KR100882294B1 - 터널용 지보재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터널용 지보재에 관한 것이다.
본 발명은 터널의 굴착면에 설치되어지는 터널용 지보재에 있어서, 상기 지보재는 만곡형태로 벤딩된 받침부재로 구성되어지되, 상기 받침부재는 웹부의 일측에 인너 플랜지의 끝이 형성되어지며 상기 웹부의 타측에 아우터 플랜지의 끝이 형성되어지고, 상기 웹부에 다른 웹부가 연결편으로 이격되게 결합되어 길이방향의 공간부가 형성되어짐을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 지보재에 길이 방향으로 형성된 공간부를 통해 숏크리트가 타설되어짐으로써 공극이 발생되는 것을 줄일 수 있도록 하고, 아울러 지보재를 디귿형 채널이 마주보는 대칭된 형태를 갖도록 함으로써 작용하중에 의한 저항력을 증대시켜 침하를 억제하여 터널의 구조적인 안정성을 높일 수 있도록 한 것이다.
터널, 지보재, 받침부재, 웹부, 인너 플랜지, 아우터 플랜지, 공간부

Description

터널용 지보재{The support material for a tunnel}
도1은 일반적인 터널의 구조를 도시한 종단면도.
도2는 종래 기술에 따른 터널용 지보재의 사시도.
도3은 종래 기술에 따른 다른 터널용 지보재의 사시도.
도4는 본 발명에 따른 터널용 지보재의 분해 사시도.
도5a~5c는 본 발명에 따른 터널용 지보재의 종단면도.
도6은 본 발명에 따른 터널용 지보재의 종단면도.
도7a,7b는 본 발명에 따른 터널용 지보재의 실시예인 지보구조를 도시한 종단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10:지보재 11,11':받침부재
12:공간부 13:연결편
111,111'::웹부 111a:인너 플랜지
111b:아우터 플랜지 131,132:이격된 돌출부
본 발명은 터널용 지보재에 관한 것으로서 특히, 길이 방향으로 형성된 공간부를 갖는 지보재가 터널의 굴착면에 설치되어지도록 한 후 숏크리트를 타설하는 과정에서 공간부를 통해 깊숙히 타설되어지도록 함으로써 지보재와 굴착면 사이에서 발생되는 공극을 줄일 수 있도록 하고, 디귿형 채널이 마주보는 대칭된 형태를 갖는 지보재가 굴착면 배면 지반으로 향하는 록볼트에 의하여 정착되어지는 지보구조로 설치되어지며, 록볼트에 프리스트레스가 작용되어지는 지보구조를 갖도록 함으로써 작용하중에 의한 저항력을 증대시켜 침하를 억제하여 구조적인 안정성을 높일 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 터널(30)은 도1에 도시된 바와 같이 설계굴착선(31)을 초과하는 굴착면에 지반의 초기이완을 방지하는 1차숏크리트(33)를 타설한 후 1차숏크리트(33)나 록볼트(35)가 지보기능을 발휘하기까지 초기의 지반하중을 지지하는 지보재(40)를 설치하고, 2차숏크리트(34)를 타설한 후 록볼트(35)를 설치하고, 이어 부직포 및 방수시트(36)를 시공한 후 3차숏크리트(37)를 타설하는 과정을 반복하여 시공되어지게 된다.
터널(30)의 하부에는 시멘트 안정화처리 필터층(38)의 상부로 콘크리트 슬래브(39)가 시공되어지며 안정화처리 필터층(38)의 가장자리에 유공아연도강관(381)이 매립되어지고, 콘크리트 슬래브(39)의 양측에 스파이럴심덕트(382)가 시공되어진다.
이때 사용되어지는 지보재(40)는 도2에 도시된 바와 같이 웹부(41)의 양측단 에 각각 플랜지부(42)(43)가 형성된 만곡형태로 벤딩된 H형강이 사용되어지나, 이러한 H형강을 사용하게 될 경우, 설계굴착선(31) 또는 여굴선(32)에 근접된 H형강의 플랜지부(43)에 의하여 플랜지부(43) 뒷쪽의 공간으로 숏크리트가 타설되지 못함에 따라 공극이 발생되는 원인이 있었고, 이러한 원인으로 인하여 굴착면이 부분적으로 침하되는 문제점이 있었다.
