연결하여, 숏크리트 타설면으로부터 소정의 간격 이격된 거푸집을 설치하는 단계; 거푸집 내에 콘크리트를 타설하는 단계;를 포함하고, 콘크리트 타설 단계 이후 거푸집은 제거되지 않는 것을 특징으로 하는 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법을 제공한다.
유도 배수관은 복수의 거푸집 패널의 내측면에 제 2 방향을 따라 함입된 홈으로 형성될 수 있다.
복수의 거푸집 패널은, 제 1 방향 및 제 2 방향 각각의 일단에 돌출된 볼록부, 및 볼록부에 결합 가능하고 제 1 방향 및 제 2 방향 각각의 타단에 함입된 오목부를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 볼록부는 말단에서 측면으로 돌출된 돌기부를 포함하고, 오목부는 돌기부에 상응하는 위치에 함입된 걸림부를 포함하는 것도 가능하다.
복수의 거푸집 패널은, 내측으로 연장된 지지대, 및 지지대 말단에서 철근과 결합하는 철근 결합구를 더 포함할 수 있다. 이때, 거푸집 설치 단계는, 숏크리트 타설면 내측에 철근을 설치하는 단계, 및 철근 결합구를 철근에 연결하는 단계를 더 포함한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 기술한다.
도 3은 본 발명에 따른 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법의 순서도이다.
도 3을 참조하면, 우선 터널이 시공될 위치에 천공 및 굴착이 이루어진다(S10 단계). 점보 드릴 등을 이용하여 구멍을 뚫고 폭약을 구멍 내에 설치한 후 발파하는 공법이 주로 이용되나, 복수의 디스크 커터를 전면에 장착한 커터 헤드를 회전시켜 암반을 파쇄, 굴삭하는 공법(TBM 공법)이 결합되어 이용될 수 있다. 천공 및 굴착에 의한 암반의 부스러기는 적재 장비로 덤프 트럭에 실어 외부로 반출한다.
천공 및 굴착이 이루어진 암반(도 4에서 101)의 내부 면에는 숏크리트가 타설되어 숏크리트층(도 4에서 102)이 형성된다(S20 단계). 숏크리트(Shotcrete, 뿜기 콘크리트)는 압축 공기에 의해 시공 면에 뿜어진다. 숏크리트 시공은 시공되는 터널의 단면 크기 등의 특성에 따라 건식법 또는 습식법이 사용될 수 있다. 숏크리트층(102)의 두께는 10 내지 20cm이다. 숏크리트층(102)은 천공 및 굴착에 의한 암반의 이완을 방지하여, 암반이 터널 내부로 붕괴하는 것을 방지한다.
숏크리트가 타설된 후, 락볼트(Rock Bolt)(도 4에서 103)가 시공된다(S30 단계). 숏크리트에 의해 평탄하게 된 터널 내벽에 락볼트(103)를 삽입할 구멍을 천공한다. 구멍에 락볼트 정착제를 채운 후 락볼트(103)를 삽입한다. 락볼트(103)의 길이는 4 내지 6m이다. 락볼트 정착제는 레진 또는 시멘트 모르타르 등이 사용될 수 있고, 주로 레진이 사용된다. 레진은 화학 반응에 의해 경화된다. 락볼트(103)는 암반 노출면에 잔존해 있으면서 낙하 혹은 활동을 야기시킬 수 있는 부석의 변위을 억제하고, 숏크리트층(102)과 함께 작용하여 암반에 구속을 주므로 내구력을 증가시키며, 암반의 균열과 절리를 따라 발생하는 활동 방지 등의 역할을 한다.
상술한 S10 내지 S30 단계는 종래 기술에 따른 NATM 공법과 동일하다. S30 단계에서 터널의 상태는 도 4에 도시된다. 도 4를 참조하면, 암반(101)의 내측에 숏크리트층(102)이 형성되어 있고, 암반(101)과 숏크리트층(102)에는 복수의 락볼트(103)가 삽입되어 있다.