또한, 타설된 숏크리트가 튕겨져 분산되어짐에 따라 숏크리트의 사용량이 증가되는 문제점이 있었다.
한편, 숏크리트가 타설되어지는 과정에서 지보재(40)와 설계굴착선(31) 또는 여굴선(32) 사이에서 발생되는 공극을 막기 위한 방안으로 도3에 도시된 바와 같은 지보재(40a)가 사용되어지며 이러한 지보재(40a)는 만곡형태로 벤딩된 인너 환봉(41a)에 복수개의 아우터 환봉(42a)이 삼각형태로 배열되어지며 각각의 인너 환봉(41a)과 아우터 환봉(42a) 사이에 앵글(43a)이 결합되어지도록 구성되어 있다.
터널(30)의 굴착면에 1차숏크리트(33)가 타설되어진 내측으로 이러한 지보재(40a)가 설치되어진 후 2차숏크리트(34)를 타설하는 과정에서 타설되어지는 숏크리트가 인너 환봉(41a)과 아우터 환봉(42a) 및 이들을 결합시키는 다수개의 앵글(43a) 사이를 통해 깊숙히 타설되어짐에 따라 공극 발생을 방지하면서 비산되어지는 숏크리트의 량을 줄일 수 있으나, H형강의 지보재(40)에 비하여 그 강도가 낮음에 따라 지반하중이 국부적으로 작용할 경우 지보재(40a)가 변형이 되면서 부분적으로 침하가 발생되는 또 다른 문제점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로서 길이 방향의 공간부를 갖는 지보재가 터널의 굴착면에 설치되어지도록 한 후 숏크리트를 타설하는 과정에서 지보재에 형성된 공간부를 통해 깊숙히 타설되어지도록 함으로써 지보재와 굴착면 사이에서 발생되는 공극을 줄일 수 있도록 하고, 디귿형 채널이 마주보는 대칭된 형태를 갖는 지보재가 굴착면 배면 지반으로 향하는 록볼트에 의하여 정착되어지는 지보구조로 설치되어지며, 록볼트에 프리스트레스가 작용되어지는 지보구조를 갖도록 함으로써 작용하중에 의한 저항력을 증대시켜 침하를 억제하여 구조적인 안정성을 높일 수 있는 터널용 지보재를 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 터널의 굴착면에 설치되어지는 터널용 지보재(10)에 있어서, 상기 지보재(10)는 만곡형태로 벤딩된 받침부재(11)로 구성되어지되, 상기 받침부재(11)는 웹부(111)의 일측에 인너 플랜지(111a)의 끝이 형성되어지며 상기 웹부(111)의 타측에 아우터 플랜지(111b)의 끝이 형성되어지고, 상기 웹부(111)에 다른 웹부(111')가 연결편(13)으로 이격되게 결합되어 길이방향의 공간부(12)가 형성되어짐을 특징으로 한다.
또한, 상기 받침부재(11)에 결합된 연결편(13)은 가운데서 일정 간격으로 이격된 돌출부(131)(132)가 형성되어지고, 상기 돌출부(131)에 웹부(111)가 걸려지게 얹혀지도록 결합되어지며 상기 다른 돌출부(132)에는 다른 웹부(111')가 걸려지게 얹혀지도록 결합되어짐을 특징으로 한다.
또한, 상기 받침부재(11)는 양측에 각각 체결홈(141)이 형성된 체결편(14)이 결합되어지되, 상기 체결편(14)은 체결면에 상기 받침부재(11)의 웹부(111), 인너 플랜지(111a) 및 아우터 플랜지(111b)가 끼워지는 위치결정부(142)가 형성되어짐을 특징으로 한다.
또한, 상기 웹부(111)에 스터드(15)가 결합되어짐을 특징으로 하는 터널용 지보재를 제공함에 그 목적이 달성된다.
삭제
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 터널용 지보재(10)는 도4 내지 도6에 도시된 바와 같이 터널의 굴착면에 설치되어지는 것으로 만곡형태로 벤딩된 받침부재(11)로 구성되어있 다.
여기에서, 상기 받침부재(11)는 ㄷ형 찬넬의 폐쇄된 부분이 일정한 간격으로 이격되어지게 대칭되도록 형성된 것으로 웹부(111)의 일측에 인너 플랜지(111a)의 끝이 연결되어지도록 형성되어지고, 상기 웹부(111)의 타측에 아우터 플랜지(111b)의 끝이 연결되어지도록 형성되어 있다.
상기 웹부(111)에 다른 웹부(111')가 연결편(13)으로 이격되도록 결합되어 길이 방향을 갖는 공간부(12)가 형성되어지도록 구성되어 있다.
또한, 상기 받침부재(11)는 양측에 각각 체결홈(141)이 형성된 체결편(14)이 결합되어 이웃한 다른 받침부재(11')가 결합되어질 수 있도록 하는 기능을 갖는 것으로 상기 체결편(14)은 체결면에 위치결정부(142)를 형성하여 상기 받침부재(11)의 웹부(111), 인너 플랜지(111a) 및 아우터 플랜지(111b)가 용이하게 정위치에서 끼워져 결합되어질 수 있도록 구성되어 있다.
상기 위치결정부(142)는 체결면에 소정 높이 또는 폭을 갖는 돌기 형태를 갖도록 형성되어지며 돌기 형태 이외에 홈형태를 갖도록 할 수 있다.
상기 연결편(13)은 가운데서 일정 간격으로 이격된 곳에 동일한 방향으로 향하는 돌출부(131)(132)가 형성되어지고, 이러한 일측의 돌출부(131)에 웹부(111)가 걸려지게 얹혀지도록 결합되어지며 상기 타측의 다른 돌출부(132)에 다른 웹부(111')가 걸려지게 얹혀지도록 결합되어있다.
또한 각각의 돌출부(131)(132)에 얹혀지도록 결합된 웹부(111)(111')는 용접또는 볼트 이음으로 결합되어지도록 함으로써 운반 및 시공하는 과정에서 결합부분 에 틀어지는 현상을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 웹부(111)와 다른 웹부(111')가 마주보도록 연결편(13)에 의하여 결합되어짐으로써, 받침부재(11) 사이로 공간부(12)가 제공되어지는 과정에서 공간부(12)의 양측으로 위치된 웹부(111)와 다른 웹부(111')가 평평한 형태를 갖도록 하였으나, 이러한 평평한 형태의 웹부(111)(111')에 소정 길이를 갖는 스터드(15)가 결합되어지도록 구성하여 사용할 수 있다. 이러한 경우 스터드(15)가 공간부(12)로 타설되어지는 숏크리트에 매설되어짐에 따라 숏크리트의 접촉력 또는 지지력을 높일 수 있게 되고, 쇼크리트 양생 후 합성구조로서 더 큰 내력을 발휘할 수 있게 된다.
그리고 스터드(15)에 별도의 철근을 배근할 경우 그 강도를 더 높여 안정적인 터널을 얻을 수 있게 된다.
이러한 구성을 갖는 터널용 지보재(10)가 터널(30)의 내부에 설치되어지는 과정은 다음과 같다.
먼저, 천공, 장약, 발파 및 막장면 정리작업을 통해 설계굴착선(31)을 초과하는 여굴선(32)을 따라 굴착을 진행한 후 굴착면에 1차숏크리트(33)를 타설하여 굴착면이 초기 이완되는 것을 방지하게 된다.