이후, 숏크리트층(102) 내측에 철근(도 7a 및 7b에서 104)이 설치된다(S40 단계). 철근(104)은 터널(100)의 횡방향(터널의 진행 방향)을 따라 직선으로, 그리 고 터널(100)의 종방향을 따라 터널의 단면 형상으로 설치된다. 철근(104)은 후술할 거푸집 패널(200)을 지지하고, 콘크리트층(105)의 강도를 증가시키기 위해 사용된다.
그리고, 복수의 철재 거푸집 패널(200)을 이용하여 숏크리트층(102)으로부터 소정의 간격 이격되게 거푸집을 설치한다(S50 단계).
거푸집 패널(200)의 구조는 도 5a 및 5b의 저면도 및 배면도에 도시된다.
도 5a 및 5b를 도시하면, 철재로 제작된 거푸집 패널(200)은 거푸집 패널 본체(201), 거푸집 패널 본체(201)의 내측면에 오목하게 형성된 유도 배수관(202), 거푸집 패널 본체(201)의 4개 측변 중 2개 측변에 형성된 볼록부(203) 및 볼록부(203)가 형성된 측변과 반대인 2개 측변에 형성된 오목부(204), 거푸집 패널 본체(201)의 내측면으로부터 연장된 지지대(205), 그리고 지지대(205)의 말단에 철근(104)과 결합하기 위한 철근 결합구(206)로 구성된다.
거푸집 패널 본체(201)는 터널(100)의 진행 방향(횡방향 또는 제 1 방향)을 따라 평탄하고, 터널(100)의 진행 방향과 수직인 방향(종방향 또는 제 2 방향)을 따라 곡률을 가진다. 또는, 터널(100)이 곡선으로 진행하는 경우 제 1 방향을 따라 곡률을 가진 거푸집 패널 본체(201)가 사용될 수 있다. 터널(100)의 종단면이 원형일 경우, 각 거푸집 패널 본체(201)의 제 2 방향 곡률을 일정하다. 복수의 거푸집 패널 본체(201)가 결합한 거푸집은 터널(100)의 진행 방향으로 연장되고 숏크리트층(102)으로부터 일정 간격 이격된다. 거푸집 패널 본체(201)를 통해 누수가 발생하지 않도록 거푸집 패널 본체(201)는 제작된다.
유도 배수관(202)은 거푸집 패널 본체(201)의 내측면(거푸집이 조립되었을 때 노출되지 않는 면 또는 숏크리트층(102)에 대향되는 면)에 형성된다. 유도 배수관(202)은 제 2 방향을 따라 거푸집 패널 본체(201)에 오목하게 형성된다. 선택적으로 제 2 방향을 따라 형성된 유도 배수관(201)에 연결되도록 제 1 방향을 따라 오목하게 형성된 유도 배수관(201)을 더 포함할 수 있다. 거푸집이 조립되었을 때, 각 거푸집 패널(200)의 유도 배수관(202)은 제 2 방향을 따라 연결되어 수로를 형성하고, 연결된 유도 배수관(202)에 의한 수로의 말단은 후술할 터널(100)의 배수로(107)로 연결된다. 그리하여, 암반(201)으로부터의 물은 유도 배수관(202)을 따라 배수로(107)로 배출되고, 별도의 방수 작업을 실행할 필요가 없다.
거푸집 패널 본체(201)의 제 1 방향의 일단에 돌출된 볼록부(203)가 형성되고 타단에 함입된 오목부(204)가 형성되며, 또한 제 2 방향의 일단에 돌출된 볼록부(203)가 형성되고 타단에 함입된 오목부(204)가 형성된다. 각각의 거푸집 패널(200)의 볼록부(203)는 인접한 거푸집 패널(200)의 오목부(204)와 결합한다. 볼록부(203)와 오목부(204)의 결합부는 암반(201)으로부터의 물이 누수되지 않도록 밀착된다. 또는, 이러한 결합부에 누수를 방지하기 위한 방수제를 더 처리하는 것도 가능하다. 이러한 경우 방수제는 후술할 콘크리트 타설 공정 동안 파손되지 않아야 하고, 유도 배수관(202)의 연결 부위를 차단하지 않아야 한다.