다음, 1차숏크리트(33)가 타설된 내측으로 지보재(10)를 설치한다. 이때 굴착면이 클 경우, 지보재(10)의 양측에 각각 체결편(14)을 용접이음으로 결합시키고, 용접이음으로 결합된 각각의 체결편(14)에 형성된 체결공(141)에 볼트(B)와 너트(N)가 관통되어지도록 결합된 것을 사용하도록 하며 경우에 따라서는 볼트(B)와 너트(N)의 결합 이외에 직접 용접이음으로 결합시켜 사용할 수 있다.
또한, 체결편(14)이 지보재(10)의 양측에 결합되어지도록 하는 과정에서 상기 체결편(14)에 위치결정부(142)가 형성되어 있음으로써 체결편(14)이 지보재(10)의 정위치에 용이하게 결합되어질 수 있게 된다.
다음, 지보재(10)와 1차숏크리트(33)가 타설된 천정면을 향하여 2차숏크리트(34)를 타설함과 동시에 타설되어지는 숏크리트는 받침부재(11) 사이로 제공되는 공간부(12)를 통해 지보재(10)의 깊숙한 부분 즉, 아우터 플랜지(111b)와 1차숏크리트(33)가 타설된 사이 공간까지 타설되어짐으로써 공극이 발생되는 것을 막을 수 있게 된다. 이 같은 2차숏크리트(34)를 반복 타설하여 숏크리트가 인너플랜지(111a)까지 묻히도록 한 후 록볼트(35)를 설치하고, 록볼트(35)와 받침부재(11)가 완전히 매립되도록 다시 3차숏크리트(36) 타설한다. 이때 공간부(12)의 양측으로 위치된 웹부(111)(111')에 결합된 다수개의 스터드(15)가 숏크리트에 매설 또는 매립됨에 따라 숏크리트와 웹부(111)(111') 사이의 결합력이 더 한층 높아질 수 있게 된다.
그리고 3차숏크리트(36)의 하부 또는 내면으로 부직포 및 방수시트(36)가 덮혀지도록 한 후 콘크리트를 타설하여 소정두께를 갖는 콘크리트 라이닝이 시공되어지도록 하는 것으로 작용하중에 의한 저항력이 증대되어지도록 지보재(10)에 의하여 받혀진 구조적인 안정성이 높은 터널(30)을 얻을 수 있게 된다.
본 발명에서는 지보재(10)를 구성하는 받침부재(11)의 웹부(111)와 다른 웹부(111') 사이로 공간부(12)가 제공되도록 하기 위한 방안으로 다수개의 연결 편(13)을 이용하여 아우터 플랜지(111b)와 인너 플랜지(111a)가 결합되어지도록 하였으나, 이러한 구성 이외에 웹부(111)에 연결봉(16)의 일측이 결합되어지며 다른 웹부(111')에 연결봉(16)의 타측이 결합되어지도록 할 수 있다. 이때 연결봉(16)의 길이를 길게할 경우, 전체적으로 터널(30) 시공에 소요되어지는 지보재(10)의 사용량을 줄일 수 있게 된다.
도7a,7b는 본 발명에 따른 터널용 지보재의 실시예인 지보구조를 도시한 종단면도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에서는 여굴선(32)을 따라 굴착이 진행된 굴착면에 타설되어진 1차 숏크리트(33) 표면에 지보재(10)가 설치되어지고, 지보재(10) 사이의 공간으로 2차숏크리트(34)가 타설되어지도록 하였으나, 이러한 설치 구성 이외에 도7a에 도시된 바와 같이 지보재(10) 사이의 공간부(12)를 관통하여 굴착면 배면 지반으로 록볼트(50)가 설치되어지도록 하고, 지보재(10)를 구성하는 아우터 플랜지(11b)에 상기 록볼트(50)가 청착되어지는 지보구조를 갖도록 할 수 있다. 이러한 경우, 공간부(12)를 관통하여 설치된 록볼트(50)가 지보재(10)의 처짐을 방지함으로써 작용하중에 의한 저항력을 증대시켜 침하를 억제할 수 있게 된다.