볼록부(203)는 볼록부(203)의 말단 측면에 쐐기형으로 돌출된 돌기부(203a)를 더 포함하고, 오목부(204)는 오목부(204)의 말단 측면에 함입된 걸림부(204a)를 더 포함할 수 있다. 볼록부(203) 및 돌기부(203a), 그리고 오목부(204)는 탄성을 가지고 있어 돌기부(203a)는 오목부(204) 말단까지 삽입될 수 있다. 도 6을 참조하면, 돌기부(203a)가 오목부(204)의 말단까지 삽입되면, 돌기부(203a)는 걸림부(204a)에 걸려 볼록부(203)와 오목부(204)는 견고하게 결합될 수 있다.
거푸집 패널 본체(201)의 내측면에는 지지대(205)가 거푸집 패널 본체(201)로부터 수직으로 연장되고, 지지대(205)의 말단에는 철근(104)과 결합하는 철근 결합구(206)가 형성된다. 철근 결합구(206)는 철근(104)과 결합하기 위한 공지된 장치가 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 5a에 도시되는 바와 같이, 철근 결합구(206)에는 철근(104)이 삽입될 수 있는 오목한 홈이 형성될 수 있다. 지지대(205) 및 철근 결합구(206)를 통해 거푸집 패널(200)은 철근(104)에 의해 지지되며 조립될 수 있고, 터널(100)의 시공이 완료된 후에도 거푸집은 철근(104)에 의해 지지될 수 있다.
상술한 구성을 가진 복수의 거푸집 패널(200)을 이용하여 거푸집을 조립한다. 거푸집 패널(200)의 철근 결합구(206)는 S40 단계에서 설치된 철근(104)과 결합하고, 각각의 거푸집 패널(200)은 지지대(205) 및 철근 결합구(206)를 통해 철근(106)에 의해 지지된다. 거푸집 패널(200)의 볼록부(203)는 인접한 거푸집 패널(200)의 오목부(204)와 결합한다. 이때, 인접한 거푸집 패널(200)의 유도 배수관(202)은 서로 연결되도록 한다. 거푸집은 1회에 대략 10m 길이로 조립된다.
거푸집이 조립된 후, 콘크리트가 거푸집 내에 타설되어, 콘크리트층(105)이 형성된다(S60 단계). 철근(104)은 콘크리트층(105)에 매입된다. 콘크리트층(105)이 형성된 후 거푸집 패널(200)로 구성된 거푸집은 제거되지 않고, 터널(100)에 노출되어 터널(100)의 내벽으로서의 역할을 한다. 그리하여, 종래 기술에서의 타일 시공은 생략된다.
이후, 터널(100)의 하측에 도로(206), 철로, 인도 등이 형성되고, 터널(100)의 바닥에는 또한 배수로(207), 전기 배선로 등이 설치되는 등 마감 작업이 실행되어(S70 단계), 터널(100)이 완성된다.