본 발명에서는 여굴선(32)을 따라 굴착이 진행된 굴착면에 타설되어진 1차 숏크리트(33) 표면에 지보재(10)가 설치되어지고, 지보재(10) 사이의 공간으로 2차숏크리트(34)가 타설되어지도록 하였으나, 이러한 설치 구성 이외에 도7b에 도시된 바와 같이 지보재(10) 사이의 공간부(12)를 관통하여 굴착면 배면 지반으로 록볼트(50)가 설치되어지도록 하고, 지보재(10)를 구성하는 아우터 플랜지(11b)에 상기 록볼트(50)가 청착되어지도록 할 수 있고, 상기 록볼트(50)에 의하여 정착된 지보재(10) 사이로 위치되는 부분에 동일한 형태를 갖는 록볼트(50)가 정착되어지는 지보구조를 갖도록 할 수 있다. 이러한 경우, 역시 전기한 바와 같이 작용하중에 의한 저항력을 증대시켜 침하를 억제할 수 있게 된다.
또한, 상기 공간부(12)를 관통하여 굴착면 배면 지반으로 설치된 록볼트(50)가 단지 지보재(10)를 붙잡아 정착되어지도록 설치되어 있으나, 이때 상기 록볼트(50)에 인장력을 가해 프리스트레스가 제공되어지도록 설치할 수 있다. 이러한 경우, 프리스트레스에 의하여 지보재(10)가 굴착면 배면 지반쪽으로 당겨지고 있는 형태가 유지 또는 지속되어짐에 따라 지보재(10)의 처짐을 방지하여 작용하중에 의한 저항력을 더 증대시켜 침하를 억제함으로써 보다 안정을 높일 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 지지보에 길이 방향으로 형성된 공간부를 통해 숏크리트가 터널의 굴착면 깊숙히 타설되어 공극이 발생되지 않도록 함으로써 강성을 크게 하여 낙반사고가 발생되지 않도록 한 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.
또한, 지보재를 디귿형 채널이 마주보는 대칭된 형태를 갖도록 하고, 지보재가 굴착면 배면 지반으로 향하는 록볼트에 의하여 정착되어지는 지보구조로 설치되어지며 록볼트에 프리스트레스가 작용되어지는 지보구조를 갖도록 함으로써 작용하중에 의한 저항력을 증대시켜 침하를 억제하여 구조적인 안정성을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.
그리고 지보재 사이의 공간부를 넓게 할 경우 터널 시공에 소요되는 지보재 의 사용량을 줄여 경제적인 시공이 이루어질 수 있는 효과를 더 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 터널의 굴착면에 설치되어지는 터널용 지보재(10)에 있어서,
    상기 지보재(10)는 만곡형태로 벤딩된 받침부재(11)로 구성되어지되, 상기 받침부재(11)는 웹부(111)의 일측에 인너 플랜지(111a)의 끝이 형성되어지며 상기 웹부(111)의 타측에 아우터 플랜지(111b)의 끝이 형성되어지고, 상기 웹부(111)에 다른 웹부(111')가 연결편(13)으로 이격되게 결합되어 길이방향의 공간부(12)가 형성되어지며,
    상기 받침부재(11)에 결합된 연결편(13)은 가운데서 일정 간격으로 이격된 돌출부(131)(132)가 형성되어지고, 상기 돌출부(131)에 웹부(111)가 걸려지게 얹혀지도록 결합되어지며 상기 다른 돌출부(132)에는 다른 웹부(111')가 걸려지게 얹혀지도록 결합되어짐을 특징으로 하는 터널용 지보재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 받침부재(11)는 양측에 각각 체결홈(141)이 형성된 체결편(14)이 결합되어지되, 상기 체결편(14)은 체결면에 상기 받침부재(11)의 웹부(111), 인너 플랜지(111a) 및 아우터 플랜지(111b)가 끼워지는 위치결정부(142)가 형성되어짐을 특징으로 하는 터널용 지보재.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 웹부(111)에 스터드(15)가 결합되어짐을 특징으로 하는 터널용 지보재.
  5. 삭제
  6. 삭제
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