완성된 터널(100)은 도 7 및 도 8의 단면도에 도시된다. 도 7 및 도 8을 참조하면, 완성된 터널(100)의 벽은 암반(101), 암반 표면에 설치된 숏크리트층(102), 암반(101)과 숏크리트층(102)을 관통하여 연결하는 락볼트(103), 철근(104)을 매입하며 형성된 콘크리트층(105), 및 복수의 거푸집 패널(200)이 조립된 거푸집으로 이루어진다. 본 발명에 따라 완성된 터널(100)의 벽은 도 2에 도시된 종래 기술에 따라 완성된 터널(100')의 벽에서 제 2 숏크리트층(104'), 방수층(105') 및 마감 타일(107')이 생략된다. 본 발명에 따르면, 거푸집 패널(200)의 유도 배수관(202)에 의해 암반(101)으로부터의 물이 배수로(207)로 유도되기 때문에, 제 2 숏크리트층(104') 및 방수층(105')이 생략될 수 있다. 그리고, 종래 기술에서 콘크리트 타설에 의해 방수층(105')이 파손되어 누수가 발생할 수 있으나, 본 발명은 거푸집 패널 본체(201)에 의해 방수가 되고 유도 배수관(202)에 의해 배수를 유도하기 때문에 누수가 발생하지 않는다. 또한, 거푸집 패널(200)의 패널 본체(201)의 외면이 노출되기 때문에, 별도의 마감 타일(107') 등의 내장재가 요구되지 않는다.
본 발명에 따른 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 방법은 터널 내벽에 일체화되고 유도 배수관이 형성된 거푸집을 설치하고 콘크리트를 타설하여, 2차 숏크리 트 타설, 방수막 시공 및 타일 시공 등의 단계를 생략할 수 있다. 2차 숏크리트 타설, 방수막 시공 및 타일 시공 단계를 생략하여 터널 시공 공기를 단축하고, 2차 숏크리트층을 생략하고 라이닝 콘크리트층의 두께를 감소시켜 터널 발파 면적을 축소시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 방수층을 설치하는 대신 물을 유도 배수시켜 누수를 방지하는 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법을 제공하여, 방수층의 파손에 의한 누수가 제거될 수 있다.
또한, 본 발명은 거푸집이 터널 내측에 노출되어 별도의 타일을 필요로 하지 않는다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.
Claims (5)
- 터널을 천공 및 굴착하는 단계;굴착면 내벽에 숏크리트를 타설하는 단계;숏크리트 타설면에 락볼트를 시공하는 단계;내측에 유도 배수관이 설치되고 상기 터널의 진행 방향인 제 1 방향을 따라 평탄하며 상기 제 1 방향에 수직인 제 2 방향을 따라 곡률을 가지는 복수의 강재 거푸집 패널을 연결하여, 상기 숏크리트 타설면으로부터 이격된 거푸집을 설치하는 단계;상기 거푸집 내에 콘크리트를 타설하는 단계;를 포함하고,상기 콘크리트 타설 단계 이후 상기 거푸집은 제거되지 않는 것을 특징으로 하는 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법.
- 제 1 항에 있어서,상기 유도 배수관은 상기 복수의 거푸집 패널의 내측면에 상기 제 2 방향을 따라 함입된 홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법.
- 제 1 항에 있어서,상기 복수의 거푸집 패널은, 상기 제 1 방향 및 제 2 방향 각각의 일단에 돌출된 볼록부, 및 상기 볼록부에 결합 가능하고 상기 제 1 방향 및 제 2 방향 각각의 타단에 함입된 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법.
- 제 3 항에 있어서,상기 볼록부는 말단에서 볼록부의 돌출 방향과 수직 방향으로 돌출된 돌기부를 포함하고,상기 오목부는 상기 돌기부에 상응하는 위치에 함입된 걸림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법.
- 제 1 항에 있어서,상기 복수의 거푸집 패널은, 내측으로 연장된 지지대, 및 상기 지지대 말단에서 철근과 결합하는 철근 결합구를 더 포함하고,상기 거푸집 설치 단계는, 상기 숏크리트 타설면 내측에 철근을 설치하는 단계, 및 상기 철근 결합구를 상기 철근에 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터널 방수 및 내장재 일체화 시공 공법.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107965327A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-04-27 | 中铁二院工程集团有限责任公司 | 拱式隧底衬砌结构及其排水系统 |
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- 2007-04-20 KR KR1020070038664A patent/KR100786356B1/ko active IP Right Grant
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